JP2003100201A - 電界放射型電子源およびその製造方法 - Google Patents
電界放射型電子源およびその製造方法Info
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- JP2003100201A JP2003100201A JP2001290335A JP2001290335A JP2003100201A JP 2003100201 A JP2003100201 A JP 2003100201A JP 2001290335 A JP2001290335 A JP 2001290335A JP 2001290335 A JP2001290335 A JP 2001290335A JP 2003100201 A JP2003100201 A JP 2003100201A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電子放出特性の低下を抑制しながらも耐熱性を
向上した電界放射型電子源およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】基板１の一表面側に下部電極２が形成さ
れ、下部電極２上に半導体層３としてノンドープの多結
晶シリコン層３が形成され、多結晶シリコン層３上に酸
化した多孔質多結晶シリコン層よりなる強電界ドリフト
層６が形成され、強電界ドリフト層６上に表面電極７が
形成された電界放射型電子源１０において、下部電極２
および表面電極７それぞれを層状の導電性炭化物層によ
り形成してある。強電界ドリフト層６が、下部電極と表
面電極７との間に表面電極７を高電位側として電圧を印
加したときに作用する電界により下部電極２から表面電
極７へ向かう向きへ電子が通過する電子通過層を構成し
ている。
向上した電界放射型電子源およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】基板１の一表面側に下部電極２が形成さ
れ、下部電極２上に半導体層３としてノンドープの多結
晶シリコン層３が形成され、多結晶シリコン層３上に酸
化した多孔質多結晶シリコン層よりなる強電界ドリフト
層６が形成され、強電界ドリフト層６上に表面電極７が
形成された電界放射型電子源１０において、下部電極２
および表面電極７それぞれを層状の導電性炭化物層によ
り形成してある。強電界ドリフト層６が、下部電極と表
面電極７との間に表面電極７を高電位側として電圧を印
加したときに作用する電界により下部電極２から表面電
極７へ向かう向きへ電子が通過する電子通過層を構成し
ている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界放射により電
子線を放射するようにした電界放射型電子源およびその
製造方法に関するものである。
子線を放射するようにした電界放射型電子源およびその
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、電界放射型電子源として、例
えば、特許第２９８７１４０号公報、特開２００１−１
２６６１０号公報などに開示されたものが知られてい
る。
えば、特許第２９８７１４０号公報、特開２００１−１
２６６１０号公報などに開示されたものが知られてい
る。
【０００３】ここにおいて、前者に開示された電界放射
型電子源は、下部電極と、下部電極に対向する金属薄膜
よりなる表面電極（上部電極）と、下部電極と表面電極
との間に介在し下部電極と表面電極との間に表面電極を
高電位側として電圧を印加したときに作用する電界によ
り下部電極から表面電極へ向かう向きへ電子が通過する
電子通過層（強電界ドリフト層）とを備えている。電子
通過層としては、例えば酸化若しくは窒化した多孔質多
結晶シリコン層が採用されている。この電界放射型電子
源は、表面電極を真空中に配置するとともに表面電極に
対向してコレクタ電極を配置し、表面電極と下部電極と
の間に表面電極を高電位側として直流電圧を印加すると
ともに、コレクタ電極と表面電極との間にコレクタ電極
を高電位側として直流電圧を印加することにより、電子
通過層をドリフトした電子を表面電極を通して放出させ
るものである。なお、表面電極の表面が酸化などの変質
を起こすと電子放出効率が減少するので、表面電極７に
は化学的に安定な金属（例えば、金などの貴金属）が採
用されている。また、表面電極７の膜厚は例えば１０ｎ
ｍ程度に設定されている。
型電子源は、下部電極と、下部電極に対向する金属薄膜
よりなる表面電極（上部電極）と、下部電極と表面電極
との間に介在し下部電極と表面電極との間に表面電極を
高電位側として電圧を印加したときに作用する電界によ
り下部電極から表面電極へ向かう向きへ電子が通過する
電子通過層（強電界ドリフト層）とを備えている。電子
通過層としては、例えば酸化若しくは窒化した多孔質多
結晶シリコン層が採用されている。この電界放射型電子
源は、表面電極を真空中に配置するとともに表面電極に
対向してコレクタ電極を配置し、表面電極と下部電極と
の間に表面電極を高電位側として直流電圧を印加すると
ともに、コレクタ電極と表面電極との間にコレクタ電極
を高電位側として直流電圧を印加することにより、電子
通過層をドリフトした電子を表面電極を通して放出させ
るものである。なお、表面電極の表面が酸化などの変質
を起こすと電子放出効率が減少するので、表面電極７に
は化学的に安定な金属（例えば、金などの貴金属）が採
用されている。また、表面電極７の膜厚は例えば１０ｎ
ｍ程度に設定されている。
【０００４】ところで、上述の電界放射型電子源におい
て、表面電極と下部電極との間に流れる電流をダイオー
ド電流Ｉpsと呼び、コレクタ電極と表面電極との間に流
れる電流をエミッション電流（放出電子電流）Ｉeと呼
ぶことにすれば、ダイオード電流Ｉpsに対するエミッシ
ョン電流Ｉeの比率（＝Ｉe／Ｉps）が大きいほど電子放
出効率が高くなるが、上述の電界放射型電子源では、表
面電極と下部電極との間に印加する直流電圧を１０〜２
０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させることがで
き、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出
時にポッピング現象が発生せず安定して電子を放出する
ことができる。
て、表面電極と下部電極との間に流れる電流をダイオー
ド電流Ｉpsと呼び、コレクタ電極と表面電極との間に流
れる電流をエミッション電流（放出電子電流）Ｉeと呼
ぶことにすれば、ダイオード電流Ｉpsに対するエミッシ
ョン電流Ｉeの比率（＝Ｉe／Ｉps）が大きいほど電子放
出効率が高くなるが、上述の電界放射型電子源では、表
面電極と下部電極との間に印加する直流電圧を１０〜２
０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させることがで
き、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出
時にポッピング現象が発生せず安定して電子を放出する
ことができる。
【０００５】なお、上述の電界放射型電子源において
は、抵抗率が導体の抵抗率に比較的近い半導体基板と当
該半導体基板の裏面に形成したオーミック電極とで下部
電極を構成したものや、絶縁性基板（ガラス基板、セラ
ミック基板など）上に形成された金属材料からなる導電
性層により下部電極を構成したものなどがある。
は、抵抗率が導体の抵抗率に比較的近い半導体基板と当
該半導体基板の裏面に形成したオーミック電極とで下部
電極を構成したものや、絶縁性基板（ガラス基板、セラ
ミック基板など）上に形成された金属材料からなる導電
性層により下部電極を構成したものなどがある。
【０００６】また、後者に開示された電界放射型電子源
は、表面電極の一部に炭素または炭素化合物からなる炭
素領域を設けてあり、ダイオード電流Ｉpsが流れすぎる
のを防止することができ、結果的に電子放出効率を高め
ることができるという利点を有している。
は、表面電極の一部に炭素または炭素化合物からなる炭
素領域を設けてあり、ダイオード電流Ｉpsが流れすぎる
のを防止することができ、結果的に電子放出効率を高め
ることができるという利点を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記各従来
構成の電界放射型電子源は、真空封止して使用されるも
のであるが、組立時の真空封止工程などの比較的高温の
熱工程（真空封止工程は５００℃程度の温度で行われ
る）によって表面電極や下部電極の抵抗値が上昇してし
まい、動作中に表面電極と下部電極との間やコレクタ電
極と表面電極との間に所望の電圧が印加されなくなり、
電子放出特性（エミッション電流、電子放出効率など）
が低下してしまうという不具合があった。
構成の電界放射型電子源は、真空封止して使用されるも
のであるが、組立時の真空封止工程などの比較的高温の
熱工程（真空封止工程は５００℃程度の温度で行われ
る）によって表面電極や下部電極の抵抗値が上昇してし
まい、動作中に表面電極と下部電極との間やコレクタ電
極と表面電極との間に所望の電圧が印加されなくなり、
電子放出特性（エミッション電流、電子放出効率など）
が低下してしまうという不具合があった。
【０００８】さらに説明すれば、表面電極には金属薄膜
が用いられているが、表面電極の膜厚は上述のように１
０ｎｍ程度であり、一般的に表面電極として用いられて
いる金薄膜では４００℃以上の温度領域で凝集が起こ
り、膜厚の均一性の低下および膜連続性の低下を引き起
こすので、表面電極の抵抗値が上昇し、結果的に電子放
出特性が低下してしまうのである。このような凝集の起
こりにくい金属材料としては、タングステンやアルミニ
ウムなどが知られているが、表面電極の材料としてタン
グステンやアルミニウムを用いた場合には、表面電極の
表面が酸化されやすく、電子放出効率が低くなってしま
うという不具合があった。
が用いられているが、表面電極の膜厚は上述のように１
０ｎｍ程度であり、一般的に表面電極として用いられて
いる金薄膜では４００℃以上の温度領域で凝集が起こ
り、膜厚の均一性の低下および膜連続性の低下を引き起
こすので、表面電極の抵抗値が上昇し、結果的に電子放
出特性が低下してしまうのである。このような凝集の起
こりにくい金属材料としては、タングステンやアルミニ
ウムなどが知られているが、表面電極の材料としてタン
グステンやアルミニウムを用いた場合には、表面電極の
表面が酸化されやすく、電子放出効率が低くなってしま
うという不具合があった。
【０００９】また、下部電極についても上述のように抵
抗値が上昇してしまうが、抵抗値が上昇する原因として
は、金属の凝集、下部電極に積層されている層（例え
ば、電子通過層）への下部電極の構成原子（金属原子）
の熱拡散による膜厚減少、下部電極に積層されている層
（例えば、電子通過層）の構成原子の下部電極への熱拡
散による下部電極の膜厚減少、下部電極の抵抗率の上昇
などが考えられる。
抗値が上昇してしまうが、抵抗値が上昇する原因として
は、金属の凝集、下部電極に積層されている層（例え
ば、電子通過層）への下部電極の構成原子（金属原子）
の熱拡散による膜厚減少、下部電極に積層されている層
（例えば、電子通過層）の構成原子の下部電極への熱拡
散による下部電極の膜厚減少、下部電極の抵抗率の上昇
などが考えられる。
【００１０】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、電子放出特性の低下を抑制しながら
も耐熱性を向上した電界放射型電子源およびその製造方
法を提供することにある。
あり、その目的は、電子放出特性の低下を抑制しながら
も耐熱性を向上した電界放射型電子源およびその製造方
法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、下部電極と、表面電極と、下部
電極と表面電極との間に介在し下部電極と表面電極との
間に電圧を印加したときに作用する電界により電子が通
過する電子通過層とを備え、電子通過層を通過した電子
が表面電極を通して放出される電界放射型電子源であっ
て、表面電極の少なくとも一部が層状の導電性炭化物層
により形成されてなることを特徴とするものであり、導
電性炭化物は導電率が比較的高く且つ仕事関数が比較的
小さい上に貴金属に比べて融点が高くて拡散バリア性に
優れ、しかもタングステンやアルミニウムなどの金属材
料に比べて耐酸化性に優れているので、表面電極の少な
