JP2601091B2

JP2601091B2 - 電子放出素子

Info

Publication number: JP2601091B2
Application number: JP3308692A
Authority: JP
Inventors: 彰金子; 亨菅野; 啓子森下
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-02-22
Filing date: 1992-02-20
Publication date: 1997-04-16
Anticipated expiration: 2012-04-16
Also published as: JPH0574327A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子顕微鏡、電子ビー
ム露光装置、ＣＲＴ等、各種電子ビーム装置の発生源と
して利用することができる電子放出素子に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、微細加工技術の進展に伴い、加熱
を必要としない電子放出素子、いわゆる冷陰極、特に、
微小冷陰極に関する研究開発が活発になってきており、
幾つかあるタイプの中で、電界放出型の電子放出素子が
よく研究されている。電界放出型の電子放出素子は、電
子を放出させるために陰極の先端の曲率が数百ｎｍ以下
となるように針状加工し、この陰極先端に１０⁷Ｖ／ｃ
ｍ程度の強電界を集中させることにより電子放出を行わ
せるように構成されている。この電界放出型の電子放出
素子は、（１）電流密度が高い、（２）陰極を加熱する
必要がないので、電力消費が非常に少ないなどの特徴を
有する。

【０００３】上記電界放出型の電子放出素子として、例
えば、Journalof applied Physics, Vol39, No7, P350
4, 1968 （ジャーナル・オブ・アプライド・フィジック
ス、３９巻、７号、３５０４ページ、１９６８年）に記
載されている構成が知られている。図１０（ａ）は上記
従来の電子放出素子の製造途中の状態を示す断面図、図
１０（ｂ）は上記従来の電子放出素子の製造完成状態を
示す断面図である。

【０００４】図１０（ａ）に示すように、まず、電気絶
縁基板１０１上に導電性膜１０２、絶縁層１０３および
導電性膜１０４を適当なマスクを用いて順次蒸着し、複
数のアレイ状に配列した空洞１０５を作製する。次い
で、この空洞１０５の開口部を適当な物質１０６の回転
斜め蒸着によって漸次閉じさせつつ、この開口部真上よ
り陰極材料１０７を正蒸着することにより、空洞１０５
内において導電性膜１０２上に先端側が次第に細くなる
陰極エミッタ突起１０８を形成する。最後に、物質１０
６を除去することにより、図１０（ｂ）に示すように電
子放出素子を作製することができる。

【０００５】以上の構成において、以下、その動作つい
て説明する。導電性膜１０４が正、導電性膜１０２が負
となるように電源１０９を接続し、陰極エミッタ突起１
０８の陰極材料１０７で定まる所定の電圧以上の電圧を
印加することにより、電界が集中する陰極エミッタ突起
１０８より電子を放出させることができる。

【０００６】また、上記電子放出素子をアレイ状に配列
し、平面ディスプレイに応用した試みもある（ジャパン
・ディスプレイ’８６、Ｐ５１２）。

【０００７】また、従来の電子放出素子の他の例とし
て、特願平２−１３３３９７号に記載された構成が知ら
れている。図１１（ａ）〜（ｃ）は上記従来の電子放出
素子を示し、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）およ
び（ｃ）はそれぞれ図１１（ａ）のＤ−Ｄ線およびＥ−
Ｅ線に沿う断面図である（なお、図１１（ａ）の平面図
には、理解しやすいように図１１（ｂ）、（ｃ）に対応
する一部に同方向の斜線を付している。）。

【０００８】図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ガラ
ス等からなる絶縁基板１１１の上に導電性物質からなる
ベース電極１１２が形成され、ベース電極１１２の上に
このベース電極１１２から電流が供給される陰極材料層
１１３が形成されている。この陰極材料層１１３として
は、仕事関数が低く、かつ高融点の材料、例えば、Ｓｉ
Ｃ、ＺｒＣ、ＴｉＣ、Ｍｏ、Ｗ等が用いられている。陰
極材料層１１３は中心より四方に延びる十字状で、エッ
ジ部１１３ａを有するように断面において矩形、若しく
は台形に形成され、かつ平面における幅ｗが先端側から
中心側に至るに従い、０から所定の大きさまで徐々に直
線的に変化する形状に設定されている。ベース電極１１
２上の陰極材料層１１３の下側外縁部と陰極材料層１１
３の形成されていない部分には絶縁層１１４が形成され
ている。陰極材料層１１３の周囲には、この陰極材料層
１１３に対し、所定の間隔をおいて絶縁層１１５と制御
電極１１６が絶縁層１１４の上に順次形成されている。
絶縁層１１５はＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂等からなり、陰極
材料層１１３の厚さと同等以上の厚さに形成され、制御
電極１１６は陰極材料層１１３から電子を引き出すため
のものであり、金属等で形成されている。

