JP2002134001A - 電界放射型電子源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電子の過剰な放出を防止できる電界放射型電子
源を提供する。 【解決手段】絶縁性基板１１の一表面上に導電性層８が
形成され、導電性層８上に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およびドリフト部６ａの周
囲に形成され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が形成され、強電界ドリフト
層６上に表面電極７が形成されている。ドリフト部６ａ
における分離部６ｂとの境界近傍の部分と表面電極７と
の間にシリコン酸化膜よりなる絶縁膜１６を介在させて
いる。絶縁膜１６が、ドリフト部６ａにおける分離部６
ｂとの境界近傍の部分の電界強度をドリフト部６ａの中
央部の電界強度よりも小さくする電界緩和手段を構成し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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に関するも
のである。

【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。

【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。

【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。

【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（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）が提案されている。

【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、電子放出量にむら
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。

【０００７】そこで、本願発明者らは、特願平１０−２
７２３４０号、特願平１０−２７２３４２号において、
多孔質多結晶半導体層（例えば、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、導電性基板と金属薄膜（表面
電極）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。この電界放射型電子源１０’は、例え
ば、図９に示すように、導電性基板たるｎ形シリコン基
板１の主表面（一表面）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が形成され、強電界
ドリフト層６上に金属薄膜よりなる表面電極７が形成さ
れ、ｎ形シリコン基板１の裏面にオーミック電極２が形
成されている。

【０００８】図９に示す構成の電界放射型電子源１０’
では、表面電極７を真空中に配置するとともに図１０に
示すように表面電極７に対向してコレクタ電極１２を配
置し、表面電極７をｎ形シリコン基板１（オーミック電
極２）に対して正極として直流電圧Ｖpsを印加するとと
もに、コレクタ電極１２を表面電極７に対して正極とし
て直流電圧Ｖcを印加することにより、ｎ形シリコン基
板１から注入された電子が強電界ドリフト層６をドリフ
トし表面電極７を通して放出される（なお、図１０中の
一点鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ^-の流
れを示す）。したがって、表面電極７としては、仕事関
数の小さな材料を用いることが望ましい。ここにおい
て、表面電極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と称し、コレクタ電極１２と表面
電極７との間に流れる電流を放出電子電流Ｉeと称し、
ダイオード電流Ｉpsに対する放出電子電流Ｉeが大きい
（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１０’では、表面電極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。

【０００９】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高い電子放出効率で
放出することができる。ここにおいて、強電界ドリフト
層６は、図１１に示すように、少なくとも、導電性基板
たるｎ形シリコン基板１の主表面側に列設された柱状の
多結晶シリコンのグレイン５１と、グレイン５１の表面
に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、グレイン５１
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られる。したがって、強電界ドリフ
ト層６に印加された電界の大部分はシリコン酸化膜６４
を集中的に通り、注入された電子はシリコン酸化膜６４
を通る強電界により加速され多結晶シリコンのグレイン
５１間を表面に向かって図１１中の矢印Ａの向きへ（図
１１中の上方向へ向かって）ドリフトするので、電子放
出効率を向上させることができる。ここに、強電界ドリ
フト層６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、表面電極７を容易にトンネルし真空中
に放出される。なお、表面電極７の膜厚は１０ｎｍない
し１５ｎｍ程度に設定されている。

【００１０】ところで、上記導電性基板としてｎ形シリ
コン基板１などの半導体基板の代わりに、ガラス基板な
どの絶縁性基板上に導電性層を形成したものを使用すれ
ば、電子源の大面積化および低コスト化が可能になる。

【００１１】図１２に、ガラス基板よりなる絶縁性基板
１１と該絶縁性基板１１の一表面上に形成した導電性層
８とで構成した導電性基板を用いた電界放射型電子源１
０”を示す。すなわち、この電界放射型電子源１０”
は、図１２に示すように、絶縁性基板１１の一表面上に
金属薄膜（例えば、タングステン薄膜）よりなる導電性
層８が形成され、導電性層８上に酸化若しくは窒化した
多孔質多結晶シリコン層よりなる強電界ドリフト層６が
形成され、強電界ドリフト層６上に金属薄膜（例えば、
金薄膜）よりなる表面電極７が形成されている。ここ
に、強電界ドリフト層６は、導電性層８上にノンドープ
の多結晶シリコン層を堆積させた後に、該多結晶シリコ
ン層を陽極酸化処理にて多孔質化し、さらに急速加熱法
によって酸化若しくは窒化することにより形成されてい
る。

【００１２】この電界放射型電子源１０”では、表面電
極７を真空中に配置するとともに図１３に示すように表
面電極７に対向してコレクタ電極１２を配置し、表面電
極７を導電性層８に対して正極として直流電圧Ｖpsを印
加するとともに、コレクタ電極１２を表面電極７に対し
て正極として直流電圧Ｖcを印加することにより、導電
性層８から注入された電子が強電界ドリフト層６をドリ
フトし表面電極７を通して放出される（なお、図１３中
の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ^-の
流れを示す）。ここにおいて、表面電極７と導電性層８
との間に流れる電流をダイオード電流Ｉpsと称し、コレ
クタ電極１２と表面電極７との間に流れる電流を放出電
子電流Ｉeと称し、ダイオード電流Ｉpsに対する放出電
子電流Ｉeが大きい（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１０”で
は、表面電極７と導電性層８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。

【００１３】また、図１２に示した電界放射型電子源１
０”をディスプレイの電子源とし応用する場合には、例
えば図１４に示す構成を採用すればよい。

【００１４】図１４に示すディスプレイは、電界放射型
電子源１０に対向してガラス基板１４を配設し、ガラス
基板１４における電界放射型電子源１０との対向面にコ
レクタ電極１２および蛍光体層１５を設けてある。ここ
に、蛍光体層１５はコレクタ電極１２の表面に塗布され
ており、電界放射型電子源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界放射型電子源１０と離間させて
あり、ガラス基板１４と電界放射型電子源１０との間に
形成される気密空間を真空にしてある。

【００１５】図１４に示した電界放射型電子源１０は、
ガラス基板よりなる絶縁性基板１１と、絶縁性基板１１
の一表面上に列設された複数の導電性層８と、導電性層
８にそれぞれ重なる形で形成された複数の酸化した多孔
質多結晶シリコン層よりなるドリフト部６ａおよびドリ
フト部６ａの間を埋める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に跨って導
電性層８に交差する方向に列設された複数の表面電極７
とを備えている。

【００１６】この電界放射型電子源１０では、絶縁性基
板１１の一表面上に列設された複数の導電性層８と、強
電界ドリフト層６上に列設された複数の表面電極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、表面電極７と導電性層８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
表面電極７と導電性層８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、表面電極７と導電性層８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、電圧を印加する表
面電極７と導電性層８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、表面電極７と導電性層８との間に印加する電圧は１
０〜２０Ｖ程度になっている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１４
に示した電界放射型電子源１０のようにドリフト部６ａ
がパターニングされたものでは、強電界ドリフト層６の
ドリフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界近傍の部分
の電界強度がドリフト部６ａの中央部の電界強度に比べ
て大きくなって、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂと
の境界近傍の部分での単位面積当たりの放出電子量がド
リフト部６ａの中央部での単位面積当たりの放出電子量
よりも多くなってしまい、ドリフト部６ａにおける分離
部６ｂとの境界近傍の部分を通して電子が過剰に放出さ
れてしまうという不具合があった。また、ドリフト部６
ａにおける分離部６ｂとの境界近傍の部分の電界強度よ
りも大きいので、上記境界近傍の部分でドリフト部６ａ
の絶縁破壊が生じ（ドリフト部６ａが劣化し）、導電性
層８と表面電極７との間に局所的に過大な電流が流れた
り、この過大な電流が流れることによってドリフト部６
ａや導電性薄膜よりなる表面電極７、導電性層８が局部
的に発熱し、表面電極７の劣化やドリフト部６ａの劣化
度合の拡大が生じるなどの不具合があった。なお、ドリ
フト部６ａにおける分離部６ｂとの境界近傍の部分の電
界強度がドリフト部６ａの中央部の電界強度よりも大き
くなる原因としては、ドリフト部６ａの厚さや多孔質
度、酸化若しくは窒化の程度がドリフト部６ａの中央部
と境界近傍の部分とで異なることが考えられる。

【００１８】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、電子の過剰な放出を防止できる電界
放射型電子源を提供することにある。

