JP2002008520A - Field radiation type electron source and its manufacturing method - Google Patents

Field radiation type electron source and its manufacturing method

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JP2002008520A JP2000191978A JP2000191978A JP2002008520A JP 2002008520 A JP2002008520 A JP 2002008520A JP 2000191978 A JP2000191978 A JP 2000191978A JP 2000191978 A JP2000191978 A JP 2000191978A JP 2002008520 A JP2002008520 A JP 2002008520A
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由明 本多
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崇 幡井
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Yukihiro Kondo
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field radiation type electron source in which the fluctuation of electron emitting direction is smaller than the conventional method and its manufacturing method. SOLUTION: An intense-field drift layer 6 having a porous polycrystalline silicon layer is formed on the conductive substrate 100 and a conductive film 7 is provided on the intense-field drift layer 6. The drift section 6a of the intense-field drift layer 6 is formed by smoothing the surface of a polycrystalline silicon layer 3 and then by making porous by anodizing and further by oxidizing by a rapid thermal oxidization technology.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体材料を用い
て電界放射により電子線を放射するようにした電界放射
型電子源およびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission type electron source which emits an electron beam by field emission using a semiconductor material, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、特開平8−250766号公
報に開示されているようにシリコン基板などの単結晶の
半導体基板を用い、その半導体基板の一表面を陽極酸化
することにより多孔質半導体層(ポーラスシリコン層)
を形成して、その多孔質半導体層上に金属薄膜を形成
し、半導体基板と金属薄膜との間に電圧を印加して電子
を放射させるように構成した電界放射型電子源(半導体
冷電子放出素子)が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-250766, a porous semiconductor layer is formed by using a single-crystal semiconductor substrate such as a silicon substrate and anodizing one surface of the semiconductor substrate. (Porous silicon layer)
, A metal thin film is formed on the porous semiconductor layer, and a voltage is applied between the semiconductor substrate and the metal thin film to emit electrons. Elements) are known.

【0003】上記公報に記載された電界放射型電子源
は、単結晶の半導体基板が必須構成であるから大面積化
が困難であって、平面ディスプレイ装置のように大面積
の電子源を要する用途には適していないものである。
The field emission type electron source described in the above publication is difficult to increase in area because a single-crystal semiconductor substrate is indispensable, and requires a large-area electron source such as a flat display device. It is not suitable for

【0004】これに対して、本願発明者らは、特願平1
0−272340号、特願平10−272342号など
において大面積化の可能な電界放射型電子源を提案し
た。これらの電子源は、導電性基板と導電性薄膜との間
に、多孔質多結晶半導体層(たとえば、多孔質化された
多結晶シリコン層)を急速熱酸化(RTO)技術によっ
て急速熱酸化することによって形成した強電界ドリフト
層を介在させた構造を有し、導電性基板から強電界ドリ
フト層に注入された電子が強電界ドリフト層においてド
リフトするようになっている。この種の電界放射型電子
源は、たとえば図9に示すように、導電性基板としての
n形シリコン基板11の主表面側に、酸化した多孔質多
結晶シリコン層よりなる強電界ドリフト層6のドリフト
部6a(図示する構成では強電界ドリフト層6の全体が
ドリフト部6aとして機能する)を介して金属薄膜より
なる導電性薄膜7が積層され、n形シリコン基板11の
裏面にオーミック電極2が積層された形状に形成され
る。
[0004] On the other hand, the present inventors have disclosed in Japanese Patent Application No.
Japanese Patent Application No. 0-272340, Japanese Patent Application No. 10-272342, and the like have proposed a field emission type electron source capable of increasing the area. These electron sources rapidly oxidize a porous polycrystalline semiconductor layer (for example, a porous polycrystalline silicon layer) between a conductive substrate and a conductive thin film by a rapid thermal oxidation (RTO) technique. The structure has a structure in which a strong electric field drift layer is formed, and electrons injected from the conductive substrate into the strong electric field drift layer drift in the strong electric field drift layer. As shown in FIG. 9, for example, this kind of field emission type electron source has a strong electric field drift layer 6 made of an oxidized porous polycrystalline silicon layer on the main surface side of an n-type silicon substrate 11 as a conductive substrate. A conductive thin film 7 made of a metal thin film is laminated via a drift portion 6 a (in the configuration shown, the entire strong electric field drift layer 6 functions as the drift portion 6 a), and the ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 11. It is formed in a laminated shape.

【0005】図9に示す電界放射型電子源から電子を放
出させるには、図10に示すように、導電性薄膜7に対
向配置されたコレクタ電極12を設け、導電性薄膜7と
コレクタ電極12との間を真空とした状態で、導電性薄
膜7がn形シリコン基板11(オーミック電極2)に対
して高電位側となるように導電性薄膜7とn形シリコン
基板11との間に直流電圧Vpsを印加するとともに、
コレクタ電極12が導電性薄膜7に対して高電位側とな
るようにコレクタ電極12と導電性薄膜7との間に直流
電圧Vcを印加する。各直流電圧Vps,Vcを適宜に
設定すれば、n形シリコン基板11から注入された電子
が強電界ドリフト層6をドリフトし導電性薄膜7を通し
て放出される(なお、図10中の一点鎖線は導電性薄膜
7を通して放出された電子e-の流れを示す)。導電性
薄膜7には仕事関数の小さな材料が採用され、導電性薄
膜7の膜厚は10〜15nm程度に設定されている。
In order to emit electrons from the field emission type electron source shown in FIG. 9, a collector electrode 12 is provided opposite to the conductive thin film 7 as shown in FIG. Between the conductive thin film 7 and the n-type silicon substrate 11 so that the conductive thin film 7 is on the higher potential side with respect to the n-type silicon substrate 11 (the ohmic electrode 2). While applying the voltage Vps,
DC voltage Vc is applied between collector electrode 12 and conductive thin film 7 so that collector electrode 12 is on the higher potential side with respect to conductive thin film 7. If the DC voltages Vps and Vc are appropriately set, the electrons injected from the n-type silicon substrate 11 drift in the strong electric field drift layer 6 and are emitted through the conductive thin film 7 (the dashed line in FIG. The flow of electrons e- emitted through the conductive thin film 7 is shown). A material having a small work function is used for the conductive thin film 7, and the thickness of the conductive thin film 7 is set to about 10 to 15 nm.

【0006】ここで、強電界ドリフト層6のドリフト部
6aは、図11に示すように、柱状の多結晶シリコンか
らなるグレイン21と、グレイン21の表面に形成され
た薄いシリコン酸化膜22と、多結晶シリコンのグレイ
ン21の間に介在するナノメータオーダの微結晶シリコ
ン23と、微結晶シリコン23の表面に形成され微結晶
シリコン23の結晶粒径よりも小さい膜厚の絶縁膜であ
るシリコン酸化膜24とを少なくとも含むと考えられ
る。このドリフト部6aは上述した処理を行う前の多結
晶シリコンに含まれていたグレインの表面が多孔質化
し、残されたグレイン21で結晶状態が維持されている
ものと考えられる。したがって、ドリフト部6aに印加
された電界の大部分はシリコン酸化膜24を集中的に通
り、注入された電子e-はグレイン21の間でシリコン
酸化膜24を通る強電界により加速され図10の矢印A
の向き(図11中の上向き)にドリフトする。なお、ド
リフト部6aの表面に到達した電子はホットエレクトロ
ンであると考えられ、導電性薄膜7を容易にトンネルし
真空中に放出される。
As shown in FIG. 11, the drift portion 6a of the strong electric field drift layer 6 includes a columnar grain 21 made of polycrystalline silicon, a thin silicon oxide film 22 formed on the surface of the grain 21, A microcrystalline silicon 23 of nanometer order interposed between the polycrystalline silicon grains 21 and a silicon oxide film formed on the surface of the microcrystalline silicon 23 and having a thickness smaller than the crystal grain size of the microcrystalline silicon 23 24 at least. It is considered that the surface of the grains contained in the polycrystalline silicon before the above-described processing is made porous in the drift portion 6a, and the crystal state is maintained by the remaining grains 21. Therefore, most of the electric field applied to the drift portion 6a passes through the silicon oxide film 24 intensively, and the injected electrons e are accelerated by the strong electric field passing through the silicon oxide film 24 between the grains 21 and are accelerated. Arrow A
(Upward in FIG. 11). The electrons that have reached the surface of the drift portion 6a are considered to be hot electrons and are easily tunneled through the conductive thin film 7 and discharged into a vacuum.

【0007】上述の構成を有する電界放射型電子源で
は、導電性薄膜7とオーミック電極2との間に流れる電
流をダイオード電流Ipsと呼び、コレクタ電極12と
導電性薄膜7との間に流れる電流を放出電子電流Ieと
呼ぶことにすれば(図10参照)、ダイオード電流Ip
sに対する放出電子電流Ieの比率(=Ie/Ips)
が大きいほど電子放出効率が高くなる。なお、この電界
放射型電子源では、導電性薄膜7とオーミック電極2と
の間に印加する直流電圧Vpsを10〜20V程度の低
電圧としても電子を放出させることができる。また、こ
の電界放射型電子源は、電子放出特性の真空度依存性が
小さく、しかも電子放出時にポッピング現象が発生せ
ず、電子を高い電子放出効率で安定して放出することが
できる。
In the field emission type electron source having the above configuration, the current flowing between the conductive thin film 7 and the ohmic electrode 2 is called a diode current Ips, and the current flowing between the collector electrode 12 and the conductive thin film 7 Is called the emission electron current Ie (see FIG. 10), the diode current Ip
Ratio of emission electron current Ie to s (= Ie / Ips)
The larger the value, the higher the electron emission efficiency. In this field emission type electron source, electrons can be emitted even when the DC voltage Vps applied between the conductive thin film 7 and the ohmic electrode 2 is as low as about 10 to 20 V. In addition, this field emission type electron source has a small dependence of the electron emission characteristics on the degree of vacuum, does not cause a popping phenomenon during electron emission, and can stably emit electrons with high electron emission efficiency.

