JP2002279887A - Electron emission element and image-forming device using same - Google Patents

Electron emission element and image-forming device using same

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JP2002279887A
JP2002279887A JP2001075549A JP2001075549A JP2002279887A JP 2002279887 A JP2002279887 A JP 2002279887A JP 2001075549 A JP2001075549 A JP 2001075549A JP 2001075549 A JP2001075549 A JP 2001075549A JP 2002279887 A JP2002279887 A JP 2002279887A
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JP
Japan
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electron
emitting device
silicon layer
porous silicon
thin film
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Pending
Application number
JP2001075549A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyoshi Shoji
浩義 庄子
Tomoaki Sugawara
智明 菅原
Hiroshi Kondo
浩 近藤
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve breakdown voltage of an electron emission element which can emit electron stably and with high efficiency and to improve degree of freedom in designing film thickness of a porous silicone layer. SOLUTION: It is an electron emission element which emits electron into the atmosphere by electron emitting phenomenon from a semiconductor. The surface 1a of a substrate 1 is processed to form a convex portion 11 which is framed in by an insulating thin film 3 with an opening 6 arranged in a selected part of it. The porous silicone layer 4 is formed by oxidization from the opening 6.

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】本発明は複写機、プリンタ、
ファクシミリ等の画像形成装置の帯電器として用いられ
る電子放出素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a copying machine, a printer,
The present invention relates to an electron-emitting device used as a charger of an image forming apparatus such as a facsimile.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子写真技術を利用した普通紙複写装
置、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の画像形
成装置においては、一般にコロトロン帯電器及びスコロ
トロン帯電器が使用されている。これらの帯電器はコロ
ナ放電を利用して感光体を非接触で帯電させており、帯
電安定性に優れ、帯電方式の主流であった。しかし、コ
ロナ帯電方式はオゾンやNOxの発生量が多く、最近で
は電圧を接触帯電器に印加してこれを感光体に接触させ
ることにより感光体を帯電する接触帯電方式が検討され
ている。
2. Description of the Related Art Generally, a corotron charger and a scorotron charger are used in an electrophotographic image forming apparatus such as a plain paper copying apparatus, a facsimile, and a printer using an electrophotographic technique. These chargers use a corona discharge to charge the photoconductor in a non-contact manner, have excellent charging stability, and have been the mainstream of the charging method. However, the corona charger system is often generated amount of ozone and NOx, it has recently been studied contact charging method for charging the photosensitive member by contacting it by applying a voltage to the contact charger to the photosensitive member.

【0003】例えば、特開平5−88507号公報では
ローラー帯電方式が記載されており、特開平6−324
552号公報ではブレード帯電方式が記載され、特開平
2−62563号公報ではブラシ帯電方式が記載されて
いる。これらの接触帯電方式は、特に感光体を非接触で
帯電させるコロナ帯電方式よりも低電圧で感光体を帯電
できるとともにオゾンの発生量もコロナ帯電方式の1/
100〜1/500程度と少なくなる利点がある。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-88507 describes a roller charging system.
The 552 JP describes a blade charging method, in Japanese Patent Laid-Open 2-62563 Patent Publication describes a brush charging method. These contact charging systems can charge the photoconductor at a lower voltage than the corona charging system in which the photoconductor is charged in a non-contact manner, and the amount of ozone generated is 1 / of the corona charging system.
There is an advantage that it is reduced to about 100 to 1/500.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、接触帯
電方式では被帯電体への接触による傷や汚れの問題が発
生する場合がある。また、被帯電体表面にピンホールが
存在した場合には、電界がピンホールに集中するため画
像に白抜けや黒筋等が発生するという不具合が生じる。
However, in the contact charging system, problems such as scratches and stains due to contact with the member to be charged may occur. Further, when a pinhole is present on the surface of the member to be charged, the electric field concentrates on the pinhole, so that a defect such as white spots or black streaks occurs in an image.

【0005】そこで、本出願人は、このような不具合の
生じない多孔質シリコン層を備えた半導体からなる電子
放出素子を用いた帯電装置、及びこれを用いた電子写真
装置をすでに提案している(例えば、特願2000−0
76511号明細書参照。)。
Accordingly, the present applicant has already proposed a charging device using an electron-emitting device made of a semiconductor having a porous silicon layer free from such a problem, and an electrophotographic device using the same. (For example, Japanese Patent Application 2000-0
See 76511. ).

【0006】しかしながら、多孔質シリコン層の膜厚は
電子放出効率に大きな影響を与えること、また、このた
め理想的な陽極化成深さを設計する必要がある。さら
に、一定な素子電流(Ips)を得るために素子電圧(Vp
s)をかける必要上、素子の耐圧を確保しなければなら
ず、電子放出素子の形状によっては不具合が発生し、自
由な設計が望めなくなる場合があった。
However, the thickness of the porous silicon layer has a large effect on the electron emission efficiency, and therefore, it is necessary to design an ideal anodization depth. Furthermore, in order to obtain a constant device current (Ips), the device voltage (Vp
In order to apply s), it is necessary to ensure the breakdown voltage of the device, and depending on the shape of the electron-emitting device, a problem may occur and a free design may not be expected.

【0007】そこで、本発明の目的は、電子を安定して
高効率で放出できる電荷放出素子の耐圧向上と多孔質シ
リコン層の膜厚の設計の自由度を向上させることであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to improve the breakdown voltage of a charge-emitting device capable of stably and efficiently emitting electrons and improve the degree of freedom in designing the thickness of a porous silicon layer.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】問題を解決するため、請
求項1記載の発明は、半導体からの電子放出現象により
大気中に電子を放出させる電子放出素子であり、基板表
面が凸部を備えた凸形状に加工され、該凸部が絶縁性薄
膜にて囲まれ、該絶縁性薄膜は前記凸部の選択された部
分に開口部が設けられている構造を有しており、該開口
部からの酸化によって多孔質シリコン層が形成されてい
ることを特徴とする電子放出素子である。
To solve the problems According to an aspect of, the invention is claimed in claim 1, an electron-emitting device to emit electrons into the atmosphere by an electron emission phenomenon from the semiconductor substrate surface comprises a convex portion The convex portion is surrounded by an insulating thin film, and the insulating thin film has a structure in which an opening is provided in a selected portion of the convex portion. An electron-emitting device characterized in that a porous silicon layer is formed by oxidation of the porous silicon layer.

【0009】請求項2記載の発明は、前記多孔質シリコ
ン層は、前記開口部表面のシリコン又はポリシリコンか
らの陽極酸化により形成されていることを特徴とする請
求項1記載の電子放出素子である。
[0009] According to a second aspect of the invention, the porous silicon layer, an electron-emitting device according to claim 1, characterized in that it is formed by anodic oxidation of the silicon or polysilicon of the opening surface is there.