【００１９】

【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、基板と、基板の一表面側に形成
された導電性層と、導電性層の表面側に形成された酸化
若しくは窒化した多孔質半導体層よりなるドリフト部お
よびドリフト部の周囲に形成された分離部を有する強電
界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面
電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正極として
電圧を印加したときにドリフト部に作用する電界により
導電性層から注入された電子がドリフト部をドリフトし
表面電極を通して放出されるようにし、ドリフト部にお
ける分離部との境界近傍の部分の電界強度をドリフト部
の中央部の電界強度よりも小さくする電界緩和手段が設
けられてなることを特徴とするものであり、ドリフト部
における分離部との境界近傍の部分の電界強度をドリフ
ト部の中央部の電界強度よりも小さくする電界緩和手段
が設けられていることにより、ドリフト部における境界
近傍の部分の電界強度が中央部の電界強度よりも小さく
なってドリフト部をドリフトする電子は大部分がドリフ
ト部の中央部を通ることになり、電子の過剰な放出を防
止することができる。しかも、ドリフト部における境界
近傍の部分の電界強度が中央部の電界強度よりも小さく
なることによって、ドリフト部における境界近傍の部分
の絶縁破壊を防止することができ、導電性層と表面電極
との間に局所的に過大な電流が流れるのを防ぐことがで
きる。

【００２０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記電界緩和手段は、前記ドリフト部における前記
境界近傍の部分と前記表面電極との間に介在させた絶縁
膜よりなるので、前記表面電極と前記導電性層とを複数
個ずつ備え且つこれら複数の前記表面電極と複数の前記
導電性層とを交差する方向に配設したマトリクス構造を
採用する場合に隣り合う表面電極の間を前記絶縁膜によ
り絶縁することができる。

【００２１】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記電界緩和手段は、前記ドリフト部における前記
境界近傍の部分と前記導電性層との間で前記導電性層上
に形成された絶縁膜よりなるので、前記表面電極と前記
導電性層とを複数個ずつ備え且つこれら複数の前記表面
電極と複数の前記導電性層とを交差する方向に配設した
マトリクス構造を採用する場合にクロストークの発生を
防止することができる。

【００２２】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、前記電界緩和手段は、前記ドリフト部における前記
境界近傍の部分と前記導電性層との間に介在させた高抵
抗の第１の半導体層と、前記ドリフト部の中央部と前記
導電性層との間に介在させた低抵抗の第２の半導体層と
からなるので、前記表面電極および前記導電性層それぞ
れのパターンの制約をなくすことができる。

【００２３】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、前記表面電極は、前記ドリフト部における前記境界
近傍の部分に重なる領域に切欠部が形成され、前記電界
緩和手段は、前記切欠部よりなるので、前記表面電極の
パターンを変更するだけで電子の過剰な放出を防止する
ことができる。

【００２４】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、前記導電性層は、前記ドリフト部における前記境界
近傍の部分に重なる領域に切欠部が形成され、前記電界
緩和手段は、前記切欠部よりなるので、前記導電性層の
パターンを変更するだけで電子の過剰な放出を防止する
ことができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】（実施形態１）本実施形態の電界
放射型電子源１０の基本構成は図１２に示した従来構成
と略同じであって、図１に示すように、絶縁性基板１１
の一表面上に金属薄膜（例えば、タングステン薄膜）よ
りなる導電性層８が形成され、導電性層８上に酸化した
多孔質多結晶シリコン層よりなるドリフト部６ａおよび
ドリフト部６ａの周囲に形成され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が形成さ
れ、強電界ドリフト層６上に金属薄膜（例えば、金薄
膜）よりなる表面電極７が形成されている。ここに、強
電界ドリフト層６は、導電性層８が形成された絶縁性基
板１１の上記一表面側の全面にノンドープの多結晶シリ
コン層を堆積させた後に、当該多結晶シリコン層のうち
ドリフト部６ａに対応した部位を陽極酸化処理にて多孔
質化し（以下、この多孔質化された部分を多孔質多結晶
シリコン層と称す）、多孔質多結晶シリコン層を例えば
急速加熱法によって酸化することにより形成されてい
る。ここに、導電性層８の厚さを２００ｎｍ、強電界ド
リフト層６の厚さを１．５μｍ、ドリフト部６ａの厚さ
を１．０μｍ、表面電極７の膜厚を１５ｎｍにそれぞれ
設定してあるが、これらの数値はそれぞれ一例であって
特に限定するものではない。なお、本実施形態では絶縁
性基板１１が基板を構成している。

【００２６】本実施形態の電界放射型電子源１０におけ
る強電界ドリフト層６では、ドリフト部６ａの形成にあ
たって、上述のノンドープの多結晶シリコン層を表面か
ら深さ方向に多孔質化し導電性層８に達しないように途
中で多孔質化を停止しているので、当該多結晶シリコン
層の一部からなる半導体層３がドリフト部６ａと導電性
層８との間に介在しているが、上述のノンドープの多結
晶シリコン層を表面から深さ方向において導電性層８に
達するまで多孔質化することで半導体層３を介在させず
に導電性層８上にドリフト部６ａを形成してもよい。

【００２７】本実施形態の電界放射型電子源１０の基本
動作は図１２に示した従来構成と略同じであって、図１
２に示した従来構成と同様、表面電極７を真空中に配置
するとともに図１３に示すように表面電極７に対向して
コレクタ電極１２を配置し、表面電極７を導電性層８に
対して正極として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コ
レクタ電極１２を表面電極７に対して正極として直流電
圧Ｖcを印加することにより、ドリフト部６ａに作用す
る電界により導電性層８から注入された電子が強電界ド
リフト層６のドリフト部６ａをドリフトし表面電極７を
通して放出される。なお、本実施形態におけるドリフト
部６ａは、上述の図９に示した電界放射型電子源１０’
における強電界ドリフト層６と同様の構造を有しいると
考えられ、図１１に示すように、少なくとも、導電性層
８の表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイ
ン５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコ
ン酸化膜５２と、グレイン５１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６
３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
とから構成されると考えられる。すなわち、ドリフト部
６ａ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られる。し
たがって、強電界ドリフト層６に印加された電界の大部
分はシリコン酸化膜６４を集中的に通り、注入された電
子はシリコン酸化膜６４を通る強電界により加速され多
結晶シリコンのグレイン５１間を表面に向かって図１１
中の矢印Ａの向きへ（図１１中の上方向へ向かって）ド
リフトするので、電子放出効率を向上させることができ
る。ここに、強電界ドリフト層６のドリフト部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、表面電極７を容易にトンネルし真空中に放出され
る。

【００２８】なお、本実施形態では、強電界ドリフト層
６のドリフト部６ａを酸化した多孔質多結晶シリコン層
により形成しているが、強電界ドリフト層６のドリフト
部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコン層により形成し
てもよく、多孔質多結晶シリコン層以外の多孔質半導体
層を酸化若しくは窒化したものでもよい。強電界ドリフ
ト層６のドリフト部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコ
ン層とした場合には図１１にて説明した各シリコン酸化
膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となる。

【００２９】ところで、本実施形態の電界放射型電子源
１０においては、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂと
の境界近傍の部分と表面電極７との間にシリコン酸化膜
よりなる絶縁膜１６を介在させている点に特徴がある。
すなわち、ドリフト部６ａは中央部においては表面電極
７が積層されているが、分離部６ｂとの境界近傍の部分
においては絶縁膜１６が積層されている。なお、本実施
形態では、絶縁膜１６をシリコン酸化膜により構成して
いるが、シリコン酸化膜に限らず、例えばシリコン窒化
膜により構成してもよい。

【００３０】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
では、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界近傍
の部分と表面電極７との間に絶縁膜１６を介在させてい
ることにより、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂとの
境界近傍の部分の電界強度がドリフト部６ａの中央部の
電界強度に比べて十分に小さくなるので、ドリフト部６
ａをドリフトする電子の大部分がドリフト部６ａの中央
部を通ることになり、ドリフト部６ａにおける分離部６
ｂとの境界近傍の部分を通る電子の過剰な放出を防止す
ることができる。しかも、ドリフト部６ａにおける境界
近傍の部分の電界強度が中央部の電界強度よりも小さく
なることによって、ドリフト部６ａにおける境界近傍の
部分の絶縁破壊を防止することができ、導電性層８と表
面電極７との間に局所的に過大な電流が流れるのを防ぐ
ことができる。また、本実施形態の電界放射型電子源１
０では、図９に示した従来構成の電界放射型電子源１
０’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
を高い電子放出効率で放出することができる。

