JP2002008527A - Field radiation type electron source and its manufacturing method - Google Patents

Field radiation type electron source and its manufacturing method

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JP2002008527A
JP2002008527A JP2000191979A JP2000191979A JP2002008527A JP 2002008527 A JP2002008527 A JP 2002008527A JP 2000191979 A JP2000191979 A JP 2000191979A JP 2000191979 A JP2000191979 A JP 2000191979A JP 2002008527 A JP2002008527 A JP 2002008527A
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Koichi Aizawa
浩一 相澤
Takuya Komoda
卓哉 菰田
Yoshiaki Honda
由明 本多
Takashi Hatai
崇 幡井
Tsutomu Kunugibara
勉 櫟原
Yukihiro Kondo
行廣 近藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field radiation electron source that has a high electron emission efficiency and little changes by the lapse of time of its electron emission efficiency and its manufacturing method. SOLUTION: The intense-field drift layer 6 is formed after the surface of multi-crystal silicon which is formed on the n-type silicon substrate 1 is made porous by the positive electrode oxidization treatment, and then oxidized electrochemically in the electrolyte. In the oxidization process, the counter electrode is made negative electrode and the n-type silicon substrate 1 (ohmic electrode) is made positive electrode and electric current is conducted between the positive electrode and the negative electrode. In this current conduction, firstly, electric current of a constant formation current density is flown continuously and after the voltage between the positive electrode and the negative electrode has increased by a specified amount, the voltage between the positive electrode and the negative electrode is maintained at the increased voltage, and when the formation current density has decreased to the prescribed value, the electric current conduction is stopped.

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】従来より、電界放射型電子源として、例
えば米国特許3665241号などに開示されているい
わゆるスピント(Spindt)型電極と呼ばれるものがあ
る。このスピント型電極は、微小な三角錐状のエミッタ
チップを多数配置した基板と、エミッタチップの先端部
を露出させる放射孔を有するとともにエミッタチップに
対して絶縁された形で配置されたゲート層とを備え、真
空中にてエミッタチップをゲート層に対して負極として
高電圧を印加することにより、エミッタチップの先端か
ら放射孔を通して電子線を放射するものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a field emission type electron source, there is a so-called Spindt electrode disclosed in, for example, US Pat. No. 3,665,241. This Spindt-type electrode has a substrate on which a number of minute triangular pyramid-shaped emitter chips are arranged, a gate layer having a radiation hole for exposing the tip of the emitter chip, and being arranged insulated from the emitter chip. And applying a high voltage with the emitter tip as a negative electrode to the gate layer in a vacuum to emit an electron beam from the tip of the emitter tip through a radiation hole.

【0003】しかしながら、スピント型電極は、製造プ
ロセスが複雑であるとともに、多数の三角錐状のエミッ
タチップを精度良く構成することが難しく、例えば平面
発光装置やディスプレイなどへ応用する場合に大面積化
が難しいという問題があった。また、スピント型電極
は、電界がエミッタチップの先端に集中するので、エミ
ッタチップの先端の周りの真空度が低くて残留ガスが存
在するような場合、放射された電子によって残留ガスが
プラスイオンにイオン化され、プラスイオンがエミッタ
チップの先端に衝突するから、エミッタチップの先端が
ダメージ(例えば、イオン衝撃による損傷)を受け、放
射される電子の電流密度や効率などが不安定になった
り、エミッタチップの寿命が短くなってしまうという問
題が生じる。したがって、スピント型電極では、この種
の問題の発生を防ぐために、高真空(約10-5Pa〜約
10-6Pa)で使用する必要があり、コストが高くなる
とともに、取扱いが面倒になるという不具合があった。
However, the Spindt-type electrode has a complicated manufacturing process, and it is difficult to accurately form a large number of triangular pyramid-shaped emitter chips. For example, the Spindt-type electrode has a large area when applied to a flat light emitting device or a display. There was a problem that was difficult. In the Spindt-type electrode, the electric field is concentrated at the tip of the emitter tip, so if the degree of vacuum around the tip of the emitter tip is low and residual gas is present, the emitted gas turns the residual gas into positive ions. Since the ions are ionized and the positive ions collide with the tip of the emitter tip, the tip of the emitter tip is damaged (for example, damage due to ion bombardment), and the current density and efficiency of emitted electrons become unstable. There is a problem that the life of the chip is shortened. Therefore, the Spindt-type electrode needs to be used in a high vacuum (about 10 -5 Pa to about 10 -6 Pa) in order to prevent such a problem from occurring, which increases the cost and complicates handling. There was a problem.

【0004】この種の不具合を改善するために、MIM
(Metal Insulator Metal)方式やMOS(Metal Oxid
e Semiconductor)型の電界放射型電子源が提案されて
いる。前者は金属−絶縁膜−金属、後者は金属−酸化膜
−半導体の積層構造を有する平面型の電界放射型電子源
である。しかしながら、このタイプの電界放射型電子源
において電子の放射効率を高めるためには(多くの電子
を放射させるためには)、上記絶縁膜や上記酸化膜の膜
厚を薄くする必要があるが、上記絶縁膜や上記酸化膜の
膜厚を薄くしすぎると、上記積層構造の上下の電極間に
電圧を印加した時に絶縁破壊を起こす恐れがあり、この
ような絶縁破壊を防止するためには上記絶縁膜や上記酸
化膜の膜厚の薄膜化に制約があるので、電子の放出効率
(引き出し効率)をあまり高くできないという不具合が
あった。
In order to improve this kind of problem, MIM
(Metal Insulator Metal) method and MOS (Metal Oxid
e Semiconductor) type field emission electron sources have been proposed. The former is a flat field emission type electron source having a metal-insulating film-metal structure, and the latter is a metal-oxide film-semiconductor stacked structure. However, in order to increase the emission efficiency of electrons in this type of field emission type electron source (to emit many electrons), it is necessary to reduce the thickness of the insulating film and the oxide film. If the thickness of the insulating film or the oxide film is too thin, dielectric breakdown may occur when a voltage is applied between the upper and lower electrodes of the laminated structure. Since the thickness of the insulating film or the oxide film is limited, the electron emission efficiency (drawing efficiency) cannot be increased.

【0005】また、近年では、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(多孔質シリコン
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)が提案されている。
In recent years, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-250766
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-260, a porous semiconductor layer (porous silicon layer) is formed by using a single-crystal semiconductor substrate such as a silicon substrate and anodizing one surface of the semiconductor substrate. A field emission electron source (semiconductor cold electron emission device) has been proposed in which a metal thin film is formed on a porous semiconductor layer, and a voltage is applied between the semiconductor substrate and the metal thin film to emit electrons. I have.

【0006】しかしながら、上述の特開平8−2507
66号公報に記載の電界放射型電子源では、基板が半導
体基板に限られるので、大面積化やコストダウン化が難
しいという不具合がある。また、特開平8−25076
6号公報に記載の電界放射型電子源では電子放出時にい
わゆるポッピング現象が生じやすく、放出電子量にむら
が起こりやすいので、平面発光装置やディスプレイなど
に応用すると、発光むらができてしまうという不具合が
ある。
[0006] However, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-2507 has been disclosed.
In the field emission electron source described in Japanese Patent Publication No. 66, since the substrate is limited to a semiconductor substrate, there is a problem that it is difficult to increase the area and reduce the cost. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-25076
In the field emission type electron source described in Japanese Patent Application Publication No. 6 (1995) -76, a so-called popping phenomenon easily occurs during electron emission, and the amount of emitted electrons tends to be uneven. There is.

【0007】そこで、本願発明者らは、特願平10−2
72340号、特願平10−272342号、特願平1
0−271876号などにおいて、多孔質層たる多孔質
多結晶シリコン層を急速熱酸化法により酸化する急速熱
酸化(Rapid Thermal Oxidation:RTO)技術にて
酸化することによって、導電性基板(例えば、金属薄
膜)と導電性薄膜との間に介在し導電性基板から注入さ
れた電子がドリフトする強電界ドリフト層を形成した電
界放射型電子源を提案した。
Therefore, the present inventors have filed Japanese Patent Application No. Hei.
No. 72340, Japanese Patent Application No. 10-272342, Japanese Patent Application No. 1
No. 0-271876, a porous polycrystalline silicon layer which is a porous layer is oxidized by a rapid thermal oxidation (Rapid Thermal Oxidation (RTO) technique) to form a conductive substrate (for example, metal). A field emission type electron source was proposed, in which a strong electric field drift layer was formed between the thin film and the conductive thin film and in which electrons injected from the conductive substrate drifted.

【0008】この電界放射型電子源の製造方法の一例に
ついて図11を参照しながら説明する。
An example of a method for manufacturing the field emission type electron source will be described with reference to FIG.

【0009】まず、n形シリコン基板1の裏面にオーミ
ック電極2を形成した後、n形シリコン基板1の表面に
膜厚が略1.5μmのノンドープの多結晶シリコン層3
をLPCVD法によって形成することにより図11
(a)に示すような構造が得られる。
First, an ohmic electrode 2 is formed on the back surface of an n-type silicon substrate 1, and then a non-doped polycrystalline silicon layer 3 having a thickness of about 1.5 μm is formed on the surface of the n-type silicon substrate 1.
Is formed by the LPCVD method to form FIG.
A structure as shown in FIG.

【0010】ノンドープの多結晶シリコン層3を形成し
た後、55wt%のフッ化水素水溶液とエタノールとを
略1:1で混合した混合液よりなる電解液の入った陽極
酸化処理槽を利用し、白金電極(図示せず)を負極、n
形シリコン基板1(オーミック電極2)を正極として、
多結晶シリコン層3に光照射を行いながら定電流で陽極
酸化処理を行うことによって、多孔質多結晶シリコン層
4が形成され図11(b)に示すような構造が得られ
る。
After the non-doped polycrystalline silicon layer 3 is formed, an anodizing tank containing an electrolytic solution comprising a mixture of a 55 wt% aqueous solution of hydrogen fluoride and ethanol in a ratio of about 1: 1 is used. A platinum electrode (not shown) is connected to the negative electrode, n
Type silicon substrate 1 (ohmic electrode 2) as a positive electrode
By performing anodic oxidation at a constant current while irradiating the polycrystalline silicon layer 3 with light, a porous polycrystalline silicon layer 4 is formed, and a structure as shown in FIG. 11B is obtained.

【0011】次に、急速熱酸化法によって多孔質多結晶
シリコン層4の酸化を行うこにより、強電界ドリフト層
6’が形成され図11(c)に示すような構造が得られ
る。なお、急速熱酸化法によって多孔質多結晶シリコン
層4の酸化を行う場合の条件としては、ランプアニール
装置を使用し、乾燥酸素中で酸化温度を800℃〜90
0℃の温度範囲内で設定し、酸化時間を30分〜120
分の範囲内で設定する。
Next, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized by a rapid thermal oxidation method to form a strong electric field drift layer 6 ', and a structure as shown in FIG. 11C is obtained. The conditions for oxidizing the porous polycrystalline silicon layer 4 by the rapid thermal oxidation method are as follows: a lamp annealing apparatus is used, and the oxidation temperature is set to 800 ° C. to 90 ° C. in dry oxygen.
Oxidation time is set within the temperature range of 0 ° C. and the oxidation time is 30 minutes to 120 minutes.
Set within minutes.