くとも一部が層状の導電性炭化物層により形成されてい
ることによって、従来のように表面電極が金属薄膜によ
り形成されているものに比べて、電子放出特性の低下を
抑制しながらも表面電極の耐熱性を高めることができ、
結果的に真空封止などの熱工程に起因して電子放出特性
が低下するのを防止することができる。
目的を達成するために、下部電極と、表面電極と、下部
電極と表面電極との間に介在し下部電極と表面電極との
間に電圧を印加したときに作用する電界により電子が通
過する電子通過層とを備え、電子通過層を通過した電子
が表面電極を通して放出される電界放射型電子源であっ
て、表面電極の少なくとも一部が層状の導電性炭化物層
により形成されてなることを特徴とするものであり、導
電性炭化物は導電率が比較的高く且つ仕事関数が比較的
小さい上に貴金属に比べて融点が高くて拡散バリア性に
優れ、しかもタングステンやアルミニウムなどの金属材
料に比べて耐酸化性に優れているので、表面電極の少な
くとも一部が層状の導電性炭化物層により形成されてい
ることによって、従来のように表面電極が金属薄膜によ
り形成されているものに比べて、電子放出特性の低下を
抑制しながらも表面電極の耐熱性を高めることができ、
結果的に真空封止などの熱工程に起因して電子放出特性
が低下するのを防止することができる。
【００１２】請求項２の発明は、下部電極と、表面電極
と、下部電極と表面電極との間に介在し下部電極と表面
電極との間に電圧を印加したときに作用する電界により
電子が通過する電子通過層とを備え、電子通過層を通過
した電子が表面電極を通して放出される電界放射型電子
源であって、下部電極の少なくとも一部が層状の導電性
炭化物層により形成されてなることを特徴とするもので
あり、導電性炭化物は導電率が比較的高く且つ仕事関数
が比較的小さい上に貴金属に比べて融点が高くて拡散バ
リア性に優れ、しかもタングステンやアルミニウムなど
の金属材料に比べて耐酸化性に優れているので、下部電
極の少なくとも一部が層状の導電性炭化物層により形成
されていることによって、従来のように下部電極が金属
材料により形成されているものに比べて、電子放出特性
の低下を抑制しながらも下部電極の耐熱性を高めること
ができ、結果的に真空封止などの熱工程に起因して電子
放出特性が低下するのを防止することができる。
と、下部電極と表面電極との間に介在し下部電極と表面
電極との間に電圧を印加したときに作用する電界により
電子が通過する電子通過層とを備え、電子通過層を通過
した電子が表面電極を通して放出される電界放射型電子
源であって、下部電極の少なくとも一部が層状の導電性
炭化物層により形成されてなることを特徴とするもので
あり、導電性炭化物は導電率が比較的高く且つ仕事関数
が比較的小さい上に貴金属に比べて融点が高くて拡散バ
リア性に優れ、しかもタングステンやアルミニウムなど
の金属材料に比べて耐酸化性に優れているので、下部電
極の少なくとも一部が層状の導電性炭化物層により形成
されていることによって、従来のように下部電極が金属
材料により形成されているものに比べて、電子放出特性
の低下を抑制しながらも下部電極の耐熱性を高めること
ができ、結果的に真空封止などの熱工程に起因して電子
放出特性が低下するのを防止することができる。
【００１３】請求項３の発明は、下部電極と、表面電極
と、下部電極と表面電極との間に介在し下部電極と表面
電極との間に電圧を印加したときに作用する電界により
電子が通過する電子通過層とを備え、電子通過層を通過
した電子が表面電極を通して放出される電界放射型電子
源であって、下部電極および表面電極それぞれの少なく
とも一部が層状の導電性炭化物層により形成されてなる
ことを特徴とするものであり、導電性炭化物は導電率が
比較的高く且つ仕事関数が比較的小さい上に貴金属に比
べて融点が高くて拡散バリア性に優れ、しかもタングス
テンやアルミニウムなどの金属材料に比べて耐酸化性に
優れているので、下部電極および表面電極それぞれの少
なくとも一部が層状の導電性炭化物層により形成されて
いることによって、従来のように下部電極および表面電
極が金属材料により形成されているものに比べて、電子
放出特性の低下を抑制しながらも下部電極および表面電
極の耐熱性を高めることができ、結果的に真空封止など
の熱工程に起因して電子放出特性が低下するのを防止す
ることができる。
と、下部電極と表面電極との間に介在し下部電極と表面
電極との間に電圧を印加したときに作用する電界により
電子が通過する電子通過層とを備え、電子通過層を通過
した電子が表面電極を通して放出される電界放射型電子
源であって、下部電極および表面電極それぞれの少なく
とも一部が層状の導電性炭化物層により形成されてなる
ことを特徴とするものであり、導電性炭化物は導電率が
比較的高く且つ仕事関数が比較的小さい上に貴金属に比
べて融点が高くて拡散バリア性に優れ、しかもタングス
テンやアルミニウムなどの金属材料に比べて耐酸化性に
優れているので、下部電極および表面電極それぞれの少
なくとも一部が層状の導電性炭化物層により形成されて
いることによって、従来のように下部電極および表面電
極が金属材料により形成されているものに比べて、電子
放出特性の低下を抑制しながらも下部電極および表面電
極の耐熱性を高めることができ、結果的に真空封止など
の熱工程に起因して電子放出特性が低下するのを防止す
ることができる。
【００１４】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、前記導電性炭化物層は、炭化チタ
ン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウムから選択される
導電性炭化物により形成されているので、熱的安定性お
よび再現性を高めることができる。
３の発明において、前記導電性炭化物層は、炭化チタ
ン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウムから選択される
導電性炭化物により形成されているので、熱的安定性お
よび再現性を高めることができる。
【００１５】請求項５の発明は、請求項１ないし請求項
４の発明において、前記表面電極の厚さが１０ｎｍを超
えないので、電子放出効率を高めることができる。
４の発明において、前記表面電極の厚さが１０ｎｍを超
えないので、電子放出効率を高めることができる。
【００１６】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
５の発明において、前記電子通過層は、ナノメータオー
ダの多数の半導体微結晶と、各半導体微結晶それぞれの
表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜
厚の絶縁膜とを有するので、前記電子通過層に印加され
た電界の大部分は絶縁膜に集中的にかかり、下部電極か
ら電子通過層に注入された電子が絶縁膜にかかっている
強電界により加速され表面電極へ向かってドリフトする
から、電子放出効率を向上させることができる。
５の発明において、前記電子通過層は、ナノメータオー
ダの多数の半導体微結晶と、各半導体微結晶それぞれの
表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜
厚の絶縁膜とを有するので、前記電子通過層に印加され
た電界の大部分は絶縁膜に集中的にかかり、下部電極か
ら電子通過層に注入された電子が絶縁膜にかかっている
強電界により加速され表面電極へ向かってドリフトする
から、電子放出効率を向上させることができる。
【００１７】請求項７の発明は、請求項１ないし請求項
５の発明において、前記電子通過層は、絶縁体層よりな
るので、ＭＩＭ（Metal−Insulator−Metal）構造の電
界放射型電子源と同様に動作し、前記電子通過層の厚さ
を適宜設定することで電子放出特性を向上することがで
きる。また、前記電子通過層を容易に形成することが可
能になる。
５の発明において、前記電子通過層は、絶縁体層よりな
るので、ＭＩＭ（Metal−Insulator−Metal）構造の電
界放射型電子源と同様に動作し、前記電子通過層の厚さ
を適宜設定することで電子放出特性を向上することがで
きる。また、前記電子通過層を容易に形成することが可
能になる。
【００１８】請求項８の発明は、請求項１ないし請求項
５の発明において、前記電子通過層と前記下部電極との
間に半導体層が介在し、前記電子通過層が絶縁体層より
なるので、ＭＩＳ（Metal−Insulator−Semiconducto
r）構造の電界放射型電子源と同様に動作し、前記電子
通過層の厚さを適宜設定することで電子放出特性を向上
することができる。また、前記電子通過層を容易に形成
することが可能になる。
５の発明において、前記電子通過層と前記下部電極との
間に半導体層が介在し、前記電子通過層が絶縁体層より
なるので、ＭＩＳ（Metal−Insulator−Semiconducto
r）構造の電界放射型電子源と同様に動作し、前記電子
通過層の厚さを適宜設定することで電子放出特性を向上
することができる。また、前記電子通過層を容易に形成
することが可能になる。
【００１９】請求項９の発明は、請求項１ないし請求項
８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法であ
って、前記導電性炭化物層を、導電性炭化物からなるタ
ーゲットを用いたスパッタ法により形成することを特徴
とし、前記導電性炭化物層を再現性および安定性良く高
スループットで形成することができて低コスト化を図れ
るとともに、電界放射型電子源の大面積化を図れ、しか
も、前記導電性炭化物層を形成するための装置として既
存のスパッタ装置を容易に流用することが可能であって
設備投資を抑えることによる低コスト化を図れるから、
電子放出特性の低下を抑制しながらも耐熱性を向上した
電界放射型電子源を低コストで提供することができる。
また、前記導電性炭化物層を比較的低いプロセス温度で
形成することができる。
８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法であ
って、前記導電性炭化物層を、導電性炭化物からなるタ
ーゲットを用いたスパッタ法により形成することを特徴
とし、前記導電性炭化物層を再現性および安定性良く高
スループットで形成することができて低コスト化を図れ
るとともに、電界放射型電子源の大面積化を図れ、しか
も、前記導電性炭化物層を形成するための装置として既
存のスパッタ装置を容易に流用することが可能であって
設備投資を抑えることによる低コスト化を図れるから、
電子放出特性の低下を抑制しながらも耐熱性を向上した
電界放射型電子源を低コストで提供することができる。
また、前記導電性炭化物層を比較的低いプロセス温度で
形成することができる。
【００２０】請求項１０の発明は、請求項１ないし請求
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を、導電性炭化物からなる
蒸着源を用いた蒸着法により形成することを特徴とし、
前記導電性炭化物層を再現性および安定性良く高スルー
プットで形成することができて低コスト化を図れるとと
もに、電界放射型電子源の大面積化を図れ、しかも、前
記導電性炭化物層を形成するための装置として既存の蒸
着装置を容易に流用することが可能であって設備投資を
抑えることによる低コスト化を図れるから、電子放出特
性の低下を抑制しながらも耐熱性を向上した電界放射型
電子源を低コストで提供することができる。また、前記
導電性炭化物層を比較的低いプロセス温度で形成するこ
とができる。
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を、導電性炭化物からなる
蒸着源を用いた蒸着法により形成することを特徴とし、
前記導電性炭化物層を再現性および安定性良く高スルー
プットで形成することができて低コスト化を図れるとと
もに、電界放射型電子源の大面積化を図れ、しかも、前
記導電性炭化物層を形成するための装置として既存の蒸
着装置を容易に流用することが可能であって設備投資を
抑えることによる低コスト化を図れるから、電子放出特
性の低下を抑制しながらも耐熱性を向上した電界放射型
電子源を低コストで提供することができる。また、前記
導電性炭化物層を比較的低いプロセス温度で形成するこ
とができる。
【００２１】請求項１１の発明は、請求項１ないし請求