【００３１】なお、本実施形態では、絶縁膜１６が、ド
リフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界近傍の部分の
電界強度をドリフト部６ａの中央部の電界強度よりも小
さくする電界緩和手段を構成している。要するに、上記
電界緩和手段がドリフト部６ａにおける分離部６ｂとの
境界近傍の部分と表面電極７との間に介在させた絶縁膜
１６よりなるので、表面電極７と導電性層８とを複数個
ずつ備え且つこれら複数の表面電極７と複数の導電性層
８とを交差する方向に配設したマトリクス構造を採用す
る場合に、隣り合う表面電極７の間を絶縁膜１６により
絶縁することができる。

【００３２】（実施形態２）本実施形態の電界放射型電
子源１０の基本構成は図１２に示した従来構成と略同じ
であって、図２に示すように、絶縁性基板１１の一表面
上に金属薄膜（例えば、タングステン薄膜）よりなる導
電性層８が形成され、導電性層８上に所定形状にパター
ニングされたシリコン酸化膜よりなる絶縁膜１７が形成
され、導電性層８および絶縁膜１７が形成された絶縁性
基板１１の上記一表面側に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およびドリフト部６ａの周
囲に形成され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が形成され、強電界ドリフト
層６上に金属薄膜（例えば、金薄膜）よりなる表面電極
７が形成されている。ここに、強電界ドリフト層６は、
導電性層８および絶縁膜１７が形成された絶縁性基板１
１の上記一表面側の全面にノンドープの多結晶シリコン
層を堆積させた後に、当該多結晶シリコン層のうちドリ
フト部６ａに対応した部位を陽極酸化処理にて多孔質化
し（以下、この多孔質化された部分を多孔質多結晶シリ
コン層と称す）、多孔質多結晶シリコン層を例えば急速
加熱法によって酸化することにより形成されている。こ
こに、導電性層８の厚さを２００ｎｍ、強電界ドリフト
層６の厚さを１．５μｍ、ドリフト部６ａの厚さを１．
０μｍ、表面電極７の膜厚を１５ｎｍにそれぞれ設定し
てあるが、これらの数値はそれぞれ一例であって特に限
定するものではない。なお、本実施形態では絶縁性基板
１１が基板を構成している。

【００３３】本実施形態の電界放射型電子源１０におけ
る強電界ドリフト層６では、ドリフト部６ａの形成にあ
たって、上述のノンドープの多結晶シリコン層を表面か
ら深さ方向に多孔質化し導電性層８に達しないように途
中で多孔質化を停止しているので、当該多結晶シリコン
層の一部からなる半導体層３がドリフト部６ａと導電性
層８との間に介在しているが、上述のノンドープの多結
晶シリコン層を表面から深さ方向において導電性層８に
達するまで多孔質化することで半導体層３を介在させず
に導電性層８上にドリフト部６ａを形成してもよい。

【００３４】本実施形態の電界放射型電子源１０の基本
動作は図１２に示した従来構成と略同じであって、図１
２に示した従来構成と同様、表面電極７を真空中に配置
するとともに図１３に示すように表面電極７に対向して
コレクタ電極１２を配置し、表面電極７を導電性層８に
対して正極として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コ
レクタ電極１２を表面電極７に対して正極として直流電
圧Ｖcを印加することにより、ドリフト部６ａに作用す
る電界により導電性層８から注入された電子が強電界ド
リフト層６のドリフト部６ａをドリフトし表面電極７を
通して放出される。なお、本実施形態におけるドリフト
部６ａは、上述の図９に示した電界放射型電子源１０’
における強電界ドリフト層６と同様の構造を有しいると
考えられ、図１１に示すように、少なくとも、導電性層
８の表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイ
ン５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコ
ン酸化膜５２と、グレイン５１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６
３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
とから構成されると考えられる。すなわち、ドリフト部
６ａ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られる。し
たがって、強電界ドリフト層６に印加された電界の大部
分はシリコン酸化膜６４を集中的に通り、注入された電
子はシリコン酸化膜６４を通る強電界により加速され多
結晶シリコンのグレイン５１間を表面に向かって図１１
中の矢印Ａの向きへ（図１１中の上方向へ向かって）ド
リフトするので、電子放出効率を向上させることができ
る。ここに、強電界ドリフト層６のドリフト部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、表面電極７を容易にトンネルし真空中に放出され
る。

【００３５】なお、本実施形態では、強電界ドリフト層
６のドリフト部６ａを酸化した多孔質多結晶シリコン層
により形成しているが、強電界ドリフト層６のドリフト
部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコン層により形成し
てもよく、多孔質多結晶シリコン層以外の多孔質半導体
層を酸化若しくは窒化したものでもよい。強電界ドリフ
ト層６のドリフト部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコ
ン層とした場合には図１１にて説明した各シリコン酸化
膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となる。

【００３６】ところで、本実施形態の電界放射型電子源
１０においては、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂと
の境界近傍の部分と導電性層８との間で導電性層８上に
絶縁膜１７が形成されている点に特徴がある。すなわ
ち、ドリフト部６ａは中央部においては導電性層８との
間に半導体層３しか介在していないが、分離部６ｂとの
境界近傍の部分においては半導体層３と絶縁膜１７とが
介在している。なお、本実施形態では、絶縁膜１７をシ
リコン酸化膜により構成しているが、シリコン酸化膜に
限らず、例えばシリコン窒化膜により構成してもよい。

【００３７】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
では、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界近傍
の部分と導電性層８との間で導電性層８上に絶縁膜１７
を設けていることにより、ドリフト部６ａにおける分離
部６ｂとの境界近傍の部分の電界強度がドリフト部６ａ
の中央部の電界強度に比べて十分に小さくなるので、ド
リフト部６ａをドリフトする電子の大部分がドリフト部
６ａの中央部を通ることになり、ドリフト部６ａにおけ
る分離部６ｂとの境界近傍の部分を通る電子の過剰な放
出を防止することができる。しかも、ドリフト部６ａに
おける境界近傍の部分の電界強度が中央部の電界強度よ
りも小さくなることによって、ドリフト部６ａにおける
境界近傍の部分の絶縁破壊を防止することができ、導電
性層８と表面電極７との間に局所的に過大な電流が流れ
るのを防ぐことができる。また、本実施形態の電界放射
型電子源１０では、図９に示した従来構成の電界放射型
電子源１０’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
して電子を高い電子放出効率で放出することができる。

【００３８】なお、本実施形態では、絶縁膜１７が、ド
リフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界近傍の部分の
電界強度をドリフト部６ａの中央部の電界強度よりも小
さくする電界緩和手段を構成している。要するに、上記
電界緩和手段がドリフト部６ａにおける分離部６ｂとの
境界近傍の部分と導電性層８との間で導電性層８上に設
けた絶縁膜１７よりなるので、表面電極７と導電性層８
とを複数個ずつ備え且つこれら複数の表面電極７と複数
の導電性層８とを交差する方向に配設したマトリクス構
造を採用する場合に、クロストークの発生を防止するこ
とができる。

【００３９】（実施形態３）本実施形態の電界放射型電
子源１０の基本構成は図１２に示した従来構成と略同じ
であって、図３に示すように、絶縁性基板１１の一表面
上に金属薄膜（例えば、タングステン薄膜）よりなる導
電性層８が形成され、導電性層８が形成された絶縁性基
板１１の上記一表面側に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およびドリフト部６ａの周囲
に形成され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が形成され、強電界ドリフト層
６上に金属薄膜（例えば、金薄膜）よりなる表面電極７
が形成されている。ここに、強電界ドリフト層６は、絶
縁性基板１１の上記一表面側にノンドープの多結晶シリ
コン層を堆積させた後に、当該多結晶シリコン層のうち
ドリフト部６ａに対応した部位を陽極酸化処理にて多孔
質化し（以下、この多孔質化された部分を多孔質多結晶
シリコン層と称す）、多孔質多結晶シリコン層を例えば
急速加熱法によって酸化することにより形成されてい
る。ここに、導電性層８の厚さを２００ｎｍ、強電界ド
リフト層６の厚さを１．５μｍ、ドリフト部６ａの厚さ
を１．０μｍ、表面電極７の膜厚を１５ｎｍにそれぞれ
設定してあるが、これらの数値はそれぞれ一例であって
特に限定するものではない。なお、本実施形態では絶縁
性基板１１が基板を構成している。