【0008】ところで、上述した構成例では導電性基板
としてn形シリコン基板11を用いているが、n形シリ
コン基板11に代えてガラス基板のような絶縁性基板上
にITO膜のような導電体層を形成した基板を用いるこ
ともでき、このような構成の導電性基板を用いると、電
子源の大面積化および低コスト化が可能になる。このよ
うな構成の導電性基板を用いた電界放射型電子源の一例
を図12に示す。図12に示す電界放射型電子源は、ガ
ラス基板よりなる絶縁性基板13と、絶縁性基板13の
上に形成したITO膜よりなる導電体層8bとで構成し
た導電性基板を用いており、導電体層8bには強電界ド
リフト層6(つまりドリフト層6a)を介して金属薄膜
よりなる導電性薄膜7が積層されている。この電界放射
型電子源では、強電界ドリフト層6が導電体層8bの上
にノンドープの多結晶シリコン層を堆積させた後に、多
結晶シリコン層を陽極酸化処理にて多孔質化し、さらに
酸化あるいは窒化することにより形成されている。
In the above configuration example, the n-type silicon substrate 11 is used as the conductive substrate. However, instead of the n-type silicon substrate 11, a conductive material such as an ITO film is formed on an insulating substrate such as a glass substrate. A substrate on which a layer is formed can be used. When a conductive substrate having such a structure is used, the area of the electron source can be increased and the cost can be reduced. FIG. 12 shows an example of a field emission type electron source using a conductive substrate having such a configuration. The field emission type electron source shown in FIG. 12 uses a conductive substrate including an insulating substrate 13 made of a glass substrate and a conductor layer 8b made of an ITO film formed on the insulating substrate 13. A conductive thin film 7 made of a metal thin film is laminated on the conductor layer 8b via the strong electric field drift layer 6 (that is, the drift layer 6a). In this field emission type electron source, after the strong electric field drift layer 6 deposits a non-doped polycrystalline silicon layer on the conductor layer 8b, the polycrystalline silicon layer is made porous by anodizing treatment, and further oxidized or It is formed by nitriding.

【0009】図12に示す電界放射型電子源から電子を
放出させるには、図9に示した電界放射型電子源と同様
に導電性薄膜7に対向配置されたコレクタ電極12を設
ける。つまり、図13に示すように、導電性薄膜7とコ
レクタ電極12との間を真空とした状態で、導電性薄膜
7が導電体層8bに対して高電位側となるように導電性
薄膜7と導電体層8bとの間に直流電圧Vpsを印加す
るとともに、コレクタ電極12が導電性薄膜7に対して
高電位側となるようにコレクタ電極12と導電性薄膜7
との間に直流電圧Vcを印加する。各直流電圧Vps,
Vcを適宜に設定すれば、導電体層8bから注入された
電子が強電界ドリフト層6をドリフトし導電性薄膜7を
通して放出される(なお、図13中の一点鎖線は導電性
薄膜7を通して放出された電子e-の流れを示す)。な
お、図12の電界放射型電子源をディスプレイなどへ応
用する場合には、導電体層8bをストライプ状にパター
ニングし、導電性薄膜7を導電体層8bに直交する方向
のストライプ状に形成すればよい。
In order to emit electrons from the field emission type electron source shown in FIG. 12, a collector electrode 12 disposed opposite to the conductive thin film 7 is provided similarly to the field emission type electron source shown in FIG. In other words, as shown in FIG. 13, in a state where the space between the conductive thin film 7 and the collector electrode 12 is evacuated, the conductive thin film 7 is placed on the high potential side with respect to the conductive layer 8b. DC voltage Vps is applied between the conductive layer 8b and the collector electrode 12 and the conductive thin film 7 so that the collector electrode 12 is on the higher potential side with respect to the conductive thin film 7.
And a DC voltage Vc is applied. Each DC voltage Vps,
If Vc is appropriately set, electrons injected from the conductive layer 8b drift in the strong electric field drift layer 6 and are emitted through the conductive thin film 7 (note that the dashed line in FIG. Showing the flow of electrons e ). When the field emission type electron source shown in FIG. 12 is applied to a display or the like, the conductor layer 8b is patterned in a stripe shape, and the conductive thin film 7 is formed in a stripe shape perpendicular to the conductor layer 8b. I just need.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の強電
界ドリフト層6を有する電界放射型電子源では、ドリフ
ト部6aの表面の法線方向へ電子e-が放出されるとい
う特徴を有している。しかしながら、多結晶シリコンを
陽極酸化処理によって多孔質化し、窒化あるいは急速熱
酸化による酸化を施してドリフト部6aを形成している
ものであるから、導電性基板上への多結晶シリコン層の
堆積時にグレインの成長により多結晶シリコン層の表面
に凹凸が形成されてしまい、結果的に、ドリフト部6a
の表面に凹凸が形成されてしまうので、導電性基板と導
電性薄膜7との間に電圧を印加した時にドリフト部6a
の表面の凹凸にほぼ沿って等電位面が形成され、電子e
-の放出方向のばらつきが大きくなってしまい、高精細
なディスプレイなど電子e-の放出方向の許容角度範囲
が狭いデバイスへの応用が難しいという不具合があっ
た。すなわち、図14(b)に示すようにグレイン21
の成長度合が面内で異なる場合には図14(a)に示す
ように、導電性基板100上に形成されたドリフト部6
aの表面に凹凸が形成されるので、図14(b)に示す
ように電子e-の放出方向が導電性基板100の厚み方
向(同図(b)における上方向)から傾いた方向になっ
てしまうという不具合があった。なお、図14(a)に
は導電性基板100上に形成した多結晶シリコン層3の
厚み方向の途中までを多孔質化した場合の例を示してあ
り、図14(b)において図11と同じ構成要素には同
一の符号を付してある。
[SUMMARY OF THE INVENTION] In the field emission electron source having a strong electric field drift layer 6 described above, electrons to the normal direction of the surface of the drift region 6a e - characterized in that the release I have. However, since the polycrystalline silicon is made porous by anodic oxidation treatment and oxidized by nitriding or rapid thermal oxidation to form the drift portion 6a, the polycrystalline silicon is deposited on the conductive substrate at the time of deposition. As a result of the growth of the grains, irregularities are formed on the surface of the polycrystalline silicon layer.
When the voltage is applied between the conductive substrate and the conductive thin film 7, the drift portions 6a
An equipotential surface is formed almost along the irregularities on the surface of
- becomes large variations in release direction is, high-definition displays such as electronic e - allowable angle range of the emission direction there is a problem that application to a narrow device is difficult. That is, as shown in FIG.
In the case where the degree of growth differs in the plane, the drift portion 6 formed on the conductive substrate 100 is formed as shown in FIG.
Since irregularities on the surface of a is formed, and FIG. 14 (b) to the electronic as shown e - turned in a direction inclined from the (upward in FIG. (b)) emission direction thickness direction of the conductive substrate 100 There was a defect that would. FIG. 14A shows an example in which the polycrystalline silicon layer 3 formed on the conductive substrate 100 is made porous halfway in the thickness direction, and FIG. The same components are denoted by the same reference numerals.

【0011】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、電子の放出方向のばらつきが従来に
比べて小さな電界放射型電子源およびその製造方法を提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a field emission type electron source having a smaller variation in the electron emission direction than in the past, and a method of manufacturing the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、上記
目的を達成するために、導電性基板と、導電性基板の一
表面側に形成された強電界ドリフト層と、該強電界ドリ
フト層上に形成された導電性薄膜とを備え、導電性薄膜
を導電性基板に対して正極として電圧を印加することに
より導電性基板から注入された電子が強電界ドリフト層
をドリフトし導電性薄膜を通して放出される電界放射型
電子源であって、強電界ドリフト層は、表面が平滑な酸
化若しくは窒化した多孔質半導体層を有することを特徴
とするものであり、多孔質半導体層の表面が平滑なの
で、導電性薄膜を導電性基板に対して正極として電圧を
印加したときに多孔質半導体層の表面近傍に形成される
等電位面が導電性基板の一表面にほぼ平行になるから、
従来に比べて電子の放出方向のばらつきが小さくなり、
高精細なディスプレイなど電子の放出方向の許容角度範
囲が狭いデバイスへの応用が可能になる。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a conductive substrate, a strong electric field drift layer formed on one surface side of the conductive substrate, and the strong electric field drift layer. A conductive thin film formed on the layer, and the electron injected from the conductive substrate drifts through the strong electric field drift layer by applying a voltage with the conductive thin film as a positive electrode with respect to the conductive substrate. A strong field drift layer, characterized in that the strong electric field drift layer has a porous semiconductor layer with a smooth surface oxidized or nitrided, and the surface of the porous semiconductor layer is smooth. Therefore, when a voltage is applied to the conductive thin film as a positive electrode with respect to the conductive substrate, an equipotential surface formed near the surface of the porous semiconductor layer becomes substantially parallel to one surface of the conductive substrate.
The variation in the direction of electron emission is smaller than before,
It can be applied to a device having a narrow allowable angle range of the electron emission direction such as a high-definition display.

【0013】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、上記多孔質半導体層は、多孔質化された領域の厚み
をほぼ均一としてあるので、導電性薄膜を導電性基板に
対して正極として電圧を印加したときに多孔質化された
領域にほぼ均等に電界が作用するので、上記多孔質半導
体層内の等電位面が導電性基板にほぼ平行になり、電子
の放出方向のばらつきおよび電子の放出量のむらを小さ
くすることができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the porous semiconductor layer has a substantially uniform thickness in a porous region. Since an electric field acts almost uniformly on the porous region when a voltage is applied, the equipotential surface in the porous semiconductor layer becomes substantially parallel to the conductive substrate, and the dispersion of the electron emission direction and The unevenness in the amount of emitted electrons can be reduced.

【0014】請求項3の発明は、請求項1または請求項
2の発明において、上記多孔質半導体層は、表面ラフネ
スを当該多孔質半導体層の厚さ以下としてあることを特
徴とし、望ましい実施態様である。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the porous semiconductor layer has a surface roughness less than or equal to a thickness of the porous semiconductor layer. It is.

