JP2766174B2 - 電界放出冷陰極とこれを用いた電子管 - Google Patents
電界放出冷陰極とこれを用いた電子管Info
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- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子放出源となる冷陰
極、特に鋭利な先端から電子を放出する電界放出冷陰極
およびこれを用いた電子管に関する。
極、特に鋭利な先端から電子を放出する電界放出冷陰極
およびこれを用いた電子管に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ製造技術を応用した微小形状構造
を製作するマイクロマシーンニング技術により、Ｃ．
Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらはシリコンウエハ上に微小電界放出
冷陰極を試作している（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．１
２，ｐｐ５２４８−５２６３，１９７６）。図１１に、
その陰極断面構造を示す。シリコンからなる基板１上に
１μｍ厚の絶縁層２及びモリブデンからなるゲート電極
３が形成されており、絶縁層２およびゲート電極３を貫
通した直径１．５μｍの穴の中にモリブデンからなる高
さ約１μｍの円錐形状のエミッタ４が基板１上にオーミ
ックコンタクトをとって形成されている。基板１とゲー
ト電極３間にゲート電極３が正の電位になるように数１
０Ｖ〜２００Ｖの電圧を印加する事により、エミッタ４
の先端には１０7 Ｖ／ｃｍ以上の電界が発生し、エミッ
タ４の先端から電子が放出される。
を製作するマイクロマシーンニング技術により、Ｃ．
Ａ．Ｓｐｉｎｄｔらはシリコンウエハ上に微小電界放出
冷陰極を試作している（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．１
２，ｐｐ５２４８−５２６３，１９７６）。図１１に、
その陰極断面構造を示す。シリコンからなる基板１上に
１μｍ厚の絶縁層２及びモリブデンからなるゲート電極
３が形成されており、絶縁層２およびゲート電極３を貫
通した直径１．５μｍの穴の中にモリブデンからなる高
さ約１μｍの円錐形状のエミッタ４が基板１上にオーミ
ックコンタクトをとって形成されている。基板１とゲー
ト電極３間にゲート電極３が正の電位になるように数１
０Ｖ〜２００Ｖの電圧を印加する事により、エミッタ４
の先端には１０7 Ｖ／ｃｍ以上の電界が発生し、エミッ
タ４の先端から電子が放出される。
【０００３】現在、１エミッタ当たり１００μＡ以上の
放出電子が観測されており、様々な応用例が提案されて
いる。例えば、この素子を電子源とした微小な三極管に
よるスイッチング素子試作の試みや、マトリックス状に
多数の素子を並べてなる平板のエミッション源により蛍
光体を発光させるディスプレイパネル製作の試みがなさ
れている。
放出電子が観測されており、様々な応用例が提案されて
いる。例えば、この素子を電子源とした微小な三極管に
よるスイッチング素子試作の試みや、マトリックス状に
多数の素子を並べてなる平板のエミッション源により蛍
光体を発光させるディスプレイパネル製作の試みがなさ
れている。
【０００４】また、特開昭４８−９０４６７においては
従来の熱陰極の代りに１個もしくはマトリックス状に複
数の電界放出冷陰極を並べてなるエミッション源を用い
たカラー受像管が開示されている。
従来の熱陰極の代りに１個もしくはマトリックス状に複
数の電界放出冷陰極を並べてなるエミッション源を用い
たカラー受像管が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この様な素子を１個も
しくはマトリックス状に複数個並べて電子源として応用
する場合、ゲート電極３に電圧を印加するためゲート電
極３上の任意の箇所にボンディングワイヤもしくは同等
のブリッジ形状の金属片（以下、ボンディングワイヤと
称す。）でオーミックコンタクトをとり印加電源と結線
する必要がある。
しくはマトリックス状に複数個並べて電子源として応用
する場合、ゲート電極３に電圧を印加するためゲート電
極３上の任意の箇所にボンディングワイヤもしくは同等
のブリッジ形状の金属片（以下、ボンディングワイヤと
称す。）でオーミックコンタクトをとり印加電源と結線
する必要がある。
【０００６】しかも電子源を有する電子ビーム応用機器
においては、電子源から放出された電子を集束もしくは
制御するため、電子源上に形成される電界（等電位面）
は、電子源に垂直で電子放出中心を通る法線に対し軸対
称であることが必要とされる。そのため、電界を乱さな
い様に、ボンディングワイヤを充分に電子放出面から離
すか、ボンディングワイヤ上に導電体でできたカバー
（電極）を具備する必要がある。
においては、電子源から放出された電子を集束もしくは
制御するため、電子源上に形成される電界（等電位面）
は、電子源に垂直で電子放出中心を通る法線に対し軸対
称であることが必要とされる。そのため、電界を乱さな
い様に、ボンディングワイヤを充分に電子放出面から離
すか、ボンディングワイヤ上に導電体でできたカバー
（電極）を具備する必要がある。
【０００７】しかしこれらの対策では、ゲート電極及び