【００４０】本実施形態の電界放射型電子源１０の基本
動作は図１２に示した従来構成と略同じであって、図１
２に示した従来構成と同様、表面電極７を真空中に配置
するとともに図１３に示すように表面電極７に対向して
コレクタ電極１２を配置し、表面電極７を導電性層８に
対して正極として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コ
レクタ電極１２を表面電極７に対して正極として直流電
圧Ｖcを印加することにより、ドリフト部６ａに作用す
る電界により導電性層８から注入された電子が強電界ド
リフト層６のドリフト部６ａをドリフトし表面電極７を
通して放出される。なお、本実施形態におけるドリフト
部６ａは、上述の図９に示した電界放射型電子源１０’
における強電界ドリフト層６と同様の構造を有しいると
考えられ、図１１に示すように、少なくとも、導電性層
８の表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイ
ン５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコ
ン酸化膜５２と、グレイン５１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６
３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
とから構成されると考えられる。すなわち、ドリフト部
６ａ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られる。し
たがって、強電界ドリフト層６に印加された電界の大部
分はシリコン酸化膜６４を集中的に通り、注入された電
子はシリコン酸化膜６４を通る強電界により加速され多
結晶シリコンのグレイン５１間を表面に向かって図１１
中の矢印Ａの向きへ（図１１中の上方向へ向かって）ド
リフトするので、電子放出効率を向上させることができ
る。ここに、強電界ドリフト層６のドリフト部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、表面電極７を容易にトンネルし真空中に放出され
る。

【００４１】なお、本実施形態では、強電界ドリフト層
６のドリフト部６ａを酸化した多孔質多結晶シリコン層
により形成しているが、強電界ドリフト層６のドリフト
部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコン層により形成し
てもよく、多孔質多結晶シリコン層以外の多孔質半導体
層を酸化若しくは窒化したものでもよい。強電界ドリフ
ト層６のドリフト部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコ
ン層とした場合には図１１にて説明した各シリコン酸化
膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となる。

【００４２】ところで、本実施形態の電界放射型電子源
１０においては、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂと
の境界近傍の部分と導電性層８との間に高抵抗の第１の
半導体層２３ｂを介在させ、ドリフト部６ａにおける中
央部と導電性層８との間に低抵抗の第２の半導体層２３
ａを介在させている点に特徴がある。ここにおいて、第
２の半導体層２３ａは第１の半導体層２３ｂに比べて抵
抗が十分に小さくなるように不純物をドーピングしてあ
る。なお、この不純物のドーピングに際してはイオンイ
ンプラテーション技術や拡散技術などを利用すればよ
い。

【００４３】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
では、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界近傍
の部分と導電性層８との間に第１の半導体層２３ｂを介
在させ、ドリフト部６ａの中央部と導電性層８との間に
第１の半導体層２３ｂに比べて抵抗が十分に小さな第２
の半導体層２３ａを介在させてあることにより、ドリフ
ト部６ａにおける分離部６ｂとの境界近傍の部分の電界
強度がドリフト部６ａの中央部の電界強度に比べて十分
に小さくなるので、ドリフト部６ａをドリフトする電子
の大部分がドリフト部６ａの中央部を通ることになり、
ドリフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界近傍の部分
を通る電子の過剰な放出を防止することができる。しか
も、ドリフト部６ａにおける境界近傍の部分の電界強度
が中央部の電界強度よりも小さくなることによって、ド
リフト部６ａにおける境界近傍の部分の絶縁破壊を防止
することができ、導電性層８と表面電極７との間に局所
的に過大な電流が流れるのを防ぐことができる。また、
本実施形態の電界放射型電子源１０では、図９に示した
従来構成の電界放射型電子源１０’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高い電子放出効率で放
出することができる。

【００４４】なお、本実施形態では、第１の半導体層２
３ｂと第２の半導体層２３ａとが、ドリフト部６ａにお
ける分離部６ｂとの境界近傍の部分の電界強度をドリフ
ト部６ａの中央部の電界強度よりも小さくする電界緩和
手段を構成している。要するに、上記電界緩和手段がド
リフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界近傍の部分と
導電性層８との間に介在させた高抵抗の第１の半導体層
２３ｂと、ドリフト部６ａにおける中央部と導電性層８
との間に介在させた低抵抗の第２の半導体層２３ａとか
らなるので、表面電極７および導電性層８それぞれのパ
ターンの制約をなくすことができる。

【００４５】（実施形態４）本実施形態の電界放射型電
子源１０の基本構成は図１２に示した従来構成と略同じ
であって、図４に示すように、絶縁性基板１１の一表面
上に金属薄膜（例えば、タングステン薄膜）よりなる導
電性層８が形成され、導電性層８上に酸化した多孔質多
結晶シリコン層よりなるドリフト部６ａおよびドリフト
部６ａの周囲に形成され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が形成され、強電
界ドリフト層６上に金属薄膜（例えば、金薄膜）よりな
る表面電極７が形成されている。ここに、強電界ドリフ
ト層６は、導電性層８が形成された絶縁性基板１１の上
記一表面側の全面にノンドープの多結晶シリコン層を堆
積させた後に、当該多結晶シリコン層のうちドリフト部
６ａに対応した部位を陽極酸化処理にて多孔質化し（以
下、この多孔質化された部分を多孔質多結晶シリコン層
と称す）、多孔質多結晶シリコン層を例えば急速加熱法
によって酸化することにより形成されている。ここに、
導電性層８の厚さを２００ｎｍ、強電界ドリフト層６の
厚さを１．５μｍ、ドリフト部６ａの厚さを１．０μ
ｍ、表面電極７の膜厚を１５ｎｍにそれぞれ設定してあ
るが、これらの数値はそれぞれ一例であって特に限定す
るものではない。なお、本実施形態では絶縁性基板１１
が基板を構成している。

【００４６】本実施形態の電界放射型電子源１０におけ
る強電界ドリフト層６では、ドリフト部６ａの形成にあ
たって、上述のノンドープの多結晶シリコン層を表面か
ら深さ方向に多孔質化し導電性層８に達しないように途
中で多孔質化を停止しているので、当該多結晶シリコン
層の一部からなる半導体層３がドリフト部６ａと導電性
層８との間に介在しているが、上述のノンドープの多結
晶シリコン層を表面から深さ方向において導電性層８に
達するまで多孔質化することで半導体層３を介在させず
に導電性層８上にドリフト部６ａを形成してもよい。

【００４７】本実施形態の電界放射型電子源１０の基本
動作は図１２に示した従来構成と略同じであって、図１
２に示した従来構成と同様、表面電極７を真空中に配置
するとともに図１３に示すように表面電極７に対向して
コレクタ電極１２を配置し、表面電極７を導電性層８に
対して正極として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コ
レクタ電極１２を表面電極７に対して正極として直流電
圧Ｖcを印加することにより、ドリフト部６ａに作用す
る電界により導電性層８から注入された電子が強電界ド
リフト層６のドリフト部６ａをドリフトし表面電極７を
通して放出される。なお、本実施形態におけるドリフト
部６ａは、上述の図９に示した電界放射型電子源１０’
における強電界ドリフト層６と同様の構造を有しいると
考えられ、図１１に示すように、少なくとも、導電性層
８の表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイ
ン５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコ
ン酸化膜５２と、グレイン５１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６
３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
とから構成されると考えられる。すなわち、ドリフト部
６ａ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られる。し
たがって、強電界ドリフト層６に印加された電界の大部
分はシリコン酸化膜６４を集中的に通り、注入された電
子はシリコン酸化膜６４を通る強電界により加速され多
結晶シリコンのグレイン５１間を表面に向かって図１１
中の矢印Ａの向きへ（図１１中の上方向へ向かって）ド
リフトするので、電子放出効率を向上させることができ
る。ここに、強電界ドリフト層６のドリフト部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、表面電極７を容易にトンネルし真空中に放出され
る。

【００４８】なお、本実施形態では、強電界ドリフト層
６のドリフト部６ａを酸化した多孔質多結晶シリコン層
により形成しているが、強電界ドリフト層６のドリフト
部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコン層により形成し
てもよく、多孔質多結晶シリコン層以外の多孔質半導体
層を酸化若しくは窒化したものでもよい。強電界ドリフ
ト層６のドリフト部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコ
ン層とした場合には図１１にて説明した各シリコン酸化
膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となる。

【００４９】ところで、本実施形態の電界放射型電子源
１０においては、表面電極７が、ドリフト部６ａにおけ
る分離部６ｂとの境界近傍の部分に重なる領域に切欠部
７ａが形成されている点に特徴がある。すなわち、ドリ
フト部６ａは中央部においては表面電極７が積層されて
いるが、分離部６ｂとの境界近傍の部分においては表面
電極７が存在しないようになっている。要するに、図４
の左右方向については表面電極７の幅をドリフト部６ａ
の幅よりも小さくし且つ表面電極７の両端がドリフト部
６ａの両端よりも内側に位置している。