【0015】請求項4の発明は、請求項1ないし請求項
3の発明において、上記多孔質半導体層は、表面の法線
と導電性基板の厚み方向に直交する仮想表面とのなす角
度が、放出電子の到達面で規定される許容角度範囲内に
分布してなることを特徴とし、望ましい実施態様であ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the angle between the normal line of the surface and the virtual surface orthogonal to the thickness direction of the conductive substrate is set in the porous semiconductor layer. This is a preferred embodiment, characterized in that the electrons are distributed within an allowable angle range defined by the arrival surface of the emitted electrons.

【0016】請求項5の発明は、請求項1ないし請求項
4の発明において、上記多孔質半導体層は、多孔質多結
晶シリコンよりなるので、電子放出特性の真空度依存性
が小さく且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安
定して高効率で電子を放出することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, since the porous semiconductor layer is made of porous polycrystalline silicon, the dependence of the electron emission characteristics on the degree of vacuum is small and the electron emission characteristics are small. Occasionally, electrons can be stably emitted with high efficiency without occurrence of a popping phenomenon.

【0017】請求項6の発明は、請求項1記載の電界放
射型電子源の製造方法であって、導電性基板の一表面上
に形成した半導体層を陽極酸化処理にて多孔質化するこ
とにより多孔質半導体層を形成する前に、前記半導体層
の表面を平滑化する平滑化工程を備えることを特徴と
し、表面が平滑化された前記半導体層を陽極酸化処理に
て多孔質化することにより多孔質半導体層を形成してい
るので、従来に比べて強電界ドリフト層の表面を平滑に
することが可能となり、電子の放出方向のばらつきが従
来に比べて小さな電界放射型電子源を提供することがで
きる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a field emission type electron source according to the first aspect, wherein the semiconductor layer formed on one surface of the conductive substrate is made porous by anodizing. Prior to forming a porous semiconductor layer, characterized by comprising a smoothing step of smoothing the surface of the semiconductor layer, wherein the surface smoothed semiconductor layer is made porous by anodizing treatment Forming a porous semiconductor layer, it is possible to make the surface of the strong electric field drift layer smoother than before, and to provide a field emission type electron source with a smaller variation in the direction of electron emission than before. can do.

【0018】請求項7の発明は、請求項6の発明におい
て、上記平滑化工程は、電解研磨法により前記半導体層
の表面を平滑化する工程なので、上記陽極酸化処理に用
いる装置を利用して電解研磨法により前記半導体層の表
面を平滑化するから、平滑化のために別途の装置を用意
する必要がなく、低コストで前記半導体層の表面を平滑
化することができ、結果としてコストアップを抑制する
ことができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the smoothing step is a step of smoothing the surface of the semiconductor layer by an electrolytic polishing method. Since the surface of the semiconductor layer is smoothed by the electrolytic polishing method, there is no need to prepare a separate device for smoothing, and the surface of the semiconductor layer can be smoothed at low cost, resulting in an increase in cost. Can be suppressed.

【0019】請求項8の発明は、請求項6の発明におい
て、上記平滑化工程は、反応性イオンエッチング法によ
り前記半導体層の表面を平滑化する工程なので、たとえ
ば前記半導体層上にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜な
どのマスク材料層を堆積し、マスク材料層を反応性イオ
ンエッチング法によりパターニングすることでマスクを
形成した後に陽極酸化処理を行うような場合、マスク材
料層のパターニング時にマスク材料層のエッチングに連
続して前記半導体層の表面の平滑化を行うことができる
から、平滑化のために別途の装置を用意する必要がな
く、低コストで前記半導体層の表面を平滑化することが
でき、結果としてコストアップを抑制することができ
る。
According to an eighth aspect of the present invention, in the sixth aspect, the smoothing step is a step of smoothing the surface of the semiconductor layer by a reactive ion etching method. When a mask material layer such as silicon or silicon nitride film is deposited, and the mask material layer is patterned by reactive ion etching to form a mask and then anodizing treatment is performed, the mask material layer is patterned at the time of patterning the mask material layer. Since the surface of the semiconductor layer can be smoothed in succession to the etching, there is no need to prepare a separate device for smoothing, and the surface of the semiconductor layer can be smoothed at low cost. As a result, cost increase can be suppressed.

【0020】請求項9の発明は、請求項6ないし請求項
8の発明において、上記陽極酸化処理は、多孔質化され
た領域の厚みがほぼ均一となる処理なので、電子の放出
方向のばらつきをさらに小さな電界放射型電源を提供す
ることができる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the sixth to eighth aspects of the present invention, the anodic oxidation treatment is a treatment in which the thickness of the porous region is substantially uniform. A smaller field emission power supply can be provided.

【0021】請求項10の発明は、請求項9の発明にお
いて、前記導電性基板として、絶縁性基板の一表面に陽
極酸化処理時に用いるフッ酸に対する耐食性を有する導
電体層を設けた基板を用い、上記陽極酸化処理は、多孔
質化された領域の厚みが導電性薄膜と導電性基板との距
離にほぼ等しくなるように前記半導体層を多孔質化する
処理なので、陽極酸化処理と別途の工程を追加すること
なしに多孔質化された領域の厚みをほぼ均一にすること
ができるから、コストアップを防ぐことができる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, a substrate is used in which a conductive layer having corrosion resistance to hydrofluoric acid used at the time of anodic oxidation treatment is provided on one surface of the insulating substrate. The anodic oxidation treatment is a treatment for making the semiconductor layer porous so that the thickness of the porous region is substantially equal to the distance between the conductive thin film and the conductive substrate. Since the thickness of the porous region can be made substantially uniform without adding, the cost can be prevented from increasing.

【0022】請求項11の発明は、請求項9の発明にお
いて、上記陽極酸化処理は、多孔質化された領域の厚み
がほぼ均一となるように、導電性基板と対極との間にパ
ルス状の電流を極性を交互に反転して通電するので、陽
極酸化処理と別途の工程を追加することなしに多孔質化
された領域の厚みをほぼ均一にすることができるから、
コストアップを防ぐことができる。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, the anodic oxidation treatment includes a step of forming a pulse between the conductive substrate and the counter electrode such that the thickness of the porous region becomes substantially uniform. Since the current is alternately reversed in polarity and energized, the thickness of the porous region can be made substantially uniform without adding an anodizing treatment and a separate step,
The cost can be prevented from increasing.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)本実施形態
では、図3に示すように、電界放射型電子源(以下、電
子源という)10に対向してガラス基板14を配設し、
ガラス基板14における電子源10との対向面にコレク
タ電極12および蛍光体層15を設けることによってデ
ィスプレイ装置を構成する例を示す。蛍光体層15はコ
レクタ電極12の表面に塗布されており、電子源10か
ら放射される電子により可視光を発光する。また、ガラ
ス基板14は図示しないスペーサによって電子源10と
離間させてあり、ガラス基板14と電子源10との間に
形成される気密空間を真空にしてある。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) In this embodiment, as shown in FIG. 3, a glass substrate 14 is provided opposite to a field emission type electron source (hereinafter, referred to as an electron source) 10. And
An example in which a display device is configured by providing a collector electrode 12 and a phosphor layer 15 on a surface of a glass substrate 14 facing an electron source 10 will be described. The phosphor layer 15 is applied on the surface of the collector electrode 12 and emits visible light by electrons emitted from the electron source 10. Further, the glass substrate 14 is separated from the electron source 10 by a spacer (not shown), and an airtight space formed between the glass substrate 14 and the electron source 10 is evacuated.

【0024】本実施形態で用いる電子源10は、図3な
いし図5に示すように、p形シリコン基板16の主表面
側に導電体層としての複数本のn形領域8aがストライ
プ状に形成された導電性基板と、各n形領域8aにそれ
ぞれ重なる形でストライプ状に形成された酸化した多孔
質半導体層たる多孔質多結晶シリコン層よりなるドリフ
ト部6aおよびドリフト部6aの間を埋めてドリフト部
6aとほぼ面一となった多結晶シリコン層よりなる分離
部6bを有する強電界ドリフト層6と、強電界ドリフト
層6の上でドリフト部6aおよび分離部6bに跨ってn
形領域8aに直交する方向のストライプ状に形成された
複数本の導電性薄膜(たとえば、金薄膜)よりなる導電
性薄膜7とを備えている。
In the electron source 10 used in this embodiment, as shown in FIGS. 3 to 5, a plurality of n-type regions 8a as conductor layers are formed in a stripe shape on the main surface side of a p-type silicon substrate 16. Between the drift portion 6a and the drift portion 6a made of a porous polycrystalline silicon layer, which is an oxidized porous semiconductor layer formed in a stripe shape so as to overlap with each of the n-type regions 8a. A strong electric field drift layer 6 having a separation portion 6b made of a polycrystalline silicon layer which is substantially flush with the drift portion 6a, and n on the strong electric field drift layer 6 over the drift portion 6a and the separation portion 6b.
And a conductive thin film 7 composed of a plurality of conductive thin films (for example, a gold thin film) formed in a stripe shape in a direction orthogonal to the shape region 8a.