【０００９】以上の構成において、以下、その動作につ
いて説明する。陰極材料層１１３が負、制御電極１１６
が正となるように両者の間に電圧を印加すると、陰極材
料層１１３のエッジ部１１３ａに電気力線が集中し、強
電界となる。このとき、陰極材料層１１３および制御電
極１１６の幅が場所によって徐々に変わっているので、
電界強度も変化することになる。したがって、作製時に
陰極材料層１１３および制御電極１１６のパターン精度
にバラツキが生じても、電子放出するのに必要な電界強
度となる陰極材料層１１３のエッジ部は必ず存在し、そ
のため、安定した電子放出特性を得ることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例のうち、前者の構成では、複数のアレイ状の空洞１
０５内に陰極エミッタ突起１０８を作製する際、回転斜
蒸着と真上からの正蒸着を同時に行うことが必要であ
り、この同時蒸着の制御を正確に行うことは非常に困難
であるという問題があった。

【００１１】一方、後者の構成では、陰極材料層１１３
から放出された電子ビームが外側に広がってしまい、電
子ビームの質を低下させてしまうという問題があった。

【００１２】本発明は、上記従来技術の問題を解決する
ものであり、容易に製造することができ、したがって、
歩留まりを向上させることができると共に、信頼性を向
上させることができ、また、陰極部から放出される電子
ビームの広がりを抑えて質の高い電子ビームを得ること
ができるようにした電子放出素子を提供することを目的
とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の技術的手段は、絶縁基板と、この絶縁基板上
に形成されたベース電極と、このベース電極上の所定の
部分において放射状に形成され、断面においてエッジ部
を有し、少なくとも平面において一部の幅が徐々に変化
する楔状部分を有し、楔状先端部がある中心方向に向け
られて配置された複数の陰極部と、この陰極部の少なく
とも楔状部分と所定の間隔をおいて形成された絶縁層
と、この絶縁層上に形成され、上記陰極部の楔状部分の
エッジ部とほぼ平行なエッジ部を有する電子を引き出す
ための制御電極とを備えたものである。

【００１４】上記目的を達成するための本発明の他の技
術的手段は、絶縁基板と、この絶縁基板上に形成された
ベース電極と、このベース電極上の所定の部分において
順次放射状に形成された陰極接続部およびその上の断面
においてエッジ部を有し、少なくとも平面において一部
の幅が徐々に変化する楔状部分を有し、楔状先端部があ
る中心方向に向けられて配置された複数の陰極部と、こ
の陰極部の少なくとも楔状部分と所定の間隔をおいて形
成された絶縁層と、この絶縁層上に形成され、上記陰極
部の楔状部分のエッジ部とほぼ平行なエッジ部を有する
電子を引き出すための制御電極とを備えたものである。

【００１５】上記目的を達成するための本発明の更に他
の技術的手段は、上記各技術的手段において、陰極部か
ら電子を引き出すための制御電極上に形成された絶縁層
と、この絶縁層上に形成され、引き出された電子を収束
させるための、複数の陰極部を囲むように形成された制
御電極とを備えたものである。

【００１６】そして、上記のいずれの技術的手段におい
ても、陰極部の表面側が裏面側より広くなり、表面側端
縁が断面鋭角のエッジ部となる逆メサ形状に形成し、ま
た、陰極接続部を用いた場合には、陰極部の裏面側が表
面側より広くなり、裏面側端縁が断面鋭角のエッジ部と
なるメサ形状に形成するのが好ましい。