【００５０】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
では、表面電極７においてドリフト部６ａにおける分離
部６ｂとの境界近傍の部分に重なる領域に切欠部７ａが
形成されていることにより、ドリフト部６ａにおける分
離部６ｂとの境界近傍の部分の電界強度がドリフト部６
ａの中央部の電界強度に比べて十分に小さくなるので、
ドリフト部６ａをドリフトする電子の大部分がドリフト
部６ａの中央部を通ることになり、ドリフト部６ａにお
ける分離部６ｂとの境界近傍の部分を通る電子の過剰な
放出を防止することができる。しかも、ドリフト部６ａ
における境界近傍の部分の電界強度が中央部の電界強度
よりも小さくなることによって、ドリフト部６ａにおけ
る境界近傍の部分の絶縁破壊を防止することができ、導
電性層８と表面電極７との間に局所的に過大な電流が流
れるのを防ぐことができる。また、本実施形態の電界放
射型電子源１０では、図９に示した従来構成の電界放射
型電子源１０’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
定して電子を高い電子放出効率で放出することができ
る。

【００５１】なお、本実施形態では、表面電極７の切欠
部７ａが、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界
近傍の部分の電界強度をドリフト部６ａの中央部の電界
強度よりも小さくする電界緩和手段を構成している。し
たがって、本実施形態では、表面電極７のパターンを変
更するだけ（つまり、表面電極７をパターニングするた
めのマスクを変更するだけ）で電子の過剰な放出を防止
することができる。

【００５２】（実施形態５）本実施形態の電界放射型電
子源１０の基本構成は図１２に示した従来構成と略同じ
であって、図５に示すように、絶縁性基板１１の一表面
上に所定形状にパターニングされた金属薄膜（例えば、
タングステン薄膜）よりなる導電性層８が形成され、導
電性層８が形成された絶縁性基板１１の上記一表面側に
酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなるドリフト部６
ａおよびドリフト部６ａの周囲に形成された多結晶シリ
コン層よりなる分離部６ｂを有する強電界ドリフト層６
が形成され、強電界ドリフト層６上に所定形状にパター
ニングされた金属薄膜（例えば、金薄膜）よりなる表面
電極７が形成されている。ここに、強電界ドリフト層６
は、導電性層８が形成された絶縁性基板１１の上記一表
面側の全面にノンドープの多結晶シリコン層を堆積させ
た後に、当該多結晶シリコン層のうちドリフト部６ａに
対応した部位を陽極酸化処理にて多孔質化し（以下、こ
の多孔質化された部分を多孔質多結晶シリコン層と称
す）、多孔質多結晶シリコン層を例えば急速加熱法によ
って酸化することにより形成されている。ここに、導電
性層８の厚さを２００ｎｍ、強電界ドリフト層６の厚さ
を１．５μｍ、ドリフト部６ａの厚さを１．０μｍ、表
面電極７の膜厚を１５ｎｍにそれぞれ設定してあるが、
これらの数値はそれぞれ一例であって特に限定するもの
ではない。なお、本実施形態では絶縁性基板１１が基板
を構成している。

【００５３】本実施形態の電界放射型電子源１０におけ
る強電界ドリフト層６では、ドリフト部６ａの形成にあ
たって、上述のノンドープの多結晶シリコン層を表面か
ら深さ方向に多孔質化し導電性層８に達しないように途
中で多孔質化を停止しているので、当該多結晶シリコン
層の一部からなる半導体層３がドリフト部６ａと導電性
層８との間に介在しているが、上述のノンドープの多結
晶シリコン層を表面から深さ方向において導電性層８に
達するまで多孔質化することで半導体層３を介在させず
に導電性層８上にドリフト部６ａを形成してもよい。

【００５４】本実施形態の電界放射型電子源１０の基本
動作は図１２に示した従来構成と略同じであって、図１
２に示した従来構成と同様、表面電極７を真空中に配置
するとともに図１３に示すように表面電極７に対向して
コレクタ電極１２を配置し、表面電極７を導電性層８に
対して正極として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コ
レクタ電極１２を表面電極７に対して正極として直流電
圧Ｖcを印加することにより、ドリフト部６ａに作用す
る電界により導電性層８から注入された電子が強電界ド
リフト層６のドリフト部６ａをドリフトし表面電極７を
通して放出される。なお、本実施形態におけるドリフト
部６ａは、上述の図９に示した電界放射型電子源１０’
における強電界ドリフト層６と同様の構造を有しいると
考えられ、図１１に示すように、少なくとも、導電性層
８の表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイ
ン５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコ
ン酸化膜５２と、グレイン５１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６
３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
とから構成されると考えられる。すなわち、ドリフト部
６ａ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られる。し
たがって、強電界ドリフト層６に印加された電界の大部
分はシリコン酸化膜６４を集中的に通り、注入された電
子はシリコン酸化膜６４を通る強電界により加速され多
結晶シリコンのグレイン５１間を表面に向かって図１１
中の矢印Ａの向きへ（図１１中の上方向へ向かって）ド
リフトするので、電子放出効率を向上させることができ
る。ここに、強電界ドリフト層６のドリフト部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、表面電極７を容易にトンネルし真空中に放出され
る。

【００５５】なお、本実施形態では、強電界ドリフト層
６のドリフト部６ａを酸化した多孔質多結晶シリコン層
により形成しているが、強電界ドリフト層６のドリフト
部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコン層により形成し
てもよく、多孔質多結晶シリコン層以外の多孔質半導体
層を酸化若しくは窒化したものでもよい。強電界ドリフ
ト層６のドリフト部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコ
ン層とした場合には図１１にて説明した各シリコン酸化
膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となる。

【００５６】ところで、本実施形態の電界放射型電子源
１０においては、導電性層８において、ドリフト部６ａ
における分離部６ｂとの境界近傍の部分に重なる領域に
切欠部８ａが形成されている点に特徴がある。すなわ
ち、導電性層８は、ドリフト部６ａの中央部に重なる部
位には形成されているが、分離部６ｂとの境界近傍の部
分においては切欠部８ａが形成されている。要するに、
図５の左右方向については導電性層８の幅をドリフト部
６ａの幅よりも小さくし且つ導電性層８の両端がドリフ
ト部６ａの両端よりも内側に位置している。

【００５７】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
では、導電性層８においてドリフト部６ａにおける分離
部６ｂとの境界近傍の部分に重なる領域に切欠部８ａが
形成されていることにより、ドリフト部６ａにおける分
離部６ｂとの境界近傍の部分の電界強度がドリフト部６
ａの中央部の電界強度に比べて十分に小さくなるので、
ドリフト部６ａをドリフトする電子の大部分がドリフト
部６ａの中央部を通ることになり、ドリフト部６ａにお
ける分離部６ｂとの境界近傍の部分を通る電子の過剰な
放出を防止することができる。しかも、ドリフト部６ａ
における境界近傍の部分の電界強度が中央部の電界強度
よりも小さくなることによって、ドリフト部６ａにおけ
る境界近傍の部分の絶縁破壊を防止することができ、導
電性層８と表面電極７との間に局所的に過大な電流が流
れるのを防ぐことができる。また、本実施形態の電界放
射型電子源１０では、図９に示した従来構成の電界放射
型電子源１０’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
定して電子を高い電子放出効率で放出することができ
る。

【００５８】なお、本実施形態では、導電性層８の切欠
部８ａが、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界
近傍の部分の電界強度をドリフト部６ａの中央部の電界
強度よりも小さくする電界緩和手段を構成している。し
たがって、本実施形態では、導電性層８のパターンを変
更するだけ（つまり、導電性層８をパターニングするた
めのマスクを変更するだけ）で電子の過剰な放出を防止
することができる。

【００５９】（実施形態６）本実施形態の電界放射型電
子源１０の基本構成は図１４に示した従来構成と略同じ
であって、図６に示すように、ガラス基板よりなる絶縁
性基板１１と、絶縁性基板１１の一表面上に列設された
複数の導電性層（以下、下部電極と称す）８と、下部電
極８にそれぞれ重なる形で形成された複数の酸化した多
孔質多結晶シリコン層よりなるドリフト部６ａおよびド
リフト部６ａの間を埋める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
下部電極８に交差（直交）する方向に列設された複数の
表面電極７とを備えている。ここにおいて、下部電極８
はタングステン薄膜により構成し、表面電極７は金薄膜
からなる導電性薄膜により構成している。また、下部電
極８の膜厚は２００ｎｍ、表面電極７の膜厚は１５ｎｍ
にそれぞれ設定されているが、これらの膜厚は特に限定
するものではない。また、強電界ドリフト層６の厚さは
１．５μｍ、ドリフト部６ａの厚さは１．５μｍにそれ
ぞれ設定してあるが、強電界ドリフト層６およびドリフ
ト部６ａの厚さも特に限定するものではない。なお、本
実施形態では、絶縁性基板１１が基板を構成している。

