JP2013235799A - Method of manufacturing field emission electron source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電界放射型電子源の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a field emission electron source.
従来から、導電性基板と、この導電性基板の一表面側に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを備えた電界放射型電子源が知られている(例えば、特許文献1)。この電界放射型電子源は、表面電極が導電性基板に対して高電位側となるように表面電極と導電性基板との間に電圧を印加することにより、導電性基板から強電界ドリフト層に注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし、表面電極を通して放出される。なお、この種の電界放射型電子源では、導電性基板の少なくとも一部が、下部電極(第1電極)を構成し、表面電極が、上部電極(第2電極)を構成している。 Conventionally, a conductive substrate, a strong electric field drift layer made of an oxidized or nitrided porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate, and a surface electrode formed on the strong electric field drift layer are provided. A field emission electron source is known (for example, Patent Document 1). In this field emission electron source, a voltage is applied between the surface electrode and the conductive substrate so that the surface electrode is on the high potential side with respect to the conductive substrate, so that the strong electric field drift layer is formed from the conductive substrate. The injected electrons drift through the strong electric field drift layer and are emitted through the surface electrode. In this type of field emission electron source, at least a part of the conductive substrate constitutes the lower electrode (first electrode), and the surface electrode constitutes the upper electrode (second electrode).
ところで、特許文献1には、電界放射型電子源の電子放出特性および信頼性を向上できる製造方法が提案されている。この製造方法は、導電性基板の一表面側に半導体層を形成する第1の工程と、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくとも一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成する第2の工程と、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成する第3の工程とを有している。さらに、この製造方法は、第2の工程と第3の工程との間、第3の工程の後の少なくとも1段階で導電性基板の一表面側に残留している水分を超臨界流体を利用して除去する超臨界乾燥工程を有している。
By the way,
電界放射型電子源は、上述の製造方法を採用することにより電子放出特性および信頼性が向上するが、電子放出特性および信頼性それぞれのより一層の向上が期待されている。 The field emission electron source is improved in electron emission characteristics and reliability by adopting the above-described manufacturing method, but further improvements in the electron emission characteristics and reliability are expected.
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、電子放出特性および信頼性それぞれのより一層の向上を図ることが可能な電界放射型電子源の製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a field emission electron source capable of further improving the electron emission characteristics and reliability. It is.
本発明の電界放射型電子源の製造方法は、第1電極と、前記第1電極に対向した第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間にある強電界ドリフト層とを備え、前記第2電極を通して電子を放出可能な電界放射型電子源の製造方法であって、前記第1電極の一表面側に半導体層を形成する第1の工程と、陽極酸化処理にて前記半導体層の少なくとも一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成する第2の工程と、前記多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより前記強電界ドリフト層を形成する第3の工程と、前記第2電極を形成する第4の工程とを備え、前記第4の工程の後に、前記強電界ドリフト層に残留している不純物を超臨界流体を利用して除去する第5の工程を備えることを特徴とする。 The method of manufacturing a field emission electron source according to the present invention includes: a first electrode; a second electrode opposed to the first electrode; and a strong electric field drift layer between the first electrode and the second electrode. A method of manufacturing a field emission electron source capable of emitting electrons through the second electrode, the first step of forming a semiconductor layer on one surface side of the first electrode, A second step of forming a porous semiconductor layer by making at least a portion of the semiconductor layer porous; and a third step of forming the strong electric field drift layer by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer. And a fourth step of forming the second electrode, and a fifth step of removing impurities remaining in the strong electric field drift layer using a supercritical fluid after the fourth step. It is characterized by providing.
この電界放射型電子源の製造方法において、前記第2の工程と前記第3の工程との間、前記第3の工程の後の少なくとも1段階で前記第1電極の前記一表面側に残留している水分および不純物を超臨界流体を利用して除去する超臨界乾燥工程を備えることが好ましい。 In this method of manufacturing a field emission electron source, it remains on the one surface side of the first electrode in at least one stage after the third step between the second step and the third step. It is preferable to provide a supercritical drying step of removing moisture and impurities that are present using a supercritical fluid.