【0010】請求項3記載の発明は、前記基板は、シ
リコン表面が凸形状に加工されているか、表面にポリ
シリコンが堆積されたシリコン基板において前記ポリシ
リコンが凸形状に加工されているか、又は絶縁性基板
上に裏面電極及びポリシリコンが堆積された基板におい
て前記ポリシリコンが凸形状に加工されているものを用
いることを特徴とする請求項2記載の電子放出素子であ
る。
According to a third aspect of the present invention, the substrate has a silicon surface processed into a convex shape, or the silicon substrate having a polysilicon deposited on the surface has the polysilicon processed into a convex shape; 3. The electron-emitting device according to claim 2, wherein a substrate in which a back electrode and polysilicon are deposited on an insulating substrate, wherein the polysilicon is processed into a convex shape is used.

【0011】請求項4記載の発明は、前記多孔質シリコ
ン層の膜厚をa、前記開口部のエッジから前記凸部のエ
ッジまでの前記絶縁性薄膜で覆われた多孔質シリコン層
の距離をb1、前記凸部の段差をcとした場合、a>b
1、a≦cを満たしている請求項1〜請求項3のいずれ
かに記載の電子放出素子である。
According to a fourth aspect of the present invention, the thickness of the porous silicon layer is a, and the distance between the edge of the opening and the edge of the projection is the distance of the porous silicon layer covered with the insulating thin film. b1, if the level difference of the convex portion was set to c, a> b
The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein 1, a ≦ c is satisfied.

【0012】請求項5記載の発明は、前記多孔質シリコ
ン層の膜厚をa、前記開口部のエッジから前記凸部のエ
ッジまでの前記絶縁性薄膜で覆われた多孔質シリコン層
の距離をb1、前記凸部の段差をcとした場合、b1=
a×sin45°、a≦cを満たしている請求項1〜請
求項3のいずれかに記載の電子放出素子である。
According to a fifth aspect of the present invention, the thickness of the porous silicon layer is a, and the distance of the porous silicon layer covered with the insulating thin film from the edge of the opening to the edge of the projection is b1, when the step of the projection is c, b1 =
4. The electron-emitting device according to claim 1, wherein a × sin45 ° and a ≦ c are satisfied. 5.

【0013】請求項6記載の発明は、前記多孔質シリコ
ン層の膜厚をa、前記開口部のエッジから前記凸部のエ
ッジまでの前記絶縁性薄膜で覆われた多孔質シリコン層
の距離をb1、前記凸部の側壁と前記基板1の表面1a
とのなす角度をθdとした場合、a≧b1、θd=60
°〜略90°を満たしている請求項1〜請求項4のいず
れかに記載の電子放出素子である。
According to a sixth aspect of the present invention, the thickness of the porous silicon layer is a, and the distance between the edge of the opening and the edge of the projection is the distance of the porous silicon layer covered with the insulating thin film. b1, the side wall of the projection and the surface 1a of the substrate 1
When θd is the angle formed by θd, a ≧ b1 and θd = 60
The electron-emitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the angle?

【0014】請求項7記載の発明は、絶縁性薄膜は高分
子樹脂からなる請求項1〜請求項6記載の電子放出素子
である。
The invention according to claim 7 is the electron-emitting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the insulating thin film is made of a polymer resin.

【0015】請求項8記載の発明は、絶縁性薄膜はシリ
コン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜、酸
化タンタル膜のいづれかからなる請求項1〜請求項6記
載の電子放出素子である。
The invention according to claim 8 is the electron-emitting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the insulating thin film is any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, and a tantalum oxide film.

【0016】請求項9記載の発明は、請求項1〜請求項
8記載の電子放出素子を帯電器として用いた画像形成装
置である。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus using the electron-emitting device according to the first to eighth aspects as a charger.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について実施例を用いた図面を参照しつつ説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings using examples.

【0018】[0018]

【実施例1】図1は本発明の実施の形態に係る電子放出
素子の一例を説明するための説明図である。
Embodiment 1 FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining an example of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention.

【0019】まず、図1(a)に示すように、半導体、
例えば、低抵抗なシリコン(Si)から形成された基板
1の裏面に裏面電極2が形成されている。この基板1の
表面1a側には凸状に加工され符号cで示される凸部の
段差を備えた凸部11を有している。この表面1aおよ
び凸部11は絶縁性薄膜3にてマスキングされており、
この絶縁性薄膜3は選択された部分に開口部6が形成さ
れている。この開口部6は、陽極酸化するための窓(陽
極酸化用窓)となるため、適切な設計によって作製され
ている。
First, as shown in FIG.
For example, a back surface electrode 2 is formed on a back surface of a substrate 1 formed of low-resistance silicon (Si). On the surface 1a side of the substrate 1, there is provided a convex portion 11 which is processed into a convex shape and has a step of a convex portion indicated by reference numeral c. The surface 1a and the convex portion 11 is masked with an insulating thin film 3,
The insulating thin film 3 has an opening 6 at a selected portion. Since the opening 6 is a window for anodic oxidation (window for anodic oxidation), it is manufactured by an appropriate design.

【0020】この開口部6を通してシリコンが酸化され
て、図1(b)に示すように、最適深さ(厚みa)を有
する多孔質シリコン層4が形成される。ついで、図1
(c)に示すように、この開口部6には薄膜電極5が形
成されて電子放出素子が形成される。
The silicon is oxidized through the opening 6 to form a porous silicon layer 4 having an optimum depth (thickness a) as shown in FIG. Next, FIG.
(C), the to the opening 6 is formed thin film electrode 5 the electron-emitting device is formed.

【0021】このような酸化としては、急速熱酸化(R
TO:Rapid Thermal Oxidation)や化学的方法による
酸化が例示される。また、裏面電極2を正極とした陽極
化成が好ましい方法として例示される。このように酸化
することで半導体層と絶縁体層とが積層された微細構造
を備えた多孔質シリコン層4が形成される。
As such oxidation, rapid thermal oxidation (R
Oxidation by TO (Rapid Thermal Oxidation) or a chemical method is exemplified. Anodization using the back electrode 2 as a positive electrode is exemplified as a preferable method. By oxidizing in this manner, a porous silicon layer 4 having a fine structure in which a semiconductor layer and an insulator layer are stacked is formed.

【0022】陽極化成は、電解液としてたとえばHF
(フッ化水素)/エタノール混合液を用い、白金電極を
負極、裏面電極2を正極として、開口部6からシリコン
表面に光照射を行いながら定電流で行われる。
Anodization is performed by using, for example, HF as an electrolytic solution.
Using a (hydrogen fluoride) / ethanol mixture, the platinum electrode is used as the negative electrode, the back electrode 2 is used as the positive electrode, and the silicon surface is irradiated with light from the opening 6 at a constant current.