【0025】上述した電子源10は、ストライプ状に形
成されたn形領域8aと、n形領域8aに直交するスト
ライプ状に形成された導電性薄膜7との間に強電界ドリ
フト層6のドリフト部6aが挟まれているから、導電性
薄膜7とn形領域8aとの組を適宜選択して選択した組
間に電圧を印加することにより、選択された導電性薄膜
7とn形領域8aとの交点に相当する部位のドリフト部
6aにのみ強電界が作用して電子が放出される。つま
り、導電性薄膜7とn形領域8aとからなる格子の格子
点に電子源を配置したことに相当し、電圧を印加する導
電性薄膜7とn形領域8aとの組を選択することによっ
て所望の格子点から電子を放出させることが可能にな
る。なお、n形領域8aへのコンタクトは、図4に示す
ようにドリフト部6aの端部をエッチングしてn形領域
8aの表面の一部を露出させることにより形成され、電
線Wを介して外部回路に接続される。なお、n形領域8
aは、キャリア濃度を1×1018〜5×1019cm-3
してあり、n形領域8aと導電性薄膜7との間に印加す
る電圧は10〜30V程度になっている。
The electron source 10 described above has a drift of the strong electric field drift layer 6 between an n-type region 8a formed in a stripe shape and a conductive thin film 7 formed in a stripe shape orthogonal to the n-type region 8a. Since the portion 6a is sandwiched, a pair of the conductive thin film 7 and the n-type region 8a is appropriately selected, and a voltage is applied between the selected pair. The strong electric field acts only on the drift portion 6a at the portion corresponding to the point of intersection, and electrons are emitted. That is, this corresponds to disposing an electron source at a lattice point of a lattice formed by the conductive thin film 7 and the n-type region 8a, and by selecting a set of the conductive thin film 7 and the n-type region 8a to which a voltage is applied. Electrons can be emitted from desired lattice points. The contact to the n-type region 8a is formed by etching the end of the drift portion 6a to expose a part of the surface of the n-type region 8a as shown in FIG. Connected to the circuit. The n-type region 8
In a, the carrier concentration is 1 × 10 18 to 5 × 10 19 cm −3 , and the voltage applied between the n-type region 8a and the conductive thin film 7 is about 10 to 30V.

【0026】以下に、本実施形態における電子源10の
製造過程について説明する。まず図6(a)に示す構造
を得るために、p形シリコン基板16の主表面上に熱拡
散用あるいはイオン注入用のマスクを設け、次に熱拡散
技術あるいはイオン注入技術によってp形シリコン基板
16内の主表面側にリン(P)などのドーパントを導入
することによりストライプ状のn形領域8aを形成し、
最後にマスクを除去する。
The manufacturing process of the electron source 10 according to the present embodiment will be described below. First, in order to obtain the structure shown in FIG. 6A, a mask for thermal diffusion or ion implantation is provided on the main surface of the p-type silicon substrate 16, and then the p-type silicon substrate is formed by thermal diffusion technology or ion implantation technology. By introducing a dopant such as phosphorus (P) into the main surface side of the semiconductor substrate 16, a striped n-type region 8 a is formed,
Finally, the mask is removed.

【0027】次に、n形領域8aを形成したp形シリコ
ン基板16の主表面上にLPCVD法により膜厚が1.
5μmのノンドープの多結晶シリコン層3を堆積するこ
とにより図6(b)に示す構造が得られる。ただし、多
結晶シリコン層3の成膜方法は、LPCVD法に限定さ
れるものではなく、たとえばスパッタ法あるいはプラズ
マCVD法によってアモルファスシリコン層を形成した
後、アモルファスシリコン層に対してアニール処理を行
うことにより結晶化させて多結晶シリコン層3を形成す
る方法でもよい。
Next, on the main surface of the p-type silicon substrate 16 on which the n-type region 8a has been formed, a film thickness of 1.
By depositing a non-doped polycrystalline silicon layer 3 of 5 μm, the structure shown in FIG. 6B is obtained. However, the method of forming the polycrystalline silicon layer 3 is not limited to the LPCVD method. For example, after forming an amorphous silicon layer by a sputtering method or a plasma CVD method, annealing the amorphous silicon layer is performed. May be used to form the polycrystalline silicon layer 3 by crystallization.

【0028】その後、多結晶シリコン層3の上にマスク
層としてのフォトレジスト層を塗布形成し、フォトリソ
グラフィ技術によってn形領域8aの上方の部位を開孔
することにより図6(c)のようにストライプ状にパタ
ーニングされたレジスト層9が形成される。
Thereafter, a photoresist layer as a mask layer is applied and formed on the polycrystalline silicon layer 3 and a portion above the n-type region 8a is opened by photolithography to form a portion as shown in FIG. Then, a resist layer 9 patterned in a stripe shape is formed.

【0029】さらに、p形シリコン基板16の裏面に図
示しないオーミック電極を形成した後、前記レジスト層
9をマスクとして利用し半導体層たる多結晶シリコン層
3の表面を平滑化する平滑化工程を行い、続いて陽極酸
化処理を施すことにより、多結晶シリコン層3に多孔質
半導体層たる多孔質多結晶シリコン層を形成する。平滑
化工程は、陽極酸化処理にて用いる図7に示す装置を利
用して電解研磨法により行われる。すなわち、フッ酸と
エタノールと水とを適量混合した電解液を投入した処理
槽31を恒温水槽32の中に入れて電解液の温度を制御
し、図6(c)のように導電性基板と多結晶シリコン相
3とが形成された被処理部30のp形シリコン基板16
と白金電極である対極33とを電解液に浸漬してp形シ
リコン基板16と対極33との間に適宜の通電時間だけ
通電する。このときの電流密度を1.5mA/cm2
下の電流密度とする(なお、通電電流の電流値はガルバ
ノスタット36により制御される)ことにより、多結晶
シリコン層3が多孔質化されずに多結晶シリコン層3の
表面が電解研磨され、多結晶シリコン層3の表面を平滑
化することができる。すなわち、多結晶シリコン層3の
堆積時におけるグレインの成長に起因した多結晶シリコ
ン層3表面の凹凸による表面ラフネスを小さくすること
ができる。
Further, after forming an ohmic electrode (not shown) on the back surface of the p-type silicon substrate 16, a smoothing step for smoothing the surface of the polycrystalline silicon layer 3 as a semiconductor layer is performed by using the resist layer 9 as a mask. Then, a porous polycrystalline silicon layer, which is a porous semiconductor layer, is formed on the polycrystalline silicon layer 3 by performing an anodic oxidation treatment. The smoothing step is performed by an electrolytic polishing method using the apparatus shown in FIG. 7 used in the anodic oxidation treatment. That is, the processing bath 31 into which the electrolytic solution obtained by mixing hydrofluoric acid, ethanol, and water in an appropriate amount is put into a constant temperature water bath 32 to control the temperature of the electrolytic solution, and as shown in FIG. The p-type silicon substrate 16 of the processing portion 30 on which the polycrystalline silicon phase 3 is formed
And the counter electrode 33 as a platinum electrode are immersed in an electrolytic solution, and a current is applied between the p-type silicon substrate 16 and the counter electrode 33 for an appropriate energizing time. By setting the current density at this time to a current density of 1.5 mA / cm 2 or less (the current value of the supplied current is controlled by the galvanostat 36), the polycrystalline silicon layer 3 is not made porous. The surface of the polycrystalline silicon layer 3 is electropolished, so that the surface of the polycrystalline silicon layer 3 can be smoothed. That is, it is possible to reduce the surface roughness due to the unevenness of the surface of the polycrystalline silicon layer 3 caused by the growth of the grains during the deposition of the polycrystalline silicon layer 3.

【0030】陽極酸化処理は、フッ酸とエタノールと水
とを適量混合したエッチャントを投入した処理槽31を
恒温水槽32の中に入れて電解液の温度を制御し、上述
の平滑化工程が終了した被処理物30のp形シリコン基
板16と白金電極である対極33とを電解液に浸漬して
p形シリコン基板16と対極33との間に通電する。こ
の間には多結晶シリコン層3の露出した部分にランプ3
4からの光照射を行う。p形シリコン基板16と対極3
3との間に通電する電流パターンは、ファンクションジ
ェネレータ35およびガルバノスタット36により制御
される。つまり、ファンクションジェネレータ35では
通電電流の極性および通電時間を制御し、ガルバノスタ
ット36では通電電流の電流値を制御する。本実施形態
における電流パターンでは、p形シリコン基板16を正
極とする期間と負極とする期間を交互に設けてあり、各
期間にそれぞれパルス状の電流を通電する。
In the anodic oxidation treatment, a treatment tank 31 into which an etchant in which a proper amount of hydrofluoric acid, ethanol and water are mixed is put into a constant temperature water tank 32 to control the temperature of the electrolytic solution. The p-type silicon substrate 16 of the processed object 30 and the counter electrode 33 which is a platinum electrode are immersed in an electrolytic solution, and electricity is supplied between the p-type silicon substrate 16 and the counter electrode 33. During this time, the lamp 3 is placed on the exposed portion of the polycrystalline silicon layer 3.
Light irradiation from step 4 is performed. p-type silicon substrate 16 and counter electrode 3
3 is controlled by the function generator 35 and the galvanostat 36. That is, the function generator 35 controls the polarity and duration of the current flow, and the galvanostat 36 controls the current value of the current flow. In the current pattern in the present embodiment, a period in which the p-type silicon substrate 16 is a positive electrode and a period in which the p-type silicon substrate 16 is a negative electrode are alternately provided, and a pulse-like current is supplied in each period.

【0031】ここに、多孔質化はp形シリコン基板16
を正極とする期間に進行し、多孔質化された領域は電流
が流れやすくなる。一方、p形シリコン基板16を負極
とする期間には電解によるガスが多孔質化された領域付
近に発生し、次にp形シリコン基板16を正極とすると
きの多孔質化を抑制することになる。つまり、p形シリ
コン基板16を正極とする期間において多孔質化の進行
が速い部位は、次回の多孔質化の際には進行が抑制され
ることになる。このような動作の繰り返しによって、多
孔質化された領域はほぼ均一な厚みになるのである。
Here, the p-type silicon substrate 16 is made porous.
, And current flows easily in the porous region. On the other hand, during the period in which the p-type silicon substrate 16 is used as a negative electrode, gas by electrolysis is generated in the vicinity of the region where the porous structure is formed. Become. In other words, in the portion where the progress of the porosity is fast during the period in which the p-type silicon substrate 16 is used as the positive electrode, the progress is suppressed at the time of the next porosity. By repeating such an operation, the porous region has a substantially uniform thickness.