本発明の電界放射型電子源の製造方法においては、電子放出特性および信頼性それぞれのより一層の向上を図ることが可能な電界放射型電子源を提供することが可能となる。 In the method for manufacturing a field emission electron source of the present invention, it is possible to provide a field emission electron source capable of further improving the electron emission characteristics and the reliability.
本実施形態における電界放射電子源10は、図2〜図4に示すように、第1電極2と、この第1電極2に対向した第2電極7と、第1電極2と第2電極7との間にある強電界ドリフト層6とを備え、第2電極7を通して電子を放出可能なものである。ここで、第1電極2は、基板1の一表面側に形成されている。また、第1電極2と第2電極7とは、第1電極2の厚み方向に離れて配置されている。第2電極7の厚さは、10nm〜15nm程度の範囲で設定することが好ましい。
As shown in FIGS. 2 to 4, the field
電界放射型電子源10は、第1電極2および第2電極7それぞれを帯状の形状としてある。また、電界放射型電子源10は、基板1の上記一表面上において複数の第1電極2が列設されており、強電界ドリフト層6を含む機能層16が基板1の上記一表面側において各第1電極2および基板1の上記一表面を覆うように形成されている。そして、電界放射型電子源10は、機能層16における第1電極2側とは反対の表面側において、複数の第2電極7が列設されている。これら複数の第2電極7は、第1電極2に交差する方向に列設されている。
In the field
この電界放射型電子源10は、複数の第1電極2の群と複数の第2電極7の群とからなるマトリクス(格子)の格子点に、第1電極2と強電界ドリフト層6と第2電極7とを備えた電子源素子10aを配置したことに相当する。したがって、この電界放射型電子源10では、電圧を印加する第2電極7と第1電極2との組を選択することによって、所望の電子源素子10aから電子を放出させることが可能となる。第1電極2の長手方向の両端部上には、パッド27が形成されている。また、第2電極7の長手方向の両端部上には、パッド28が形成されている。
The field
機能層16は、第1電極2の厚み方向において第1電極2と第2電極7との両方に重なる各領域の各々に、強電界ドリフト層6を備えている。また、機能層16は、強電界ドリフト層6以外の部分が、半導体層3により構成されている。機能層16は、半導体層3の一部が強電界ドリフト層6と第1電極2との間に介在している。機能層16は、強電界ドリフト層6と、半導体層3のうち強電界ドリフト層6と第1電極2との間に介在している部分3aとで、電子通過層を構成している。電子通過層は、第1電極2から注入された電子が第2電極7へ向って通過する層である。機能層16は、強電界ドリフト層6と第1電極2との間に半導体層3の一部が介在していない構成でもよい。すなわち、電子通過層は、強電界ドリフト層6のみにより構成してもよい。また、機能層16は、半導体層3のうち互いに隣り合う強電界ドリフト層6の間にある領域が、隣り合う電子源素子10a間でのクロストークの発生を抑制する素子分離部3bを構成している。
The
また、電界放射型電子源10は、各第2電極7の幅方向の両側の各々に、第2電極7の長手方向に沿って配置され第2電極7に電気的に接続されたバス電極25を備えている。
In addition, the field
また、電界放射型電子源10は、機能層16のうち第2電極7の長手方向に沿った方向において隣り合う強電界ドリフト層6の間の素子分離部3b上に、素子分離部3bと第2電極7との間に介在する絶縁層8を備えている。電界放射型電子源10は、絶縁層8を備えていることにより、クロストークの発生をより抑制することが可能となる。絶縁層8は、シリコン酸化膜により構成してあるが、これに限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよいし、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜により構成してもよい。
In addition, the field
基板1は、絶縁性を有するガラス基板により構成してある。ガラス基板としては、例えば、無アルカリガラス基板や石英ガラス基板などを用いることができる。また、基板1としては、絶縁性のセラミック基板なども用いることができる。
The
第1電極2は、導電層により構成してある。第1電極2の厚さは、例えば、100nm〜400nm程度の範囲で設定することが好ましい。第1電極2を構成する導電層は、単層構造でもよいし、2層以上の多層構造でもよい。第1電極2は、多層構造を有する導電層により構成する場合、例えば、基板1上のTi膜と当該Ti膜上のW膜との積層膜を採用することができる。この場合、第1電極2は、例えば、厚さが50nmのTi膜と厚さが250nmのW膜との積層膜からなる導電層により構成することができる。導電層の材料としては、例えば、Cr,W,Ti,Ta,Ni,Al,Cu,Au,Pt,Moなどの金属あるいは合金あるいは金属間化合物(シリサイドなど)などを採用することができる。
