JP2002170487A - 電界放射型電子源の製造方法、電界放射型電子源、平面発光装置、ディスプレイ装置、及び固体真空デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子を安定して放出できる低コストかつ作製
プロセスの比較的容易な電界放射型電子源、及びその電
界放射型電子源を提供する。 【解決手段】 導電性基板１の表面側に高温に加熱した
高融点金属に材料ガスを吹き付けることを利用した化学
気相成長法により直接多孔質ポリシリコン層３を形成す
る工程と、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン
層４を形成する工程と、酸化あるいは直接窒化された多
孔質ポリシリコン層４上に金属薄膜５を形成する工程と
により電界放射型電子源６を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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、及びその製造方法、また、該電界放射型電子
源を利用した平面発光装置、ディスプレイ装置、及び固
体真空デバイス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ス
ピント（Spint）型電極と呼ばれるものがある。このス
ピント型電極は、微少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
タチップを精度よ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。従って、スピント型電極
では、この種の問題の発生を防ぐために、約１０^{- ５}〜
１０^{- ６}Ｐａの高真空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】このような問題点を解決するために、MIM
(Metal Insulator Metal)方式やMOS(Metal Oxide Semic
onductor)型の電界放射型電子源が提案されている。前
者は金属−絶縁体−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、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
や上記酸化膜の薄膜化に制約があるので、電子の放出効
率をあまり高くできないという不具合があった。

【０００５】また、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
放射型電子源が提案されている。しかし、製造プロセス
がスピント型電極に比べて容易になるが、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が難しい
という不具合が生じる。

【０００６】そこで最近では、特開平１１−３２９２１
３号公報に開示されているように、シリコン基板あるい
は金属電極等を備えたガラス基板等の導電性基板上にポ
リシリコン層を形成して、そのポリシリコン層を陽極酸
化法を用いて多孔質化し、さらに多孔質ポリシリコン層
上に金属薄膜を形成し、導電性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
射型電子源が提案されている。

【０００７】図１２は、導電性基板上の多孔質ポリシリ
コンと、その多孔質ポリシリコン層上に金属薄膜を形成
した電界放射型電子源の製造方法の模式的断面図であ
る。

【０００８】まず、n型シリコン基板２３の裏面に蒸着
法などによりオーミック電極２４を形成した後、ＬＰＣ
ＶＤ法やアモルファスシリコンの固相成長法などを用い
てn型シリコン基板２３の表面に膜厚が約１.５μmのノ
ンドープポリシリコン層２５を形成することにより図１
２（ａ）に示すような構造が得られる。

【０００９】ノンドープポリシリコン層２５を形成した
後、５５wt％のフッ化水素水溶液とエタノールとを約
１：１で混合した混合液よりなる電解液を用い、光照射
をおこないながら、ノンドープポリシリコン層２５を陽
極酸化し多孔質ポリシリコン層２６が形成され図１２
（b）に示すような構造が得られる。ノンドープポリシ
リコン層２５の多孔質化は一部でも全部でもよい。

【００１０】次に、９００℃で１時間程度の急速熱酸化
によってポリシリコン層２５および多孔質ポリシリコン
層２６を酸化し、続いて蒸着法などにより酸化された多
孔質ポリシリコン層２６ａ上に金属薄膜２７を形成し、
図１２（ｃ）に示すような電界放射型電子源の構造が得
られる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
特開平１１−３２９２１３号公報に記載の電界放射型電
子源では、９００℃で１時間程度の急速熱酸化を用いる
ため、大面積化した場合に基板の熱収縮などの問題が生
じ、安価な無アルカリガラスの使用が困難になりコスト
ダウンが難しいという不具合が生じる。また、陽極酸化
法は湿式であるため大面積化した場合に均一性が悪くな
り、部分的に放出電子量が不安定になり、平面発光装置
やディスプレイ装置などに応用すると、発光ムラができ
てしまうという問題が生じる。このため、陽極酸化法を
用いずに多孔質ポリシリコン層を形成する必要がある。

【００１２】本発明は、上記問題点を解消するためにな
されたものであり、電子を安定して放出できる低コスト
の電界放射型電子源の製造方法、電界放射型電子源、平
面発光装置、ディスプレイ装置、及び固体真空デバイス
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に係る電界放射型電子源の製造方
法は、高温に加熱した高融点金属に材料ガスを吹き付け
ることを利用した化学気相成長法を用いて直接多孔質ポ
リシリコン層を導電性基板上に形成する工程と、前記多
孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化する工程と、前
記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層上に金
属薄膜よりなる電極を形成する工程と、を有することを
特徴とするものである。これにより、従来のようにポリ
シリコン層を形成してから陽極酸化法を用いて多孔質化
するという２段階の工程をふまずに、導電性基板上に直
接多孔質ポリシリコン層を形成することができ、かつ、
低温で多孔質ポリシリコン層を形成でき、さらに、低温
で酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を形成
でき、導電性基板として単結晶シリコン板等の半導体基
板のほかにガラス基板などに導電性膜を形成した基板等
を使用することができ、大面積化基板上に低コストで電
界放射型電子源を製造できる。

【００１４】本発明の請求項２に係る電界放射型電子源
の製造方法は、プラズマ化学気相成長法を用いて直接多
孔質ポリシリコン層を導電性基板上に形成する工程と、
前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化する工程
と、前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層
上に金属薄膜よりなる電極を形成する工程と、を有する
ことを特徴とするものである。これにより、従来のよう
にポリシリコン層を形成してから陽極酸化法を用いて多
孔質化するという２段階の工程をふまずに、導電性基板
上に直接多孔質ポリシリコン層を形成することができ、
かつ、低温で多孔質ポリシリコン層を形成でき、さら
に、低温で酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン
層を形成でき、導電性基板として単結晶シリコン板等の
半導体基板のほかにガラス基板などに導電性膜を形成し
た基板等を使用することができ、大面積化基板上に低コ
ストで電界放射型電子源を製造できる。

【００１５】本発明の請求項３に係る電界放射型電子源
の製造方法は、請求項１または請求項２に記載の電界放
射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコ
ン層は、アモルファスシリコン成分と結晶シリコン成分
とが混在した層であることを特徴とするものである。こ
れにより、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒
化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多
孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができ
る。

【００１６】本発明の請求項４に係る電界放射型電子源
の製造方法は、請求項３に記載の電界放射型電子源の製
造方法において、前記結晶シリコン成分の割合は８０％
以上であることを特徴とするものである。これにより、
アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の
構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシ
リコン層を酸化あるいは窒化することができ、より安定
して高効率で電子を放出する電界放射型電子源を製造で
きる。

【００１７】本発明の請求項５に係る電界放射型電子源
の製造方法は、請求項１または請求項２に記載の電界放
射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコ
ン層を酸化する工程は、高温に加熱した高融点金属に少
なくとも水素と酸素を含んだガスを吹き付けることを利
用した化学気相成長法を用いて行われることを特徴とす
るものである。これにより、容易に６００℃以下の低温
で多孔質ポリシリコン層を酸化することが可能となり、
導電性基板としてガラス基板などに導電性膜を形成した
基板や金属基板を用いることができ、低コストで大面積
基板上に電界放射型電子源を製造できる。

【００１８】本発明の請求項６に係る電界放射型電子源
の製造方法は、請求項１または請求項２に記載の電界放
射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコ
ン層を酸化する工程は、自然酸化を用いて行われること
を特徴とするものである。これにより、高価な装置を用
いることなく、室温で容易に多孔質ポリシリコン層を均
一に酸化することが可能であり、導電性基板としてガラ
ス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板を用い
ることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電
子源を製造できる。

【００１９】本発明の請求項７に係る電界放射型電子源
の製造方法は、請求項１または請求項２に記載の電界放
射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコ
ン層を窒化する工程は、高温に加熱した高融点金属に少
なくともアンモニアあるいは窒素を含んだガスを吹き付
けることを利用した化学気相成長法を用いて行われるこ
とを特徴とするものである。これにより、容易に６００
℃以下の低温で多孔質ポリシリコン層を窒化することが
可能となり、導電性基板としてガラス基板などに導電性
膜を形成した基板や金属基板を用いることができ、低コ
ストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。

【００２０】本発明の請求項８に係る電界放射型電子源
の製造方法は、請求項１、請求項５または請求項７に記
載の電界放射型電子源の製造方法において、前記高融点
金属はタングステンまたはタンタル、モリブデンである
ことを特徴とするものである。これにより、多孔質ポリ
シリコン層への重金属の混入をラザフォード後方散乱分
光法(ＲＢＳ)の検出限界である１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ
³以下にすることが可能となる。

【００２１】本発明の請求項９に係る電界放射型電子源
の製造方法は、請求項１、請求項５または請求項７に記
載の電界放射型電子源の製造方法において、前記高融点
金属の温度は１６００〜２０００℃の温度範囲であるこ
とを特徴とするものである。これにより、多孔質ポリシ
リコン層を形成する際の高融点金属のシリサイド化、ま
た、多孔質ポリシリコン層を酸化する際の高融点金属の
酸化や高融点金属の蒸発による重金属の混入を防止する
ことができる。

【００２２】本発明の請求項１０に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項１に記載の電界放射型電子源の
製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の酸素含
有量は０．５％以上であることを特徴とするものであ
る。これにより、絶縁性が高くなり、多孔質ポリシリコ
ン層上に形成された金属薄膜電極に電圧を印加した際
に、多孔質ポリシリコン層に電界が集中し、低電圧で電
子を放出する電界放射型電子源を製造できる。

【００２３】本発明の請求項１１に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項１０に記載の電界放射型電子源
の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層は、材
料ガスに少なくとも珪素を含むガスを用いて成膜圧力８
ｍＴｏｒｒ以上で形成されることを特徴とするものであ
る。これにより、６００℃以下の低温で容易に多孔度の
高いポリシリコン層を形成することが可能となり、導電
性基板としてガラス基板などに導電性膜を形成した基板
や金属基板を用いることができ、低コストで大面積基板
上に電界放射型電子源を製造できる。

