JP2003217439A - 改善された放出エリアを有する平坦型電子放出装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電界放出型電子放出器の技術分野において、従
来技術よりも高い効率を提供し、従来技術よりも低コス
トでより一貫して形成することができ、環境の影響への
配慮および従来技術において典型的に必要とされる高真
空環境の必要性をなくし、従来技術よりも優れた、平坦
型電子放出素子の中央領域周囲における高い放出効率を
有する電界放出型電子放出器を提供することである。 【解決手段】電界放出平坦型電子放出器素子は開示さ
れ、それは、放出電極と、抽出電極と、放出電極および
抽出電極に電気的に接続される平坦な放出器電子放出層
とを有する。平坦型電子放出器は、放出層の外側領域よ
りもその中央領域において電子放出の割合を大きくする
ように構成される。その平坦型放出器素子はさらに、平
坦型電子放出器に電気的に接続される集束電極も含む。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は全般に超高密度メモ
リ記憶システムにおいて用いられる放出器素子に関し、
より詳細には、本発明は集束精度を改善するために中央
位置において電子放出を最適化する、改善された固体放
出器に関する。 【０００２】放出器素子の別の出願が同じ譲受人に譲渡
され、同時係属中の「IMPROVED ELECTRON EMITTER DEVI
CE FOR DATA STORAGE APPLICATIONS AND METHOD OF MAN
UFACTURE」というタイトルの米国特許出願第１０／０４
２，９２７号に記載される。 【０００３】 【従来の技術】 【０００４】 【特許文献１】米国特許第５，５５７，５９６号 【特許文献２】米国特許第５，５８７，６２８号 【特許文献３】ＷＯ ００／７０６３８号 【特許文献４】フランス国特許第ＦＲ９９０６２５４号 【０００５】メモリ記憶システムは、最初に磁気テープ
を用いてから、磁気ハードドライブおよび現在の光ドラ
イブならびにＳＲＡＭおよびＤＲＡＭのような高度な高
速メモリまで長年にわたって多大な進歩を遂げてきた。
最近の開発では、超高密度記憶素子において電界放出型
電子放出器が利用されている。電界放出型電子放出器は
典型的には、先端部の先鋭な場所から電子のビームを放
出する先端構造体として製造されている。電子ビーム
は、電界放出器の近くに配置される記憶媒体に対して読
出しおよび書込みを行うために用いられる。記憶媒体上
の記憶位置にアクセスするために、電界放出器のアレイ
の位置と記憶媒体内の記憶エリアのアレイの位置とをと
一致させる場合があるか、あるいはより小型の電界放出
器のアレイが記憶媒体に対して動かされる場合がある。 【０００６】電界放出器技術を用いる超高密度記憶素子
の一例が特許文献１に開示される。各電界放出器は典型
的には、ある記憶エリアによって束縛された電子ビーム
流を生成し、信号電流を生成する。各記憶エリアはいく
つかの異なる状態のうちの１つの状態をとることがで
き、最も典型的な場合には、ハイビットあるいはロービ
ットによって表される１あるいは０のいずれかの二値状
態をとる。記憶エリアに衝当するビーム流によって生成
される信号電流の大きさは記憶エリアの状態に依存す
る。したがって、そのエリアに格納される情報は信号電
流の大きさを測定することにより読み出すことができ
る。 【０００７】また電子ビームは、記憶エリアに情報を書
き込むために用いられる場合もある。各電子ビームの電
力を増加して、電子ビームが衝当する記憶エリアの状態
を変更することができる。記憶エリアの状態を変更する
ことにより、そのビームの強度に応じて、その記憶エリ
アにおいて１ビットの情報が格納あるいは消去される。 【０００８】情報が格納され、検索され、アクセスされ
る速度および精度は電界放出器の効率に大きく依存す
る。さらに、電界放出器先端構造体（field tip emitte
rs）を製造し、加工するために必要とされる製造工程は
非常に複雑である。さらに、記憶媒体はその情報の読出