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を、金属よりなるターゲッ
トおよび炭素を含むガスを利用した反応性スパッタ法に
より形成することを特徴とし、前記導電性炭化物層を再
現性および安定性良く高スループットで形成することが
できて低コスト化を図れるとともに、電界放射型電子源
の大面積化を図れるから、電子放出特性の低下を抑制し
ながらも耐熱性を向上した電界放射型電子源を低コスト
で提供することができる。また、前記導電性炭化物層を
比較的低いプロセス温度で形成することができ、しか
も、前記導電性炭化物層における炭素濃度の制御が容易
である。
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を、金属よりなるターゲッ
トおよび炭素を含むガスを利用した反応性スパッタ法に
より形成することを特徴とし、前記導電性炭化物層を再
現性および安定性良く高スループットで形成することが
できて低コスト化を図れるとともに、電界放射型電子源
の大面積化を図れるから、電子放出特性の低下を抑制し
ながらも耐熱性を向上した電界放射型電子源を低コスト
で提供することができる。また、前記導電性炭化物層を
比較的低いプロセス温度で形成することができ、しか
も、前記導電性炭化物層における炭素濃度の制御が容易
である。
【００２２】請求項１２の発明は、請求項１ないし請求
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を形成するにあたっては、
炭素を含むガス雰囲気中で金属膜をアニールすることで
前記導電性炭化物層を形成することを特徴とし、前記導
電性炭化物層を再現性および安定性良く形成することが
できて低コスト化を図れるとともに、電界放射型電子源
の大面積化を図れ、しかも、前記導電性炭化物層を形成
するための装置として既存のアニール装置を容易に流用
することが可能であって設備投資を抑えることによる低
コスト化を図れるから、電子放出特性の低下を抑制しな
がらも耐熱性を向上した電界放射型電子源を低コストで
提供することができる。
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を形成するにあたっては、
炭素を含むガス雰囲気中で金属膜をアニールすることで
前記導電性炭化物層を形成することを特徴とし、前記導
電性炭化物層を再現性および安定性良く形成することが
できて低コスト化を図れるとともに、電界放射型電子源
の大面積化を図れ、しかも、前記導電性炭化物層を形成
するための装置として既存のアニール装置を容易に流用
することが可能であって設備投資を抑えることによる低
コスト化を図れるから、電子放出特性の低下を抑制しな
がらも耐熱性を向上した電界放射型電子源を低コストで
提供することができる。
【００２３】請求項１３の発明は、請求項１ないし請求
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を、ＣＶＤ法により形成す
ることを特徴とし、前記導電性炭化物層を再現性および
安定性良く高スループットで形成することができて低コ
スト化を図れるとともに、電界放射型電子源の大面積化
を図れるから、電子放出特性の低下を抑制しながらも耐
熱性を向上した電界放射型電子源を低コストで提供する
ことができる。
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を、ＣＶＤ法により形成す
ることを特徴とし、前記導電性炭化物層を再現性および
安定性良く高スループットで形成することができて低コ
スト化を図れるとともに、電界放射型電子源の大面積化
を図れるから、電子放出特性の低下を抑制しながらも耐
熱性を向上した電界放射型電子源を低コストで提供する
ことができる。
【００２４】請求項１４の発明は、請求項１ないし請求
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を形成するにあたっては、
金属膜と炭素膜とを積層してアニールすることで前記導
電性炭化物層を形成することを特徴とし、前記導電性炭
化物層を再現性および安定性良く形成することができて
低コスト化を図れるとともに、電界放射型電子源の大面
積化を図れ、電子放出特性の低下を抑制しながらも耐熱
性を向上した電界放射型電子源を低コストで提供するこ
とができる。
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を形成するにあたっては、
金属膜と炭素膜とを積層してアニールすることで前記導
電性炭化物層を形成することを特徴とし、前記導電性炭
化物層を再現性および安定性良く形成することができて
低コスト化を図れるとともに、電界放射型電子源の大面
積化を図れ、電子放出特性の低下を抑制しながらも耐熱
性を向上した電界放射型電子源を低コストで提供するこ
とができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】本実施形態の電界放射型電子源１
０は、図１に示すように、絶縁性基板（例えば、ガラス
基板、セラミック基板など）よりなる基板１の一表面側
に層状の導電性炭化物層よりなる下部電極２が形成さ
れ、下部電極２上に半導体層としてノンドープの多結晶
シリコン層３が形成され、多結晶シリコン層３上に酸化
した多孔質多結晶シリコン層よりなる強電界ドリフト層
６が形成され、強電界ドリフト層６上に層状の導電性炭
化物層よりなる表面電極７が形成されている。つまり、
本実施形態の電界放射型電子源１０では、表面電極７と
下部電極２とが対向しており、表面電極７と下部電極２
との間に強電界ドリフト層６が介在している。ここに、
表面電極７の厚さは１０ｎｍ以下に設定してある（つま
り、１０ｎｍを超えないように設定されている）。な
お、本実施形態では、基板１として絶縁性基板を用いて
いるが、基板１としてシリコン基板などの半導体基板を
用いてもよい。また、強電界ドリフト層６と下部電極２
との間に多結晶シリコン層３を介在させてあるが、多結
晶シリコン層３を介在させずに下部電極２上に強電界ド
リフト層６を形成した構成を採用してもよい。
０は、図１に示すように、絶縁性基板（例えば、ガラス
基板、セラミック基板など）よりなる基板１の一表面側
に層状の導電性炭化物層よりなる下部電極２が形成さ
れ、下部電極２上に半導体層としてノンドープの多結晶
シリコン層３が形成され、多結晶シリコン層３上に酸化
した多孔質多結晶シリコン層よりなる強電界ドリフト層
６が形成され、強電界ドリフト層６上に層状の導電性炭
化物層よりなる表面電極７が形成されている。つまり、
本実施形態の電界放射型電子源１０では、表面電極７と
下部電極２とが対向しており、表面電極７と下部電極２
との間に強電界ドリフト層６が介在している。ここに、
表面電極７の厚さは１０ｎｍ以下に設定してある（つま
り、１０ｎｍを超えないように設定されている）。な
お、本実施形態では、基板１として絶縁性基板を用いて
いるが、基板１としてシリコン基板などの半導体基板を
用いてもよい。また、強電界ドリフト層６と下部電極２
との間に多結晶シリコン層３を介在させてあるが、多結
晶シリコン層３を介在させずに下部電極２上に強電界ド
リフト層６を形成した構成を採用してもよい。
【００２６】図１に示す構成の電界放射型電子源１０か
ら電子を放出させるには、例えば、図２に示すように、
表面電極７に対向配置されたコレクタ電極２１を設け、
表面電極７とコレクタ電極２１との間を真空とした状態
で、表面電極７が下部電極２に対して高電位側となるよ
うに表面電極７と下部電極２との間に直流電圧Ｖpsを印
加するとともに、コレクタ電極２１が表面電極７に対し
て高電位側となるようにコレクタ電極２１と表面電極７
との間に直流電圧Ｖｃを印加する。各直流電圧Ｖps，Ｖ
ｃを適宜に設定すれば、下部電極２から注入された電子
が強電界ドリフト層６をドリフトし表面電極７を通して
放出される（図２中の一点鎖線は表面電極７を通して放
出された電子ｅ-の流れを示す）。なお、強電界ドリフ
ト層６の表面に到達した電子はホットエレクトロンであ
ると考えられ、表面電極７を容易にトンネルし真空中に
放出される。本実施形態では、強電界ドリフト層６が、
下部電極２と表面電極７との間に電圧を印加したときに
作用する電界により電子が通過する電子通過層を構成し
ており、電子通過層では、下部電極２に対して表面電極
７を高電位側としたときに作用する電界により下部電極
２から表面電極７へ向かう向きへ電子が通過する。
ら電子を放出させるには、例えば、図２に示すように、
表面電極７に対向配置されたコレクタ電極２１を設け、
表面電極７とコレクタ電極２１との間を真空とした状態
で、表面電極７が下部電極２に対して高電位側となるよ
うに表面電極７と下部電極２との間に直流電圧Ｖpsを印
加するとともに、コレクタ電極２１が表面電極７に対し
て高電位側となるようにコレクタ電極２１と表面電極７
との間に直流電圧Ｖｃを印加する。各直流電圧Ｖps，Ｖ
ｃを適宜に設定すれば、下部電極２から注入された電子
が強電界ドリフト層６をドリフトし表面電極７を通して
放出される（図２中の一点鎖線は表面電極７を通して放
出された電子ｅ-の流れを示す）。なお、強電界ドリフ
ト層６の表面に到達した電子はホットエレクトロンであ
ると考えられ、表面電極７を容易にトンネルし真空中に
放出される。本実施形態では、強電界ドリフト層６が、
下部電極２と表面電極７との間に電圧を印加したときに
作用する電界により電子が通過する電子通過層を構成し
ており、電子通過層では、下部電極２に対して表面電極
７を高電位側としたときに作用する電界により下部電極
２から表面電極７へ向かう向きへ電子が通過する。
【００２７】本実施形態の電界放射型電子源１０では、
表面電極７と下部電極２との間に流れる電流をダイオー
ド電流Ｉpsと呼び、コレクタ電極２１と表面電極７との
間に流れる電流をエミッション電流（放出電子電流）Ｉ
ｅと呼ぶことにすれば（図２参照）、ダイオード電流Ｉ
psに対するエミッション電流Ｉｅの比率（＝Ｉｅ／Ｉp
s）が大きいほど電子放出効率が高くなる。
表面電極７と下部電極２との間に流れる電流をダイオー
ド電流Ｉpsと呼び、コレクタ電極２１と表面電極７との
間に流れる電流をエミッション電流（放出電子電流）Ｉ
ｅと呼ぶことにすれば（図２参照）、ダイオード電流Ｉ
psに対するエミッション電流Ｉｅの比率（＝Ｉｅ／Ｉp
s）が大きいほど電子放出効率が高くなる。
【００２８】強電界ドリフト層６は、図３に示すよう
に、少なくとも、基板１の上記一表面側に列設された柱
状の多結晶シリコンのグレイン（半導体結晶）５１と、
グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５
２と、グレイン５１間に介在する多数のナノメータオー
ダのシリコン微結晶（半導体微結晶）６３と、各シリコ
ン微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３
の結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜である多数のシリ
コン酸化膜６４とから構成されると考えられる。要する
に、強電界ドリフト層６は、各グレインの表面が多孔質
化し各グレインの中心部分では結晶状態が維持されてい
る。なお、各グレイン５１は、下部電極２に交差する方
向に延びている。
に、少なくとも、基板１の上記一表面側に列設された柱
状の多結晶シリコンのグレイン（半導体結晶）５１と、
グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５
２と、グレイン５１間に介在する多数のナノメータオー
ダのシリコン微結晶（半導体微結晶）６３と、各シリコ
ン微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３
の結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜である多数のシリ
コン酸化膜６４とから構成されると考えられる。要する
に、強電界ドリフト層６は、各グレインの表面が多孔質
化し各グレインの中心部分では結晶状態が維持されてい
る。なお、各グレイン５１は、下部電極２に交差する方
向に延びている。
【００２９】本実施形態の電界放射型電子源１０では、
次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。す
なわち、表面電極７と下部電極２との間に表面電極７を
