JP2002509336A - Self-gettering electron field emitter and fabrication process - Google Patents

Self-gettering electron field emitter and fabrication process

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JP2002509336A
JP2002509336A JP2000539504A JP2000539504A JP2002509336A JP 2002509336 A JP2002509336 A JP 2002509336A JP 2000539504 A JP2000539504 A JP 2000539504A JP 2000539504 A JP2000539504 A JP 2000539504A JP 2002509336 A JP2002509336 A JP 2002509336A
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field emission
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gettering
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ポッター、マイケル、ディ
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アドバンスド ビジョン テクノロジーズ,インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 セルフゲッタリング電子電界放出体(30)が電子を放出する低仕事関数材料で形成された第1部分(40)を有し、かつこの放出体が低抵抗電気導体とゲッタリング表面の両方として作用する一体式第2部分(50)を有する。セルフゲッタリング放出体(30)は、基板に平行に低仕事関数材料の薄膜を配置することによって及び基板に平行にかつ低仕事関数材料の薄膜と接触して低抵抗ゲッタリング材料の薄膜を配置することによって形成される。セルフゲッタリング放出体(30)は、横方向電界放出装置(10)に使用されるのに特に適している。好適放出体構造は、テーパ付き縁(60)を有し、及びゲッタリングかつ低抵抗材料の縁(55)を越えて短い距離延びる低仕事関数材料の凸角部分(45)を備える。マイクロエレクトロニック電界放出装置を製作する間のセルフゲッタリング電子電界放出体の現場形成に特に適合した製作プロセス(S1〜S6)がまた開示される。 (57) Abstract: A self-gettering electron field emitter (30) has a first portion (40) formed of a low work function material that emits electrons, and the emitter has a low resistance electrical conductor and a getter. It has an integral second portion (50) that acts as both ring surfaces. A self-gettering emitter (30) disposes a thin film of a low resistance gettering material by disposing a thin film of the low work function material parallel to the substrate and in parallel with the substrate and in contact with the thin film of the low work function material. It is formed by doing. The self-gettering emitter (30) is particularly suitable for use in a lateral field emission device (10). A preferred emitter structure has a tapered edge (60) and a convex portion (45) of low work function material that extends a short distance beyond the edge (55) of the gettering and low resistance material. Also disclosed are fabrication processes (S1-S6) that are particularly adapted for in-situ formation of self-gettering electron field emitters during fabrication of a microelectronic field emission device.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 (発明の分野) この発明は、一般に電界放出を利用するマイクロエレクトロニック装置とこの
ような装置の製作方法、特にセルフゲッタリング特性を有する電子電界放出体(
electron field emitter)構造の製作に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to microelectronic devices utilizing field emission and methods of fabricating such devices, and in particular, to electron field emitters having self-gettering characteristics.
Electron field emitter).

【0002】 (背景技術) 電界放出ディスプレイ内に使用されるもののような電子電界放出アレイを製作
するに当たっての困難な挑戦は、電子放出体が汚染されるのを防止するために有
効なゲッタ材料を用意することである。電界放出ディスプレイ内で典型的に、ゲ
ッタ材料がアレイ全体の外縁に置かれる。典型的ディスプレイの幅と長さは数1
0センチメートルであることがあり、かつ放出体と各セルの陽極との間の距離は
典型的に僅か50から200マイクロメートルであるから、ゲッタ材料は分解生
成物又は脱ガスされた(outgassed)種を有効にゲッタするにはアレイ
の多くの放出体から余りに遠く離れて配置されるおそれがある。その結果、放出
体の汚染が仕事関数に変化を引き起こして、電界放出アレイの壊滅的故障を生じ
るおそれがある。
BACKGROUND OF THE INVENTION A difficult challenge in fabricating electron field emission arrays, such as those used in field emission displays, is to provide a getter material that is effective to prevent electron emitters from becoming contaminated. It is to prepare. Typically in a field emission display, getter material is placed on the outer edge of the entire array. Typical display width and length are number 1
The getter material may be decomposition products or outgassed because it may be 0 centimeters and the distance between the emitter and the anode of each cell is typically only 50 to 200 micrometers. Effective gettering of the species can be located too far from many emitters of the array. As a result, contamination of the emitter can cause a change in the work function, causing catastrophic failure of the field emission array.

【0003】 (表記法と用語法) この明細書において、金属に適用される用語「窒化」、例えば、「窒化タンタ
ル」又は「窒化モリブデン」は、TaN、Ta2N、MoN、又はMo2Nのよう
な化学量論化合物ばかりでなく、非化学量論的な部分的窒化金属、すなわち、化
学量論化合物を形成するために必要な量で必ずしもなくても、或る量の窒素を添
加されている金属もまた指す。このような材料の化学式は、例えば、MoNx又 はTaxNのようにしばしば書かれる。例えば、非化学量論窒化組成を生成する ために、反応性スパッタリング又はイオン打込みによって、種々の量の窒素を金
属の薄膜内へ導入することができることは、技術的に知られている。
[0003] In (notation and terminology) herein, the term "nitride" as applied to a metal, for example, "a tantalum nitride" or "molybdenum nitride" is, TaN, Ta 2 N, MoN, or Mo 2 N Not only stoichiometric compounds such as but also non-stoichiometric partial metal nitrides, i.e., a certain amount of nitrogen is added, although not necessarily in the amount required to form a stoichiometric compound. Metal also refers to The chemical formula of such a material is often written, for example, as MoN x or Ta x N. It is known in the art that varying amounts of nitrogen can be introduced into thin metal films by reactive sputtering or ion implantation to produce, for example, a non-stoichiometric nitride composition.

【0004】 この明細書において用語「横方向(lateral)」は、電子装置がその上
に形成される基板に平行な方向を一般に指す。それゆえ、「横方向電界放出装置
」は、基板上に形成され、かつ陽極が少なくとも基板に平行な方向に沿って電界
放出体から間隔を取っているような構造を備えて形成された電界放出装置を指す
。同様に、用語「横方向放出体」は、横方向装置の基板に実質的に平行に作られ
、それによって陽極へ向けての電子の放出が基板に全体的に平行に起こる電界放
出体を指す。薄膜で形成されたこのような横方向放出体の例は、関連技術におい
て知られている。
[0004] As used herein, the term "lateral" generally refers to a direction parallel to a substrate on which the electronic device is formed. Therefore, a "transverse field emission device" is a field emission device formed on a substrate and formed such that the anode is spaced from the field emitter along at least a direction parallel to the substrate. Refers to the device. Similarly, the term "lateral emitter" refers to a field emitter made substantially parallel to the substrate of the lateral device, such that emission of electrons toward the anode occurs generally parallel to the substrate. . Examples of such lateral emitters formed of thin films are known in the relevant art.

【0005】 或る権威筋(authorities)は用語「ゲッタリング(getter
ing)」を残留ガス及び装置の処理中生成されたガス又は他の汚染物質のクリ
ーンアップを意味することに限定しており、かつ装置の寿命中に生成されたガス
又は他の汚染物質のクリーンアップを意味するのに「キーピング(keepin
g)」を使用しているが、この明細書及び添付の特許請求の範囲においては用語
「ゲッタリング」に全てのこのような適用を含ませると意図する。用語「汚染物
質(contaminants)」には、電子電界放出装置の放出体からの電子
放出に影響するおそれのあるあらゆる不意の又は不要な物質を含せると意図する
。このような汚染物質は、原子、分子、原子団(atom cluster)、
イオン、遊離基等であると云える。普通の潜在的分子汚染物質には、例えば、O 2 、H2、SO2、N2、NH3、CO2、CO、H2O、C22、C24、SF6、及
びCCI22がある。
[0005] Certain authorities author the term "gettering.
ing) to remove residual gases and gases or other contaminants generated during the processing of the equipment.
Gas generated during the life of the device, limited to
Or "keeping" to mean cleanup of other contaminants.
g) ”, but in this specification and the appended claims, the term
"Gettering" is intended to include all such applications. The term "contaminants
The "containants" include the electrons from the emitter of the electron field emission device.
Intended to include any abrupt or unwanted substances that may affect the release
. Such contaminants include atoms, molecules, atom clusters,
It can be said that they are ions, free radicals and the like. Common potential molecular contaminants include, for example, O Two , HTwo, SOTwo, NTwo, NHThree, COTwo, CO, HTwoO, CTwoHTwo, CTwoHFour, SF6,
And CCITwoFTwoThere is.

【0006】 (関連技術) 多くの電界放出装置構造が知られており、これらのうちで、大部分は、一般に
、例えば、米国特許第3,755,704号に説明されているスピンド(Spi
ndt)型式のものであってきたように見受けられる。次の米国特許は、横方向
電界放出体を有する種々の電界放出装置及び/又はそれらの製作プロセスを説明
する。クローニン(Cronin)他の第5,233,263号及び第5,30
8,439号、ジー(Xie)他の第5,528,099号、及びポッター(P
otter)の第5,616,061号、第5,618,216号、第5,62
8,663号、第5,630,741号、第5,644,188号、第5,64
4,190号、第5,647,998号、第5,666,019号、第5,66
9,802号、第5,700,176号、及び第5,703,380号。環境か
らガスを除去するゲッタ・ポンピングの使用は、長年知られている。最近、電子
放出先端が汚染されるのを防止するために種々の方法及び構成と共にゲッタリン
グが電界放出装置内に使用されている。
Related Art A number of field emission device structures are known, of which the majority are generally described in Spind (Spi) as described, for example, in US Pat. No. 3,755,704.
ndt) type. The following U.S. patents describe various field emission devices having lateral field emitters and / or their fabrication process. Nos. 5,233,263 and 5,30 by Cronin et al.
No. 8,439, Xie et al., No. 5,528,099, and Potter (P.
No. 5,616,061, No. 5,618,216, and No. 5,62.
No. 8,663, No. 5,630,741, No. 5,644,188, No. 5,64
No. 4,190, No. 5,647,998, No. 5,666,019, No. 5,66
9,802, 5,700,176, and 5,703,380. The use of getter pumping to remove gases from the environment has been known for many years. Recently, gettering has been used in field emission devices with various methods and configurations to prevent contamination of the electron emitting tip.

【0007】 トドコロ(Todokoro)他への米国特許第4,041,316号は、蒸
発源、すなわち、真空室の内面上及び陽極表面上に蒸発層を形成する蒸発材料を
備えた電界放出電子銃を開示する。真空室の内面と陽極に接着しかつこれらに埋
め込まれた反応ガスが電子衝撃によって引き出されるのを抑制する。
US Pat. No. 4,041,316 to Todokoro et al. Discloses a field emission electron gun with an evaporation source, ie, an evaporation material that forms an evaporation layer on the inner surface of the vacuum chamber and on the anode surface. Is disclosed. The reactive gas adhered to the inner surface of the vacuum chamber and the anode and embedded therein is suppressed from being extracted by electron impact.

【0008】 ロンゴ(Longo)他への米国特許第5,063,323号は、脱ガスされ
た材料をガス抜きする(venting)通路を用意する構造を開示する。電界
放出装置の電気的動作中とがった電界放出体先端と電極との間の空間に解放され
た脱ガスされた材料が分離空間内に用意されたゲッタリング材料のポンプへ通路
を通してガス抜きされる。
[0008] US Pat. No. 5,063,323 to Longo et al. Discloses a structure that provides for a venting passage for degassed material. During the electrical operation of the field emission device, the degassed material released into the space between the sharp field emitter tip and the electrode is degassed through a passage to a gettering material pump provided in the separation space. .