しあるいは書込みを行うために用いられる電界放出器か
ら離隔して配置されるので、環境の影響から放出器先端
構造体およびメモリアレイの両方の繊細な表面を保護す
るために、それらの素子は約１０^−７Ｔｏｒｒ以下の高
真空状態の保護筐体内に配置される必要がある。高真空
はコストがかかり、達成するのが難しい。 【０００９】さらに平坦型電子放出器技術では、均一な
半導体層が放出電極に適用されるとき、抽出電極構造に
起因する電界集中のために、電子放出が放出器の端部に
おいて行われる傾向がある。これは、その領域内の電気
力線が著しく湾曲し、ビームが主に平行にされるのでは
なく発散するようになるので望ましくない。放出が主と
して、抽出するための電気力線が主に直線である放出器
の中央において行われるようにすることが有利である。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電界
放出型電子放出器の技術分野において、従来技術よりも
高い効率を提供し、従来技術よりも低コストでより一貫
して形成することができ、典型的に必要とされる高真空
環境の必要性を無くすのと同様に従来技術よりも環境の
影響を受けないで、従来技術よりも優れた、平坦型電子
放出素子の中央領域周囲における高い放出効率を有する
電界放出型電子放出器を提供することである。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、超高密
度記憶システムにおいて用いるための改善された電界放
出素子が開示される。その電界放出素子は、放出電極
と、抽出電極と、放出電極および抽出電極に電気的に接
続される平坦な放出器電子放出層とを有する平坦型電子
放出器である。平坦型電子放出器は、放出層の外側領域
よりもその中央領域において電子放出の割合を大きくす
るように構成される。このように割合を大きくするため
の一例が、平坦型放出器放出層の外側周辺部が内側部分
よりも深さ方向において厚みがあるように平坦型放出器
電子放出層を形成することにより達成され、そのような
放出層は、放出電極と抽出電極との間に電界がかけられ
る際に外側周辺部において電子ビーム放出を低減する。
その電界は、外側周辺部よりも内側部分において高い割
合で、平坦型放出器電子放出層の表面から抽出電極に向
けて電子を引き寄せる。その平坦型放出器素子はさら
に、平坦型電子放出器に電気的に接続される集束電極も
含む。中央領域において改善された電子放出率を達成す
るために、その平坦型電子放出素子は概ね凹形の上側表
面を有する。 【００１２】別の実施形態では、平坦型放出器放出層
は、金属の第１の層と、金属の第１の層上に堆積される
半導体の第２の層とを含む。金属層は、プラチナ、金、
銀あるいは金属半導体複合層から形成される場合があ
り、一方、半導体の第２の層はバンドギャップが広い半
導体を含み、典型的には非常に弱いｎ型の導電性を有す
る。さらに、請求項１に記載される平坦型電子放出素子
は、放出電極と抽出電極との間に配置される誘電体と、
抽出電極と集束電極との間にある別の誘電体とを組み込
む。 【００１３】超高密度メモリ装置において用いられる平
坦型電子放出器を製造するための工程は、放出電極層を
形成するステップと、抽出電極層を形成するステップ
と、抽出電極層の少なくとも一部を除去することにより
放出電極層を露出させるステップと、堆積された半導体
材料の中央位置から堆積された半導体材料の外側周辺部
まで制御された厚みの勾配が延在するように放出電極上
に半導体材料を堆積するステップとを含む。その工程は
さらに、抽出電極層を形成する前に、放出電極層上に金
属層を形成するステップを含む場合があり、堆積ステッ
プでは金属層上に半導体材料が堆積される。先に記載さ
れた平坦型電子放出素子を達成することと合致する付加
的な処理ステップも考慮される。これらのステップは、
放出電極上に堆積される半導体材料が凹形の上側表面を
形成するように平坦型電子放出器を製造することと、必
要とされる絶縁性の誘電体層とともに集束電極を形成す
ることとを含むであろう。 【００１４】平坦型電子放出素子は特に、記憶エリアを