【0023】ここで、陽極化成は等方性を呈するため、
膜厚方向に進行するほか、絶縁性薄膜3の下面の表面方
向に向けて延びる方向(表面方向)にも陽極化成が形成
される。これにより、陽極化成が進行される深さ(膜厚
a)と同じ距離だけ表面方向にも陽極化成が進行され
る。
Here, since anodization exhibits isotropic properties,
In addition to proceeding in the film thickness direction, anodization is also formed in a direction (surface direction) extending toward the surface direction of the lower surface of the insulating thin film 3. Thus, the anodization proceeds in the surface direction by the same distance as the depth (film thickness a) at which the anodization proceeds.

【0024】ここで、図8に示すように、シリコン基板
(基板1)の表面が平面であれば(凸部11が形成され
ていなければ)、多孔質シリコン層4の膜厚aと絶縁性
薄膜3に接して陽極化成される距離(以下、表面距離b
という)はほぼ等しく(a=b)なる。ここで、この図
8および以下の説明で、陽極化成が行われて生じる多孔
質シリコン層4と絶縁性薄膜3との界面における末端を
多孔質シリコン層端33と表現して説明すると、表面距
離bは開口部端31から多孔質シリコン層端33までの
距離bと定義される。
Here, as shown in FIG. 8, if the surface of the silicon substrate (substrate 1) is flat (unless the convex portion 11 is formed), the thickness a of the porous silicon layer 4 and the insulating property The distance anodized in contact with the thin film 3 (hereinafter referred to as the surface distance b
Hereinafter) is substantially equal (a = b). Here, in FIG. 8 and the following description, the terminal at the interface between the porous silicon layer 4 and the insulating thin film 3 generated by the anodization is expressed as a porous silicon layer end 33. b is defined as the distance b from the opening end 31 to the porous silicon layer end 33.

【0025】このような図8の構成から薄膜電極5を付
して図7に示す電子放出素子を形成したのでは、基板1
と薄膜電極5間の耐圧は、膜厚方向の耐圧に比べ表面方
向の耐圧が低くなるという不具合が生じる場合がある。
この原因は、シリコン表面の結晶性が不連続であるた
め、陽極化成処理時に不連続部分が他の部分と反応が異
なり、膜質が変化するためであると考えられる。
When the electron-emitting device shown in FIG. 7 is formed by attaching the thin-film electrode 5 to the structure shown in FIG.
In some cases, the breakdown voltage between the thin film electrode 5 and the surface direction is lower than the breakdown voltage in the film thickness direction.
It is considered that this is because the crystallinity of the silicon surface is discontinuous, and the discontinuous portion reacts differently with other portions during the anodizing treatment to change the film quality.

【0026】ここで、図2に示すように、開口端部31
から凸部エッジ32までの上壁11aが絶縁される距離
(以下、上壁距離b1という)を最適な膜厚aよりも小
さく(a>b1)設定すれば、開口部端31から多孔質
シリコン層端33までの距離a1は膜厚aと略等しくな
るので、陽極化成は開口部端31から凸部エッジ32を
回り込んで側壁11bに沿って進行される。また、凸部
エッジ32から多孔質シリコン層端33までの距離(以
下、側壁距離c1という)が凸部の段差(凸部エッジ3
2から表面1aまでの距離)cよりも小さく設定すれ
ば、多孔質シリコン層端33は側壁11bに沿って形成
される。これにより、この図2において、開口部端31
から多孔質シリコン層端33までの距離で定義される表
面距離bは、上壁距離b1と側壁距離c1との和(b=
b1+c1)となり、膜厚aよりも長くなる。
Here, as shown in FIG.
When the distance from the opening edge 31 to the protrusion edge 32 at which the upper wall 11a is insulated (hereinafter referred to as the upper wall distance b1) is set smaller than the optimum film thickness a (a> b1), the porous silicon Since the distance a1 to the layer end 33 is substantially equal to the film thickness a, the anodization proceeds from the opening end 31 around the convex edge 32 and proceeds along the side wall 11b. In addition, the distance from the convex edge 32 to the end 33 of the porous silicon layer (hereinafter referred to as a side wall distance c1) is a step of the convex (the convex edge 3).
If it is set smaller than (distance from 2 to the surface 1a) c, the porous silicon layer end 33 is formed along the side wall 11b. As a result, in FIG.
Is defined as the distance from the surface to the end of the porous silicon layer 33, the sum of the upper wall distance b1 and the side wall distance c1 (b =
b1 + c1), which is longer than the film thickness a.

【0027】この場合、図1又は図2に示す凸部11を
備えた電子放出素子では、絶縁性薄膜3下に形成された
多孔質シリコン層4の表面距離bが図8に示す電子放出
素子に比べて長くなり、基板1と薄膜電極5間の耐圧が
増大される。
In this case, in the electron-emitting device having the projection 11 shown in FIG. 1 or FIG. 2, the surface distance b of the porous silicon layer 4 formed under the insulating thin film 3 is reduced as shown in FIG. And the withstand voltage between the substrate 1 and the thin film electrode 5 is increased.

【0028】すなわち、多孔質シリコン層4の膜厚a、
上壁距離b1および凸部段差cの各々を、a>b1、a
≦cを満たすことにより、電子放出素子の耐圧向上が期
待される。また、このように設定することにより、電子
を安定して高効率で放出できる電荷放出素子の耐圧向上
と多孔質シリコン層の膜厚の設計の自由度を向上するこ
とが可能となる。
That is, the thickness a of the porous silicon layer 4
Each of the top wall distance b1 and the convex portion step c, a> b1, a
By satisfying ≦ c, improvement in breakdown voltage of the electron-emitting device is expected. Further, by setting as described above, it is possible to improve the breakdown voltage of the charge-emitting device capable of stably and efficiently emitting electrons and improve the degree of freedom in designing the thickness of the porous silicon layer.

【0029】また、このような電子放出素子を有する帯
電装置によれば、例えば、特願2000−076511
号明細書に記載されている帯電装置及びこれを用いた電
子写真装置と同様に、オゾンなどの放電生成物を全く発
生しない帯電が可能となり、複写機、プリンタ、ファク
シミリ等の画像記録装置の帯電器、及び帯電器を有する
画像記録装置に応用することが可能となる。
According to the charging device having such an electron-emitting device, for example, Japanese Patent Application No. 2000-076511.
As in the charging device described in the specification and the electrophotographic device using the same, it is possible to perform charging without generating any discharge products such as ozone, and to charge an image recording device such as a copying machine, a printer, and a facsimile. And an image recording apparatus having a charger and a charger.