The
機能層16は、各第1電極2と基板1の上記一表面とに跨って形成されている。要するに、機能層16は、各第1電極2および基板1の上記一表面を覆うように形成されている。機能層16は、基板1の上記一表面側に各第1電極2を形成した後に基板1の上記一表面側に成膜された半導体層3から形成されている。機能層16における強電界ドリフト層6は、半導体層3の一部を陽極酸化処理することで形成された多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより形成されている。半導体層3は、ノンドープの多結晶シリコン層により構成することが好ましい。なお、本実施形態では、機能層16の厚さを1.5μmに設定してあるが、この数値は一例であり、特に限定するものではない。機能層16の厚さは、例えば、0.5μm〜2μm程度の範囲で設定することが好ましい。
The
強電界ドリフト層6は、少なくとも、図4(b)に示すように、第1電極2(図4(a)参照)の厚み方向に沿って形成された複数のグレイン32と、各グレイン32それぞれの表面に形成された薄い第1の絶縁膜35と、互いに隣り合うグレイン32間に介在する多数のナノメータオーダの微結晶半導体33と、微結晶半導体33それぞれの表面に形成され微結晶半導体33の結晶粒径よりも小さな膜厚の第2の絶縁膜34とを有している。電界放射型電子源10は、微結晶半導体33が、微結晶シリコンにより構成され、第1の絶縁膜35および第2の絶縁膜34が、シリコン酸化膜により構成されている。ここで、機能層16における素子分離部3bには、上述の微結晶半導体33や各絶縁膜34,35は形成されていない。
As shown in FIG. 4B, the strong electric
第2電極7の厚さは、10〜15nm程度の範囲で設定することが好ましい。第2電極7は、機能層16側の第1導電層と、第1導電層に積層された第2導電層とで構成されている。第1導電層の材料としては、Crを採用しているが、Crに限らず、例えば、Ni,Pt,Ti,Zr,Rh,Hf,Irなどを採用してもよい。第2導電層の材料としては、Auが好ましい。なお、電界放射型電子源10は、第1導電層、第2導電層の厚さをそれぞれ2nm、10nmに設定してあるが、これらの数値に特に限定するものではない。
The thickness of the
第2電極7の材料は、導電率が比較的高く且つ仕事関数が比較的小さく、耐酸化性に優れ化学的に安定な金属が好ましい。第2電極7は、2層構造に限らず、単層構造でもよい。
The material of the
電子源素子10aから電子を放出させる場合には、例えば、図5に示すように、第2電極7が第1電極2に対して高電位側となるように第2電極7と第1電極2との間に直流の駆動電圧Vpsを印加すればよい。また、電界放射型電子源10の電子放出特性を測定する場合や、電界放射型電子源10を使用する場合などには、電界放射型電子源10に対向するコレクタ電極9を設け、コレクタ電極9が第2電極7に対して高電位側となるようにコレクタ電極9と第2電極7との間に直流の加速電圧Vcを印加することが好ましい。図5中の一点鎖線の矢印は、第2電極7を通して放出された電子e−の流れを示す(図4(b)中の実線の矢印は、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電子e−の流れを示す)。なお、第1電極2から強電界ドリフト層6に注入されて強電界ドリフト層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、第2電極7を容易にトンネルし放出される。つまり、強電界ドリフト層6では、第1電極2に対して第2電極7を高電位側としたときに作用する電界により第1電極2から第2電極7へ向かう向きへ電子が加速されてドリフトする量子効果が発現することになる。
When electrons are emitted from the
各パッド27,28の材料としては、例えば、Al,Al−Si,Au,Pdなどを採用することができる。
As the material of each
バス電極25の材料としては、例えば、AlやCuなどの抵抗率の小さな材料が好ましい。また、バス電極25の厚さ寸法は、第2電極7の厚さ寸法よりも大きいのが好ましい。
As a material of the
以下の説明では、電子源素子10aにおいて第2電極7と第1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9と第2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)Ieと呼ぶ。電子源素子10aは、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(=(Ie/Ips)×100〔%〕)が高い。電子源素子10aは、第2電極7と第1電極2との間に印加する駆動電圧Vpsを10〜20V程度の低電圧としても電子を放出させることができる。また、電子源素子10aは、電子放出特性の真空度依存性が小さい。また、電子源素子10aは、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。