備える記憶媒体を有する記憶装置において用いられるこ
とが意図されており、その記憶エリアは、その記憶エリ
アに格納される情報を表すための複数の状態のうちの１
つをとる。電界放出器は、記憶エリアに格納される情報
の読出しあるいは書込みを行うために用いられる電子ビ
ーム流を生成する。 【００１５】 【発明の実施の形態】本発明の特徴および利点は、図面
を参照して以下に記載される説明を読むことにより当業
者には明らかになるであろう。 【００１６】超高密度記憶素子において典型的に用いら
れる改善された平坦型電界放出電子放出器構造が図１〜
図５に開示される。放出器構造１００は、ある固体機構
を用いて、特許文献１において以前に開示された超高密
度記憶素子のような構造において、および特許文献２に
開示されるタイプのような電界放出型ディスプレイシス
テムにおいて用いるために電子放出を高め、改善する。
またその構造は、２０００年１１月２３日に公表された
特許文献３および特許文献４に記載かつ図示される構造
にも基づく。 【００１７】その固体機構は、平坦型電界放出電子放出
素子の放出電極上に配置される薄い金属層を利用する。
次に、バンドギャップが広い半導体材料の薄い層が金属
層上に配置され、その層はショットキー金属−半導体接
合を形成し、電子ビームの形成および放出を高める。電
子ビームの形成は環境から保護される境界面において生
じるので、放出器構造は汚染のような環境的な要因に影
響をより受けにくくなり、ショットキー金属−半導体接
合を欠く従来技術の放出器構造において一般的に見られ
る分子の脱離および吸着に起因する時間的および空間的
な放出されるビームの不安定性が最小限に抑えられる。
さらに、その固体機構は、放出のために必要とされる電
界を低減し、それにより平坦型放出器構造体を利用する
ことへの障害になっていたドライバ電圧要件を低減し
て、従来技術において必要とされた固有の低い仕事関数
の材料を不要にすることもできる。 【００１８】障壁はさらに、放出器先端構造体に関連す
る強い電界勾配内で汚染物質が移動することを概ね防止
する。電界勾配は放出エリアの方向に低くされ、それに
より材料汚染物質の動きを低減する。さらに、平坦型放
出器構造体では、先端構造体内に設けられる場合よりも
大きな放出エリアにわたって電流が平均化されることに
起因して雑音が最小限に抑えられる。この平坦型放出器
構造体は再び、ショットキー金属−半導体接合を利用
し、かつ電子を放出するために必要とされる電界を低減
することにより実現可能になる。また、従来技術に悪影
響を及ぼしていた汚染物質がここではほとんど影響を与
えないので、仕上げ段階における保護障壁は、高真空の
必要性を低減する。これはさらに製造コストを削減し、
本発明の技術を組み込む素子の寿命を改善する。 【００１９】各平坦型電界放出電子放出器構造はさら
に、電界放出電子放出器の表面から電子の抽出を実行す
るために用いられる付加的な電極を含む。抽出電極およ
び集束電極が典型的には互いに関連しながら動作し、放
出される電子ビームを最初に抽出し、その後、集束ある
いは制御するために必要とされる適当な電界を与える。
一般に、平坦型放出器構造は概ね平行なビームを与え、
一方、先端構造放出器形状は発散するビームを与える。 【００２０】改善された平坦型電界放出電子放出器構造
は、当業者によって実施されるような周知の半導体製造
技術を用いて製造される。典型的には、一例としてのみ
で、上記の方法および構造はシリコン基板上で実行され
るが、シリコンの代わりにガリウムヒ素あるいはゲルマ
ニウムのような他の半導体材料を直ちに用いることがで
きるか、あるいは基板にガラスまたはサファイアのよう
な非導電性材料を用いることができる。ここで、平坦型
電界放出電子放出器の種々の段階および完了時の結果的
な構造を含む工程が図１〜図５に関連して与えられる。 【００２１】図１は、基板１１０を用いて開始する平坦
型放出器素子１００の断面図を示しており、当業者によ
く知られている技術および手順にしたがって半導体材
料、金属材料あるいは酸化物の種々の層を用いて基板上
に放出器が製造される。最初に、第１の基板１１０上に
導電性材料からなる電極層１１２が形成される。基板の