【0030】この電子放出素子の電子放出のメカニズム
は図5及び図6に示されている。この図5に示すよう
に、多孔質シリコン層中の半導体中のフェルミ準位近傍
の電子がトンネル現象によりポテンシャル障壁を透過し
て絶縁体層へ注入される。これは高抵抗であり大きな電
位勾配が生じているため、そこで加速されて薄膜電極の
伝導体へ注入されホットエレクトロンとなる。この電位
勾配が電子放出のエネルギーに寄与するため、絶縁体層
の膜厚は所定値以下、印加電圧は所定値以上とする必要
がある。
The electron emission mechanism of this electron-emitting device is shown in FIGS. As shown in FIG. 5, electrons near the Fermi level in the semiconductor in the porous silicon layer penetrate the potential barrier by the tunnel phenomenon and are injected into the insulator layer. This is high in resistance and has a large potential gradient, and is accelerated there and injected into the conductor of the thin film electrode to become hot electrons. Since this potential gradient contributes to the energy of electron emission, it is necessary that the thickness of the insulator layer is equal to or less than a predetermined value and the applied voltage is equal to or more than a predetermined value.

【0031】一般には絶縁体層の膜厚は数μm程度から
それ以下、印加電圧は10V程度からそれ以上が必要で
ある。これら素子内部で生成したホットエレクトロンの
うち、薄膜電極5の仕事関数Φ以上のエネルギーを有す
るものはこの電極をトンネルし、素子外部に所定の運動
エネルギーを有して放出される。この薄膜電極は電子が
トンネルすることを妨げることのない範囲の膜厚で形成
することが必要であり、一般的には数十nm以下であ
る。
Generally, the thickness of the insulator layer needs to be about several μm or less, and the applied voltage needs to be about 10 V or more. Of these hot electrons generated inside the device, those having energy equal to or higher than the work function Φ of the thin film electrode 5 tunnel through this electrode and are emitted with a predetermined kinetic energy to the outside of the device. This thin-film electrode needs to be formed in a thickness that does not prevent electrons from tunneling, and is generally several tens nm or less.

【0032】図6に示すように、シリコン(半導体材
料)では、半導体層としてのシリコン(Si)層と絶縁
体層としてのシリコン酸化物層とからなる微細構造が複
数形成されている。この場合、この微細構造の中を電子
が多数回トンネルするために、電子のドリフト長が伸び
容易に電子がホットエレクトロン化して外部に放出され
ると考えられている。この現象はポーラスシリコンに代
表されるように、その表面にnmオーダーの多孔質半導
体層(多孔質シリコン層4)を形成することで、このよ
うな電子の多段階加速により電子放出特性が飛躍的に向
上するとされている。 [凸部の形状]以上の実施の形態では、凸部の形状の詳
細に触れられていなかったが、凸部の形状を最適に設計
することにより、表面方向の耐圧を向上することが可能
となる。
As shown in FIG. 6, in silicon (semiconductor material), a plurality of microstructures composed of a silicon (Si) layer as a semiconductor layer and a silicon oxide layer as an insulator layer are formed. In this case, the inside of the fine structure to electrons multiple tunnels are believed readily electrons elongation electron drift length is emitted to the outside hot electrons of. This phenomenon is, as represented by porous silicon, by forming a porous semiconductor layer (porous silicon layer 4) in the order of nm on the surface thereof, and the electron emission characteristics are dramatically increased by such multi-step acceleration of electrons. It is said to improve. [Shape of convex portion] In the above embodiments, the details of the shape of the convex portion were not described. However, by optimally designing the shape of the convex portion, it is possible to improve the withstand voltage in the surface direction. Become.

【0033】図2において、多孔質シリコン層4の膜厚
をa、開口端部31から多孔質シリコン層端33までの
距離をa1、開口部端31から多孔質シリコン層端33
までの距離(表面距離)をb、開口端部31から凸部エ
ッジ32までの上壁距離をb1、凸部の段差(凸部エッ
ジ32から表面1aまでの距離)をc、凸部エッジ32
から多孔質シリコン層端33までの側壁距離をc1、開
口部端31から多孔質シリコン層端33に向かう直線と
凸部11の上壁面11aとのなす角度(侵食角度)を
θ、凸部11の側壁11bと基板1の表面1aとのなす
角度(立設角度)をθdとすると、膜厚a、距離a1、
表面距離b、上壁距離b1、凸部段差c、側壁距離c
1、侵食角度θは次の条件を満たしている。
[0033] In FIG. 2, the thickness of the porous silicon layer 4 a, the distance from the open end 31 until the porous silicon layer end 33 a1, porous silicon layer end from the opening end 31 33
B (surface distance) from the opening end 31 to the convex edge 32, b1 the upper wall distance from the opening end 31 to the convex edge 32, c the level difference of the convex (the distance from the convex edge 32 to the surface 1a), and c
, The angle (erosion angle) between the straight line from the opening end 31 to the porous silicon layer end 33 and the upper wall surface 11a of the projection 11 is θ, and the projection 11 If the angle (standing angle) between the side wall 11b and the surface 1a of the substrate 1 is θd, the film thickness a, the distance a1,
Surface distance b, the upper wall distance b1, protrusion step c, the side wall a distance c
1. The erosion angle θ satisfies the following conditions.

【0034】a=a1 a>b1 a≦c b=b1+c1 θ=cos-1×a1/b1=cos-1×a/b1 c1=sinθ×a1 =sinθ×a このとき、表面距離bと膜厚aとの比b/a=(b1+
c1)/aが最大となるのは侵食角度θが45°の場合
である。つまり、多孔質シリコン層4の最適膜厚aを設
定したら、a≦cを満たし、かつ、開口部端31から凸
部エッジ32までの上壁距離b1を侵食角度が45゜
(b1=a×sin45°)になるように設定すること
で、表面距離b(=b1+c1)は多孔質シリコン層4
の膜厚aの約1.4倍と最大となり、耐圧も最大とな
る。
A = a1 a> b1 a ≦ c b = b1 + c1 θ = cos −1 × a1 / b1 = cos −1 × a / b1 c1 = sin θ × a1 = sin θ × a At this time, the surface distance b and the film thickness b / a = (b1 +
c1) / a is of greatest is the case erosion angle θ is 45 °. That is, when the optimum thickness a of the porous silicon layer 4 is set, a ≦ c is satisfied, and the erosion angle is 45 ° (b1 = a × sin 45 °), the surface distance b (= b1 + c1) is reduced
Is about 1.4 times as large as the film thickness a, and the breakdown voltage also becomes maximum.

【0035】次に、図3に示すように、上壁距離b1を
固定した状態で立設角度θdをθd1(鈍角)からθd
2(直角)、θd3(鈍角)へと振ると、多孔質シリコ
ン層4が絶縁薄膜3に接する点(多孔質シリコン層端3
3)はその立設角度θd1〜θd3に応じて331〜3
33に変わってくるため、側壁距離c1がc11からc
13へと増大する。すなわち立設角度θdが鋭角(θd
3)になるほど側壁距離c33の長さが増し、その分耐
圧を確保することが容易となるのが分かる。
Next, as shown in FIG. 3, when the upper wall distance b1 is fixed, the standing angle θd is changed from θd1 (obtuse angle) to θd.
2 (right angle), shake to Shitadi3 (obtuse), that the porous silicon layer 4 is in contact with the insulating film 3 (porous silicon layer end 3
3) are 331 to 3 according to the standing angles θd1 to θd3.
33, the side wall distance c1 is changed from c11 to c.
It increased to 13. That is, when the standing angle θd is an acute angle (θd
More becomes 3) increases the length of the side wall distance c33, it can be seen that it is easy to ensure a correspondingly pressure-resistant.