【００６０】本実施形態の電界放射型電子源１０では、
図１４に示した従来構成と同様、絶縁性基板１１の一表
面上に列設された複数の下部電極８と、強電界ドリフト
層６上に列設された複数の表面電極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、表面
電極７と下部電極８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、選択された表面電極７と
下部電極８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、表面
電極７と下部電極８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、電圧を印加する表面電極７と下
部電極８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、表面電極
７と下部電極８との間に印加する電圧は１０〜２０Ｖ程
度になっている。ここにおいて、各表面電極７は、短冊
状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド２
７が形成されている。また、各下部電極８も、短冊状に
形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド２８が
形成されている。

【００６１】本実施形態におけるドリフト部６ａは、上
述の図９に示した電界放射型電子源１０’における強電
界ドリフト層６と同様の構造を有しいると考えられ、図
１１に示すように、少なくとも、導電性層８の表面側に
列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン５１と、グ
レイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２
と、グレイン５１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
れると考えられる。すなわち、ドリフト部６ａ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られる。したがって、強
電界ドリフト層６に印加された電界の大部分はシリコン
酸化膜６４を集中的に通り、注入された電子はシリコン
酸化膜６４を通る強電界により加速され多結晶シリコン
のグレイン５１間を表面に向かって図１１中の矢印Ａの
向きへ（図１１中の上方向へ向かって）ドリフトするの
で、電子放出効率を向上させることができる。ここに、
強電界ドリフト層６のドリフト部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、表面電極
７を容易にトンネルし真空中に放出される。

【００６２】なお、本実施形態では、強電界ドリフト層
６のドリフト部６ａを酸化した多孔質多結晶シリコン層
により形成しているが、強電界ドリフト層６のドリフト
部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコン層により形成し
てもよく、多孔質多結晶シリコン層以外の多孔質半導体
層を酸化若しくは窒化したものでもよい。強電界ドリフ
ト層６のドリフト部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコ
ン層とした場合には図１１にて説明した各シリコン酸化
膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となる。

【００６３】ところで、本実施形態の電界放射型電子源
１０においては、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂと
の境界近傍の部分と表面電極７との間にシリコン酸化膜
よりなる絶縁膜１６を介在させている点に特徴がある。
すなわち、ドリフト部６ａは中央部においては表面電極
７が積層されているが、分離部６ｂとの境界近傍の部分
においては絶縁膜１６が積層されている。また、ドリフ
ト部６ａの表面側には隣り合う表面電極７に跨ってシリ
コン酸化膜よりなる絶縁膜２６が形成されている。ここ
に、絶縁膜２６はドリフト部６ａの長手方向における両
端部がそれぞれ各表面電極７の幅方向の一端部と重なっ
ている。

【００６４】なお、本実施形態では、各絶縁膜１６，２
６をシリコン酸化膜により構成しているが、シリコン酸
化膜に限らず、例えばシリコン窒化膜により構成しても
よい。

【００６５】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
１０では、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界
近傍の部分と表面電極７との間に絶縁膜１６を介在させ
ていることにより、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂ
との境界近傍の部分の電界強度がドリフト部６ａの中央
部の電界強度に比べて十分に小さくなるので、ドリフト
部６ａをドリフトする電子の大部分がドリフト部６ａの
中央部を通ることになり、ドリフト部６ａにおける分離
部６ｂとの境界近傍の部分を通る電子の過剰な放出を防
止することができ、しかも、隣り合う表面電極７の間を
絶縁膜１６により絶縁することができる。また、本実施
形態の電界放射型電子源１０におけるドリフト部６ａの
表面側には隣り合う表面電極７に跨ってシリコン酸化膜
よりなる絶縁膜２６が形成されているので、隣り合う表
面電極７の間の部位を通して電子が放出されるのを防ぐ
ことができるとともに、クロストークを防ぐことができ
る。さらに、ドリフト部６ａにおける境界近傍の部分の
電界強度が中央部の電界強度よりも小さくなることによ
って、ドリフト部６ａにおける境界近傍の部分の絶縁破
壊を防止することができ、導電性層８と表面電極７との
間に局所的に過大な電流が流れるのを防ぐことができ
る。また、本実施形態の電界放射型電子源１０では、図
９に示した従来構成の電界放射型電子源１０’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高い電子
放出効率で放出することができる。

【００６６】なお、本実施形態では、絶縁膜１６が、ド
リフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界近傍の部分の
電界強度をドリフト部６ａの中央部の電界強度よりも小
さくする電界緩和手段を構成している。

【００６７】（実施形態７）本実施形態の電界放射型電
子源１０の基本構成は図１４に示した従来構成と略同じ
であって、図７に示すように、ガラス基板よりなる絶縁
性基板１１と、絶縁性基板１１の一表面上に列設された
複数の導電性層（以下、下部電極と称す）８と、下部電
極８にそれぞれ重なる形で形成された複数の酸化した多
孔質多結晶シリコン層よりなるドリフト部６ａおよびド
リフト部６ａの間を埋める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
下部電極８に交差（直交）する方向に列設された複数の
表面電極７とを備えている。ここにおいて、下部電極８
はタングステン薄膜により構成し、表面電極７は金薄膜
からなる導電性薄膜により構成している。また、下部電
極８の膜厚は２００ｎｍ、表面電極７の膜厚は１５ｎｍ
にそれぞれ設定されているが、これらの膜厚は特に限定
するものではない。また、強電界ドリフト層６の厚さは
１．５μｍ、ドリフト部６ａの厚さは１．５μｍにそれ
ぞれ設定してあるが、強電界ドリフト層６およびドリフ
ト部６ａの厚さも特に限定するものではない。なお、本
実施形態では、絶縁性基板１１が基板を構成している。

【００６８】本実施形態の電界放射型電子源１０では、
図１４に示した従来構成と同様、絶縁性基板１１の一表
面上に列設された複数の下部電極８と、強電界ドリフト
層６上に列設された複数の表面電極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、表面
電極７と下部電極８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、選択された表面電極７と
下部電極８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、表面
電極７と下部電極８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、電圧を印加する表面電極７と下
部電極８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、表面電極
７と下部電極８との間に印加する電圧は１０〜２０Ｖ程
度になっている。ここにおいて、各表面電極７は、短冊
状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド２
７が形成されている。また、各下部電極８も、短冊状に
形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド２８が
形成されている。

【００６９】本実施形態におけるドリフト部６ａは、上
述の図９に示した電界放射型電子源１０’における強電
界ドリフト層６と同様の構造を有しいると考えられ、図
１１に示すように、少なくとも、導電性層８の表面側に
列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン５１と、グ
レイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２
と、グレイン５１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
れると考えられる。すなわち、ドリフト部６ａ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られる。したがって、強
電界ドリフト層６に印加された電界の大部分はシリコン
酸化膜６４を集中的に通り、注入された電子はシリコン
酸化膜６４を通る強電界により加速され多結晶シリコン
のグレイン５１間を表面に向かって図１１中の矢印Ａの
向きへ（図１１中の上方向へ向かって）ドリフトするの
で、電子放出効率を向上させることができる。ここに、
強電界ドリフト層６のドリフト部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、表面電極
７を容易にトンネルし真空中に放出される。

【００７０】なお、本実施形態では、強電界ドリフト層
６のドリフト部６ａを酸化した多孔質多結晶シリコン層
により形成しているが、強電界ドリフト層６のドリフト
部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコン層により形成し
てもよく、多孔質多結晶シリコン層以外の多孔質半導体
層を酸化若しくは窒化したものでもよい。強電界ドリフ
ト層６のドリフト部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコ
ン層とした場合には図１１にて説明した各シリコン酸化
膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となる。

【００７１】ところで、本実施形態の電界放射型電子源
１０においては、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂと
の境界近傍の部分と導電性層８との間で導電性層８上に
絶縁膜１７が形成されている点に特徴がある。すなわ
ち、ドリフト部６ａの中央部は導電性層８上に積層され
ているが、分離部６ｂとの境界近傍の部分においては絶
縁膜１７が形成されている。また、ドリフト部６ａの導
電性層８側には隣り合う表面電極７に跨ってシリコン酸
化膜よりなる絶縁膜３７が形成されている。ここに、絶
縁膜３７はドリフト部６ａの長手方向における両端部が
それぞれ各表面電極７の幅方向の一端部と重なってい
る。