【００２４】本発明の請求項１２に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項１１に記載の電界放射型電子源
の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の形成
は、基板温度２００℃〜５５０℃の範囲で行われること
を特徴とするものである。これにより、導電性基板とし
てガラス基板やプラスチック基板に導電性膜を形成した
基板や金属基板などを用いることができ、低コストで大
面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。

【００２５】本発明の請求項１３に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項２に記載の電界放射型電子源の
製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の酸素含
有量は０．５％以上であることを特徴とするものであ
る。これにより、絶縁性が高くなり、多孔質ポリシリコ
ン層上に形成された金属薄膜電極に電圧を印加した際
に、多孔質ポリシリコン層に電界が集中し、低電圧で電
子を放出する電界放射型電子源を製造できる。

【００２６】本発明の請求項１４に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項１３に記載の電界放射型電子源
の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層は、材
料ガスに少なくとも珪素を含むガスを用いて成膜圧力２
００ｍＴｏｒｒ以上で形成されることを特徴とするもの
である。これにより、６００℃以下の低温で容易に多孔
度の高いポリシリコン層を形成することが可能となり、
導電性基板としてガラス基板などに導電性膜を形成した
基板や金属基板を用いることができ、低コストで大面積
基板上に電界放射型電子源を製造できる。

【００２７】本発明の請求項１５に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項１４に記載の電界放射型電子源
の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の形成
は、基板温度３００℃〜５５０℃の範囲で行われること
を特徴とするものである。これにより、導電性基板とし
てガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板
を用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放
射型電子源を製造できる。

【００２８】本発明の請求項１６に係る電界放射型電子
源の製造方法は、高温に加熱した高融点金属に材料ガス
を吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いて多
孔質ポリシリコン層を形成する工程と、前記多孔質ポリ
シリコン層を酸化あるいは窒化し、導電性基板上に形成
する工程と、前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシ
リコン層上にドットパターン状の絶縁層を形成する工程
と、前記ドットパターン状の絶縁層を用いて前記酸化あ
るいは窒化された多孔質ポリシリコン層にエッチングを
施すことによりエミッタを形成する工程と、前記エミッ
タ上にゲート電極とゲート絶縁層とを形成する工程と、
前記ドットパターン状の絶縁層より上部を除去して開口
部を形成する工程と、を有することを特徴とするもので
ある。これにより、酸化あるいは窒化された多孔質ポリ
シリコン層を用いてエミッタを形成でき、従来の金属エ
ミッタや単結晶のシリコンエミッタに比べてエミッタ先
端に電界が集中しやすく、低電圧でエミッタ先端部分よ
り電子を放射させる電界放射型電子源を製造できるとと
もに、かつ、低温で多孔質ポリシリコン層を形成でき、
さらに、低温で酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリ
コン層を形成でき、導電性基板として単結晶シリコン板
等の半導体基板のほかにガラス基板などに導電性膜を形
成した基板等を使用することができ、大面積化基板上に
低コストで電界放射型電子源を製造できる。

【００２９】本発明の請求項１７に係る電界放射型電子
源の製造方法は、プラズマ化学気相成長法を用いてフレ
ーム直接多孔質ポリシリコン層を形成する工程と、前記
多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化し、導電性基
板上に形成する工程と、前記酸化あるいは窒化された多
孔質ポリシリコン層上にドットパターン状の絶縁層を形
成する工程と、前記ドットパターン状の絶縁層を用いて
前記多孔質ポリシリコン層にエッチングを施すことによ
りエミッタを形成する工程と、前記エミッタ上にゲート
電極とゲート絶縁層とを形成する工程と、前記ドットパ
ターン状の絶縁層より上部を除去して開口部を形成する
工程と、を有することを特徴とするものである。これに
より、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を
用いてエミッタを形成でき、従来の金属エミッタや単結
晶のシリコンエミッタに比べてエミッタ先端に電界が集
中しやすく、低電圧でエミッタ先端部分より電子を放射
させる電界放射型電子源を製造できるとともに、かつ、
低温で多孔質ポリシリコン層を形成でき、さらに、低温
で酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を形成
でき、導電性基板として単結晶シリコン板等の半導体基
板のほかにガラス基板などに導電性膜を形成した基板等
を使用することができ、大面積化基板上に低コストで電
界放射型電子源を製造できる。

【００３０】本発明の請求項１８に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項１６または請求項１７に記載の
電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリ
シリコン層は、アモルファスシリコン成分と結晶シリコ
ン成分とが混在した層であることを特徴とするものであ
る。これにより、アモルファスシリコン成分が酸化ある
いは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容
易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化すること
ができる。

【００３１】本発明の請求項１９に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項１８に記載の電界放射型電子源
の製造方法において、前記結晶シリコン成分の割合は８
０％以上であることを特徴とするものである。これによ
り、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する
際の構造緩和層としての役割を果たすので、容易に多孔
質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができ、
より安定して高効率で電子を放出する電界放射型電子源
を製造できる。

【００３２】本発明の請求項２０に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項１６または請求項１７に記載の
電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリ
シリコン層を酸化する工程は、高温に加熱した高融点金
属に少なくとも水素と酸素を含んだガスを吹き付けるこ
とを利用した化学気相成長法を用いて行われることを特
徴とするものである。これにより、６００℃以下の低温
で容易に多孔質ポリシリコン層を酸化することが可能と
なり、導電性基板としてガラス基板などに導電性膜を形
成した基板や金属基板を用いることができ、低コストで
大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。

【００３３】本発明の請求項２１に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項１６または請求項１７に記載の
電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリ
シリコン層を酸化する工程は、自然酸化を用いて行われ
ることを特徴とするものである。これにより、高価な装
置を用いることなく室温で容易に多孔質ポリシリコン層
を均一に酸化することが可能となり、導電性基板として
ガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板を
用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射
型電子源を製造できる。

【００３４】本発明の請求項２２に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項１６または請求項１７に記載の
電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリ
シリコン層を窒化する工程は、高温に加熱した高融点金
属に少なくともアンモニアあるいは窒素を含んだガスを
吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いて行わ
れることを特徴とするものである。これにより、６００
℃以下の低温で容易に多孔質ポリシリコン層を窒化する
ことが可能となり、導電性基板としてガラス基板などに
導電性膜を形成した基板や金属基板を用いることがで
き、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造
できる。

【００３５】本発明の請求項２３に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項１６、請求項２０または請求項
２２に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前
記高融点金属はタングステンまたはタンタル、モリブデ
ンであることを特徴とするものである。これにより、多
孔質ポリシリコン層への重金属の混入をラザフォード後
方散乱分光法(ＲＢＳ)の検出限界である１０¹⁸ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ³以下にすることが可能となる。

【００３６】本発明の請求項２４に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項１６、請求項２０または請求項
２２に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前
記高融点金属は１６００〜２０００℃の温度範囲で加熱
されることを特徴とするものである。これにより、多孔
質ポリシリコン層を形成する際の高融点金属のシリサイ
ド化、多孔質ポリシリコン層を酸化する際の高融点金属
の酸化や高融点金属の蒸発による重金属の混入を防止す
ることができる。

【００３７】本発明の請求項２５に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項１６に記載の電界放射型電子源
の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の酸素
含有量は０．５％以上であることを特徴とするものであ
る。これにより、絶縁性が高くなり、多孔質ポリシリコ
ン層上に形成された金属薄膜電極に電圧を印加した際
に、多孔質ポリシリコン層に電界が集中し、低電圧で電
子を放出することが可能となる。

【００３８】本発明の請求項２６に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項２５に記載の電界放射型電子源
の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層は、材
料ガスに少なくとも珪素を含むガスを用いて成膜圧力８
ｍＴｏｒｒ以上で形成されることを特徴とするものであ
る。これにより、６００℃以下の低温で容易に多孔度の
高いポリシリコン層を形成することが可能となり、導電
性基板としてガラス基板などに導電性膜を形成した基板
や金属基板を用いることができ、低コストで大面積基板
上に電界放射型電子源を製造できる。

【００３９】本発明の請求項２７に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項２６に記載の電界放射型電子源
の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の形成
は、基板温度２００℃〜５５０℃の範囲で行われるよう
ことを特徴とするものである。これにより、導電性基板
としてガラス基板やプラスチック基板に導電性膜を形成
した基板や金属基板などを用いることができ、低コスト
で大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。

【００４０】本発明の請求項２８に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項１７に記載の電界放射型電子源
の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の酸素
含有量は０．５％以上であることを特徴とするものであ
る。これにより、絶縁性が高くなり、多孔質ポリシリコ
ン層上に形成された金属薄膜電極に電圧を印加した際
に、多孔質ポリシリコン層に電界が集中し、低電圧で電
子を放出することが可能となる。

【００４１】本発明の請求項２９に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項２８に記載の電界放射型電子源
の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層は、材
料ガスに少なくとも珪素を含むガスを用いて成膜圧力２
００ｍＴｏｒｒ以上で形成されることを特徴とするもの
である。これにより、６００℃以下の低温で容易に多孔
度の高いポリシリコン層を形成することが可能になり、
導電性基板としてガラス基板などに導電性膜を形成した
基板や金属基板を用いることができ、低コストで大面積
基板上に電界放射型電子源を製造できる。

【００４２】本発明の請求項３０に係る電界放射型電子
源の製造方法は、請求項２９に記載の電界放射型電子源
の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の形成
は、基板温度３００℃〜５５０℃の範囲で行われること
を特徴とするものである。これにより、導電性基板とし
てガラス基板やプラスチック基板に導電性膜を形成した
基板や金属基板などを用いることができ、低コストで大
面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。