【0012】強電界ドリフト層6’を形成した後、強電
界ドリフト層6’上に金薄膜よりなる導電性薄膜7を蒸
着法によって形成することによって、図11(d)に示
す構造の電界放射型電子源10”が得られる。
After forming the strong electric field drift layer 6 ', a conductive thin film 7 made of a gold thin film is formed on the strong electric field drift layer 6' by a vapor deposition method, so that the electric field emission of the structure shown in FIG. A type electron source 10 "is obtained.

【0013】この電界放射型電子源10”では、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電子を放出することがで
き、また、導電性基板として単結晶シリコン基板などの
半導体基板の他にガラス基板などに導電性膜(例えば、
ITO膜)を形成した基板などを使用することもできる
から、従来のように半導体基板を多孔質化した多孔質半
導体層を利用する場合やスピント型電極に比べて、電子
源の大面積化および低コスト化が可能になる。なお、こ
の種の電界放射型電子源を利用してディスプレイ装置を
構成する場合には、金属薄膜を所定形状にパターニング
する必要がある。
In the field emission type electron source 10 ″, the electron emission characteristics have a small dependence on the degree of vacuum, and electrons can be stably emitted without generating a popping phenomenon during electron emission. In addition to a semiconductor substrate such as a single crystal silicon substrate, a conductive film (eg,
Since it is possible to use a substrate on which an ITO film is formed, a larger area of the electron source can be achieved compared with a conventional case where a porous semiconductor layer in which a semiconductor substrate is made porous or a Spindt-type electrode is used. Cost reduction becomes possible. When a display device is configured using such a field emission electron source, it is necessary to pattern a metal thin film into a predetermined shape.

【0014】ところで、上述の強電界ドリフト層6’
は、図12に示すように、少なくとも、柱状の多結晶シ
リコン(グレイン)61と、多結晶シリコン61の表面
に形成された薄いシリコン酸化膜62と、多結晶シリコ
ン61間に介在するナノメータオーダの微結晶シリコン
層63と、微結晶シリコン層63の表面に形成され当該
微結晶シリコン層63の結晶粒径よりも小さな膜厚の絶
縁膜であるシリコン酸化膜64とから構成されるものと
考えられる。すなわち、強電界ドリフト層6’は、各グ
レインの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では結
晶状態が維持されていると考えている。したがって、強
電界ドリフト層6’に印加された電界はほとんどシリコ
ン酸化膜64にかかるから、注入された電子はシリコン
酸化膜64にかかっている強電界により加速され多結晶
シリコン61間を表面に向かって図12中の矢印Aの向
きへ(図12中の上方向へ向かって)ドリフトするの
で、電子の放出効率を向上させることができる。
By the way, the above-mentioned strong electric field drift layer 6 '
As shown in FIG. 12, at least a columnar polycrystalline silicon (grain) 61, a thin silicon oxide film 62 formed on the surface of the polycrystalline silicon 61, and a nanometer order It is considered to be composed of a microcrystalline silicon layer 63 and a silicon oxide film 64 formed on the surface of the microcrystalline silicon layer 63 and having a thickness smaller than the crystal grain size of the microcrystalline silicon layer 63. . That is, it is considered that the strong electric field drift layer 6 'has a porous surface at each grain and maintains a crystalline state at the center of each grain. Therefore, most of the electric field applied to the strong electric field drift layer 6 ′ is applied to the silicon oxide film 64, and the injected electrons are accelerated by the strong electric field applied to the silicon oxide film 64 and travel between the polysilicon 61 toward the surface. 12 (in the upward direction in FIG. 12), the electron emission efficiency can be improved.

【0015】しかしながら、上述の特願平10−272
340号、特願平10−272342号、特願平10−
271876号に提案した電界放射型電子源では、導電
性基板の耐熱温度以上に急速熱酸化の酸化温度を上げる
ことができないので、基板の材料や導電性膜(例えば、
ITO膜)の材料が制限され、基板の大口径化(大面積
化)が制約されるという不具合があった。
However, the aforementioned Japanese Patent Application No. 10-272 is disclosed.
340, Japanese Patent Application No. 10-272342, Japanese Patent Application No. 10-272
In the field emission type electron source proposed in 271876, the oxidation temperature of rapid thermal oxidation cannot be increased to a temperature higher than the allowable temperature limit of the conductive substrate.
There is a problem that the material of the ITO film is limited, and the increase in the diameter (larger area) of the substrate is restricted.

【0016】また、上述のように陽極酸化処理にて形成
された多孔質半導体層(多孔質多結晶シリコン層または
多孔質シリコン層)は、陽極酸化処理において電解液と
してフッ化水素水溶液とエタノールとの混合液を利用し
ているので、シリコン原子が水素原子によって終端され
ることになる。このため、上述の特願平10−2723
40号、特願平10−272342号、特願平10−2
71876号のように陽極酸化処理にて形成された多孔
質半導体層に急速熱酸化を行うことにより酸化膜を成長
すると、酸化膜中に水素原子が残ったり、Si−OHの
結合が生じたりして、SiO2という構造の緻密な酸化
膜にはなりにくく絶縁耐圧が低くなってしまうという不
具合があった。また、強電界ドリフト層中の水素の含有
量が比較的多くなり、強電界ドリフト層中の水素の分布
が経時変化する(例えば、水素原子が強電界ドリフト層
の表面から脱離する)ことにより、電子放出効率の経時
安定性が悪くなる恐れがある。
In addition, the porous semiconductor layer (porous polycrystalline silicon layer or porous silicon layer) formed by the anodic oxidation treatment as described above is used as an electrolyte in the anodic oxidation treatment with a hydrogen fluoride aqueous solution and ethanol. Is used, the silicon atoms are terminated by hydrogen atoms. For this reason, the above-mentioned Japanese Patent Application No. 10-2723 is disclosed.
No. 40, Japanese Patent Application No. 10-272342, Japanese Patent Application No. 10-2
When an oxide film is grown by performing rapid thermal oxidation on a porous semiconductor layer formed by anodic oxidation treatment as disclosed in Japanese Patent No. 71876, hydrogen atoms may remain in the oxide film or Si-OH bonds may occur. As a result, there is a problem that a dense oxide film having a structure of SiO 2 is hardly formed and the withstand voltage is lowered. In addition, the content of hydrogen in the strong electric field drift layer becomes relatively large, and the distribution of hydrogen in the strong electric field drift layer changes with time (for example, hydrogen atoms are desorbed from the surface of the strong electric field drift layer). In addition, there is a possibility that the stability of electron emission efficiency over time is deteriorated.

【0017】また、上述の特願平10−272340
号、特願平10−272342号、特願平10−271
876号に提案した電界放射型電子源では、特開平8−
250766号公報に開示された電界放射型電子源に比
べて低コスト化が可能であり且つ電子を安定して高効率
で放出することができるものの、電子放出効率のより一
層の高効率化が望まれている。
Also, the aforementioned Japanese Patent Application No. 10-272340.
No., Japanese Patent Application No. 10-272342, Japanese Patent Application No. 10-271
In the field emission type electron source proposed in US Pat.
Although the cost can be reduced and the electrons can be stably emitted with high efficiency as compared with the field emission type electron source disclosed in Japanese Patent No. 250766, it is desired to further increase the electron emission efficiency. It is rare.

【0018】そこで、図11を参照しながら説明した製
造方法において、多孔質多結晶シリコン層4を急速熱酸
化法によって酸化する代わりに、多孔質多結晶シリコン
層4を電解質溶液中にて電気化学的に酸化することが提
案されている。この酸化にあたっては、電解質溶液とし
て酸(例えば略10%の希硝酸)を用い、白金電極(図
示せず)を負極、n形シリコン基板1(オーミック電極
2)を正極として多孔質多結晶シリコン層4を酸化して
いる。ただし、この酸化では、正極・負極間に一定の化
成電流密度で電流を流し、正極・負極間の電圧が所定電
圧まで上昇した時点で通電を停止させている。
Therefore, in the manufacturing method described with reference to FIG. 11, instead of oxidizing the porous polycrystalline silicon layer 4 by a rapid thermal oxidation method, the porous polycrystalline silicon layer 4 is electrochemically immersed in an electrolyte solution. It has been proposed to oxidatively oxidize. In this oxidation, an acid (for example, approximately 10% diluted nitric acid) is used as an electrolyte solution, and a porous polycrystalline silicon layer is formed using a platinum electrode (not shown) as a negative electrode and an n-type silicon substrate 1 (ohmic electrode 2) as a positive electrode. 4 is oxidized. However, in this oxidation, a current is caused to flow at a constant formation current density between the positive electrode and the negative electrode, and the current is stopped when the voltage between the positive electrode and the negative electrode rises to a predetermined voltage.

【0019】このように、多孔質多結晶シリコン層4の
酸化を電解質溶液中にて電気化学的に行うことにより、
多孔質多結晶シリコン層4を急速熱酸化法により酸化し
て強電界ドリフト層を形成する(本願発明者らが特願平
10−272340号、特願平10−272342号、
特願平10−271876号で提案している)場合に比
べてプロセス温度が低温になって、導電性基板の材料の
制約が少なくなり、大面積化および低コスト化が可能な
電界放射型電子源を提供することができる。しかも、陽
極酸化処理に引き続いてウェット処理で多孔質多結晶シ
リコン層4を酸化することができるから、陽極酸化処理
の後に急速熱酸化により酸化する場合に比べてプロセス
を簡略化することができる。
As described above, by oxidizing the porous polycrystalline silicon layer 4 electrochemically in an electrolyte solution,
The porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized by a rapid thermal oxidation method to form a strong electric field drift layer (the inventors of the present invention disclosed in Japanese Patent Application Nos. 10-272340 and 10-272342;
The process temperature is lower than that in the case proposed in Japanese Patent Application No. 10-271876), the restriction on the material of the conductive substrate is reduced, and the field emission type electron can be made large in area and low in cost. Sources can be provided. In addition, since the porous polycrystalline silicon layer 4 can be oxidized by wet processing subsequent to the anodic oxidation processing, the process can be simplified as compared with the case where oxidation is performed by rapid thermal oxidation after the anodic oxidation processing.