高電位側として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コレ
クタ電極２１と表面電極７との間にコレクタ電極２１を
高電位側として直流電圧Ｖｃを印加することにより、直
流電圧Ｖpsが所定値（臨界値）に達すると、下部電極２
から強電界ドリフト層６へ熱的励起により電子ｅ-が注
入される。一方、強電界ドリフト層６に印加された電界
の大部分はシリコン酸化膜６４にかかるから、注入され
た電子ｅ-はシリコン酸化膜６４にかかっている強電界
により加速され、強電界ドリフト層６におけるグレイン
５１の間の領域を表面に向かって図３中の矢印の向き
（図３における上向き）へドリフトし、表面電極７をト
ンネルし真空中に放出される。しかして、強電界ドリフ
ト層６では下部電極２から注入された電子がシリコン微
結晶６３でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜
６４にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面
電極７を通して放出され（弾道型電子放出現象）、強電
界ドリフト層６で発生した熱がグレイン５１を通して放
熱されるから、電子放出時にポッピング現象が発生せ
ず、安定して電子を放出することができる。なお、強電
界ドリフト層６の表面に到達した電子はホットエレクト
ロンであると考えられ、表面電極７を容易にトンネルし
真空中に放出される。
次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。す
なわち、表面電極７と下部電極２との間に表面電極７を
高電位側として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コレ
クタ電極２１と表面電極７との間にコレクタ電極２１を
高電位側として直流電圧Ｖｃを印加することにより、直
流電圧Ｖpsが所定値（臨界値）に達すると、下部電極２
から強電界ドリフト層６へ熱的励起により電子ｅ-が注
入される。一方、強電界ドリフト層６に印加された電界
の大部分はシリコン酸化膜６４にかかるから、注入され
た電子ｅ-はシリコン酸化膜６４にかかっている強電界
により加速され、強電界ドリフト層６におけるグレイン
５１の間の領域を表面に向かって図３中の矢印の向き
（図３における上向き）へドリフトし、表面電極７をト
ンネルし真空中に放出される。しかして、強電界ドリフ
ト層６では下部電極２から注入された電子がシリコン微
結晶６３でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜
６４にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面
電極７を通して放出され（弾道型電子放出現象）、強電
界ドリフト層６で発生した熱がグレイン５１を通して放
熱されるから、電子放出時にポッピング現象が発生せ
ず、安定して電子を放出することができる。なお、強電
界ドリフト層６の表面に到達した電子はホットエレクト
ロンであると考えられ、表面電極７を容易にトンネルし
真空中に放出される。
【００３０】ところで、上述の導電性炭化物層は、導電
性炭化物により構成されているが、導電性炭化物は一般
的に導電率が比較的高く且つ仕事関数が比較的小さい上
に金などの貴金属に比べて融点が高くて拡散バリア性に
優れ、しかもタングステンやアルミニウムなどの金属材
料に比べて耐酸化性に優れている。導電性炭化物層に用
いる導電性炭化物は、この種の性質を有していればよい
から、炭化クロム、炭化モリブデン、炭化タングステ
ン、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、炭化
チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウムなどが採用
可能であるが、熱的安定性、仕事関数、再現性の観点か
ら、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウムを
採用することが好ましい。
性炭化物により構成されているが、導電性炭化物は一般
的に導電率が比較的高く且つ仕事関数が比較的小さい上
に金などの貴金属に比べて融点が高くて拡散バリア性に
優れ、しかもタングステンやアルミニウムなどの金属材
料に比べて耐酸化性に優れている。導電性炭化物層に用
いる導電性炭化物は、この種の性質を有していればよい
から、炭化クロム、炭化モリブデン、炭化タングステ
ン、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化タンタル、炭化
チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウムなどが採用
可能であるが、熱的安定性、仕事関数、再現性の観点か
ら、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウムを
採用することが好ましい。
【００３１】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
１０は、下部電極２および表面電極７それぞれが層状の
導電性炭化物層により形成されているので、従来のよう
に下部電極および表面電極がそれぞれ金属材料により形
成されているものに比べて、電子放出特性の低下を抑制
しながらも下部電極２および表面電極７の耐熱性を高め
ることができ、結果的に真空封止などの熱工程に起因し
て下部電極２および表面電極７の抵抗値の上昇、表面電
極７における凝集を防止することができ、電子放出特性
が低下するのを防止することができる。また、下部電極
２が導電性炭化物層により形成されていることによっ
て、基板１と半導体層３（半導体層３を設けない場合に
は強電界ドリフト層６）との間でのそれぞれの構成原子
の拡散を下部電極２によって阻止することができ、基板
１および半導体層３（半導体層３を設けない場合には強
電界ドリフト層６）の各材料の選択肢が多くなるという
利点もある。また、表面電極７が導電性炭化物により形
成されていることによって、表面電極７と強電界ドリフ
ト層６との間でのそれぞれの構成原子の拡散を防止する
ことができ、表面電極７および強電界ドリフト層６の各
材料の選択肢が多くなるという利点もある。
１０は、下部電極２および表面電極７それぞれが層状の
導電性炭化物層により形成されているので、従来のよう
に下部電極および表面電極がそれぞれ金属材料により形
成されているものに比べて、電子放出特性の低下を抑制
しながらも下部電極２および表面電極７の耐熱性を高め
ることができ、結果的に真空封止などの熱工程に起因し
て下部電極２および表面電極７の抵抗値の上昇、表面電
極７における凝集を防止することができ、電子放出特性
が低下するのを防止することができる。また、下部電極
２が導電性炭化物層により形成されていることによっ
て、基板１と半導体層３（半導体層３を設けない場合に
は強電界ドリフト層６）との間でのそれぞれの構成原子
の拡散を下部電極２によって阻止することができ、基板
１および半導体層３（半導体層３を設けない場合には強
電界ドリフト層６）の各材料の選択肢が多くなるという
利点もある。また、表面電極７が導電性炭化物により形
成されていることによって、表面電極７と強電界ドリフ
ト層６との間でのそれぞれの構成原子の拡散を防止する
ことができ、表面電極７および強電界ドリフト層６の各
材料の選択肢が多くなるという利点もある。
【００３２】ところで、本実施形態では、下部電極２お
よび表面電極７それぞれを層状の導電性炭化物層により
構成しているが、下部電極２および表面電極７それぞれ
の少なくとも一部を層状の導電性炭化物層により構成
し、残りの部分をＣｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕ，
Ｐｔ，Ｍｏなどの金属あるいは合金や、不純物をドーピ
ングした多結晶シリコンなどの半導体材料により構成す
るようにしてもよい。また、下部電極２と表面電極７と
のいずれか一方に導電性炭化物層を含まない構成を採用
してもよく、例えば、下部電極２または表面電極７の材
料として、Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ，
Ｍｏなどの金属あるいは合金や、不純物をドーピングし
た多結晶シリコンなどの半導体材料を採用してもよく、
この場合にも従来に比べて電子放出特性の低下を抑制す
ることができる。
よび表面電極７それぞれを層状の導電性炭化物層により
構成しているが、下部電極２および表面電極７それぞれ
の少なくとも一部を層状の導電性炭化物層により構成
し、残りの部分をＣｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕ，
Ｐｔ，Ｍｏなどの金属あるいは合金や、不純物をドーピ
ングした多結晶シリコンなどの半導体材料により構成す
るようにしてもよい。また、下部電極２と表面電極７と
のいずれか一方に導電性炭化物層を含まない構成を採用
してもよく、例えば、下部電極２または表面電極７の材
料として、Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ，
Ｍｏなどの金属あるいは合金や、不純物をドーピングし
た多結晶シリコンなどの半導体材料を採用してもよく、
この場合にも従来に比べて電子放出特性の低下を抑制す
ることができる。
【００３３】なお、基板１としてガラス基板を用いる場
合には、プロセス温度に応じて、石英ガラス基板、無ア
ルカリガラス基板、低アルカリガラス基板、ソーダライ
ムガラス基板などから適宜選択すればよく、セラミック
基板を用いる場合には、例えばアルミナ基板などを用い
ればよい。また、本実施形態の電界放射型電子源１０を
ディスプレイの電子源として利用する場合には下部電極
２、表面電極７、強電界ドリフト層６などを適宜にパタ
ーニングすればよい。
合には、プロセス温度に応じて、石英ガラス基板、無ア
ルカリガラス基板、低アルカリガラス基板、ソーダライ
ムガラス基板などから適宜選択すればよく、セラミック
基板を用いる場合には、例えばアルミナ基板などを用い
ればよい。また、本実施形態の電界放射型電子源１０を
ディスプレイの電子源として利用する場合には下部電極
２、表面電極７、強電界ドリフト層６などを適宜にパタ
ーニングすればよい。
【００３４】以下、本実施形態の電界放射型電子源１０
の製造方法について図４を参照しながら説明する。
の製造方法について図４を参照しながら説明する。
【００３５】まず、基板１の一表面側にスパッタ法など
によって導電性炭化物層からなる下部電極２を形成した
後、基板１の上記一表面側（ここでは、下部電極２上）
に半導体層としてノンドープの多結晶シリコン層３を形
成することにより、図４（ａ）に示すような構造が得ら
れる。なお、下部電極２となる導電性炭化物層の成膜方
法については後述する。また、多結晶シリコン層３の成
膜方法としては、例えば、ＣＶＤ法（ＬＰＣＶＤ法、プ
ラズマＣＶＤ法、触媒ＣＶＤ法など）やスパッタ法やＣ
ＧＳ（Continuous Grain Silicon）法などを採用すれ
ばよい。
によって導電性炭化物層からなる下部電極２を形成した
後、基板１の上記一表面側（ここでは、下部電極２上）
に半導体層としてノンドープの多結晶シリコン層３を形
成することにより、図４（ａ）に示すような構造が得ら
れる。なお、下部電極２となる導電性炭化物層の成膜方
法については後述する。また、多結晶シリコン層３の成
膜方法としては、例えば、ＣＶＤ法（ＬＰＣＶＤ法、プ
ラズマＣＶＤ法、触媒ＣＶＤ法など）やスパッタ法やＣ
ＧＳ（Continuous Grain Silicon）法などを採用すれ
ばよい。
【００３６】ノンドープの多結晶シリコン層３を形成し
た後、陽極酸化処理工程にて多結晶シリコン層３を所定
深さまで多孔質化することにより、多孔質半導体層たる
多孔質多結晶シリコン層４が形成され、図４（ｂ）に示
すような構造が得られる。ここにおいて、陽極酸化処理
工程では、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノール
とを略１：１で混合した混合液よりなる電解液の入った
処理槽を利用し、白金電極（図示せず）と下部電極２と
の間に電圧を印加して、多結晶シリコン層３に光照射を
行いながら定電流で陽極酸化処理を行うことによって多
孔質多結晶シリコン層４が形成される。このようにして
