JP2002352694A - 電極、電子放出素子及びそれを用いた装置 - Google Patents
電極、電子放出素子及びそれを用いた装置Info
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- JP2002352694A JP2002352694A JP2001157826A JP2001157826A JP2002352694A JP 2002352694 A JP2002352694 A JP 2002352694A JP 2001157826 A JP2001157826 A JP 2001157826A JP 2001157826 A JP2001157826 A JP 2001157826A JP 2002352694 A JP2002352694 A JP 2002352694A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のスピント型冷陰極やカーボンナノチュ
ーブやカーボンナノファイバの電子放出特性の更なる改
善を図り、低電圧で高輝度の電子放出が可能な高性能電
子放出装置を作製し、フラットパネルディスプレー、撮
像装置、電子ビーム装置、マイクロ波進行波管のキーデ
バイスとして提供する。 【解決手段】 スピント型冷陰極やカーボンナノチュー
ブやカーボンナノファイバおよび凹凸を有する金属や半
導体基板に厚さ５０ｎｍ以下の電子親和力４．０ｅＶ以
下の半導体膜を設けて電子放出装置を作製する。前記半
導体薄膜として窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ア
ルミニウムホウ素、窒化アルミニウムガリウム、窒化ホ
ウ素ガリウムなどのIII族原子と窒素原子の化合物、窒
化ホウ素炭素、ダイヤモンドのいずれを用いる。
ーブやカーボンナノファイバの電子放出特性の更なる改
善を図り、低電圧で高輝度の電子放出が可能な高性能電
子放出装置を作製し、フラットパネルディスプレー、撮
像装置、電子ビーム装置、マイクロ波進行波管のキーデ
バイスとして提供する。 【解決手段】 スピント型冷陰極やカーボンナノチュー
ブやカーボンナノファイバおよび凹凸を有する金属や半
導体基板に厚さ５０ｎｍ以下の電子親和力４．０ｅＶ以
下の半導体膜を設けて電子放出装置を作製する。前記半
導体薄膜として窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ア
ルミニウムホウ素、窒化アルミニウムガリウム、窒化ホ
ウ素ガリウムなどのIII族原子と窒素原子の化合物、窒
化ホウ素炭素、ダイヤモンドのいずれを用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体からの電子放
出を利用する電極、電子放出素子に関するものである。
出を利用する電極、電子放出素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】冷陰極はフィールドエミッションディス
プレー、電子ビーム露光機、マイクロ波進行波管、撮像
素子等に応用できる。また、電子ビームを用いたオージ
ェ電子分光装置等の材料評価装置の電子源としても用い
ることができ、様々な用途に対応できる。
プレー、電子ビーム露光機、マイクロ波進行波管、撮像
素子等に応用できる。また、電子ビームを用いたオージ
ェ電子分光装置等の材料評価装置の電子源としても用い
ることができ、様々な用途に対応できる。
【０００３】従来、冷陰極としては金属やシリコンを用
いて尖塔形状を作製したスピント型と呼ばれている電子
放出素子が研究開発されてきたが、上記の応用に対して
更に低電圧動作、高電流動作および素子の信頼性が要求
され、スピント型冷陰極の特性改善や新しい冷陰極用材
料の研究開発がすすめられている。ダイヤモンド、窒化
アルミニウム、窒化ホウ素は負性電子親和力を有する材
料として注目され、また、近年、カーボンナノチューブ
やカーボンナノファイバといった電界集中因子を大きく
できる材料の合成がすすみ、低電圧での電子放出が観測
され、フィールドエミッションディスプレイ等への応用
が期待されている。しかしこれらのカーボンナノチュー
ブやカーボンナノファイバからの電子放出特性における
空間安定性について問題があった。今後更なる低電圧動
作、高電流動作も望まれている。
いて尖塔形状を作製したスピント型と呼ばれている電子
放出素子が研究開発されてきたが、上記の応用に対して
更に低電圧動作、高電流動作および素子の信頼性が要求
され、スピント型冷陰極の特性改善や新しい冷陰極用材
料の研究開発がすすめられている。ダイヤモンド、窒化
アルミニウム、窒化ホウ素は負性電子親和力を有する材
料として注目され、また、近年、カーボンナノチューブ
やカーボンナノファイバといった電界集中因子を大きく
できる材料の合成がすすみ、低電圧での電子放出が観測
され、フィールドエミッションディスプレイ等への応用
が期待されている。しかしこれらのカーボンナノチュー
ブやカーボンナノファイバからの電子放出特性における
空間安定性について問題があった。今後更なる低電圧動
作、高電流動作も望まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような状況でスピ