【００１７】上記のいずれの技術的手段においても、少
なくとも陰極部の周囲において絶縁層との間のベース電
極表面を絶縁層で被覆するのが好ましい。

【００１８】

【作用】したがって、本発明によれば、陰極部と電子を
引き出すための制御電極の間に電圧を印加することによ
り、陰極部の楔状部分に電気力線が集中し、強電界とな
るため、電子を放出することができ、放出された電子
は、陰極部の楔状先端部前方に放出される。そして、複
数の陰極部を放射状に配置し、その楔状先端部をある中
心方向に向くように配置することにより、放出された電
子ビームは、各楔状先端部の前方に放出されることにな
るため、全体としての電子ビームの拡がりが抑えられ
る。さらに、これらの陰極部の少なくとも楔状部分と所
定の間隔をおいて電子引き出し用制御電極を配置してい
るので、低い印加電圧で電子放出をさせることができ
る。したがって、これら複数の放射状陰極部全体を囲む
ように電子を収束させるための制御電極を形成し、適当
な電位を与えることにより、複数の陰極部の中央より外
に拡がろうとする電子を抑制し、より質の高い電子ビー
ムを得ることができる。また、薄膜作製技術で簡単に作
製することができるので、製造が容易であり、歩留まり
を向上させることができると共に、信頼性を向上させる
ことができる。

【００１９】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について図面
を参照しながら説明する。

【００２０】図１（ａ）は本発明の第１の実施例におけ
る電子放出素子の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ
−Ａ線に沿う断面図である（なお、図１（ａ）の平面図
には、理解しやすいように図１（ｂ）に対応する一部に
同方向の斜線を付している。）。

【００２１】図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ガラ
ス、セラミックス等からなる絶縁基板１１の上にＡｌ、
Ａｕ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔａ等からなるベース電極１２が形
成され、ベース電極１２上の所定の部分において陰極部
１３が放射状配置で複数個（図示例では６個）形成され
ている。この陰極部１３の材料としては、Ｍｏ、Ｗ、Ｚ
ｒＣ、ＬａＢ₆等が用いられ、それぞれエッジ部１４を
有し、少なくともその一部の幅が徐々に変化する、いわ
ゆる楔状の部分を有するように形成され、特に、各楔状
先端部１５が中心のある一点の方向に向くように形成さ
れている。陰極部１３の周囲でこの陰極部１３から所定
の間隔をおいて絶縁基板１１、ベース電極１２上にＳｉ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄等からなる絶縁層１６が
形成され、絶縁層１６上に陰極部１３から電子を引き出
すためのＣｒ、Ｍｏ、Ｗ等からなる制御電極１７が形成
されている。

【００２２】以上の構成において、以下、その動作につ
いて説明する。ベース電極１２、すなわち、陰極部１３
が負、制御電極１７が正となるように両者の間に電圧を
印加すると、陰極部１３のエッジ部１４、特に、楔状先
端部１５に電気力線が集中し、強電界となる。そして、
所定の電界以上になると、トンネル現象によって電子が
主に楔状先端部１５から真空中に透過し、電子が放出さ
れる。また、シミュレーションの結果、電気力線の方向
は各陰極部１３の楔状先端部１５の方向の成分を持って
いることがわかっており、更に、上記のように各陰極部
１３の楔状先端部１５の方向がある中心方向に向くよう
に形成しているので、各楔状先端部１５から放出された
電子は、それらの中心方向に放出される。したがって、
本実施例における電子放出素子から放出された電子ビー
ムは、外側に広がることのない、向心性のある質の高い
電子ビームとなる。

【００２３】次に、図１（ａ）、（ｂ）に示した上記第
１の実施例の電子放出素子の一製造方法について図２
（ａ）〜（ｅ）に示す製造工程説明用の断面図を参照し
ながら説明する。

【００２４】まず、図２（ａ）に示すように、ガラス等
からなる絶縁基板１１の上にＡｌ、Ｔａ、Ｃｒ等の導電
性物質からなるベース電極１２を真空蒸着、あるいはス
パッター等の方法で所定の膜厚に形成し、続いてベース
電極１２の上にＭｏ、Ｗ、ＺｒＣ、ＴｉＣ等からなる陰
極材料層１８を同様にして所定の膜厚に形成する。更
に、陰極材料層１８の上にＡｌ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＳｉＯ₂
等からなるリフトオフ材１９を同様にして後述の絶縁層
１６の膜厚より厚く形成して被覆する。このリフトオフ
材１９は金属、若しくは絶縁物を用いることができ、後
述のプロセスにおいて、陰極材料層１８のエッチング加
工時に耐え、また、これを除去するときに他の材料を腐
食しないような材料であればよい。