上側表面は化学機械研磨（ＣＭＰ）のような広く受け入
れられている方法を用いて平坦化される場合がある。層
１１２は典型的には金属あるいはドープ多結晶シリコン
から構成され、本発明による平坦型電界放出電子放出素
子１００において用いる放出電極の第１の部分としての
役割を果たす。導電性層１１２は実施形態によってはオ
プションの場合がある。 【００２２】次に図２に示されるように、当業者に知ら
れている従来の金属堆積技術を用いて、電極層１１２の
表面上に金属の薄い層１１４が堆積される。金属層１１
４は、ショットキー金属−半導体障壁を形成するために
半導体と結合することができる、高い導電性を有し、か
つ腐食に耐え得る材料（プラチナ、タングステン、モリ
ブデン、チタン、銅、金、銀、タンタル等、およびその
任意の合金あるいは多層化された薄膜）から形成される
場合がある。導電層１１２は０．１〜０．５μｍの範囲
の厚みを有し、金属層１１４は１０〜１００ｎｍの範囲
の厚みを有するが、２０ｎｍであることが好ましい。別
法では、層１１２および１１４は組み合わせられて、適
当な導電率を保証する厚みを有する材料構成層１１４か
ら形成することができる。 【００２３】次に図３に示されるように、金属層１１４
上に第２の半導体層１１６が堆積される。半導体層１１
６は典型的には、酸化チタン（ＴｉＯ_２）のようなバン
ドギャップが広い半導体材料から構成される。他のタイ
プの広いバンドギャップの半導体材料が適している場合
もあり、それはシリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ダイヤ
モンドライクカーボン、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、五酸化
タンタル等を含むであろう。 【００２４】金属−半導体境界は固体ショットキー金属
−半導体障壁を与える。電界がかけられるとき、電子
が、薄い半導体層１１６内の、電界によって制御される
低いあるいは負の電子親和力領域に注入される。放出器
素子１００は金属の層を用いて電子貯蔵体としての役割
を果たし、その上に、金属層を覆う半導体材料の非常に
薄い層を含む。半導体材料は、その構造に電界がかけら
れる際に誘発される負の電子親和力の表面エリアを与え
るように製造される。たとえば、半導体層１１６は、限
定はしないが、シリコン、アルミニウム、チタン、タン
タル、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、バナ
ジウム、ニオブ、モリブデン、クロム、イットリウム、
スカンジウムおよびその組み合わせの酸化物、窒化物お
よび酸窒化物のような材料から形成される場合がある。
金属層１１４からの電子はその表面付近の薄い半導体層
１１６を突き抜け、層１１６の上側から放出される。 【００２５】絶縁性半導体層１１６の厚みは、電界をか
ける際に負の電子親和力条件を達成するように選択され
る。その厚みの下限値は、そのような領域を形成するた
めに必要とされる最小厚によって決定される。半導体層
１１６の厚みの上限値は、層１１６において電子輸送を
引き起こすために必要とされる電位によって決定され
る。半導体層１１６が厚いほど、必要とされる電位が高
くなる。それゆえ、半導体層１１６の厚みは２〜８ｎｍ
の範囲を有し、５ｎｍであることが好ましい。 【００２６】ショットキー金属−半導体層障壁が形成さ
れた後、本発明にしたがって図４に示されるような付加
的な従来の処理ステップが実行される。これらのステッ
プは、放出器１００の表面上の平坦型電界放出電子放出
器表面付近に電極を設けることを含む。また、放出器の
表面からの、ならびに付加的な電極層間の分離および絶
縁を与えるために誘電体層も形成される。別法では、他
の構造が形成された後にショットキー金属−半導体障壁
が形成される。 【００２７】絶縁性誘電体１１８が、当業者によく知ら
れている従来の酸化物成長および加工技術を用いて、放
出器１００の表面上に成長する。たとえば、誘電体１１
８は、限定はしないが、シリコン、アルミニウム、チタ