ント型冷陰極の特性改善については表面への異なった材
料のコーティングが検討されてきている。また、カーボ
ンナノチューブやカーボンナノファイバからの電子放出
時の空間安定性を向上させるためにもコーティング技術
が注目される。これまでにいくつかの試みが為されてい
るが、更に優れた電子放出特性の実現が望まれている。
ント型冷陰極の特性改善については表面への異なった材
料のコーティングが検討されてきている。また、カーボ
ンナノチューブやカーボンナノファイバからの電子放出
時の空間安定性を向上させるためにもコーティング技術
が注目される。これまでにいくつかの試みが為されてい
るが、更に優れた電子放出特性の実現が望まれている。
【０００５】本発明は上記の状況を鑑みてなされたもの
で、従来に優る電子放出特性をもった冷陰極を提供する
ことを目的とする。
で、従来に優る電子放出特性をもった冷陰極を提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の電極は、厚さ５０ｎｍ以下の電子親和力４ｅ
Ｖ以下の膜を表面に有することを特徴とする。なお、膜
の厚さは薄いほど好ましいが、下限としては製造コスト
を考慮して３ｎｍが好ましい。また、電子親和力として
は３．５ｅＶ以下が好ましい。電子親和力は小さいほど
好ましくマイナスの値をとれば更に好ましい。
の本発明の電極は、厚さ５０ｎｍ以下の電子親和力４ｅ
Ｖ以下の膜を表面に有することを特徴とする。なお、膜
の厚さは薄いほど好ましいが、下限としては製造コスト
を考慮して３ｎｍが好ましい。また、電子親和力として
は３．５ｅＶ以下が好ましい。電子親和力は小さいほど
好ましくマイナスの値をとれば更に好ましい。
【０００７】また、前記の膜がIII族原子と窒素原子の
化合物、窒化ホウ素炭素、ダイヤモンドのいずれかであ
ることを特徴とする。III族原子と窒素原子の化合物と
しては、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、窒化ホウ素アルミニウム（ＡｌＢＮ）、窒化ホウ
素ガリウム（ＢＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム
（ＡｌＧａＮ）、窒化ホウ素炭素（ＢＣＮ）、ダイヤモ
ンドがあげられる。
化合物、窒化ホウ素炭素、ダイヤモンドのいずれかであ
ることを特徴とする。III族原子と窒素原子の化合物と
しては、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）、窒化ホウ素アルミニウム（ＡｌＢＮ）、窒化ホウ
素ガリウム（ＢＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム
（ＡｌＧａＮ）、窒化ホウ素炭素（ＢＣＮ）、ダイヤモ
ンドがあげられる。
【０００８】また、前記の膜にシリコン、イオウ、酸
素、リン原子のいずれかを含有することを特徴とする。
かかる原子を含有する場合は、フェルミ準位の上昇とい
う効果を奏する。含有量としては、原子％で、０．００
１％〜１％が好ましく、０．０１％〜０．１％がより好
ましい。
素、リン原子のいずれかを含有することを特徴とする。
かかる原子を含有する場合は、フェルミ準位の上昇とい
う効果を奏する。含有量としては、原子％で、０．００
１％〜１％が好ましく、０．０１％〜０．１％がより好
ましい。
【０００９】また、前記の膜の表面に水素が存在するこ
とを特徴とする。表面に水素が存在する場合には、電子
親和力の低下という効果が達成される。なお、表面に水
素を存在させるためには、膜の堆積後、水素プラズマ処
理を行えばよい。
とを特徴とする。表面に水素が存在する場合には、電子
親和力の低下という効果が達成される。なお、表面に水
素を存在させるためには、膜の堆積後、水素プラズマ処
理を行えばよい。
【００１０】また、前記の膜が凹凸を有するまたは尖塔
形状を有する基板上に存在することを特徴とする。膜が
凹凸又は尖塔形状を有する場合には、凹凸又は尖塔形状
部の膜内及び膜表面で電界強度を上昇させるという効果
が達成される。凹凸は１０〜５０ｎｍとすることが好ま
しい。また、前記の膜がカーボンナノチューブ、カーボ
ンナノファイバ上に存在することを特徴とする。この場
合には、更に膜内及び表面の電界強度が上昇するという
効果を達成する。
形状を有する基板上に存在することを特徴とする。膜が
凹凸又は尖塔形状を有する場合には、凹凸又は尖塔形状
部の膜内及び膜表面で電界強度を上昇させるという効果
が達成される。凹凸は１０〜５０ｎｍとすることが好ま
しい。また、前記の膜がカーボンナノチューブ、カーボ
ンナノファイバ上に存在することを特徴とする。この場
合には、更に膜内及び表面の電界強度が上昇するという
効果を達成する。
【００１１】また、本発明の電子放出装置は、前記電極
を陰極として備えたことを特徴とする。
を陰極として備えたことを特徴とする。
【００１２】さらに、本発明のプラズマディスプレイは
前記電極を放電セルの電極として用いたことを特徴とす
る。
前記電極を放電セルの電極として用いたことを特徴とす
る。
【００１３】本発明の電子放出素子をディスプレイに用
いた場合、低電圧動作、明瞭な画像を実現できる。