In the following description, the current flowing between the
上述の電子源素子10a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。電子源素子10aから電子を放出させるには、例えば、第2電極7と第1電極2との間に第2電極7を高電位側として駆動電圧Vpsを印加するとともに、コレクタ電極9と第2電極7との間にコレクタ電極9を高電位側として加速電圧Vcを印加する。すると、電子源素子10aでは、第1電極2から強電界ドリフト層6へ電子が熱的に励起されて注入される。そして、強電界ドリフト層6に注入された電子は、第2の絶縁膜34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内でグレイン32の間の部分を第2電極7に向かってドリフトする。したがって、電子源素子10aは、駆動電圧Vpsが所定値(例えば、第2電極7の電位が仕事関数以上となる電圧)以上であれば、第2電極7に到達した電子が第2電極7をトンネルし真空中に放出される。強電界ドリフト層6中の各微結晶半導体33は、ボーア半径程度の大きさである。このため、微結晶半導体33表面の薄い第2の絶縁膜34にかかっている強電界で加速された電子は、強電界ドリフト層6中をほとんど散乱されることなくドリフトし、第2電極7を通して真空中に放出される。また、強電界ドリフト層6で発生した熱はグレイン32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、第2電極7を容易にトンネルし真空中に放出される。この電子源素子10aは、真空中に限らず、大気中でも安定して電子を放出することができる。
In the above-described
以下、電界放射型電子源10の製造方法について図1を参照しながら説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing the field
電界放射型電子源10の製造にあたっては、まず、基板1を準備する(図1(a))。なお、基板1は、電界放射型電子源10を複数形成することが可能なウェハ状態のものが好ましい。また、基板1の厚さは、0.7mmとしたが、特に限定するものではない。
In manufacturing the field
基板1を準備した後には、基板1の上記一表面側に第1電極2を形成する第1電極形成工程を行うことによって、図1(b)に示す構造を得る。第1電極形成工程では、例えば、基板1の上記一表面側の全面に第1電極2の基礎となる導電層を、スパッタ法や蒸着法などにより成膜してから、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して導電層をパターニングすることで第1電極2を形成する。また、第1電極形成工程では、リフトオフ法とスパッタ法とを利用して第1電極2を形成するようにしてもよい。導電層としては、例えば、基板1の上記一表面上のTi膜と、このTi膜上のW膜との積層膜を採用しているが、導電層として単層膜を採用してもよい。
After the
第1電極形成工程の後には、基板1の上記一表面側にノンドープの多結晶シリコン層からなる半導体層3を形成する半導体層形成工程を行うことにより、図1(c)に示す構造を得る。半導体層形成工程では、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法によってノンドープの多結晶シリコン層あるいはアモルファスシリコン層を成膜してから、アニール処理を行うことで半導体層3を形成するようにしている。アニール処理は、例えば、H2ガス雰囲気中、N2ガス雰囲気中あるいはH2ガスとN2ガスとの混合ガス雰囲気中などで行えばよい。また、多結晶シリコン層の形成方法は、プラズマCVD法に限らず、例えば、CGS(Continuous Grain Silicon)法や触媒CVD法などを採用してもよい。半導体層3の厚さは、1.5μmに設定してあるが、特に限定するものではない。なお、本実施形態では、半導体層形成工程が、第1電極2の一表面側に半導体層3を形成する第1の工程を構成している。
After the first electrode forming step, a semiconductor layer forming step for forming a
半導体層3を形成した後には、半導体層3における多孔質半導体層4の形成予定領域以外の表面を覆うレジスト層(図示せず)をフォトリソグラフィ技術を利用して形成するレジスト層形成工程を行う。このレジスト層形成工程の後には、陽極酸化処理にて半導体層3の少なくとも一部を多孔質化することにより多孔質半導体層4を形成する陽極酸化処理工程を行うことによって、図1(d)に示す構造を得る。陽極酸化処理では、まず、所定の電解液の入った処理槽(図示せず)を準備し、半導体層3の表面が電解液に接した状態で、半導体層3の表面側に白金電極などからなる陰極(図示せず)を対向配置する。次に、陽極酸化処理では、陰極と第1電極2との間に電圧を印加して、第1の所定の電流密度の定電流を第1の所定時間だけ流すことによって、多孔質半導体層4を形成する。