【0020】ところで、上述のように多孔質多結晶シリ
コン層4を希硝酸により酸化する際には、ホールを
+、電子をe-とすると、以下の反応が起こっていると
考えられる。負極側:HNO3+3H+→NO+2H2
+3h+正極側:3h++Si+2H2O→SiO2+4H
++e-この反応により強電界ドリフト層6が形成される
過程を図13に示す模式図で説明すると、上記反応が起
こることによって、図13(a)のように多孔質多結晶
シリコン層4で発生したホールh+が多孔質多結晶シリ
コン層4の多結晶シリコン61の表面(つまり、多孔質
多結晶シリコン層4に形成されている微細孔の内面)へ
移動して、図13(b)のように薄いシリコン酸化膜6
2が形成されていき、さらに反応開始からの時間が進む
につれて図13(c)のように多結晶シリコン61の表
面が薄いシリコン酸化膜62で覆われるようになる。
By the way, when the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized with diluted nitric acid as described above, if the holes are h + and the electrons are e , the following reactions are considered to have occurred. Negative electrode side: HNO 3 + 3H + → NO + 2H 2 O
+ 3h + positive electrode side: 3h + + Si + 2H 2 O → SiO 2 + 4H
+ + E - The process in which the strong electric field drift layer 6 is formed by this reaction will be described with reference to the schematic diagram shown in FIG. 13. When the above reaction occurs, the porous polycrystalline silicon layer 4 as shown in FIG. The generated holes h + move to the surface of the polycrystalline silicon 61 of the porous polycrystalline silicon layer 4 (that is, the inner surfaces of the fine holes formed in the porous polycrystalline silicon layer 4), and FIG. Silicon oxide film 6 as thin as
2 are formed, and the surface of the polycrystalline silicon 61 is covered with the thin silicon oxide film 62 as shown in FIG.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように多孔質多結晶シリコン層4を電解質溶液中にて電
気化学的に酸化した場合、厚み方向において導電性基板
に近い側から導電性基板に遠い側へ酸化が進行していく
(図13(a)における下側から上側に向かって酸化が
進行していく)ので、一定の化成電流密度で電流を流し
正極・負極間の電圧が所定電圧に上昇した時点で通電を
停止させた場合、導電性基板に近い側に形成される酸化
層(シリコン酸化膜62,64)に比べて、導電性基板
に遠い側に形成される酸化層(シリコン酸化膜62,6
4)の膜厚が薄かったり緻密性が不十分であったりし、
強電界ドリフト層6の全領域にわたって緻密な酸化層を
形成するのが難しかった。このため、この製造方法で製
造された電界放射型電子源では、緻密性の悪い酸化層中
での散乱などによって、ドリフトしている電子のエネル
ギが低減され、十分な電子放出効率が得られないという
不具合や、緻密性の悪い酸化層の存在により十分な絶縁
耐圧が得られず、経時安定性が悪くなる恐れがあった。
However, when the porous polycrystalline silicon layer 4 is electrochemically oxidized in an electrolyte solution as described above, the conductive substrate is moved from the side closer to the conductive substrate in the thickness direction. Oxidation proceeds to the far side (oxidation progresses from the lower side to the upper side in FIG. 13A), so that a current flows at a constant formation current density and the voltage between the positive electrode and the negative electrode becomes a predetermined voltage. When the power supply is stopped at the time of rising, the oxide layer (silicon oxide layer) formed on the side farther from the conductive substrate than the oxide layer (silicon oxide films 62 and 64) formed on the side closer to the conductive substrate. Oxide films 62, 6
4) the film thickness is too thin or insufficiently dense,
It was difficult to form a dense oxide layer over the entire region of the strong electric field drift layer 6. For this reason, in the field emission type electron source manufactured by this manufacturing method, the energy of the drifting electrons is reduced due to scattering in an oxide layer having poor density, and sufficient electron emission efficiency cannot be obtained. Insufficient withstand voltage could be obtained due to the defect described above and the presence of an oxide layer having poor density, and there was a possibility that the stability over time would be deteriorated.

【0022】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、電子放出効率が高く電子放出効率の
経時変化が少ない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。
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 electron source having a high electron emission efficiency and a small change with time in the electron emission efficiency, and a method of manufacturing the same. .

【0023】[0023]

【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、多孔質半導体層
を電解液中にて対極に対向配置して電流を流すことによ
り酸化層を形成する酸化工程を含むプロセスにより形成
され、前記酸化工程は、一定の化成電流密度で電流を流
し続けて導電性基板と対極との間の電圧が規定量だけ増
加した後は導電性基板と対極との間の電圧を増加後の電
圧に維持して化成電流密度が所定値まで減少したときに
通電を停止させることを特徴とするものであり、強電界
ドリフト層は、多孔質半導体層を電解液中にて対極に対
向配置して電流を流すことにより酸化層を形成する酸化
工程を含むプロセスにより形成され、前記酸化工程は、
一定の化成電流密度で電流を流し続けて導電性基板と対
極との間の電圧が規定量だけ増加した後は導電性基板と
対極との間の電圧を増加後の電圧に維持して化成電流密
度が所定値まで減少したときに通電を停止させるので、
多孔質半導体層を急速熱酸化法のみにより酸化して強電
界ドリフト層を形成する場合に比べてプロセス温度が低
温になって、導電性基板の制約が少なくなり、大面積化
および低コスト化が容易になり、しかも、強電界ドリフ
ト層中に形成される酸化層の緻密性が向上するので、酸
化層中での散乱などによるエネルギ損失が低減され電子
放出効率が向上し、さらに、絶縁耐圧が向上して電子放
出効率の経時的な安定性が向上する。
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 field emission type electron source emitted through the substrate, wherein the strong electric field drift layer includes a oxidizing step of forming an oxide layer by arranging a porous semiconductor layer to face a counter electrode in an electrolytic solution and flowing a current. In the oxidation step, the voltage between the conductive substrate and the counter electrode increases after the voltage between the conductive substrate and the counter electrode increases by a specified amount while the current continues to flow at a constant formation current density. Keeping the voltage at the later It is characterized in that the current is stopped when the flow density decreases to a predetermined value, and the strong electric field drift layer is formed by arranging the porous semiconductor layer in the electrolytic solution so as to face the counter electrode and flowing a current. Formed by a process including an oxidation step of forming an oxide layer, wherein the oxidation step
After the current continues to flow at a constant formation current density and the voltage between the conductive substrate and the counter electrode increases by a specified amount, the formation current is maintained by maintaining the voltage between the conductive substrate and the counter electrode at the increased voltage. When the density decreases to the specified value, the current is stopped, so
The process temperature is lower than in the case of forming a strong electric field drift layer by oxidizing the porous semiconductor layer only by the rapid thermal oxidation method, and the restriction of the conductive substrate is reduced, and the area and cost are reduced. It becomes easier, and the denseness of the oxide layer formed in the strong electric field drift layer is improved, so that energy loss due to scattering in the oxide layer is reduced, the electron emission efficiency is improved, and the withstand voltage is further improved. As a result, the stability of electron emission efficiency over time is improved.

【0024】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記電解液が、有機系溶媒と電解質溶液とからなる
ので、化成中に発生するガスが非常に少なくなり、ガス
に起因するピンホールなどの発生が減少し、より安定し
た酸化層を形成できるから、経時的な安定性がさらに向
上する。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, since the electrolytic solution is composed of an organic solvent and an electrolytic solution, the amount of gas generated during chemical formation is extremely small, and the pin caused by the gas is reduced. Since the generation of holes and the like is reduced and a more stable oxide layer can be formed, the stability over time is further improved.

【0025】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、前記電解質溶液の塩が、有機系塩か
らなるので、塩に含まれるアルカリ金属などが残留物と
して強電界ドリフト層中に残ることがなく、導電性基板
と導電性薄膜との間に電圧を印加したときに酸化層へア
ルカリ金属が拡散することもないから、アルカリ金属の
拡散による絶縁耐圧の低下を招くことがなく、経時的な
安定性がさらに向上する。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, since the salt of the electrolyte solution is an organic salt, an alkali metal or the like contained in the salt is formed as a residue as a strong electric field drift layer. The alkali metal does not remain in the conductive layer and does not diffuse into the oxide layer when a voltage is applied between the conductive substrate and the conductive thin film. In addition, the stability over time is further improved.

【0026】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、前記電解液のpHが6〜8の範囲に
あるので、前記導電性基板として、絶縁性基板の一表面
に導電性層を形成したものを用いている場合に、前記電
解液によって導電性層が腐食されるのを防止することが
でき、歩留まりを向上させることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, since the pH of the electrolytic solution is in the range of 6 to 8, a conductive material is provided on one surface of the insulating substrate as the conductive substrate. In the case where a conductive layer is formed, the conductive layer can be prevented from being corroded by the electrolytic solution, and the yield can be improved.

【0027】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、前記多孔質半導体層は、多孔質化さ
れた領域の厚さが面内でほぼ均一なので、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。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, since the porous semiconductor layer has a substantially uniform in-plane thickness of the porous region, the conductive thin film can be electrically conductive. When a voltage is applied as a positive electrode to the conductive substrate, 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 Variations in the emission direction and unevenness in the amount of emitted electrons can be reduced.

【0028】請求項6の発明は、請求項1ないし請求項
5の発明において、前記多孔質半導体層が、多孔質多結
晶シリコンからなるので、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 sixth aspect of the present invention, in the first to fifth 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.

【0029】請求項7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
界放射型電子源の製造方法であって、前記強電界ドリフ
ト層の形成にあたっては、前記導電性基板の一表面側に
形成された多孔質半導体層を電解液中にて対極に対向配
置して電流を流すことにより酸化層を形成する酸化工程
を備え、前記酸化工程は、一定の化成電流密度で電流を
流し続けて導電性基板と対極との間の電圧が規定量だけ
増加した後は導電性基板と対極との間の電圧を増加後の
電圧に維持して化成電流密度が所定値まで減少したとき
に通電を停止させることを特徴とし、多孔質半導体層を
急速熱酸化法のみにより酸化して強電界ドリフト層を形
成する場合に比べてプロセス温度が低温になって、導電
性基板の制約が少なくなり、大面積化および低コスト化
が容易になり、しかも、強電界ドリフト層中に形成され
る酸化層の緻密性が向上するので、電子放出効率が高く
電子放出効率の経時変化が少ない電界放射型電子源を提
供することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided 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 method for manufacturing a field emission type electron source in which electrons injected from a conductive substrate are drifted through a 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 to a conductive substrate. In forming the strong electric field drift layer, an oxide layer is formed by arranging a porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate so as to face a counter electrode in an electrolytic solution and flowing a current. An oxidation step is provided, wherein the oxidation step continues to flow a current at a constant formation current density, and after the voltage between the conductive substrate and the counter electrode increases by a specified amount, increases the voltage between the conductive substrate and the counter electrode. Maintain at increased voltage The method is characterized in that the current is stopped when the current density decreases to a predetermined value, and the process temperature is lower than in the case where the porous semiconductor layer is oxidized only by the rapid thermal oxidation method to form a strong electric field drift layer. Therefore, the restriction on the conductive substrate is reduced, the area and the cost are easily reduced, and the density of the oxide layer formed in the strong electric field drift layer is improved. It is possible to provide a field emission type electron source in which the emission efficiency has little change with time.

【0030】請求項8の発明は、請求項7の発明におい
て、前記電解液は、有機系溶媒と電解質溶液とからなる
ので、化成中に発生するガスが非常に少なくなり、ガス
に起因するピンホールなどの発生が減少し、より安定し
た酸化層を形成できるから、経時的な安定性をさらに向
上させた電界放射型電子源を提供することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the invention of the seventh aspect, since the electrolytic solution is composed of an organic solvent and an electrolytic solution, the amount of gas generated during chemical formation is very small, and Since generation of holes and the like is reduced and a more stable oxide layer can be formed, a field emission electron source with further improved temporal stability can be provided.

【0031】請求項9の発明は、請求項7または請求項
8の発明において、前記電解質溶液の塩が、有機系塩か
らなるので、塩に含まれるアルカリ金属などが残留物と
して強電界ドリフト層中に残ることがないから、経時的
な安定性をさらに向上させた電界放射型電子源を提供す
ることができる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the invention of the seventh or eighth aspect, since the salt of the electrolyte solution is an organic salt, the alkali metal or the like contained in the salt is formed as a residue as a strong electric field drift layer. Since it does not remain in the inside, it is possible to provide a field emission type electron source with further improved temporal stability.