【0009】 ナカヤマ(Nakayama)他への米国特許第5,223,766号は、電
子ビームで以て照射されるとりん光体(phosphor)から発光することに
よって画像を表示する薄い型式の画像表示装置を開示する。その装置は、空間が
陰極パネルとバック・パネルとの間に存在すると云うようにフロント・パネルと
バック・パネルとの間に陰極パネルを有する。表示画面の中心で画質を維持する
ためにゲッタの拡散用スルーホールが陰極パネル内に形成される、又は大形表示
画面上でもかなり高い画質を達成するのに必要な圧力を維持するために陰極パネ
ルがゲッタによって支持される。この装置内のゲート電極をゲッタ材料で構成し
てもよい。
US Pat. No. 5,223,766 to Nakayama et al. Discloses a thin type of image display that displays an image by emitting light from a phosphor when illuminated with an electron beam. An apparatus is disclosed. The device has a cathode panel between the front panel and the back panel, such that space exists between the cathode panel and the back panel. Getter diffusion through holes are formed in the cathode panel to maintain image quality at the center of the display screen, or the cathode is used to maintain the pressure required to achieve fairly high image quality even on large display screens. The panel is supported by the getter. The gate electrode in this device may be made of a getter material.

【0010】 ワラス(Wallace)他への米国特許第5,453,659号及び第5,
520,563号は、集積ゲッタ材料(integrated getter material)を有する電界放出フラット・パネル・ディスプレイ内に使用
される陽極板を開示する。陽極板は、装置の陽極を含む複数の導電性平行ストラ
イプを有する透明プレーナ基板を含む。それらのストライプはりん光体によって
覆われ、かつそれらのストライプの間隔にゲッタリング材料がある。ゲッタリン
グ材料は、好適には、ジルコニウム−バナジウム−鉄又はバリウムである。
US Pat. Nos. 5,453,659 and 5,537 to Wallace et al.
No. 520,563 discloses an anode plate used in a field emission flat panel display with integrated getter material. The anode plate includes a transparent planar substrate having a plurality of conductive parallel stripes containing the anode of the device. The stripes are covered by phosphor and there is gettering material between the stripes. The gettering material is preferably zirconium-vanadium-iron or barium.

【0011】 ベル(Bell)他への米国特許第5,498,925号は、間隔を挟んだ第
1電極と第2電極を含み、模範的にはこれら2つの電極間で、それらの電極の1
つと接触したパターン化固体材料を備えたフラット・パネル表示装置を開示する
。パターン化(patterned)層(ウェブ(web)と呼ばれる)が多数
のアパーチャを含み、少なくとも1つのアパーチャが1つの所与のピクセルに関
連させられる。アパーチャ内に或る量の第2材料、模範的にはFPFEDの場合
りん光体が、又はLCDの場合色フィルタ材料が配置される。ウェブは、ゲッタ
材料又は吸湿材料を含むことができる。
[0011] US Patent No. 5,498,925 to Bell et al. Includes a first electrode and a second electrode spaced apart, typically between these two electrodes. 1
A flat panel display with a patterned solid material in contact with one is disclosed. A patterned layer (called a web) includes multiple apertures, with at least one aperture associated with one given pixel. An amount of a second material is placed in the aperture, typically a phosphor for FPFED or a color filter material for LCD. The web may include a getter material or a hygroscopic material.

【0012】 モイヤー(Moyer)他への米国特許第5,502,348号は、一体式活
性汚染物質吸収手段(integral active contaminan
t absorption means)を備える電荷弾道性伝導装置(bal
lastic charge transport device)を開示する
。電荷弾道性伝導装置は縁電子放出体(edge electron emit
ter)を含みこの放出体はそれを通る細長い中央開口を定め、開口の一端に受
取り端末(例えば、陽極)を及び他端にゲッタを備える。放出された電子を受取
り端末に引き着けるために適切な電位が放出体と受取り端末との間に印加され、
かつイオン及び他の望ましくない粒子のような汚染物質をゲッタへ向けて加速し
かつこれに吸着させるように放出体とゲッタとの間に異なった適切な電位が印加
される。
No. 5,502,348 to Moyer et al. Discloses an integral active contaminant absorbing means.
charge ballistic conduction device (bal) with absorption means
The present invention discloses a "last charge transport device". The charge ballistic conducting device is an edge electron emitter.
This emitter defines an elongated central opening therethrough, with a receiving terminal (eg, anode) at one end of the opening and a getter at the other end. An appropriate potential is applied between the emitter and the receiving terminal to attract the emitted electrons to the receiving terminal;
And different suitable potentials are applied between the emitter and the getter to accelerate and adsorb contaminants such as ions and other undesirable particles to the getter.

【0013】 ウィーマン(Wiemann)他への米国特許第5,545,946号は、フ
ェースプレート上に絶縁層及び放出層(emitting layer)を含む
電界放出ディスプレイを開示する。真空室が背面と放出層との間に配置されかつ
ゲッタを含む。汚染物質をフェースプレートから真空室へ通じるためにアパーチ
ャが絶縁層と放出層を通して定められる。
US Pat. No. 5,545,946 to Wiemann et al. Discloses a field emission display that includes an insulating layer and an emitting layer on a faceplate. A vacuum chamber is located between the back surface and the emissive layer and includes a getter. An aperture is defined through the insulating and emissive layers to pass contaminants from the faceplate to the vacuum chamber.

【0014】 ペング(Peng)他への米国特許第5,578,900号は、脱ガスされた
材料の除去のために組込みイオン・ポンプを有する電界放出ディスプイレイを開
示する。ゲッタリング材料で形成されたイオン・ポンプ陰極がゲート電極を覆い
、それであるから表示動作中、脱ガス放出された材料がイオン・ポンプ陰極で収
集される。これに代えて、イオン・ポンプ陰極を集束電極上に、集束メッシュ上
に、又は他の電極構造上に形成してよい。
US Pat. No. 5,578,900 to Peng et al. Discloses a field emission display with a built-in ion pump for removal of degassed material. An ion pump cathode formed of a gettering material covers the gate electrode so that during display operations, outgassed material is collected at the ion pump cathode. Alternatively, the ion pump cathode may be formed on a focusing electrode, on a focusing mesh, or on another electrode structure.

【0015】 レビン(Levine)他への米国特許第5,606,225号は、陽極板上
に障壁電極を備えた色電界放出フラット・パネル・ディスプレイ用四極管構成を
開示する。陽極板は透明プレーナ基板を含み、この基板はそれ上に透明導電材料
の層を有し、この層がディスプレイ四極管の陽極を含む。電気絶縁性、好適には
不透明材料を含む障壁構造が一連の平行リッジとして陽極上に形成される。各障
壁構造の頂上に、一連の導電ストライプがあり、これらは偏向電極として機能す
る。導電ストライプは3連に形成されて、第3ストライプのいずれもが電気的に
相互接続されるようになっている。偏向電極は、ジルコニウム−バナジウム−鉄
のような、ゲッタリング品質を有する導電材料で形成されてよい。
US Pat. No. 5,606,225 to Levine et al. Discloses a tetrode configuration for a color field emission flat panel display with a barrier electrode on the anode plate. The anode plate comprises a transparent planar substrate having a layer of transparent conductive material thereon, which layer comprises the anode of the display tetrode. A barrier structure comprising an electrically insulating, preferably opaque material is formed on the anode as a series of parallel ridges. At the top of each barrier structure is a series of conductive stripes, which function as deflection electrodes. The conductive stripes are formed in triplicate, and all of the third stripes are electrically interconnected. The deflection electrode may be formed of a gettering quality conductive material, such as zirconium-vanadium-iron.

【0016】 カトー(Kato)他への米国特許第5,610,478号は、電子放出を改
善するために電界放出ディスプレイの放出体を条件調整(conditioni
ng)する方法を開示する。放出体と行(row)が放出体からの電子放出を誘
発する電圧で動作させられる。陽極は、それらの電子が行に引き着けられるよう
に、電子を引き着けない電圧で動作させられる。
US Pat. No. 5,610,478 to Kato et al. Conditions a field emitter display emitter to improve electron emission.
ng). The emitter and row are operated at a voltage that triggers electron emission from the emitter. The anode is operated at a voltage that does not attract electrons, such that those electrons are attracted to the rows.

【0017】 ワラス(Wallace)他への米国特許第5,614,785号は、シリコ
ン・ゲッタを有するフラット・パネル・ディスプレイ用陽極板を開示する。その
表示装置は、発光材料によって覆われた、陽極を形成する複数の間隔を挟んだ導
電領域を有する透明基板を含む。多孔質シリコンのゲッタ材料が陽極板の導電領
域間で基板上に堆積される。多孔質のゲッタ材料は、好適には、不導電性、不透
明かつ高多孔質である。
US Pat. No. 5,614,785 to Wallace et al. Discloses an anode plate for a flat panel display having a silicon getter. The display includes a transparent substrate covered by a luminescent material and having a plurality of spaced conductive regions forming an anode. A porous silicon getter material is deposited on the substrate between the conductive areas of the anode plate. The porous getter material is preferably non-conductive, opaque and highly porous.

【0018】 イトー(Itoh)他への米国特許第5,635,795号は、フラット・パ
ネル・ディスプレイ用ゲッタ室を開示する。蛍光表示装置が陰極基板を有する気
密封入容器(air−tight envelope)、発光表示を与えるよう
に構成されりん光体層を備えた陽極基板、封止部材、封入容器の側部に形成され
た真空排気孔、及びこの排気孔と連絡しているゲッタ室を含む。ゲッタ室は、封
止容器の外側に配置されかつ室本体と真空排気管を含む。ゲッタ室は、陰極基板
に真空排気孔を独立に形成するのをなくし、かつそれによって陰極基板の損傷及
び汚染を防止する。
US Pat. No. 5,635,795 to Itoh et al. Discloses a getter chamber for a flat panel display. An air-tight envelope in which the fluorescent display device has a cathode substrate, an anode substrate provided with a phosphor layer configured to provide a luminescent display, a sealing member, and a vacuum formed on the side of the enclosure. An exhaust hole and a getter chamber communicating with the exhaust hole are included. The getter chamber is disposed outside the sealed container and includes a chamber body and a vacuum exhaust pipe. The getter chamber eliminates the independent formation of evacuation holes in the cathode substrate and thereby prevents damage and contamination of the cathode substrate.

【0019】 ニイヤマ(Niiyama)他への米国特許第5,656,889号は、要求
されるに従って再活性化される能力のあるかつ封入力容器内の狭い空間に配置さ
れるゲッタ装置を開示する。そのゲッタは、電子素子の封入容器の内部を真空に
維持するフィルム状ゲッタをその封入容器内に用意するために封入容器内に層状
に配置される。電子供給セクションから放出された電子がゲッタ上に照射されて
それを活性化する。
US Pat. No. 5,656,889 to Niiyama et al. Discloses a getter device capable of being reactivated as required and located in a narrow space within a sealed input container. . The getters are arranged in layers in the enclosure to provide a film getter in the enclosure for maintaining a vacuum inside the enclosure of the electronic device. The electrons emitted from the electron supply section are irradiated on the getter and activate it.

【0020】 このように、背景技術のいくつかの電界放出装置は、真空室壁の内面と関連し
た、又はそれらの装置の陽極、ゲート電極、又は偏向電極と関連したゲッタリン
グ材料を含んでいる。
Thus, some field emission devices of the prior art include a gettering material associated with the interior surface of the vacuum chamber wall or with the anode, gate electrode, or deflection electrode of those devices. .