【００４３】本発明の請求項３１に係る電界放射型電子
源は、請求項１ないし請求項１５のいずれかに記載の電
界放射型電子源の製造方法で製造されたことを特徴とす
るものである。これにより、低コストで大面積基板上に
安定して高効率で電子を放出する電界放射型電子源を実
現できる。

【００４４】本発明の請求項３２に係る電界放射型電子
源は、請求項３１に記載の電界放射型電子源において、
前記導電性基板は、絶縁基板の一表面に導電性薄膜が形
成された基板あるいは金属基板からなることを特徴とす
るものである。これにより、低コストで大面積基板上に
安定して高効率で電子を放出することができる電界放射
型電子源を実現できる。

【００４５】本発明の請求項３３に係る電界放射型電子
源は、請求項１６ないし請求項３０のいずれかに記載の
電界放射型電子源の製造方法で製造されたことを特徴と
するものである。これにより、従来の金属エミッタや単
結晶のシリコンエミッタに比べてエミッタ先端に電界が
集中しやすく、低電圧でエミッタ先端部分より電子を放
出させる電界放射型電子源を実現できる。

【００４６】本発明の請求項３４に係る電界放射型電子
源は、請求項３３に記載の電界放射型電子源において、
前記導電性基板は、絶縁基板の一表面に導電性薄膜が形
成された基板あるいは金属基板からなることを特徴とす
るものである。これにより、低コストで大面積基板上に
安定して高効率で電子を放出することができる電界放射
型電子源を実現できる。

【００４７】本発明の請求項３５に係る平面発光装置
は、請求項３１または請求項３２に記載の電界放射型電
子源と、該電界放射型電子源の金属薄膜に対向配置され
る透明電極とを備え、前記電界放射型電子源より放出さ
れる電子線により可視光を発光する蛍光体が前記透明電
極に設けられてなることを特徴とするものである。これ
により、電界放射型電子源から放射される電子の放出角
度が金属薄膜の表面に対してほぼ垂直方向となり、従っ
て従来のように収束電極を設ける必要がなく、低コスト
で簡単な構造の薄型の平面発光装置を実現することがで
きる。

【００４８】本発明の請求項３６に係るディスプレイ装
置は、請求項３１または３２に記載の電界放射型電子源
をマトリクス状に構成し、前記各電界放射型電子源に印
加する電圧をそれぞれ制御する手段と、前記電界放射型
電子源の金属薄膜に対向配置される透明電極とを備え、
前記電界放射型電子源より放出される電子線により可視
光を発光する蛍光体が前記透明電極に設けられてなるこ
とを特徴とするものである。これにより、電界放射型電
子源から放射される電子の放出角度が金属薄膜の表面に
対してほぼ垂直方向となり、複雑なシャドウマスクや電
子収束レンズを設ける必要がなく、低コストで高精細な
ディスプレイ装置を実現することができる。

【００４９】本発明の請求項３７に係る固体真空デバイ
スは、請求項３１ないし請求項３４のいずれかに記載の
電界放射型電子源と陽極とが真空容器中に配設されてな
ることを特徴とするものである。これにより、電界放射
型電子源が冷陰極を構成し、従来の熱電子を利用した熱
陰極を有する固体真空デバイスのように加熱手段を設け
る必要がなく、小型化が可能であるとともに、陰極物質
の蒸発や劣化を抑制することができ、長寿命の固体真空
デバイスを実現することができる。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下に、本実施の形態について図
面を参照しながら説明する。なお、ここで示す実施の形
態はあくまでも一例であって、必ずしもこの実施の形態
に限定されるものではない。

【００５１】（実施の形態１）以下に、実施の形態１に
係る電界放射型電子源の製造方法について図面を参照し
ながら説明する。本実施の形態１は、本発明の請求項
１、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項
７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、請
求項１２、請求項３１、及び請求項３２に対応するもの
である。

【００５２】図１は、本実施の形態１に係る電界放射型
電子源の製造工程を示す図である。なお、導電性基板と
してｎ型シリコン基板を用いる。まず、図１(a)に示す
ように、ｎ型シリコン基板１の裏面に蒸着法やスパッタ
リング法などにより金などのオーミック電極２を形成し
た後、ｎ型シリコン基板１の表面に、高温に加熱した高
融点金属に材料ガスを吹き付けることを利用した化学気
相成長法を用いて直接多孔質ポリシリコン層３を約１．
５μｍ程度形成する。なお、多孔質ポリシリコン層３の
膜厚を約１．５μｍ程度としたが、この膜厚は特に限定
するものではない。

【００５３】多孔質ポリシリコン層３の成膜は、成膜条
件は基板温度２００℃〜５５０℃、成膜圧力８ｍTｏｒ
ｒ以上として、１６００〜１８００℃に加熱したタング
ステン金属に、少なくとも珪素を含むガス、例えば、シ
ランガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法に
より行い、温度制御されたｎ型シリコン基板１上に輸送
して堆積する。このようにして形成された多孔質ポリシ
リコン層３はアモルファスシリコン成分と結晶シリコン
成分とが混在した層であり、アモルファスシリコン成分
が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を
果たし、容易に多孔質ポリシリコン層３を酸化あるいは
窒化することが可能である。

【００５４】ここで、成膜条件について説明する。ま
ず、基板温度について説明する。図２は、化学気相成長
法を用いて形成した多孔質ポリシリコン層３の結晶化率
と基板温度との関係を示す図であり、縦軸は結晶化率を
示し、横軸は基板温度を示す。図２に示すように、多孔
質ポリシリコン層３は、基板温度が２００℃より低いと
結晶化率が急激に減少し、ほとんどアモルファスシリコ
ン成分である層が形成され、基板温度が２００℃以上の
場合、結晶化率、つまり、結晶シリコン成分の割合が８
０％以上となり、多孔度が高くなる。また、基板温度が
５５０℃より高いと結晶化率がほぼ１００％の緻密なポ
リシリコンが形成され、多孔質ポリシリコン層が形成で
きない。従って、化学気相成長法を用いて多孔質ポリシ
リコン層を形成する場合の基板温度は２００℃〜５５０
℃とした。

【００５５】結晶化率は、例えばラマン分光により測定
可能であり、図３に、実際に測定したポリシリコン膜の
ラマンスペクトルを示す。図３において、縦軸は散乱光
の強度を示し、横軸は散乱光の波長（ラマンシフト）を
示すものであり、結晶化率は、ラマンスペクトルにおけ
る結晶相のラマンシフト量約５２０ｃｍ^-1の強度Ｉ(５
２０)とアモルファス層のラマンシフト量約４８０ｃｍ
^-1の強度Ｉ(４８０)との関係で示され、[Ｉ(５２０)／
｛Ｉ(５２０)+ Ｉ(４８０)｝]×１００％で表される。
結晶化シリコン成分の割合が８０％以上であれば、アモ
ルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造
緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコ
ン層３を酸化あるいは窒化することができ、より安定し
て高効率で電子を放出する電界放射型電子源６を製造で
きる。

【００５６】図４は、大気中に放置したポリシリコン層
の赤外吸収スペクトルを示す図であり、縦軸は吸光度を
示し、横軸は波数を示す。図４において、波数１１００
ｃｍ ^-1付近にシリコンと酸素の結合に起因するピークが
現れており、ポリシリコン層は多孔質であることがわか
る。

【００５７】次に、成膜圧力について説明する。図７は
成膜圧力と酸素含有量との関係を示す図であり、縦軸は
酸素含有量を示し、横軸は成膜圧力を示す。図７に示す
ように、成膜圧力６ｍTｏｒｒより酸素含有量が急激に
増加し、８ｍTｏｒｒ以上で酸素含有量０．６％以上と
ほぼ飽和傾向を示す。成膜圧力８ｍTｏｒｒ以上の条件
下で形成された多孔質ポリシリコン層３は、酸素含有量
が０．５％以上であり、何らかの方法により酸化しなく
ても大気中に放置するだけでポリシリコン層中に酸素が
混入し、多孔質になっている。多孔度が高いと、絶縁性
が高くなり、電圧を印加した時に電界が集中しやすくな
り、電子が放出されやすい。従って、成膜圧力は８ｍT
ｏｒｒ以上とした。

【００５８】次に、図１（ｂ）に示すように、１６００
〜１８００℃の高温に加熱したタングステンに少なくと
も水素ガスと酸素ガスの混合ガスを吹き付けることを利
用した化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層３
を酸化し、酸化された多孔質ポリシリコン４を形成す
る。

【００５９】なお、多孔質ポリシリコン層３の酸化は、
化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層３の直接
酸化により行っているが、自然酸化や他の化学的方法に
より行ってもよいし、急速熱酸化により行ってもよい。
また、酸化のかわりに窒化するようにしてもよく、窒化
の場合には、高温に加熱した高融点金属に少なくともア
ンモニアあるいは窒素を含んだガスを吹き付けることを
利用した化学気相成長法を用いる直接窒化や熱的な窒化
などの方法を用いればよい。

【００６０】ここで、多孔質ポリシリコン層の成膜や該
多孔質ポリシリコン層の酸化あるいは窒化に利用した化
学気相成長法において使用される高融点金属について説
明する。

【００６１】高融点金属のタングステンの温度が１６０
０℃以下の場合、シランがタングステン上に堆積した
り、材料ガスであるシランガスとタングステンとの反応
が生じて得られるポリシリコン層の特性が低下したり、
再現性に乏しくなるなど、高融点金属の酸化やシリサイ
ド化といった問題が生じる。また、タングステンの温度
が２０００℃以上の場合、タングステンが蒸発し、ポリ
シリコン層中に取り込まれたりするなど、高融点金属の
蒸発による重金属の多孔質ポリシリコン層への混入とい
った問題が生じる。従って、高融点金属の温度は、１６
００℃〜２０００℃とした。