【0032】パルス状の電流の1回当たりの通電期間
(つまりパルス幅)や1回当たりの電流密度は、エッチ
ャントの組成およびエッチャントの温度によって適宜に
設定される。つまり、エッチャントの組成やエッチャン
トの温度によって陽極酸化処理時の電荷量が調節され
る。また、上述のようにフッ酸とエタノールと水とを混
合したエッチャントを用いる場合には、エッチャントの
温度を0℃から室温の温度範囲に制御し、p形シリコン
基板16を正極とする期間には電流密度が1〜200m
A/cm2、p形シリコン基板16を負極とする期間に
は電流密度が−2〜−100mA/cm2になるように
パルス状の電流を通電するのが望ましい。また、正極と
する期間においてパルス状の電流の時間幅は1秒以下と
するのが望ましい。
The energizing period (ie, pulse width) per pulse current and the current density per pulse are appropriately set according to the composition of the etchant and the temperature of the etchant. That is, the amount of charge at the time of anodizing treatment is adjusted by the composition of the etchant and the temperature of the etchant. When an etchant obtained by mixing hydrofluoric acid, ethanol, and water is used as described above, the temperature of the etchant is controlled in a temperature range from 0 ° C. to room temperature, and during the period when the p-type silicon substrate 16 is used as a positive electrode, Current density is 1 to 200m
It is desirable to supply a pulsed current so that the current density becomes −2 to −100 mA / cm 2 during the period when the A / cm 2 and the p-type silicon substrate 16 are used as a negative electrode. In addition, it is desirable that the time width of the pulsed current be 1 second or less in the period during which the positive electrode is used.

【0033】上述のような陽極酸化処理によってストラ
イプ状の多孔質多結晶シリコン層5が形成される。その
後、レジスト層9を除去することにより図6(d)に示
す構造が得られる。ただし、多孔質化は多結晶シリコン
層3の厚み方向の途中までとしてある。また、陽極酸化
処理の際の通電方向を交互に変化させるとともに電流を
パルス状に通電したことによって、図2に示すように、
多孔質の領域Dpの厚みをほぼ均一にすることが可能に
なる。
The porous polycrystalline silicon layer 5 in the form of stripes is formed by the anodic oxidation treatment as described above. Thereafter, the structure shown in FIG. 6D is obtained by removing the resist layer 9. However, the porous layer is formed only halfway in the thickness direction of the polycrystalline silicon layer 3. In addition, by alternately changing the energizing direction during the anodizing process and energizing the current in a pulsed manner, as shown in FIG.
It becomes possible to make the thickness of the porous region Dp substantially uniform.

【0034】陽極酸化処理の後には、ランプアニール装
置を用い、乾燥酸素雰囲気中で多孔質多結晶シリコン層
5を急速熱酸化(RTO)することによって、酸化した
多孔質多結晶シリコン層よりなるドリフト部6aが形成
され、図6(e)に示す構造が得られる。ただし、ドリ
フト部6aにおける酸化した多孔質多結晶シリコン層は
厚み方向の途中まで形成されている。
After the anodic oxidation treatment, the porous polycrystalline silicon layer 5 is subjected to rapid thermal oxidation (RTO) in a dry oxygen atmosphere using a lamp annealing apparatus, so that the drift composed of the oxidized porous polycrystalline silicon layer is performed. The portion 6a is formed, and the structure shown in FIG. 6E is obtained. However, the oxidized porous polycrystalline silicon layer in the drift portion 6a is formed halfway in the thickness direction.

【0035】その後、ドリフト部6aと分離部6bとを
有する強電界ドリフト層6上に、ストライプ状の開口パ
ターンを有するメタルマスクを用いて蒸着法によって、
金薄膜よりなるストライプ状の導電性薄膜7が形成さ
れ、図6(f)に示す構造の電子源10が得られる。導
電性薄膜7は膜厚を10nmとしてある。導電性薄膜7
のパターニング方法としては、フォトリソグラフィ技術
およびエッチング技術を利用してもよいし、フォトリソ
グラフィ技術およびリフトオフ法を利用してもよい。
After that, on the strong electric field drift layer 6 having the drift portion 6a and the separation portion 6b, by using a metal mask having a stripe-shaped opening pattern by an evaporation method.
The striped conductive thin film 7 made of a gold thin film is formed, and the electron source 10 having the structure shown in FIG. 6F is obtained. The conductive thin film 7 has a thickness of 10 nm. Conductive thin film 7
As a patterning method, a photolithography technique and an etching technique may be used, or a photolithography technique and a lift-off technique may be used.

【0036】ところで、上述の従来の電界放射型電子源
では、図14に示すように、ドリフト部6aにおいて多
孔質化された領域Dpの厚みが不均一になっていた。こ
れは、従来の陽極酸化処理において、導電性基板に多結
晶シリコン層を形成した被処理物を対極とともに電解液
に浸漬した状態で、導電性基板の導電体層8bを正極と
して導電性基板と対極との間に定電流を連続的に通電し
ていることに起因していると考えられる。つまり、多結
晶シリコンが多孔質化される速度にはばらつきがあり、
先に多孔質化された部分に電荷が集中することになるか
ら、定電流を連続的に通電していると電界の集中する部
位の周辺の多孔質化が集中的に促進されるからであると
考えられる。
By the way, in the above-mentioned conventional field emission type electron source, as shown in FIG. 14, the thickness of the porous region Dp in the drift portion 6a is not uniform. This is because, in a conventional anodic oxidation treatment, an object to be processed in which a polycrystalline silicon layer is formed on a conductive substrate is immersed in an electrolytic solution together with a counter electrode, and the conductive layer 8b of the conductive substrate is used as a positive electrode. This is considered to be due to the fact that a constant current is continuously applied between the counter electrode and the counter electrode. In other words, the rate at which polycrystalline silicon is made porous varies.
This is because charges are concentrated on a portion that has been previously made porous, and when a constant current is continuously applied, the formation of a porous material around an area where an electric field is concentrated is intensively promoted. it is conceivable that.

【0037】上述したように、ドリフト部6aでは多孔
質化された領域Dpに存在する微結晶シリコン23の表
面に形成されたシリコン酸化膜24において電界がもっ
とも強くなるから、多孔質化された領域Dpの厚みが不
均一であると強電界ドリフト層6の各領域での電界強度
にばらつきが生じることになる。つまり、導電性薄膜7
の全面から一様に電子を放出させることができず、導電
性薄膜7から放出される電子のエネルギに場所による分
布が生じることになる。
As described above, in the drift portion 6a, the electric field is the strongest in the silicon oxide film 24 formed on the surface of the microcrystalline silicon 23 existing in the porous region Dp. If the thickness of Dp is non-uniform, the electric field intensity in each region of the strong electric field drift layer 6 varies. That is, the conductive thin film 7
Cannot be uniformly emitted from the entire surface of the conductive thin film 7, and the energy of the electrons emitted from the conductive thin film 7 has a distribution depending on the location.

【0038】その結果、従来の電界放射型電子源をディ
スプレイ装置の電子源に用いるとすれば、ディスプレイ
装置の画面に輝度むらが生じることになる。また、多孔
質の領域Dpの厚みが図14に示すような分布である
と、ドリフト部6aの内部では電界強度の小さい部分が
多くなって、このような部位では極端な場合には電子の
放出がなされず、結局は電子源全体としての電子放出効
率を十分に高めることができない場合もある。ディスプ
レイ装置の電子源では電子放出効率の低いと輝度を高め
ることができず画面が暗くなる。
As a result, if the conventional field emission type electron source is used as the electron source of the display device, the screen of the display device will have uneven brightness. Further, if the thickness of the porous region Dp has a distribution as shown in FIG. 14, the portion where the electric field strength is small increases inside the drift portion 6a, and in such a portion, the emission of electrons in an extreme case. In some cases, the electron emission efficiency of the electron source as a whole cannot be sufficiently increased. If the electron emission efficiency of the electron source of the display device is low, the brightness cannot be increased and the screen becomes dark.

【0039】しかしながら、本実施形態では、上述した
ように、ドリフト部6aを形成する陽極酸化処理におい
てパルス状の電流を与え、かつ通電時の極性を交互に反
転させたことによって、ドリフト部6aにおいて多孔質
化された領域Dpの厚みをほぼ均一にすることができ
る。その結果、n形領域8aと導電性薄膜7との組とし
て選択されたドリフト部6aでは、ほぼ全面から電子を
放出させることが可能になり、多孔質化された領域Dp
の厚みが不均一である場合に比較すると、電子の放出効
率が高まるとともに電子の放出量が多くなる。
However, in the present embodiment, as described above, a pulse-like current is applied in the anodizing process for forming the drift portion 6a, and the polarity at the time of energization is alternately inverted, so that the drift portion 6a The thickness of the porous region Dp can be made substantially uniform. As a result, in the drift portion 6a selected as a set of the n-type region 8a and the conductive thin film 7, electrons can be emitted from almost the entire surface, and the porous region Dp
As compared with the case where the thickness of the layer is not uniform, the electron emission efficiency is increased and the amount of emitted electrons is increased.