【0036】ここで、立設角度θdを60°にすると図
4に示すように、開口端部31から多孔質シリコン層端
33までの距離a1(=膜厚a),上壁距離b1,側壁
距離c1がそれぞれ等しい正三角形に設定できる。この
場合の多孔質シリコン層4の膜厚aと表面距離b(=b
1+c1)の比b/a=(b1+c1)/aは2とな
り、十分な耐圧を確保することが可能となる。
[0036] Here, when the stand angle at which θd to 60 ° as shown in FIG. 4, the distance a1 (= thickness a) from the open end 31 until the porous silicon layer end 33, top wall distance b1, the side walls It is possible to set equilateral triangles having the same distance c1. In this case, the thickness a of the porous silicon layer 4 and the surface distance b (= b
1 + c1) the ratio b / a = (b1 + c1 of) / a becomes possible to secure a 2, and a sufficient breakdown voltage.

【0037】基板1にこのような立設角度θdで凸部1
1を作り込むには、ドライエッチング(RIE等)の異
方性エッチングを用いることで作製することが可能であ
る。例えば、エッチングガスをSF6+CCl4(四塩化炭
素)等の混合ガスとし、そのガス比を変えることで立設
角度θdを鋭角にも鈍角にも加工することができる。S
6:CCl4=27:3(体積比)の混合ガスとし、RF
パワー300Wでエッチングすると立設角度θdはほと
んど垂直になるが、CCl4の流量を減らしていくと立設
角度θdは鋭角となっていく。これによりガス流量比を
選択することで立設角度θdを任意の角度に加工するこ
とが可能である。
The protrusions 1 on the substrate 1 in such a standing angle at which θd
To fabricate a 1, it is possible to produce by using the anisotropic etching of the dry etching (RIE, or the like). For example, a mixed gas such as SF 6 + CCl 4 (carbon tetrachloride) is used as an etching gas, and by changing the gas ratio, the erected angle θd can be processed to an acute angle or an obtuse angle. S
A mixed gas of F 6 : CCl 4 = 27: 3 (volume ratio), RF
When the etching is performed at a power of 300 W, the standing angle θd becomes almost vertical, but as the flow rate of CCl 4 is reduced, the standing angle θd becomes an acute angle. Thus, the standing angle θd can be processed to an arbitrary angle by selecting the gas flow ratio.

【0038】これにより、多孔質シリコン層4の最適な
膜厚a、上壁距離b1、立設角度θdは、a≧b1、θ
d=60°〜略90°を満たすことにより、表面距離b
を十分に長く取ることができその分耐圧を確保すること
ができる。
Thus, the optimum thickness a of the porous silicon layer 4, the upper wall distance b1, and the standing angle θd are a ≧ b1, θ
By satisfying d = 60 ° ~ approximately 90 °, the surface distance b
Can be taken long enough, and the pressure resistance can be secured accordingly.

【0039】[0039]

【実施例2】本実施例2では、表面側にポリシリコン層
を有するシリコンからなる基板1(シリコン基板/ポリ
シリコン構成の基板)が用いられる。この基板1のポリ
シリコン層は凸型に加工され、凸部11は絶縁性薄膜3
にて囲まれており、その絶縁性薄膜3は選択された部分
に開口部6が設けられている。この開口部6は、陽極酸
化するための窓となるため、適切な設計によって作製さ
れる。
Embodiment 2 In this embodiment 2, a substrate 1 (silicon substrate / polysilicon substrate) made of silicon having a polysilicon layer on the surface side is used. The polysilicon layer of the substrate 1 is processed into a convex shape, and the convex portions 11 are formed on the insulating thin film 3.
The opening 6 is provided in a selected portion of the insulating thin film 3. Since this opening 6 serves as a window for anodic oxidation, it is manufactured by an appropriate design.

【0040】絶縁性薄膜3に開口された開口部6を通し
てポリシリコン層(凸部11)が陽極化成、酸化され、
この凸部11には多孔質ポリシリコン層4が形成され
る。ここで、この基板1の裏面は電極となるので、抵抗
率を小さくすることが必要となるが、多孔質ポリシリコ
ン層4となるポリシリコンの抵抗率は陽極化成時の電流
−電圧値の関係から適切な抵抗値を用いる必要がある。
The polysilicon layer (projection 11) is anodized and oxidized through the opening 6 opened in the insulating thin film 3,
The porous polysilicon layer 4 is formed on the projection 11. Here, since the back surface of the substrate 1 serves as an electrode, it is necessary to reduce the resistivity. However, the resistivity of the polysilicon to be the porous polysilicon layer 4 depends on the current-voltage value during anodization. Therefore, it is necessary to use an appropriate resistance value.

【0041】本実施例2によれば、シリコン基板/ポリ
シリコン構成の基板を用いることで、それぞれに合った
抵抗率の基板1となり、電荷放出素子の効率を向上させ
ることが可能となる。また、このような構成の電荷放出
素子においても、凸部を設けることで基板1と薄膜電極
5間の耐圧を確保できるため効率の高い電荷放出素子を
実現することが可能となる。
According to the second embodiment, by using a substrate having a silicon substrate / polysilicon structure, the substrate 1 has a resistivity suitable for each of them, and the efficiency of the charge-emitting device can be improved. Also in the charge-emitting device having such a configuration, the provision of the protrusions ensures the withstand voltage between the substrate 1 and the thin-film electrode 5, so that a highly efficient charge-emitting device can be realized.

【0042】[0042]

【実施例3】本実施例3では、絶縁性基板/裏面電極/
ポリシリコンからなる構成の基板表面(ポリシリコン表
面)を凸型に加工し、凸部は絶縁性薄膜3にて囲まれて
おり、絶縁性薄膜3は選択された部分に開口部6が設け
られている構造を有している。この開口部6は、陽極酸
化するための窓となるため、適切な設計によって作製さ
れる。
[Embodiment 3] In Embodiment 3, an insulating substrate / back electrode /
The surface of the substrate (polysilicon surface) composed of polysilicon is processed into a convex shape, and the convex portion is surrounded by the insulating thin film 3, and the insulating thin film 3 is provided with an opening 6 in a selected portion. It has the structure which is. Since this opening 6 serves as a window for anodic oxidation, it is manufactured by an appropriate design.