【００２５】次に、図２（ｂ）に示すように、上記陰極
部１３のパターンでやや大きい相似形となるホトレジス
ト２０をリフトオフ材１９上に形成する。このとき、形
成される複数の陰極部１３の楔状先端部１５が、ある中
心方向に向くようなパターンとしておく。そして、この
ホトレジスト２０を保護膜として、リフトオフ材１９お
よび陰極材料層１８をホトレジスト２０と同一のパター
ンにエッチング加工する。次に、図２（ｃ）に示すよう
に、陰極材料層１８のみをエッチングし、リフトオフ材
１９より所定量だけ小さいパターンに加工して陰極部１
３を形成する。

【００２６】次に、図２（ｄ）に示すように、ホトレジ
スト２０を除去し、ＳｉＯ₂、Ａｌ ₂Ｏ₃等からなる絶
縁層１６およびＣｒ、Ｍｏ、Ｗ等の金属からなる制御電
極１７をスパッター法により順次上方から全面に形成す
る。ベース電極１２と絶縁層１６および絶縁層１６と制
御電極１７との密着性を向上させるため、全体を加熱す
る場合には、この工程に入る前に上記のようにホトレジ
スト２０を除去しておくことにより、これが分解して試
料を汚さないようにすることができる。

【００２７】最後に、図２（ｅ）に示すように、リフト
オフ材１９を除去することにより、リフトオフ材１９の
上の絶縁層１６および制御電極１７も同時に除去され、
陰極部１３を露出させてエッジ部１４、楔状先端部１５
を形成すると共に、この陰極部１３を所定の間隔をおい
て囲むように絶縁層１６、制御電極１７を形成すること
ができる。

【００２８】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について図面を参照しながら説明する。

【００２９】図３（ａ）は本発明の第２の実施例におけ
る電子放出素子の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）にお
けるＢ−Ｂ線に沿う断面図である（なお、図３（ａ）の
平面図には、理解しやすいように図３（ｂ）に対応する
一部に同方向の斜線を付している。）。

【００３０】本実施例において、上記第１の実施例と同
一部分については同一符号を付してその説明を省略し、
異なる構成について説明する。本実施例の特徴とすると
ころは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の陰極
部１３を囲む外周の制御電極１７上に絶縁層２１が形成
され、更に、絶縁層２１上に引き出された電子を絞るた
めの制御電極２２が形成された点にある。

【００３１】本実施例によれば、制御電極２２に電圧を
印加して陰極部１３から放出された電子を更に絞ること
により、非常に質の高い電子ビームとすることができ
る。

【００３２】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について図面を参照しながら説明する。

【００３３】図４は本発明の第３の実施例における電子
放出素子を示し、図１（ｂ）と同様の断面図である。

【００３４】本実施例において、上記第１の実施例と同
一部分については同一符号を付してその説明を省略し、
異なる構成について説明する。本実施例の特徴とすると
ころは、図４に示すように、陰極部１３の表面２３側が
裏面２４側に比べて広くなり、表面２３側端縁が断面鋭
角のエッジ部１４となる、いわゆる逆メサ形状に形成さ
れた点にある。

【００３５】本実施例によれば、陰極部１３のエッジ部
１４および陰極先端部１５を断面鋭角となる逆メサ形状
に形成しているので、エッジ部１４、特に、楔状先端部
１５における電界の集中度を増加させることができる。
したがって、低電圧で動作させ、電子放出特性を向上さ
せることができる。