【0032】請求項10の発明は、請求項7ないし請求
項9の発明において、前記電解液のpHが6〜8の範囲
にあるので、前記導電性基板として、絶縁性基板の一表
面に導電性層を形成したものを用いている場合に、前記
電解液によって導電性層が腐食されるのを防止すること
ができ、歩留まりが向上するから、低コスト化を図るこ
とができる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the invention of the seventh to ninth aspects, since the pH of the electrolytic solution is in the range of 6 to 8, a conductive material is provided on one surface of the insulating substrate as the conductive substrate. When the conductive layer is formed, the conductive layer can be prevented from being corroded by the electrolytic solution, and the yield can be improved, so that the cost can be reduced.

【0033】請求項11の発明は、請求項7ないし請求
項10の発明において、前記多孔質半導体層を形成する
にあたっては、多孔質化される領域の厚みがほぼ均一と
なるように多孔質半導体層を形成する陽極酸化処理工程
を備えるので、多孔質半導体層の多孔質化された領域の
厚みがほぼ均一となり、前記酸化工程による酸化が面内
でほぼ均一に進行するから、酸化不足の領域が残りにく
くなり、経時的な安定性をさらに向上させた電界放射型
電子源を提供することができる。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the method of the seventh to tenth aspects, when forming the porous semiconductor layer, the porous semiconductor layer is formed such that the thickness of a region to be made porous is substantially uniform. Since an anodic oxidation process step of forming a layer is provided, the thickness of the porous region of the porous semiconductor layer becomes substantially uniform, and the oxidation by the oxidation process proceeds almost uniformly in the plane. Are hardly left, and a field emission type electron source with further improved stability over time can be provided.

【0034】請求項12の発明は、請求項7ないし請求
項11の発明において、前記多孔質半導体層が、多孔質
多結晶シリコンからなるので、強電界ドリフト層がSi
O2の構造若しくはSiO2の構造に近い緻密性の高い
酸化膜を有するようになって、酸化膜の緻密性および膜
質が向上し、電子放出効率および絶縁耐圧を向上させた
電界放射型電子源を提供することができる。
According to a twelfth aspect of the present invention, in accordance with the seventh to eleventh aspects of the present invention, since the porous semiconductor layer is made of porous polycrystalline silicon, the strong electric field drift layer is made of Si.
Provided is a field emission type electron source having an oxide film having a high density close to the structure of O2 or SiO2, improving the density and film quality of the oxide film, and improving the electron emission efficiency and the withstand voltage. can do.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】図1に本実施形態の電界放射型電
子源10の概略断面図を、図2(a)〜(d)に電界放
射型電子源10の製造方法における主要工程断面図を示
す。なお、本実施形態では、導電性基板として抵抗率が
導体の抵抗率に比較的近い単結晶のn形シリコン基板1
(抵抗率が略0.1Ωcmの(100)基板)を用いて
いる。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a field emission type electron source 10 according to this embodiment, and FIGS. 2 (a) to 2 (d) are sectional views showing main steps in a method of manufacturing the field emission type electron source 10. Is shown. In this embodiment, a single-crystal n-type silicon substrate 1 having a resistivity relatively close to that of a conductor is used as a conductive substrate.
((100) substrate having a resistivity of about 0.1 Ωcm) is used.

【0036】本実施形態の電界放射型電子源10は、図
1に示すように、n形シリコン基板1の主表面上にノン
ドープの多結晶シリコン層3が形成され、該多結晶シリ
コン層3上に強電界ドリフト層6が形成され、該強電界
ドリフト層6上に金薄膜よりなる導電性薄膜7が形成さ
れている。また、n形シリコン基板1の裏面にはオーミ
ック電極2が形成されている。
In the field emission type electron source 10 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, a non-doped polycrystalline silicon layer 3 is formed on the main surface of an n-type silicon substrate 1. A strong electric field drift layer 6 is formed, and a conductive thin film 7 made of a gold thin film is formed on the strong electric field drift layer 6. An ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 1.

【0037】ところで、本実施形態では、導電性基板と
してn形シリコン基板1を用いているが、導電性基板
は、電界放射型電子源10の負極を構成するとともに真
空中において上述の強電界ドリフト層6を支持し、なお
且つ、強電界ドリフト層6へ電子を注入するものであ
る。したがって、導電性基板は、電界放射型電子源10
の負極を構成し強電界ドリフト層6を支持することがで
きればよいので、n形シリコン基板に限定されるもので
はなく、クロムなどの金属基板であってもよいし、図7
に示すようにガラス基板(あるいはセラミック基板)な
どの絶縁性基板11の一表面に導電性層(例えば、IT
O膜)12を形成したものであってもよい。このような
絶縁性基板11の一表面に導電性層12を形成した基板
を用いる場合には、半導体基板を用いる場合に比べて、
電子源の大面積化および低コスト化が可能になる。
In this embodiment, the n-type silicon substrate 1 is used as the conductive substrate. The conductive substrate constitutes the negative electrode of the field emission electron source 10 and has the above-mentioned strong electric field drift in vacuum. It supports the layer 6 and injects electrons into the strong electric field drift layer 6. Therefore, the conductive substrate is used for the field emission type electron source 10.
7 is not limited to the n-type silicon substrate, and may be a metal substrate such as chromium, as shown in FIG.
As shown in FIG. 1, a conductive layer (for example, IT
(O film) 12 may be formed. When a substrate having the conductive layer 12 formed on one surface of the insulating substrate 11 is used, compared with a case where a semiconductor substrate is used,
The area and cost of the electron source can be reduced.

【0038】また、上述の強電界ドリフト層6は、多孔
質多結晶シリコンを後述の電解液中にて電気化学的に酸
化することにより形成されており、導電性基板と導電性
薄膜7との間に電圧を印加したときに電子が注入される
層である。強電界ドリフト層6は、多数のグレインより
なる多結晶体であり、各グレインの表面には酸化膜を有
するナノメータ単位の構造(以下、ナノ構造と称す)が
存在する。強電界ドリフト層6に注入された電子がナノ
構造に衝突することなく(つまり、電子散乱することな
く)強電界ドリフト層6の表面に到達するためには、ナ
ノ構造の大きさは、単結晶シリコン中の電子の平均自由
行程である約50nmよりも小さいものであることが必
要である。ナノ構造の大きさは、具体的には10nmよ
り小さいものがよく、好ましくは5nmよりも小さいも
のがよい。
The above-mentioned strong electric field drift layer 6 is formed by electrochemically oxidizing porous polycrystalline silicon in an electrolytic solution described later. This is a layer into which electrons are injected when a voltage is applied between them. The strong electric field drift layer 6 is a polycrystalline body composed of a large number of grains, and each grain has a structure having an oxide film on a nanometer unit (hereinafter, referred to as a nanostructure). In order for electrons injected into the strong electric field drift layer 6 to reach the surface of the strong electric field drift layer 6 without colliding with the nanostructure (that is, without electron scattering), the size of the nanostructure must be a single crystal. It must be smaller than about 50 nm, the mean free path of electrons in silicon. Specifically, the size of the nanostructure is preferably smaller than 10 nm, and more preferably smaller than 5 nm.

【0039】また、本実施形態においては、導電性薄膜
7として金薄膜を用いているが、導電性薄膜7は、電界
放射型電子源10の正極を構成するものであり、強電界
ドリフト層6に電界を印加するものである。この電界の
印加により強電界ドリフト層6の表面に到達した電子は
トンネル効果によって導電性薄膜7の表面から放出され
る。したがって、導電性基板と導電性薄膜7との間に印
加する直流電圧によって得られる電子のエネルギから導
電性薄膜7の仕事関数を差し引いたエネルギが放出され
る電子の理想的なエネルギとなるので、導電性薄膜7の
仕事関数は小さいほど望ましい。なお、本実施形態で
は、導電性薄膜7の材料として金を用いているが、導電
性薄膜7の材料は金に限定されるものではなく、仕事関
数の小さな材料であればよく、例えば、アルミニウム、
クロム、タングステン、ニッケル、白金などを用いても
よい。ここに、金の仕事関数は5.10eV、アルミニ
ウムの仕事関数は4.28eV、クロムの仕事関数は
4.50eV、タングステンの仕事関数は4.55e
V、ニッケルの仕事関数は5.15eV、白金の仕事関
数は5.65eVである。
In this embodiment, a gold thin film is used as the conductive thin film 7. The conductive thin film 7 constitutes the positive electrode of the field emission type electron source 10 and has a strong electric field drift layer 6. To apply an electric field. The electrons that reach the surface of the strong electric field drift layer 6 by the application of the electric field are emitted from the surface of the conductive thin film 7 by a tunnel effect. Therefore, the energy obtained by subtracting the work function of the conductive thin film 7 from the energy of the electron obtained by the DC voltage applied between the conductive substrate and the conductive thin film 7 becomes the ideal energy of the emitted electrons. It is desirable that the work function of the conductive thin film 7 be as small as possible. In the present embodiment, gold is used as the material of the conductive thin film 7. However, the material of the conductive thin film 7 is not limited to gold, and may be any material having a small work function. ,
Chromium, tungsten, nickel, platinum or the like may be used. Here, the work function of gold is 5.10 eV, the work function of aluminum is 4.28 eV, the work function of chromium is 4.50 eV, and the work function of tungsten is 4.55 eV.
The work functions of V and nickel are 5.15 eV, and the work functions of platinum are 5.65 eV.

【0040】なお、導電性薄膜7は金薄膜の単層である
が、厚み方向に積層された少なくとも2層の薄膜層で構
成してもよい。導電性薄膜7が2層の薄膜層で構成され
る場合には、上層の薄膜層の材料としては、例えば金な
どを用いることができる。また、下層の薄膜層(強電界
ドリフト層6側の薄膜層)の材料としては、例えば、ク
ロム、ニッケル、白金、チタン、イリジウムなどを用い
ることができる。
Although the conductive thin film 7 is a single layer of a gold thin film, it may be composed of at least two thin film layers stacked in the thickness direction. When the conductive thin film 7 is composed of two thin film layers, for example, gold or the like can be used as the material of the upper thin film layer. Further, as a material of the lower thin film layer (the thin film layer on the strong electric field drift layer 6 side), for example, chromium, nickel, platinum, titanium, iridium and the like can be used.

【0041】以下、製造方法について図2を参照しなが
ら説明する。
Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to FIG.