【0043】絶縁性薄膜3に開口された開口部6を通し
てポリシリコン部を陽極化成、酸化が施され多孔質ポリ
シリコン層4が形成される。
The polysilicon portion is anodized and oxidized through an opening 6 opened in the insulating thin film 3 to form a porous polysilicon layer 4.

【0044】このような構成とすることで大面積化が可
能となり、例えばA4版やA3版に対応するものも一体
で作製することが可能となる。
By adopting such a configuration, it is possible to increase the area, and for example, it is possible to integrally fabricate A4 size and A3 size.

【0045】このような構成の電子放出素子において
も、凸部を設けることで裏面電極と薄膜電極間の耐圧を
確保できるため効率の高い電子放出素子を実現すること
が可能となる。
Also in the electron-emitting device having such a structure, the provision of the projections ensures the breakdown voltage between the back electrode and the thin-film electrode, so that a highly efficient electron-emitting device can be realized.

【0046】[0046]

【実施例4】本実施例は、高分子樹脂により絶縁性薄膜
3を形成する例である。絶縁性薄膜3に求められる特性
は、酸や有機溶剤に不溶であり、シリコンとの密着性が
大で、絶縁性耐圧が高く、経時劣化が少ないものがよ
い。
Embodiment 4 This embodiment is an example in which the insulating thin film 3 is formed of a polymer resin. The properties required for the insulating thin film 3 are preferably those that are insoluble in acids and organic solvents, have high adhesion to silicon, have high insulation breakdown voltage, and have little deterioration over time.

【0047】このような高分子樹脂は、例えばフォトニ
ース(商品名:東レ)のようにポリイミド樹脂に感光性
を持たせたもの等が挙げられる。感光性のポリイミド樹
脂は、フォトリソ工程によりパターニングできるため量
産性が優れている。また、ポリイミド樹脂は半導体チッ
プのパッシベーション膜としても使われているもので、
水分の浸透等を防ぐことができるので素子の劣化を防ぐ
ことができる。
Examples of such a polymer resin include polyimide resin having photosensitivity such as Photo Nice (trade name: Toray). The photosensitive polyimide resin is excellent in mass productivity because it can be patterned by a photolithography process. Also, polyimide resin in which is also used as a passivation film of a semiconductor chip,
Since the permeation of water and the like can be prevented, deterioration of the element can be prevented.

【0048】以下に、作製方法の一例を示す。[0048] Hereinafter, an example of a manufacturing method.

【0049】1. シリコン基板に凸部を作製する。1. A protrusion is formed on a silicon substrate.

【0050】2. 高分子樹脂を塗布し、周囲を絶縁薄
膜3とすることにより凸部11の選択した部分に開口部
6からなる窓を開ける。
2. A window including an opening 6 is opened at a selected portion of the convex portion 11 by applying a polymer resin and forming the insulating thin film 3 around the resin.

【0051】3. 窓から陽極化、酸化を行い多孔質シ
リコン層4を作製する。
3. Anodization and oxidation are performed through the window to form a porous silicon layer 4.

【0052】4. 開口部6に薄膜電極形成する。4. The opening 6 to the thin-film electrode formed.

【0053】5. 基板の裏面に裏面電極2を形成す
る。
5. A back electrode 2 is formed on the back surface of the substrate.

【0054】1〜5の工程はシリコン基板を多孔質シリ
コン層4にする工程であるが、大面積化の場合は、5.
の裏面電極の形成工程が異なるだけで、他の工程は同様
に行うことができる。
[0054] Although 1-5 is a step of the silicon substrate in the porous silicon layer 4, in the case of large area, 5.
The other steps can be performed in the same manner, except for the step of forming the back electrode.

【0055】このように、絶縁性薄膜3を高分子樹脂と
すると、塗布工程がスピナー塗布やスプレー塗布を用い
ることができるため、図4に示すような凸部の底面と側
壁の角度(立設角度)が鋭角なものでも被覆性の良い絶
縁性薄膜3を形成することができる。
[0055] Thus, when the insulating thin film 3, a polymer resin, since the coating process can be used spinner coating or spray coating, the angle of the bottom surface and the side wall of the convex portion as shown in FIG. 4 (upright angle) can be one acute angle to form a good insulating film 3 having coverage.

【0056】[0056]

【実施例5】本実施例5は、絶縁性薄膜3をシリコン酸
化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜、酸化タン
タル膜のいずれかの膜とした例である。
Embodiment 5 Embodiment 5 is an example in which the insulating thin film 3 is any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, and a tantalum oxide film.

【0057】高分子樹脂を絶縁性薄膜3とする場合に
は、絶縁性薄膜3にかけられる温度は高々400℃程度
であるため、陽極化工程後の酸化には化学的な方法によ
る酸化しか用いることができない。この他の酸化方法と
して急速熱酸化(RTO:Rapid Thermal Oxidation)
があり、この急速熱酸化は、900℃〜1000℃程度
の温度下での酸化が行われる。
When the polymer resin is used as the insulating thin film 3, since the temperature applied to the insulating thin film 3 is at most about 400 ° C., the oxidation after the anodizing step should be performed only by the chemical method. Can not. Other rapid thermal oxidation as an oxidizing method (RTO: Rapid Thermal Oxidation)
This rapid thermal oxidation is performed at a temperature of about 900 ° C. to 1000 ° C.

【0058】絶縁性薄膜3をシリコン酸化膜、シリコン
窒化膜、シリコン酸化窒化膜、酸化タンタル膜のいずれ
かの膜としたことでこのような高温度にも耐え得る絶縁
性薄膜3となる。また、これらの絶縁性薄膜3はいずれ
もスパッタで成膜することができるため、図4に示され
るような凸部の底面と側壁の立設角度θdが鋭角なもの
でも被覆性の良い絶縁性薄膜3となる。
[0058] insulating thin film 3, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a such an insulating thin film 3 that can withstand high temperatures for having either of the film of tantalum oxide film. In addition, since any of these insulating thin films 3 can be formed by sputtering, even if the erected angle θd of the bottom surface and the side wall of the projection is acute as shown in FIG. It becomes the thin film 3.

【0059】以上により形成された電子放出素子は、電
子写真装置等の画像形成装置の帯電装置に応用すること
ができる。また、この帯電装置は、コロトロン帯電器や
スコロトロン帯電器もしくはローラー帯電器やブラシ帯
電器等の帯電器よりも小さい(特に膜厚を薄くできる)
ため、このような帯電装置を感光体の帯電に用いること
により、電子写真装置自体のコンパクト化が実現でき
る。
The electron-emitting device formed as described above can be applied to a charging device of an image forming apparatus such as an electrophotographic apparatus. Further, this charging device is smaller than a charger such as a corotron charger, a scorotron charger, a roller charger, or a brush charger (in particular, the film thickness can be reduced).
Therefore, by using such a charging device for charging the photosensitive member, the size of the electrophotographic apparatus itself can be reduced.