【００６２】なお、本実施の形態では、高融点金属とし
てタングステンを用いているが、タンタルあるいはモリ
ブデンであってもよく、多孔質ポリシリコン層への重金
属の混入をラザフォード後方散乱分光法(ＲＢＳ)の検出
限界である１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下にすることが
可能となる。

【００６３】次に、図１（ｃ）に示すように、酸化ある
いは窒化された多孔質ポリシリコン層４上に金属薄膜５
を蒸着法やスパッタリング法などにより形成され、電界
放射型電子源６が得られる。なお、電界放射型電子源６
は金属薄膜５を電極の正極とし、オーミック電極２を負
極とするダイオードが構成される。

【００６４】また、導電性基板としてｎ型シリコン基板
１を用いているが、導電性基板は、電界放射型電子源６
の負極を構成するとともに真空中において上述の酸化さ
れた多孔質ポリシリコン層４を支持するとともに、多孔
質ポリシリコン層４に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６の負極を構
成し酸化された多孔質ポリシリコン層４を支持すること
ができればよいので、ｎ型シリコン基板に限定されるも
のではなく、クロムなどの金属であってもよいし、ガラ
スなどの絶縁性基板の一表面に導電性膜を形成したもの
であってもよい。ガラス基板の一表面に導電性膜を形成
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、電界放射型電子源の大面積化および低コスト化
が可能になる。

【００６５】また、金属薄膜５は、電界放射型電子源６
の正極を構成するものであり、酸化あるいは窒化された
多孔質ポリシリコン層４に電界を印加するものである。
この電界の印加により酸化あるいは窒化された多孔質ポ
リシリコン４の表面に達した電子はトンネル効果によっ
て金属薄膜５の表面から放出される。したがって、導電
性基板と金属薄膜５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ーから金属薄膜５の仕事関数を
差し引いたエネルギーが放出される電子の理想的なエネ
ルギーとなるので、金属薄膜５の仕事関数は小さいほど
望ましい。例えば、金、アルミニウム、クロム、タング
ステン、ニッケル、白金などを用いる。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。

【００６６】以下に、本発明の電界放射型電子源６の特
性について説明する。電界放射型電子源を図６に示すよ
うに、金属薄膜５と対向する位置に対向電極７を配置
し、金属薄膜５と対向電極７との間に直流電圧Vpsを印
加すると、電界放射型電子源６から金属薄膜５を通して
電子ｅ^-が放射され、放射された電子ｅ^-を金属薄膜５と
対向電極７との間に印加するアノード電圧Vaにより引き
出し、金属薄膜５と対向電極７との間に流れる放出電流
Icを測定した結果を図５に示す。ここで、金属薄膜５は
オーミック電極２に対して正極として直流電圧Vpsを印
加し、対向電極７は金属薄膜５に対して正極としてアノ
ード電圧Vaを印加している。

【００６７】図５は電界放射型電子源の電子放出特性を
示す図であり、縦軸は放出電流密度を示し、横軸は直流
電圧Vpsの値を示し、○は従来の陽極酸化法を用いて形
成した多孔質ポリシリコン層を有する電界放射型電子源
における電子放出特性、△は化学気相成長法により形成
した結晶化率８０％以上の多孔質ポリシリコン層を有す
る電界放射型電子源における電子放出特性、▲はプラズ
マ化学気相成長法により形成した結晶化率８０％以上の
多孔質ポリシリコン層を有する電界放射型電子源におけ
る電子放出特性である。

【００６８】図５に示すように、従来の電界放射型電子
源より、本発明の電界放射型電子源６の方が５Ｖより電
子放出が始まり、電流密度が約１桁程度高いことがわか
る。このように、多孔質ポリシリコン層の結晶化率が８
０％以上の場合、放出電子量を増大させ、低電圧駆動
で、効率の良い電界放射型電子源を形成することが可能
となる。

【００６９】このような実施の形態１に係る電界放射型
電子源では、高融点金属に材料ガスを吹き付けることを
利用した化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層
３を形成し、化学気相成長法あるいは自然酸化を用いて
酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４を形成
したので、従来のように緻密なポリシリコン層を形成し
てから陽極酸化法を用いて多孔質化するという２段階の
工程を踏まずに、導電性基板１上に直接多孔質ポリシリ
コン層３を形成することができ、かつ、６００℃以下の
低温で多孔質ポリシリコン層３を形成することができ、
さらには、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン
層４を低温で形成することができ、その結果、導電性基
板１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を形成した基板や金属基板な
どを使用することが可能となり、低コストで大面積基板
上に、安定して高効率で電子を放出することができる電
界放射型電子源を製造できる。

【００７０】（実施の形態２）以下に、実施の形態２に
ついて図面を参照しながら説明する。本実施の形態２
は、請求項２、請求項５、請求項６、請求項７、請求項
８、請求項９、請求項１３、請求項１４、請求項１５、
請求項３１、及び請求項３２に対応するものである。

【００７１】本実施の形態２に係る電界放射型電子源の
製造工程について図１を用いて説明する。なお、導電性
基板としてｎ型シリコン基板を用いる。まず、図１
（ａ）に示すように、ｎ型シリコン基板１の裏面に蒸着
法やスパッタリング法などにより金などのオーミック電
極２を形成した後、ｎ型シリコン基板１の表面にプラズ
マ化学気相成長法を用いて直接多孔質ポリシリコン層３
ａを約１．５μｍ程度形成する。なお、多孔質ポリシリ
コン層３ａの膜厚を約１．５μｍ程度としたが、この膜
厚は特に限定されるものではない。

【００７２】多孔質ポリシリコン層３ａの成膜は、材料
ガスに少なくとも珪素を含むガス、例えば、シランガス
を用いてプラズマ化学気相成長法を用いて行う。プラズ
マ化学気相成長法を用いる場合、図示していないが、基
板温度が３００℃〜５５０℃の温度範囲で多孔質ポリシ
リコン層を形成し、成膜圧力は２００ｍTｏｒｒ以上の
場合に酸素含有量０．５％以上の高多孔度の多孔質ポリ
シリコン層を形成する。従って、成膜条件は、基板温度
３００℃〜５５０℃、成膜圧力２００ｍTｏｒｒ以上と
した。

【００７３】次に、図１（ｂ）に示すように、１６００
〜１８００℃の高温に加熱した高融点金属タングステン
に水素ガスと酸素ガスの混合ガスを吹き付けることを利
用した化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層３
ａを直接酸化し、酸化された多孔質ポリシリコン４を形
成する。

【００７４】なお、多孔質ポリシリコン層３ａの酸化
は、化学気相成長法を用いて該多孔質ポリシリコン層３
ａの直接酸化により行っているが、自然酸化や他の化学
的方法により行ってもよいし、急速熱酸化により行って
もよい。また、酸化のかわりに窒化するようにしてもよ
く、窒化の場合には、高温に加熱した高融点金属に少な
くともアンモニアあるいは窒素を含んだガスを吹き付け
ることを利用した化学気相成長法を用いる直接窒化や熱
的な窒化などの方法を用いればよい。

【００７５】ここで、化学気相成長法を利用して多孔質
ポリシリコン層３ａを酸化あるいは窒化する際に用いた
高融点金属について説明する。高融点金属のタングステ
ンの温度が１６００℃以下の場合、シランがタングステ
ン上に堆積したり、材料ガスであるシランガスとタング
ステンとの反応が生じて得られるポリシリコン層の特性
が低下したり、再現性に乏しくなるなど、高融点金属の
酸化やシリサイド化といった問題が生じる。また、タン
グステンの温度が２０００℃以上の場合、タングステン
が蒸発し、ポリシリコン層中に取り込まれたりするな
ど、高融点金属の蒸発による重金属の多孔質ポリシリコ
ン層への混入といった問題が生じる。従って、高融点金
属の温度は、１６００℃〜２０００℃とした。

【００７６】なお、本実施の形態では、高融点金属とし
てタングステンを用いているが、タンタルあるいはモリ
ブデンであってもよく、多孔質ポリシリコン層への重金
属の混入をラザフォード後方散乱分光法(ＲＢＳ)の検出
限界である１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下にすることが
可能となる。

【００７７】次に、図１（ｃ）に示すように、酸化ある
いは窒化された多孔質ポリシリコン層４上に金属薄膜５
を蒸着法やスパッタリング法などにより形成され、電界
放射型電子源６が得られる。なお、電界放射型電子源６
は金属薄膜５を電極の正極とし、オーミック電極２を負
極とするダイオードが構成される。

【００７８】また、導電性基板としてｎ型シリコン基板
１を用いているが、導電性基板は、電界放射型電子源６
の負極を構成するとともに真空中において上述の酸化さ
れた多孔質ポリシリコン層４ａを支持するとともに、多
孔質ポリシリコン層４ａに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６の負極
を構成し酸化された多孔質ポリシリコン層４ａを支持す
ることができればよいので、ｎ型シリコン基板に限定さ
れるものではなく、クロムなどの金属であってもよい
し、ガラスなどの絶縁性基板の一表面に導電性膜を形成
したものであってもよい。ガラス基板の一表面に導電性
膜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。

【００７９】また、金属薄膜５は、電界放射型電子源６
の正極を構成するものであり、酸化あるいは窒化された
多孔質ポリシリコン層４ａに電界を印加するものであ
る。この電界の印加により酸化あるいは窒化された多孔
質ポリシリコン層４ａの表面に達した電子はトンネル効
果によって金属薄膜５の表面から放出される。したがっ
て、導電性基板と金属薄膜５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ーから金属薄膜５の仕
事関数を差し引いたエネルギーが放出される電子の理想
的なエネルギーとなるので、金属薄膜５の仕事関数は小
さいほど望ましい。例えば、金、アルミニウム、クロ
ム、タングステン、ニッケル、白金などを用いる。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４．５０ｅ
Ｖ、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５．６５
ｅＶである。