陽極酸化処理工程では、半導体層3のうち、第1電極2の厚み方向において第1電極2に重なる部分に、所定厚さ寸法の多孔質半導体層4が形成されるが、第1電極2に重ならない部分では半導体層3がそのまま残存する。多孔質半導体層4の所定厚さ寸法は、陽極酸化処理工程前の半導体層3の厚さ寸法よりも小さく設定してあるが、同じ値に設定してもよい。陽極酸化処理においては、半導体層3の半導体材料がシリコンなので、電解液として、例えば、55wt%のフッ化水素水溶液とエタノールとを略1:1で混合した混合液からなるフッ酸系溶液を用いることができる。フッ化水素水溶液の濃度やエタノールとの混合比は特に限定するものではない。また、フッ化水素水溶液と混合する液体も、エタノールに限らず、メタノール、プロパノール、イソプロパノール(IPA)などのアルコールなど、陽極酸化反応で発生した気泡を除去できる液体であれば、特に限定するものではない。また、電解液は、半導体層3の半導体材料に応じて適宜の混合液を用いればよい。また、陽極酸化処理においては、第1の所定の電流密度を12mA/cm2、第1の所定時間を12秒に設定してあるが、これらの数値はいずれも一例であり、特に限定するものではない。陽極酸化処理では、隣り合うグレイン32の粒界付近で陽極酸化反応が優先的に進むので、多数の微結晶半導体33が半導体層3の厚み方向に連なって形成されるものと推考される。また、本実施形態では、半導体層3をノンドープの多結晶シリコン層により構成しているので、陽極酸化処理中に、半導体層3に光源から光照射を行いながら電流を流すようにしているが、p形の多結晶シリコン層により構成する場合には、光照射の必要はない。なお、本実施形態では、陽極酸化処理工程が、陽極酸化処理にて半導体層3の少なくとも一部を多孔質化することにより多孔質半導体層4を形成する第2の工程を構成している。
After the
陽極酸化処理工程の後には、多孔質半導体層4を酸化もしくは窒化することにより強電界ドリフト層6を形成する強電界ドリフト層形成工程を行うことによって、図1(e)に示す構造を得る。なお、本実施形態では、強電界ドリフト層形成工程が、多孔質半導体層4を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成する第3の工程を構成している。
After the anodizing treatment step, the structure shown in FIG. 1E is obtained by performing a strong electric field drift layer forming step of forming the strong electric
強電界ドリフト層形成工程では、多孔質半導体層4を酸化する場合、例えば、エチレングリコールからなる有機溶媒中に0.04mol/Lの硝酸カリウムからなる溶質を溶かした溶液よりなる電解質溶液の入った酸化処理槽を準備する。その後には、多孔質半導体層3と電解質溶液とが接した状態で白金電極などからなる対向電極(図示せず)を配置する。その後には、対向電極と第1電極2との間に所定の電圧を印加して第2の所定の電流密度の定電流を流し、対向電極と第1電極2との間の電圧が規定電圧だけ上昇するまで多孔質半導体層4を電気化学的に酸化する。これにより、強電界ドリフト層形成工程では、グレイン32、微結晶半導体33、第1の絶縁膜35、および第2の絶縁膜34を少なくとも含む強電界ドリフト層6が形成される。本実施形態では、第2の所定の電流密度を0.1mA/cm2とし、規定電圧を20Vとしているが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。また、多孔質半導体層4を窒化する方法は、例えば、電気化学的な窒化方法を採用することができる。
In the strong electric field drift layer forming step, when the
強電界ドリフト層6を形成した後には、上記レジスト層を除去する。その後には、絶縁層8を形成する絶縁層形成工程を行ってから、第2電極7を形成する第2電極形成工程を行う。なお、本実施形態では、第2電極形成工程が、第2電極7を形成する第4の工程を構成している。
After the strong electric
第2電極形成工程の後には、バス電極25を形成するバス電極形成工程を行うことによって、図1(f)に示す構造を得る。その後には、各パッド27,28を形成するパッド形成工程、紫外光とオゾンとの少なくも一方を第2電極7に照射することで第2電極7の表面の有機物などを除去する有機物除去工程を行うことによって、電界放射型電子源10を得ることができる。なお、ウェハレベルで1枚のウェハに複数個の電界放射型電子源10を形成した後で、個々の電界放射型電子源10に裁断するダイシング工程を行えばよい。
After the second electrode forming step, the bus electrode forming step for forming the
絶縁層形成工程では、例えば、絶縁層8の基礎となるシリコン酸化膜をスパッタ法によって成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン酸化膜をパターニングすることで絶縁層8を形成すればよい。