【0040】また、本実施形態では、半導体層たる多結
晶シリコン層3を陽極酸化処理にて多孔質化する前に、
多結晶シリコン層3の表面を平滑化する平滑化工程を備
えているので、ドリフト部6aの表面が平滑となる。し
たがって、図1(a)に示すように、導電性基板100
の一表面側に形成されるドリフト部6aの表面が平滑な
ので(つまり、酸化した多孔質多結晶シリコン層の表面
が平滑なので)、導電性薄膜7を導電性基板100に対
して正極として電圧を印加したときにドリフト部6aの
表面近傍に形成される等電位面が導電性基板の一表面に
ほぼ平行になるから、同図(b)に示すように電子e-
の放出方向が導電性基板100の厚み方向(同図(b)
における上方向)に揃い、従来に比べて電子の放出方向
のばらつきが小さくなり、高精細なディスプレイなど電
子の放出方向の許容角度範囲が狭いデバイスへの応用が
可能になる。しかも、酸化した多孔質多結晶シリコン層
は、多孔質化された領域Dpの厚みをほぼ均一としてあ
るので、導電性薄膜7を導電性基板100に対して正極
として電圧を印加したときに多孔質化された領域Dpに
ほぼ均等に電界が作用するから、ドリフト部6a内の等
電位面が導電性基板にほぼ平行になり、電子の放出方向
のばらつきおよび電子の放出量のむらを小さくすること
ができる。
In this embodiment, before the polycrystalline silicon layer 3 as a semiconductor layer is made porous by anodizing treatment,
Since a smoothing step for smoothing the surface of the polycrystalline silicon layer 3 is provided, the surface of the drift portion 6a becomes smooth. Therefore, as shown in FIG.
Since the surface of the drift portion 6a formed on one surface side of the substrate is smooth (that is, the surface of the oxidized porous polycrystalline silicon layer is smooth), the voltage is applied by using the conductive thin film 7 as a positive electrode with respect to the conductive substrate 100. Since the equipotential surface formed in the vicinity of the surface of the drift portion 6a when the voltage is applied becomes substantially parallel to one surface of the conductive substrate, the electrons e − as shown in FIG.
Is emitted in the thickness direction of the conductive substrate 100 (FIG.
, The variation in the electron emission direction is smaller than in the past, and it is possible to apply to a device such as a high-definition display having a narrow allowable angle range of the electron emission direction. In addition, since the oxidized porous polycrystalline silicon layer has a substantially uniform thickness in the porous region Dp, the porous polycrystalline silicon layer becomes porous when the conductive thin film 7 is applied to the conductive substrate 100 as a positive electrode. Since the electric field acts almost uniformly on the converted region Dp, the equipotential surface in the drift portion 6a becomes substantially parallel to the conductive substrate, and it is possible to reduce the variation in the electron emission direction and the unevenness of the electron emission amount. it can.

【0041】ここにおいて、酸化した多孔質多結晶シリ
コン層は、表面ラフネスを当該多孔質多結晶シリコン層
の厚さ以下とすることが望ましい。電子の放出効率を高
めるには、ドリフト部6aの厚さを薄くすることが望ま
しく、ドリフト部6aの厚さを薄くするほど表面ラフネ
スを小さくする必要がある。要するに、ドリフト部6a
の厚さが厚くなると、表面に凹凸があっても表面近傍の
等電位面が導電性基板100の表面にほぼ平行となる
が、ドリフト部6aの厚さが薄くなると、表面の凹凸に
沿って表面近傍の等電位面が形成されるので、ドリフト
部6aの厚さが薄くなるほど表面ラフネスの許容値を小
さくする必要がある。
Here, it is desirable that the oxidized porous polycrystalline silicon layer has a surface roughness equal to or less than the thickness of the porous polycrystalline silicon layer. To increase the electron emission efficiency, it is desirable to reduce the thickness of the drift portion 6a, and it is necessary to reduce the surface roughness as the thickness of the drift portion 6a decreases. In short, the drift part 6a
Is thicker, the equipotential surface near the surface becomes almost parallel to the surface of the conductive substrate 100 even if the surface has irregularities. However, when the thickness of the drift portion 6a is smaller, Since the equipotential surface near the surface is formed, it is necessary to reduce the allowable value of the surface roughness as the thickness of the drift portion 6a decreases.

【0042】また、ドリフト部6aのうち酸化した多孔
質多結晶シリコン層は、表面の法線と導電性基板100
の厚み方向に直交する仮想表面とのなす角度が、放出電
子の到達面(本実施形態では、蛍光体層15の表面)で
規定される許容角度範囲内に分布している。ここに、許
容角度範囲とは、高精細なディスプレイを実現する際に
電子の放出方向に関して許容できる角度範囲を意味して
いる。
The oxidized porous polycrystalline silicon layer in the drift portion 6a is formed by a method using the surface normal and the conductive substrate 100.
Are distributed within an allowable angle range defined by a plane of arrival of the emitted electrons (the surface of the phosphor layer 15 in the present embodiment). Here, the permissible angle range means the permissible angle range with respect to the electron emission direction when realizing a high-definition display.

【0043】なお、陽極酸化処理時にはマスクとしてレ
ジスト層9を利用したが、マスクとしてストライプ状に
形成した酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を利用しても
よく、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を利用した場合
には、陽極酸化処理後にマスクを除去する工程は不要で
ある。また、マスクとしてストライプ状に形成した酸化
シリコン膜や窒化シリコン膜を利用する場合には、酸化
シリコン膜や窒化シリコン膜よりなるマスク材料層を反
応性イオンエッチング法によりパターニングし、連続し
て多結晶シリコン層3の表面の平滑化を行うことができ
るから、平滑化のために別途の装置を用意する必要がな
く、低コストで陽極酸化処理前の多結晶シリコン層3の
表面を平滑化することができ、結果としてコストアップ
を抑制することができる。
Although the resist layer 9 was used as a mask during the anodic oxidation treatment, a silicon oxide film or a silicon nitride film formed in a stripe shape may be used as the mask, or a silicon oxide film or a silicon nitride film may be used. In this case, the step of removing the mask after the anodic oxidation treatment is unnecessary. In the case where a silicon oxide film or a silicon nitride film formed in a stripe shape is used as a mask, a mask material layer made of a silicon oxide film or a silicon nitride film is patterned by a reactive ion etching method, and is continuously polycrystalline. Since the surface of the silicon layer 3 can be smoothed, there is no need to prepare a separate apparatus for smoothing, and the surface of the polycrystalline silicon layer 3 before the anodic oxidation treatment can be smoothed at low cost. As a result, an increase in cost can be suppressed.

【0044】また、本実施形態では、導電性基板として
p形シリコン基板16を採用し、導電体層としてn形領
域8aを採用しているが、導電性基板はp形シリコン基
板に限定されるものではなく、導電体層もn形領域8a
に限定されるものではない。たとえば、ガラスのような
絶縁性基板にクロムのような金属薄膜からなる導電体層
を設けたものを導電性基板として用いてもよい。強電界
ドリフト層6は多孔質多結晶シリコン層5を酸化して形
成されているが、多孔質多結晶シリコン層5を窒化して
形成してもよく、また、単結晶シリコン、アモルファス
シリコン、シリコン以外の半導体を多孔質化しても採用
することが可能であり、いずれの場合も上述のようなパ
ルス状の電流の極性を交互に反転させるようにした陽極
酸化処理によってドリフト部6aを形成することで、ド
リフト部6aにおける多孔質化された領域Dpの厚みを
ほぼ均一にすることができる。導電性薄膜7の材料は仕
事関数が小さければよく、金のほかにアルミニウム、ク
ロム、タングステン、ニッケル、白金、あるいはこれら
の金属の合金なども使用可能である。さらに、導電性薄
膜7の膜厚を10nmとしたが膜厚についても適宜に選
択することができる。
In this embodiment, the p-type silicon substrate 16 is used as the conductive substrate and the n-type region 8a is used as the conductive layer. However, the conductive substrate is limited to the p-type silicon substrate. However, the conductor layer also has the n-type region 8a.
However, the present invention is not limited to this. For example, a substrate provided with a conductor layer made of a metal thin film such as chromium on an insulating substrate such as glass may be used as the conductive substrate. The strong electric field drift layer 6 is formed by oxidizing the porous polycrystalline silicon layer 5. However, the strong electric field drift layer 6 may be formed by nitriding the porous polycrystalline silicon layer 5. The drift portion 6a may be formed by anodizing treatment in which the polarity of the pulsed current is alternately reversed as described above in any case. Thus, the thickness of the porous region Dp in the drift portion 6a can be made substantially uniform. The material of the conductive thin film 7 only needs to have a small work function. In addition to gold, aluminum, chromium, tungsten, nickel, platinum, or an alloy of these metals can be used. Further, the thickness of the conductive thin film 7 is set to 10 nm, but the thickness can be appropriately selected.

【0045】(第2の実施の形態)本実施形態では、ガ
ラス基板の一表面に導電体層としての白金薄膜を設けた
ものを導電性基板として用いる。ガラス基板の材料は製
造過程における処理温度に応じて、石英ガラス、無アル
カリガラス、低アルカリガラス、ソーダライムガラスか
ら選択される。また、導電体層として白金を選択してい
るのはフッ酸に対して耐食性を有するからである。
(Second Embodiment) In this embodiment, a glass substrate provided with a platinum thin film as a conductor layer on one surface is used as a conductive substrate. The material of the glass substrate is selected from quartz glass, non-alkali glass, low alkali glass, and soda lime glass according to the processing temperature in the manufacturing process. Platinum is selected as the conductor layer because it has corrosion resistance to hydrofluoric acid.

【0046】しかして、本実施形態では、ガラス基板で
ある絶縁性基板13の一表面にスパッタ法によって0.
2μmの白金薄膜を導電体層8bとして形成し、その
後、図8(a)のように、イオンミリングによって導電
体層8bをストライプ状にパターニングする。
In this embodiment, however, the surface of the insulating substrate 13, which is a glass substrate, has a thickness of 0.1 mm by sputtering.
A 2 μm platinum thin film is formed as the conductor layer 8b, and thereafter, the conductor layer 8b is patterned into a stripe shape by ion milling as shown in FIG.