【００８０】このような実施の形態２に係る電界放射型
電子源では、プラズマ化学気相成長法を用いて多孔質ポ
リシリコン層３ａを形成し、化学気相成長法あるいは自
然酸化を用いて酸化あるいは窒化されたポリシリコン層
４ａを形成したので、従来のように緻密なポリシリコン
層を形成してから陽極酸化法を用いて多孔質化するとい
う２段階の工程を踏まずに、導電性基板１上に直接多孔
質ポリシリコン層３ａを形成することができ、かつ、６
００℃以下の低温で多孔質ポリシリコン層３ａを形成す
ることができ、さらには、酸化あるいは窒化された多孔
質ポリシリコン層４ａを低温で形成することができ、そ
の結果、導電性基板１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を形成した
基板や金属基板などを使用することが可能となり、低コ
ストで大面積基板上に、安定して高効率で電子を放出す
ることができる電界放射型電子源を製造できる。

【００８１】（実施の形態３）以下に、実施の形態３に
ついて図面を参照しながら説明する。本実施の形態３
は、請求項１６から請求項３０、請求項３３、及び請求
項３４に対応するものである。

【００８２】図８は、本発明の実施の形態３に係る電界
放射型電子源の製造方法の工程断面図である。まず、図
８（ａ）に示すように、導電性基板８上に、実施の形態
１あるいは実施の形態２に記載の条件により酸化あるい
は窒化された多孔質ポリシリコン層４あるいは４ａを形
成する。

【００８３】次に、酸化あるいは窒化された多孔質ポリ
シリコン層４あるいは４ａ上に、図８（ｂ）に示すよう
に、ＰＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法等によりＳｉＯ２
などの絶縁層を、たとえば２００ｎｍ程度堆積し、フォ
トリソ工程により絶縁層９を直径１μｍ程度の円状ある
いは多角形状のドットパターン状に形成する。

【００８４】円状あるいは多角形状のドットパターン状
に絶縁層９を形成した後、図８（ｃ）に示すように、反
応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を施すことにより、多
孔質ポリシリコン層４あるいは４ａをエミッタ１０に加
工する。エッチングガスとしては、例えばＳＦ６などの
ハロゲンガスが用いられる。

【００８５】次に、図８（ｄ）に示すように、蒸着法等
によりＳｉＯ２などのゲート絶縁層１１とＮｂ等のゲー
ト電極１２を形成する。ゲート絶縁層１１の膜厚を制御
することにより、エミッタ１０の先端部と引出しゲート
電極１２の間の距離を容易に変化させ、エミッタ１０の
先端部に効率よく電界を集中させることができ、電子放
出効率の良好な電界放射型電子源が得られる。

【００８６】最後に、図８（ｅ）に示すように、リフト
オフ法により上記円状あるいは多角形状のドットパター
ン状の絶縁層９より上部を除去し、開口部を形成する。
なお、リフトオフ法によりゲート絶縁層１１とゲート電
極１２を除去して開口部を形成しているが、エッチバッ
ク法により形成することも可能である。

【００８７】このような実施の形態３に係る電界放射型
電子源では、実施の形態１に記載の条件で、化学気相成
長法を利用して多孔質ポリシリコン層３の形成と酸化あ
るいは窒化された多孔質ポリシリコン層４の形成を行
い、該多孔質ポリシリコン層４を用いて電界の集中しや
すいエミッタを形成し、あるいは、実施の形態２に記載
の条件で、プラズマ化学気相を利用して多孔質ポリシリ
コン層３aの形成と、化学気相成長法を利用して酸化あ
るいは窒化された多孔質ポリシリコン層４aの形成を行
い、該多孔質ポリシリコン層４aを用いて電界の集中し
やすいエミッタを形成するようにしたので、従来の金属
エミッタや単結晶のシリコンエミッタに比べてエミッタ
先端に電界が集中しやすく、低電圧でエミッタ先端部分
より電子を放出させることができる。

【００８８】（実施の形態４）以下に、実施の形態４に
係る平面発光装置について図面を参照しながら説明す
る。本実施の形態４は、請求項３５に対応するものであ
る。図９は、実施の形態１または実施の形態２の電界放
射型電子源６を利用した平面発光装置の概略構成図であ
る。なお、図９において、図１と同一または相当する構
成要素については同じ符号を用い、その説明を省略す
る。

【００８９】本実施の形態の平面発光装置は、電界放射
型電子源６と、電界放射型電子源６の金属薄膜５に対向
配置される透明電極１３を備え、透明電極１３には電界
放射型電子源６から放射される電子線により可視光を発
光する蛍光体１４が塗布してある。また、透明電極１３
はガラス基板などの透明板１５に塗布形成され、透明電
極１３および蛍光体１４が形成された透明板１５はスペ
ーサー１６を介して電界放射型電子源６と一体化してお
り、透明板１３とスペーサー１６と電界放射型電子源６
とで囲まれる内部空間を所定の真空度にしてある。

【００９０】上記構成の平面発光装置は、電界放射型電
子源６に直流電圧Ｖｐｓを印加することにより電界放射
型電子源６から電子ｅ^-が放射され、放射された電子ｅ^-
を透明電極１３と金属薄膜５との間に印加するアノード
電圧Ｖａにより加速して、蛍光体１４に衝突させること
により発光させ、蛍光体１４の発光を透明電極１３およ
び透明板１５を通して外部に表示する。

【００９１】このような実施の形態４に係る平面発光装
置では、実施の形態１または実施の形態２に記載の電界
放射型電子源６と、電界放射型電子源６の金属薄膜５に
対向配置される透明電極１３とを備え、電界放射型電子
源６より放出される電子線により可視光を発光する蛍光
体１４が透明電極１３に設けられてなるものとしたの
で、電子ｅ^-が金属薄膜５の面内の垂直方向へほぼ均一
に放射され、これにより従来の平面発光装置に用いられ
ている収束電極を設ける必要がなく、従って、構造が簡
単になるとともに低コスト化が可能であるとともに、さ
らには、電界放射型電子源６から電子ｅ^- が放出すると
きにポッピング現象が発生せず、表示むらを生ずること
がない。

【００９２】（実施の形態５）以下に、実施の形態５に
係るディスプレイ装置について図面を参照しながら説明
する。本実施の形態５は、請求項３６に対応するもので
ある。図１０は、実施の形態１または実施の形態２に記
載の電界放射型電子源６をディスプレイ装置に利用する
場合の電子源部の概略構成図である。

【００９３】本実施の形態のディスプレイ装置は、図１
０に示すように、電界放射型電子源６をマトリクス状
（アレイ状）に構成し、各電界放射型電子源６を各ピク
セルに対応させてあり、Ｘマトリクスコントロール回路
１７とＹマトリクスコントロール回路１８とで各電界放
射型電子源６に印加する直流電圧をそれぞれオンまたは
オフする。なお、本実施の形態のディスプレイ装置で
は、図示はしないが、実施形態４と同様に、電子源部に
対向配置される透明電極を備え、透明電極には電界放射
型電子源６から放射される電子線により可視光を発光す
る蛍光体が塗布してある。また、透明電極はガラス基板
などの透明板に塗布してある。

【００９４】上記構成のディスプレイ装置は、Ｘマトリ
クスコントロール回路１７とＹマトリクスコントロール
回路１８とによって直流電圧を印加する電界放射型電子
源６を選択し、選択された電界放射型電子源６からのみ
電子ｅ‐ が放射される。

【００９５】電界放射型電子源６から放射された電子ｅ
^-は、金属薄膜５面内でほぼ均一に金属薄膜５から垂直
方向に放射され、ディスプレイ装置は、電界放射型電子
源６に対向する蛍光体部分のみを発光させる。

【００９６】このような実施の形態５に係るディスプレ
イ装置では、実施の形態１または実施の形態２に記載の
電界放射型電子源６をマトリクス状に構成し、各電界放
射型電子源６に印加する電圧をそれぞれ制御する手段
と、電界放射型電子源６の金属薄膜に対向配置される透
明電極とを備え、電界放射型電子源６より放出される電
子線により可視光を発光する蛍光体が前記透明電極に設
けられてなるものとしたので、電界放射型電子源６から
放射される電子の放出角度が金属薄膜の表面に対してほ
ぼ垂直方向となり、複雑なシャドウマスクや電子収束レ
ンズを設ける必要がなく、低コストで高精細なディスプ
レイ装置を実現することができる。

【００９７】（実施の形態６）以下に、実施の形態６に
係る固体真空デバイスについて図面を参照しながら説明
する。本実施の形態６は、請求項３７に対応するもので
ある。図１１は、実施の形態１ないし実施の形態３のい
ずれかに記載の電界放射型電子源を利用した固体真空デ
バイスの概略構成図である。なお、実施の形態１あるい
は実施の形態２と同様の構成要素については同一の符号
を付け説明を省略する。

【００９８】本実施形態の固体真空デバイスは、三極管
タイプのものであって、電界放射型電子源６をカソード
とし、電界放射型電子源６の金属薄膜５に対向してアノ
ード電極１９を配置し、アノード電極１９とカソードと
の間にメッシュ状のグリッド２０を設けてある。また、
アノード電極１９、グリッド２０、カソードは封止材１
５、１６によって真空封止されており、封止材２１、２
２とｎ型シリコン基板１よりなる導電性基板とで真空容
器を構成している。なお、実施の形態３の電界放射型電
子源を用いる場合は、ゲート電極１２が金属薄膜５に対
応し、導電性基板８がｎ型シリコン基板１に対応する。