いた場合、低電圧動作、明瞭な画像を実現できる。
【００１４】本発明の電子放出素子を電子ビーム露光装
置に用いた場合、高解像度の電子ビーム露光装置が実現
できる。
置に用いた場合、高解像度の電子ビーム露光装置が実現
できる。
【００１５】本発明の電子放出素子をマイクロ波進行波
管に用いた場合、高出力マイクロ波出力を得られること
ができる。
管に用いた場合、高出力マイクロ波出力を得られること
ができる。
【００１６】本発明の電子放出素子を撮像素子に用いた
場合、明瞭な画像が実現できる。
場合、明瞭な画像が実現できる。
【００１７】本発明の電子放出素子を電子ビームを用い
た材料評価装置に用いた場合、評価精度の向上が実現で
きる。
た材料評価装置に用いた場合、評価精度の向上が実現で
きる。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
説明する。
説明する。
【００１９】本発明による電子放出装置は３．５ｅＶ以
下の電子親和力をもつ半導体膜を従来のシリコンやモリ
ブデンで作製されるスピント型冷陰極、他の金属や半導
体基板表面に凹凸を設けて作製される冷陰極、金属基板
上にカーボンナノチューブやカーボンナノファイバを作
製した冷陰極、および金属や半導体平坦基板に５０ｎｍ
以下の厚さに設ける。
下の電子親和力をもつ半導体膜を従来のシリコンやモリ
ブデンで作製されるスピント型冷陰極、他の金属や半導
体基板表面に凹凸を設けて作製される冷陰極、金属基板
上にカーボンナノチューブやカーボンナノファイバを作
製した冷陰極、および金属や半導体平坦基板に５０ｎｍ
以下の厚さに設ける。
【００２０】前記の従来の冷陰極やカーボンナノチュー
ブやカーボンナノファイバおよび陰極基板として用いら
れているほとんどの材料は仕事関数が４ｅＶ以上である
ため、本発明の薄膜を設けることにより、従来の冷陰極
の電子放出特性の改善および信頼性の向上に効果を発揮
すると共に、作製の容易な平板型電子放出装置の提供が
可能となる。
ブやカーボンナノファイバおよび陰極基板として用いら
れているほとんどの材料は仕事関数が４ｅＶ以上である
ため、本発明の薄膜を設けることにより、従来の冷陰極
の電子放出特性の改善および信頼性の向上に効果を発揮
すると共に、作製の容易な平板型電子放出装置の提供が
可能となる。
【００２１】
【実施例】以下に各々の基板上に作製する本発明の電子
放出装置の実施例について、具体的に説明する。
放出装置の実施例について、具体的に説明する。
【００２２】（実施例１）図１は本発明の第１実施例に
係る電子放出装置の断面概略図を示す。実施例１の電子
放出装置は基板１、窒化ホウ素薄膜２、ＳｉＯx膜３、
引き出し電極４、アノード電極５、電源６、７、カソー
ド電極８で構成されている。
係る電子放出装置の断面概略図を示す。実施例１の電子
放出装置は基板１、窒化ホウ素薄膜２、ＳｉＯx膜３、
引き出し電極４、アノード電極５、電源６、７、カソー
ド電極８で構成されている。
【００２３】基板１としてここではシリコンを用いた。
その上に三塩化ホウ素と窒素ガスを用いたプラズマアシ
スト化学気相合成（ＣＶＤ）法によって窒化ホウ素薄膜
２を２５ｎｍ碓積した。窒化ホウ素薄膜２にはイオウ原
子を１×１０18ｃｍ-3の濃度に添加した。
その上に三塩化ホウ素と窒素ガスを用いたプラズマアシ
スト化学気相合成（ＣＶＤ）法によって窒化ホウ素薄膜
２を２５ｎｍ碓積した。窒化ホウ素薄膜２にはイオウ原
子を１×１０18ｃｍ-3の濃度に添加した。
【００２４】次に、窒化ホウ素薄膜２上にＳｉＯx薄膜
３を８００ｎｍ、および引き出し電極４用金属としてＴ
ｉ（２０ｎｍ）／Ａｕ（５００ｎｍ）を電子ビーム蒸着
法で形成する。また、シリコン基板１の裏面にカソード
電極８としてＡｌ（５００ｎｍ）を電子ビーム蒸着し
た。その後、フォトリソグラフィー工程を用いて、引き
出し電極４用金属およびＳｉＯx薄膜３をエッチングに
より除去し、直径５μｍの窓を形成する。
３を８００ｎｍ、および引き出し電極４用金属としてＴ
ｉ（２０ｎｍ）／Ａｕ（５００ｎｍ）を電子ビーム蒸着
法で形成する。また、シリコン基板１の裏面にカソード
電極８としてＡｌ（５００ｎｍ）を電子ビーム蒸着し
た。その後、フォトリソグラフィー工程を用いて、引き
出し電極４用金属およびＳｉＯx薄膜３をエッチングに
より除去し、直径５μｍの窓を形成する。
【００２５】窓の中に露出した窒化ホウ素薄膜２表面を
水素プラズマで処理した後、真空チェンバー内でアノー
ド電極５となる金属板を窒化ホウ素薄膜２に対向させ、
その間隔を１２５μｍとした。
水素プラズマで処理した後、真空チェンバー内でアノー
ド電極５となる金属板を窒化ホウ素薄膜２に対向させ、
その間隔を１２５μｍとした。
【００２６】引き出し電極４を接地し、カソード電極８
とアノード電極５に各々バイアスを加えて、８×１０-7
Ｔｏｒｒ以下の真空度で放出電流を測定した。アノード
電圧を５００Ｖと一定にし、カソード電圧を変化させ
た。カソード電極８に４０Ｖ印加することにより０．１
ｍＡの高い放出電流が得られた。
とアノード電極５に各々バイアスを加えて、８×１０-7
Ｔｏｒｒ以下の真空度で放出電流を測定した。アノード
電圧を５００Ｖと一定にし、カソード電圧を変化させ