ン、タンタル、タングステン、ハフニウム、ジルコニウ
ム、バナジウム、ニオブ、モリブデン、クロム、イット
リウム、スカンジウムおよびその組み合わせの酸化物、
窒化物および酸窒化物のような材料から形成される場合
がある。誘電体１１８は、絶縁体が層１１２とコンフォ
ーマルになるように形成される場合がある。この層１１
８は０．５〜５μｍの範囲の厚みを有する。 【００２８】次に、当業者によく知られている従来の処
理技術を用いて、酸化物層１１８上に導電層１２０が堆
積される。導電層１２０は、金属（アルミニウム、タン
グステン、モリブデン、チタン、銅、金、銀、タンタル
等およびその任意の合金あるいは多層化された薄膜）、
ドープポリシリコン、グラファイト等、あるいは金属と
非金属、たとえば炭素、薄膜との組み合わせから形成さ
れる場合がある。導電層１２０は典型的には放出器構造
１００において抽出電極として用いられる。 【００２９】導電層１２０を形成した後、誘電体材料か
らなる分離および絶縁層が層１２２として塗布される。
層１２２は層１１８と同じであり、同じようにして形成
される場合があるか、あるいは電極金属層１２０と後続
の導電層１２４との間に誘電性の分離を与えるために類
似の物質からなる場合がある。 【００３０】導電層１２４が、層１１４および１２０を
形成するために用いられた技術と類似のよく知られてい
る製造技術を用いて、誘電体層１２２の表面上に形成さ
れる。層１２４は、層１１４および１２０において用い
られる金属と同じ金属から形成される場合があるが、当
業者によって典型的に用いられる異なる導電性金属から
形成される場合もある。さらに導電層１２４は、一例で
は、動作中の放出器の表面からその近くの記憶媒体に放
出される電子を集束する際の集束電極としての役割を果
たす。 【００３１】半導体層１１６上に穴を開け、放出器表面
を露出させるために、最終的なパターニングおよびエッ
チングが実行される。これらの技術は当業者にはよく知
られており、その機能的な設計において用いられる際
に、電子が通過するための開口部を設けるように導電層
１２０および１２４を貫通する開口部を形成し、かつ絶
縁性の誘電体層１１８および１２２をエッチバックする
ために用いられる。穴は典型的には約０．１〜１０μｍ
の直径を有する。 【００３２】誘電体層１２２は、穴の直径の約半分の厚
みを有し、０．０５〜５μｍの範囲にある。金属層１２
０は約０．０５〜０．３μｍの厚みを有する。同様に、
導電層１２４は約０．０５〜０．３μｍの範囲の厚みを
有する。さらに、導電層１２０は抽出電極として機能
し、導電層１２４は集束電極として機能するものとして
示されてきたが、その動作は、それらの電極が電子を抽
出し、かつ集束するように協動するように組み合わせら
れる場合がある。別の実施形態では、バンドギャップが
広い半導体層１１６と、おそらく金属層１１４とは、抽
出電極１２０および１２４ならびに関連する誘電体層１
１８および１２２が堆積され、開口部が形成されるまで
形成されない。その後、層１１４および１１６が、これ
らの開口部を通して電極１１２上に直に堆積される。 【００３３】さらに、一度に１つの放出器構造１００が
製造されるのではなく、一般にはそのような放出器素子
１００のアレイが製造されることが考慮される。たとえ
ば、１００×１００の放出器１００のアレイが、先に記
載された超高密度記憶システムにおいて読出しおよび書
込み動作を実行するように作られる場合がある。さら
に、そのような放出器素子の大きなアレイが電界放出デ
ィスプレイパネルにおいて用いられる場合もある。 【００３４】放出器構造１００は１つの電極層１１２を
有するように示されてきたが、そのような層はオプショ
ンであり、半導体基板１１０が、その上に金属層１１４
を堆積された放出電極として機能するほど十分、かつ適
切にドープされる場合もある。さらに、その放出器は、
本発明にしたがって図１〜図５に示される製造技術およ
び結果的な構造に関して平坦な電子放出器であることが
示されてきたが、他の構造においてもショットキー金属
半導体障壁による手法を利用することができる。ショッ
トキー金属−半導体障壁を用いることにより、集束放出