【0060】また、他の帯電器と比較して帯電効率が高
いので、電源をも小さくすることが可能となるので低コ
スト化を実現することが可能となる。さらに、オゾンや
NOxを発生させないので人体への悪い影響を及ぼさな
いばかりではなく、自然に優しい電子写真装置を提供す
ることができる。
Further, since the charging efficiency is higher than that of other chargers, the power source can be reduced, so that the cost can be reduced. Further, since ozone and NOx are not generated, not only does not have a bad influence on the human body, but also a naturally friendly electrophotographic apparatus can be provided.

【0061】[0061]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、シリコン
表面が凸形状に加工され、凸部が絶縁性薄膜にて囲ま
れ、絶縁性薄膜は凸部の選択された部分に開口部が設け
られている構造を有しており、開口部からの陽極酸化に
よって多孔質シリコン層を形成されているため、多孔質
シリコン層の表面方向の耐圧が確保されるとともに設計
の自由度を向上できる。
According to the first aspect of the present invention, the silicon surface is processed into a convex shape, the convex portion is surrounded by an insulating thin film, and the insulating thin film has an opening at a selected portion of the convex portion. Since the porous silicon layer is formed by anodic oxidation from the opening, the pressure resistance in the surface direction of the porous silicon layer can be ensured and the degree of freedom in design can be improved. .

【0062】請求項2記載の発明によれば、請求項1記
載の多孔質シリコン層は、前記開口部表面のシリコン又
はポリシリコンからの陽極酸化により形成することがで
きる。
According to the second aspect of the present invention, the porous silicon layer according to the first aspect can be formed by anodic oxidation of silicon or polysilicon on the surface of the opening.

【0063】請求項3記載の発明によれば、請求項2記
載の基板は、シリコン表面が凸形状に加工されている
か、表面にポリシリコンが堆積されたシリコン基板に
おいて前記ポリシリコンが凸形状に加工されているか、
又は絶縁性基板上に裏面電極及びポリシリコンが堆積
された基板において前記ポリシリコンが凸形状に加工さ
れているものを用いることができる。
According to the third aspect of the present invention, in the substrate according to the second aspect, the silicon surface is processed into a convex shape or the polysilicon has a convex shape in a silicon substrate having polysilicon deposited on the surface. Processed or
Alternatively, a substrate in which a back electrode and polysilicon are deposited on an insulating substrate and the polysilicon is processed into a convex shape can be used.

【0064】請求項4記載の発明によれば、多孔質シリ
コン層の膜厚をa、開口部のエッジから凸部のエッジま
での前記絶縁性薄膜で覆われた多孔質シリコン層の距離
をb1、凸部の段差をcとした場合、a>b1、a≦c
を満たしている請求項1〜請求項3記載の電子放出素子
としたことで、多孔質シリコン層の表面方向の耐圧が確
保されるとともに設計の自由度を向上できる。
According to the fourth aspect of the invention, the thickness of the porous silicon layer is a, and the distance of the porous silicon layer covered with the insulating thin film from the edge of the opening to the edge of the projection is b1. , A> b1, a ≦ c, where c is the step of the convex portion
By satisfying the above requirements, the withstand voltage in the surface direction of the porous silicon layer can be secured and the degree of freedom in design can be improved.

【0065】請求項5記載の発明によれば、多孔質シリ
コン層の膜厚をa、開口部のエッジから凸部のエッジま
での前記絶縁性薄膜で覆われた多孔質シリコン層の距離
をb1、凸部の段差をcとした場合、b1=a×sin
45°、a≦cを満たしている請求項1〜請求項3記載
の電子放出素子としたことで、多孔質シリコン層の表面
方向の耐圧が確保されるとともに設計の自由度を向上で
きる。
According to the fifth aspect of the present invention, the thickness of the porous silicon layer is a, and the distance of the porous silicon layer covered with the insulating thin film from the edge of the opening to the edge of the projection is b1. , if the level difference of the convex portion was set to c, b1 = a × sin
With the electron-emitting device according to any one of claims 1 to 3, satisfying 45 ° and a ≦ c, the withstand voltage in the surface direction of the porous silicon layer can be secured, and the degree of freedom in design can be improved.

【0066】請求項6記載の発明によれば、多孔質シリ
コン層の膜厚をa、開口部のエッジから凸部のエッジま
での前記絶縁性薄膜で覆われた多孔質シリコン層の距離
をb1、凸部の底面と側壁の角度をθdとした場合、a
≧b1、θd=60°〜略90°を満たしている請求項
1〜請求項4記載の電子放出素子としたことで、多孔質
シリコン層の表面方向の耐圧が確保されるとともに設計
の自由度を向上できる。
According to the invention of claim 6, the thickness of the porous silicon layer is a, and the distance of the porous silicon layer covered with the insulating thin film from the edge of the opening to the edge of the projection is b1. When the angle between the bottom surface and the side wall of the convex portion is θd, a
5. The electron-emitting device according to claim 1, which satisfies ≧ b1, θd = 60 ° to approximately 90 °, thereby ensuring a withstand voltage in the surface direction of the porous silicon layer and a degree of freedom in design. Can be improved.

【0067】請求項7記載の発明によれば、絶縁性薄膜
は高分子樹脂からなる請求項1〜請求項6記載の電子放
出素子であるため、素子の劣化防止に優れると共に量産
性に適している。
[0067] According to the invention of claim 7, wherein the insulating thin film for an electron-emitting device according to claim 1 to claim 6, wherein a polymer resin, suitable for mass production with excellent anti-deterioration of the element there.

【0068】請求項8記載の発明によれば、絶縁性薄膜
はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化
膜、酸化タンタル膜のいづれかからなる請求項1〜請求
項6記載の電子放出素子としたことで耐熱性を向上でき
るため、酸化手法の選択指を増やすことができる。
According to the eighth aspect of the present invention, the insulating thin film is any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, and a tantalum oxide film. because it can improve the heat resistance was that it is possible to increase the selection finger oxidation techniques.

【0069】請求項9記載の発明によれば、請求項1〜
請求項8記載の電子放出素子を帯電器として用いた画像
形成装置としたことで、装置の小型化を実現できると共
にオゾン、NOxが発生しないので自然に優しい画像形
成装置を提供できる。
According to the ninth aspect of the present invention, the first to the fifth aspects are described.
By the electron-emitting device according to claim 8, wherein the image forming apparatus using a charging device, it is possible to provide an image forming apparatus naturally friendly Ozone, NOx is not generated with possible to realize downsizing of the apparatus.