【0021】 (発明の開示) (発明によって解決される問題) 電子電界放出体の性能に影響するおれのある多くの汚染源があり、これらには
装置の製作に使用された材料を脱ガスすること、電子誘発分解、電子誘発脱離、
装置製作中使用された真空系内に存在する残留ガス、電界放出体の周囲環境内へ
のガスの浸透がある。本発明は、電子電界放出体の汚染を防止する、それゆえ、
電子電界放出体の仕事関数の望ましくない変化を防止する手段を提供する。この
ような変化は、防止しなければ電界放出装置を又はこのような装置のアレイを不
適正に機能させる原因となるおそれがある。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems Solved by the Invention There are many sources of contamination that may affect the performance of electron field emitters, including degassing the materials used to fabricate the device. , Electron-induced decomposition, electron-induced desorption,
There is residual gas present in the vacuum system used during device fabrication, gas penetration into the environment around the field emitter. The present invention prevents contamination of the electron field emitter, and therefore
A means is provided for preventing unwanted changes in the work function of the electron field emitter. Such changes, if not prevented, can cause the field emission device or an array of such devices to function improperly.

【0022】 (発明の目的と利点) 本発明の主目的は、電子電界放出体が汚染されるのを防止すること、それゆえ
電界放出体の仕事関数の望ましくない変化を防止することである。それゆえ、全
般目的は、いっそう高信頼性の電子電界放出装置である。したがって、本発明の
1目的は、電子電界放出体の近く、特に電界放出体の先端近くの真空排気空間又
は周囲ガスから潜在的汚染原子、同じく分子、及び同じくイオンをゲッタするこ
とである。特殊目的は、セルフゲッタリング電子電界放出体を用意することであ
る。類似目的は、電子電界放出体と一体のゲッタリング材料を用意することであ
る。関連目的は、陽イオンの引着けとゲッタリングを改善するために、かつゲッ
タした種の電子誘発脱離を回避するために、放出体と同じ負電位を自動的に有す
ることになるゲッタである。他の関連目的は、放出部分(emitting p
ortion)がゲッタリング部分を構成する材料の窒化形を含むセルフゲッタ
リング放出体である。他の目的は、セルフゲッタリング電子電界放出体を有する
マイクロエレクトロニック装置の製作プロセスである。関連目的は、マイクロエ
レクトロニック電界放出装置を製作する間にセルフゲッタリング電子電界放出体
の現場形成に特に適合した製作プロセスである。これら及び他の目的は、図面と
一緒にこの明細書と添付の特許請求の範囲を読むことから明らかになるように、
本発明によって実現される。
OBJECTS AND ADVANTAGES A primary object of the present invention is to prevent the electron field emitter from being contaminated, and thus to prevent undesirable changes in the work function of the field emitter. The general purpose is therefore a more reliable electron field emission device. It is therefore an object of the present invention to getter potentially contaminating atoms, also molecules, and ions from the evacuated space or ambient gas near the electron field emitter, especially near the tip of the field emitter. A special purpose is to provide a self-gettering electron field emitter. A similar object is to provide a gettering material integral with the electron field emitter. A related object is a getter that will automatically have the same negative potential as the emitter to improve cation attraction and gettering and to avoid electron-induced desorption of the gettered species. . Another related purpose is to provide an emitting part (emitting p
(ortion) is a self-gettering emitter comprising a nitrided form of the material constituting the gettering portion. Another object is a fabrication process for a microelectronic device having a self-gettering electron field emitter. A related object is a fabrication process that is particularly adapted for in-situ formation of self-gettering electron field emitters during fabrication of microelectronic field emission devices. These and other objects will become apparent from reading this specification and the appended claims, taken in conjunction with the drawings.
This is achieved by the present invention.

【0023】 (本発明の短い要約) セルフゲッタリング電子電界放出体が電子を放出する低仕事関数材料で形成さ
れた第1部分を有し、かつこの放出体が低抵抗電気導体とゲッタリング表面の両
方として作用する一体式第2部分を有する。セルフゲッタリング放出体は、基板
に平行に低仕事関数材料の薄膜を配置することによって及び基板に平行にかつ低
仕事関数材料の薄膜と接触して低抵抗ゲッタリング材料の薄膜を配置することに
よって形成される。セルフゲッタリング放出体は、横方向電界放出装置に使用さ
れるのに特に適している。好適放出体構造は、テーパ付き縁を有し、及びゲッタ
リングかつ低抵抗材料の縁を越えて短い距離延びる低仕事関数材料の凸角部分(
salient portion)を備える。マイクエレクトロニック電界放出
装置を製作する間のセルフゲッタリング電子電界放出体の現場形成に特に適合し
た製作プロセスがまた開示される。
BRIEF SUMMARY OF THE INVENTION A self-gettering electron field emitter has a first portion formed of a low work function material that emits electrons, and the emitter has a low resistance electrical conductor and a gettering surface. Has an integral second part that acts as both. Self-gettering emitters are provided by placing a thin film of low work function material parallel to the substrate and by placing a thin film of low resistance gettering material parallel to the substrate and in contact with the thin film of low work function material. It is formed. Self-gettering emitters are particularly suitable for use in lateral field emission devices. A preferred emitter structure has a tapered edge and a convex portion of low work function material (gettering and extending a short distance beyond the edge of the low resistance material).
(salient portion). Also disclosed is a fabrication process particularly adapted for in-situ formation of self-gettering electron field emitters during fabrication of a microphone electronic field emission device.

【0024】 (図面に使用された参照符号の定義) 図1、2、4a〜4e、及び5に使用された参照番号は、次の節の好適実施の
形態の詳細な説明から明らかになるので定義を必要としない。次の参照符号が下
に表示したプロセス・ステップを指定するために図3の流れ図に使用される。 S1 基板を用意する。 S2 陽極層を堆積させる。 S3 絶縁層を堆積させる。 S4 基板に平行な集積セルフゲッタリング放出体層を堆積させる。 S4a 放出体層の放出部分を堆積させる。 S4b 放出体層のゲッタリング部分を堆積させる。 S5 第2絶縁層をオプショナルに堆積させる。 S6 放出縁を形成するために開口を方向性エッチする。
Definitions of Reference Numbers Used in the Drawings The reference numbers used in FIGS. 1, 2, 4a-4e, and 5 will become clear from the detailed description of the preferred embodiments in the following sections. Does not require a definition. The following reference numbers are used in the flowchart of FIG. 3 to specify the process steps indicated below. S1 A substrate is prepared. S2 Deposit the anode layer. S3 Deposit an insulating layer. S4 Deposit an integrated self-gettering emitter layer parallel to the substrate. S4a Deposit the emission portion of the emitter layer. S4b Deposit the gettering portion of the emitter layer. S5 Optionally deposit a second insulating layer. S6 Directional etch the openings to form emission edges.

【0025】 (発明を実施するモード) 図面を参照して読む次の詳細な説明は、本発明に従って作られた電子電界放出
装置の好適実施例の詳細な説明で始る。装置説明に好適製作プロセスの詳細な説
明が続く。装置図面は尺度通りに描いてなく、特に垂直寸法は水平寸法に対して
誇張してある。
Modes for Carrying Out the Invention The following detailed description, read with reference to the drawings, begins with a detailed description of a preferred embodiment of an electron field emission device made in accordance with the present invention. The device description is followed by a detailed description of the preferred fabrication process. The device drawings are not drawn to scale and, in particular, vertical dimensions are exaggerated relative to horizontal dimensions.

【0026】 図1は、基板20上に作られた電子電界放出装置10の側断面図を示す。放出
体30が放出部分40とゲッタリング部分50とからなる。放出部分40は、横
方向電界放出体の部分を形成するために好適には基板20に平行な、低仕事関数
を持つ物質の薄層である。ゲッタリング部分50は、放出部分40に少なくとも
部分的に隣接して、好適には基板20と放出部分40に平行に配置されたゲッタ
リング物質の薄層である。ゲッタリング部分50は、低抵抗電気導体とゲッタリ
ング表面の両方として作用する。放出部分40とゲッタリング部分50は、一緒
に集積セルフゲッタリング電子電界放出体30を形成する。放出体30は、極端
に細い放出先端60を有する。陽極70が放出体30からか間隔を取っている。
放出先端60に高電界を生じるために陽極70が放出体30に対して適切に正に
バイアスされるとき、ファウラ−ノルドハイムの式(Fowler−Nordh
eim equation)に従って放出先端60から放出された電子が陽極7
0へ引き着けられる。それゆえ、陽極70が放出体30の放出先端60から、特
に放出部分40から放出された電子を受け取る。もし陽極70が少なくともその
表面を陰極ルミネセンスりん光物質で形成されているならば、電子によって励起
されるとき光を陽極70から放出する。陽極70を全体的に導電りん光体で構成
してよい。放出体30は、好適には、絶縁層80によって陽極70から絶縁され
る。放出体30は、好適には、他の絶縁層90によってまた覆われる。図1に示
した好適構造は横方向放出装置出あって、この構造では電界放出体30が基板2
0に平行に横方向に広がる。
FIG. 1 shows a side sectional view of an electron field emission device 10 formed on a substrate 20. The emitting body 30 includes an emitting portion 40 and a gettering portion 50. Emission portion 40 is a thin layer of a material having a low work function, preferably parallel to substrate 20, to form a portion of the lateral field emitter. Gettering portion 50 is a thin layer of gettering material disposed at least partially adjacent to emission portion 40, preferably parallel to substrate 20 and emission portion 40. The gettering portion 50 acts as both a low resistance electrical conductor and a gettering surface. Emission portion 40 and gettering portion 50 together form integrated self-gettering electron field emitter 30. The emitter 30 has an extremely narrow emission tip 60. Anode 70 is spaced from emitter 30.
When the anode 70 is properly biased positively with respect to the emitter 30 to create a high electric field at the emission tip 60, the Fowler-Nordheim equation (Fowler-Nordh)
The electrons emitted from the emission tip 60 in accordance with the
Attracted to zero. Therefore, the anode 70 receives the electrons emitted from the emission tip 60 of the emitter 30, particularly from the emission portion 40. If the anode 70 is formed at least on its surface with a cathodoluminescent phosphor, it emits light from the anode 70 when excited by electrons. Anode 70 may be comprised entirely of a conductive phosphor. The emitter 30 is preferably insulated from the anode 70 by an insulating layer 80. The emitter 30 is also preferably covered by another insulating layer 90. The preferred structure shown in FIG. 1 involves a lateral emission device, in which the field emitter 30 is
Spreads horizontally parallel to zero.

【0027】 ファウラ−ノルドハイムの式に従う電子電界放出は細い放出先端60の半径だ
けでなくその仕事関数にもまた非常に敏感であると云う理由から、放出体30の
放出部分40は好適には低仕事関数を持つ。多くの既知の材料が放出部分40に
適している。チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタ
ル、クロム、モリブデン、又はタングステンのような高融点遷移金属を使用して
よい。電界放出体先端がまた、シリコン、炭素(特にダイヤモンドの形で)、六
ほう化ランタノイド、及びその他の材料でまた作られている。本発明の構造では
、放出部分40は、上に掲げた遷移金属の窒化形、最も好適には窒化チタン、窒
化タンタル、又は窒化モリブデンで作られる。或るいくつかの応用に対しては、
低仕事関数放出体を用意するために1つ以上のN形ドーパントでドープしたダイ
ヤモンド(ダイヤモンド結晶構造を持つ炭素)で作られた放出部分40を有する
代替実施の形態を使用してよい。
The emitting portion 40 of the emitter 30 is preferably low because electron field emission according to the Fowler-Nordheim equation is very sensitive not only to the radius of the thin emitting tip 60 but also to its work function. Has work function. Many known materials are suitable for the emitting portion 40. Refractory transition metals such as titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, or tungsten may be used. Field emitter tips have also been made of silicon, carbon (especially in the form of diamonds), lanthanum hexaboride, and other materials. In the structure of the present invention, the emitting portion 40 is made of the transition metal nitrides listed above, most preferably titanium nitride, tantalum nitride, or molybdenum nitride. For some applications,
An alternative embodiment having an emission portion 40 made of diamond (carbon with a diamond crystal structure) doped with one or more N-type dopants to provide a low work function emitter may be used.