電極および抽出電極に関してさらに小さい構造を形成す
ることもできる。図５に示される平坦型電子放出器は、
概ね２μｍの集束電極および抽出電極径を有する。それ
は１〜１０μｍの範囲をとることができる。集束電極
は、陽極上の小さな（１０〜５０ｎｍ）スポット内に電
子を収集する能力を提供する。集束電極を用いない場
合、放出器の角度は平坦型電子放出器の場合に約±１０
°である。 【００３５】図６は本発明の一実施形態を示しており、
金属層２１４上に配置される半導体層２１６が、半導体
材料の外側縁部２１６ａがその内側部分２１６ｂより厚
くなるように形成される。具体的には、外側縁部２１６
ａは１０〜１５ｎｍの範囲の厚みを有し、一方、中央部
分２１６ｂは約５ｎｍの厚みを有する。外側縁部上の半
導体材料が厚いことにより、外側周辺部において電子ビ
ーム放出が抑制され、一方、中央領域内の半導体材料が
薄いことにより、外側周辺部の放出より高められた電子
放出が実現される。これも放出器放出効率を著しく改善
し、従来技術の能力以上に電子を集束する能力を改善す
ることができる。 【００３６】半導体材料からなる、より厚みのある外側
周辺部は図７および図８に示される処理ステップにした
がって形成される。図７は半導体層を堆積する前の処理
ステップにおける本発明の別の態様による電子放出器の
第２の実施形態の断面図を示す。 【００３７】その第２の実施形態は図１〜図５に関して
本明細書に記載されるのと同じ特徴を多く含む。この時
点では、先に図１に関して記載されたような半導体放出
電極２１２が製造され、電極層２１２上に金属層２１４
が供給される。次に、金属層２１４の表面上に、絶縁性
酸化物材料と金属層とが交互に形成される。その後、酸
化物および金属層の下側にある金属層２１４の直ぐ上に
ある領域を開口するために、マスクステップおよびパッ
シベーションステップが実行される。こうして、図７に
示されるように、ベースとなる基板層２１０が存在し、
その上に放出電極電子供給層２１２が形成され、その上
に金属層２１４が形成される。これらのステップは、図
１および図２において先に記載されたステップと一致す
る。次に、酸化物層２１８が形成されており、下側をな
す金属層２１４が見えるようにするために一部が除去さ
れている。次に、抽出電極２２０として機能する第２の
金属層が形成される。抽出電極２２０の上には、二酸化
シリコンあるいはその等価物からなる第２の絶縁層が形
成される。次に、最後の金属層２２４が半導体絶縁層２
２２上に形成される。再び、後続の処理ステップにおい
てこれらの各層が開口され、金属層２１４の表面が露出
される。層２１８〜２２４は順次、交互に堆積され、こ
れらの層を通って層２１４に至る穴が１つのステップに
おいて形成される。 【００３８】次に、図７に示されるように、開口した金
属層２１４を除く全ての表面上に剥離（parting）層２
２６が形成される。典型的にはアルミニウムあるいは別
の適当な分割材料からなる剥離層２２６は、最初に基板
の表面に対して垂直な軸を中心に基板全体を回転させ、
その後、表面に対して垂直な軸に対してある角度に方向
付けられる分割材料の平行なビームを生成することによ
り供給される。剥離層２２６は、金属層２１４の表面を
除く、金属層に至る穴の構造によって陰になる表面全体
を覆う。 【００３９】所定の場所に配置される剥離層２２６を用
いる場合、図８の断面図に示されるように、その後、半
導体材料２２８からなる、わずかに発散したビームが基
板に向けられ、剥離層２２６上と、金属層２１４の露出
した表面上とに二酸化チタンのような絶縁性半導体層が
成長し、絶縁性半導体層２１６が形成される。そのビー
ムは垂直な軸に対してある角度に方向付けられ、基板は
堆積中にその軸を中心に回転する。剥離層２２６によっ
て、残りの二酸化チタン、すなわち不要な半導体材料
が、当業者によく知られている除去ステップ中に除去さ
れるようになる。半導体材料は塗布材料からなる、わず
かに発散したビーム内で放散されるため、半導体基板の
回転およびビームが当てられる角度によって、層２１６
の外側周辺部は、中央部分よりも外側部分において厚く