【００３６】次に、図４に示した上記第３の実施例の電
子放出素子の一製造方法について図５（ａ）〜（ｅ）に
示す製造工程説明用の断面図を参照しながら説明する。

【００３７】まず、図５（ａ）に示すように、ガラス等
からなる絶縁基板１１の上にＣｒ、Ｔａ、Ｉｎ₂Ｏ₃等
の導電性物質からなるベース電極１２を真空蒸着、ある
いはスパッター等の方法で所定の膜厚に形成し、続いて
ベース電極１２の上にＭｏ、Ｗ等からなる陰極材料層１
８を同様にして所定の膜厚に形成する。更に、陰極材料
層１８の上にＡｌ、Ｓｎ、Ｔｉ、ＳｉＯ₂等からなるリ
フトオフ材１９を同様にして後述の絶縁層１６の膜厚よ
り厚く形成して被覆する。このリフトオフ材１９は金
属、若しくは絶縁物を用いることができ、後述のプロセ
スにおいて、陰極材料層１８のエッチング加工時に耐
え、また、これを除去するときに他の材料を腐食しない
ような材料であればよい。

【００３８】次に、図５（ｂ）に示すように、上記陰極
部１３の所定のパターンでやや大きい相似形となるホト
レジスト２０をリフトオフ材１９上に形成する。このと
き、形成される複数の陰極部１３の楔状先端部１５が、
ある中心方向に向くようなパターンとしておく。そし
て、このホトレジスト２０を保護膜として、リフトオフ
材１９をホトレジスト２０と同一のパターンにエッチン
グ加工し、続いてこのエッチング加工されたリフトオフ
材１９をマスクとして、陰極材料層１８をエッチング加
工する。この陰極材料層１８の加工においては、例え
ば、まず、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によ
り、異方性エッチングの条件で、かつイオン化されたラ
ジカル分子が陰極材料層１８の表面に対し、斜めに入射
されるような配置にし、基板１１等を回転させながらエ
ッチングする。これにより、陰極材料層１８の背面側が
狭くなる逆メサ形状に形成することができる。次に、Ｒ
ＩＥのエッチング条件を等方性のエッチング条件に変え
てエッチングを行うことにより、図５（ｃ）に示すよう
に、陰極材料層１８をリフトオフ材１９より所定量だけ
小さいパターンに加工して陰極部１３を形成することが
できる。

【００３９】次に、図５（ｄ）に示すように、ホトレジ
スト２０を除去し、ＳｉＯ₂、Ａｌ ₂Ｏ₃等からなる絶
縁層１６およびＣｒ、Ｎｂ、Ｍｏ等の金属からなる制御
電極１７を真空蒸着法、スパッター法等により順次上方
から全面に形成する。

【００４０】最後に、図５（ｅ）に示すように、リフト
オフ材１９を除去することにより、リフトオフ材１９の
上の絶縁層１６および制御電極１７を同時に除去し、陰
極部１３を露出させて陰極部１３を所定の間隔をおいて
囲むように絶縁層１６および制御電極１７を形成するこ
とができる。

【００４１】（実施例４）以下、本発明の第４の実施例
について図面を参照しながら説明する。

【００４２】図６（ａ）は本発明の第４の実施例におけ
る電子放出素子の平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）にお
けるＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【００４３】本実施例において、上記第１の実施例と同
一部分については同一符号を付してその説明を省略し、
異なる構成について説明する。

【００４４】本実施例の特徴とするところは、図６
（ａ）、（ｂ）に示すように、ベース電極１２上の所定
の部分において、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ等からな
る陰極接続部２５およびこの陰極接続部２５の上のＭ
ｏ、Ｗ、ＺｒＣ、ＬａＢ₆等からなる陰極部２６が順次
放射状に複数個（図示例では６個）形成され、各陰極部
２６の裏面３０側が表面２９側に比べて広くなり、裏面
３０側端縁が断面鋭角のエッジ部２７となる、いわゆる
メサ形状に形成され、楔状先端部２８を含むエッジ部２
７が陰極接続部２５の側方に突出されて空中に浮くよう
に形成された点にある。

【００４５】本実施例によれば、陰極部２６のエッジ部
２７および陰極先端部２８を断面鋭角となるメサ形状に
形成しているので、エッジ部２７、特に、楔状先端部２
８における電界の集中度を増加させることができる。し
たがって、低電圧で動作させることができ、電子放出特
性を向上させることができる。また、陰極部２６におけ
る電界の集中するエッジ部（楔状先端部２８を含む）２
７を陰極接続部２５の側方に突出させて空中に浮くよう
に形成しているので、不必要な部分への電界集中を低減
することができ、電子放出を安定化させることができ
る。また、陰極接続部２５に半導体材料を用いることに
より、電子放出電流が増大したとき、この陰極接続部２
５で電圧降下を起こさせ、過大な電流放出による陰極部
の損傷を防止することができる。