【0028】 図1に示した好適構造の非常に重要な特徴は、集積放出体構造30の放出部分
40に可能な限り接近した、特に放出先端60に可能な限り接近したゲッタリン
グ部分50の位置である。ゲッタリング部分50は、放出部分40を汚染するお
それのある望ましくないガスをゲッタする能力のある物質で作られる。好適には
、ゲッタリング材料は、汚染物質と反応性の物質であるべきである。
A very important feature of the preferred structure shown in FIG. 1 is that the location of the gettering portion 50 as close as possible to the emitting portion 40 of the integrated emitter structure 30, in particular as close as possible to the emitting tip 60. It is. Gettering portion 50 is made of a material capable of gettering unwanted gases that may contaminate emission portion 40. Preferably, the gettering material should be a substance that is reactive with contaminants.

【0029】 ゲッタリングに一般に有効であると知られている多くの物質が下記を含む参考
資料に掲げられている。章「ゲッタ」、執筆E・Pバーティン、「化学百科事典
」2版(G・L・クラーク他編集)レイノルド・パブリッシング、ニュー・ヨー
ク(1966年)484〜485頁(the chapter“Getters
” by E.P.Bertin in “The Encyclopedia
of Chemistry”2nd editioin(G.L.Clark
et al.eds.)Reinhold Publishing,New
York(1966),pp.484−485)、書籍、著者S・ダッシュマン
「真空技術の科学的基礎」2版、ジョン・ワイリー・アンド・ソンズ、ニュー・
ヨーク(1962年)174〜175頁(the book by S.Dus
hman,“Scientific Foundations of Vacu
um Technique”2nd edition,Johon Wiley
& Sons,New York(1962)pp.174−175)、及び
章18「ゲッタ材料」、W・H・コール「真空装置用材料及び技術のハンドブッ
ク」レイノルド・パブリッシング、ニュー・ヨーク(1967年)545〜56
2頁(Chapter 18,“Getter Materials”in W
.H.Kohl,“Handbook of Materials and T
echniques for Vacuum Devices” Reinho
ld Publishing,New York(1967)pp.545−5
62)。これらの参考資料で論じられている物質には、アルミニウム、バリウム
、ベリリウム、カルシウム、セリウム、銅、コバルト、鉄、ランタニド元素、マ
グネシウム、ミッシュ・メタル、ニッケル、パラジウム、トリウム、ウラン、亜
鉛、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロ
ム、モリブデン、タングステン、及びそれらの適切な合金、同じく化合物、及び
同じく混合物がある。一般に、これら又は他の既知のゲッタリング物質のいずれ
も放出体30のゲッタリング部分50に使用してよい。ゲッタリング部分50用
好適材料は、高融点遷移金属チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、
ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、及びそれらの合金、同
じく化合物、及び同じく混合物(最も好適にはジルコニウム)である。
A number of materials that are generally known to be effective for gettering are listed in references, including: Chapter "Getter", author EP Bartin, "Encyclopedia of Chemistry" 2nd edition (edited by GL Clark et al.) Reynold Publishing, New York (1966) 484-485 (the chapter "Getters").
"By EP Bertin in" The Encyclopedia
of Chemistry "2nd edition (GL Clark)
et al. eds. ) Reinhold Publishing, New
York (1966) pp. 484-485), book, author S. Dashman, "Scientific Fundamentals of Vacuum Technology," 2nd Edition, John Wiley and Sons, New
York (1962), pages 174-175 (the book by S. Dus)
hman, "Scientific Foundations of Vacu.
um Technique ”2nd edition, Johon Wiley
& Sons, New York (1962) pp. 174-175), and Chapter 18, "Getter Materials", WH Cole, "Handbook of Materials and Techniques for Vacuum Equipment," Reynold Publishing, New York (1967) 545-56.
Page 2 (Chapter 18, "Getter Materials" in W
. H. Kohl, "Handbook of Materials and T
techniques for Vacuum Devices ”Reinho
ld Publishing, New York (1967) pp. 545-5
62). The materials discussed in these references include aluminum, barium, beryllium, calcium, cerium, copper, cobalt, iron, lanthanide, magnesium, misch metal, nickel, palladium, thorium, uranium, zinc, titanium, There are zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten and their suitable alloys, also compounds, and also mixtures. In general, any of these or other known gettering materials may be used for gettering portion 50 of emitter 30. Preferred materials for the gettering portion 50 are high melting point transition metals titanium, zirconium, hafnium, vanadium,
Niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten and their alloys, also compounds, and also mixtures (most preferably zirconium).

【0030】 注意しておく価値があるのは、ゲッタリング部分50として遷移金属をその純
粋形で、放出部分40としての同じ金属の窒化形と共に集積して使用することに
或る利点があることである。製作中、その金属の窒化形と純粋形を、窒素を適切
に導入する又は抑止することによって順次堆積させることができる。しかしなが
ら、その装置の特定応用が材料の選択に影響することがある。仕事関数のような
他の考慮すべき問題のために放出部分40に使用される好適窒化金属がゲッタリ
ング部分50に含まれた金属と異なった金属であることがある。それゆえ、もし
好適高融点遷移金属及びそれらの窒化形が使用されるならば、それらは同じ金属
であることもあり又は異なった金属であることもある。好適組合わせは、ゲッタ
リング部分50に対してジルコニウム、かつ放出部分40に対してチタン、タン
タル、、モリブデン、又はそれらの混合物又は合金の窒化物である。
It is worth noting that there are certain advantages to using the transition metal in its pure form as the gettering portion 50 and with the nitrided form of the same metal as the emissive portion 40. It is. During fabrication, the nitrided and pure forms of the metal can be sequentially deposited by appropriately introducing or suppressing nitrogen. However, the particular application of the device can affect the choice of material. Due to other considerations such as work function, the preferred metal nitride used for the emitting portion 40 may be a different metal than the metal included in the gettering portion 50. Therefore, if the preferred refractory transition metals and their nitrided forms are used, they may be the same metal or different metals. A preferred combination is zirconium for gettering portion 50 and nitride of titanium, tantalum, molybdenum, or a mixture or alloy thereof for emitting portion 40.

【0031】 図2は、放出先端60の側断面図を示す。放出体30は好適にはテーパ付き縁
を有し、この縁が放出先端60の形状を決定する。放出先端60は、好適には、
縁55を持ったゲッタリング部分50を形成することによってかつ放出先端60
を形成するためにゲッタリング部分の縁55を越えて延びる凸角部45を持った
放出部分40を形成することによって作られる。図1は陽極70を(もしもそれ
がディスプレイ応用に対するりん光体であったならばそれが典型的にそうであろ
うように)最終構造の底近くに示すが、この配置は例証目的のために過ぎない。
同様に、図1及び2は、ゲッタリング部分50の下に放出体30の放出部分40
を示すが、しかしこの配置もまた例証に過ぎない。これらの層の逆順序(又はゲ
ッタリング部分と放出部分の隣接関係を保全する他の空間配置)もまた機能的で
あろう。図1に示した構造のような全体的装置構造及び図2のそれのような放出
先端構造は、下に詳細に説明する好適製作プロセスにおいて形成される。
FIG. 2 shows a side sectional view of the discharge tip 60. The emitter 30 preferably has a tapered edge, which defines the shape of the emission tip 60. The discharge tip 60 is preferably
By forming a gettering portion 50 with an edge 55 and a discharge tip 60
By forming a discharge portion 40 with a convex corner 45 extending beyond the edge 55 of the gettering portion to form FIG. 1 shows the anode 70 near the bottom of the final structure (as would typically be the case if it were phosphor for display applications), but this arrangement is for illustrative purposes only. Not just.
Similarly, FIGS. 1 and 2 show the emission portion 40 of the emission body 30 below the gettering portion 50.
, But this arrangement is also merely illustrative. The reverse order of these layers (or other spatial arrangements that preserve the adjacency between gettering and emitting portions) would also be functional. An overall device structure, such as the structure shown in FIG. 1, and a discharge tip structure, such as that of FIG. 2, are formed in a preferred fabrication process described in detail below.

【0032】 (好適製作プロセス) 図3は好適製作プロセスのステップを示す流れ図を示し、かつ図4a〜4eは
その製作中種々の段階での装置の一続きの側面図を示す。プロセス・ステップを
参照番号S1、S2、…、S6で示す。
Preferred Fabrication Process FIG. 3 shows a flow chart illustrating the steps of the preferred fabrication process, and FIGS. 4a-4e show a series of side views of the apparatus at various stages during its fabrication. The process steps are indicated by reference numbers S1, S2,..., S6.

【0033】 全体的製作プロセスは、基板を用意するステップ、基板に平行な放出層及びゲ
ッタリング層を備えた集積放出体を堆積させるステップ、集積放出体上に放出縁
を形成するために放出層及びゲッタリング層を通してエッチするステップ、放出
縁から放出される電子を受け取るために放出縁から間隔を取った陽極を配置する
ステップ、放出体と陽極に適切な電気バイアス電圧を印加する手段を用意するス
テップを含む。実際には、追加ステップが典型的に絶縁層をまた用意する。好適
プロセスのステップを、図3及び図4a〜4eを参照して、次のパラグラフで詳
細に説明する。
The overall fabrication process includes the steps of providing a substrate, depositing an integrated emitter with an emission layer and a gettering layer parallel to the substrate, an emission layer to form an emission edge on the integrated emitter. And etching through the gettering layer, arranging an anode spaced from the emission edge to receive electrons emitted from the emission edge, providing means for applying an appropriate electrical bias voltage to the emitter and the anode. Including steps. In practice, an additional step typically also provides an insulating layer. The steps of the preferred process are described in detail in the following paragraphs with reference to FIG. 3 and FIGS. 4a-4e.

【0034】 ステップS1で、シリコン、シリコン酸化物、シリコン窒化物、ガラス、又は
サファイアのような適切な基板20を用意する。ステップS2で、陽極層70を
基板上に堆積させ(図4a)かつオプショナルにパターン化する。もし基板上の
全ての電界放出装置が共通陽極を共用することになっているならば、パターン化
は必要ない。パターン化するオプショナル・サブステップは、これらの図面に示
してない。一般に、陽極層70は、適切な厚さ(例えば、100ナノメートル)
に堆積させたいずれかの適切な導電材料で作ってよい。ディスプレイ応用に対し
ては、陽極層70の少なくとも表面は、陰極ルミネセンスりん光体であるべきで
ある。光放出の色、発光高率、安定性等のような種々の特性を有する多くの陰極
ルミネセンスりん光体が技術上知られている。いくつかの適切なりん光体がポッ
ターへの米国特許第5,618,216号、第5,630,741号、第5,6
44,188号、第5,644,190号、及び第5,647,998号に説明
されており、これらの特許の各々の全体的開示は列挙することによってその内容
を本明細書に組み入れてある。好適プロセスの1バージョンでは、陽極は、緑光
を放出する表示装置を生産するために、化学量論的量を越えて過剰に或る量のZ
nを持つ亜鉛酸化物(ZnO)(通常、ZnO:Znで指示される)である。好
適プロセスの他のバージョンでは、青光を放出する表示装置を生産するために、
Ta2Zn38りん光体を陽極の少なくとも表面に配置する。
In step S1, a suitable substrate 20 such as silicon, silicon oxide, silicon nitride, glass, or sapphire is provided. In step S2, an anode layer 70 is deposited on the substrate (FIG. 4a) and optionally patterned. If all field emission devices on the substrate are to share a common anode, patterning is not required. Optional sub-steps of patterning are not shown in these figures. Generally, the anode layer 70 has a suitable thickness (eg, 100 nanometers).
May be made of any suitable conductive material. For display applications, at least the surface of the anode layer 70 should be a cathodoluminescent phosphor. Many cathodoluminescent phosphors are known in the art that have various properties such as light emission color, emission rate, stability, and the like. Some suitable phosphors are disclosed in U.S. Patent Nos. 5,618,216, 5,630,741, 5,639 to Potter.
Nos. 44,188, 5,644,190, and 5,647,998, the entire disclosures of each of these patents being incorporated herein by reference. is there. In one version of the preferred process, the anode is over-stoichiometric in excess of a certain amount of Z to produce a display that emits green light.
n is a zinc oxide (ZnO) (usually indicated by ZnO: Zn). In another version of the preferred process, to produce a display that emits blue light,
A Ta 2 Zn 3 O 8 phosphor is disposed on at least the surface of the anode.