電子源自体を大きくし、電子源の小型化阻害つまり電子
源の設計自由度の低下という欠点を有する。しかもゲー
ト電極の大型化は、ゲート電極・基板間の静電容量を大
きくするため高周波動作を阻害するという欠点を有す
る。また、ボンディングヤイヤは両持ち梁構造であるた
め、熱衝撃及び振動衝撃に対し信頼性向上を阻害すると
いう欠点を有する。
電子源自体を大きくし、電子源の小型化阻害つまり電子
源の設計自由度の低下という欠点を有する。しかもゲー
ト電極の大型化は、ゲート電極・基板間の静電容量を大
きくするため高周波動作を阻害するという欠点を有す
る。また、ボンディングヤイヤは両持ち梁構造であるた
め、熱衝撃及び振動衝撃に対し信頼性向上を阻害すると
いう欠点を有する。
【０００８】一方製造工程においては、ゲート電極から
の引き出し電極を電子放出面の裏面に形成するため基板
に貫通するコンタクトホールを形成する場合、イオンミ
リング法やリアクティブイオンエッチング法等では処理
時間が長くなり実用的てないという欠点を有する。ま
た、基板を貫通した柱状のコンタクトホールに微小で良
好な導電体が形成出来ないという欠点を有する。
の引き出し電極を電子放出面の裏面に形成するため基板
に貫通するコンタクトホールを形成する場合、イオンミ
リング法やリアクティブイオンエッチング法等では処理
時間が長くなり実用的てないという欠点を有する。ま
た、基板を貫通した柱状のコンタクトホールに微小で良
好な導電体が形成出来ないという欠点を有する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の電界放出冷陰極
は、基板を貫通するコンタクトホールとコンタクトホー
ル内の絶縁層と絶縁層上に形成されゲート電極と導通す
る導電体を具備し、ゲート電極への電圧は基板上の電界
放出冷陰極が形成された面の裏面より供給される。
は、基板を貫通するコンタクトホールとコンタクトホー
ル内の絶縁層と絶縁層上に形成されゲート電極と導通す
る導電体を具備し、ゲート電極への電圧は基板上の電界
放出冷陰極が形成された面の裏面より供給される。
【００１０】または、本発明の電界放出冷陰極は、複数
の電子放出電極の中央で絶縁基板を貫通するコンタクト
ホールと、コンタクトホール内に形成され、ゲート電極
あるいは電子放出電極と導通する導電体を備え、ゲート
電極あるいは電子放出電極への電圧は基板上の電子放出
電極が形成された面の裏面より供給される。
の電子放出電極の中央で絶縁基板を貫通するコンタクト
ホールと、コンタクトホール内に形成され、ゲート電極
あるいは電子放出電極と導通する導電体を備え、ゲート
電極あるいは電子放出電極への電圧は基板上の電子放出
電極が形成された面の裏面より供給される。
【００１１】また、基板の母材である単結晶シリコンの
結晶方向によるエッチング速度の差を応用した異方性エ
ッチングにより形成される多角錘もしくは多角錘台形状
のコンタクトホールが電界放出冷陰極を具備する基板を
貫通して具備し、また、基板の表裏を導通するためにコ
ンタクトホール内に形成する導電体は、コンタクトホー
ルの傾斜した側面上に形成する薄膜からなる。
結晶方向によるエッチング速度の差を応用した異方性エ
ッチングにより形成される多角錘もしくは多角錘台形状
のコンタクトホールが電界放出冷陰極を具備する基板を
貫通して具備し、また、基板の表裏を導通するためにコ
ンタクトホール内に形成する導電体は、コンタクトホー
ルの傾斜した側面上に形成する薄膜からなる。
【００１２】電界放出冷陰極において、ゲート電極への
電圧を印加する電極を電子放出面の裏面に具備する。ま
た、電界放出冷陰極を具備する電子源を有し前記電界放
出冷陰極への電圧印加は電子放出面の裏面より行う電子
管が得られる。
電圧を印加する電極を電子放出面の裏面に具備する。ま
た、電界放出冷陰極を具備する電子源を有し前記電界放
出冷陰極への電圧印加は電子放出面の裏面より行う電子
管が得られる。
【００１３】
【作用】ゲート電極形成面の裏面にゲート電極引き出し
電極を形成することによりボンディングワイヤを省略す
ることができ、電子銃設計の自由度が向上する。またチ
ップ小型化は、基板・ゲート電極間の寄生容量を低減す
ることができる。ゲート電極からの引き出し電極へのオ
ーミックコンタクトは、ろう付などによるチップの固定
を兼ねるため、信頼性および温度変化に対し良好なもの
となる。
電極を形成することによりボンディングワイヤを省略す
ることができ、電子銃設計の自由度が向上する。またチ
ップ小型化は、基板・ゲート電極間の寄生容量を低減す
ることができる。ゲート電極からの引き出し電極へのオ
ーミックコンタクトは、ろう付などによるチップの固定
を兼ねるため、信頼性および温度変化に対し良好なもの
となる。
【００１４】単結晶シリコンの結晶方向によるエッチン
グ速度の差を応用した異方性ウェットエッチングを利用
することにより、均一で良好なコンタクトホールを短時
間に形成することができ、また通常の製膜技術によりコ
ンタクトホール内の導電体形成が可能となる。
グ速度の差を応用した異方性ウェットエッチングを利用
することにより、均一で良好なコンタクトホールを短時
間に形成することができ、また通常の製膜技術によりコ
ンタクトホール内の導電体形成が可能となる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の電界放出冷陰極について図面