【００９９】上記構成の固体真空デバイスは、電界放射
型電子源６に直流電圧Ｖｐｓを印加することにより電界
放射型電子源６、つまりカソードから電子ｅ^- が放射さ
れ、アノード電極１９と金属薄膜５との間に印加される
アノード電圧Ｖａにより加速されるので、アノード電極
１９とカソードとの間にアノード電流Ｉａが流れる。ア
ノード電流Ｉａの大きさは、グリッド２０を負極として
グリッド２０とオーミック電極２との間に印加する直流
電圧Ｖｇの値を変化させて制御する。なお、三極管タイ
プの固体真空デバイスについて説明したが、多極管タイ
プであってもよい。

【０１００】このような実施の形態６に係る固体真空デ
バイスでは、実施の形態１ないし実施の形態３のいずれ
かに記載の電界放射型電子源６と陽極１９とが真空容器
中に配設されてなるものとしたので、電界放射型電子源
６が冷陰極を構成し、従来の熱電子を利用した熱陰極を
有する固体真空デバイスのように加熱手段を設ける必要
がなく、小型化が可能であり、また、陰極物質の蒸発や
劣化を抑制することができ、長寿命の固体真空デバイス
を実現することができる。

【０１０１】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、高温に加熱した高融点金属に
材料ガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法を
用いて直接多孔質ポリシリコン層を導電性基板上に形成
する工程と、前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは
窒化する工程と、前記酸化あるいは窒化された多孔質ポ
リシリコン層上に金属薄膜よりなる電極を形成する工程
と、を有するようにしたので、従来のようにポリシリコ
ン層を形成してから陽極酸化法を用いて多孔質化すると
いう２段階の工程をふまずに、導電性基板上に低温で直
接多孔質ポリシリコン層を形成することができ、かつ、
低温で多孔質ポリシリコン層を形成でき、さらに、低温
で酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を形成
でき、導電性基板として単結晶シリコン板等の半導体基
板のほかにガラス基板などに導電性膜を形成した基板等
を使用することができ、大面積化基板上に、低コストで
電界放射型電子源を製造できる。

【０１０２】本発明の請求項２に記載の電界放射型電子
源の製造方法によれば、プラズマ化学気相成長法を用い
て直接多孔質ポリシリコン層を導電性基板上に形成する
工程と、前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化
する工程と、前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシ
リコン層上に金属薄膜よりなる電極を形成する工程と、
を有するようにしたので、従来のようにポリシリコン層
を形成してから陽極酸化法を用いて多孔質化するという
２段階の工程をふまずに、導電性基板上に低温で直接多
孔質ポリシリコン層を形成することができ、かつ、低温
で多孔質ポリシリコン層を形成でき、さらに、低温で酸
化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を形成で
き、導電性基板として単結晶シリコン板等の半導体基板
のほかにガラス基板などに導電性膜を形成した基板等を
使用することができ、大面積化基板上に、低コストで電
界放射型電子源を製造できる。

【０１０３】本発明の請求項３に記載の電界放射型電子
源の製造方法によれば、請求項１または請求項２に記載
の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポ
リシリコン層は、アモルファスシリコン成分と結晶シリ
コン成分とが混在した層であるようにしたので、アモル
ファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩
和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン
層を酸化あるいは窒化することができる。

【０１０４】本発明の請求項４に記載の電界放射型電子
源の製造方法によれば、請求項３に記載の電界放射型電
子源の製造方法において、前記結晶シリコン成分の割合
は８０％以上であるようにしたので、アモルファスシリ
コン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層として
の役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あ
るいは窒化することができ、より安定して高効率で電子
を放出する電界放射型電子源を製造できる。

【０１０５】本発明の請求項５に記載の電界放射型電子
源の製造方法によれば、請求項１または請求項２に記載
の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポ
リシリコン層を酸化する工程は、高温に加熱した高融点
金属に少なくとも水素と酸素を含んだガスを吹き付ける
ことを利用した化学気相成長法を用いて行われるように
したので、容易に６００℃以下の低温で多孔質ポリシリ
コン層を酸化することが可能となり、導電性基板として
ガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板を
用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射
型電子源を製造できる。

【０１０６】本発明の請求項６に記載の電界放射型電子
源の製造方法によれば、請求項１または請求項２に記載
の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポ
リシリコン層を酸化する工程は、自然酸化を用いて行わ
れるようにしたので、高価な装置を用いることなく、室
温で容易に多孔質ポリシリコン層を均一に酸化すること
が可能であり、導電性基板としてガラス基板などに導電
性膜を形成した基板や金属基板を用いることができ、低
コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造でき
る。

【０１０７】本発明の請求項７に記載の電界放射型電子
源の製造方法によれば、請求項１または請求項２に記載
の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポ
リシリコン層を窒化する工程は、高温に加熱した高融点
金属に少なくともアンモニアあるいは窒素を含んだガス
を吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いて行
われるようにしたので、容易に６００℃以下の低温で多
孔質ポリシリコン層を窒化することが可能となり、導電
性基板としてガラス基板などに導電性膜を形成した基板
や金属基板を用いることができ、低コストで大面積基板
上に電界放射型電子源を製造できる。

【０１０８】本発明の請求項８に記載の電界放射型電子
源の製造方法によれば、請求項１、請求項５または請求
項７に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前
記高融点金属はタングステンまたはタンタル、モリブデ
ンであるようにしたので、多孔質ポリシリコン層への重
金属の混入をラザフォード後方散乱分光法(ＲＢＳ)の検
出限界である１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下にすること
が可能となる。

【０１０９】本発明の請求項９に記載の電界放射型電子
源の製造方法によれば、請求項１、請求項５または請求
項７に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前
記高融点金属の温度は１６００〜２０００℃の温度範囲
であるようにしたので、多孔質ポリシリコン層を形成す
る際の高融点金属のシリサイド化、また、多孔質ポリシ
リコン層を酸化する際の高融点金属の酸化や高融点金属
の蒸発による重金属の混入を防止することができる。

【０１１０】本発明の請求項１０に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項１に記載の電界放射型
電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層
の酸素含有量は０．５％以上であるようにしたので、絶
縁性が高くなり、多孔質ポリシリコン層上に形成された
金属薄膜電極に電圧を印加した際に、多孔質ポリシリコ
ン層に電界が集中し、低電圧で電子を放出する電界放射
型電子源を製造できる。

【０１１１】本発明の請求項１１に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項１０に記載の電界放射
型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン
層は、材料ガスに少なくとも珪素を含むガスを用いて成
膜圧力８ｍＴｏｒｒ以上で形成されるようにしたので、
６００℃以下の低温で容易に多孔度の高いポリシリコン
層を形成することが可能となり、導電性基板としてガラ
ス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板を用い
ることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電
子源を製造できる。

【０１１２】本発明の請求項１２に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項１１に記載の電界放射
型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン
層の形成は、基板温度２００℃〜５５０℃の範囲で行わ
れるようにしたので、導電性基板としてガラス基板やプ
ラスチック基板に導電性膜を形成した基板や金属基板な
どを用いることができ、低コストで大面積基板上に電界
放射型電子源を製造できる。

【０１１３】本発明の請求項１３に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項２に記載の電界放射型
電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層
の酸素含有量は０．５％以上であるようにしたので、絶
縁性が高くなり、多孔質ポリシリコン層上に形成された
金属薄膜電極に電圧を印加した際に、多孔質ポリシリコ
ン層に電界が集中し、低電圧で電子を放出する電界放射
型電子源を製造できる。

【０１１４】本発明の請求項１４に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項１３に記載の電界放射
型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン
層は、材料ガスに少なくとも珪素を含むガスを用いて成
膜圧力２００ｍＴｏｒｒ以上で形成されるようにしたの
で、６００℃以下の低温で容易に多孔度の高いポリシリ
コン層を形成することが可能となり、導電性基板として
ガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板を
用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射
型電子源を製造できる。

【０１１５】本発明の請求項１５に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項１４に記載の電界放射
型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン
層の形成は、基板温度３００℃〜５５０℃の範囲で行わ
れるようにしたので、導電性基板としてガラス基板など
に導電性膜を形成した基板や金属基板を用いることがで
き、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造
できる。

【０１１６】本発明の請求項１６に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、高温に加熱した高融点金属に
材料ガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法を
用いて直接多孔質ポリシリコン層を形成する工程と、前
記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化し、導電性
基板上に形成する工程と、前記酸化あるいは窒化された
多孔質ポリシリコン層上にドットパターン状の絶縁層を
形成する工程と、前記ドットパターン状の絶縁層を用い
て前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層に
エッチングを施すことによりエミッタを形成する工程
と、前記エミッタ上にゲート電極とゲート絶縁層とを形
成する工程と、前記ドットパターン状の絶縁層より上部
を除去して開口部を形成する工程と、を有するようにし
たので、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層
を用いてエミッタを形成でき、従来の金属エミッタや単
結晶のシリコンエミッタに比べてエミッタ先端に電界が
集中しやすく、低電圧でエミッタ先端部分より電子を放
射させる電界放射型電子源を製造できるとともに、か
つ、低温で多孔質ポリシリコン層を形成でき、さらに、
低温で酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を
形成でき、導電性基板として単結晶シリコン板等の半導
体基板のほかにガラス基板などに導電性膜を形成した基
板等を使用することができ、大面積化基板上に低コスト
で電界放射型電子源を製造できる。