【0035】 ステップS3で、陽極層70と装置のその後生じる素子との間に絶縁間隔を用
意するために、好適には基板20に平行に所定の厚さの絶縁層80を堆積させる
(図4b)。絶縁層80は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、アルミニウム酸
化物等のようないずれかの適切な、プロセスの他のステップに適合性の絶縁体で
作ってよい。好適プロセスでは、絶縁層80はシリコン酸化物である。好適厚さ
は約500ナノメートルである。
In step S 3, an insulating layer 80 of a predetermined thickness is deposited, preferably parallel to the substrate 20, to provide an insulating gap between the anode layer 70 and subsequent elements of the device (FIG. 4 b). ). The insulating layer 80 may be made of any suitable insulator, such as silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, etc., compatible with other steps of the process. In a preferred process, insulating layer 80 is silicon oxide. The preferred thickness is about 500 nanometers.

【0036】 好適製作プロセスでは、セルフゲッタリング放出体30は、マイクロエレクト
ロニック電界放出装置を製作する間に現場で作られる。ステップS4で、セルフ
ゲッタリング集積放出体30を基板20に平行な絶縁層80を覆って配置する(
図4c)。最も好適な実施の形態で、ステップS4を2つのサブステップS4a
とS4bで遂行する。サブステップS4aで、電子放出向けの低仕事関数を持つ
物質の層を含む放出部分40を堆積させる。サブステップS4bで、ゲッタリン
グ物質の層からなるゲッタリング部分50を堆積させる。放出部分40の厚さは
、好適には、約10〜30ナノメートルである。ゲッタリング部分50の厚さは
、好適には、約100〜200ナノメートルである。放出体のこれらの層の各々
に適した種々の材料は、装置構造の詳細な説明で上に説明している。放出体30
の層の堆積は、スパッタリングと云う好適方法の代わりに、蒸着、化学気相成長
、分子線成長(molecular beam deposition)、めっ
き等のような、堆積を受ける基板に適したいずれかの在来の堆積方法によって行
ってよい。放出体30は、半導体製作プロセスに普通使用される既知のホトリソ
グラフィ方法におけるような在来の仕方でパターン化してよい。このようなパタ
ーン化は、上に列挙することによってその内容を本明細書に組み入れたポッター
の特許に説明されている。この在来のパターン化サブステップは、図面に示して
ない。セルフゲッタリング放出体の2つの部分が高融点遷移金属、すなわち、サ
ブステップS4aで放出部分40として堆積された窒化高融点遷移金属とサブス
テップS4bでゲッタリング部分として堆積された高融点遷移金属の層、に基づ
いているとき、最も好適な現場プロセスの重要な特徴が実現される。これら2つ
の部分の遷移金属主成分は、異なった元素であってもよく又は同じ元素に基づく
、例えば、共にチタンに基づく、放出部分としてTiNのような窒化チタンかつ
ゲッタリング部分として純粋チタンであってよい。異なった元素を使用する好適
実施例は、チタン、タンタル、モリブデン、又はそれらの混合物又は合金の窒化
形を含む放出部分、及びジルコニウム金属を含むゲッタリング部分を有する。遷
移金属元素が放出部分30の2つの部分で同じであるとき、放出部分40用に窒
化層を形成するために窒素の存在下でその金属を反応性スパッタすることによっ
て、次いで、純粋金属ゲッタリング部分50をスパッタするために窒素を抑止す
る間にその金属をスパッタし続けることによって、連続プロセスで放出体30を
堆積させることが可能である。このようなプロセスを用いると、2つの部分40
と50の輪郭を描く(delineate)鋭い境界は必ずしも存在せず、窒素
含量は放出部分40内の比較的高レベルからゲッタリング部分50内の低レベル
、好適には零へと多かれ少なかれ漸減する。組成の同様の漸次変動は、2つの部
分40と50に異なった遷移金属を用いても、それら2つの金属が薄膜内で固溶
体合金を形成する場合、得られる。
In a preferred fabrication process, the self-gettering emitter 30 is made in-situ during fabrication of the microelectronic field emission device. In step S4, the self-gettering integrated emitting body 30 is disposed so as to cover the insulating layer 80 parallel to the substrate 20 (
FIG. 4c). In the most preferred embodiment, step S4 consists of two sub-steps S4a
And S4b. In a sub-step S4a, an emission part 40 comprising a layer of a material having a low work function for electron emission is deposited. In a sub-step S4b, a gettering portion 50 consisting of a layer of gettering material is deposited. The thickness of the emitting portion 40 is preferably about 10 to 30 nanometers. Gettering portion 50 preferably has a thickness of about 100-200 nanometers. Various materials suitable for each of these layers of the emitter are described above in the detailed description of the device structure. Emitter 30
The deposition of the layer may be any conventional method suitable for the substrate to be deposited, such as evaporation, chemical vapor deposition, molecular beam deposition, plating, etc., instead of the preferred method of sputtering. This may be done by a deposition method. The emitter 30 may be patterned in a conventional manner as in known photolithographic methods commonly used in semiconductor fabrication processes. Such patterning is described in the Potter patent, the contents of which are incorporated herein by reference. This conventional patterning sub-step is not shown in the drawing. The two parts of the self-gettering emitter are of a refractory transition metal, namely a refractory transition metal nitride deposited as the release portion 40 in sub-step S4a and a refractory transition metal deposited as a gettering portion in sub-step S4b. An important feature of the most suitable in-situ process is realized when based on layers. The transition metal main component of the two parts may be different elements or based on the same element, for example, both based on titanium, titanium nitride such as TiN as the emitting part and pure titanium as the gettering part. May be. Preferred embodiments using different elements have an emitting portion comprising a nitrided form of titanium, tantalum, molybdenum, or a mixture or alloy thereof, and a gettering portion comprising zirconium metal. When the transition metal element is the same in the two portions of the emitting portion 30, by reactively sputtering the metal in the presence of nitrogen to form a nitride layer for the emitting portion 40, then pure metal gettering By continuing to sputter the metal while suppressing the nitrogen to sputter portion 50, it is possible to deposit emitter 30 in a continuous process. Using such a process, the two parts 40
There is not always a sharp boundary delineating between and 50, and the nitrogen content decreases more or less from a relatively high level in the discharge portion 40 to a low level in the gettering portion 50, preferably zero. Similar gradual variations in composition are obtained even if different transition metals are used for the two parts 40 and 50, if the two metals form a solid solution alloy in the thin film.

【0037】 ここに説明した好適実施の形態は2つの層40及び50を持つ放出体30を有
するが、(図5に示した)代替実施の形態は3つの層、すなわち、中間の放出層
40と、上側、下側ゲッタリング層50を、1つのゲッタリング層を放出層の上
側かつ1つのゲッタリング層を放出層の下側にして、持つ積層状複合放出体を有
する。(セルフゲッタリング特徴を持たない)3層複合横方向放出体を有する電
界放出装置構造が上に列挙することによってその内容を本明細書に組み入れてあ
るポッターへの米国特許第5,647,998号に説明されている。
While the preferred embodiment described herein has an emitter 30 with two layers 40 and 50, an alternative embodiment (shown in FIG. 5) has three layers, the middle emission layer 40 And a stacked composite emitter having upper and lower gettering layers 50 with one gettering layer above the emission layer and one gettering layer below the emission layer. US Pat. No. 5,647,998 to Potter, a field emission device structure having a three-layer composite lateral emitter (without self-gettering features), the contents of which are incorporated herein by reference. Described in the issue.

【0038】 ステップS5で、第2絶縁層90を放出体30を覆ってオプショナルに堆積さ
せる(図4d)。この第2絶縁層は、層80と同じ絶縁材料のものであってよく
、かつ約50〜200ナノメートルの厚さであってよい。シリコン酸化物が好適
材料である。絶縁層90は、放出体を保護し、かつ放出先端60から陽極70へ
電子流が流れるのを制御するために放出体30の面の上方に配置されたいずれの
電極に対しても放出体からの絶縁スペーサを提供する。
In step S5, a second insulating layer 90 is optionally deposited over the emitter 30 (FIG. 4d). This second insulating layer may be of the same insulating material as layer 80 and may be about 50-200 nanometers thick. Silicon oxide is a preferred material. Insulating layer 90 protects the emitter and controls the flow of electrons from emission tip 60 to anode 70 from the emitter to any electrodes located above the face of emitter 30. Provide an insulating spacer.

【0039】 ステップS6で、放出縁60を形成するために、かつ陽極70の下へ延びる開
口75を形成するために、第2絶縁層90を、もし存在すれば、通して、放出体
30の放出層40及びゲッタリング層50の両方を通して、かつ絶縁層80を通
して方向性エッチを遂行する(図4e)。開口75の幅は厳密でなく、典型的幅
は約2〜20マイクロメートルである。方向性エッチは、好適には、半導体製作
プロセスに普通使用されている反応性イオン・エッチングのような異方性「トレ
ンチ」エッチである。このエッチング・プロセスは、絶縁層80と90を放出体
30の材料のそのエッチングに対して選択性エッチする。このようなエッチ・プ
ロセスは高度に異方性であるように一般に制御されるが、このプロセスは本願で
は或る程度の等方性エッチングを含むように好適には制御される。これが、図2
に詳細に示した放出体構造を創出する。ステップS6のエッチング・プロセスは
、放出部分40の凸角部分45が縁55を越えて延び、それゆえ所望形状及びセ
ルフゲッタリング特性を持つ放出先端60を形成するように、放出部分40上に
放出縁60を形成しかつゲッタリング部分50上に縁55を形成する。ゲッタリ
ング部分50が絶縁層80及び/又は90のエッチされた表面を越えて延びる凸
角部分を有するから、放出体の凸角部分45もまた絶縁層80及び/又は90の
表面を越えて延びる。ゲッタリング部分50の露出部は、汚染物質をゲッタする
のに非常に都合良くするために、放出先端60にかつ放出部分40の凸角部45
に直ぐ隣接して位置決めする。
In step S 6, the second insulating layer 90, if present, is passed through the emitter 30 to form the emission edge 60 and to form the opening 75 extending below the anode 70. Perform a directional etch through both the emissive layer 40 and the gettering layer 50 and through the insulating layer 80 (FIG. 4e). The width of the opening 75 is not critical; a typical width is about 2 to 20 micrometers. The directional etch is preferably an anisotropic "trench" etch, such as a reactive ion etch commonly used in semiconductor fabrication processes. This etching process etches the insulating layers 80 and 90 selectively with respect to that etching of the emitter 30 material. While such an etch process is generally controlled to be highly anisotropic, the process is preferably controlled herein to include some isotropic etching. This is shown in FIG.
To create the emitter structure detailed in FIG. The etching process of step S6 is performed such that the convex portion 45 of the emission portion 40 extends beyond the edge 55 and thus forms an emission tip 60 having a desired shape and self-gettering characteristics. An edge 60 is formed and an edge 55 is formed on the gettering portion 50. Because gettering portion 50 has a convex portion extending beyond the etched surface of insulating layer 80 and / or 90, convex portion 45 of the emitter also extends beyond the surface of insulating layer 80 and / or 90. . The exposed portion of the gettering portion 50 is provided at the discharge tip 60 and at the convex corner 45 of the discharge portion 40 to make it very convenient to get contaminants.
Position immediately adjacent to.