た。カソード電極８に４０Ｖ印加することにより０．１
ｍＡの高い放出電流が得られた。
【００２７】シリコン基板上に窒化ホウ素薄膜を上記の
方法で堆積させ、厚さの異なる試料において引き出し電
極４を作製しないで、窒化ホウ素薄膜とアノード電極５
間を１２５μｍと一定にして電子放出電流が１×１０-1
１Ａ得られる時の平均しきい値電界を調べると図２の結
果が得られる。このことから更に薄膜化を行うことによ
りしきい値電界の低下が期待できる。
方法で堆積させ、厚さの異なる試料において引き出し電
極４を作製しないで、窒化ホウ素薄膜とアノード電極５
間を１２５μｍと一定にして電子放出電流が１×１０-1
１Ａ得られる時の平均しきい値電界を調べると図２の結
果が得られる。このことから更に薄膜化を行うことによ
りしきい値電界の低下が期待できる。
【００２８】本発明による電子放出特性の改善は本発明
の半導体膜を設けることにより、それを設けない場合の
冷陰極に比べ、実効的な仕事関数が低減できることによ
っている。ここでは窒化ホウ素膜を用いたが、窒化ホウ
素以外に図３に示すような低い電子親和力を有する材料
を用いることができる。III族原子と窒素原子からなる
化合物は有機金属化学気相合成（ＭＯＣＶＤ）法や分子
線エビタキシャル（ＭＢＥ）法によって薄膜合成がで
き、電子放出装置の作製に用いられる。
の半導体膜を設けることにより、それを設けない場合の
冷陰極に比べ、実効的な仕事関数が低減できることによ
っている。ここでは窒化ホウ素膜を用いたが、窒化ホウ
素以外に図３に示すような低い電子親和力を有する材料
を用いることができる。III族原子と窒素原子からなる
化合物は有機金属化学気相合成（ＭＯＣＶＤ）法や分子
線エビタキシャル（ＭＢＥ）法によって薄膜合成がで
き、電子放出装置の作製に用いられる。
【００２９】また、本実施例では窒化ホウ素の合成にプ
ラズマＣＶＤ法を用いたが、窒化ホウ素炭素膜の合成に
対しても同様のプラズマＣＶＤ法を用い、メタンガス等
を用いて炭素を供給することにより薄膜の堆積ができ
る。ダイヤモンドについてはプラズマＣＶＤ法やホット
フィラメントＣＶＤ法によって合成できる。
ラズマＣＶＤ法を用いたが、窒化ホウ素炭素膜の合成に
対しても同様のプラズマＣＶＤ法を用い、メタンガス等
を用いて炭素を供給することにより薄膜の堆積ができ
る。ダイヤモンドについてはプラズマＣＶＤ法やホット
フィラメントＣＶＤ法によって合成できる。
【００３０】イオウ不純物を添加した窒化ホウ素薄膜２
を用いたが、ドナー不純物となるリチウム、酸素、シリ
コン等の原子を添加した窒化ホウ素薄膜３を用いること
もできる。上記の窒化ホウ素以外のIII族原子と窒素原
子からなる化合物に対しても同様の不純物を用いること
ができる。また、ダイヤモンドについてはイオウ、リ
ン、ホウ素、窒素を不純物として用いることができる。
を用いたが、ドナー不純物となるリチウム、酸素、シリ
コン等の原子を添加した窒化ホウ素薄膜３を用いること
もできる。上記の窒化ホウ素以外のIII族原子と窒素原
子からなる化合物に対しても同様の不純物を用いること
ができる。また、ダイヤモンドについてはイオウ、リ
ン、ホウ素、窒素を不純物として用いることができる。
【００３１】ここでは基板材料としてシリコンを用いた
が、それ以外の金属、ガリウムヒ素、インジウムリン、
炭化ケイ素、窒化ガリウム等、様々な導体および半導体
を用いても作製できる。また、引き出し電極４用金属と
してＴｉ／Ａｕを用いたが、Ｔｉの代わりにＣｒ、Ａｕ
の代わりには様々な金属を用いることができる。
が、それ以外の金属、ガリウムヒ素、インジウムリン、
炭化ケイ素、窒化ガリウム等、様々な導体および半導体
を用いても作製できる。また、引き出し電極４用金属と
してＴｉ／Ａｕを用いたが、Ｔｉの代わりにＣｒ、Ａｕ
の代わりには様々な金属を用いることができる。
【００３２】半導体基板を用いる場合にはオーミック電
極形成可能な材料であればどのような金属でもカソード
電極８用金属として用いる事ができ、導体基板を用いる
場合には基板自身をカソード電極として用いることがで
きる。
極形成可能な材料であればどのような金属でもカソード
電極８用金属として用いる事ができ、導体基板を用いる
場合には基板自身をカソード電極として用いることがで
きる。
【００３３】（実施例２）図４は本発明の第２実施例に
係る電子放出装置の断面概略図を示す。シリコン基板１
上にスピント型尖塔形状が形成され、本発明の窒化ホウ
素炭素膜が設けられた電子放出装置であり、基板２１、
窒化ホウ素炭素薄膜２２、ＳｉＯx膜２３、引き出し電
極２４、アノード電極２５、電源２６、２７、カソード
電極２８、尖塔形状２９で構成されている。
係る電子放出装置の断面概略図を示す。シリコン基板１
上にスピント型尖塔形状が形成され、本発明の窒化ホウ
素炭素膜が設けられた電子放出装置であり、基板２１、
窒化ホウ素炭素薄膜２２、ＳｉＯx膜２３、引き出し電
極２４、アノード電極２５、電源２６、２７、カソード
電極２８、尖塔形状２９で構成されている。
【００３４】取り出し電極２４を持つ尖塔形状２９が作
製されたｎ型シリコン基板１（１１１）を用い、尖塔形
状部２９に本発明の窒化ホウ素炭素薄膜２２を形成す
る。プラズマアシスト化学気相合成法により三塩化ホウ