成長する。 【００４０】その後、ウェーハ全体が、そのウェーハに
塗布された余分な半導体材料あるいは二酸化チタンとと
もに剥離層を除去する剥離層溶剤内に浸漬される。半導
体層２１６は金属層２１４と物理的に結合するので、剥
離層溶剤に耐えることができ、結果として図６に示され
る構造になる。この結果、中央領域に対して厚みのある
外側領域を有する半導体層２１６が形成される。外側領
域において厚みが増すことにより、これらの領域からの
電子放出が抑制され、一方、半導体材料の厚みが薄いこ
とにより電子放出がより促進されるので、中央領域の効
率が高くなり、その結果、記憶媒体上へのビームの集束
が改善され、したがって、図５および図６の平坦型電界
放出電子放出素子で用いることが意図される大容量記憶
装置の読出しおよび書込み動作中の読出しおよび書込み
精度が高くなる。 【００４１】本発明の他の実施形態は、本明細書に開示
される本発明の仕様あるいは実施を検討することから当
業者には明らかになるであろう。その仕様例は典型的な
ものにすぎず、本発明の真の範囲および精神は併記の特
許請求の範囲によって示されることが意図されている。 【００４２】上記の構成は本発明の原理のための応用形
態の一例にすぎないことは理解されたい。本発明の精神
および範囲から逸脱することなく、当業者によって種々
の変更および代替構成が考案される場合があり、併記の
特許請求の範囲は、そのような変更および構成を網羅す
ることを意図している。したがって、本発明は、現時点
で本発明の最も実用的で、好ましい実施形態（複数可）
であると思われるものに関連して図示され、十分に説明
されてきたが、限定はしないが、サイズ、材料、形状、
形態、動作の機能および態様、アセンブリならびに用途
の変更を含む種々の変更が、特許請求の範囲に記載され
るような本発明の原理および概念から逸脱することなく
なされる場合があることは当業者には明らかであろう。
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせ
からなる例示的な実施態様を示す。 １． 平坦型電子放出素子であって、前記平坦型電子放
出素子は、放出電極と、抽出電極と、前記放出電極上に
形成され、前記抽出電極に電気的に接続されるショット
キー金属−半導体接合を有する固体電界制御式電子放出
器とを含み、前記放出電極と前記抽出電極との間に電位
をかけることにより、前記ショットキー金属−半導体接
合の露出された表面から電子の電界放出が生じ、前記シ
ョットキー金属−半導体接合の半導体層は前記半導体層
の内側部分よりも深さ方向において厚みのある外側周辺
部を含み、それにより前記外側周辺部において電子ビー
ム放出を低減し、また前記放出電極と前記抽出電極との
間にかけられる電界は、前記外側周辺部よりも前記内側
部分において高い割合で、前記平坦型電子放出器の表面
から前記抽出電極に向けて放出電子を引き寄せる平坦型
電子放出素子。 ２． 前記平坦型電子放出器に電気的に接続される集束
電極をさらに含む上項１に記載の平坦型電子放出素子。 ３． 前記平坦型電子放出器は、概ね凹形の上側表面を
有する上項１に記載の平坦型電子放出素子。 ４． 前記平坦型電子放出器は、金属の第１の層と、前
記金属の第１の層上に堆積される半導体の第２の層とを
含む上項１に記載の平坦型電子放出素子。 ５． 前記放出電極と前記抽出電極との間に配置される
誘電体をさらに含む上項１に記載の平坦型電子放出素
子。 ６． 前記抽出電極と前記集束電極との間に配置される
第２の誘電体をさらに含む上項２に記載の平坦型電子放
出素子。 ７． 前記半導体の第２の層は、バンドギャップが広い
半導体を含む上項４に記載の平坦型電子放出素子。 ８． 平坦型電子放出器を製造するための工程であっ
て、放出電極層を形成すること、抽出電極層を形成する
こと、前記抽出電極層の少なくとも一部を除去すること
により前記放出電極層を露出させること、制御された厚
みの勾配が、堆積された半導体材料の中央位置から堆積
された前記半導体材料の外側周辺部まで延在するよう
に、前記放出電極上に前記半導体材料を堆積させること
を含む工程。 ９． 記憶装置であって、少なくとも１つの記憶エリア