【００７２】なお、本実施形態では、各絶縁膜１７，３
７をシリコン酸化膜により構成しているが、シリコン酸
化膜に限らず、例えばシリコン窒化膜により構成しても
よい。

【００７３】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
１０では、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界
近傍の部分と導電性層８との間で導電性層８上に絶縁膜
１７が形成されていることにより、ドリフト部６ａにお
ける分離部６ｂとの境界近傍の部分の電界強度がドリフ
ト部６ａの中央部の電界強度に比べて十分に小さくなる
ので、ドリフト部６ａをドリフトする電子の大部分がド
リフト部６ａの中央部を通ることになり、ドリフト部６
ａにおける分離部６ｂとの境界近傍の部分を通る電子の
過剰な放出を防止することができ、しかも、ドリフト部
６ａの導電性層８側には隣り合う表面電極７に跨ってシ
リコン酸化膜よりなる絶縁膜３７が形成されているの
で、隣り合う表面電極７の間の部位を通して電子が放出
されるのを防ぐことができるとともに、クロストークを
防ぐことができる。さらに、ドリフト部６ａにおける境
界近傍の部分の電界強度が中央部の電界強度よりも小さ
くなることによって、ドリフト部６ａにおける境界近傍
の部分の絶縁破壊を防止することができ、導電性層８と
表面電極７との間に局所的に過大な電流が流れるのを防
ぐことができる。また、本実施形態の電界放射型電子源
１０では、図９に示した従来構成の電界放射型電子源１
０’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
を高い電子放出効率で放出することができる。

【００７４】なお、本実施形態では、絶縁膜１７が、ド
リフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界近傍の部分の
電界強度をドリフト部６ａの中央部の電界強度よりも小
さくする電界緩和手段を構成している。

【００７５】（実施形態８）本実施形態の電界放射型電
子源１０の基本構成は図１４に示した従来構成と略同じ
であって、図８に示すように、ガラス基板よりなる絶縁
性基板１１と、絶縁性基板１１の一表面上に列設された
複数の導電性層（以下、下部電極と称す）８と、下部電
極８を形成した絶縁性基板１１の上記一表面側に形成さ
れた強電界ドリフト層６と、強電界ドリフト層６の上で
下部電極８に交差（直交）する方向に列設された複数の
表面電極７とを備えている。ここにおいて、強電界ドリ
フト層６は、表面電極７と下部電極８との重なる領域に
おいて表面電極７側に形成された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と、表面電極７の長
手方向において隣り合うドリフト部６ａの間に形成され
たノンドープの多結晶シリコン層からなる分離部６ｂ
と、ドリフト部６ａにおける分離部６ａとの境界近傍の
部分と導電性層８との間に介在させた高抵抗の第１の半
導体層２３ｂと、ドリフト部６ａと下部電極８との間に
形成された低抵抗の第２の半導体層２３ａと、下部電極
８の長手方向において隣り合うドリフト部６ａ間に形成
された分離部６ｃとを有している。

【００７６】なお、下部電極８はタングステン薄膜によ
り構成し、表面電極７は金薄膜からなる導電性薄膜によ
り構成している。また、下部電極８の膜厚は２００ｎ
ｍ、表面電極７の膜厚は１５ｎｍにそれぞれ設定されて
いるが、これらの膜厚は特に限定するものではない。ま
た、強電界ドリフト層６の厚さは１．５μｍ、ドリフト
部６ａの厚さは１．０μｍにそれぞれ設定してあるが、
強電界ドリフト層６およびドリフト部６ａの厚さも特に
限定するものではない。なお、本実施形態では、絶縁性
基板１１が基板を構成している。

【００７７】本実施形態の電界放射型電子源１０では、
図１４に示した従来構成と同様、絶縁性基板１１の一表
面上に列設された複数の下部電極８と、強電界ドリフト
層６上に列設された複数の表面電極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、表面
電極７と下部電極８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、選択された表面電極７と
下部電極８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、表面
電極７と下部電極８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、電圧を印加する表面電極７と下
部電極８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、表面電極
７と下部電極８との間に印加する電圧は１０〜２０Ｖ程
度になっている。ここにおいて、各表面電極７は、短冊
状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド２
７が形成されている。また、各下部電極８も、短冊状に
形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド２８が
形成されている。

【００７８】本実施形態におけるドリフト部６ａは、上
述の図９に示した電界放射型電子源１０’における強電
界ドリフト層６と同様の構造を有しいると考えられ、図
１１に示すように、少なくとも、導電性層８の表面側に
列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン５１と、グ
レイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２
と、グレイン５１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
れると考えられる。すなわち、ドリフト部６ａ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られる。したがって、強
電界ドリフト層６に印加された電界の大部分はシリコン
酸化膜６４を集中的に通り、注入された電子はシリコン
酸化膜６４を通る強電界により加速され多結晶シリコン
のグレイン５１間を表面に向かって図１１中の矢印Ａの
向きへ（図１１中の上方向へ向かって）ドリフトするの
で、電子放出効率を向上させることができる。ここに、
強電界ドリフト層６のドリフト部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、表面電極
７を容易にトンネルし真空中に放出される。

【００７９】なお、本実施形態では、強電界ドリフト層
６のドリフト部６ａを酸化した多孔質多結晶シリコン層
により形成しているが、強電界ドリフト層６のドリフト
部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコン層により形成し
てもよく、多孔質多結晶シリコン層以外の多孔質半導体
層を酸化若しくは窒化したものでもよい。強電界ドリフ
ト層６のドリフト部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコ
ン層とした場合には図１１にて説明した各シリコン酸化
膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となる。

【００８０】ところで、本実施形態の電界放射型電子源
１０においては、上述のようにドリフト部６ａにおける
分離部６ｂとの境界近傍の部分と導電性層８との間に高
抵抗の第１の半導体層２３ｂを介在させ、ドリフト部６
ａの中央部と導電性層８との間に第１の半導体層２３ｂ
に比べて抵抗が十分に小さな第２の半導体層２３ａを介
在させている点に特徴がある。

【００８１】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
１０では、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界
近傍の部分と導電性層８との間に高抵抗の第１の半導体
層２３ｂを介在させ、ドリフト部６ａの中央部と導電性
層８との間に第１の半導体層２３ｂに比べて抵抗が十分
に小さな第２の半導体層２３ａを介在させていることに
より、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界近傍
の部分の電界強度がドリフト部６ａの中央部の電界強度
に比べて十分に小さくなるので、ドリフト部６ａをドリ
フトする電子の大部分がドリフト部６ａの中央部を通る
ことになり、ドリフト部６ａにおける分離部６ｂとの境
界近傍の部分を通る電子の過剰な放出を防止することが
でき、しかも、隣り合うドリフト部６ａの間が分離部６
ｂ若しくは分離部６ｃにより分離されているので、隣り
合う表面電極７の間の部位を通して電子が放出されるの
を防ぐことができるとともに、クロストークを防ぐこと
ができる。さらに、ドリフト部６ａにおける境界近傍の
部分の電界強度が中央部の電界強度よりも小さくなるこ
とによって、ドリフト部６ａにおける境界近傍の部分の
絶縁破壊を防止することができ、導電性層８と表面電極
７との間に局所的に過大な電流が流れるのを防ぐことが
できる。また、本実施形態の電界放射型電子源１０で
は、図９に示した従来構成の電界放射型電子源１０’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高い
電子放出効率で放出することができる。

【００８２】なお、本実施形態では、第１の半導体層２
３ｂと第２の半導体層２３ａとが、ドリフト部６ａにお
ける分離部６ｂとの境界近傍の部分の電界強度をドリフ
ト部６ａの中央部の電界強度よりも小さくする電界緩和
手段を構成している。要するに、上記電界緩和手段がド
リフト部６ａにおける分離部６ｂとの境界近傍の部分と
導電性層８との間に介在させた高抵抗の第１の半導体層
２３ｂと、ドリフト部６ａにおける中央部と導電性層８
との間に介在させた低抵抗の第２の半導体層２３ａとか
らなるので、表面電極７および導電性層８それぞれのパ
ターンの制約をなくすことができる。