素とメタンと窒素ガスを用いて窒化ホウ素炭素薄膜２２
（組成比、ホウ素０．４、炭素０．２、窒素０．４）を
２５ｎｍ堆積した。窒化ホウ素炭素薄膜２２にはイオウ
原子を１×１０18ｃｍ-3の濃度に添加した。シリコン基
板１の裏面にカソード電極２８としてＡｌ（５００ｎ
ｍ）を電子ビーム蒸着した。窒化ホウ素炭素薄膜２２表
面を水素プラズマで処理した後、真空チェンバー内でア
ノード電極２５となる金属板を窒化ホウ素炭素薄膜２２
を有する尖塔形状部２９に対向させ、その間隔を１２５
μｍとした。引き出し電極２４を接地し、カソード電極
２８とアノード電極２５に各々バイアスを加えて、８×
１０-7Ｔｏｒｒ以下の真空度で放出電流を測定した。ア
ノード電圧を５００Ｖと一定にし、カソード電圧を変化
させた。カソード電極２８に３０Ｖ印加することにより
０．１ｍＡの高い放出電流が得られた。
製されたｎ型シリコン基板１（１１１）を用い、尖塔形
状部２９に本発明の窒化ホウ素炭素薄膜２２を形成す
る。プラズマアシスト化学気相合成法により三塩化ホウ
素とメタンと窒素ガスを用いて窒化ホウ素炭素薄膜２２
（組成比、ホウ素０．４、炭素０．２、窒素０．４）を
２５ｎｍ堆積した。窒化ホウ素炭素薄膜２２にはイオウ
原子を１×１０18ｃｍ-3の濃度に添加した。シリコン基
板１の裏面にカソード電極２８としてＡｌ（５００ｎ
ｍ）を電子ビーム蒸着した。窒化ホウ素炭素薄膜２２表
面を水素プラズマで処理した後、真空チェンバー内でア
ノード電極２５となる金属板を窒化ホウ素炭素薄膜２２
を有する尖塔形状部２９に対向させ、その間隔を１２５
μｍとした。引き出し電極２４を接地し、カソード電極
２８とアノード電極２５に各々バイアスを加えて、８×
１０-7Ｔｏｒｒ以下の真空度で放出電流を測定した。ア
ノード電圧を５００Ｖと一定にし、カソード電圧を変化
させた。カソード電極２８に３０Ｖ印加することにより
０．１ｍＡの高い放出電流が得られた。
【００３５】ここでは窒化ホウ素炭素薄膜を用いたが、
窒化ホウ素をはじめ前記の他の材料も用いることができ
る。
窒化ホウ素をはじめ前記の他の材料も用いることができ
る。
【００３６】（実施例３）図５は本発明の第３実施例に
係る電子放出装置の断面概略図を示す。実施例３の電子
放出装置はｎ型窒化ガリウム層３０が形成されたシリコ
ン基板３１、窒化ホウ素炭素薄膜３２、ＳｉＯx膜３
３、引き出し電極３４、アノード電極３５、電源３６、
３７、カソード電極３８で構成されている。
係る電子放出装置の断面概略図を示す。実施例３の電子
放出装置はｎ型窒化ガリウム層３０が形成されたシリコ
ン基板３１、窒化ホウ素炭素薄膜３２、ＳｉＯx膜３
３、引き出し電極３４、アノード電極３５、電源３６、
３７、カソード電極３８で構成されている。
【００３７】有機金属化学気相合成法によってｎ型シリ
コン基板３１（１１１）面上にシリコン添加ｎ型窒化ガ
リウム層３０を１μｍ成長させたウェハーを基板として
用いる。マイクロ波により水素プラズマを生成し、窒化
ガリウム層３０の表面を処理する。マイクロ波出力３０
０Ｗ、水素流量を５０ｓｃｃｍ、ガス圧力４０Ｔｏｒｒ
に設定し、５分間処理を行う。水素プラズマ処理によっ
て平坦な窒化ガリウム層３０表面は１０〜５０ｎｍの凹
凸を有する表面に変化する。その上に三塩化ホウ素とメ
タンと窒素ガスを用いたプラズマアシスト化学気相合成
法によって窒化ホウ素炭素薄膜３２（組成比、ホウ素
０．４、炭素０．２、窒素０．４）を２５ｎｍ堆積し
た。
コン基板３１（１１１）面上にシリコン添加ｎ型窒化ガ
リウム層３０を１μｍ成長させたウェハーを基板として
用いる。マイクロ波により水素プラズマを生成し、窒化
ガリウム層３０の表面を処理する。マイクロ波出力３０
０Ｗ、水素流量を５０ｓｃｃｍ、ガス圧力４０Ｔｏｒｒ
に設定し、５分間処理を行う。水素プラズマ処理によっ
て平坦な窒化ガリウム層３０表面は１０〜５０ｎｍの凹
凸を有する表面に変化する。その上に三塩化ホウ素とメ
タンと窒素ガスを用いたプラズマアシスト化学気相合成
法によって窒化ホウ素炭素薄膜３２（組成比、ホウ素
０．４、炭素０．２、窒素０．４）を２５ｎｍ堆積し
た。
【００３８】窒化ホウ素炭素薄膜３２にはイオウ原子を
１×１０18ｃｍ-3の濃度に添加した。
１×１０18ｃｍ-3の濃度に添加した。
【００３９】次に、窒化ホウ素炭素薄膜３２上にＳｉＯ
x薄膜３３を８００ｎｍ、および引き出し電極３４用金
属としてＴｉ（２０ｎｍ）／Ａｕ（５００ｎｍ）を電子
ビーム蒸着法で形成する。また、シリコン基板３１の裏
面にカソード電極３８としてＡｌ（５００ｎｍ）を電子
ビーム蒸着した。その後、フォトリソグラフィー工程を
用いて、引き出し電極３４用金属およびＳｉＯx薄膜３
３をエッチングにより除去し、直径５μｍの窓を形成す
る。窓の中に露出した窒化ホウ素炭素薄膜３２表面を水
素プラズマで処理した後、真空チェンバー内でアノード
電極３５となる金属板を窒化ホウ素炭素薄膜３２に対向
させ、その間隔を１２５μｍとした。引き出し電極３４
を接地し、カソード電極３８とアノード電極３５に各々
バイアスを加えて、８×１０-7Ｔｏｒｒ以下の真空度で
放出電流を測定した。アノード電圧を５００Ｖと一定に
し、カソード電圧を変化させた。カソード電極３８に４
０Ｖ印加することにより０．１ｍＡの高い放出電流が得