形成された多孔質多結晶シリコン層４は、多結晶シリコ
ンのグレインおよびシリコン微結晶を含んでいる。な
お、本実施形態では、多結晶シリコン層３の一部を多孔
質化している（所定深さまで多孔質化している）が、多
結晶シリコン層３の全部を多孔質化するようにしてもよ
い（基板１に達する深さまで多孔質化するようにしても
よい）。
た後、陽極酸化処理工程にて多結晶シリコン層３を所定
深さまで多孔質化することにより、多孔質半導体層たる
多孔質多結晶シリコン層４が形成され、図４（ｂ）に示
すような構造が得られる。ここにおいて、陽極酸化処理
工程では、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノール
とを略１：１で混合した混合液よりなる電解液の入った
処理槽を利用し、白金電極（図示せず）と下部電極２と
の間に電圧を印加して、多結晶シリコン層３に光照射を
行いながら定電流で陽極酸化処理を行うことによって多
孔質多結晶シリコン層４が形成される。このようにして
形成された多孔質多結晶シリコン層４は、多結晶シリコ
ンのグレインおよびシリコン微結晶を含んでいる。な
お、本実施形態では、多結晶シリコン層３の一部を多孔
質化している（所定深さまで多孔質化している）が、多
結晶シリコン層３の全部を多孔質化するようにしてもよ
い（基板１に達する深さまで多孔質化するようにしても
よい）。
【００３７】上述の陽極酸化処理工程の終了した後に、
多孔質多結晶シリコン層４を酸化工程にて酸化すること
によって酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなる強電
界ドリフト層６が形成され、図４（ｃ）に示すような構
造が得られる。酸化工程では、例えば、急速加熱法によ
って多孔質多結晶シリコン層４を酸化することによって
上述のグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン
酸化膜５２，６４を含む強電界ドリフト層６が形成され
る。ここにおいて、急速加熱法による酸化工程では、ラ
ンプアニール装置を用い、炉内をＯ2ガス雰囲気として
基板温度を室温から所定の酸化温度（例えば、９００
℃）まで規定の昇温速度（例えば、８０℃／ｓｅｃ）で
上昇させて基板温度を所定の酸化時間（例えば、１時
間）だけ維持することで急速熱酸化（Rapid Thermal
Oxidation：ＲＴＯ）を行い、その後、基板温度を室温
まで下降させている。なお、酸化工程は、急速加熱法に
限らず、例えば、電解質溶液（例えば、１モルのＨ2Ｓ
Ｏ4、１モルのＨＮＯ3、王水など）の入った酸化処理槽
を利用し、白金電極（図示せず）と下部電極２との間に
定電流を流し多孔質多結晶シリコン層４を電気化学的に
酸化することによって上述のグレイン５１、シリコン微
結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４を含む強電界ド
リフト層６を形成するようにしてもよい。
多孔質多結晶シリコン層４を酸化工程にて酸化すること
によって酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなる強電
界ドリフト層６が形成され、図４（ｃ）に示すような構
造が得られる。酸化工程では、例えば、急速加熱法によ
って多孔質多結晶シリコン層４を酸化することによって
上述のグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン
酸化膜５２，６４を含む強電界ドリフト層６が形成され
る。ここにおいて、急速加熱法による酸化工程では、ラ
ンプアニール装置を用い、炉内をＯ2ガス雰囲気として
基板温度を室温から所定の酸化温度（例えば、９００
℃）まで規定の昇温速度（例えば、８０℃／ｓｅｃ）で
上昇させて基板温度を所定の酸化時間（例えば、１時
間）だけ維持することで急速熱酸化（Rapid Thermal
Oxidation：ＲＴＯ）を行い、その後、基板温度を室温
まで下降させている。なお、酸化工程は、急速加熱法に
限らず、例えば、電解質溶液（例えば、１モルのＨ2Ｓ
Ｏ4、１モルのＨＮＯ3、王水など）の入った酸化処理槽
を利用し、白金電極（図示せず）と下部電極２との間に
定電流を流し多孔質多結晶シリコン層４を電気化学的に
酸化することによって上述のグレイン５１、シリコン微
結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４を含む強電界ド
リフト層６を形成するようにしてもよい。
【００３８】強電界ドリフト層６を形成した後は、スパ
ッタ法などによって導電性炭化物層からなる表面電極７
を強電界ドリフト層６上に形成することにより、図４
（ｄ）に示す構造の電界放射型電子源１０が得られる。
なお、表面電極７となる導電性炭化物層の成膜方法につ
いては下部電極２の成膜方法と併せて後述する。
ッタ法などによって導電性炭化物層からなる表面電極７
を強電界ドリフト層６上に形成することにより、図４
（ｄ）に示す構造の電界放射型電子源１０が得られる。
なお、表面電極７となる導電性炭化物層の成膜方法につ
いては下部電極２の成膜方法と併せて後述する。
【００３９】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
１０の製造方法によれば、電子放出特性の低下を抑制し
ながらも耐熱性を向上した電界放射型電子源１０を提供
することができる。
１０の製造方法によれば、電子放出特性の低下を抑制し
ながらも耐熱性を向上した電界放射型電子源１０を提供
することができる。
【００４０】ところで、本実施形態では、下部電極２お
よび表面電極７それぞれの導電性炭化物層をスパッタ法
によって成膜しているが、スパッタ法としては、ＲＦス
パッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、ＤＣスパッタ
法、ＤＣマグネトロンスパッタ法など各種方式が採用可
能である。要するに、導電性炭化物層を導電性炭化物か
らなるターゲットを用いたスパッタ法により形成するの
で、導電性炭化物層を再現性および安定性良く高スルー
プットで形成することができて低コスト化を図れるとと
もに、電界放射型電子源１０の大面積化を図れ、しか
も、導電性炭化物層を形成するための装置として既存の
スパッタ装置を容易に流用することが可能であって設備
投資を抑えることによる低コスト化を図れるから、電子
放出特性の低下を抑制しながらも耐熱性を向上した電界
放射型電子源１０を低コストで提供することができる。
また、導電性炭化物層を比較的低いプロセス温度で形成
することができるという利点がある。
よび表面電極７それぞれの導電性炭化物層をスパッタ法
によって成膜しているが、スパッタ法としては、ＲＦス
パッタ法、ＲＦマグネトロンスパッタ法、ＤＣスパッタ
法、ＤＣマグネトロンスパッタ法など各種方式が採用可
能である。要するに、導電性炭化物層を導電性炭化物か
らなるターゲットを用いたスパッタ法により形成するの
で、導電性炭化物層を再現性および安定性良く高スルー
プットで形成することができて低コスト化を図れるとと
もに、電界放射型電子源１０の大面積化を図れ、しか
も、導電性炭化物層を形成するための装置として既存の
スパッタ装置を容易に流用することが可能であって設備
投資を抑えることによる低コスト化を図れるから、電子
放出特性の低下を抑制しながらも耐熱性を向上した電界
放射型電子源１０を低コストで提供することができる。
また、導電性炭化物層を比較的低いプロセス温度で形成
することができるという利点がある。
【００４１】また、上述の導電性炭化物層の成膜方法は
スパッタ法に限らず、例えば、導電性炭化物からなる蒸
着源を用いた蒸着法、金属（純金属）よりなるターゲッ
トおよび炭素を含むガス（反応性ガス）を利用した反応
性スパッタ法などによって形成するようにしてもよい。
このような蒸着法、反応性スパッタ法などによって導電
性炭化物層を形成する場合にも、導電性炭化物層を再現
性および安定性良く高スループットで形成することがで
きて低コスト化を図れるとともに、電界放射型電子源１
０の大面積化を図れるから、電子放出特性の低下を抑制
しながらも耐熱性を向上した電界放射型電子源１０を低
コストで提供することができる。また、導電性炭化物層
を比較的低いプロセス温度で形成することができるとい
う利点がある。しかも、蒸着法によって導電性炭化物層
を形成する場合には、導電性炭化物層を形成するための
装置として既存の蒸着装置を容易に流用することが可能
であって設備投資を抑えることによる低コスト化を図れ
る。
スパッタ法に限らず、例えば、導電性炭化物からなる蒸
着源を用いた蒸着法、金属（純金属）よりなるターゲッ
トおよび炭素を含むガス（反応性ガス）を利用した反応
性スパッタ法などによって形成するようにしてもよい。
このような蒸着法、反応性スパッタ法などによって導電
性炭化物層を形成する場合にも、導電性炭化物層を再現
性および安定性良く高スループットで形成することがで
きて低コスト化を図れるとともに、電界放射型電子源１
０の大面積化を図れるから、電子放出特性の低下を抑制
しながらも耐熱性を向上した電界放射型電子源１０を低
コストで提供することができる。また、導電性炭化物層
を比較的低いプロセス温度で形成することができるとい
う利点がある。しかも、蒸着法によって導電性炭化物層
を形成する場合には、導電性炭化物層を形成するための
装置として既存の蒸着装置を容易に流用することが可能
であって設備投資を抑えることによる低コスト化を図れ
る。
【００４２】ここにおいて、蒸着法を採用する場合に
は、導電性炭化物が高融点であることからＥＢ蒸着法
（電子ビーム蒸着法）が適している。一方、金属（純金
属）よりなるターゲットおよび炭素を含むガス（反応性
ガス）を利用した反応性スパッタ法を採用する場合に
は、導電性炭化物層における炭素濃度の制御が容易であ
るという利点がある。すなわち、反応性スパッタ法で
は、ガス種の選択、Ａｒなどの不活性ガスと炭素原子を
含む反応性ガスとの混合比の選択により、導電性炭化物
層における炭素濃度を制御することができ、所望の炭素
濃度の導電性炭化物層を得ることができるという利点が
ある。また、一般的に純金属のターゲットは炭化物のタ
ーゲットに比べてより高純度のものが各所で提供されて
いるので、上述の反応性スパッタ法を採用することによ
って、上述の導電性炭化物をターゲットとして用いたス
パッタ法を採用する場合に比べて、導電性炭化物層中の
金属不純物を低減することができ、不純物が原因となる
性能低下を抑制することができる。
は、導電性炭化物が高融点であることからＥＢ蒸着法
（電子ビーム蒸着法）が適している。一方、金属（純金
属）よりなるターゲットおよび炭素を含むガス（反応性
ガス）を利用した反応性スパッタ法を採用する場合に
は、導電性炭化物層における炭素濃度の制御が容易であ
るという利点がある。すなわち、反応性スパッタ法で
は、ガス種の選択、Ａｒなどの不活性ガスと炭素原子を
含む反応性ガスとの混合比の選択により、導電性炭化物
層における炭素濃度を制御することができ、所望の炭素
濃度の導電性炭化物層を得ることができるという利点が
ある。また、一般的に純金属のターゲットは炭化物のタ
ーゲットに比べてより高純度のものが各所で提供されて
いるので、上述の反応性スパッタ法を採用することによ
って、上述の導電性炭化物をターゲットとして用いたス
パッタ法を採用する場合に比べて、導電性炭化物層中の
金属不純物を低減することができ、不純物が原因となる
性能低下を抑制することができる。
【００４３】また、導電性炭化物層の成膜方法として、
炭素を含むガス雰囲気中で金属膜（例えば、チタン膜、
ジルコニウム膜、ハフニウム膜など）をアニールする方
法を採用してもよく、この方法は導電性炭化物層の純度
向上および膜質向上の点で有利である。ここに、金属膜
の成膜方法としては、ＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法な
どが考えられるが、生産性および膜質の観点から、Ａｒ
ガスを用いたＤＣマグネトロンスパッタ法が好ましいと
考えられる。炭素を含むガスとして例えばＣＨ 4ガスを
用いた場合には１０００℃以上の温度にてアニールする
ことで導電性炭化物層を形成することができる。このよ
うに、導電性炭化物層の成膜方法として、炭素を含むガ
ス雰囲気中で金属膜をアニールする方法を採用した場合
にも、導電性炭化物層を再現性および安定性良く形成す
ることができて低コスト化を図れるとともに、電界放射
