JP2007294126A - 電子放出素子、電子源、画像表示装置、及び、電子放出素子の製造方法 - Google Patents
電子放出素子、電子源、画像表示装置、及び、電子放出素子の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 基体と、各々が前記基体の表面に対して実質的に垂直に配向した、複数の柱状の第1領域と、前記複数の第1領域の各々の間に設けられた、前記第1領域よりも高抵抗な第2領域と、前記複数の柱状の第1領域と前記第2領域とを覆う電子放出膜と、を備える。
【選択図】 図1
Description
予め、その表面を十分に洗浄した基体1上に、第3の領域101と多数の柱状領域3を設ける(図3(a))。
次に、複数の柱状領域3の各々の間に、柱状領域3よりも低い導電性を備えた領域4を設ける(図3(b)、図3(c))。
そして、エッチングにより酸化層12を除去し、柱状構造体100と第3の領域101とから構成された第2の導電層2を形成する(図3(c))。
次いで導電層2上に、電子放出膜5を形成する(図3(e))。
その中に金属を含む粒子6を有する電子放出膜5を形成する場合は、上記(工程d)の後に熱処理を行い、電子放出膜5中に存在する金属を凝集させ、粒子6を複数形成する。
少なくとも上記工程(a)〜(d)を行った後に、電子放出膜5上に絶縁層7を堆積する(図3(f))。
絶縁層7上に、最終的に第2の電極(ゲート電極)となる導電層8を配置する。
導電層8上に、フォトリソグラフィー技術などにより上記導電層8と絶縁層7とを貫通する開口21を形成するためのパターン(開口)を有するマスク(不図示)を形成する。
上記工程(a)〜(h)を終えた後に、さらに、本発明の電子放出素子の電子放出特性をさらに向上させるために、電子放出膜5の表面を水素で終端させる工程を設けることもできる。水素で電子放出膜5の表面を終端することで、電子の放出をさらに容易にすることができる。
図2に示した電子放出素子を図6に示した工程に従って作製した。
基体1として石英基板を用い、これを十分に洗浄を行った後、基体1上に、多数の柱状領域3を形成するために、以下に示す(条件1)で、スパッタ法により、TiN膜を100nmの厚さで成膜した。下記(条件1)における雰囲気ガスは、ArガスとN2ガスとを9:1の割合で混合したガスを用いた。
Rf電源 : 13.56MHz
Rf出力 : 8W/cm2
雰囲気ガス圧 : 1.2Pa
ターゲット : Ti
成膜されたTiN膜は、図6(a)に示す様に、多数の柱状領域3から構成されており、柱状領域3の平均直径Wは、30nmであり、その抵抗率ρ3は10−4Ω・cmであった。平均直径Wは、走査型電子顕微鏡で、成膜したTiN膜の表面を20万倍の倍率で撮影し、その写真で直径を測長し、平均化した数値である。
次に、大気雰囲気(酸素含有雰囲気)のオーブンの中に上記工程1を経た基体1を入れ、350℃で1時間の加熱を行った。すると、図6(b)のように隣り合うTiNの柱状領域3の間(柱状領域3の側面)にTiの酸化物を主体とした第2の領域4が形成された。また同時に、柱状領域3の表面にTiの酸化物層12が形成された。
ドライエッチングにより、柱状領域3の表面の酸化層12を除去し、導電層2の酸化されていない表面を露出させる(図6(c)。つまり、領域3と領域4とを露出させる。この時、隣り合う複数のTiNの柱状領域3の間の、酸化物層である領域4は除去せず、隣り合う柱状領域3の間を埋めたままとした。
ついでスパッタ法によりコバルトを含んだ炭素膜5を導電層2上に12nm堆積した(図6(d))。
炭素膜15上に、プラズマCVD法により絶縁層7としてSiO2を1000nm成膜した(図6(e))。
絶縁層7上に、ゲート電極8として、Ptを100nmの厚さになるように成膜した(図6(f))。
次いで、ゲート電極8上に、ポジ型フォトレジストをスピンコートし、フォトマスクパターン(円形)を露光、現像し、不図示のマスクパターンを形成した。マスクパターンは、円形の開口を備えている。このときの開口径は、1.5μmとした。尚、開口の数は、図7に示した様に複数個形成してもよく、特に限定されるものではない。
ドライエッチングにより、炭素膜5の表面が露出するまで、前記マスクパターンの開口の直下に位置するゲート電極8および絶縁層7をエッチングし、開口21を形成した(図6(g))。
残ったマスクパターン(不図示)を、剥離液にて除去し、水洗を行った。
次に、アセチレンと水素の混合ガス雰囲気中で、基体1を550℃で300分間熱処理を行った。この熱処理でコバルトが凝集し、コバルト粒子6を内包する炭素膜5(即ち電子放出膜5)を形成した(図6(h))。
Rf電源 : 13.56MHz
Rf出力 : 8W/cm2
ガス圧 : 0.4Pa
ターゲット : Ti
上記条件2で成膜されたTiN膜は、柱状領域の見られないバルク状の膜であった。そして、比較用の電子放出素子3の電子放出量のゆらぎは、実施例1の電子放出素子に比べて非常に大きかった。また、同じ製造工程で作成した他のサンプルでは、電子放出膜が基体から剥離してしまった。また、別のサンプルでは、電子放出膜中の金属の含有量が実施例1で作成した電子放出膜に比べて大幅に減少していた。この傾向は、上記工程2および工程3を行わずに作成した電子放出膜にも同様に見られた。
本実施例では、図2に示した電子放出素子を図8に示した工程に従って作製した。尚、本実施例2の電子放出素子は、実施例1に対して、電子放出膜5を開口21内部にのみ配置した構成の電子放出素子である。
実施例1の工程1と同様に、基体1上に多数のTiNからなる柱状領域3を形成した(図8(a))。柱状領域3の平均直径は、30nmであり、抵抗率ρ3は10−4Ω・cmであった。