【0042】まず、n形シリコン基板1の裏面にオーミ
ック電極2を形成した後、n形シリコン基板1の表面に
膜厚が略1.5μmのノンドープの多結晶シリコン層3
を形成することにより図2(a)に示すような構造が得
られる。多結晶シリコン層3の成膜は、LPCVD法に
より行い、成膜条件は、真空度を20Pa、基板温度を
640℃、モノシランガスの流量を標準状態で0.6L
/min(600sccm)とした。なお、多結晶シリ
コン層3の成膜は、導電性基板が半導体基板の場合には
LPCVD法やスパッタ法により行ってもよいし、ある
いは、プラズマCVD法によってアモルファスシリコン
を成膜した後にアニール処理を行うことにより結晶化さ
せて成膜してもよい。また、導電性基板がガラス基板に
導電性薄膜を形成した基板の場合には、CVD法により
導電性薄膜上にアモルファスシリコンを成膜した後にエ
キシマレーザでアニールすることにより、多結晶シリコ
ン層を形成してもよい。また、導電性薄膜上に多結晶シ
リコン層を形成する方法はCVD法に限定されるもので
はなく、例えばCGS(Continuous Grain Silicon)
法や触媒CVD法などを用いてもよい。
First, after an ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 1, a non-doped polycrystalline silicon layer 3 having a thickness of about 1.5 μm is formed on the surface of the n-type silicon substrate 1.
Is formed, a structure as shown in FIG. 2A is obtained. The polycrystalline silicon layer 3 is formed by the LPCVD method under the conditions of a vacuum of 20 Pa, a substrate temperature of 640 ° C., and a monosilane gas flow rate of 0.6 L under standard conditions.
/ Min (600 sccm). Note that the polycrystalline silicon layer 3 may be formed by a LPCVD method or a sputtering method when the conductive substrate is a semiconductor substrate, or by performing an annealing process after forming an amorphous silicon film by a plasma CVD method. Crystallization may be performed to form a film. In addition, when the conductive substrate is a substrate in which a conductive thin film is formed on a glass substrate, a polycrystalline silicon layer is formed by forming an amorphous silicon film on the conductive thin film by a CVD method and then annealing with an excimer laser. May be. Further, the method of forming a polycrystalline silicon layer on a conductive thin film is not limited to the CVD method. For example, CGS (Continuous Grain Silicon)
Alternatively, a catalytic CVD method or the like may be used.

【0043】ノンドープの多結晶シリコン層3を形成し
た後、55wt%のフッ化水素水溶液とエタノールとを
略1:1で混合した混合液よりなる電解液の入った陽極
酸化処理槽を利用し、白金電極(図示せず)を負極、n
形シリコン基板1(オーミック電極2)を正極として、
多結晶シリコン層3に光照射を行いながら定電流で陽極
酸化処理を行うことによって、多孔質多結晶シリコン層
4が形成され図2(b)に示すような構造が得られる。
なお、本実施形態では、陽極酸化処理の条件として、電
流密度を10mA/cm2一定、陽極酸化時間を30秒
とするとともに、陽極酸化中に500Wのタングステン
ランプにより多結晶シリコン層3の表面に光照射を行っ
た。その結果、本実施形態では、膜厚が略1μmの多孔
質多結晶シリコン層4が形成された。なお、本実施形態
では、多結晶シリコン層3の一部を多孔質化している
が、多結晶シリコン層3全部を多孔質化してもよい。
After the non-doped polycrystalline silicon layer 3 is formed, an anodizing tank containing an electrolytic solution comprising a mixture of a 55 wt% aqueous solution of hydrogen fluoride and ethanol in a ratio of about 1: 1 is used. A platinum electrode (not shown) is connected to the negative electrode, n
Type silicon substrate 1 (ohmic electrode 2) as a positive electrode
By performing anodic oxidation at a constant current while irradiating the polycrystalline silicon layer 3 with light, a porous polycrystalline silicon layer 4 is formed, and a structure as shown in FIG. 2B is obtained.
In this embodiment, the conditions of the anodic oxidation treatment are as follows: the current density is constant at 10 mA / cm 2 , the anodic oxidation time is 30 seconds, and the surface of the polycrystalline silicon layer 3 is anodically oxidized by a 500 W tungsten lamp. Light irradiation was performed. As a result, in the present embodiment, a porous polycrystalline silicon layer 4 having a thickness of about 1 μm was formed. In the present embodiment, a part of the polycrystalline silicon layer 3 is made porous, but the entire polycrystalline silicon layer 3 may be made porous.

【0044】上述の陽極酸化処理が終了した後、洗浄を
行い、続いて、多孔質多結晶シリコン層4を電解液中に
て電気化学的に酸化して強電界ドリフト層6を形成する
ことにより図2(c)に示す構造が得られる。この酸化
工程は、図3に示す装置を用いて行う。すなわち、有機
溶媒たるエチレングリコールと電解質溶液たる酒石酸ア
ンモニウムの3%水溶液とを9:1の割合で混合したp
Hがほぼ7の電解液の入った処理槽31に多孔質多結晶
シリコン層4が形成された被処理物30を投入し、多孔
質多結晶シリコン層4を白金電極である対極33に対向
配置して、対極33を負極、n形シリコン基板1(オー
ミック電極2)を正極として、正極と負極との間に通電
する。この通電では、まず一定の化成電流密度の電流を
流し続けて正極と負極との間の電圧が規定量だけ増加し
た後は正極と負極との間の電圧を増加後の電圧に維持し
て化成電流密度が所定値まで減少したときに通電を停止
させる。すなわち、この酸化工程においては、通電開始
からの時間経過にともなって化成電流密度が図4中に実
線で示したイのように変化し、正極と負極との間の電圧
が図4中に一点鎖線で示したロのように変化する。正極
と負極との間の通電パターンは、ガルバノスタット36
により制御される。なお、本実施形態では、上記一定の
化成電流密度を2.5mA/cm2とし、正極と負極と
の間の電圧が規定量だけ増加することで20Vまで上昇
した後、正極と負極との間の電圧を20Vに維持して化
成電流密度が0.01mA/cm2まで減少した時点で
通電を停止した。この酸化工程では、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することが望
ましい。
After the above-described anodic oxidation treatment is completed, cleaning is performed, and then the porous polycrystalline silicon layer 4 is electrochemically oxidized in an electrolytic solution to form a strong electric field drift layer 6. The structure shown in FIG. 2C is obtained. This oxidation step is performed using the apparatus shown in FIG. That is, a 9: 1 mixture of ethylene glycol as an organic solvent and a 3% aqueous solution of ammonium tartrate as an electrolyte solution was mixed.
The object 30 on which the porous polycrystalline silicon layer 4 is formed is put into a processing tank 31 containing an electrolyte solution having an H of about 7, and the porous polycrystalline silicon layer 4 is arranged to face the counter electrode 33 which is a platinum electrode. Then, a current is applied between the positive electrode and the negative electrode, with the counter electrode 33 serving as the negative electrode and the n-type silicon substrate 1 (the ohmic electrode 2) serving as the positive electrode. In this energization, first, a current having a constant formation current density is kept flowing, and after the voltage between the positive electrode and the negative electrode has increased by a specified amount, the voltage between the positive electrode and the negative electrode is maintained at the increased voltage. When the current density decreases to a predetermined value, the energization is stopped. That is, in this oxidation step, the formation current density changes as shown by the solid line in FIG. 4 with the passage of time from the start of energization, and the voltage between the positive electrode and the negative electrode becomes one point in FIG. It changes as shown by the chain line. The energization pattern between the positive and negative electrodes is a galvanostat 36
Is controlled by In the present embodiment, the constant formation current density is set to 2.5 mA / cm 2, and the voltage between the positive electrode and the negative electrode is increased by a specified amount to 20 V. Was stopped at a point of time when the formation current density was reduced to 0.01 mA / cm 2 while maintaining the voltage at 20 V. In this oxidation step, it is desirable to control the temperature of the electrolytic solution by placing the treatment tank 31 in a constant temperature water tank 32.

【0045】ところで、強電界ドリフト層6は、図5に
示すように、少なくとも、柱状の多結晶シリコン61
(グレイン)と、多結晶シリコン61の表面に形成され
た薄いシリコン酸化膜62と、柱状の多結晶シリコン間
に介在する微結晶シリコン層63と、微結晶シリコン層
63の表面に形成されたシリコン酸化膜64とから構成
されると考えられる。
As shown in FIG. 5, the strong electric field drift layer 6 has at least a columnar polycrystalline silicon 61.
(Grain), a thin silicon oxide film 62 formed on the surface of the polycrystalline silicon 61, a microcrystalline silicon layer 63 interposed between the columnar polycrystalline silicons, and silicon formed on the surface of the microcrystalline silicon layer 63. It is considered to be composed of the oxide film 64.

【0046】強電界ドリフト層6を形成した後は、強電
界ドリフト層6上に金薄膜よりなる導電性薄膜7を例え
ば蒸着により形成することによって、図2(d)(図
1)に示す構造の電界放射型電子源10が得られる。こ
こに、本実施形態では、導電性薄膜7の膜厚を略10n
mとしたが、この膜厚は特に限定するものではない。な
お、電界放射型電子源10は導電性薄膜7を電極の正極
(アノード)とし、オーミック電極2を負極(カソー
ド)とするダイオードが構成される。また、本実施形態
では、導電性薄膜7を蒸着により形成しているが、導電
性薄膜7の形成方法は蒸着に限定されるものではなく、
例えばスパッタ法を用いてもよい。
After the strong electric field drift layer 6 is formed, a conductive thin film 7 made of a gold thin film is formed on the strong electric field drift layer 6 by, for example, vapor deposition to obtain a structure shown in FIG. 2D (FIG. 1). Is obtained. Here, in the present embodiment, the thickness of the conductive thin film 7 is set to about 10 n.
m, but this film thickness is not particularly limited. The field emission electron source 10 has a diode in which the conductive thin film 7 is used as a positive electrode (anode) of the electrode and the ohmic electrode 2 is used as a negative electrode (cathode). In the present embodiment, the conductive thin film 7 is formed by vapor deposition, but the method of forming the conductive thin film 7 is not limited to vapor deposition.
For example, a sputtering method may be used.

【0047】本実施形態の電界放射型電子源10では、
次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。す
なわち、図6に示すように、導電性薄膜7と対向する位
置にコレクタ電極21を配置し、導電性薄膜7とオーミ
ック電極2との間に直流電圧Vpsを印加するとともに、
コレクタ電極21と導電性薄膜7との間に直流電圧Vc
を印加することにより、導電性薄膜7をn形シリコン基
板1に対して正極として印加する直流電圧が所定値(臨
界値)に達すると、n形シリコン基板1側から強電界ド
リフト層6へ熱的励起により電子e-が注入される。一
方、強電界ドリフト層6に印加された電界はほとんどシ
リコン酸化膜64(図5参照)にかかるから、注入され
た電子はシリコン酸化膜64にかかっている強電界によ
り加速され、強電界ドリフト層6における多結晶シリコ
ン61の間の空間を表面に向かって図5中の矢印Aの向
きへ(図5の上方向へ向かって)ドリフトし、強電界ド
リフト層6の最表面の酸化層を介して導電性薄膜7をト
ンネルし真空中に放出される。
In the field emission type electron source 10 of this embodiment,
It is considered that electron emission occurs in the following model. That is, as shown in FIG. 6, a collector electrode 21 is arranged at a position facing the conductive thin film 7, and a DC voltage Vps is applied between the conductive thin film 7 and the ohmic electrode 2;
DC voltage Vc between collector electrode 21 and conductive thin film 7
When the DC voltage applied to the conductive thin film 7 as a positive electrode with respect to the n-type silicon substrate 1 reaches a predetermined value (critical value), heat is applied to the strong electric field drift layer 6 from the n-type silicon substrate 1 side. Electrons e - are injected by the mechanical excitation. On the other hand, since the electric field applied to the strong electric field drift layer 6 is almost applied to the silicon oxide film 64 (see FIG. 5), the injected electrons are accelerated by the strong electric field applied to the silicon oxide film 64, and 6 drifts toward the surface in the direction of arrow A in FIG. 5 (toward the upward direction in FIG. 5), through the oxide layer on the outermost surface of the strong electric field drift layer 6. Then, the conductive thin film 7 is tunneled and released into a vacuum.