【0047】次に、図8(b)のように絶縁性基板13
および導電体層8bを覆うようにノンドープの多結晶シ
リコン層3を0.5μmの厚みになるように成膜し、さ
らに図8(c)のように、導電体層8bの上の多結晶シ
リコン層3を残すようにしてRIEによるパターニング
を行う。このパターンニングにより強電界ドリフト層6
におけるドリフト部6aとなる部位のパターンが形成さ
れることになる。そこで、導電体層8bを一方の電極と
して第1の実施の形態と同様の多結晶シリコン層3の平
滑化処理を行った後、陽極酸化処理を行い、多結晶シリ
コン層3の多孔質化を行う。多孔質化の深さは多結晶シ
リコン層3の厚みにほぼ等しくし、多孔質化の領域を導
電体層8bにほぼ到達させる。ここで、陽極酸化処理の
際に電解液がフッ酸を含んでいても導電体層8bはフッ
酸に対する耐食性を有するから導電体層8bが腐食され
ることはない。陽極酸化処理の後には、ランプアニール
装置を用い、乾燥酸素雰囲気中で急速熱酸化(RTO)
することによって、酸化した多孔質多結晶シリコン層よ
りなるドリフト部6aが形成される。
Next, as shown in FIG.
Then, a non-doped polycrystalline silicon layer 3 is formed to a thickness of 0.5 μm so as to cover conductor layer 8b, and as shown in FIG. Patterning by RIE is performed so as to leave the layer 3. By this patterning, the strong electric field drift layer 6 is formed.
The pattern of the portion to be the drift portion 6a in the above is formed. Therefore, after the same polycrystalline silicon layer 3 as in the first embodiment is subjected to a smoothing process using the conductor layer 8b as one electrode, an anodic oxidation process is performed to make the polycrystalline silicon layer 3 porous. Do. The depth of the porosity is made substantially equal to the thickness of the polycrystalline silicon layer 3 so that the porosity region almost reaches the conductor layer 8b. Here, even if the electrolytic solution contains hydrofluoric acid during the anodic oxidation treatment, the conductive layer 8b does not corrode because the conductive layer 8b has corrosion resistance to hydrofluoric acid. After the anodizing treatment, rapid thermal oxidation (RTO) is performed in a dry oxygen atmosphere using a lamp annealing apparatus.
By doing so, drift portion 6a composed of an oxidized porous polycrystalline silicon layer is formed.

【0048】その後、図8(d)のように、絶縁性基板
13およびドリフト部6aを覆うようにEB蒸着によっ
て金薄膜を形成し、パターニングによってストライプ状
の導電性薄膜7が形成され、電子源10を形成すること
ができる。
Thereafter, as shown in FIG. 8D, a gold thin film is formed by EB vapor deposition so as to cover the insulating substrate 13 and the drift portion 6a, and a striped conductive thin film 7 is formed by patterning. 10 can be formed.

【0049】ただし、本実施形態では絶縁性基板13に
多結晶シリコン層3を設けているから、電子源の周辺部
分で多結晶シリコン層3に半導体素子を形成することに
よって電子源の駆動回路などを絶縁性基板13に一括し
て形成することができる。
However, in this embodiment, since the polycrystalline silicon layer 3 is provided on the insulating substrate 13, a semiconductor element is formed on the polycrystalline silicon layer 3 around the electron source, so that an electron source driving circuit and the like are formed. Can be collectively formed on the insulating substrate 13.

【0050】本実施形態ではドリフト部6aにおける多
孔質化の領域の厚みが多結晶シリコン層3の厚みにほぼ
等しいから、ドリフト層6aにおける多孔質化された部
分に全電圧が印加されることになり、印加した電圧を無
駄なく電子の放出に利用することができて電子の放出量
を大きくすることができる。なお、導電性基板として絶
縁性基板13に導電体層8bを設けたものを用いている
が、フッ酸に対する耐食性を有する材料であれば白金以
外でもよく、他の導電性材料を耐食性材料で保護するこ
とにより導電体層を形成してもよい。他の構成および動
作は第1の実施の形態と同様である。
In this embodiment, since the thickness of the porous region in the drift portion 6a is substantially equal to the thickness of the polycrystalline silicon layer 3, the entire voltage is applied to the porous portion of the drift layer 6a. That is, the applied voltage can be used for emitting electrons without waste, and the amount of emitted electrons can be increased. Although a conductive substrate provided with a conductive layer 8b on an insulating substrate 13 is used, any material other than platinum may be used as long as it has corrosion resistance to hydrofluoric acid, and other conductive materials are protected by a corrosion resistant material. By doing so, a conductor layer may be formed. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.

【0051】[0051]

【発明の効果】請求項1の発明は、導電性基板と、導電
性基板の一表面側に形成された強電界ドリフト層と、該
強電界ドリフト層上に形成された導電性薄膜とを備え、
導電性薄膜を導電性基板に対して正極として電圧を印加
することにより導電性基板から注入された電子が強電界
ドリフト層をドリフトし導電性薄膜を通して放出される
電界放射型電子源であって、強電界ドリフト層は、表面
が平滑な酸化若しくは窒化した多孔質半導体層を有する
ものであり、多孔質半導体層の表面が平滑なので、導電
性薄膜を導電性基板に対して正極として電圧を印加した
ときに多孔質半導体層の表面近傍に形成される等電位面
が導電性基板の一表面にほぼ平行になるから、従来に比
べて電子の放出方向のばらつきが小さくなり、高精細な
ディスプレイなど電子の放出方向の許容角度範囲が狭い
デバイスへの応用が可能になるという効果がある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a conductive substrate, a strong electric field drift layer formed on one surface side of the conductive substrate, and a conductive thin film formed on the strong electric field drift layer. ,
A field emission type electron source in which electrons injected from the conductive substrate are drifted through the strong electric field drift layer and emitted through the conductive thin film by applying a voltage with the conductive thin film as a positive electrode with respect to the conductive substrate, The strong electric field drift layer has a porous semiconductor layer whose surface is oxidized or nitrided and has a smooth surface. Since the surface of the porous semiconductor layer is smooth, a voltage is applied to the conductive thin film as a positive electrode with respect to the conductive substrate. Sometimes, the equipotential surface formed near the surface of the porous semiconductor layer is almost parallel to one surface of the conductive substrate, so that the variation in the emission direction of electrons is smaller than in the past, and electrons such as high definition displays There is an effect that it is possible to apply to a device having a narrow allowable angle range of the emission direction of light.

【0052】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、上記多孔質半導体層は、多孔質化された領域の厚み
をほぼ均一としてあるので、導電性薄膜を導電性基板に
対して正極として電圧を印加したときに多孔質化された
領域にほぼ均等に電界が作用するので、強電界ドリフト
層内の等電位面が導電性基板にほぼ平行になり、電子の
放出方向のばらつきおよび電子の放出量のむらを小さく
することができるという効果がある。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the porous semiconductor layer has a substantially uniform thickness in a porous region. When a voltage is applied, the electric field acts almost uniformly on the porous region, so that the equipotential surface in the strong electric field drift layer becomes almost parallel to the conductive substrate, and the variation in the electron emission direction and the electron There is an effect that the unevenness of the amount of the release can be reduced.

【0053】請求項5の発明は、請求項1ないし請求項
4の発明において、上記多孔質半導体層は、多孔質多結
晶シリコンよりなるので、電子放出特性の真空度依存性
が小さく且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安
定して高効率で電子を放出することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, since the porous semiconductor layer is made of porous polycrystalline silicon, the electron emission characteristic has a small dependence on the degree of vacuum and the electron emission characteristics are small. Occasionally, electrons can be stably emitted with high efficiency without occurrence of a popping phenomenon.

【0054】請求項6の発明は、請求項1記載の電界放
射型電子源の製造方法であって、導電性基板の一表面上
に形成した半導体層を陽極酸化処理にて多孔質化するこ
とにより多孔質半導体層を形成する前に、前記半導体層
の表面を平滑化する平滑化工程を備えるので、表面が平
滑化された前記半導体層を陽極酸化処理にて多孔質化す
ることにより多孔質半導体層を形成しているから、従来
に比べて強電界ドリフト層の表面を平滑にすることが可
能となり、電子の放出方向のばらつきが従来に比べて小
さな電界放射型電子源を提供することができるという効
果がある。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a field emission type electron source according to the first aspect, wherein the semiconductor layer formed on one surface of the conductive substrate is made porous by anodizing. Before forming a porous semiconductor layer, a smoothing step of smoothing the surface of the semiconductor layer is provided, so that the semiconductor layer having a smoothed surface is made porous by anodizing treatment to form a porous semiconductor layer. Since the semiconductor layer is formed, the surface of the strong electric field drift layer can be made smoother than before, and a field emission type electron source with a smaller variation in electron emission direction than before can be provided. There is an effect that can be.

【0055】請求項7の発明は、請求項6の発明におい
て、上記平滑化工程は、電解研磨法により前記半導体層
の表面を平滑化する工程なので、上記陽極酸化処理に用
いる装置を利用して電解研磨法により前記半導体層の表
面を平滑化するから、平滑化のために別途の装置を用意
する必要がなく、低コストで前記半導体層の表面を平滑
化することができ、結果としてコストアップを抑制する
ことができるという効果がある。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the smoothing step is a step of smoothing the surface of the semiconductor layer by an electrolytic polishing method. Since the surface of the semiconductor layer is smoothed by the electrolytic polishing method, there is no need to prepare a separate device for smoothing, and the surface of the semiconductor layer can be smoothed at low cost, resulting in an increase in cost. Can be suppressed.

【0056】請求項8の発明は、請求項6の発明におい
て、上記平滑化工程は、反応性イオンエッチング法によ
り前記半導体層の表面を平滑化する工程なので、たとえ
ば前記半導体層上にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜な
どのマスク材料層を堆積し、マスク材料層を反応性イオ
ンエッチング法によりパターニングすることでマスクを
形成した後に陽極酸化処理を行うような場合、マスク材
料層のパターニング時にマスク材料層のエッチングに連
続して前記半導体層の表面の平滑化を行うことができる
から、平滑化のために別途の装置を用意する必要がな
く、低コストで前記半導体層の表面を平滑化することが
でき、結果としてコストアップを抑制することができる
という効果がある。
According to an eighth aspect of the present invention, in the sixth aspect of the present invention, the smoothing step is a step of smoothing the surface of the semiconductor layer by a reactive ion etching method. When a mask material layer such as silicon or silicon nitride film is deposited, and the mask material layer is patterned by reactive ion etching to form a mask and then anodizing treatment is performed, the mask material layer is patterned at the time of patterning the mask material layer. Since the surface of the semiconductor layer can be smoothed in succession to the etching, there is no need to prepare a separate device for smoothing, and the surface of the semiconductor layer can be smoothed at low cost. As a result, there is an effect that cost increase can be suppressed.