【0040】 放出先端60の形成は、トレンチ開口75を形成する間に好適には行うが、し
かしその開口を形成した後に行ってもよい。少量の支持上側及び/又は下側ゲッ
タリング層50を、例えば、プラズマ・エッチ・プロセスにおけるエッチングに
よって除去する。ゲッタリング部分50よりも積層状放出体の放出部分40の方
がエッチによる影響が少ないように、差別エッチ(differential
etch)プロセスを選択する。これが超薄放出縁又は先端60を残す。積層状
複合放出体30内の材料の或る組合わせに対しては、好適差別エッチ・プロセス
は化学エッチ又は電気化学エッチ、差別電気研磨(differential
electropolishing)、又はディファレンシャル・アブレーショ
ン(differential ablation)であってよい。
The formation of the emission tip 60 is preferably performed during the formation of the trench opening 75, but may be performed after the formation of the opening. A small amount of the supporting upper and / or lower gettering layer 50 is removed, for example, by etching in a plasma etch process. Differential etch (differential) so that the emission portion 40 of the stacked emitter is less affected by the etch than the gettering portion 50
etch) Select a process. This leaves an ultra-thin emitting edge or tip 60. For some combinations of materials within the laminated composite emitter 30, the preferred differential etch process is a chemical or electrochemical etch, differential electropolishing.
It may be electropolishing or differential ablation.

【0041】 いったん図1の装置構造を形成すると、その装置の動作は、電界放出装置に対
する在来の仕方で、放出体から陽極へ電子の放出を引き起こさせるために充分な
適切な電気バイアス電圧を放出体及び陽極に印加する手段を必要とする。それゆ
え、完成した装置は、装置の外側から適当なバイアス電圧の接続を許すように配
置された導電接点を有する。このような導体接点配置は、上に列挙することによ
ってその内容を本明細書に組み入れたポッターへの特許に説明されている。
Once the device structure of FIG. 1 has been formed, operation of the device is such that a suitable electrical bias voltage sufficient to cause emission of electrons from the emitter to the anode in a conventional manner for a field emission device. Requires means to apply to the emitter and anode. Therefore, the completed device has conductive contacts arranged to allow connection of the appropriate bias voltage from outside the device. Such conductor contact arrangements are described in the Potter patent, the contents of which are incorporated herein by reference.

【0042】 (産業上の利用性) 本発明は、電界放出装置の製作に有効でありかつ電界放出装置のアレイからな
る電界放出ディスプレイに特に有効である。と云うのは、そのアレイ内の各装置
がセルフゲッタリング放出体を有してよいからである。好適製作プロセスは、こ
のようなアレイ内の多くの装置の同時製作に特に適合している。本発明によって
作られたセルフゲッタリング放出体は、電子銃構造の電子放出部品として使用し
てもまたよい。
Industrial Applicability The present invention is effective for manufacturing a field emission device and is particularly effective for a field emission display including an array of field emission devices. This is because each device in the array may have a self-gettering emitter. The preferred fabrication process is particularly suited for the simultaneous fabrication of many devices in such an array. The self-gettering emitter made according to the present invention may also be used as an electron-emitting component in an electron gun structure.

【0043】 前述の説明から、当業者はこの発明の本質的特性を容易に確認することができ
、かつ本発明を種々の用途と条件に適合させるために、本発明の精神と範囲に反
することなく、本発明の種々の変更と修正を行うことができる。本発明の他の実
施の形態は、この明細書の考察から又は本明細書に開示した本発明の実行から当
業者に明らかになる。例えば、製作プロセスのステップの順序は変動させてよく
、及び他の適当な材料を本明細書に説明したものと入れ代えてよい。放出体の好
適実施の形態をディスプレイ用に意図した構造において説明したが、セルフゲッ
タリング放出体は、例えば、基板を除去することによって単独素子として作って
もよい。本明細書及び実施例は例証に過ぎないと考えられると共に、本発明の真
の範囲と精神は前掲の特許請求の範囲によって定められることを意図する。
From the foregoing description, those skilled in the art will readily be able to ascertain the essential characteristics of the invention, and will violate the spirit and scope of the invention in order to adapt the invention to various uses and conditions. Instead, various changes and modifications of the present invention can be made. Other embodiments of the invention will be apparent to those skilled in the art from consideration of the specification or practice of the invention disclosed herein. For example, the order of steps in the fabrication process may be varied, and other suitable materials may be substituted for those described herein. Although the preferred embodiment of the emitter has been described in a structure intended for a display, the self-gettering emitter may be made as a single element, for example by removing the substrate. It is intended that the specification and examples be considered as exemplary only, with a true scope and spirit of the invention being defined by the following claims.

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

【図1】 本発明に従って作られた電子電界放出装置の側断面図である。FIG. 1 is a side sectional view of an electron field emission device made in accordance with the present invention.

【図2】 図1の電子電界放出装置の細部の側断面図である。FIG. 2 is a side sectional view of details of the electron field emission device of FIG. 1;

【図3】 好適製作プロセスのステップを示す流れ図である。FIG. 3 is a flowchart showing the steps of a preferred fabrication process.

【図4】 好適プロセスによるその製作中種々の段階での電子電界放出装置の一連の側断
面図であって、a〜eはそれぞれ順次の各段階の図である。
FIG. 4 is a series of cross-sectional side views of an electron field emission device at various stages during its fabrication according to a preferred process, wherein ae are each a sequential stage.

【図5】 電子電界放出装置の代替実施の形態の側断面図である。FIG. 5 is a side sectional view of an alternative embodiment of the electron field emission device.

【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedural Amendment] Submission of translation of Article 34 Amendment of the Patent Cooperation Treaty

【提出日】平成11年11月12日(1999.11.12)[Submission date] November 12, 1999 (November 12, 1999)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All figures

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図1】 FIG.

【図2】 FIG. 2

【図3】 FIG. 3

【図4a】 FIG. 4a

【図4b】 FIG. 4b

【図4c】 FIG. 4c

【図4d】 FIG. 4d

【図4e】 FIG. 4e

【図5】 FIG. 5

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),EA(AM,AZ ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AU ,BR,CA,CN,HU,IL,JP,KP,KR, MX,NO,NZ,PL,RU,SG,TR,UA,V N──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AU, BR, CA, CN, HU, IL, JP, KP, KR, MX, NO, NZ, PL, RU , SG, TR, UA, VN