を有する記憶媒体であって、前記記憶エリアは前記記憶
エリアに格納される情報を表すために複数の状態のうち
の１つをとる、該記憶媒体と、前記記憶エリアに格納さ
れる前記情報の読出しおよび書込みを行うために用いら
れる電子ビーム流を生成するための少なくとも１つの平
坦型電子放出素子とを含み、前記平坦型電子放出素子
は、放出電極と、抽出電極と、前記放出電極と前記抽出
電極とに電気的に接続され、前記平坦型電子放出器の内
側部分よりも、深さ方向において厚みを有する外側周辺
部を有する、記憶装置。 １０． 平坦型電界放出電子放出素子であって、前記電
界放出電子放出素子は、放出電極と、抽出電極と、その
表面からの放出電子を引き寄せるための電界を与えるた
めに前記放出電極と前記抽出電極とに電気的に接続され
る平坦型電子放出器であって、前記平坦型電子放出器
は、外側領域よりも中央領域において電子放出の割合が
大きくなるように構成される、該平坦型電子放出器とを
含む平坦型電界放出電子放出素子。 【００４３】 【発明の効果】本発明によれば、電界放出型電子放出器
の技術分野において、従来技術よりも高い効率を提供
し、従来技術よりも低コストでより一貫して形成される
ことができ、環境の影響への配慮および従来技術におい
て典型的に必要とされる高真空環境の必要性をなくし、
従来技術よりも優れた、平坦型電子放出素子の中央領域
周囲における高い放出効率を有する電界放出型電子放出
器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】平坦型電界放出電子放出素子基板と、そこに塗
布される多結晶層との断面図である。 【図２】金属層が多結晶層上に堆積された、図１の平坦
型電界放出電子放出素子の断面図である。 【図３】ショットキー金属−半導体障壁を形成するため
に金属層上に絶縁性半導体層が形成された、図２の平坦
型電界放出電子放出素子の断面図である。 【図４】本発明による、付加的な絶縁層および金属層が
形成された、図３の平坦型電界放出電子放出素子の断面
図である。 【図５】本発明による、半導体層の表面を露出させるた
めに開口部が形成された、完成した電界放出電子放出素
子の断面図である。 【図６】本発明による、厚みが変化する半導体層を有す
る平坦型電界放出電子放出素子の断面処理図である。 【図７】図６の平坦型電界放出電子放出素子の製造方法
および製造段階の断面処理図である。 【図８】図６の平坦型電界放出電子放出素子の製造方法
および製造段階の断面処理図である。 【符号の説明】 100 放出器 110 基板 112 電極層 114,214 金属層 116,216 半導体層 118 誘電体 120 導電層（抽出電極） 122 誘電体層 124 導電層（集束電極）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴ・ティエン・ビン フランス国69007リヨン，リュ・デ・トロ ワ・ピアス・19 Ｆターム(参考） 5C135 AA09 AC03 DD18 EE11 GG09 HH08 HH20

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 平坦型電子放出素子であって、前記平坦
   型電子放出素子は、 放出電極と、 抽出電極と、 前記放出電極上に形成され、前記抽出電極に電気的に接
   続されるショットキー金属−半導体接合を有する固体電
   界制御式電子放出器とを含み、前記放出電極と前記抽出
   電極との間に電位をかけることにより、前記ショットキ
   ー金属−半導体接合の露出された表面から電子の電界放
   出が生じ、前記ショットキー金属−半導体接合の半導体
   層は前記半導体層の内側部分よりも深さ方向において厚
   みのある外側周辺部を含み、それにより前記外側周辺部
   において電子ビーム放出を低減し、また前記放出電極と
   前記抽出電極との間にかけられる電界は、前記外側周辺
   部よりも前記内側部分において高い割合で、前記平坦型
   電子放出器の表面から前記抽出電極に向けて放出電子を
   引き寄せる平坦型電子放出素子。