【0048】上述の製造方法で製造された電界放射型電
子源は、本願発明者らが特願平10−272340号、
特願平10−272342号、特願平10−27187
6号で提案した電界放射型電子源と同様に、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電子を放出することができ、ま
た、導電性基板として単結晶シリコン基板などの半導体
基板の他にガラス基板などに導電性膜(例えば、ITO
膜)を形成した基板などを使用することもできるから、
スピント型電極に比べて、電子源の大面積化および低コ
スト化が可能になる。
The field emission electron source manufactured by the above-described manufacturing method is disclosed by the present inventors in Japanese Patent Application No. 10-272340,
Japanese Patent Application No. 10-272342, Japanese Patent Application No. 10-27187
As in the field emission type electron source proposed in No. 6, the electron emission characteristic has a small dependence on the degree of vacuum and can stably emit electrons without popping phenomenon at the time of electron emission. In addition to a semiconductor substrate such as a single crystal silicon substrate, a conductive film (for example, ITO
It is possible to use a substrate on which a film has been formed.
Compared with the Spindt-type electrode, the area of the electron source can be increased and the cost can be reduced.

【0049】また、本実施形態では、強電界ドリフト層
6が、多孔質多結晶シリコン層4を電解液中にて対極に
対向配置して電流を流すことにより酸化層を形成する酸
化工程により形成されているので、多孔質多結晶シリコ
ン層4を急速熱酸化法により酸化して強電界ドリフト層
を形成する(本願発明者らが特願平10−272340
号、特願平10−272342号、特願平10−271
876号で提案している)場合に比べてプロセス温度が
低温になって、導電性基板の材料の制約が少なくなり、
大面積化および低コスト化が可能な電界放射型電子源を
提供することができる。しかも、陽極酸化処理に引き続
いてウェット処理で多孔質多結晶シリコン層4を酸化す
ることができるから、陽極酸化処理の後に急速熱酸化に
より酸化する場合に比べてプロセスを簡略化することが
できる。
In the present embodiment, the strong electric field drift layer 6 is formed by an oxidizing step of forming an oxide layer by arranging the porous polycrystalline silicon layer 4 so as to face a counter electrode in an electrolytic solution and flowing a current. Therefore, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized by a rapid thermal oxidation method to form a strong electric field drift layer (the present inventors have filed Japanese Patent Application No. 10-272340).
No., Japanese Patent Application No. 10-272342, Japanese Patent Application No. 10-271
876), the process temperature is lower than in the case described above, the material of the conductive substrate is less restricted,
It is possible to provide a field emission type electron source capable of increasing the area and reducing the cost. In addition, since the porous polycrystalline silicon layer 4 can be oxidized by wet processing subsequent to the anodic oxidation processing, the process can be simplified as compared with the case where oxidation is performed by rapid thermal oxidation after the anodic oxidation processing.

【0050】しかも、前記酸化工程は、一定の化成電流
密度で電流を流し続けて導電性基板と対極との間の電圧
が規定量だけ増加した後は導電性基板と対極との間の電
圧を増加後の電圧に維持して化成電流密度が所定値まで
減少したときに通電を停止させるので、強電界ドリフト
層6中に形成される酸化層(シリコン酸化膜62,6
4)の緻密性が向上する(緻密なSiO2が形成され
る)ので、酸化層(シリコン酸化膜64)中での散乱な
どによるエネルギ損失が低減され電子放出効率が向上
し、さらに、絶縁耐圧が向上して電子放出効率の経時的
な安定性が向上する。
Further, in the oxidizing step, the voltage between the conductive substrate and the counter electrode is increased after the voltage between the conductive substrate and the counter electrode increases by a specified amount while the current continues to flow at a constant formation current density. Since the current is stopped when the formation current density decreases to a predetermined value while maintaining the voltage after the increase, the oxide layer (silicon oxide films 62, 6) formed in the strong electric field drift layer 6
Since the denseness of 4) is improved (dense SiO 2 is formed), energy loss due to scattering or the like in the oxide layer (silicon oxide film 64) is reduced, and the electron emission efficiency is improved. And the temporal stability of the electron emission efficiency is improved.

【0051】ところで、上述の電解液のpHは7に限定
されるものではなく、6〜8の範囲であれば、導電性基
板として、ガラス基板などの絶縁性基板11の一表面に
導電性層12を形成したものを用いている場合に、電解
液によって導電性層12が腐食されるのを防止すること
ができ、歩留まりを向上させることができる。
By the way, the pH of the above-mentioned electrolyte is not limited to 7, but if it is in the range of 6 to 8, a conductive layer is provided on one surface of the insulating substrate 11 such as a glass substrate. In the case where the conductive layer 12 is formed, the conductive layer 12 can be prevented from being corroded by the electrolytic solution, and the yield can be improved.

【0052】また、有機系溶媒は、上述のエチレングリ
コールに限定されるものではなく、エチレングリコー
ル、γブチルラクトン、メトキシエタノール、グリセリ
ン、ポリエチレングリコール、ポリカーボネイト、ジメ
チルホルムアミドのうちの1種または2種以上の混合物
を用いれば良い。また、電解質溶液として他の有機酸と
アンモニアとの化合物である有機系塩を用いてもよく、
有機酸としては、例えば、炭酸、シュウ酸、マロン酸、
アジピン酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、パルミチン
酸、オイレン酸などの飽和脂肪酸や不飽和脂肪酸から選
択すればよい。また、電解質溶液のpHはアンモニウム
水溶液によって6〜8に調製される。なお、アンモニウ
ム塩以外にカリウム塩やナトリウム塩を用いることも可
能である。また、有機系溶媒と電解質溶液との混合比も
上記の比率に限定するものではなく、有機系溶媒と電解
質溶液との割合を5:5〜100:1の範囲で適宜選択
すればよい。また、化成電流密度は0.01〜100m
A/cm2の範囲で適宜選択すればよく、通電を停止さ
せるときの化成電流密度は、通電開始直後の一定化成電
流密度に対して50〜0.001%の範囲で適宜設定す
ればよい。
The organic solvent is not limited to the above-mentioned ethylene glycol, but may be one or more of ethylene glycol, γ-butyl lactone, methoxyethanol, glycerin, polyethylene glycol, polycarbonate and dimethylformamide. May be used. Further, an organic salt which is a compound of another organic acid and ammonia may be used as the electrolyte solution,
Examples of the organic acid include carbonic acid, oxalic acid, malonic acid,
It may be selected from saturated or unsaturated fatty acids such as adipic acid, caprylic acid, pelargonic acid, palmitic acid, and oleic acid. The pH of the electrolyte solution is adjusted to 6 to 8 with an aqueous ammonium solution. In addition, it is also possible to use a potassium salt or a sodium salt in addition to the ammonium salt. The mixing ratio between the organic solvent and the electrolyte solution is not limited to the above ratio, and the ratio between the organic solvent and the electrolyte solution may be appropriately selected in the range of 5: 5 to 100: 1. The formation current density is 0.01 to 100 m.
It may be appropriately selected in the range of A / cm 2, anodizing current density when stopping the energization may be suitably set in the range of from 50 to 0.001% for a fixed anodizing current density immediately after the start of energization.

【0053】電解液の溶媒が有機系溶媒からなる場合に
は、化成中に発生するガスが非常に少なくなり、ガスに
起因するピンホールなどの発生が減少し、より安定した
酸化層を形成できるから、経時的な安定性をさらに向上
させた電界放射型電子源10を提供することができる。
また、電解質溶液の塩が主に有機系塩からなる場合に
は、塩に含まれるアルカリ金属などが残留物として強電
界ドリフト層中に残ることがないから、経時的な安定性
をさらに向上させた電界放射型電子源を提供することが
できる。
When the solvent of the electrolytic solution is composed of an organic solvent, the amount of gas generated during chemical formation is very small, the generation of pinholes and the like due to the gas is reduced, and a more stable oxide layer can be formed. Therefore, the field emission electron source 10 with further improved stability over time can be provided.
Further, when the salt of the electrolyte solution is mainly composed of an organic salt, alkali metal contained in the salt does not remain in the strong electric field drift layer as a residue, so that the stability over time is further improved. Field emission type electron source can be provided.

【0054】また、本実施形態では、多結晶シリコン層
3の厚み方向における途中まで多孔質多結晶シリコン層
4を形成しているが、n形シリコン基板1に到達するよ
うに多孔質多結晶シリコン層4を形成してもよく、この
場合には、図8に示すようにn形シリコン基板1上に多
結晶シリコン層3を介在させることなく強電界ドリフト
層6が形成される。また、図9に示すように、導電性基
板としてn形シリコン基板1の代わりに、ガラス基板な
どの絶縁性基板11の一表面に導電性層12を形成した
ものを用い、導電性基板上に多結晶シリコン層3を介在
させることなく強電界ドリフト層6を形成してもよい。
Further, in this embodiment, the porous polycrystalline silicon layer 4 is formed halfway in the thickness direction of the polycrystalline silicon layer 3, but the porous polycrystalline silicon layer 4 is formed so as to reach the n-type silicon substrate 1. The layer 4 may be formed. In this case, the strong electric field drift layer 6 is formed on the n-type silicon substrate 1 without interposing the polycrystalline silicon layer 3 as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 9, instead of the n-type silicon substrate 1 as the conductive substrate, a substrate having a conductive layer 12 formed on one surface of an insulating substrate 11 such as a glass substrate is used. The strong electric field drift layer 6 may be formed without the polycrystalline silicon layer 3 interposed.

【0055】また、本実施形態では、多孔質半導体層と
して多孔質多結晶シリコン層を採用しているが、多孔質
単結晶シリコンを採用してもよい。
In this embodiment, a porous polycrystalline silicon layer is used as the porous semiconductor layer, but porous single crystal silicon may be used.