Claims (39)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子電界放出装置であって、 a) 電子放出物質の第1層と、 b) 第2層であって、汚染物質をゲッタする能力のある材料を含む前記第2
層と を包含する電子電界放出装置。
1. An electron field emission device comprising: a) a first layer of an electron emitting material; and b) a second layer, the second layer including a material capable of gettering contaminants.
An electron field emission device comprising: a layer;
【請求項2】 基板上に形成された電子電界放出装置であって、 a) 電子放出物質の第1層であって、前記基板に平行に配置される前記第1
層と、 b) 第2層であって、前記基板に平行に配置されかつ汚染物質をゲッタする
能力のある材料を含む前記第2層と を含む放出体を包含する電子電界放出装置。
2. An electron field emission device formed on a substrate, comprising: a) a first layer of an electron emission material, wherein the first layer is disposed parallel to the substrate.
An electron field emission device comprising: an emitter comprising: a layer; b) a second layer disposed parallel to the substrate and comprising a material capable of gettering contaminants.
【請求項3】 基板上に形成された電子電界放出装置であって、 a) 放出体であって、 i) 電子放出物質の第1層であって、前記基板に平行に配置される前記第
1層と、 ii) 第2層であって、前記基板に平行に配置されかつ汚染物質をゲッタ
する能力のある材料を含む前記第2層と を含む前記放出体と、 b) 前記放出体から間隔を取ったかつ前記放出体の前記第1層から放出され
る電子を受け取るように配置された陽極と、 c) 前記放出体の前記第1層から電子電界放出を引き起こさせるために適し
た電気バイアスを前記放出体と前記陽極に印加する手段と を包含する電子電界放出装置。
3. An electron field emission device formed on a substrate, comprising: a) an emitter; i) a first layer of an electron emitting material, the first layer being disposed parallel to the substrate. An emitter comprising: ii) a second layer, the second layer being disposed parallel to the substrate and comprising a material capable of gettering contaminants; and b) from the emitter. Anodes spaced and arranged to receive electrons emitted from the first layer of the emitter; c) electricity suitable for causing electron field emission from the first layer of the emitter An electron field emission device comprising: means for applying a bias to the emitter and the anode.
【請求項4】 請求項1記載の電子電界放出装置において、前記放出体の前
記第2層が前記第1層と直接接触して配置される電子電界放出装置。
4. The electron field emission device according to claim 1, wherein said second layer of said emitter is disposed in direct contact with said first layer.
【請求項5】 請求項1記載の電子電界放出装置において、前記放出体の前
記第1層が電子放出向けの低仕事関数を持つ電子電界放出装置。
5. The electron field emission device according to claim 1, wherein the first layer of the emitter has a low work function for electron emission.
【請求項6】 請求項1記載の電子電界放出装置において、前記放出体の前
記第2層が前記汚染物質に反応性の物質を含む電子電界放出装置。
6. The electron field emission device according to claim 1, wherein the second layer of the emitter contains a substance reactive with the contaminant.
【請求項7】 請求項1記載の電子電界放出装置において、前記放出体の前
記第1層が前記放出体の前記第2層よりも所定エッチ剤に対して低いエッチ速度
を有することを特徴とし、それによって前記放出体の前記第2層が前記放出体の
一部分と差別的にエッチされることがある電子電界放出装置。
7. The electron field emission device according to claim 1, wherein said first layer of said emitter has a lower etch rate for a given etchant than said second layer of said emitter. An electron field emission device whereby the second layer of the emitter may be differentially etched with a portion of the emitter.
【請求項8】 請求項1記載の電子電界放出装置において、前記放出体の前
記第2層が遷移金属を含む電子電界放出装置。
8. The electron field emission device according to claim 1, wherein the second layer of the emitter contains a transition metal.
【請求項9】 請求項1記載の電子電界放出装置において、前記放出体の前
記第2層がアルミニウムと、バリウムと、ベリリウムと、カルシウムと、セリウ
ムと、銅と、コバルトと、鉄と、ランタニド元素と、マグネシウムと、ミッシュ
・メタルと、ニッケルと、パラジウムと、トリウムと、ウランと、亜鉛と、チタ
ンと、ジルコニウムと、ハフニウムと、バナジウムと、ニオブと、タンタルと、
クロムと、モリブデンと、タングステンと、それらの合金と、それらの化合物と
、それらの混合物とからなるリストから選択された物質を含む電子電界放出装置
9. The electron field emission device according to claim 1, wherein the second layer of the emitter is made of aluminum, barium, beryllium, calcium, cerium, copper, cobalt, iron, and lanthanide. Element, magnesium, misch metal, nickel, palladium, thorium, uranium, zinc, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum,
An electron field emission device comprising a substance selected from the list consisting of chromium, molybdenum, tungsten, their alloys, their compounds, and mixtures thereof.
【請求項10】 請求項1記載の電子電界放出装置において、前記放出体の
前記第1層が窒化遷移金属を含む電子電界放出装置。
10. The electron field emission device according to claim 1, wherein the first layer of the emitter contains a transition metal nitride.
【請求項11】 請求項1記載の電子電界放出装置において、前記放出体の
前記第2層が第1遷移金属を含みかつ前記放出体の前記第1層が窒化第2遷移金
属を含む電子電界放出装置。
11. The electron field emission device according to claim 1, wherein said second layer of said emitter comprises a first transition metal and said first layer of said emitter comprises a second transition metal nitride. Discharge device.
【請求項12】 請求項1記載の電子電界放出装置において、前記放出体の
前記第2層が縁を有し、かつ前記放出体の前記第1層が放出先端を形成するため
に前記第2層の前記縁を越えて延びる凸角部分を含む電子電界放出装置。
12. The electron field emission device according to claim 1, wherein said second layer of said emitter has an edge and said first layer of said emitter forms an emission tip. An electron field emission device comprising a convex corner portion extending beyond the edge of the layer.
【請求項13】 請求項8記載の電子電界放出装置において、前記遷移金属
がチタンと、ジルコニウムと、ハフニウムと、バナジウムと、ニオブと、タンタ
ルと、クロムと、モリブデンと、タングステンと、それらの合金と、それらの化
合物と、それらの混合物とからなるリストから選択される電子電界放出装置。
13. The electron field emission device according to claim 8, wherein the transition metal is titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, and an alloy thereof. And an electron field emission device selected from the list consisting of these compounds and mixtures thereof.
【請求項14】 請求項10記載の電子電界放出装置において、前記窒化遷
移金属がチタンと、ジルコニウムと、ハフニウムと、バナジウムと、ニオブと、
タンタルと、クロムと、モリブデンと、タングステンと、それらの化合物と、そ
れらの混合物との窒化形からなるリストから選択される電子電界放出装置。
14. The electron field emission device according to claim 10, wherein said transition metal nitride is titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium.
An electron field emission device selected from the list consisting of nitrides of tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, their compounds, and mixtures thereof.
【請求項15】 請求項11記載の電子電界放出装置において、前記第1遷
移金属と前記第2遷移金属とが同じである電子電界放出装置。
15. The electron field emission device according to claim 11, wherein the first transition metal and the second transition metal are the same.
【請求項16】 請求項11記載の電子電界放出装置において、前記第1遷
移金属と前記第2遷移金属とが異なっている電子電界放出装置。
16. The electron field emission device according to claim 11, wherein said first transition metal and said second transition metal are different.
【請求項17】 基板上に形成された電子電界放出装置であって、 a) エミッタであって、 i) 汚染物質をゲッタする第1層であって、第1遷移金属を含みかつ前記
基板に平行に配置される前記第1層と、 ii) 電子を放出する第2層であって、窒化第2遷移金属を含みかつ前記
基板に平行に配置されかつ前記第1層と少なくとも部分的に接触している前記第
2層と、 b) 前記放出体から間隔を取ったかつ前記放出体の前記第2層から放出され
る電子を受け取るように配置された陽極と、 c) 前記放出体の前記第2層から電子電界放出を引き起こさせるために適し
た電気バイアスを前記放出体と前記陽極とに印加する手段と を含む前記放出体 を包含する電子電界放出装置。
17. An electron field emission device formed on a substrate, comprising: a) an emitter; i) a first layer for gettering contaminants, comprising a first transition metal and comprising: Ii) a second layer emitting electrons, comprising a second transition metal nitride and arranged parallel to the substrate and at least partially in contact with the first layer; B) an anode spaced from the emitter and arranged to receive electrons emitted from the second layer of the emitter; c) the anode of the emitter. An electron field emission device comprising: the emitter comprising: means for applying an electrical bias suitable for causing electron field emission from the second layer to the emitter and the anode.
【請求項18】 請求項17記載の電子電界放出装置において、前記第1遷
移金属がジルコニウムであり、かつ前記第2遷移金属がチタンと、タンタルと、
モリブデンと、それらの化合物と、それらの混合物と、それらの合金とからなる
リストから選択される電子電界放出装置。
18. The electron field emission device according to claim 17, wherein the first transition metal is zirconium, and the second transition metal is titanium, tantalum,
An electron field emission device selected from the list consisting of molybdenum, their compounds, their mixtures, and their alloys.
【請求項19】 冷陰極電界放出電子源を使用する型式の電子電界放出装置
であって、 a) 第1面を定める基板上側表面を有する基板と、 b) 陽極と、 c) 第1所定距離だけ前記陽極から間隔を取ったかつ前記第1面に平行な第
2面上に配置された電界放出電子放出体であって、 i) 前記第2面に実質的に平行に配置された上側主表面と下側主表面とを
有する薄膜であって、電子の電界放出に適した仕事関数を持つ前記薄膜と、 ii) 前記薄膜の前記上側主表面と接触して配置された第1ゲッタリング
膜と、 iii) 前記薄膜の前記下側主表面と接触して配置された第2ゲッタリン
グ膜であって、前記第1ゲッタリング膜と前記第2ゲッタリング膜とのうちの少
なくとも1つが導電性である前記第2ゲッタリング膜と を含む前記電子放出体と、 d) 陰極接点を用意するために前記電子放出体の前記第1ゲッタリング膜と
前記第2ゲッタリング膜とのうちの前記少なくとも1つに接続された第1導電接
点と、 e) 陽極接点を用意するために前記第1導電接点から間隔を取ったかつ前記
陽極に接続された第2導電接点であって、それによって前記装置が電気バイアス
電圧を印加されることがある前記第2導電接点と、 f) 前記電気バイアス電圧を印加する手段と を包含する電子電界放出装置。
19. An electron field emission device of the type using a cold cathode field emission electron source, comprising: a) a substrate having a substrate upper surface defining a first surface; b) an anode; c) a first predetermined distance. A field emission electron emitter disposed only on the second surface parallel to the first surface and spaced from the anode, i) an upper main body disposed substantially parallel to the second surface. A thin film having a surface and a lower main surface, the thin film having a work function suitable for field emission of electrons; and ii) a first gettering film disposed in contact with the upper main surface of the thin film. And iii) a second gettering film disposed in contact with the lower main surface of the thin film, wherein at least one of the first gettering film and the second gettering film is conductive. And the second gettering film, wherein: D) a first conductive contact connected to said at least one of said first gettering film and said second gettering film of said electron emitter to provide a cathode contact; e. A) a second conductive contact spaced from the first conductive contact and connected to the anode to provide an anode contact, whereby the device may be subjected to an electrical bias voltage; An electron field emission device comprising: two conductive contacts; and f) means for applying said electrical bias voltage.
【請求項20】 請求項19記載の電子電界放出装置において、前記放出体
の前記薄膜が前記放出体の前記第1ゲッタリング膜と前記第2ゲッタリング膜と
よりも所定エッチ剤に対して低いエッチ速度を有することを特徴とし、それによ
って前記放出体の前記第1ゲッタリング膜と前記第2ゲッタリング膜とが前記放
出体の一部分と差別的にエッチされることがあり、それによって前記第1ゲッタ
リング膜と前記第2ゲッタリング膜との各々に縁を形成しかつ前記電界放出電子
放出体の鋭い放出先端を用意するために前記第1ゲッタリング膜と前記第2ゲッ
タリング膜との前記縁を越えて延びる前記放出体の凸角部分を形成する電子電界
放出装置。
20. The electron field emission device according to claim 19, wherein the thin film of the emitter is lower with respect to a predetermined etchant than the first gettering film and the second gettering film of the emitter. Having an etch rate, whereby the first gettering film and the second gettering film of the emitter may be differentially etched with a portion of the emitter, whereby the second The first gettering film and the second gettering film are formed so that an edge is formed at each of the first gettering film and the second gettering film, and a sharp emission tip of the field emission electron emitter is prepared. An electron field emission device for forming a convex corner of the emitter extending beyond the edge.
【請求項21】 セルフゲッタリング電子電界放出体を備えた電界放出装置
の製作プロセスであって、 a) 基板を用意するステップと、 b) 前記基板に平行に窒化第1遷移金属の第1層を配置するステップと、 c) 前記第1層に平行にかつ前記第1層と接触して第2遷移金属の第2層を
配置するステップと、 d) 放出縁を有する放出体を形成するために前記第1層と前記第2層とをエ
ッチするステップと、 e) 適切な電気バイアス電圧が前記放出体と陽極とに印加されるとき前記放
出縁から放出される電子を受け取るために前記放出縁から間隔を取った前記陽極
を配置するステップと を包含する製作プロセス。
21. A process for making a field emission device with a self-gettering electron field emitter, comprising: a) providing a substrate; b) a first layer of a first transition metal nitride nitride parallel to said substrate. C) disposing a second layer of a second transition metal parallel to and in contact with said first layer; and d) forming an emitter having an emission edge. Etching said first and second layers; and e) said emitting to receive electrons emitted from said emitting edge when a suitable electrical bias voltage is applied to said emitter and anode. Disposing the anode spaced from the edge.
【請求項22】 請求項21記載の製作プロセスであって、 f) 前記第1層と前記第2層とをパターン化するステップ を更に包含する製作プロセス。22. The fabrication process of claim 21, further comprising: f) patterning said first layer and said second layer. 【請求項23】 請求項21記載の製作プロセスであって、 g) りん光体が前記電子によって励起されるとき発光する前記りん光体を前
記陽極上に配置するステップ を更に包含する製作プロセス。
23. The fabrication process of claim 21, further comprising the step of: g) disposing the phosphor on the anode that emits light when the phosphor is excited by the electrons.