られた。
x薄膜３３を８００ｎｍ、および引き出し電極３４用金
属としてＴｉ（２０ｎｍ）／Ａｕ（５００ｎｍ）を電子
ビーム蒸着法で形成する。また、シリコン基板３１の裏
面にカソード電極３８としてＡｌ（５００ｎｍ）を電子
ビーム蒸着した。その後、フォトリソグラフィー工程を
用いて、引き出し電極３４用金属およびＳｉＯx薄膜３
３をエッチングにより除去し、直径５μｍの窓を形成す
る。窓の中に露出した窒化ホウ素炭素薄膜３２表面を水
素プラズマで処理した後、真空チェンバー内でアノード
電極３５となる金属板を窒化ホウ素炭素薄膜３２に対向
させ、その間隔を１２５μｍとした。引き出し電極３４
を接地し、カソード電極３８とアノード電極３５に各々
バイアスを加えて、８×１０-7Ｔｏｒｒ以下の真空度で
放出電流を測定した。アノード電圧を５００Ｖと一定に
し、カソード電圧を変化させた。カソード電極３８に４
０Ｖ印加することにより０．１ｍＡの高い放出電流が得
られた。
【００４０】本実施例では水素プラズマ処理によって凹
凸表面を作製したが、表面に凹凸を形成するためのプラ
ズマを生成するガスとして酸素、塩素、フッ素等を含む
ガスも使用できる。プラズマの生成にはマイクロ波だけ
ではなくＲＦ電力を用いる事もでき、プラズマ処理にお
いて試料にバイアスをかけることは表面形状の制御に有
効である。
凸表面を作製したが、表面に凹凸を形成するためのプラ
ズマを生成するガスとして酸素、塩素、フッ素等を含む
ガスも使用できる。プラズマの生成にはマイクロ波だけ
ではなくＲＦ電力を用いる事もでき、プラズマ処理にお
いて試料にバイアスをかけることは表面形状の制御に有
効である。
【００４１】（実施例４）図６は本発明の第４実施例に
係る電子放出装置の断面概略図を示す。金属基板４１上
にカーボンナノファイバ４０が形成され、本発明の窒化
ホウ素炭素膜が設けられた電子放出装置であり、基板４
１、窒化ホウ素炭素薄膜４２、ＳｉＯx膜４３、引き出
し電極４４、アノード電極４５、電源４６、４７で構成
されている。
係る電子放出装置の断面概略図を示す。金属基板４１上
にカーボンナノファイバ４０が形成され、本発明の窒化
ホウ素炭素膜が設けられた電子放出装置であり、基板４
１、窒化ホウ素炭素薄膜４２、ＳｉＯx膜４３、引き出
し電極４４、アノード電極４５、電源４６、４７で構成
されている。
【００４２】金属基板４１上にカーボンナノファイバ４
０を作製し、その上に本発明の窒化ホウ素炭素薄膜４２
を形成する。プラズマアシスト化学気相合成法により三
塩化ホウ素とメタンと窒素ガスを用いて窒化ホウ素炭素
薄膜４２（組成比、ホウ素０．４、炭素０．２、窒素
０．４）を２５ｎｍ堆積した。窒化ホウ素炭素薄膜４２
にはイオウ原子を１×１０18ｃｍ-3の濃度に添加した。
次に、窒化ホウ素炭素薄膜４２上にＳｉＯx薄膜４３を
８００ｎｍ、および引き出し電極４４用金属としてＴｉ
（２０ｎｍ）／Ａｕ（５００ｎｍ）を電子ビーム蒸着法
で形成する。その後、フォトリソグラフイー工程を用い
て、引き出し電極４４用金属およびＳｉＯ x薄膜４３を
エッチングにより除去し、直径５μｍの窓を形成する。
窓の中に露出した窒化ホウ素炭素薄膜４２表面を水素プ
ラズマで処理した後、真空チェンバー内でアノード電極
４５となる金属板を窒化ホウ素炭素薄膜４２に対向さ
せ、その間隔を１２５μｍとした。引き出し電極４４を
接地し、金属基板４１をカソード電極とし、金属基板４
１とアノード電極４５に各々バイアスを加えて、８×１
０-7Ｔｏｒｒ以下の真空度で放出電流を測定した。アノ
ード電圧を５００Ｖと一定にし、カソード電圧を変化さ
せた。金属基板４１に１０Ｖ印加することにより０．１
ｍＡの高い放出電流が得られた。
０を作製し、その上に本発明の窒化ホウ素炭素薄膜４２
を形成する。プラズマアシスト化学気相合成法により三
塩化ホウ素とメタンと窒素ガスを用いて窒化ホウ素炭素
薄膜４２（組成比、ホウ素０．４、炭素０．２、窒素
０．４）を２５ｎｍ堆積した。窒化ホウ素炭素薄膜４２
にはイオウ原子を１×１０18ｃｍ-3の濃度に添加した。
次に、窒化ホウ素炭素薄膜４２上にＳｉＯx薄膜４３を
８００ｎｍ、および引き出し電極４４用金属としてＴｉ
（２０ｎｍ）／Ａｕ（５００ｎｍ）を電子ビーム蒸着法
で形成する。その後、フォトリソグラフイー工程を用い
て、引き出し電極４４用金属およびＳｉＯ x薄膜４３を
エッチングにより除去し、直径５μｍの窓を形成する。
窓の中に露出した窒化ホウ素炭素薄膜４２表面を水素プ
ラズマで処理した後、真空チェンバー内でアノード電極
４５となる金属板を窒化ホウ素炭素薄膜４２に対向さ
せ、その間隔を１２５μｍとした。引き出し電極４４を
接地し、金属基板４１をカソード電極とし、金属基板４
１とアノード電極４５に各々バイアスを加えて、８×１
０-7Ｔｏｒｒ以下の真空度で放出電流を測定した。アノ
ード電圧を５００Ｖと一定にし、カソード電圧を変化さ
せた。金属基板４１に１０Ｖ印加することにより０．１
ｍＡの高い放出電流が得られた。
【００４３】実施例２〜４においても電子放出部の材料
として実施例１で述べたように本発明に係るIII族原子
と窒素原子の化合物、窒化ホウ素炭素、ダイヤモンドの
いずれの材料も用いることができる。また、実施例１〜
４において２つ以上の電子放出部を同一基板上に作製