【0056】また、多孔質半導体層(多孔質多結晶シリ
コン層4)から強電界ドリフト層6を形成する際には、
上記酸化工程の前後の少なくとも一方に補助酸化工程を
設けてもよい。このような補助酸化工程としては、酸素
(O2)とオゾン(O3)との少なくとも一方を含むガス
雰囲気で紫外光を照射して多孔質多結晶シリコン層4を
酸化する工程、酸素とオゾンとの少なくとも一方を含む
ガス雰囲気でプラズマにさらすことにより上記多孔質多
結晶シリコン層4を酸化する工程、少なくともオゾンを
含むガス雰囲気で100〜600℃で加熱を行うことに
より上記多孔質多結晶シリコン層4を酸化する工程、紫
外光を照射するとともに100〜600℃で加熱を行う
ことにより上記多孔質多結晶シリコン層4を酸化する工
程、急速熱酸化法により上記多孔質多結晶シリコン層4
の酸化を行う工程、酸により上記多孔質多結晶シリコン
層4を酸化する酸化工程、酸化性溶液により上記多孔質
多結晶シリコン層4の酸化を行う工程から適宜選択すれ
ばよい。なお、急速熱酸化法の条件としては、例えば、
ランプアニール装置を使用し、乾燥酸素中で酸化温度を
600℃〜900℃、酸化時間を30分〜120分とす
ればよい。また、酸による酸化の条件としては、酸(例
えば、HNO3、H2SO4、王水など)の入った処理槽
を利用して(この処理槽としては、陽極酸化処理に用い
た処理槽を利用してもよい)、白金電極(図示せず)を
負極、導電性基板たるn形シリコン基板1(オーミック
電極2)を正極として、所定の電流を流せばよい。ま
た、酸化性溶液としては、硝酸、硫酸、塩酸、過酸化水
素水からなる群より選択される1種若しくは2種以上の
酸化剤を用いることが望ましい。
When the strong electric field drift layer 6 is formed from the porous semiconductor layer (porous polycrystalline silicon layer 4),
An auxiliary oxidation step may be provided at least before or after the oxidation step. As such an auxiliary oxidation step, a step of irradiating ultraviolet light in a gas atmosphere containing at least one of oxygen (O 2 ) and ozone (O 3 ) to oxidize the porous polycrystalline silicon layer 4; Oxidizing the porous polycrystalline silicon layer 4 by exposing it to plasma in a gas atmosphere containing at least one of the following: heating the porous polycrystalline silicon layer 4 at 100 to 600 ° C. in a gas atmosphere containing at least ozone; A step of oxidizing the layer 4, a step of irradiating ultraviolet light and heating at 100 to 600 ° C. to oxidize the porous polycrystalline silicon layer 4, and a step of oxidizing the porous polycrystalline silicon layer 4 by a rapid thermal oxidation method.
Oxidizing the porous polycrystalline silicon layer 4 with an acid, or oxidizing the porous polycrystalline silicon layer 4 with an oxidizing solution. The conditions of the rapid thermal oxidation method include, for example,
The oxidation temperature may be 600 ° C. to 900 ° C. and the oxidation time may be 30 minutes to 120 minutes in dry oxygen using a lamp annealing apparatus. The conditions for the oxidation with an acid include a treatment tank containing an acid (eg, HNO 3 , H 2 SO 4 , aqua regia, etc.) (the treatment tank used for the anodic oxidation treatment is used as the treatment tank). A predetermined current may be passed using a platinum electrode (not shown) as a negative electrode and an n-type silicon substrate 1 (ohmic electrode 2) as a conductive substrate as a positive electrode. As the oxidizing solution, it is desirable to use one or more oxidizing agents selected from the group consisting of nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, and hydrogen peroxide.

【0057】このような補助酸化工程を追加することに
より、電子放出効率をさらに高めることが可能になる。
By adding such an auxiliary oxidation step, the electron emission efficiency can be further increased.

【0058】また、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、導電性基板に多結晶シリコン層3を形成した被処理
物30と白金電極である対極33とを電解液に浸漬して
導電性基板と対極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34からの光
照射を行う。導電性基板とと対極33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 in 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, and the conductive substrate is charged. The object 30 on which the crystalline silicon layer 3 is formed and the counter electrode 33 which is a platinum electrode are immersed in an electrolytic solution, and electricity is supplied between the conductive substrate and the counter electrode 33. During this time, the exposed portion of the polycrystalline silicon layer 3 is irradiated with light from the lamp 34. The current pattern flowing between the conductive substrate and the counter electrode 33 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.

【0059】ここに、多孔質化は導電性基板を正極とす
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、導電性基板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、次に導電
性基板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、導電性基板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 porosity progresses during a period in which the conductive substrate is used as a positive electrode, and a current easily flows in the porous region. On the other hand, during the period in which the conductive substrate is used as the negative electrode, gas by electrolysis is generated in the vicinity of the region where the porous substrate has been made porous, and when the conductive substrate is subsequently used as the positive electrode, the formation of porous material is suppressed. In other words, the portion where the progress of porosity is fast during the period in which the conductive substrate is used as the positive electrode is restrained from progressing in the next porosity. By repeating such an operation, the porous region has a substantially uniform thickness.

【0060】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、電解液
の組成および電解液の温度によって適宜に設定される。
つまり、電解液の組成や電解液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電解液を用いる場合に
は、電解液の温度を0℃から室温の温度範囲に制御す
る。
The energizing period (ie, pulse width) per pulse current and the current density per pulse are appropriately set according to the composition of the electrolytic solution and the temperature of the electrolytic solution.
That is, the amount of charge at the time of anodizing treatment is adjusted by the composition of the electrolytic solution and the temperature of the electrolytic solution. In addition, when using an electrolytic solution in which hydrofluoric acid, ethanol, and water are mixed as described above, the temperature of the electrolytic solution is controlled in a temperature range from 0 ° C. to room temperature.

【0061】[0061]

【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、多孔
質半導体層を電解液中にて対極に対向配置して電流を流
すことにより酸化層を形成する酸化工程を含むプロセス
により形成され、前記酸化工程は、一定の化成電流密度
で電流を流し続けて導電性基板と対極との間の電圧が規
定量だけ増加した後は導電性基板と対極との間の電圧を
増加後の電圧に維持して化成電流密度が所定値まで減少
したときに通電を停止させることを特徴とするものであ
り、強電界ドリフト層は、多孔質半導体層を電解液中に
て対極に対向配置して電流を流すことにより酸化層を形
成する酸化工程を含むプロセスにより形成され、前記酸
化工程は、一定の化成電流密度で電流を流し続けて導電
性基板と対極との間の電圧が規定量だけ増加した後は導
電性基板と対極との間の電圧を増加後の電圧に維持して
化成電流密度が所定値まで減少したときに通電を停止さ
せるので、多孔質半導体層を急速熱酸化法のみにより酸
化して強電界ドリフト層を形成する場合に比べてプロセ
ス温度が低温になって、導電性基板の制約が少なくな
り、大面積化および低コスト化が容易になり、しかも、
強電界ドリフト層中に形成される酸化層の緻密性が向上
するので、酸化層中での散乱などによるエネルギ損失が
低減され電子放出効率が向上し、さらに、絶縁耐圧が向
上して電子放出効率の経時的な安定性が向上するという
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 is formed by a process including an oxidation step of forming an oxide layer by arranging a porous semiconductor layer in the electrolytic solution so as to face a counter electrode and passing a current, and the oxidation step includes a constant formation current. After the current continues to flow at the density and the voltage between the conductive substrate and the counter electrode increases by a specified amount, the voltage between the conductive substrate and the counter electrode is maintained at the increased voltage and the formation current density becomes a predetermined value. The strong electric field drift layer forms an oxide layer by arranging the porous semiconductor layer in the electrolytic solution so as to face the counter electrode and causing a current to flow therethrough. Oxidation process The oxidizing step includes a step of continuously supplying a current at a constant formation current density, and after the voltage between the conductive substrate and the counter electrode increases by a specified amount, the voltage between the conductive substrate and the counter electrode. Is maintained at the increased voltage, and the current is stopped when the formation current density decreases to a predetermined value, so that the porous semiconductor layer is oxidized only by the rapid thermal oxidation method to form a strong electric field drift layer. Process temperature is low, the restriction on the conductive substrate is reduced, and the area and cost can be easily reduced.
Since the denseness of the oxide layer formed in the strong electric field drift layer is improved, energy loss due to scattering and the like in the oxide layer is reduced, thereby improving electron emission efficiency. Has the effect of improving the stability over time.

【0062】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記電解液が、有機系溶媒と電解質溶液とからなる
ので、化成中に発生するガスが非常に少なくなり、ガス
に起因するピンホールなどの発生が減少し、より安定し
た酸化層を形成できるから、経時的な安定性がさらに向
上す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, since the electrolytic solution is composed of an organic solvent and an electrolytic solution, the amount of gas generated during chemical formation is very small, and Since the generation of holes and the like is reduced and a more stable oxide layer can be formed, there is an effect that the stability over time is further improved.

【0063】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、前記電解質溶液の塩が、有機系塩か
らなるので、塩に含まれるアルカリ金属などが残留物と
して強電界ドリフト層中に残ることがなく、導電性基板
と導電性薄膜との間に電圧を印加したときに酸化層へア
ルカリ金属が拡散することもないから、アルカリ金属の
拡散による絶縁耐圧の低下を招くことがなく、経時的な
安定性がさらに向上するという効果がある。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, since the salt of the electrolyte solution is an organic salt, alkali metal or the like contained in the salt is converted into a strong electric field drift layer as a residue. The alkali metal does not remain in the conductive layer and does not diffuse into the oxide layer when a voltage is applied between the conductive substrate and the conductive thin film. In addition, there is an effect that the stability over time is further improved.

【0064】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、前記電解液のpHが6〜8の範囲に
あるので、前記導電性基板として、絶縁性基板の一表面
に導電性層を形成したものを用いている場合に、前記電
解液によって導電性層が腐食されるのを防止することが
でき、歩留まりを向上させることができるという効果が
ある。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, since the pH of the electrolytic solution is in the range of 6 to 8, a conductive material is provided on one surface of the insulating substrate as the conductive substrate. In the case where a conductive layer is formed, the conductive layer can be prevented from being corroded by the electrolytic solution, and the yield can be improved.

【0065】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、前記多孔質半導体層は、多孔質化さ
れた領域の厚さが面内でほぼ均一なので、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 fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, since the thickness of the porous region in the porous semiconductor layer is substantially uniform in the plane, the conductive thin film can be electrically conductive. When a voltage is applied as a positive electrode to the conductive substrate, 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 There is an effect that variations in the emission direction and unevenness in the amount of emitted electrons can be reduced.

【0066】請求項6の発明は、請求項1ないし請求項
5の発明において、前記多孔質半導体層が、多孔質多結
晶シリコンからなるので、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という効果
がある。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, the porous semiconductor layer is made of porous polycrystalline silicon. There is an effect that electrons can be stably emitted with high efficiency without the occurrence of a popping phenomenon.

【0067】請求項7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
界放射型電子源の製造方法であって、前記強電界ドリフ
ト層の形成にあたっては、前記導電性基板の一表面側に
形成された多孔質半導体層を電解液中にて対極に対向配
置して電流を流すことにより酸化層を形成する酸化工程
を備え、前記酸化工程は、一定の化成電流密度で電流を
流し続けて導電性基板と対極との間の電圧が規定量だけ
増加した後は導電性基板と対極との間の電圧を増加後の
電圧に維持して化成電流密度が所定値まで減少したとき
に通電を停止させることを特徴とし、多孔質半導体層を
急速熱酸化法のみにより酸化して強電界ドリフト層を形
成する場合に比べてプロセス温度が低温になって、導電
性基板の制約が少なくなり、大面積化および低コスト化
が容易になり、しかも、強電界ドリフト層中に形成され
る酸化層の緻密性が向上するので、電子放出効率が高く
電子放出効率の経時変化が少ない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 seventh aspect of the present invention, there is provided 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 method for manufacturing a field emission type electron source in which electrons injected from a conductive substrate are drifted through a 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 to a conductive substrate. In forming the strong electric field drift layer, an oxide layer is formed by arranging a porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate so as to face a counter electrode in an electrolytic solution and flowing a current. An oxidation step is provided, wherein the oxidation step continues to flow a current at a constant formation current density, and after the voltage between the conductive substrate and the counter electrode increases by a specified amount, increases the voltage between the conductive substrate and the counter electrode. Maintain at increased voltage The method is characterized in that the current is stopped when the current density decreases to a predetermined value, and the process temperature is lower than in the case where the porous semiconductor layer is oxidized only by the rapid thermal oxidation method to form a strong electric field drift layer. Therefore, the restriction on the conductive substrate is reduced, the area and the cost are easily reduced, and the density of the oxide layer formed in the strong electric field drift layer is improved. There is an effect that it is possible to provide a field emission type electron source in which the emission efficiency has little change with time.