【００４６】次に、図６（ａ）、（ｂ）に示した上記第
４の実施例における電子放出素子の一製造方法につい
て、図７（ａ）〜（ｅ）に示す製造工程説明用の断面図
を参照しながら説明する（なお、各図は図６（ａ）のＣ
−Ｃ線に相当する断面図である。）。

【００４７】まず、図７（ａ）に示すように、ガラス、
Ａｌ₂Ｏ₃、セラミックス等からなる基板１１の上に、
Ｃｒ、Ｐｔ、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｔａ等からなるベース電極１
２、Ａｕ、Ｃ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｇｅ等からなる陰極接続部
材料層３１、Ｍｏ、Ｗ等からなる陰極材料層３２および
Ａｌ、ＳｉＯ₂等からなるリフトオフ材１９を例えば、
真空蒸着、あるいはスパッタ等の方法により順次形成す
る。

【００４８】次に、図７（ｂ）に示すように、リフトオ
フ材１９の上に通常のリソグラフィー技術を用い、上記
陰極部２６のパターンでやや大きい相似形となるホトレ
ジスト２０を形成し、このレジスト２０をマスクとして
リフトオフ材１９をエッチング加工し、続いてこのエッ
チング加工されたリフトオフ材１９をマスクとし、例え
ば、ＣＦ₄系ガスによるリアクティブ・イオン・エッチ
ングにより、陰極材料層３２をリフトオフ材１９のパタ
ーンよりやや小さくなるように加工し、陰極部２６を形
成する。この陰極部２６の加工の際、等方性エッチング
の条件で行うことにより、裾が広がった、すなわち、表
面２９より裏面３０の方が広くなるメサ形状に形成し、
裏面側端縁に断面鋭角のエッジ部２７を有し、先端裏面
側に尖鋭な楔状先端部２８（図６（ａ）、（ｂ）参照）
を有するように加工することができる。したがって、陰
極接続部材料層３１として、ＣＦ₄系ガスでエッチング
されない材料を用いる必要がある。

【００４９】次に、図７（ｃ）に示すように、リフトオ
フ材１９および陰極部２６をマスクとし、例えば、Ｃｌ
₂系ガスを用いて陰極接続部材料層３１を陰極部２６の
パターンよりやや小さくなるようにエッチング加工する
ことにより、陰極接続部２５を形成し、陰極部２６の楔
状先端部２８を含むエッジ部２７を陰極接続部２５の側
方へ突出させて空中に浮かせる。したがって、陰極材料
層３２として、Ｃｌ₂系ガスでエッチングされない材料
を用いる必要がある。

【００５０】次に、図７（ｄ）に示すように、ホトレジ
スト２０を除去し、ＳｉＯ₂、Ａｌ ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄
等からなる絶縁層１６およびＭｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｂ等か
らなる制御電極１７を上方から順次蒸着等の方法により
全面に形成する。

【００５１】最後に、図７（ｅ）に示すように、リフト
オフ材１９をその上の絶縁層１６および制御電極１７と
共にリフトオフにより除去することにより、陰極部２６
を露出させ、この陰極部２６から所定の間隔をおいて絶
縁層１６、制御電極１７を形成した本実施例の電子放出
素子を製造することができる。

【００５２】このように陰極接続部２５を介在させて陰
極部２６を形成することにより、両者に互いに異なる材
料を用いることができ、したがって、上記のような製造
方法により陰極部２６を所望の形状に容易に加工するこ
とができる。

【００５３】なお、陰極部２６の表面２９側が裏面３０
側より広くなる逆メサ形状に形成し、陰極部２６の表面
側端縁のエッジ部（楔状先端部２８を含む）２７を尖鋭
化することにより、エッジ部２７、特に、楔状先端部２
８における電界集中度を増し、低電圧で動作させると共
に、電子放出特性を向上させることができ、また、楔状
先端部２８を含むエッジ部２７を陰極接続部２５の側方
に突出させて空中に浮くように形成することにより、不
必要な部分への電界集中が起こらず、電子放出素子動作
を安定させることができる。

