JP2711591B2 - エミッタのバラストと一体化した冷陰極電界放出素子 - Google Patents

エミッタのバラストと一体化した冷陰極電界放出素子

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 発明は、一般的に、冷陰極電界放出素子（cold catho
de field emission devices）に関する。
背景技術 陰極電界放出素子は公知である。一般的に、このよう
な素子は、少なくとも２個の電極［陰極（エミッタ）と
陽極（コレクタ）か、または３個の電極（前記２個の電
極と１個のゲート）］を有する。
種々の電極が相互に、実質的に平面的に、また実質的
に非平面的に構成される素子を含むこの種の素子に対し
て、種々の構造（architectures）が試みられてきた。
このような構成にも拘らず、従来技術の電界放出素子
（FED）では、個々のエミッタ・チップに於ける不均一
な電子の放出がしばしば問題になる。この問題は、１つ
の素子のアレイで複数のエミッタ・チップを取扱う場合
に特に顕著である。この問題は、部分的には、個々のエ
ミッタ・チップの形状が、意図した標準と著しく異なる
ために発生する。これらのチップの幾つかは、エミッタ
電流全体の大部分のソースであり、ある場合には、放出
率が高いため、破壊につながることがある。
従って、製作が容易で、コスト効率がよく、信頼性の
あるこの問題に対する解決法が必要である。
発明の開示 このような解決法は、ここで開示する冷陰極電界放出
素子を設けることによって実質的に提供される。本発明
によれば、この素子は、この素子と一体に形成され、エ
ミッタと結合されたバラスト抵抗を有する。この抵抗素
子を各エミッタ・チップと直列に配置することによっ
て。チップ電圧は、その特定のチップから放出される電
流の増加に比例して上昇する。この電圧上昇は、ゲート
／エミッタの電位を効果的に引下げ、これによって、エ
ミッタ表面の増強した電界を低減する。この方法によっ
て、このような素子のアレイの各チップとは関係なく、
平衡状態と電流制限機能が確立される。
本発明の１つの実施例では、不純物を選択的に拡散す
ることによって半導体基板上にバラスト抵抗が形成さ
れ、この不純物にはリン物質が含まれてもよい。
本発明は、平面的（planar）または非平面的（non−p
lanar）のいずれかの形状を有する素子と一体化して適
用することができる。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明によって構成される電界放出素子を
示すのに適した回路記号である。
第2a図ないし第2c図は、本発明による実質的に非平面
的なFEDの種々の製作段階を示す側部断面図である。
第３図は、本発明によって製作された実質的に平面的
なFEDの一部の上部平面図示である。
第４図は、本発明によって構成された実質的に非平面
的なFEDの他の実施例を示す側部断面図である。
発明を実施するための最良の形態 本発明によって教示されたFEDを示すのに有用な回路
記号を、第１図に参照番号100で示す。この素子は一体
化された構造によって構成され、この一体化構造には、
エミッタ（101）、ゲート（102）、陽極（103）、およ
びエミッタと結合されたバラスト抵抗（104）が含まれ
る。
本発明による非平面的なFEDの製作を、第2a図ないし
第2c図を参照して説明する。シリコン基板（201）のよ
うな適当な最初の基板を用意する（第2a図）。当業者に
周知の適当な半導体製作法を使用し、拡散工程によって
リン物質（202）（第2b図）または他の適当な不純物（d
opant）を基板（201）の選択された部位に加える。以下
でより詳細に説明するように、選択的な不純物の拡散に
よってリン物質を導入することによって、バラスト抵抗
をFEDと一体化して製作することが可能となる。
最初のエミッタ・ストライプの金属被膜（203）を第2
b図に示す。（他の実施例では、適当な不純物材料を直
接基板層の中に選択的に拡散することによって、エミッ
タ・ストライプを実現してもよい。） 完全な非平面的なFEDを製作する後続の種々の処理ス
テップは、技術上周知であり、ここで改めて説明するま
でもない。第2c図は完成した非平面的なFEDのアレイを
示し、ここで各FEDは少なくとも３個の電極を有し、こ
れらの電極には、エミッタ（204）、ゲート（206）およ
び陽極（207）が含まれる。このアレイ内の各FEDのエミ
ッタ（204）は、バランス抵抗（202）を介してエミッタ
・ストライプ（203）と結合され、後者のエミッタ・ス
トライプもまた所望のインピーダンスを有するバラスト
抵抗を構成する。
このように構成すれば、エミッタ・チップ間のバラつ
きは、各エミッタ（204）と直列に結合されたバラスト
抵抗（202）によって実質的に補償される。
第３図を参照して、本発明によって構成された実質的
に平面的または平坦なFEDを説明する。シリコン基板（2
01）は再び素子を構成するための適当な支持媒体を提供
し、再び不純物を選択的に拡散することによって、リン
のような適当な添加物質（doping material）を基板（2
01）の種々の部分に導入し、バラスト抵抗（303）を形
成する。金属被膜工程がこれに続き、エミッタ・ストリ
ップ（301）と複数の個々のエミッタ・パッド（302）が
堆積され、それらは最終的に完成した素子で、エミッタ
自体のための導電性ベースとして機能する。
このように構成すれば、エミッタ・チップの構成に起
因する性能のバラつきは、FEDの構造自体と一体化して
構成されたバラスト・エミッタ（303）の動作によっ
て、複数のFED内で実質的に補償することができる。
第４図は、実質的に非平面的なFEDの他の実施例を示
す。この構造も、再び支持基板（201）、エミッタ・ス
トライプ（401）と結合される少なくとも１個のエミッ
タ（403）、ゲート（404）および陽極（406）を有す
る。この実施例では、バラスト抵抗は支持基板（201）
の一体化した部分を構成しない。その代り、この実施例
の形状を反転させれば、後続の堆積層によってエミッタ
（403）を支持し、この堆積層内にバラスト抵抗（402）
を形成することが可能になり、これによって、エミッタ
（403）とエミッタ・ストライプ（401）との間に適当な
直列抵抗結合を設けることができる。このように構成す
れば、一体的に形成されたバラスト・エミッタ（402）
は、再び上で説明したように機能する。