型電子源１０の大面積化を図れ、しかも、導電性炭化物
層を形成するための装置として既存の装置（ＤＣマグネ
トロンスパッタ装置、アニール装置など）を容易に流用
することが可能であって設備投資を抑えることによる低
コスト化を図れるから、電子放出特性の低下を抑制しな
がらも耐熱性を向上した電界放射型電子源１０を低コス
トで提供することができる。さらに、上述の反応性スパ
ッタ法に比べてプラズマダメージによる欠陥を少なくす
ることができ、より純度が高く膜質の良い導電性炭化物
層を形成可能であり、特に基板１としてセラミック基板
を用いた場合の下部電極２の形成に適している。
炭素を含むガス雰囲気中で金属膜（例えば、チタン膜、
ジルコニウム膜、ハフニウム膜など）をアニールする方
法を採用してもよく、この方法は導電性炭化物層の純度
向上および膜質向上の点で有利である。ここに、金属膜
の成膜方法としては、ＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法な
どが考えられるが、生産性および膜質の観点から、Ａｒ
ガスを用いたＤＣマグネトロンスパッタ法が好ましいと
考えられる。炭素を含むガスとして例えばＣＨ 4ガスを
用いた場合には１０００℃以上の温度にてアニールする
ことで導電性炭化物層を形成することができる。このよ
うに、導電性炭化物層の成膜方法として、炭素を含むガ
ス雰囲気中で金属膜をアニールする方法を採用した場合
にも、導電性炭化物層を再現性および安定性良く形成す
ることができて低コスト化を図れるとともに、電界放射
型電子源１０の大面積化を図れ、しかも、導電性炭化物
層を形成するための装置として既存の装置（ＤＣマグネ
トロンスパッタ装置、アニール装置など）を容易に流用
することが可能であって設備投資を抑えることによる低
コスト化を図れるから、電子放出特性の低下を抑制しな
がらも耐熱性を向上した電界放射型電子源１０を低コス
トで提供することができる。さらに、上述の反応性スパ
ッタ法に比べてプラズマダメージによる欠陥を少なくす
ることができ、より純度が高く膜質の良い導電性炭化物
層を形成可能であり、特に基板１としてセラミック基板
を用いた場合の下部電極２の形成に適している。
【００４４】また、上述の導電性炭化物層をＣＶＤ法に
より形成するようにしてもよく、ＣＶＤ法を採用した場
合にも、導電性炭化物層を再現性および安定性良く高ス
ループットで形成することができて低コスト化を図れる
とともに、電界放射型電子源１０の大面積化を図れるか
ら、電子放出特性の低下を抑制しながらも耐熱性を向上
した電界放射型電子源１０を低コストで提供することが
できる。また、ＣＶＤ法は段差被覆性の点で優れてい
る。ＣＶＤ法を採用する場合、ソースとしては、（Ｃ5
Ｈ5）2ＴｉＣｌ2（Dichlorotitanocene）などの有機金
属化合物も利用可能であるが、ソース自体の安定性の問
題から、塩化チタン、塩化ジルコニウム、塩化ハフニウ
ムなどの塩化物を用いることが好ましい。ガスとして
は、ＣＨ4（メタン）、Ｃ3Ｈ8（プロパン）、Ｃ6Ｈ5Ｃ
Ｈ3（トルエン）、ＣＣｌ4（四塩化炭素）、ＣＨ3ＯＨ
（メタノール）などの炭素原子を含むガスと水素の混合
ガスを用いることができる。また、熱ＣＶＤ法では６０
０℃以上のプロセス温度が必要なので、プロセス温度を
より低温化できるプラズマＣＶＤ法を採用することが好
ましい。
より形成するようにしてもよく、ＣＶＤ法を採用した場
合にも、導電性炭化物層を再現性および安定性良く高ス
ループットで形成することができて低コスト化を図れる
とともに、電界放射型電子源１０の大面積化を図れるか
ら、電子放出特性の低下を抑制しながらも耐熱性を向上
した電界放射型電子源１０を低コストで提供することが
できる。また、ＣＶＤ法は段差被覆性の点で優れてい
る。ＣＶＤ法を採用する場合、ソースとしては、（Ｃ5
Ｈ5）2ＴｉＣｌ2（Dichlorotitanocene）などの有機金
属化合物も利用可能であるが、ソース自体の安定性の問
題から、塩化チタン、塩化ジルコニウム、塩化ハフニウ
ムなどの塩化物を用いることが好ましい。ガスとして
は、ＣＨ4（メタン）、Ｃ3Ｈ8（プロパン）、Ｃ6Ｈ5Ｃ
Ｈ3（トルエン）、ＣＣｌ4（四塩化炭素）、ＣＨ3ＯＨ
（メタノール）などの炭素原子を含むガスと水素の混合
ガスを用いることができる。また、熱ＣＶＤ法では６０
０℃以上のプロセス温度が必要なので、プロセス温度を
より低温化できるプラズマＣＶＤ法を採用することが好
ましい。
【００４５】また、上述の導電性炭化物層を形成するに
あたっては、金属膜（例えば、チタン膜）と炭素膜とを
積層してアニールすることで導電性炭化物層を形成した
り、金属（例えば、チタン）と炭素の混合物による膜を
形成してアニールすることで導電性炭化物層を形成する
ようにしてもよく、これらの方法を採用しても、導電性
炭化物層を再現性および安定性良く形成することができ
て低コスト化を図れるとともに、電界放射型電子源１０
の大面積化を図れ、電子放出特性の低下を抑制しながら
も耐熱性を向上した電界放射型電子源１０を低コストで
提供することができる。
あたっては、金属膜（例えば、チタン膜）と炭素膜とを
積層してアニールすることで導電性炭化物層を形成した
り、金属（例えば、チタン）と炭素の混合物による膜を
形成してアニールすることで導電性炭化物層を形成する
ようにしてもよく、これらの方法を採用しても、導電性
炭化物層を再現性および安定性良く形成することができ
て低コスト化を図れるとともに、電界放射型電子源１０
の大面積化を図れ、電子放出特性の低下を抑制しながら
も耐熱性を向上した電界放射型電子源１０を低コストで
提供することができる。
【００４６】ところで、本実施形態では、強電界ドリフ
ト層６を酸化した多孔質多結晶シリコン層により構成し
ているが、強電界ドリフト層６を窒化した多孔質多結晶
シリコン層や酸窒化した多孔質多結晶シリコン層により
構成してもよいし、あるいはその他の酸化若しくは窒化
若しくは酸窒化した多孔質半導体層により構成してもよ
い。ここにおいて、強電界ドリフト層６を窒化した多孔
質多結晶シリコン層とした場合には多孔質多結晶シリコ
ン層４をＯ2ガスを利用した急速加熱法により酸化する
酸化工程の代わりに例えばＮＨ3ガスを利用した急速加
熱法により窒化する窒化工程を採用すればよく、図３に
て説明した各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリ
コン窒化膜となり、強電界ドリフト層６を酸窒化した多
孔質多結晶シリコン層とした場合には多孔質多結晶シリ
コン層４を急速加熱法により酸化する工程の代わりに例
えばＯ2ガスとＮＨ3ガスとの混合ガスを利用した急速加
熱法により酸窒化する酸窒化工程を採用すればよく、図
３にて説明した各シリコン酸化膜５２，６４がいずれも
シリコン酸窒化膜となる。
ト層６を酸化した多孔質多結晶シリコン層により構成し
ているが、強電界ドリフト層６を窒化した多孔質多結晶
シリコン層や酸窒化した多孔質多結晶シリコン層により
構成してもよいし、あるいはその他の酸化若しくは窒化
若しくは酸窒化した多孔質半導体層により構成してもよ
い。ここにおいて、強電界ドリフト層６を窒化した多孔
質多結晶シリコン層とした場合には多孔質多結晶シリコ
ン層４をＯ2ガスを利用した急速加熱法により酸化する
酸化工程の代わりに例えばＮＨ3ガスを利用した急速加
熱法により窒化する窒化工程を採用すればよく、図３に
て説明した各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリ
コン窒化膜となり、強電界ドリフト層６を酸窒化した多
孔質多結晶シリコン層とした場合には多孔質多結晶シリ
コン層４を急速加熱法により酸化する工程の代わりに例
えばＯ2ガスとＮＨ3ガスとの混合ガスを利用した急速加
熱法により酸窒化する酸窒化工程を採用すればよく、図
３にて説明した各シリコン酸化膜５２，６４がいずれも
シリコン酸窒化膜となる。
【００４７】また、上述の実施形態では、酸化した多孔
質多結晶シリコン層よりなる強電界ドリフト層６が電子
通過層を構成しているが、電子通過層として例えばＡｌ
2Ｏ3，ＳｉＯ2などからなる絶縁体層を採用すること
で、ＭＩＳ（Metal−Insulator−Semiconductor）構造
またはＭＩＭ（Metal−Insulator−Metal）構造の電界
放射型電子源と同様に動作し、電子通過層の厚さを適宜
設定することで電子放出特性を向上することができる。
しかも、電子通過層を容易に形成することが可能にな
る。
質多結晶シリコン層よりなる強電界ドリフト層６が電子
通過層を構成しているが、電子通過層として例えばＡｌ
2Ｏ3，ＳｉＯ2などからなる絶縁体層を採用すること
で、ＭＩＳ（Metal−Insulator−Semiconductor）構造
またはＭＩＭ（Metal−Insulator−Metal）構造の電界
放射型電子源と同様に動作し、電子通過層の厚さを適宜
設定することで電子放出特性を向上することができる。
しかも、電子通過層を容易に形成することが可能にな
る。
【００４８】
【発明の効果】請求項１の発明は、下部電極と、表面電
極と、下部電極と表面電極との間に介在し下部電極と表
面電極との間に電圧を印加したときに作用する電界によ
り電子が通過する電子通過層とを備え、電子通過層を通
過した電子が表面電極を通して放出される電界放射型電
子源であって、表面電極の少なくとも一部が層状の導電
性炭化物層により形成されてなるものであり、導電性炭
化物は導電率が比較的高く且つ仕事関数が比較的小さい
上に貴金属に比べて融点が高くて拡散バリア性に優れ、
しかもタングステンやアルミニウムなどの金属材料に比
べて耐酸化性に優れているので、表面電極の少なくとも
一部が層状の導電性炭化物層により形成されていること
によって、従来のように表面電極が金属薄膜により形成
されているものに比べて、電子放出特性の低下を抑制し
ながらも表面電極の耐熱性を高めることができ、結果的
に真空封止などの熱工程に起因して電子放出特性が低下
するのを防止することができるという効果がある。
極と、下部電極と表面電極との間に介在し下部電極と表
面電極との間に電圧を印加したときに作用する電界によ
り電子が通過する電子通過層とを備え、電子通過層を通
過した電子が表面電極を通して放出される電界放射型電
子源であって、表面電極の少なくとも一部が層状の導電
性炭化物層により形成されてなるものであり、導電性炭
化物は導電率が比較的高く且つ仕事関数が比較的小さい
上に貴金属に比べて融点が高くて拡散バリア性に優れ、
しかもタングステンやアルミニウムなどの金属材料に比
べて耐酸化性に優れているので、表面電極の少なくとも
一部が層状の導電性炭化物層により形成されていること
によって、従来のように表面電極が金属薄膜により形成
されているものに比べて、電子放出特性の低下を抑制し
ながらも表面電極の耐熱性を高めることができ、結果的
に真空封止などの熱工程に起因して電子放出特性が低下
するのを防止することができるという効果がある。
【００４９】請求項２の発明は、下部電極と、表面電極
と、下部電極と表面電極との間に介在し下部電極と表面
電極との間に電圧を印加したときに作用する電界により
電子が通過する電子通過層とを備え、電子通過層を通過
した電子が表面電極を通して放出される電界放射型電子
源であって、下部電極の少なくとも一部が層状の導電性
炭化物層により形成されてなるものであり、導電性炭化
物は導電率が比較的高く且つ仕事関数が比較的小さい上
に貴金属に比べて融点が高くて拡散バリア性に優れ、し
かもタングステンやアルミニウムなどの金属材料に比べ
て耐酸化性に優れているので、下部電極の少なくとも一
部が層状の導電性炭化物層により形成されていることに
よって、従来のように下部電極が金属材料により形成さ
れているものに比べて、電子放出特性の低下を抑制しな
がらも下部電極の耐熱性を高めることができ、結果的に
真空封止などの熱工程に起因して電子放出特性が低下す
るのを防止することができるという効果がある。
と、下部電極と表面電極との間に介在し下部電極と表面
電極との間に電圧を印加したときに作用する電界により
電子が通過する電子通過層とを備え、電子通過層を通過
した電子が表面電極を通して放出される電界放射型電子
源であって、下部電極の少なくとも一部が層状の導電性
炭化物層により形成されてなるものであり、導電性炭化
物は導電率が比較的高く且つ仕事関数が比較的小さい上
に貴金属に比べて融点が高くて拡散バリア性に優れ、し
かもタングステンやアルミニウムなどの金属材料に比べ
て耐酸化性に優れているので、下部電極の少なくとも一