【００５４】（実施例５）以下、本発明の第５の実施例
について図面を参照しながら説明する。

【００５５】図８は本発明の第５の実施例における電子
放出素子を示し、図１（ｂ）と同様の断面図である。

【００５６】本実施例において、上記第１の実施例と同
一部分については同一符号を付してその説明を省略し、
異なる構成について説明する。本実施例の特徴とすると
ころは、図８に示すように、少なくとも陰極部１３の周
囲において絶縁層１６との間のベース電極１２の表面が
絶縁層３３で被覆された点にある。

【００５７】本実施例によれば、この絶縁層３３により
ベース電極１２の表面のリーク電流を減少させ、ベース
電極１２と制御電極１７との間の耐電圧を向上させるこ
とができる。

【００５８】（実施例６）以下、本発明の第６の実施例
について図面を参照しながら説明する。

【００５９】図９は本発明の第６の実施例における電子
放出素子を示し、図３（ｂ）と同様の断面図である。

【００６０】本実施例において、上記第２の実施例と同
一部分については同一符号を付してその説明を省略し、
異なる構成について説明する。本実施例の特徴とすると
ころは、図９に示すように、少なくとも陰極部１３の周
囲において絶縁層１６との間のベース電極１２の表面が
絶縁層３３で被覆された点にある。

【００６１】本実施例によれば、上記第５の実施例と同
様に、絶縁層３３によりベース電極１２の表面のリーク
電流を減少させ、ベース電極１２と制御電極１７との間
の耐電圧を向上させることができる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、陰
極部と電子を引き出すための制御電極の間に電圧を印加
することにより、陰極部の楔状部分に電気力線が集中
し、強電界となるため、電子を放出することができ、放
出された電子は、陰極部の楔状先端部前方に放出され
る。そして、複数の陰極部を放射状に配置し、その楔状
先端部をある中心方向に向くように配置することによ
り、放出された電子ビームは、各楔状先端部の前方に放
出されることになるため、全体としての電子ビームの拡
がりが抑えられる。さらに、これらの陰極部の少なくと
も楔状部分と所定の間隔をおいて電子引き出し用制御電
極を配置しているので、低い印加電圧で電子放出をさせ
ることができる。したがって、これら複数の放射状陰極
部全体を囲むように電子を収束させるための制御電極を
形成し、適当な電位を与えることにより、複数の陰極部
の中央より外に拡がろうとする電子を抑制し、より質の
高い電子ビームを得ることができる。また、薄膜作製技
術で簡単に作製することができるので、製造が容易であ
り、歩留まりを向上させることができると共に、信頼性
を向上させることができる。

【００６３】また、陰極接続部を介在させて陰極部を形
成することにより、互いに異なる材料を用いることがで
き、したがって、陰極部を所望の形状に容易に加工する
ことができ、特に、陰極接続部に半導体材料を用いるこ
とにより、電子放出電流が増大したとき、この陰極接続
部で電圧降下を起こさせ、過大な電流放出による陰極部
の損傷を防止することができる。

【００６４】また、放出された電子ビームを第２の制御
電極で更に制御することにより、電子ビームの広がりを
更に効果的に抑えることができ、更に質の高い電子ビー
ムを得ることができる。

【００６５】また、陰極部の端縁が断面鋭角のエッジ部
となる逆メサ形状、若しくはメサ形状に形成し、尖鋭化
させることにより、電界集中度を増し、低電圧で動作さ
せることができると共に、電子放出特性を向上させるこ
とができる。また、陰極部における電界の集中するエッ
ジ部を側方に突出させて空中に浮かすように構成するこ
とにより、不必要な部分への電界集中が起こらず、動作
を安定させることができる。

【００６６】

【００６７】また、少なくとも陰極部の周囲において絶
縁層との間のベース電極表面を絶縁層で被覆することに
より、表面のリーク電流を減少させることができる。し
たがって、ベース電極と制御電極との間の耐電圧を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例における電子放
出素子を示す平面図（ｂ）は同電子放出素子を示し、（ａ）のＡ−Ａ線に沿
う断面図