【請求項24】 請求項21記載の製作プロセスにおいて、前記エッチする
ステップ(d)が、前記第1層の第1縁が前記第2層の第2縁を越えて延びる前
記第1層の凸角部分を終端させ、それゆえ前記放出縁を形成するように、前記第
1縁上に前記第1縁を前記第2層に前記第2縁を形成することを含む製作プロセ
ス。
24. The fabrication process according to claim 21, wherein said etching step (d) comprises the step of: projecting said first layer with a first edge of said first layer extending beyond a second edge of said second layer. A fabrication process comprising forming the first edge on the first edge and the second edge on the second layer to terminate a corner and thus form the emission edge.
【請求項25】 請求項21記載の製作プロセスであって、 h) 前記基板と前記放出体との間に第1絶縁層を配置するステップ を更に包含する製作プロセス。25. The fabrication process of claim 21, further comprising: h) disposing a first insulating layer between the substrate and the emitter. 【請求項26】 請求項21記載の製作プロセスであって、 i) 前記放出体を覆って第2絶縁層を配置するステップ を更に包含する製作プロセス。26. The fabrication process of claim 21, further comprising: i) disposing a second insulating layer over the emitter. 【請求項27】 請求項21記載の製作プロセスにおいて、 前記窒化第1遷移金属層を配置するステップ(b)が窒化遷移金属を配置する
ことによって遂行され、かつ 前記第2遷移金属層を配置するステップ(c)がステップ(b)におけるのと
同じ第1遷移金属であって窒素なしでその純粋な形であるものを配置することに
よって遂行される 製作プロセス。
27. The fabrication process according to claim 21, wherein the step of disposing the first transition metal nitride layer (b) is performed by disposing a transition metal nitride and disposing the second transition metal layer. A fabrication process in which step (c) is performed by placing the same first transition metal as in step (b), which is in its pure form without nitrogen.
【請求項28】 請求項21記載の製作プロセスにおいて、 前記窒化第1遷移金属層を配置するステップ(b)が或る量の窒素を供給する
間に前記第1遷移金属を反応性スパッタすることによって遂行され、かつ 前記第2遷移金属層を配置するステップ(c)が前記第1遷移金属をスパッタ
し続ける間に窒素を除去し、それによって窒素なしで前記第2遷移金属を堆積さ
せることによって遂行される 製作プロセス。
28. The fabrication process of claim 21, wherein the step (b) of disposing the first transition metal nitride layer comprises reactive sputtering the first transition metal while supplying an amount of nitrogen. By removing nitrogen while step (c) of depositing the second transition metal layer continues to sputter the first transition metal, thereby depositing the second transition metal without nitrogen The fabrication process performed.
【請求項29】 請求項21記載の製作プロセスにおいて、前記第1層を配
置するステップ(b)がチタンと、ジルコニウムと、ハフニウムと、バナジウム
と、ニオブと、タンタルと、クロムと、モリブデンと、タングステンと、それら
の合金と、それらの化合物と、それらの混合物とからなるリストから選択された
遷移金属の窒化形を堆積させることによって遂行される製作プロセス。
29. The fabrication process according to claim 21, wherein the step (b) of disposing the first layer comprises titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum. A fabrication process performed by depositing a nitride of a transition metal selected from a list consisting of tungsten, their alloys, their compounds, and mixtures thereof.
【請求項30】 請求項21記載のセルフゲッタリング電子電界放出装置の
製作プロセスにおいて、前記第2層を配置するステップ(c)がチタンと、ジル
コニウムと、ハフニウムと、バナジウムと、ニオブと、タンタルと、クロムと、
モリブデンと、タングステンと、それらの合金と、それらの化合物と、それらの
混合物とからなるリストから選択された遷移金属を堆積させることによって遂行
される製作プロセス。
30. The fabrication process of claim 21, wherein the step (c) of disposing the second layer comprises titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, and tantalum. And chrome,
A fabrication process performed by depositing a transition metal selected from a list consisting of molybdenum, tungsten, their alloys, their compounds, and mixtures thereof.
【請求項31】 請求項25記載のセルフゲッタリング電子電界放出装置の
製作プロセスであって、 i) 前記第1層と前記第2層とをエッチする間に前記放出体と前記第1絶縁
層とを通して開口を形成するステップ を更に包含する製作プロセス。
31. The process for fabricating a self-gettering electron field emission device according to claim 25, wherein: i) the emitter and the first insulating layer while etching the first layer and the second layer. Forming an opening through the fabrication process.
【請求項32】 請求項26記載のセルフゲッタリング電子電界放出装置の
製作プロセスであって、 j) 前記第1層と前記第2層とをエッチする間に前記第2絶縁層と、前記放
出体と、前記第1絶縁層とを通して開口を形成するステップ を更に包含する製作プロセス。
32. The manufacturing process of the self-gettering electron field emission device according to claim 26, wherein: j) the second insulating layer and the emission layer while etching the first layer and the second layer. Forming an opening through the body and through the first insulating layer.
【請求項33】 セルフゲッタリング電子電界放出装置の製作プロセスであ
って、 a) 基板を用意するステップと、 b) 前記基板に陽極を配置するステップであって、前記陽極が頂面を有する
前記陽極を配置するステップと、 c) 前記陽極を覆って第1絶縁層を配置するステップと、 d) 前記基板に平行に窒化第1遷移金属の第1層を配置するステップと、 e) 前記第1層に平行にかつ前記第1層と接触して第2遷移金属の第2層を
配置するステップと、 f) 前記第1層と前記第2層とをオプショナルにパターン化するステップと
、 g) 前記第2層を覆って第2絶縁層を配置するステップと、 h) 前記陽極から間隔を取った放出縁を有する放出体を形成するために前記
第1層と前記第2層とをエッチする間にかつ前記陽極の前記頂面を実質的にエッ
チしないで残す間に、前記第1絶縁層と、前記第2絶縁層と、窒化第1遷移金属
の前記第1層と、第2遷移金属の前記第2層とを通して延びる開口を形成するス
テップと、 i) 前記放出体から前記陽極へ電子の放出を引き起こさせるために充分な、
適切な電気バイアス電圧を前記放出体と前記陽極とに印加する手段を用意するス
テップと を包含する製作プロセス。
33. A process for making a self-gettering electron field emission device, comprising: a) providing a substrate; b) placing an anode on the substrate, wherein the anode has a top surface. Disposing an anode; c) disposing a first insulating layer over the anode; d) disposing a first layer of a first transition metal nitride in parallel with the substrate; Arranging a second layer of a second transition metal parallel to and in contact with the first layer; f) optionally patterning the first and second layers; g. A) disposing a second insulating layer over the second layer; and h) etching the first layer and the second layer to form an emitter having an emission edge spaced from the anode. And the top of the anode Extending through the first insulating layer, the second insulating layer, the first layer of the first transition metal nitride, and the second layer of the second transition metal while leaving substantially no etch. I) sufficient to cause emission of electrons from the emitter to the anode;
Providing means for applying an appropriate electrical bias voltage to said emitter and said anode.
【請求項34】 請求項33記載のセルフゲッタリング電子電界放出装置の
製作プロセスにおいて、前記陽極を配置するステップ(b)が前記陽極の少なく
とも前記頂面を形成するためにりん光体を配置することを含む製作プロセス。
34. The process for fabricating a self-gettering electron field emission device according to claim 33, wherein the step of disposing the anode comprises disposing a phosphor to form at least the top surface of the anode. Manufacturing process including:
【請求項35】 請求項33記載のセルフゲッタリング電子電界放出装置の
製作プロセスにおいて、 前記窒化第1遷移金属層を配置するステップ(d)が窒化遷移金属を配置する
ことによって遂行され、かつ 前記第2遷移金属層を配置するステップ(e)が前記ステップ(d)における
のと同じ第1遷移金属であって窒素なしでその純粋形であるものを配置すること
によって遂行される 製作プロセス。
35. The fabrication process of a self-gettering electron field emission device according to claim 33, wherein the step (d) of disposing the first transition metal nitride layer is performed by disposing a transition metal nitride. The fabrication process wherein step (e) of disposing a second transition metal layer is performed by disposing the same first transition metal as in step (d) but in its pure form without nitrogen.
【請求項36】 請求項33記載のセルフゲッタリング電子電界放出装置の
製作プロセスにおいて、 前記窒化遷移金属層を配置するステップ(d)が或る量の窒素を供給する間に
前記遷移金属を反応性スパッタすることによって遂行され、かつ 前記遷移金属層を配置するステップ(e)が前記遷移金属をスパッタし続ける
間に窒素を除去し、それによってステップ(d)におけるのと同じ第1遷移金属
を窒素なしのその純粋形で堆積させることによって遂行される 製作プロセス。
36. The process for fabricating a self-gettering electron field emission device according to claim 33, wherein the step (d) of disposing the transition metal nitride layer reacts the transition metal while supplying an amount of nitrogen. And (e) depositing the transition metal layer and removing nitrogen while continuing to sputter the transition metal, thereby removing the same first transition metal as in step (d). A fabrication process performed by depositing in its pure form without nitrogen.
【請求項37】 セルフゲッタリング電子電界放出装置の製作プロセスであ
って、 a) 基板を用意するステップと、 b) 前記基板上に導電りん光体陽極を配置するステップであって、前記陽極
が頂面を有する前記導電りん光体陽極を配置するステップと、 c) 前記陽極を覆ってシリコン酸化物の第1絶縁層を配置するステップと、 d) 窒素の存在下で前記遷移金属を反応性スパッタすることによって前記基
板に平行に窒化遷移金属の第1層を配置するステップと、 e) 前記窒素を除去する間に前記遷移金属をスパッタし続けることによって
前記第1層に平行にかつ前記第1層と接触して前記遷移金属の第2層を配置する
ステップと、 f) 前記第1層と前記第2層とをオプショナルにパターン化するステップと
、 g) 前記第2層を覆ってシリコン酸化物の第2絶縁層を配置するステップと
、 h) 前記第1層の第1縁と前記第2層の第2縁とを形成するために前記第1
層と前記第2層とをエッチして前記第1層が前記第2層の前記第2縁を越えて延
びる凸角部分を含むようにし、それによって前記陽極から間隔を取った放出縁を
有する放出体を形成する間に、かつ前記陽極の前記頂面を実質的にエッチしない
で残す間に、前記第1絶縁層と、前記第2絶縁層と、窒化第1遷移金属の前記第
1層と、第2遷移金属の前記第2層とを通して方向性エッチすることによって開
口を形成するステップと、 i) 前記放出体から前記陽極へ電子の放出を引き起こさせるために充分な、
適切な電気バイアス電圧を前記放出体と前記陽極とに印加する手段であって、そ
れによって前記りん光体が発光するように励起される前記印加する手段を用意す
るステップと を包含する製作プロセス。
37. A process for making a self-gettering electron field emission device, comprising: a) providing a substrate; and b) placing a conductive phosphor anode on the substrate, wherein the anode is Disposing said conductive phosphor anode having a top surface; c) disposing a first insulating layer of silicon oxide over said anode; and d) reacting said transition metal in the presence of nitrogen. Placing a first layer of a transition metal nitride parallel to the substrate by sputtering; e) parallel to the first layer and the first layer by continuing to sputter the transition metal while removing the nitrogen. Disposing a second layer of the transition metal in contact with one layer; f) optionally patterning the first layer and the second layer; and g) covering the second layer. Placing a second insulating layer of silicon oxide, h) the first to form a second edge of said first edge of said first layer a second layer
Etching a layer and the second layer such that the first layer includes a convex edge extending beyond the second edge of the second layer, thereby having an emission edge spaced from the anode The first insulating layer, the second insulating layer, and the first layer of a first transition metal nitride while forming an emitter and while leaving the top surface of the anode substantially unetched; Forming an opening by directional etching through the second layer of a second transition metal; i) sufficient to cause emission of electrons from the emitter to the anode;
Providing a means for applying a suitable electrical bias voltage to said emitter and said anode, whereby said means for exciting said phosphor to emit light are provided.
【請求項38】 横方向電子放出体を有する型式のセルフゲッタリング電子
電界放出装置の製作プロセスであって、 a) 基板を用意するステップと、 b) 前記基板に平行な第1絶縁層を形成するステップであって、前記第1絶
縁層が頂主面を有する前記形成するステップと、 c) 前記第1絶縁層の前記頂主面上に、 i) 第1ゲッタリング物質の放出体下側層と、 ii) 電子の電界放出に適した仕事関数を持つ物質の放出体中心層と、 iii) 積層状複合物放出体層を形成するために第2ゲッタリング物質の
放出体上側層と を順次に堆積させるステップと、 d) 第2絶縁層をオプショナルに堆積させるステップと、 e) 先に形成した層を通して選択性かつ方向性エッチすることによって開口
を形成するステップと、 f) 放出体縁を有する放出体を形成するために前記放出体中央層の少なくと
も凸角縁部分を残す間に、前記放出体上側層と前記放出体下側層との各々の少な
くとも縁部分を除去するために前記積層状複合放出体層をエッチするステップと
、 g) 適切な電気バイアス電圧が前記放出体と陽極とに印加されるとき前記放
出縁から放出される電子を受け取るために前記放出縁から間隔を取った前記陽極
を配置するステップと を包含する製作プロセス。
38. A process for making a self-gettering electron field emission device of the type having a lateral electron emitter, comprising: a) providing a substrate; b) forming a first insulating layer parallel to the substrate. Forming the first insulating layer having a top major surface; c) on the top major surface of the first insulating layer; i) below the emitter of the first gettering material. Ii) an emitter center layer of a material having a work function suitable for field emission of electrons; and iii) an emitter upper layer of a second gettering material to form a laminated composite emitter layer. Sequentially depositing; d) optionally depositing a second insulating layer; e) forming an opening by selective and directional etching through the previously formed layer; f) emitter edge To Stacking to remove at least an edge portion of each of the emitter upper layer and the emitter lower layer while leaving at least a convex edge portion of the emitter central layer to form an emitter. Etching the composite emitter layer; g) spaced from the emission edge to receive electrons emitted from the emission edge when a suitable electrical bias voltage is applied to the emitter and the anode. Disposing the anode.
【請求項39】 少なくとも1つのセルフゲッタリング電子電界放出体を備
える電界放出装置であって、請求項21乃至38記載の製作プロセスのいずれか
によって作られる前記電界放出装置。
39. A field emission device comprising at least one self-gettering electron field emitter, wherein the field emission device is made by any of the fabrication processes of claims 21-38.
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