次に、オゾン雰囲気のアッシング装置の中に基体1を入れ、オゾンアッシングを行ったところ、隣り合う複数のTiNの柱状領域3の間(柱状領域3の側面)にTiの酸化物を主体とした第2の領域4が形成された。また同時に、柱状領域3の表面にTiの酸化物層12が形成された(図8(b))。
実施例1の工程3と同様に、ドライエッチングで、酸化層12を除去し導電層2の酸化されていない表面を露出させる(図8(c))。
導電層2上に、プラズマCVD法により絶縁層7としてSiO2を1000nm成膜した(図8(d))。
絶縁層7上に、ゲート電極8として、Ptを100nmの厚さになるように成膜した(図8(e))。
次いで、ゲート電極8上に、実施例1の工程7と同様に不図示のマスクパターンを形成した。マスクパターンは、円形の開口を備えており、開口径は、1.5μmとした。
ドライエッチングにより、導電層2の表面が露出するまで、前記マスクパターンの開口の直下に位置するゲート電極8及び絶縁層7をエッチングし、開口21を形成した(図8(f))。
ついでスパッタ法によりコバルトを含んだ炭素膜5を開口21内に露出した導電層2上に12nm堆積した(図8(g))。このコバルトを含む膜5の比抵抗は、103Ω・cmであった。
残ったマスクパターン(不図示)を、剥離液にて除去し、水洗を行った。
次に、実施例1の工程10と同様の手法で、コバルト粒子6を内包する炭素膜5(即ち電子放出膜5)を形成した(図8(h))。
上記実施例2で作製した電子放出素子を用いて図5に示す画像表示装置57を作製した。
2 導電層
3 第1の領域
4 第2の領域
5 電子放出膜
6 粒子
100 柱状構造体
101 第3の領域
Claims (19)
- 導電層と該導電層上に配置された電子放出膜とを備える電子放出素子であって、
前記導電層が、(A)複数の第1領域と、(B)複数の第1領域の各々の間に設けられた、前記第1領域よりも高抵抗な第2領域とを、少なくとも有する表面を備えており、
前記電子放出膜が、前記導電層の前記表面を覆っている、ことを特徴とする電子放出素子。 - 前記電子放出素子は基体の表面上に配置されており、前記複数の第1領域は前記基体の表面と前記電子放出膜との間に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の電子放出素子。
- 前記複数の第1領域の各々は柱状の領域であり、前記柱状の領域は、前記基体の表面に対して実質的に垂直に配向している、ことを特徴とする請求項1または2に記載の電子放出素子。
- (A)基体と、(B)各々が前記基体の表面に対して実質的に垂直に配向した、複数の柱状の第1領域と、(C)前記複数の第1領域の各々の間に設けられた、前記第1領域よりも高抵抗な第2領域と、(D)前記複数の柱状の第1領域と前記第2領域とを覆う電子放出膜と、を備えることを特徴とする電子放出素子。
- 前記電子放出膜の膜厚が、前記柱状領域の平均直径以下であることを特徴とする請求項3または4に記載の電子放出素子。
- 前記電子放出膜の主体の抵抗率が、前記第1領域の抵抗率よりも高く、前記第2領域の抵抗率よりも低い、ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 前記電子放出膜の主成分が炭素であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 前記電子放出膜の主体が、1×108Ω・cm以上1×1014Ω・cm以下の抵抗率を備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 前記電子放出膜が金属を含むことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 前記電子放出膜の主体の抵抗率が、前記金属の抵抗率の100倍以上であることを特徴とする請求項9に記載の電子放出素子。
- 前記第1領域が、金属を含むことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 前記第1領域が、Ti、TiN、Ta、TaN、AlN、TiAlNのいずれかから選択された材料を含むことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 前記第2領域が、酸化物を含むことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の電子放出素子。
- 前記酸化物が、前記第1領域を構成する材料の酸化物であることを特徴とする請求項14に記載の電子放出素子。
- 複数の電子放出素子を備える電子源と、該電子源から放出された電子が照射されることで発光する発光部材と、を具備する画像表示装置であって、前記複数の電子放出素子の各々が請求項1乃至15のいずれか1項の電子放出素子であることを特徴とする画像表示装置。
- 画像表示装置と、受信した信号を前記画像表示装置に送る、該画像表示装置に接続された受信回路とを、備える情報表示再生装置であって、前記画像表示装置が請求項16に記載の画像表示装置であることを特徴とする情報表示再生装置。
- 導電層と該導電層上に配置された電子放出膜とを備える電子放出素子の製造方法であって、
(i)(a)導電性の複数の柱状領域を具備する導電層と、(b)該導電層上に配置された、金属を含有する層と、を備える構造体を用意する工程、
(ii)前記構造体を加熱する工程、とを有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。 - 前記工程(ii)の前に、前記複数の柱状領域間に酸化物を設ける工程を有することを特徴とする請求項18に記載の電子放出素子の製造方法。
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