を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例であ
る電界放出冷陰極の断面を含む外観図である。図２
（ａ）はその実装例である陰極構体の外観図、および図
２（ｂ）は第２の実装例であるカラー受像管用陰極構体
の外観図である。図１において、１は単結晶シリコンか
らなる基板、２は酸化シリコンからなる絶縁層、３はダ
ングステンシリサイドからなるゲート電極、４は円錐形
状のモリブデンからなるエミッタ、５は単結晶シリコン
の異方性エッチングにより形成したコンタクトホール、
６はゲート電極に電圧を印加するため外部と接続される
第１引き出し電極、７は素子表面のゲート電極と裏面の
第１引き出し電極６を電気的に接続する導電体である。
８は基板１上に形成され基板１を介しエミッタ４と導通
する第２引き出し電極である。第１引き出し電極６と第
２引き出し電極８に約５０ないし２００Ｖの電圧を印加
することにより、エミッタ４の先端には１０7 Ｖ／ｃｍ
以上の電界がかかり、エミッタ４の先端より電子が放出
される。
を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例であ
る電界放出冷陰極の断面を含む外観図である。図２
（ａ）はその実装例である陰極構体の外観図、および図
２（ｂ）は第２の実装例であるカラー受像管用陰極構体
の外観図である。図１において、１は単結晶シリコンか
らなる基板、２は酸化シリコンからなる絶縁層、３はダ
ングステンシリサイドからなるゲート電極、４は円錐形
状のモリブデンからなるエミッタ、５は単結晶シリコン
の異方性エッチングにより形成したコンタクトホール、
６はゲート電極に電圧を印加するため外部と接続される
第１引き出し電極、７は素子表面のゲート電極と裏面の
第１引き出し電極６を電気的に接続する導電体である。
８は基板１上に形成され基板１を介しエミッタ４と導通
する第２引き出し電極である。第１引き出し電極６と第
２引き出し電極８に約５０ないし２００Ｖの電圧を印加
することにより、エミッタ４の先端には１０7 Ｖ／ｃｍ
以上の電界がかかり、エミッタ４の先端より電子が放出
される。
【００１６】図２（ａ）において、１０１は冷陰極を支
持固定する陰極構体であり、１０２は陰極構体１０１上
面に２つ形成される構体側電極である。１０４は本発明
の電界放出冷陰極、１０４ａはエミッタ形成領域であ
る。この構体側電極１０２はリード線１０５により外部
の陰極動作用電源と接続されているが本図面では省略し
ている。また、２つの構体側電極１０２はろう材１０３
により第１引き出し電極６および第２引き出し電極８と
接続している。
持固定する陰極構体であり、１０２は陰極構体１０１上
面に２つ形成される構体側電極である。１０４は本発明
の電界放出冷陰極、１０４ａはエミッタ形成領域であ
る。この構体側電極１０２はリード線１０５により外部
の陰極動作用電源と接続されているが本図面では省略し
ている。また、２つの構体側電極１０２はろう材１０３
により第１引き出し電極６および第２引き出し電極８と
接続している。
【００１７】図２（ｂ）において、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素に対
応する基板２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂは陰極構体２
０３上に形成した構体側電極２０２にそれぞれ支持さ
れ、リード線２０４により外部の電源とつながってい
る。
応する基板２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂは陰極構体２
０３上に形成した構体側電極２０２にそれぞれ支持さ
れ、リード線２０４により外部の電源とつながってい
る。
【００１８】次に、工程図を示し本発明の第１の実施例
の製作工程を説明する。図３（ａ）は、基板１表面にフ
ォトレジストを塗布し露光及び洗浄する事により、正方
形の穴の有するコンタクトホール形成用パターンを形成
した図である。尚、基板１の裏面には、エッチング保護
のため全面にフォトレジスト層が形成されている。
の製作工程を説明する。図３（ａ）は、基板１表面にフ
ォトレジストを塗布し露光及び洗浄する事により、正方
形の穴の有するコンタクトホール形成用パターンを形成
した図である。尚、基板１の裏面には、エッチング保護
のため全面にフォトレジスト層が形成されている。
【００１９】図３（ｂ）は、水酸化カリウム溶液等のア
ルカリエッチング液により異方性エッチングを行って四
角錘台形上のコンタクトホール５を形成し、フォトレジ
スト除去した図である。例えば、基板１は、結晶方向
〈１００〉の単結晶シリコンを用いた場合、（１１１）
面が露出するように、基板１表面が底面となる四角錘台
形状の穴が形成される。また、本発明の実施例に於ける
電界放出冷陰極では、コンタクトホール５の形成方法は
上記の方法に限定されない。例えば、異方性ドライエッ
チングを用いる方法や、導電性ペーストを鋳型に合わせ
て固化する方法や、絶縁性のペーストと鋳型により基板
を形成し後工程で表面に導電層を形成する方法でも良
い。
ルカリエッチング液により異方性エッチングを行って四
角錘台形上のコンタクトホール５を形成し、フォトレジ
スト除去した図である。例えば、基板１は、結晶方向
〈１００〉の単結晶シリコンを用いた場合、（１１１）