In the insulating layer forming step, for example, after forming a silicon oxide film as a base of the insulating
第2電極形成工程では、例えば、第2電極7の基礎となる第1導電層と第2導電層との積層膜からなる導電膜を蒸着法やスパッタ法などによって成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記導電膜をパターニングすることで第2電極7を形成すればよい。
In the second electrode formation step, for example, after forming a conductive film made of a laminated film of the first conductive layer and the second conductive layer serving as the basis of the
バス電極形成工程では、例えば、バス電極25の基礎となる第1の金属膜を蒸着法やスパッタ法などによって成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第1の金属膜をパターニングすることでバス電極25を形成すればよい。
In the bus electrode formation step, for example, after forming a first metal film serving as the basis of the
パッド形成工程では、例えば、パッド27,28の基礎となる第2の金属膜を蒸着法やスパッタ法などによって成膜した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第2の金属膜をパターニングすることでパッド27,28を形成すればよい。
In the pad forming step, for example, a second metal film that is the basis of the
ダイシング工程は、例えば、レーザ光を利用したダイシング方法を採用することが好ましい。なお、ダイシング工程は、必ずしも必須の工程ではない。 For the dicing step, for example, it is preferable to employ a dicing method using laser light. The dicing process is not necessarily an essential process.
また、電界放射型電子源10の構造は、図2の構造のように複数の第2電極7の群と複数の第1電極2の群とからなるマトリクス(格子)の格子点に、電子源素子10aを配置した構成に限らず、電子源素子10aを1つだけ備えた構成でもよい。この場合、バス電極25は不要である。
The structure of the field
ところで、本願発明者らは、第2電極7について、SEM(ScanningElectron Microscopy)による断面観察を行い、強電界ドリフト層6の表面における単位面積当たりの第2電極7の被覆率を推定した。その結果、本願発明者らは、上述の被覆率に関して、70%という推定値を得た。そして、本願発明者らは、第2電極形成工程において、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記導電膜をパターニングしていることに起因して、有機溶剤、リンス液、純水、フォトレジストなどが、強電界ドリフト層6のうち第2電極7により被覆されていない箇所から強電界ドリフト層6へ浸入し、強電界ドリフト層6中に残留しているのではないかと推考した。
By the way, the inventors of the present application performed cross-sectional observation on the
そこで、本願発明者らは、第4の工程の後に、強電界ドリフト層6に残留している不純物を超臨界流体を利用して除去する第5の工程を行うことを考えた。第5の工程は、強電界ドリフト層形成工程よりも後に形成するレジスト層を除去する際に用いる有機溶剤やリンス液や純水やフォトレジストなどの残留成分からなる不純物を除去するための工程であり、バス電極形成工程やパッド形成工程がある場合には、これらの工程の後に行う。要するに、本実施形態の電界放射型電子源10の製造方法では、第2電極7の形成が終わり、且つ、フォトレジストなどのレジストを除去する工程が終了した後で、第5の工程を行う。
第5の工程では、超臨界流体として二酸化炭素の超臨界流体を利用することが好ましい。
Therefore, the inventors of the present application considered performing a fifth step of removing impurities remaining in the strong electric
In the fifth step, it is preferable to use a supercritical fluid of carbon dioxide as the supercritical fluid.