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】冷陰極電界放出素子であって、 陽極（207）、エミッタ（204）、および前記素子と一体
    的に形成されかつ前記エミッタと結合されたバラスト抵
    抗（202）を有し、該バラスト抵抗は前記エミッタとの
    電気的コンタクト部分からエミッタ用導体との電気的コ
    ンタクト部分へと横方向に伸びた抵抗によって規定され
    かつ前記エミッタと前記エミッタ用導体との間の横方向
    電気的経路を形成することを特徴とする冷陰極電界放出
    素子。
  2. 【請求項２】前記エミッタは、前記バラスト抵抗を介し
    て電圧源（203）と結合されることを特徴とする請求の
    範囲第１項記載の素子。
  3. 【請求項３】前記素子は半導体基板（201）上に形成さ
    れ、前記バラスト抵抗は、少なくとも部分的に、前記半
    導体基板から形成されることを特徴とする請求の範囲第
    １項記載の素子。
  4. 【請求項４】前記バラスト抵抗は、少なくとも部分的
    に、前記半導体基板に対する選択的な不純物の拡散によ
    って形成されることを特徴とする請求の範囲第３項記載
    の素子。
  5. 【請求項５】前記選択的不純物拡散は、リン物質を含む
    ことを特徴とする請求の範囲第４項記載の素子。
  6. 【請求項６】前記電界放出素子は、実質的に平坦な形状
    を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の素
    子。
  7. 【請求項７】前記電界放出素子は、実質的に非平面的な
    形状を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の
    素子。
  8. 【請求項８】複数の冷陰極電界放出素子を有する電子素
    子であって、前記電界放出素子の各々は陽極（207）、
    エミッタ（204）、および前記素子と一体的に形成され
    かつ前記エミッタと結合されたバラスト抵抗（202）を
    有し、該バラスト抵抗は前記エミッタとの電気的コンタ
    クト部分からエミッタ用導体との電気的コンタクト部分
    へと横方向に伸びた抵抗によって規定されかつ前記エミ
    ッタと前記エミッタ用導体との間の横方向電気的経路を
    形成することを特徴とする電子素子。
  9. 【請求項９】エミッタと結合されたバラスト抵抗を有す
    る冷陰極電界放出素子を形成する方法であって、前記方
    法は： Ａ）半導体基板を提供する段階； Ｂ）前記半導体基板の少なくとも一部に不純物を選択的
    に拡散することによってバラスト抵抗を形成する段階； および Ｃ）前記冷陰極電界放出素子のエミッタが前記バラスト
    抵抗と結合されるように、前記冷陰極電界放出素子の少
    なくとも一部を前記半導体基板上に形成する段階； を具備することを特徴とする冷陰極電界放出素子を形成
    する方法。
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