し、アレーを実現することができる。
として実施例１で述べたように本発明に係るIII族原子
と窒素原子の化合物、窒化ホウ素炭素、ダイヤモンドの
いずれの材料も用いることができる。また、実施例１〜
４において２つ以上の電子放出部を同一基板上に作製
し、アレーを実現することができる。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による厚さ
５０ｎｍ以下の窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ホ
ウ素アルミニウム、窒化ホウ素ガリウム、窒化アルミニ
ウムガリウム、窒化ホウ素炭素、ダイヤモンドのいずれ
かの膜を有する電子放出装置において低電圧動作、高電
流動作が可能になり、凹凸や尖塔形状を有する基板上、
また、カーボンナノチューブやカーボンナノファイバ上
に本発明の膜を有することにより更にその効果は大き
く、信頼性も向上する。これによって高性能電子放出装
置が提供でき、表示装置、電子ビーム露光機、撮像装
置、および電子ビームを用いた材料評価装置のキーデバ
イスとして効果的である。
５０ｎｍ以下の窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ホ
ウ素アルミニウム、窒化ホウ素ガリウム、窒化アルミニ
ウムガリウム、窒化ホウ素炭素、ダイヤモンドのいずれ
かの膜を有する電子放出装置において低電圧動作、高電
流動作が可能になり、凹凸や尖塔形状を有する基板上、
また、カーボンナノチューブやカーボンナノファイバ上
に本発明の膜を有することにより更にその効果は大き
く、信頼性も向上する。これによって高性能電子放出装
置が提供でき、表示装置、電子ビーム露光機、撮像装
置、および電子ビームを用いた材料評価装置のキーデバ
イスとして効果的である。
【図１】本発明の電子放出装置の実施例１を示す断面図
【図２】電子放出しきい値電界と膜厚の関係を示すグラ
フ
フ
【図３】電子親和力と材料の関係を示すグラフ
【図４】本発明の電子放出装置の実施例２を示す断面図
【図５】本発明の電子放出装置の実施例３を示す断面図
【図６】本発明の電子放出装置の実施例４を示す断面図
１、２１、３１、４１・・基板 ２、２２、３２、４２・・膜 ３、２３、３３、４３・・ＳｉＯx膜 ４、２４、３４、４４・・引き出し電極 ５、２５、３５、４５・・アノード電極 ６、２６、３６、４６、７、２７、３７、４７・・電源 ８、２８、３８・・カソード電極 ２９・・尖塔部 ３０・・窒化ガリウム層 ４０・・カーボンナノチューブまたはカーボンナノファ
イバ
イバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅田 優 東京都中央区日本橋室町４丁目２番16号 株式会社渡邊商行内 Ｆターム(参考） 5C031 DD17 DD20 5C036 EE02 EE19 EG12 5C040 FA01 FA02 GF00 MA03
Claims (9)
- 【請求項１】 厚さ５０ｎｍ以下の電子親和力４．０ｅ
Ｖ以下の膜を表面に有することを特徴とする電極。 - 【請求項２】 前記膜がIII族原子と窒素原子の化合
物、窒化ホウ素炭素、ダイヤモンドのいずれかであるこ
とを特徴とする請求項１記載の電極。 - 【請求項３】 前記膜にシリコン、イオウ、酸素、リン
原子、リチウム、ホウ素、窒素のいずれかを含むことを
特徴とする請求項１または２記載の電極。 - 【請求項４】 前記膜の表面に水素が存在することを特
徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の電極。 - 【請求項５】 前記膜が、凹凸を有するまたは尖塔形状
を有する基板の表面に存在することを特徴とする請求項
１〜４のいずれか１項記載の電極。 - 【請求項６】 前記膜が、カーボンナノチューブまたは
カーボンナノファイバの表面に存在することを特徴とす
る請求項１〜４のいずれか１項記載の電極。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか１項記載の
電極を冷陰極として用いたことを特徴とする電子放出装
置。 - 【請求項８】 請求項１ないし６のいずれか１項記載の
電極を放電セルの電極として用いたことを特徴とするプ
ラズマディスプレイ。 - 【請求項９】 請求項７記載の電子放出素子を用いたこ
とを特徴とするフィールドエミッションディスプレイ、
電子ビーム露光装置、マイクロ波進行波管、撮像素子、
電子ビームを用いた材料評価装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001157826A JP2002352694A (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | 電極、電子放出素子及びそれを用いた装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001157826A JP2002352694A (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | 電極、電子放出素子及びそれを用いた装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002352694A true JP2002352694A (ja) | 2002-12-06 |