面が露出するように、基板１表面が底面となる四角錘台
形状の穴が形成される。また、本発明の実施例に於ける
電界放出冷陰極では、コンタクトホール５の形成方法は
上記の方法に限定されない。例えば、異方性ドライエッ
チングを用いる方法や、導電性ペーストを鋳型に合わせ
て固化する方法や、絶縁性のペーストと鋳型により基板
を形成し後工程で表面に導電層を形成する方法でも良
い。
【００２０】図３（ｃ）は、熱酸化炉により基板表面を
酸化し酸化シリコン層からなる絶縁層２を形成した後、
基板表面にスパッタ法等のＰＶＤ法によりタングステン
シリサイド層を形成した図である。タングステンシリサ
イド層によりゲート電極３および導電体７が形成され
る。
酸化し酸化シリコン層からなる絶縁層２を形成した後、
基板表面にスパッタ法等のＰＶＤ法によりタングステン
シリサイド層を形成した図である。タングステンシリサ
イド層によりゲート電極３および導電体７が形成され
る。
【００２１】図３（ｄ）はＣＶＤ法により裏面にポリシ
リコン層を形成し、基板１の裏面の一部を露出するため
にポリシリコン層表面にレジスト層を形成し、ドライエ
ッチングにより余剰なポリシリコン層および酸化シリコ
ン層を除去し、さらに裏面の基板１の露出面およびポリ
シリコン層９上に金Ａｕ層を形成した図である。金Ａｕ
層により第１引き出し電極６および第２引き出し電極８
が形成される。
リコン層を形成し、基板１の裏面の一部を露出するため
にポリシリコン層表面にレジスト層を形成し、ドライエ
ッチングにより余剰なポリシリコン層および酸化シリコ
ン層を除去し、さらに裏面の基板１の露出面およびポリ
シリコン層９上に金Ａｕ層を形成した図である。金Ａｕ
層により第１引き出し電極６および第２引き出し電極８
が形成される。
【００２２】図３（ｅ）は、エミッタが位置するアパー
チャの形成用パターンに露光された第２フォトレジスト
層を形成し、ドライエッチングによりタングステンシリ
サイド層および酸化シリコン層をエッチングすることに
よりアパーチャーを形成し、第２フォトレジスト層を除
去した図である。
チャの形成用パターンに露光された第２フォトレジスト
層を形成し、ドライエッチングによりタングステンシリ
サイド層および酸化シリコン層をエッチングすることに
よりアパーチャーを形成し、第２フォトレジスト層を除
去した図である。
【００２３】図３（ｆ）は、ゲート電極３表面にのみ形
成されるよう斜方よりアルミニウムからなる犠牲層１０
（後工程で溶解除去される）を形成し、エミッタ４を形
成するため基板表面の垂直方向からモリブデンを蒸着し
た図である。この時、ゲート電極３上には犠牲層１０お
よびモリブデン層１１が形成されており、またアパーチ
ャー内には基板１上にエミッタ４が形成されている。
成されるよう斜方よりアルミニウムからなる犠牲層１０
（後工程で溶解除去される）を形成し、エミッタ４を形
成するため基板表面の垂直方向からモリブデンを蒸着し
た図である。この時、ゲート電極３上には犠牲層１０お
よびモリブデン層１１が形成されており、またアパーチ
ャー内には基板１上にエミッタ４が形成されている。
【００２４】図３（ｇ）は、熱リン酸水溶液等のエッチ
ング液により犠牲層１０を溶解するとともに、モリブデ
ン層１１を除去し、完成した本発明の第１の実施例の断
面図である。
ング液により犠牲層１０を溶解するとともに、モリブデ
ン層１１を除去し、完成した本発明の第１の実施例の断
面図である。
【００２５】図４本発明の第２の実施例である電界放出
冷陰極の断面を含む外観図である。本実施例の構成はエ
ミッタ４が基板１の一部から形成したシリコンからなる
ことと、コンタクトホール５が基板１のエミッタ４を形
成する面を裏面より形成される点が本発明の第１の実施
例と異なる。
冷陰極の断面を含む外観図である。本実施例の構成はエ
ミッタ４が基板１の一部から形成したシリコンからなる
ことと、コンタクトホール５が基板１のエミッタ４を形
成する面を裏面より形成される点が本発明の第１の実施
例と異なる。
【００２６】図５は第２の実施例の電界放出冷陰極の製
造工程を示す図で、図５（ａ）は、コンタクトホール形
成用パターンを基板１裏面にフォトレジストにより形成
し、基板１表面に保護層を設け、水酸化カリウム溶液等
のアルカリエッチング液により異方性エッチングを行っ
て四角錘台形上のコンタクトホール５を形成した図であ
る。図５（ｂ）は、基板表面にＣＶＤ方により窒化シリ
コン層１２を形成し、円盤状に窒化シリコン層１２が残
るように、第２フォトレジスト層を形成しドライエッチ
ングの後、第２フォトレジスト層を除去した図である。
造工程を示す図で、図５（ａ）は、コンタクトホール形
成用パターンを基板１裏面にフォトレジストにより形成
し、基板１表面に保護層を設け、水酸化カリウム溶液等
のアルカリエッチング液により異方性エッチングを行っ
て四角錘台形上のコンタクトホール５を形成した図であ
る。図５（ｂ）は、基板表面にＣＶＤ方により窒化シリ
コン層１２を形成し、円盤状に窒化シリコン層１２が残
るように、第２フォトレジスト層を形成しドライエッチ
ングの後、第２フォトレジスト層を除去した図である。
【００２７】図５（ｃ）は、前記の円盤状の窒化シリコ
ン層１２をマスクとして異方性および等方性ドライエッ
チングを用いてエミッタ４のおおよその形成した図であ
る。図５（ｄ）は熱酸化炉により陰極表面を熱酸化しエ