図6は、本実施形態の電界放射型電子源10の製造方法により製造された電界放射型電子源10および比較例の製造方法により製造された電界放射型電子源それぞれの電子放出特性を示している。比較例の製造方法は、第5の工程を行わない点のみが実施形態の電界放射型電子源の製造方法と相違している。
FIG. 6 shows the electron emission characteristics of the field
図6は、横軸が駆動電圧Vps、縦軸がダイオード電流Ipsの電流密度であり、A1、A2が、比較例の電界放射型電子源の電子放出特性、実施形態の電界放射型電子源10の電子放出特性をそれぞれ示している。すなわち、図6では、A1(黒丸)が、比較例の製造方法により製造された電界放射型電子源の電子放出特性を示し、A2(黒四角)が、実施形態の電界放射型電子源10の製造方法により製造された電界放射型電子源10の電子放出特性を示している。
In FIG. 6, the horizontal axis represents the drive voltage Vps, the vertical axis represents the current density of the diode current Ips, A1 and A2 represent the electron emission characteristics of the field emission electron source of the comparative example, and the field
図6から、本実施形態の電界放射型電子源10の製造方法により製造された電界放射型電子源10では、駆動電圧Vpsが12V以上の場合、比較例の製造方法により製造された電界放射型電子源よりもダイオード電流Ipsの電流密度が若干小さくなっていることが分かる。また、図6から、本実施形態の電界放射型電子源10の製造方法により製造された電界放射型電子源10では、駆動電圧Vpsが12V未満の場合、比較例の製造方法により製造された電界放射型電子源に比べてダイオード電流Ipsの電流密度が小さくなっていることが分かる。また、本実施形態の電界放射型電子源10の製造方法により製造された電界放射型電子源10では、比較例の製造方法により製造された電界放射型電子源に比べて、長寿命化を図れることが確認された。よって、本願発明者らは、駆動電圧Vpsが12V未満のときに流れる電流はリーク電流に起因したものが多いと推考した。また、本実施形態の電界放射型電子源10の製造方法により製造された電界放射型電子源10では、比較例の製造方法により製造された電界放射型電子源に比べて電子放出効率が向上していることが確認された。
From FIG. 6, in the field emission
また、本願発明者らは、本実施形態の電界放射型電子源10の製造方法により製造された電界放射型電子源10および比較例の製造方法により製造された電界放射型電子源それぞれについてのSIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy)による不純物の深さ方向プロファイルを比較検討した。その結果、本実施形態の電界放射型電子源10の製造方法により製造された電界放射型電子源10では、比較例の製造方法により製造された電界放射型電子源に比べて強電界ドリフト層6中のCおよびHそれぞれの濃度が低くなっていることが確認された。これは、有機溶剤、リンス液、純水、フォトレジストなどに起因して強電界ドリフト層6中に残留していたCおよびHが、第5の工程を行うことにより、強電界ドリフト層6のうち第2電極7により被覆されていない箇所から脱離したためであると推考される。
The inventors of the present application also have SIMS for each of the field
以上説明した本実施形態の電界放射型電子源10の製造方法では、第5工程よりも前の段階で強電界ドリフト層6中に残留していた不純物を、第5の工程により、強電界ドリフト層6の構造を破壊することなく低減することが可能となり、電子放出特性および信頼性それぞれのより一層の向上を図ることが可能となる。
In the method of manufacturing the field
また、上述の電界放射型電子源10の製造方法では、第2の工程と第3の工程との間、第3の工程の後の少なくとも1段階で第1電極2の上記一表面側に残留している水分および不純物(ここでは、強電界ドリフト層6に残留している水分および不純物)を超臨界流体を利用して除去する超臨界乾燥工程を備えるようにしてもよい。これにより、本実施形態の電界放射型電子源10の製造方法では、強電界ドリフト層6の構造を破壊することなく強電界ドリフト層6中の水分および不純物を除去することが可能となる。このような電界放射型電子源10の製造方法では、電子放出特性および信頼性それぞれの更なる向上を図ることが可能となる。
Further, in the method of manufacturing the field
超臨界乾燥工程では、超臨界流体として二酸化炭素の超臨界流体を利用することが好ましい。 In the supercritical drying process, it is preferable to use a supercritical fluid of carbon dioxide as the supercritical fluid.
2 第1電極
3 半導体層
4 多孔質半導体層
6 強電界ドリフト層
7 第2電極
10 電界放射型電子源
2
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