Family
ID=19001629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001157826A Pending JP2002352694A (ja) | 2001-05-25 | 2001-05-25 | 電極、電子放出素子及びそれを用いた装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002352694A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005022578A1 (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-10 | National Institute For Materials Science | 電界電子放出特性を利する自己造形的表面形状を有するｓｐ3結合性窒化ホウ素薄膜とその製造方法及びその用途 |
| JP2007265884A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Ricoh Co Ltd | 電子放出素子、帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 |
| JP2007264429A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Ricoh Co Ltd | 電子放出素子・帯電装置・プロセスカートリッジ・画像形成装置 |
| JP2008096922A (ja) * | 2006-10-16 | 2008-04-24 | Ricoh Co Ltd | 電子放出素子、帯電装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ |
| JP2015034969A (ja) * | 2013-07-12 | 2015-02-19 | 株式会社リコー | 帯電装置、画像形成装置、プロセスカートリッジ、及びイオン発生装置 |
| JP2015056995A (ja) * | 2013-09-13 | 2015-03-23 | 株式会社デンソー | 熱電子発電素子 |
| US11664182B2 (en) | 2020-11-02 | 2023-05-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electron emitting element and power generation element |
-
2001
- 2001-05-25 JP JP2001157826A patent/JP2002352694A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005022578A1 (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-10 | National Institute For Materials Science | 電界電子放出特性を利する自己造形的表面形状を有するｓｐ3結合性窒化ホウ素薄膜とその製造方法及びその用途 |
| JP2007265884A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Ricoh Co Ltd | 電子放出素子、帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 |
| JP2007264429A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Ricoh Co Ltd | 電子放出素子・帯電装置・プロセスカートリッジ・画像形成装置 |
| JP2008096922A (ja) * | 2006-10-16 | 2008-04-24 | Ricoh Co Ltd | 電子放出素子、帯電装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ |
| JP2015034969A (ja) * | 2013-07-12 | 2015-02-19 | 株式会社リコー | 帯電装置、画像形成装置、プロセスカートリッジ、及びイオン発生装置 |
| JP2015056995A (ja) * | 2013-09-13 | 2015-03-23 | 株式会社デンソー | 熱電子発電素子 |
| US11664182B2 (en) | 2020-11-02 | 2023-05-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electron emitting element and power generation element |
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