ミッタ４の先端を先鋭化した図である。また、基板１上
には酸化シリコン層１３が形成される。
ン層１２をマスクとして異方性および等方性ドライエッ
チングを用いてエミッタ４のおおよその形成した図であ
る。図５（ｄ）は熱酸化炉により陰極表面を熱酸化しエ
ミッタ４の先端を先鋭化した図である。また、基板１上
には酸化シリコン層１３が形成される。
【００２８】図５（ｅ）はＣＶＤ法により窒化シリコン
等からなる絶縁層２を形成し、さらスパッタ法等のＰＶ
Ｄ法によりタングステンシリサイドからなるゲート電極
３を形成した図である。図５（ｆ）はＣＶＤ法により裏
面にポリシリコン層９を形成し、ポリシリコン層表面に
レジスト層形成およびドライエッチングにより余剰なポ
リシリコン層および絶縁層を除去し、さらに裏面の基板
１の露出面およびポリシリコン層上にＰＶＤ法により金
層を形成し完成した本発明の第２の実施例の断面図であ
る。余剰な絶縁層除去の工程においてエミッタ４上に形
成された酸化シリコン層１３が除去されるためエミッタ
４上に形成された絶縁層２及びゲート電極３は除去され
る。また、コンタクトホールの側面上に形成されたポリ
シリコンにより導電体７が形成され、金層により第１引
き出し電極６および第２引き出し電極８が形成される。
等からなる絶縁層２を形成し、さらスパッタ法等のＰＶ
Ｄ法によりタングステンシリサイドからなるゲート電極
３を形成した図である。図５（ｆ）はＣＶＤ法により裏
面にポリシリコン層９を形成し、ポリシリコン層表面に
レジスト層形成およびドライエッチングにより余剰なポ
リシリコン層および絶縁層を除去し、さらに裏面の基板
１の露出面およびポリシリコン層上にＰＶＤ法により金
層を形成し完成した本発明の第２の実施例の断面図であ
る。余剰な絶縁層除去の工程においてエミッタ４上に形
成された酸化シリコン層１３が除去されるためエミッタ
４上に形成された絶縁層２及びゲート電極３は除去され
る。また、コンタクトホールの側面上に形成されたポリ
シリコンにより導電体７が形成され、金層により第１引
き出し電極６および第２引き出し電極８が形成される。
【００２９】図６は本発明の第３の実施例を示す冷陰極
の構造図で、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６
（ａ）の線ＡＢの断面図である。図６において、導電基
板２５１の上に円錐状の微小なエミッタ２５２が形成さ
れ、エミッタ２５２の周囲および陰極中央部を除いて、
導電基板２５１の上に絶縁層２５３およびゲート電極２
５４が積層されている。複数のエミッタ２５２が並んだ
冷陰極の中央部では、導電基板２５１に穴（コンタクト
ホール）２６３が開けられ、絶縁層２５３がこの穴２６
３の側壁部、および導電基板２５１のエミッタ２５２が
形成されていない裏面の一部に積層されている。ゲート
２５４の材料の一部は、導電基板２５１の側壁および裏
面の一部に形成された絶縁層の上にも積層され、ゲート
電極２５６となる。このゲート電極２５６がゲート２５
４の接続端子となる。一方、導電基板２５１の裏面の絶
縁層とゲート電極２５６が形成されていない部分には、
エミッタ電極２５５が形成され、導電基板２５１すなわ
ちエミッタ２５２の接続端子となる。
の構造図で、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６
（ａ）の線ＡＢの断面図である。図６において、導電基
板２５１の上に円錐状の微小なエミッタ２５２が形成さ
れ、エミッタ２５２の周囲および陰極中央部を除いて、
導電基板２５１の上に絶縁層２５３およびゲート電極２
５４が積層されている。複数のエミッタ２５２が並んだ
冷陰極の中央部では、導電基板２５１に穴（コンタクト
ホール）２６３が開けられ、絶縁層２５３がこの穴２６
３の側壁部、および導電基板２５１のエミッタ２５２が
形成されていない裏面の一部に積層されている。ゲート
２５４の材料の一部は、導電基板２５１の側壁および裏
面の一部に形成された絶縁層の上にも積層され、ゲート
電極２５６となる。このゲート電極２５６がゲート２５
４の接続端子となる。一方、導電基板２５１の裏面の絶
縁層とゲート電極２５６が形成されていない部分には、
エミッタ電極２５５が形成され、導電基板２５１すなわ
ちエミッタ２５２の接続端子となる。
【００３０】図６（ａ）において、正イオンは、中央部
の導電基板２５１に穴が開けられた部分のゲート電極２
５６に衝突する。この部分には、イオン衝撃に敏感なエ
ミッタ２５２ゲート２５４の開口部がないため、特性変
化や絶縁劣化を生じる恐れがない。また、正イオンがこ
の部分に衝突しても周辺のエミッタ２５２、絶縁層２５
３、ゲート２５４に機械的、熱的に影響を及ぼす恐れは
ない。
の導電基板２５１に穴が開けられた部分のゲート電極２
５６に衝突する。この部分には、イオン衝撃に敏感なエ
ミッタ２５２ゲート２５４の開口部がないため、特性変
化や絶縁劣化を生じる恐れがない。また、正イオンがこ
の部分に衝突しても周辺のエミッタ２５２、絶縁層２５
３、ゲート２５４に機械的、熱的に影響を及ぼす恐れは
ない。
【００３１】図７は本発明の第４の実施例を示す冷陰極
の構造図で、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７
（ａ）の線ＡＢの断面図である。図７において、基板が
導電性ではなく、絶縁性の絶縁基板２６０である事が第