【０１１７】本発明の請求項１７に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、プラズマ化学気相成長法を用
いて直接多孔質ポリシリコン層を形成する工程と、前記
多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化し、導電性基
板上に形成する工程と、前記酸化あるいは窒化された多
孔質ポリシリコン層上にドットパターン状の絶縁層を形
成する工程と、前記ドットパターン状の絶縁層を用いて
前記多孔質ポリシリコン層にエッチングを施すことによ
りエミッタを形成する工程と、前記エミッタ上にゲート
電極とゲート絶縁層とを形成する工程と、前記ドットパ
ターン状の絶縁層より上部を除去して開口部を形成する
工程と、を有するようにしたので、酸化あるいは窒化さ
れた多孔質ポリシリコン層を用いてエミッタを形成で
き、従来の金属エミッタや単結晶のシリコンエミッタに
比べてエミッタ先端に電界が集中しやすく、低電圧でエ
ミッタ先端部分より電子を放射させる電界放射型電子源
を製造できるとともに、かつ、低温で多孔質ポリシリコ
ン層を形成でき、さらに、低温で酸化あるいは窒化され
た多孔質ポリシリコン層を形成でき、導電性基板として
単結晶シリコン板等の半導体基板のほかにガラス基板な
どに導電性膜を形成した基板等を使用することができ、
大面積化基板上に低コストで電界放射型電子源を製造で
きる。

【０１１８】本発明の請求項１８に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項１６または請求項１７
に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多
孔質ポリシリコン層は、アモルファスシリコン成分と結
晶シリコン成分とが混在した層であるようにしたので、
アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の
構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシ
リコン層を酸化あるいは窒化することができる。

【０１１９】本発明の請求項１９に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項１８に記載の電界放射
型電子源の製造方法において、前記結晶シリコン成分の
割合は８０％以上であるようにしたので、アモルファス
シリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層と
しての役割を果たすので、容易に多孔質ポリシリコン層
を酸化あるいは窒化することができ、より安定して高効
率で電子を放出する電界放射型電子源を製造できる。

【０１２０】本発明の請求項２０に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項１６または請求項１７
に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多
孔質ポリシリコン層を酸化する工程は、高温に加熱した
高融点金属に少なくとも水素と酸素を含んだガスを吹き
付けることを利用した化学気相成長法を用いて行われる
ようにしたので、６００℃以下の低温で容易に多孔質ポ
リシリコン層を酸化することが可能となり、導電性基板
としてガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属
基板を用いることができ、低コストで大面積基板上に電
界放射型電子源を製造できる。

【０１２１】本発明の請求項２１に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項１６または請求項１７
に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多
孔質ポリシリコン層を酸化する工程は、自然酸化を用い
て行われるようにしたので、高価な装置を用いることな
く室温で容易に多孔質ポリシリコン層を均一に酸化する
ことが可能となり、導電性基板としてガラス基板などに
導電性膜を形成した基板や金属基板を用いることがで
き、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造
できる。

【０１２２】本発明の請求項２２に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項１６または請求項１７
に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多
孔質ポリシリコン層を窒化する工程は、高温に加熱した
高融点金属に少なくともアンモニアあるいは窒素を含ん
だガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法を用
いて行われるようにしたので、６００℃以下の低温で容
易に多孔質ポリシリコン層を窒化することが可能とな
り、導電性基板としてガラス基板などに導電性膜を形成
した基板や金属基板を用いることができ、低コストで大
面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。

【０１２３】本発明の請求項２３に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項１６、請求項２０また
は請求項２２に記載の電界放射型電子源の製造方法にお
いて、前記高融点金属はタングステンまたはタンタル、
モリブデンであるようにしたので、多孔質ポリシリコン
層への重金属の混入をラザフォード後方散乱分光法(Ｒ
ＢＳ)の検出限界である１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下に
することが可能となる。

【０１２４】本発明の請求項２４に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項１６、請求項２０また
は請求項２２に記載の電界放射型電子源の製造方法にお
いて、前記高融点金属は１６００〜２０００℃の温度範
囲で加熱されるようにしたので、多孔質ポリシリコン層
を形成する際の高融点金属のシリサイド化、多孔質ポリ
シリコン層を酸化する際の高融点金属の酸化や高融点金
属の蒸発による重金属の混入を防止することができる。

【０１２５】本発明の請求項２５に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項１６に記載の電界放射
型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン
層の酸素含有量は０．５％以上であるようにしたので、
絶縁性が高くなり、多孔質ポリシリコン層上に形成され
た金属薄膜電極に電圧を印加した際に、多孔質ポリシリ
コン層に電界が集中し、低電圧で電子を放出することが
可能となる。

【０１２６】本発明の請求項２６に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項２５に記載の電界放射
型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン
層は、材料ガスに少なくとも珪素を含むガスを用いて成
膜圧力８ｍＴｏｒｒ以上で形成されるようにしたので、
６００℃以下の低温で容易に多孔度の高いポリシリコン
層を形成することが可能となり、導電性基板としてガラ
ス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板を用い
ることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電
子源を製造できる。

【０１２７】本発明の請求項２７に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項２６に記載の電界放射
型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン
層の形成は、基板温度２００℃〜５５０℃の範囲で行わ
れるようにしたので、導電性基板としてガラス基板やプ
ラスチック基板に導電性膜を形成した基板や金属基板な
どを用いることができ、低コストで大面積基板上に電界
放射型電子源を製造できる。

【０１２８】本発明の請求項２８に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項１７に記載の電界放射
型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン
層の酸素含有量は０．５％以上であるようにしたので、
絶縁性が高くなり、多孔質ポリシリコン層上に形成され
た金属薄膜電極に電圧を印加した際に、多孔質ポリシリ
コン層に電界が集中し、低電圧で電子を放出することが
可能となる。

【０１２９】本発明の請求項２９に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項２８に記載の電界放射
型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン
層は、材料ガスに少なくとも珪素を含むガスを用いて成
膜圧力２００ｍＴｏｒｒ以上で形成されるようにしたの
で、６００℃以下の低温で容易に多孔度の高いポリシリ
コン層を形成することが可能になり、導電性基板として
ガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板を
用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射
型電子源を製造できる。

【０１３０】本発明の請求項３０に記載の電界放射型電
子源の製造方法によれば、請求項２９に記載の電界放射
型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン
層の形成は、基板温度３００℃〜５５０℃の範囲で行わ
れるようにしたので、導電性基板としてガラス基板やプ
ラスチック基板に導電性膜を形成した基板や金属基板な
どを用いることができ、低コストで大面積基板上に電界
放射型電子源を製造できる。

【０１３１】本発明の請求項３１に記載の電界放射型電
子源によれば、請求項１ないし請求項１５のいずれかに
記載の電界放射型電子源の製造方法で製造されたことよ
り、低コストで大面積基板上に安定して高効率で電子を
放出する電界放射型電子源を実現できる。

【０１３２】本発明の請求項３２に記載の電界放射型電
子源によれば、請求項３１に記載の電界放射型電子源に
おいて、前記導電性基板は、絶縁基板の一表面に導電性
薄膜が形成された基板あるいは金属基板からなることよ
り、低コストで大面積基板上に安定して高効率で電子を
放出することができる電界放射型電子源を実現できる。

【０１３３】本発明の請求項３３に記載の電界放射型電
子源によれば、請求項１６ないし請求項３０のいずれか
に記載の電界放射型電子源の製造方法で製造されたこと
より、従来の金属エミッタや単結晶のシリコンエミッタ
に比べてエミッタ先端に電界が集中しやすく、低電圧で
エミッタ先端部分より電子を放出させることができる。

【０１３４】本発明の請求項３４に記載の電界放射型電
子源によれば、請求項３３に記載の電界放射型電子源に
おいて、前記導電性基板は、絶縁基板の一表面に導電性
薄膜が形成された基板あるいは金属基板からなることよ
り、低コストで大面積基板上に安定して高効率で電子を
放出することができる電界放射型電子源を実現できる。

【０１３５】本発明の請求項３５に記載の平面発光装置
によれば、請求項３１または請求項３２に記載の電界放
射型電子源と、該電界放射型電子源の金属薄膜に対向配
置される透明電極とを備え、前記電界放射型電子源より
放出される電子線により可視光を発光する蛍光体が前記
透明電極に設けられてなることより、電界放射型電子源
から放射される電子の放出角度が金属薄膜の表面に対し
てほぼ垂直方向となり、従来のように収束電極を設ける
必要がなく、低コストで、簡単な構造の薄型の平面発光
装置を実現することができる。

【０１３６】本発明の請求項３６に記載のディスプレイ
装置によれば、請求項３１または３２に記載の電界放射
型電子源をマトリクス状に構成し、前記各電界放射型電
子源に印加する電圧をそれぞれ制御する手段と、前記電
界放射型電子源の金属薄膜に対向配置される透明電極と
を備え、前記電界放射型電子源より放出される電子線に
より可視光を発光する蛍光体が前記透明電極に設けられ
てなることより、電界放射型電子源から放射される電子
の放出角度が金属薄膜の表面に対してほぼ垂直方向とな
り、複雑なシャドウマスクや電子収束レンズを設ける必
要がなく、低コストで高精細なディスプレイ装置を実現
することができる。

【０１３７】本発明の請求項３７に記載の固体真空デバ
イスによれば、請求項３１ないし請求項３４のいずれか
に記載の電界放射型電子源と陽極とが真空容器中に配設
されてなることより、電界放射型電子源が冷陰極を構成
し、従来の熱電子を利用した熱陰極を有する固体真空デ
バイスのように加熱手段を設ける必要がなく、小型化が
可能であるとともに、陰極物質の蒸発や劣化を抑制する
ことができ、長寿命の固体真空デバイスを実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１及び実施の形態２に係る電界放射
型電子源の製造工程を示す図である。