【図２】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施例におけ
る電子放出素子の製造工程説明用の断面図

【図３】（ａ）は本発明の第２の実施例における電子放
出素子を示す平面図（ｂ）は同電子放出素子を示し、図３（ａ）のＢ−Ｂ線
に沿う断面図

【図４】本発明の第３の実施例における電子放出素子を
示し、図１（ｂ）と同様の断面図

【図５】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施例におけ
る電子放出素子の製造工程説明用の断面図

【図６】（ａ）は本発明の第４の実施例における電子放
出素子を示す平面図（ｂ）は同電子放出素子を示し、（ａ）のＣ−Ｃ線に沿
う断面図

【図７】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第４の実施例におけ
る電子放出素子の製造工程説明用の断面図

【図８】本発明の第５の実施例における電子放出素子を
示し、図１（ｂ）と同様の断面図

【図９】本発明の第６の実施例における電子放出素子を
示し、図３（ｂ）と同様の断面図

【図１０】（ａ）は従来の電子放出素子の製造途中の状
態を示す断面図（ｂ）は同電子放出素子の製造完成状態を示す断面図

【図１１】（ａ）は従来の他の例の電子放出素子を示す
平面図（ｂ）は同電子放出素子を示し、（ａ）のＤ−Ｄ線に沿
う断面図（ｃ）は同電子放出素子を示し、（ａ）のＥ−Ｅ線に沿
う断面図

【符号の説明】

１１絶縁基板１２ベース電極１３陰極部１４エッジ部１５楔状先端部１６絶縁層１７制御電極２１絶縁層２２制御電極２５陰極接続部２６陰極部２７エッジ部２８楔状先端部３３絶縁層

フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−274048（ＪＰ，Ａ) 特開平２−46636（ＪＰ，Ａ) 特開平２−276129（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−17832（ＪＰ，Ａ) 特開平３−49129（ＪＰ，Ａ) 特開平３−252025（ＪＰ，Ａ) 特開平４−28138（ＪＰ，Ａ) 特開平４−206127（ＪＰ，Ａ) 特開平４−109539（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板と、この絶縁基板上に形成され
たベース電極と、このベース電極上の所定の部分におい
て放射状に形成され、断面においてエッジ部を有し、少
なくとも平面において一部の幅が徐々に変化する楔状部
分を有し、楔状先端部がある中心方向に向けられて配置
された複数の陰極部と、この陰極部の少なくとも楔状部
分と所定の間隔をおいて形成された絶縁層と、この絶縁
層上に形成され、上記陰極部の楔状部分のエッジ部とほ
ぼ平行なエッジ部を有する電子を引き出すための制御電
極とを備えた電子放出素子。
【請求項２】絶縁基板と、この絶縁基板上に形成され
たベース電極と、このベース電極上の所定の部分におい
て順次放射状に形成された陰極接続部およびその上の断
面においてエッジ部を有し、少なくとも平面において一
部の幅が徐々に変化する楔状部分を有し、楔状先端部が
ある中心方向に向けられて配置された複数の陰極部と、
この陰極部の少なくとも楔状部分と所定の間隔をおいて
形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成され、上記陰
極部の楔状部分のエッジ部とほぼ平行なエッジ部を有す
る電子を引き出すための制御電極とを備えた電子放出素
子。
【請求項３】陰極部から電子を引き出すための制御電
極上に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成され、
引き出された電子を収束させるための、複数の陰極部を
囲むように形成された制御電極を備えた請求項１または
２記載の電子放出素子。
【請求項４】陰極部の表面側が裏面側より広くなり、
表面側端縁が断面鋭角のエッジ部となる逆メサ形状に形
成された請求項１ないし３のいずれかに記載の電子放出
素子。
【請求項５】陰極部の裏面側が表面側より広くなり、
裏面側端縁が断面鋭角のエッジ部となるメサ状に形成さ
れた請求項２または３記載の電子放出素子。
【請求項６】少なくとも陰極部の周囲において絶縁層
との間のベース電極表面が絶縁層で被覆されている請求
項１ないし５のいずれかに記載の電子放出素子。