部が層状の導電性炭化物層により形成されていることに
よって、従来のように下部電極が金属材料により形成さ
れているものに比べて、電子放出特性の低下を抑制しな
がらも下部電極の耐熱性を高めることができ、結果的に
真空封止などの熱工程に起因して電子放出特性が低下す
るのを防止することができるという効果がある。
【００５０】請求項３の発明は、下部電極と、表面電極
と、下部電極と表面電極との間に介在し下部電極と表面
電極との間に電圧を印加したときに作用する電界により
電子が通過する電子通過層とを備え、電子通過層を通過
した電子が表面電極を通して放出される電界放射型電子
源であって、下部電極および表面電極それぞれの少なく
とも一部が層状の導電性炭化物層により形成されてなる
ものであり、導電性炭化物は導電率が比較的高く且つ仕
事関数が比較的小さい上に貴金属に比べて融点が高くて
拡散バリア性に優れ、しかもタングステンやアルミニウ
ムなどの金属材料に比べて耐酸化性に優れているので、
下部電極および表面電極それぞれの少なくとも一部が層
状の導電性炭化物層により形成されていることによっ
て、従来のように下部電極および表面電極が金属材料に
より形成されているものに比べて、電子放出特性の低下
を抑制しながらも下部電極および表面電極の耐熱性を高
めることができ、結果的に真空封止などの熱工程に起因
して電子放出特性が低下するのを防止することができる
という効果がある。
と、下部電極と表面電極との間に介在し下部電極と表面
電極との間に電圧を印加したときに作用する電界により
電子が通過する電子通過層とを備え、電子通過層を通過
した電子が表面電極を通して放出される電界放射型電子
源であって、下部電極および表面電極それぞれの少なく
とも一部が層状の導電性炭化物層により形成されてなる
ものであり、導電性炭化物は導電率が比較的高く且つ仕
事関数が比較的小さい上に貴金属に比べて融点が高くて
拡散バリア性に優れ、しかもタングステンやアルミニウ
ムなどの金属材料に比べて耐酸化性に優れているので、
下部電極および表面電極それぞれの少なくとも一部が層
状の導電性炭化物層により形成されていることによっ
て、従来のように下部電極および表面電極が金属材料に
より形成されているものに比べて、電子放出特性の低下
を抑制しながらも下部電極および表面電極の耐熱性を高
めることができ、結果的に真空封止などの熱工程に起因
して電子放出特性が低下するのを防止することができる
という効果がある。
【００５１】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、前記導電性炭化物層は、炭化チタ
ン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウムから選択される
導電性炭化物により形成されているので、熱的安定性お
よび再現性を高めることができるという効果がある。
３の発明において、前記導電性炭化物層は、炭化チタ
ン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウムから選択される
導電性炭化物により形成されているので、熱的安定性お
よび再現性を高めることができるという効果がある。
【００５２】請求項５の発明は、請求項１ないし請求項
４の発明において、前記表面電極の厚さが１０ｎｍを超
えないので、電子放出効率を高めることができるという
効果がある。
４の発明において、前記表面電極の厚さが１０ｎｍを超
えないので、電子放出効率を高めることができるという
効果がある。
【００５３】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
５の発明において、前記電子通過層は、ナノメータオー
ダの多数の半導体微結晶と、各半導体微結晶それぞれの
表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜
厚の絶縁膜とを有するので、前記電子通過層に印加され
た電界の大部分は絶縁膜に集中的にかかり、下部電極か
ら電子通過層に注入された電子が絶縁膜にかかっている
強電界により加速され表面電極へ向かってドリフトする
から、電子放出効率を向上させることができるという効
果がある。
５の発明において、前記電子通過層は、ナノメータオー
ダの多数の半導体微結晶と、各半導体微結晶それぞれの
表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜
厚の絶縁膜とを有するので、前記電子通過層に印加され
た電界の大部分は絶縁膜に集中的にかかり、下部電極か
ら電子通過層に注入された電子が絶縁膜にかかっている
強電界により加速され表面電極へ向かってドリフトする
から、電子放出効率を向上させることができるという効
果がある。
【００５４】請求項７の発明は、請求項１ないし請求項
５の発明において、前記電子通過層は、絶縁体層よりな
るので、ＭＩＭ（Metal−Insulator−Metal）構造の電
界放射型電子源と同様に動作し、前記電子通過層の厚さ
を適宜設定することで電子放出特性を向上することがで
きるという効果がある。また、前記電子通過層を容易に
形成することが可能になるという利点がある。
５の発明において、前記電子通過層は、絶縁体層よりな
るので、ＭＩＭ（Metal−Insulator−Metal）構造の電
界放射型電子源と同様に動作し、前記電子通過層の厚さ
を適宜設定することで電子放出特性を向上することがで
きるという効果がある。また、前記電子通過層を容易に
形成することが可能になるという利点がある。
【００５５】請求項８の発明は、請求項１ないし請求項
５の発明において、前記電子通過層と前記下部電極との
間に半導体層が介在し、前記電子通過層が絶縁体層より
なるので、ＭＩＳ（Metal−Insulator−Semiconducto
r）構造の電界放射型電子源と同様に動作し、前記電子
通過層の厚さを適宜設定することで電子放出特性を向上
することができるという効果がある。また、前記電子通
過層を容易に形成することが可能になるという利点があ
る。
５の発明において、前記電子通過層と前記下部電極との
間に半導体層が介在し、前記電子通過層が絶縁体層より
なるので、ＭＩＳ（Metal−Insulator−Semiconducto
r）構造の電界放射型電子源と同様に動作し、前記電子
通過層の厚さを適宜設定することで電子放出特性を向上
することができるという効果がある。また、前記電子通
過層を容易に形成することが可能になるという利点があ
る。
【００５６】請求項９の発明は、請求項１ないし請求項
８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法であ
って、前記導電性炭化物層を、導電性炭化物からなるタ
ーゲットを用いたスパッタ法により形成するので、前記
導電性炭化物層を再現性および安定性良く高スループッ
トで形成することができて低コスト化を図れるととも
に、電界放射型電子源の大面積化を図れ、しかも、前記
導電性炭化物層を形成するための装置として既存のスパ
ッタ装置を容易に流用することが可能であって設備投資
を抑えることによる低コスト化を図れるから、電子放出
特性の低下を抑制しながらも耐熱性を向上した電界放射
型電子源を低コストで提供することができるという効果
がある。また、前記導電性炭化物層を比較的低いプロセ
ス温度で形成することができるという利点がある。
８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法であ
って、前記導電性炭化物層を、導電性炭化物からなるタ
ーゲットを用いたスパッタ法により形成するので、前記
導電性炭化物層を再現性および安定性良く高スループッ
トで形成することができて低コスト化を図れるととも
に、電界放射型電子源の大面積化を図れ、しかも、前記
導電性炭化物層を形成するための装置として既存のスパ
ッタ装置を容易に流用することが可能であって設備投資
を抑えることによる低コスト化を図れるから、電子放出
特性の低下を抑制しながらも耐熱性を向上した電界放射
型電子源を低コストで提供することができるという効果
がある。また、前記導電性炭化物層を比較的低いプロセ
ス温度で形成することができるという利点がある。
【００５７】請求項１０の発明は、請求項１ないし請求
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を、導電性炭化物からなる
蒸着源を用いた蒸着法により形成するので、前記導電性
炭化物層を再現性および安定性良く高スループットで形
成することができて低コスト化を図れるとともに、電界
放射型電子源の大面積化を図れ、しかも、前記導電性炭
化物層を形成するための装置として既存の蒸着装置を容
易に流用することが可能であって設備投資を抑えること
による低コスト化を図れるから、電子放出特性の低下を
抑制しながらも耐熱性を向上した電界放射型電子源を低
コストで提供することができるという効果がある。ま
た、前記導電性炭化物層を比較的低いプロセス温度で形
成することができるという利点がある。
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を、導電性炭化物からなる
蒸着源を用いた蒸着法により形成するので、前記導電性
炭化物層を再現性および安定性良く高スループットで形
成することができて低コスト化を図れるとともに、電界
放射型電子源の大面積化を図れ、しかも、前記導電性炭
化物層を形成するための装置として既存の蒸着装置を容
易に流用することが可能であって設備投資を抑えること
による低コスト化を図れるから、電子放出特性の低下を
抑制しながらも耐熱性を向上した電界放射型電子源を低
コストで提供することができるという効果がある。ま
た、前記導電性炭化物層を比較的低いプロセス温度で形
成することができるという利点がある。
【００５８】請求項１１の発明は、請求項１ないし請求
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を、金属よりなるターゲッ
トおよび炭素を含むガスを利用した反応性スパッタ法に
より形成するので、前記導電性炭化物層を再現性および
安定性良く高スループットで形成することができて低コ
スト化を図れるとともに、電界放射型電子源の大面積化
を図れるから、電子放出特性の低下を抑制しながらも耐
熱性を向上した電界放射型電子源を低コストで提供する
ことができるという効果がある。また、前記導電性炭化
物層を比較的低いプロセス温度で形成することができ、
しかも、前記導電性炭化物層における炭素濃度の制御が
容易であるという利点がある。
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を、金属よりなるターゲッ
トおよび炭素を含むガスを利用した反応性スパッタ法に
より形成するので、前記導電性炭化物層を再現性および
安定性良く高スループットで形成することができて低コ
スト化を図れるとともに、電界放射型電子源の大面積化
を図れるから、電子放出特性の低下を抑制しながらも耐
熱性を向上した電界放射型電子源を低コストで提供する
ことができるという効果がある。また、前記導電性炭化
物層を比較的低いプロセス温度で形成することができ、
しかも、前記導電性炭化物層における炭素濃度の制御が
容易であるという利点がある。
【００５９】請求項１２の発明は、請求項１ないし請求
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を形成するにあたっては、
炭素を含むガス雰囲気中で金属膜をアニールすることで
前記導電性炭化物層を形成するので、前記導電性炭化物
層を再現性および安定性良く形成することができて低コ
スト化を図れるとともに、電界放射型電子源の大面積化
を図れ、しかも、前記導電性炭化物層を形成するための
装置として既存のアニール装置を容易に流用することが
可能であって設備投資を抑えることによる低コスト化を
図れるから、電子放出特性の低下を抑制しながらも耐熱
性を向上した電界放射型電子源を低コストで提供するこ
とができるという効果がある。
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を形成するにあたっては、
炭素を含むガス雰囲気中で金属膜をアニールすることで
前記導電性炭化物層を形成するので、前記導電性炭化物
層を再現性および安定性良く形成することができて低コ
スト化を図れるとともに、電界放射型電子源の大面積化