【００８３】ところで、上記各実施形態においては、表
面電極７を構成する導電性薄膜として金薄膜を用いてい
るが、表面電極７の材料は金に限定されるものではな
く、例えば、アルミニウム、クロム、タングステン、ニ
ッケル、白金などの仕事関数が小さな材料を用いてもよ
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４．５５ｅＶ、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。また、表面電極７を厚み方向に積
層された複数層の薄膜電極層からなる導電性薄膜により
構成してもよい。この場合、最上層の薄膜電極層として
は、耐酸化性に優れ仕事関数が小さな性質を有する材料
を採用し、最下層の薄膜電極層としては、仕事関数が小
さく且つ強電界ドリフト層６との密着性が良い性質の材
料を採用すればよい。ここに、最下層の薄膜電極層の材
料は、最上層の薄膜電極層の材料に比べて強電界ドリフ
ト層６中へ拡散しにくい（つまり、強電界ドリフト層６
の材料中での拡散係数が小さい）性質を有していること
が望ましい。

【００８４】上述のような仕事関数が小さくかつ強電界
ドリフト層６との密着性が良い性質を有する表面電極７
を採用することにより、表面電極７が強電界ドリフト層
６から剥離するのを防止することができ、表面電極７の
断線を防止できるとともに経時安定性が向上し、また、
製造時の歩留まりが高くなって低コスト化を図ることが
できる。

【００８５】また、最上層の薄膜電極層としては例えば
金を用い、最下層の薄膜電極層としては、クロムを用い
ればよいが、最下層の薄膜電極層としてはクロムの代わ
りに、ニッケル、白金、チタン、ジルコニウム、ロジウ
ム、ハフニウム、イリジウムのいずれかあるいはそれら
の酸化物を用いてもよい。最下層の薄膜電極層として、
クロム、ニッケル、白金、チタン、ジルコニウム、ロジ
ウム、ハフニウム、イリジウムのいずれかあるいはそれ
らの酸化物を用いることにより、最下層の薄膜電極層の
材料コストを比較的安価にすることができる。

【００８６】また、上記各実施形態では、導電性層（下
部電極）８としてタングステン薄膜を用いているが、導
電性層８の材料はタングステンに限定されるものではな
く、タングステンの代わりに、アルミニウム、ニッケ
ル、コバルト、クロム、ハフニウム、モリブデン、パラ
ジウム、白金、ロジウム、タンタル、チタン、ジルコニ
ウムのいずれかを用いてもよいし、これらの金属の酸化
物やこれらの金属のうちの複数種類よりなる合金膜や、
これらの金属とＳｉとの合金（例えば、アルミニウムを
主成分としたＡｉ−Ｓｉ合金）やシリサイド膜を用いて
もよい。

【００８７】なお、導電性層８を厚み方向に積層された
複数層の導電性膜からなる導電性層により構成してもよ
い。複数層の導電性膜により導電性層を構成する場合に
は、例えば最上層の導電性膜としてアルミニウムを用
い、最下層の導電性膜としてはアルミニウムに比べて抵
抗が小さな銅を用いればよい。

【００８８】

【発明の効果】請求項１の発明は、基板と、基板の一表
面側に形成された導電性層と、導電性層の表面側に形成
された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よりなるド
リフト部およびドリフト部の周囲に形成された分離部を
有する強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成
された表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して
正極として電圧を印加したときにドリフト部に作用する
電界により導電性層から注入された電子がドリフト部を
ドリフトし表面電極を通して放出されるようにし、ドリ
フト部における分離部との境界近傍の部分の電界強度を
ドリフト部の中央部の電界強度よりも小さくする電界緩
和手段が設けられてなるものであり、ドリフト部におけ
る分離部との境界近傍の部分の電界強度をドリフト部の
中央部の電界強度よりも小さくする電界緩和手段が設け
られていることにより、ドリフト部における境界近傍の
部分の電界強度が中央部の電界強度よりも小さくなって
ドリフト部をドリフトする電子は大部分がドリフト部の
中央部を通ることになり、電子の過剰な放出を防止する
ことができるという効果がある。しかも、ドリフト部に
おける境界近傍の部分の電界強度が中央部の電界強度よ
りも小さくなることによって、ドリフト部における境界
近傍の部分の絶縁破壊を防止することができ、導電性層
と表面電極との間に局所的に過大な電流が流れるのを防
ぐことができるという効果がある。

【００８９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記電界緩和手段は、前記ドリフト部における前記
境界近傍の部分と前記表面電極との間に介在させた絶縁
膜よりなるので、前記表面電極と前記導電性層とを複数
個ずつ備え且つこれら複数の前記表面電極と複数の前記
導電性層とを交差する方向に配設したマトリクス構造を
採用する場合に隣り合う表面電極の間を前記絶縁膜によ
り絶縁することができるという効果がある。

【００９０】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記電界緩和手段は、前記ドリフト部における前記
境界近傍の部分と前記導電性層との間で前記導電性層上
に形成された絶縁膜よりなるので、前記表面電極と前記
導電性層とを複数個ずつ備え且つこれら複数の前記表面
電極と複数の前記導電性層とを交差する方向に配設した
マトリクス構造を採用する場合にクロストークの発生を
防止することができるという効果がある。

【００９１】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、前記電界緩和手段は、前記ドリフト部における前記
境界近傍の部分と前記導電性層との間に介在させた高抵
抗の第１の半導体層と、前記ドリフト部の中央部と前記
導電性層との間に介在させた低抵抗の第２の半導体層と
からなるので、前記表面電極および前記導電性層それぞ
れのパターンの制約をなくすことができるという効果が
ある。

【００９２】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、前記表面電極は、前記ドリフト部における前記境界
近傍の部分に重なる領域に切欠部が形成され、前記電界
緩和手段は、前記切欠部よりなるので、前記表面電極の
パターンを変更するだけで電子の過剰な放出を防止する
ことができるという効果がある。

【００９３】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、前記導電性層は、前記ドリフト部における前記境界
近傍の部分に重なる領域に切欠部が形成され、前記電界
緩和手段は、前記切欠部よりなるので、前記導電性層の
パターンを変更するだけで電子の過剰な放出を防止する
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１を示す概略断面図である。

【図２】実施形態２を示す概略断面図である。

【図３】実施形態３を示す概略断面図である。

【図４】実施形態４を示す概略断面図である。

【図５】実施形態５を示す概略断面図である。

【図６】実施形態６を示す一部破断した斜視図である。

【図７】実施形態７を示す一部破断した斜視図である。

【図８】実施形態８を示す一部破断した斜視図である。

【図９】従来例を示す概略断面図である。

【図１０】同上の動作説明図である。

【図１１】同上の動作説明図である。

【図１２】他の従来例を示す概略断面図である。

【図１３】同上の動作説明図である。

【図１４】同上を応用したディスプレイの概略構成図で
ある。

【符号の説明】

３ 半導体層 ６ 強電界ドリフト層 ６ａ ドリフト部 ６ｂ 分離部 ７ 表面電極 ８ 導電性層 １０ 電界放射型電子源 １１ 絶縁性基板 １６ 絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── 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 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 渡部 祥文 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

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、基板の一表面側に形成された導
   電性層と、導電性層の表面側に形成された酸化若しくは
   窒化した多孔質半導体層よりなるドリフト部およびドリ
   フト部の周囲に形成された分離部を有する強電界ドリフ
   ト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを
   備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印
   加したときにドリフト部に作用する電界により導電性層
   から注入された電子がドリフト部をドリフトし表面電極
   を通して放出されるようにし、ドリフト部における分離
   部との境界近傍の部分の電界強度をドリフト部の中央部
   の電界強度よりも小さくする電界緩和手段が設けられて
   なることを特徴とする電界放射型電子源。
2. 【請求項２】 前記電界緩和手段は、前記ドリフト部に
   おける前記境界近傍の部分と前記表面電極との間に介在
   させた絶縁膜より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。
3. 【請求項３】 前記電界緩和手段は、前記ドリフト部に
   おける前記境界近傍の部分と前記導電性層との間で前記
   導電性層上に形成された絶縁膜より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。
4. 【請求項４】 前記電界緩和手段は、前記ドリフト部に
   おける前記境界近傍の部分と前記導電性層との間に介在
   させた高抵抗の第１の半導体層と、前記ドリフト部の中
   央部と前記導電性層との間に介在させた低抵抗の第２の
   半導体層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。
5. 【請求項５】 前記表面電極は、前記ドリフト部におけ
   る前記境界近傍の部分に重なる領域に切欠部が形成さ
   れ、前記電界緩和手段は、前記切欠部よりなることを特
   徴とする請求項１記載の電界放射型電子源。
6. 【請求項６】 前記導電性層は、前記ドリフト部におけ
   る前記境界近傍の部分に重なる領域に切欠部が形成さ
   れ、前記電界緩和手段は、前記切欠部よりなることを特
   徴とする請求項１記載の電界放射型電子源。