３の実施例（図６）とは異なる点である。図６と同じ構
成要素については同じ番号を付与し、図面上の説明を省
略する。絶縁基板２６０の上には中央部を除いてエミッ
タ電極２６１となる導電性薄膜が積層され、この上にエ
ミッタ２５２が形成されている。エミッタ電極２６１は
絶縁基板２６０の側面およびエミッタ２５２の形成され
ていない裏面の一部にも形成され、エミッタ２５２の接
続端子となる。絶縁基板２６０の表面のエミッタ電極２
６１の上にはエミッタ２５２の周囲および中心部を除い
て絶縁層２５３が積層され、絶縁層２５３の上にはゲー
ト２５４となる薄膜が形成されている。ゲート２５４の
薄膜材料は絶縁基板２６０に開けられた穴の側壁から絶
縁基板２６０の裏面の一部にまで作られ、ゲート２５４
の接続端子となる。
の構造図で、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７
（ａ）の線ＡＢの断面図である。図７において、基板が
導電性ではなく、絶縁性の絶縁基板２６０である事が第
３の実施例（図６）とは異なる点である。図６と同じ構
成要素については同じ番号を付与し、図面上の説明を省
略する。絶縁基板２６０の上には中央部を除いてエミッ
タ電極２６１となる導電性薄膜が積層され、この上にエ
ミッタ２５２が形成されている。エミッタ電極２６１は
絶縁基板２６０の側面およびエミッタ２５２の形成され
ていない裏面の一部にも形成され、エミッタ２５２の接
続端子となる。絶縁基板２６０の表面のエミッタ電極２
６１の上にはエミッタ２５２の周囲および中心部を除い
て絶縁層２５３が積層され、絶縁層２５３の上にはゲー
ト２５４となる薄膜が形成されている。ゲート２５４の
薄膜材料は絶縁基板２６０に開けられた穴の側壁から絶
縁基板２６０の裏面の一部にまで作られ、ゲート２５４
の接続端子となる。
【００３２】図７（ａ）において、正イオンは冷陰極中
央部の穴を通り抜けて冷陰極を保持している構造体（図
７には示されていない）に当たるかあるいはゲート穴付
近のゲート２５４に当たる。この部分には、イオン衝撃
に敏感なエミッタ２５２とゲート２５４の開口部がない
ため、特性変化や絶縁劣化を生じる恐れはない。また、
正イオンがこの部分に衝突しても周辺のエミッタ２５
２、絶縁層２５３、ゲート２５４に機械的、熱的に影響
を及ぼす恐れはない。
央部の穴を通り抜けて冷陰極を保持している構造体（図
７には示されていない）に当たるかあるいはゲート穴付
近のゲート２５４に当たる。この部分には、イオン衝撃
に敏感なエミッタ２５２とゲート２５４の開口部がない
ため、特性変化や絶縁劣化を生じる恐れはない。また、
正イオンがこの部分に衝突しても周辺のエミッタ２５
２、絶縁層２５３、ゲート２５４に機械的、熱的に影響
を及ぼす恐れはない。
【００３３】図８は本発明の第５の実施例を示す冷陰極
の構造図で、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８
（ａ）の線ＡＢの断面図である。図８の構造では、絶縁
基板２６０の中央部に開けられた穴から絶縁基板２６０
の裏面にエミッタ電極２６１を引き出しているところが
第４の実施例とは異なる点である。図６、図７と同じ構
成要素については同じ番号を付与し、図面上の説明を省
略する。図８（ｂ）において、正イオンは冷陰極中央部
の穴を通り抜けて冷陰極を保持している構造体（図８に
は示されていない）に当たるかあるいは穴付近のエミッ
タ電極２６１に当たる。
の構造図で、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は図８
（ａ）の線ＡＢの断面図である。図８の構造では、絶縁
基板２６０の中央部に開けられた穴から絶縁基板２６０
の裏面にエミッタ電極２６１を引き出しているところが
第４の実施例とは異なる点である。図６、図７と同じ構
成要素については同じ番号を付与し、図面上の説明を省
略する。図８（ｂ）において、正イオンは冷陰極中央部
の穴を通り抜けて冷陰極を保持している構造体（図８に
は示されていない）に当たるかあるいは穴付近のエミッ
タ電極２６１に当たる。
【００３４】図９は本発明の第６の実施例を示す冷陰極
の構造図、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は図９
（ａ）の線ＡＢの断面図である。図９の構造では、第４
の実施例（図７）と同様に絶縁基板２６０の中央部に開
けられた穴から絶縁基板２６０の裏面にゲート電極２５
６を引き出しているが、第４の実施例と異なり、エミッ
タ電極２６１は絶縁基板２６０のコーナーに開けられた
穴を通して絶縁基板２６０の裏面に導かれている。
の構造図、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は図９
（ａ）の線ＡＢの断面図である。図９の構造では、第４
の実施例（図７）と同様に絶縁基板２６０の中央部に開
けられた穴から絶縁基板２６０の裏面にゲート電極２５
６を引き出しているが、第４の実施例と異なり、エミッ
タ電極２６１は絶縁基板２６０のコーナーに開けられた
穴を通して絶縁基板２６０の裏面に導かれている。
【００３５】第３から第６までの実施例は、正イオンが
衝突する可能性のある中央部を利用してコンタクトホー
ルを形成し、イオン衝撃の影響を防ぐとともに、ゲート
電極あるいはエミッタ電極を基板の裏面に取り出そうと