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

【図1】 図1(a)〜(c)は、本発明の実施の形態
に係る電子放出素子の構成を説明する図である。
FIGS. 1A to 1C are diagrams illustrating a configuration of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施の形態に係る電子放出素子の構
成を説明する部分拡大図である。
FIG. 2 is a partially enlarged view illustrating a configuration of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施の形態に係る電子放出素子の多
孔質シリコン層を説明する部分拡大図である。
FIG. 3 is a partially enlarged view illustrating a porous silicon layer of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施の形態に係る電子放出素子の多
孔質シリコン層を説明する部分拡大図である。
FIG. 4 is a partially enlarged view illustrating a porous silicon layer of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の実施の形態に係る電子放出素子の電
子放出機構を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an electron emission mechanism of the electron emission element according to the embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施の形態に係る電子放出素子の電
子放出機構を説明する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an electron emission mechanism of the electron emission element according to the embodiment of the present invention.

【図7】 比較となる電子放出素子の構成を説明する図
である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a comparative electron-emitting device.

【図8】 図7の電子放出素子の多孔質シリコン層を説
明する部分拡大図である。
8 is a partial enlarged view illustrating a porous silicon layer of the electron-emitting device of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板(シリコン基板) 1a 表面 2 裏面電極 3 絶縁性薄膜 4 多孔質シリコン層 5 薄膜電極 6 開口部(陽極酸化用窓) 11 凸部 11b 側壁 31 開口部端 32 凸部エッジ 33 多孔質シリコン層端 a(=a1) 膜厚 b 表面距離 b1 上壁距離 c 凸部段差 c1 側壁距離 θ 侵食角度 θd 立設角度 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate (silicon substrate) 1a Front surface 2 Back electrode 3 Insulating thin film 4 Porous silicon layer 5 Thin film electrode 6 Opening (window for anodic oxidation) 11 Convex 11b Side wall 31 Open end 32 Convex edge 33 Porous silicon layer end a (= a1) thickness b surface distance b1 top wall distance c protrusion step c1 sidewall distance θ erosion angle θd elevation angle at which

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 浩 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 2H200 FA07 HA11 HA28 HB14 HB45 MA04 MA08  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Hiroshi Kondo 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo F-term in Ricoh Co., Ltd. (reference) 2H200 FA07 HA11 HA28 HB14 HB45 MA04 MA08

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体からの電子放出現象により大気中に
電子を放出させる電子放出素子であり、 基板の表面が凸部を備えた凸形状に加工され、該凸部が
絶縁性薄膜にて囲まれ、該絶縁性薄膜は前記凸部の選択
された部分に開口部が設けられている構造を有してお
り、該開口部からの酸化によって多孔質シリコン層が形
成されていることを特徴とする電子放出素子。
1. A is an electron-emitting device to emit electrons into the atmosphere by an electron emission phenomenon from the semiconductor, the surface of the substrate is processed into a convex shape with a convex portion, convex portion surrounded by an insulating thin film The insulating thin film has a structure in which an opening is provided in a selected portion of the projection, and a porous silicon layer is formed by oxidation from the opening. Electron emitting device.
【請求項2】前記多孔質シリコン層は、前記開口部表面
のシリコン又はポリシリコンからの陽極酸化により形成
されていることを特徴とする請求項1記載の電子放出素
子。
2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the porous silicon layer is formed by anodic oxidation of silicon or polysilicon on the surface of the opening.
【請求項3】前記基板は、シリコン表面が凸形状に加
工されているか、表面にポリシリコンが堆積されたシ
リコン基板において前記ポリシリコンが凸形状に加工さ
れているか、又は絶縁性基板上に裏面電極及びポリシ
リコンが堆積された基板において前記ポリシリコンが凸
形状に加工されているものを用いることを特徴とする請
求項2記載の電子放出素子。
3. The substrate according to claim 1, wherein the silicon surface is processed into a convex shape, the polysilicon is processed into a convex shape in a silicon substrate having polysilicon deposited on the surface, or a back surface is formed on an insulating substrate. 3. The electron-emitting device according to claim 2, wherein a substrate on which an electrode and polysilicon are deposited, wherein said polysilicon is processed into a convex shape.
【請求項4】前記多孔質シリコン層の膜厚をa、前記開
口部のエッジから前記凸部のエッジまでの前記絶縁性薄
膜で覆われた多孔質シリコン層の距離をb1、前記凸部
の段差をcとした場合、a>b1、a≦cを満たしてい
る請求項1〜請求項3のいずれかに記載の電子放出素
子。
4. The thickness of the porous silicon layer is a, the distance of the porous silicon layer covered with the insulating thin film from the edge of the opening to the edge of the projection is b1, and the thickness of the projection is If the step has a c, a> b1, the electron-emitting device according to any one of claims 1 to 3 are met a ≦ c.
【請求項5】前記多孔質シリコン層の膜厚をa、前記開
口部のエッジから前記凸部のエッジまでの前記絶縁性薄
膜で覆われた多孔質シリコン層の距離をb1、前記凸部
の段差をcとした場合、b1=a×sin45°、a≦
cを満たしている請求項1〜請求項3のいずれかに記載
の電子放出素子。
5. The thickness of the porous silicon layer is a, the distance of the porous silicon layer covered with the insulating thin film from the edge of the opening to the edge of the projection is b1, and the distance of the projection is When the step is c, b1 = a × sin45 °, a ≦
4. The electron-emitting device according to claim 1, wherein c is satisfied.
【請求項6】前記多孔質シリコン層の膜厚をa、前記開
口部のエッジから前記凸部のエッジまでの前記絶縁性薄
膜で覆われた多孔質シリコン層の距離をb1、前記凸部
の側壁と前記基板1の表面1aとのなす角度をθdとし
た場合、a≧b1、θd=60°〜略90°を満たして
いる請求項1〜請求項4のいずれかに記載の電子放出素
子。
6. The thickness of the porous silicon layer a, the distance of the porous silicon layer in which the covered with an insulating film from the edge of the opening to an edge of the convex portion b1, the protrusions If the angle between the surface 1a of the the side walls substrate 1 was θd, a ≧ b1, electron-emitting device according to any one of claims 1 to 4 meet the θd = 60 ° ~ approximately 90 ° .
【請求項7】前記絶縁性薄膜は高分子樹脂からなる請求
項1〜請求項6のいずれかに記載の電子放出素子。
7. The electron-emitting device according to claim 1, wherein said insulating thin film is made of a polymer resin.
【請求項8】前記絶縁性薄膜はシリコン酸化膜、シリコ
ン窒化膜、シリコン酸化窒化膜又は酸化タンタル膜であ
る請求項1〜請求項6のいずれかに記載の電子放出素
子。
8. The electron-emitting device according to claim 1, wherein said insulating thin film is a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film or a tantalum oxide film.
【請求項9】請求項1〜請求項8記載の電子放出素子を
帯電器として用いた画像形成装置。
9. An image forming apparatus using the electron-emitting device according to claim 1 as a charger.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7898160B2 (en) 2003-11-25 2011-03-01 Panasonic Electric Works Co., Ltd. Method and apparatus for modifying object with electrons generated from cold cathode electron emitter

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