を図れ、しかも、前記導電性炭化物層を形成するための
装置として既存のアニール装置を容易に流用することが
可能であって設備投資を抑えることによる低コスト化を
図れるから、電子放出特性の低下を抑制しながらも耐熱
性を向上した電界放射型電子源を低コストで提供するこ
とができるという効果がある。
【００６０】請求項１３の発明は、請求項１ないし請求
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を、ＣＶＤ法により形成す
るので、前記導電性炭化物層を再現性および安定性良く
高スループットで形成することができて低コスト化を図
れるとともに、電界放射型電子源の大面積化を図れるか
ら、電子放出特性の低下を抑制しながらも耐熱性を向上
した電界放射型電子源を低コストで提供することができ
るという効果がある。
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を、ＣＶＤ法により形成す
るので、前記導電性炭化物層を再現性および安定性良く
高スループットで形成することができて低コスト化を図
れるとともに、電界放射型電子源の大面積化を図れるか
ら、電子放出特性の低下を抑制しながらも耐熱性を向上
した電界放射型電子源を低コストで提供することができ
るという効果がある。
【００６１】請求項１４の発明は、請求項１ないし請求
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を形成するにあたっては、
金属膜と炭素膜とを積層してアニールすることで前記導
電性炭化物層を形成するので、前記導電性炭化物層を再
現性および安定性良く形成することができて低コスト化
を図れるとともに、電界放射型電子源の大面積化を図
れ、電子放出特性の低下を抑制しながらも耐熱性を向上
した電界放射型電子源を低コストで提供することができ
るという効果がある。
項８のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法で
あって、前記導電性炭化物層を形成するにあたっては、
金属膜と炭素膜とを積層してアニールすることで前記導
電性炭化物層を形成するので、前記導電性炭化物層を再
現性および安定性良く形成することができて低コスト化
を図れるとともに、電界放射型電子源の大面積化を図
れ、電子放出特性の低下を抑制しながらも耐熱性を向上
した電界放射型電子源を低コストで提供することができ
るという効果がある。
【図１】実施形態を示す概略断面図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】同上の製造方法を説明するための主要工程断面
図である。
図である。
１ 基板
２ 下部電極
６ 強電界ドリフト層
７ 表面電極
１０ 電界放射型電子源
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 菰田 卓哉
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株
式会社内
Claims (14)
- 【請求項１】 下部電極と、表面電極と、下部電極と表
面電極との間に介在し下部電極と表面電極との間に電圧
を印加したときに作用する電界により電子が通過する電
子通過層とを備え、電子通過層を通過した電子が表面電
極を通して放出される電界放射型電子源であって、表面
電極の少なくとも一部が層状の導電性炭化物層により形
成されてなることを特徴とする電界放射型電子源。 - 【請求項２】 下部電極と、表面電極と、下部電極と表
面電極との間に介在し下部電極と表面電極との間に電圧
を印加したときに作用する電界により電子が通過する電
子通過層とを備え、電子通過層を通過した電子が表面電
極を通して放出される電界放射型電子源であって、下部
電極の少なくとも一部が層状の導電性炭化物層により形
成されてなることを特徴とする電界放射型電子源。 - 【請求項３】 下部電極と、表面電極と、下部電極と表
面電極との間に介在し下部電極と表面電極との間に電圧
を印加したときに作用する電界により電子が通過する電
子通過層とを備え、電子通過層を通過した電子が表面電
極を通して放出される電界放射型電子源であって、下部
電極および表面電極それぞれの少なくとも一部が層状の
導電性炭化物層により形成されてなることを特徴とする
電界放射型電子源。 - 【請求項４】 前記導電性炭化物層は、炭化チタン、炭
化ジルコニウム、炭化ハフニウムから選択される導電性
炭化物により形成されてなることを特徴とする請求項１
ないし請求項３のいずれかに記載の電界放射型電子源。 - 【請求項５】 前記表面電極の厚さが１０ｎｍを超えな
いことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか
に記載の電界放射型電子源。 - 【請求項６】 前記電子通過層は、ナノメータオーダの
多数の半導体微結晶と、各半導体微結晶それぞれの表面
に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の
絶縁膜とを有することを特徴とする請求項１ないし請求
項５のいずれかに記載の電界放射型電子源。 - 【請求項７】 前記電子通過層は、絶縁体層よりなるこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記
載の電界放射型電子源。 - 【請求項８】 前記電子通過層と前記下部電極との間に
半導体層が介在し、前記電子通過層が絶縁体層よりなる
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに
記載の電界放射型電子源。 - 【請求項９】 請求項１ないし請求項８のいずれかに記
載の電界放射型電子源の製造方法であって、前記導電性
炭化物層を、導電性炭化物からなるターゲットを用いた
スパッタ法により形成することを特徴とする電界放射型
電子源の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項１ないし請求項８のいずれかに
記載の電界放射型電子源の製造方法であって、前記導電
性炭化物層を、導電性炭化物からなる蒸着源を用いた蒸
着法により形成することを特徴とする電界放射型電子源
の製造方法。 - 【請求項１１】 請求項１ないし請求項８のいずれかに
記載の電界放射型電子源の製造方法であって、前記導電
性炭化物層を、金属よりなるターゲットおよび炭素を含
むガスを利用した反応性スパッタ法により形成すること
を特徴とする電界放射型電子源の製造方法。 - 【請求項１２】 請求項１ないし請求項８のいずれかに
記載の電界放射型電子源の製造方法であって、前記導電
性炭化物層を形成するにあたっては、炭素を含むガス雰
囲気中で金属膜をアニールすることで前記導電性炭化物
層を形成することを特徴とする電界放射型電子源の製造
方法。 - 【請求項１３】 請求項１ないし請求項８のいずれかに
記載の電界放射型電子源の製造方法であって、前記導電
性炭化物層を、ＣＶＤ法により形成することを特徴とす
る電界放射型電子源の製造方法。 - 【請求項１４】 請求項１ないし請求項８のいずれかに
記載の電界放射型電子源の製造方法であって、前記導電
性炭化物層を形成するにあたっては、金属膜と炭素膜と
を積層してアニールすることで前記導電性炭化物層を形
成することを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001290335A JP2003100201A (ja) | 2001-09-25 | 2001-09-25 | 電界放射型電子源およびその製造方法 |
| US10/252,800 US6720717B2 (en) | 2001-09-25 | 2002-09-24 | Field emission-type electron source |
| CN021425957A CN1216394C (zh) | 2001-09-25 | 2002-09-24 | 场致发射型电子源 |
| KR10-2002-0057864A KR100491305B1 (ko) | 2001-09-25 | 2002-09-24 | 전계방사형 전자원 |
| TW91121896A TWI222653B (en) | 2001-09-25 | 2002-09-24 | Filed emission-type electron source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001290335A JP2003100201A (ja) | 2001-09-25 | 2001-09-25 | 電界放射型電子源およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003100201A true JP2003100201A (ja) | 2003-04-04 |
Family
ID=19112653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001290335A Pending JP2003100201A (ja) | 2001-09-25 | 2001-09-25 | 電界放射型電子源およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003100201A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003077320A1 (fr) * | 2002-03-08 | 2003-09-18 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Dispositif quantique |
| JP2011175790A (ja) * | 2010-02-23 | 2011-09-08 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 電界放射型電子源およびそれを用いた発光装置 |
| JP2011216440A (ja) * | 2010-04-02 | 2011-10-27 | Sharp Corp | 電子放出素子及びその製造方法 |
| JP2016174069A (ja) * | 2015-03-17 | 2016-09-29 | 古河機械金属株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体基板の製造方法 |
-
2001
- 2001-09-25 JP JP2001290335A patent/JP2003100201A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003077320A1 (fr) * | 2002-03-08 | 2003-09-18 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Dispositif quantique |
| US6940087B2 (en) | 2002-03-08 | 2005-09-06 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Quantum device |
| JP2011175790A (ja) * | 2010-02-23 | 2011-09-08 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 電界放射型電子源およびそれを用いた発光装置 |
| JP2011216440A (ja) * | 2010-04-02 | 2011-10-27 | Sharp Corp | 電子放出素子及びその製造方法 |
| US8421331B2 (en) | 2010-04-02 | 2013-04-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emitting element and method for producing the same |
| JP2016174069A (ja) * | 2015-03-17 | 2016-09-29 | 古河機械金属株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体基板の製造方法 |
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