【図２】化学気相成長法を用いて形成されたポリシリコ
ン層の結晶化率の基板温度依存性を示した図である。

【図３】ポリシリコン層のラマンスペクトルである。

【図４】大気中に放置したポリシリコン層の赤外吸収ス
ペクトルである。

【図５】電界放射型電子源の電子放出特性を示す図であ
る。

【図６】電界放射型電子源の電子放出特性を測定するた
めの概略構成図である。

【図７】酸素含有量と成膜圧力との関係を示す図であ
る。

【図８】実施の形態３に係る電界放射型電子源の製造方
法を説明するための主要工程断面図である。

【図９】実施の形態４に係る平面発光装置を示す概略構
成図である。

【図１０】実施の形態５に係るディスプレイ装置を示す
概略構成図である。

【図１１】実施の形態６に係る固体真空デバイスを示す
概略構成図である。

【図１２】従来の電界放射型電子源の製造工程断面図で
ある。

【符号の説明】

１，２３．ｎ型シリコン基板 ２，２４．オーミック電極 ３，３ａ．多孔質ポリシリコン層 ４，４ａ．酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン
層 ５，２７．金属薄膜 ６．電界放射型電子源 ７．対向電極 ８．導電性基板 ９．絶縁層 １０．エミッタ １１．ゲート絶縁層 １２．ゲート電極 １３．透明電極 １４．蛍光体 １５．透明板 １６．スペーサー １７．Ｘマトリクスコントロール回路 １８．Ｙマトリクスコントロール回路 １９．アノード電極 ２０．グリッド ２１，２２．封止材 ２５．ノンドープポリシリコン層 ２６ａ．酸化されたノンドープポリシリコン層 ２６．酸化された多孔質ポリシリコン層 ２６ａ．酸化された多孔質ポリシリコン層 ２７．金属薄膜

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｊ 21/10 Ｈ０１Ｊ 31/12 Ｃ 29/04 63/06 31/12 1/30 Ｍ 63/06 Ｆ (72)発明者 和泉 亮 石川県能美郡辰口町旭台１−50 Ｆターム(参考） 5C031 DD17 5C036 EE14 EF01 EF06 EG12 EH11 5C039 MM03

Claims (37)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温に加熱した高融点金属に材料ガスを
   吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いて直接
   多孔質ポリシリコン層を導電性基板上に形成する工程
   と、 前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化する工程
   と、 前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層上に
   金属薄膜よりなる電極を形成する工程と、を有する、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
2. 【請求項２】 プラズマ化学気相成長法を用いて直接多
   孔質ポリシリコン層を導電性基板上に形成する工程と、 前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化する工程
   と、 前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層上に
   金属薄膜よりなる電極を形成する工程と、を有する、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の電界放
   射型電子源の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層は、アモルファスシリコン成
   分と結晶シリコン成分とが混在した層である、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の電界放射型電子源の製
   造方法において、 前記結晶シリコン成分の割合は８０％以上である、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項２に記載の電界放
   射型電子源の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層を酸化する工程は、高温に加
   熱した高融点金属に少なくとも水素と酸素を含んだガス
   を吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いて行
   われる、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１または請求項２に記載の電界放
   射型電子源の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層を酸化する工程は、自然酸化
   を用いて行われる、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項１または請求項２に記載の電界放
   射型電子源の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層を窒化する工程は、高温に加
   熱した高融点金属に少なくともアンモニアあるいは窒素
   を含んだガスを吹き付けることを利用した化学気相成長
   法を用いて行われる、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１、請求項５または請求項７に記
   載の電界放射型電子源の製造方法において、 前記高融点金属は、タングステンまたはタンタル、モリ
   ブデンである、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項１、請求項５または請求項７に記
   載の電界放射型電子源の製造方法において、 前記高融点金属の温度は、１６００〜２０００℃の温度
   範囲である、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項１に記載の電界放射型電子源の
    製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層の酸素含有量は０．５％以上
    である、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の電界放射型電子源
    の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層は、材料ガスに少なくとも珪
    素を含むガスを用いて成膜圧力８ｍＴｏｒｒ以上で形成
    される、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の電界放射型電子源
    の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層の形成は、基板温度２００℃
    〜５５０℃の範囲で行われる、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項２に記載の電界放射型電子源の
    製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層の酸素含有量は０．５％以上
    である、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の電界放射型電子源
    の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層は、材料ガスに少なくとも珪
    素を含むガスを用いて成膜圧力２００ｍＴｏｒｒ以上で
    形成される、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の電界放射型電子源
    の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層の形成は、基板温度３００℃
    〜５５０℃の範囲で行われる、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
16. 【請求項１６】 高温に加熱した高融点金属に材料ガス
    を吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いて直
    接多孔質ポリシリコン層を導電性基板上に形成する工程
    と、 前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化する工程
    と、 前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層上に
    ドットパターン状の絶縁層を形成する工程と、 前記ドットパターン状の絶縁層を用いて前記酸化あるい
    は窒化された多孔質ポリシリコン層にエッチングを施す
    ことによりエミッタを形成する工程と、 前記エミッタ上にゲート電極とゲート絶縁層とを形成す
    る工程と、 前記ドットパターン状の絶縁層より上部を除去して開口
    部を形成する工程と、を有する、 ことを特徴とする電界放射型電子源。
17. 【請求項１７】 プラズマ化学気相成長法を用いて直接
    多孔質ポリシリコン層を形成する工程と、 前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化し、導電
    性基板上に形成する工程と、 前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層上に
    ドットパターン状の絶縁層を形成する工程と、 前記ドットパターン状の絶縁層を用いて前記多孔質ポリ
    シリコン層にエッチングを施すことによりエミッタを形
    成する工程と、 前記エミッタ上にゲート電極とゲート絶縁層とを形成す
    る工程と、 前記ドットパターン状の絶縁層より上部を除去して開口
    部を形成する工程と、を有する、 ことを特徴とする電界放射型電子源。
18. 【請求項１８】 請求項１６または請求項１７に記載の
    電界放射型電子源の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層は、アモルファスシリコン成
    分と結晶シリコン成分とが混在した層である、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の電界放射型電子源
    の製造方法において、 前記結晶シリコン成分の割合は８０％以上である、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
20. 【請求項２０】 請求項１６または請求項１７に記載の
    電界放射型電子源の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層を酸化する工程は、高温に加
    熱した高融点金属に少なくとも水素と酸素を含んだガス
    を吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いて行
    われる、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
21. 【請求項２１】 請求項１６または請求項１７に記載の
    電界放射型電子源の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層を酸化する工程は、自然酸化
    を用いて行われる、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
22. 【請求項２２】 請求項１６または請求項１７に記載の
    電界放射型電子源の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層を窒化する工程は、高温に加
    熱した高融点金属に少なくともアンモニアあるいは窒素
    を含んだガスを吹き付けることを利用した化学気相成長
    法を用いて行われる、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
23. 【請求項２３】 請求項１６、請求項２０または請求項
    ２２に記載の電界放射型電子源の製造方法において、 前記高融点金属はタングステンまたはタンタル、モリブ
    デンである、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
24. 【請求項２４】 請求項１６、請求項２０または請求項
    ２２に記載の電界放射型電子源の製造方法において、 前記高融点金属は１６００〜２０００℃の温度範囲で加
    熱される、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
25. 【請求項２５】 請求項１６に記載の電界放射型電子源
    の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層の酸素含有量は０．５％以上
    である、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
26. 【請求項２６】 請求項２５に記載の電界放射型電子源
    の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層は、材料ガスに少なくとも珪
    素を含むガスを用いて成膜圧力８ｍＴｏｒｒ以上で形成
    される、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
27. 【請求項２７】 請求項２６に記載の電界放射型電子源
    の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層の形成は、基板温度２００℃
    〜５５０℃の範囲で行われる、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
28. 【請求項２８】 請求項１７に記載の電界放射型電子源
    の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層の酸素含有量は０．５％以上
    である、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
29. 【請求項２９】 請求項２８に記載の電界放射型電子源
    の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層は、材料ガスに少なくとも珪
    素を含むガスを用いて成膜圧力２００ｍＴｏｒｒ以上で
    形成される、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
30. 【請求項３０】 請求項２９に記載の電界放射型電子源
    の製造方法において、 前記多孔質ポリシリコン層の形成は、基板温度３００℃
    〜５５０℃の範囲で行われる、 ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
31. 【請求項３１】 請求項１ないし請求項１５のいずれか
    に記載の電界放射型電子源の製造方法で製造された、 ことを特徴とする電界放射型電子源。
32. 【請求項３２】 請求項３１に記載の電界放射型電子源
    において、 前記導電性基板は、絶縁基板の一表面に導電性薄膜が形
    成された基板あるいは金属基板からなる、 ことを特徴とする電界放射型電子源。
33. 【請求項３３】 請求項１６ないし請求項３０のいずれ
    かに記載の電界放射型電子源の製造方法で製造された、 ことを特徴とする電界放射型電子源。
34. 【請求項３４】 請求項３３に記載の電界放射型電子源
    において、 前記導電性基板は、絶縁基板の一表面に導電性薄膜が形
    成された基板あるいは金属基板からなる、 ことを特徴とする電界放射型電子源。
35. 【請求項３５】 請求項３１または請求項３２に記載の
    電界放射型電子源と、該電界放射型電子源の金属薄膜に
    対向配置される透明電極とを備え、前記電界放射型電子
    源より放出される電子線により可視光を発光する蛍光体
    が前記透明電極に設けられてなる、 ことを特徴とする平面発光装置。
36. 【請求項３６】 請求項３１または３２に記載の電界放
    射型電子源をマトリクス状に構成し、前記各電界放射型
    電子源に印加する電圧をそれぞれ制御する手段と、前記
    電界放射型電子源の金属薄膜に対向配置される透明電極
    とを備え、前記電界放射型電子源より放出される電子線
    により可視光を発光する蛍光体が前記透明電極に設けら
    れてなる、 ことを特徴とするディスプレイ装置。
37. 【請求項３７】 請求項３１ないし請求項３４のいずれ
    かに記載の電界放射型電子源と陽極とが真空容器中に配
    設されてなる、 ことを特徴とする固体真空デバイス。