するものである。従って、特願平４−４０１６１にある
ように、単にエミッタの形成を行わないというだけでな
く、積極的にイオンの当たる部分を利用しようとしたも
のである。
衝突する可能性のある中央部を利用してコンタクトホー
ルを形成し、イオン衝撃の影響を防ぐとともに、ゲート
電極あるいはエミッタ電極を基板の裏面に取り出そうと
するものである。従って、特願平４−４０１６１にある
ように、単にエミッタの形成を行わないというだけでな
く、積極的にイオンの当たる部分を利用しようとしたも
のである。
【００３６】更に、第４、第５の実施例ではそれぞれエ
ミッタ電極２６１およびゲート電極２５６は基板の側面
全体から裏面に接続されているが、全体でなく側面の一
部を通して裏面に接続してもよい。
ミッタ電極２６１およびゲート電極２５６は基板の側面
全体から裏面に接続されているが、全体でなく側面の一
部を通して裏面に接続してもよい。
【００３７】尚、本発明が述べるところのコンタクトホ
ールは基板を貫通する穴である。故に、特開平３−１０
４２６０や特開平２−３０１１４２等多くの公知例が述
べる基板表面上の多層間の導通を得るためのコンタクト
ホールとは構造および製法が異なる。
ールは基板を貫通する穴である。故に、特開平３−１０
４２６０や特開平２−３０１１４２等多くの公知例が述
べる基板表面上の多層間の導通を得るためのコンタクト
ホールとは構造および製法が異なる。
【００３８】また、特開昭５９−１３２１４９にスルー
ホールを形成したことを特徴とする高周波トランジスタ
装置を提案している。この高周波トランジスタの上面図
および断面図を図１２に示す。図１２に示す通り、特開
昭５９−１３２１４９に示す高周波トランジスタのメタ
ライズ部（本発明における導電体）は誘電体に近い高抵
抗の基板に形成されたスルーホール（本発明におけるコ
ンタクトホール）内に接して形成されており、導電体と
コンタクトホール間に絶縁層を有する本発明の電界放出
冷陰極と構造が異なる。また、スルーホール内に形成さ
れた導電材料はメタライズによる柱状材料であることか
ら、本発明における薄膜により構成されるコンタクトホ
ール内の導電体とは構造が異なっている。
ホールを形成したことを特徴とする高周波トランジスタ
装置を提案している。この高周波トランジスタの上面図
および断面図を図１２に示す。図１２に示す通り、特開
昭５９−１３２１４９に示す高周波トランジスタのメタ
ライズ部（本発明における導電体）は誘電体に近い高抵
抗の基板に形成されたスルーホール（本発明におけるコ
ンタクトホール）内に接して形成されており、導電体と
コンタクトホール間に絶縁層を有する本発明の電界放出
冷陰極と構造が異なる。また、スルーホール内に形成さ
れた導電材料はメタライズによる柱状材料であることか
ら、本発明における薄膜により構成されるコンタクトホ
ール内の導電体とは構造が異なっている。
【００３９】図１０に本発明の電界放出冷陰極を実装し
た進行波管の断面図を示す。３０１は本発明の電界放出
冷陰極、３０２はヘリックス，３０３はコレクタ，３０
４は永久磁石である。電界放出冷陰極３０１から放出さ
れたで電子流３０５はヘリックス３０２内を通りコレク
タ３０３に捕捉される。この時、ヘリックス３０２に導
入された入力信号はヘリックス３０２内を通過する電子
流３０５との相互作用により増幅される。
た進行波管の断面図を示す。３０１は本発明の電界放出
冷陰極、３０２はヘリックス，３０３はコレクタ，３０
４は永久磁石である。電界放出冷陰極３０１から放出さ
れたで電子流３０５はヘリックス３０２内を通りコレク
タ３０３に捕捉される。この時、ヘリックス３０２に導
入された入力信号はヘリックス３０２内を通過する電子
流３０５との相互作用により増幅される。
【００４０】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によるところ
の電界放出冷陰極では、従来必要であったゲート電極へ
のボンディングワイヤを省略することができ、電界放出
型冷陰極を実装する電子源において小型化および設計の
自由度と耐環境性を向上することができる。
の電界放出冷陰極では、従来必要であったゲート電極へ
のボンディングワイヤを省略することができ、電界放出
型冷陰極を実装する電子源において小型化および設計の
自由度と耐環境性を向上することができる。
【００４１】また、基板には基板を貫通する多角錘形も
しくは多角錘形のコンタクトホールを有するため、薄膜
形成工程により基板は表裏を導通する導電体が容易かつ
良好に形成される。
しくは多角錘形のコンタクトホールを有するため、薄膜
形成工程により基板は表裏を導通する導電体が容易かつ
良好に形成される。
【００４２】本発明の電界放出冷陰極を電子管に実装す
ることにより、電子管の小型化および信頼性向上を図る
ことができる。
ることにより、電子管の小型化および信頼性向上を図る
ことができる。
【図１】本発明の第１の実施例である電界放出冷陰極の
断面を含む外観図である。
断面を含む外観図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施例の実装
例である陰極構体の外観図である。
例である陰極構体の外観図である。
【図３】（ａ）〜（ｇ）は本発明の第１の実施例の製造
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例である電界放出冷陰極の