【0057】請求項9の発明は、請求項6ないし請求項
8の発明において、上記陽極酸化処理は、多孔質化され
た領域の厚みがほぼ均一となる処理なので、電子の放出
方向のばらつきをさらに小さな電界放射型電源を提供す
ることができるという効果がある。
According to a ninth aspect of the present invention, in the sixth to eighth aspects of the present invention, the anodic oxidation treatment is a treatment in which the thickness of the porous region is made substantially uniform. There is an effect that a smaller field emission power supply can be provided.

【0058】請求項10の発明は、請求項9の発明にお
いて、前記導電性基板として、絶縁性基板の一表面に陽
極酸化処理時に用いるフッ酸に対する耐食性を有する導
電体層を設けた基板を用い、上記陽極酸化処理は、多孔
質化された領域の厚みが導電性薄膜と導電性基板との距
離にほぼ等しくなるように前記半導体層を多孔質化する
処理なので、陽極酸化処理と別途の工程を追加すること
なしに多孔質化された領域の厚みをほぼ均一にすること
ができるから、コストアップを防ぐことができるという
効果がある。
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, a substrate is used in which an electrically conductive layer having corrosion resistance to hydrofluoric acid used in anodizing treatment is provided on one surface of the insulating substrate. The anodic oxidation treatment is a treatment for making the semiconductor layer porous so that the thickness of the porous region is substantially equal to the distance between the conductive thin film and the conductive substrate. Since the thickness of the porous region can be made substantially uniform without adding, there is an effect that an increase in cost can be prevented.

【0059】請求項11の発明は、請求項9の発明にお
いて、上記陽極酸化処理は、多孔質化された領域の厚み
がほぼ均一となるように、導電性基板と対極との間にパ
ルス状の電流を極性を交互に反転して通電するので、陽
極酸化処理と別途の工程を追加することなしに多孔質化
された領域の厚みをほぼ均一にすることができるから、
コストアップを防ぐことができるという効果がある。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, the anodic oxidation treatment is performed in such a manner that a pulse shape is formed between the conductive substrate and the counter electrode so that the thickness of the porous region becomes substantially uniform. Since the current is alternately reversed in polarity and energized, the thickness of the porous region can be made substantially uniform without adding an anodizing treatment and a separate step,
There is an effect that a cost increase can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態における電子の放出
方向の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an electron emission direction according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the first embodiment of the present invention.

【図3】同上の概略斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view of the same.

【図4】同上の要部斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a main part of the above.

【図5】同上の断面図である。FIG. 5 is a sectional view of the same.

【図6】同上の製造過程を示す主要部の工程図である。FIG. 6 is a process diagram of a main part showing a manufacturing process of the same.

【図7】同上の製造装置の概略構成図である。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the manufacturing apparatus of the above.

【図8】本発明の第2の実施の形態を示す主要部の工程
図である。
FIG. 8 is a process diagram of a main part showing a second embodiment of the present invention.

【図9】従来例を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing a conventional example.

【図10】同上の動作説明図である。FIG. 10 is an operation explanatory view of the above.

【図11】同上の原理説明図である。FIG. 11 is a diagram illustrating the principle of the above.

【図12】他の従来例を示す断面図である。FIG. 12 is a sectional view showing another conventional example.

【図13】同上の動作説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of the operation of the above.

【図14】従来例の問題点の説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram of a problem of the conventional example.

【図15】従来の問題点を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a conventional problem.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

6 強電界ドリフト層 7 導電性薄膜 3 多結晶シリコン層 21 グレイン 22 シリコン酸化膜 23 微結晶シリコン 24 シリコン酸化膜 100 導電性基板 Reference Signs List 6 Strong electric field drift layer 7 Conductive thin film 3 Polycrystalline silicon layer 21 Grain 22 Silicon oxide film 23 Microcrystalline silicon 24 Silicon oxide film 100 Conductive substrate

フロントページの続き (72)発明者 菰田 卓哉 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 本多 由明 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 幡井 崇 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 櫟原 勉 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 近藤 行廣 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Fターム(参考) 5C031 DD16 DD17 DD19 5C036 EE01 EE03 EE14 EG12 EH04Continuing on the front page (72) Inventor Takuya Komoda 1048 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Works, Ltd. (72) Inventor Yoshiaki Honda 1048 Okadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Works (72) Inventor Takashi Hatai 1048 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture, Japan Inside Matsushita Electric Works Co., Ltd. 1048, Kadoma, Kamon, Fumonma-shi Matsushita Electric Works Co., Ltd. F-term (reference) 5C031 DD16 DD17 DD19 5C036 EE01 EE03 EE14 EG12 EH04

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導電性基板と、導電性基板の一表面側に
形成された強電界ドリフト層と、該強電界ドリフト層上
に形成された導電性薄膜とを備え、導電性薄膜を導電性
基板に対して正極として電圧を印加することにより導電
性基板から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフ
トし導電性薄膜を通して放出される電界放射型電子源で
あって、強電界ドリフト層は、表面が平滑な酸化若しく
は窒化した多孔質半導体層を有することを特徴とする電
界放射型電子源。
1. A conductive substrate comprising: a conductive substrate; a strong electric field drift layer formed on one surface side of the conductive substrate; and a conductive thin film formed on the strong electric field drift layer. A field emission type electron source in which electrons injected from the conductive substrate are drifted through the strong electric field drift layer and emitted through the conductive thin film by applying a voltage as a positive electrode to the substrate, and the strong electric field drift layer is A field emission type electron source comprising a oxidized or nitrided porous semiconductor layer having a smooth surface.
【請求項2】 上記多孔質半導体層は、多孔質化された
領域の厚みをほぼ均一としてあることを特徴とする請求
項1記載の電界放射型電子源。
2. The field emission type electron source according to claim 1, wherein the porous semiconductor layer has a porous region having a substantially uniform thickness.
【請求項3】 上記多孔質半導体層は、表面ラフネスを
当該多孔質半導体層の厚さ以下としてあることを特徴と
する請求項1または請求項2記載の電界放射型電子源。
3. The field emission type electron source according to claim 1, wherein the porous semiconductor layer has a surface roughness equal to or less than a thickness of the porous semiconductor layer.
【請求項4】 上記多孔質半導体層は、表面の法線と導
電性基板の厚み方向に直交する仮想表面とのなす角度
が、放出電子の到達面で規定される許容角度範囲内に分
布してなることを特徴とする請求項1ないし請求項3の
いずれかに記載の電界放射型電子源。
4. The porous semiconductor layer according to claim 1, wherein an angle between a normal line of the surface and a virtual surface orthogonal to a thickness direction of the conductive substrate is distributed within an allowable angle range defined by a plane where the emitted electrons reach. The field emission type electron source according to any one of claims 1 to 3, wherein:
【請求項5】 上記多孔質半導体層は、多孔質多結晶シ
リコンよりなることを特徴とする請求項1ないし請求項
4のいずれかに記載の電界放射型電子源。
5. The field emission type electron source according to claim 1, wherein said porous semiconductor layer is made of porous polycrystalline silicon.
【請求項6】 請求項1記載の電界放射型電子源の製造
方法であって、導電性基板の一表面上に形成した半導体
層を陽極酸化処理にて多孔質化することにより多孔質半
導体層を形成する前に、前記半導体層の表面を平滑化す
る平滑化工程を備えることを特徴とする電界放射型電子
源の製造方法。
6. The method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein the semiconductor layer formed on one surface of the conductive substrate is made porous by anodizing treatment. A method of manufacturing a field emission type electron source, further comprising a step of smoothing a surface of the semiconductor layer before forming the semiconductor layer.
【請求項7】 上記平滑化工程は、電解研磨法により前
記半導体層の表面を平滑化する工程であることを特徴と
する請求項6記載の電界放射型電子源の製造方法。
7. The method according to claim 6, wherein the smoothing step is a step of smoothing the surface of the semiconductor layer by an electrolytic polishing method.
【請求項8】 上記平滑化工程は、反応性イオンエッチ
ング法により前記半導体層の表面を平滑化する工程であ
ることを特徴とする請求項6記載の電界放射型電子源の
製造方法。
8. The method according to claim 6, wherein the smoothing step is a step of smoothing the surface of the semiconductor layer by a reactive ion etching method.
【請求項9】 上記陽極酸化処理は、多孔質化された領
域の厚みがほぼ均一となる処理であることを特徴とする
請求項6ないし請求項8のいずれかに記載の電界放射型
電子源の製造方法。
9. The field emission type electron source according to claim 6, wherein the anodic oxidation treatment is a treatment in which the thickness of the porous region is made substantially uniform. Manufacturing method.
【請求項10】 前記導電性基板として、絶縁性基板の
一表面に陽極酸化処理時に用いるフッ酸に対する耐食性
を有する導電体層を設けた基板を用い、上記陽極酸化処
理は、多孔質化された領域の厚みが導電性薄膜と導電性
基板との距離にほぼ等しくなるように前記半導体層を多
孔質化する処理であることを特徴とする請求項9記載の
電界放射型電子源の製造方法。
10. A substrate in which a conductive layer having corrosion resistance to hydrofluoric acid used in anodizing treatment is provided on one surface of an insulating substrate as the conductive substrate, and the anodizing treatment is made porous. 10. The method for manufacturing a field emission electron source according to claim 9, wherein the process is a process of making the semiconductor layer porous so that the thickness of the region is substantially equal to the distance between the conductive thin film and the conductive substrate.
【請求項11】 上記陽極酸化処理は、多孔質化された
領域の厚みがほぼ均一となるように、導電性基板と対極
との間にパルス状の電流を極性を交互に反転して通電す
ることを特徴とする請求項9記載の電界放射型電子源の
製造方法。
11. The anodic oxidation treatment includes applying a pulsed current between the conductive substrate and the counter electrode by alternately reversing the polarity so that the thickness of the porous region becomes substantially uniform. 10. The method for manufacturing a field emission electron source according to claim 9, wherein:
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