【0068】請求項8の発明は、請求項7の発明におい
て、前記電解液は、有機系溶媒と電解質溶液とからなる
ので、化成中に発生するガスが非常に少なくなり、ガス
に起因するピンホールなどの発生が減少し、より安定し
た酸化層を形成できるから、経時的な安定性をさらに向
上させた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 an eighth aspect of the present invention, in the invention of the seventh aspect, since the electrolytic solution is composed of an organic solvent and an electrolytic solution, the amount of gas generated during chemical formation is very small, and Since the generation of holes and the like is reduced and a more stable oxide layer can be formed, there is an effect that a field emission electron source with further improved temporal stability can be provided.

【0069】請求項9の発明は、請求項7または請求項
8の発明において、前記電解質溶液の塩が、有機系塩か
らなるので、塩に含まれるアルカリ金属などが残留物と
して強電界ドリフト層中に残ることがないから、経時的
な安定性をさらに向上させた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 ninth aspect of the present invention, in the invention of the seventh or eighth aspect, since the salt of the electrolyte solution is an organic salt, alkali metal or the like contained in the salt is formed as a residue as a strong electric field drift layer. Since it does not remain inside, there is an effect that a field emission type electron source with further improved stability over time can be provided.

【0070】請求項10の発明は、請求項7ないし請求
項9の発明において、前記電解液のpHが6〜8の範囲
にあるので、前記導電性基板として、絶縁性基板の一表
面に導電性層を形成したものを用いている場合に、前記
電解液によって導電性層が腐食されるのを防止すること
ができ、歩留まりが向上するから、低コスト化を図るこ
とができるという効果がある。
According to a tenth aspect of the present invention, in the invention of the seventh to ninth aspects, since the pH of the electrolytic solution is in the range of 6 to 8, the conductive substrate is provided on one surface of an insulating substrate. When a conductive layer is used, the conductive layer can be prevented from being corroded by the electrolytic solution, and the yield can be improved, so that the cost can be reduced. .

【0071】請求項11の発明は、請求項7ないし請求
項10の発明において、前記多孔質半導体層を形成する
にあたっては、多孔質化される領域の厚みがほぼ均一と
なるように多孔質半導体層を形成する陽極酸化処理工程
を備えるので、多孔質半導体層の多孔質化された領域の
厚みがほぼ均一となり、前記酸化工程による酸化が面内
でほぼ均一に進行するから、酸化不足の領域が残りにく
くなり、経時的な安定性をさらに向上させた電界放射型
電子源を提供することができるという効果がある。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the method of the seventh to tenth aspects, when forming the porous semiconductor layer, the porous semiconductor layer is formed such that the thickness of the region to be made porous is substantially uniform. Since an anodic oxidation process step of forming a layer is provided, the thickness of the porous region of the porous semiconductor layer becomes substantially uniform, and the oxidation by the oxidation process proceeds almost uniformly in the plane. Are less likely to remain, and an effect is provided that a field emission electron source with further improved stability over time can be provided.

【0072】請求項12の発明は、請求項7ないし請求
項11の発明において、前記多孔質半導体層が、多孔質
多結晶シリコンからなるので、強電界ドリフト層がSi
2の構造若しくはSiO2の構造に近い緻密性の高い酸
化膜を有するようになって、酸化膜の緻密性および膜質
が向上し、電子放出効率および絶縁耐圧を向上させた電
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 twelfth aspect of the present invention, in the seventh to eleventh aspects of the present invention, since the porous semiconductor layer is made of porous polycrystalline silicon, the strong electric field drift layer is made of Si.
A field emission type electron source having an oxide film having a high density close to the structure of O 2 or SiO 2 , thereby improving the density and film quality of the oxide film, and improving the electron emission efficiency and the withstand voltage. There is an effect that can be provided.

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

【図1】実施形態1を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment.

【図2】同上の製造プロセスを説明するための主要工程
断面図である。
FIG. 2 is a main process sectional view for explaining the manufacturing process of the above.

【図3】同上の製造装置の概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a manufacturing apparatus of the above.

【図4】同上の製造装置を用いた酸化条件の説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory diagram of oxidation conditions using the above manufacturing apparatus.

【図5】同上の電子放出機構の原理説明図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of the electron emission mechanism of the above.

【図6】同上の動作原理説明図である。FIG. 6 is an explanatory view of the operation principle of the embodiment.

【図7】同上の他の構成例の概略断面図である。FIG. 7 is a schematic sectional view of another configuration example of the above.

【図8】同上の他の構成例の概略断面図である。FIG. 8 is a schematic sectional view of another configuration example of the above.

【図9】同上の他の構成例の概略断面図である。FIG. 9 is a schematic sectional view of another configuration example of the above.

【図10】同上の製造装置の概略構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a manufacturing apparatus of the above.

【図11】従来の製造プロセスを説明するための主要工
程断面図である。
FIG. 11 is a main process sectional view for explaining a conventional manufacturing process.

【図12】同上の電子放出機構の原理説明図である。FIG. 12 is a diagram illustrating the principle of an electron emission mechanism according to the embodiment.

【図13】同上の酸化過程を模式的に説明する説明図で
ある。
FIG. 13 is an explanatory diagram schematically illustrating the oxidation process of the above.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n形シリコン基板 2 オーミック電極 3 多結晶シリコン層 6 強電界ドリフト層 7 導電性薄膜 10 電界放射型電子源 REFERENCE SIGNS LIST 1 n-type silicon substrate 2 ohmic electrode 3 polycrystalline silicon layer 6 strong electric field drift layer 7 conductive thin film 10 field emission electron source

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) (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──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) (72) Inventor Takuya Komoda 1048 Odakadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Works, Ltd. (72) Inventor Yoshiaki Ta, Kazuma, Kazuma, Osaka 1048, Matsushita Electric Works Co., Ltd. Matsushita Electric Works Co., Ltd. 1048 Okadoma Matsushita Electric Works Co., Ltd. (72) Inventor Kondo Yukihiro 1048 Ojido Kazuma Kadoma City, Osaka Pref.

Claims (12)

【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、多孔質半導体層を電解液
中にて対極に対向配置して電流を流すことにより酸化層
を形成する酸化工程を含むプロセスにより形成され、前
記酸化工程は、一定の化成電流密度で電流を流し続けて
導電性基板と対極との間の電圧が規定量だけ増加した後
は導電性基板と対極との間の電圧を増加後の電圧に維持
して化成電流密度が所定値まで減少したときに通電を停
止させ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 The porous semiconductor layer is formed by a process including an oxidation step of forming an oxide layer by arranging a porous semiconductor layer to face a counter electrode in an electrolyte and causing a current to flow, wherein the oxidation step continues to flow a current at a constant formation current density. After the voltage between the conductive substrate and the counter electrode increases by a specified amount, the voltage between the conductive substrate and the counter electrode is maintained at the increased voltage, and the current is applied when the formation current density decreases to a predetermined value. Feature to stop Field emission type electron source.
【請求項2】 前記電解液は、有機系溶媒と電解質溶液
とからな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 electrolyte comprises an organic solvent and an electrolyte solution.
【請求項3】 前記電解質溶液の塩は、有機系塩からな
ることを特徴とする請求項2記載の電界放射型電子源。
3. The field emission electron source according to claim 2, wherein the salt of the electrolyte solution comprises an organic salt.
【請求項4】 前記電解液のpHが6〜8の範囲にある
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 field emission type electron source according to claim 1, wherein the pH of the electrolyte is in the range of 6 to 8.
【請求項5】 前記多孔質半導体層は、多孔質化された
領域の厚さが面内でほぼ均一であ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 device according to claim 1, wherein the porous semiconductor layer has a region in which the porous region is made to have a substantially uniform thickness in a plane. Electron source.
【請求項6】 前記多孔質半導体層は、多孔質多結晶シ
リコンからなることを特徴とする請求項1ないし請求項
5のいずれかに記載の電界放射型電子源。
6. The field emission type electron source according to claim 1, wherein the porous semiconductor layer is made of porous polycrystalline silicon.
【請求項7】 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の
製造方法であって、前記強電界ドリフト層の形成にあた
っては、前記導電性基板の一表面側に形成された多孔質
半導体層を電解液中にて対極に対向配置して電流を流す
ことにより酸化層を形成する酸化工程を備え、前記酸化
工程は、一定の化成電流密度で電流を流し続けて導電性
基板と対極との間の電圧が規定量だけ増加した後は導電
性基板と対極との間の電圧を増加後の電圧に維持して化
成電流密度が所定値まで減少したときに通電を停止させ
ることを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
7. A conductive substrate comprising: a conductive substrate; a strong electric field drift layer formed on one surface of the conductive substrate; and a conductive thin film formed on the strong electric field drift layer. A method for manufacturing a field emission type electron source in which electrons injected from a conductive substrate are drifted through a strong electric field drift layer and emitted through a conductive thin film by applying a voltage as a positive electrode to the substrate, comprising: In forming the drift layer, the method includes an oxidizing step of forming an oxide layer by arranging a porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate so as to face a counter electrode in an electrolytic solution and flowing a current, In the oxidation step, after the voltage between the conductive substrate and the counter electrode is increased by a specified amount by continuously flowing a current at a constant formation current density, the voltage between the conductive substrate and the counter electrode is increased to the increased voltage. Keep the formation current density at the specified value A method for manufacturing a field emission type electron source, comprising: stopping the energization when the power source has decreased to a level lower than the maximum.
【請求項8】 前記電解液は、有機系溶媒と電解質溶液
とからなることを特徴とする請求項7記載の電界放射型
電子源の製造方法。
8. The method according to claim 7, wherein the electrolyte comprises an organic solvent and an electrolyte solution.
【請求項9】 前記電解質溶液の塩は、有機系塩からな
ることを特徴とする請求項8記載の電界放射型電子源の
製造方法。
9. The method according to claim 8, wherein the salt of the electrolyte solution is an organic salt.
【請求項10】 前記電解液のpHが6〜8の範囲にあ
ることを特徴とする請求項7ないし請求項9のいずれか
に記載の電界放射型電子源の製造方法。
10. The method according to claim 7, wherein the pH of the electrolyte is in the range of 6 to 8.
【請求項11】 前記多孔質半導体層を形成するにあた
っては、多孔質化される領域の厚みがほぼ均一となるよ
うに多孔質半導体層を形成する陽極酸化処理工程を備え
ることを特徴とする請求項7ないし請求項10のいずれ
かに記載の電界放射型電子源の製造方法。
11. The method of forming a porous semiconductor layer according to claim 11, further comprising an anodic oxidation step of forming the porous semiconductor layer such that the thickness of a region to be made porous is substantially uniform. A method for manufacturing a field emission electron source according to any one of claims 7 to 10.
【請求項12】 前記多孔質半導体層は、多孔質多結晶
シリコンからなることを特徴とする請求項7ないし請求
項11のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方
法。
12. The method according to claim 7, wherein the porous semiconductor layer is made of porous polycrystalline silicon.
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