断面を含む外観図である。
断面を含む外観図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第２の実施例の製造
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は本発明の第３の実施例を示す
冷陰極の平面図と線ＡＢに沿った断面図である。
冷陰極の平面図と線ＡＢに沿った断面図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は本発明の第４の実施例を示す
冷陰極の平面図と線ＡＢに沿った断面図である。
冷陰極の平面図と線ＡＢに沿った断面図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は本発明の第５の実施例を示す
冷陰極の平面図と線ＡＢに沿った断面図である。
冷陰極の平面図と線ＡＢに沿った断面図である。
【図９】（ａ），（ｂ）は本発明の第６の実施例を示す
冷陰極の平面図と線ＡＢに沿った断面図である。
冷陰極の平面図と線ＡＢに沿った断面図である。
【図１０】本発明の電界放出冷陰極を実装した進行波管
の断面図である。
の断面図である。
【図１１】スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）らが試作した微小
電界放出冷陰極の断面図である。
電界放出冷陰極の断面図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）は特開昭５９−１３２１４９
に示す高周波トランジスタ装置の平面図とＡＢ線断面図
である。
に示す高周波トランジスタ装置の平面図とＡＢ線断面図
である。
１，２０１Ｒ，２０１Ｇ，２０１Ｂ 基板 ２ 絶縁層 ３，２５６ ゲート電極 ４，２５２ エミッタ ５ コンタクトホール ６ 第１引き出し電極 ７ 導電体 ８ 第２引き出し電極 ９ ポリシリコン層 １０ 犠牲層 １１ モリブデン層 １２ 窒化シリコン層 １３ 酸化シリコン層 １０１，２０３ 陰極構体 １０２，２０２Ｒ，２０２Ｇ，２０２Ｂ 構体側電極 １０３ ろう材 １０４，３０１ 電界放出冷陰極 １０５ リード線 ２０６Ｒ，２０６Ｇ，２０６Ｂ 引き出し電極 ２５１ 導電基板 ２５３ 絶縁層 ２５４ ゲート ２５５，２６１ エミッタ電極 ２６０ 絶縁基板 ２６３ 穴 ３０２ ヘリックス ３０３ コレクタ ３０４ 磁石 ３０５ 電子流
フロントページの続き (72)発明者 富張 美徳 滋賀県大津市晴嵐二丁目９番１号 関西 日本電気株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−308626（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−167326（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−179116（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 1/30,9/02,23/04,29/48
Claims (8)
- 【請求項１】 導電性基板もしくは表面に導電層を有す
る絶縁層基板上に、１つもしくは複数の先端の尖ったコ
ーンと前記コーンの先端を取り囲む開口部を有するゲー
ト電極と前記基板と前記ゲート電極間に絶縁層を有する
電界放出冷陰極において、前記基板を貫通するコンタク
トホールと前記コンタクトホール内に形成された絶縁層
と前記絶縁層上に形成され前記ゲート電極と導通する導
電体を有し、前記ゲート電極への電圧は前記基板上の前
記電界放出冷陰極が形成された面の裏面より供給される
ことを特徴とする電界放出冷陰極。 - 【請求項２】 単結晶シリコンからなる基板と１つもし
くは複数の先端の尖ったコーンと前記コーンの先端を取
り囲む開口部を有するゲート電極と前記基板と前記ゲー
ト電極間に絶縁層を有する電界放出冷陰極において、前
記基板を貫通する多角錘もしくは多角錘台形状のコンタ
クトホールが前記単結晶シリコンの結晶方向によるエッ
チング速度の差を応用した異方性エッチングにより前記
基板の表裏を貫通するコンタクトホールを形成し、前記
コンタクトホール内に形成する前記基板の前記ゲート電
極と裏面に形成された引き出し電極を導通する導電体は
前記多角錘もしくは多角錘台形状のコンタクトホールの
傾斜した側面上に形成する薄膜からなることを特徴とす
る電界放出冷陰極。 - 【請求項３】 導電性基板と、前記基板上に形成した複
数の尖った電極と、前記電極を取り囲む開口部を有する
ゲート電極と、前記基板と前記ゲート電極の間に絶縁層
とを有する電界放出冷陰極において、前記複数の先端の
尖った電極の中心部に、前記基板を貫通するコンタクト
ホールと、前記コンタクトホール内に形成された絶縁層
と、前記絶縁層上に形成され前記ゲート電極と導通する
導電体を有し、前記ゲート電極への電圧は前記基板上の
前記電極および前記ゲート電極が形成された面の裏面よ
り供給されることを特徴とする電界放出冷陰極。 - 【請求項４】 絶縁性基板と、前記基板上に形成した導
電層と、前記導電層上に形成した複数の先端の尖った電
極と、前記電極を取り囲む開口部を有するゲート電極
と、前記基板と前記ゲート電極の間に絶縁層とを有する
電界放出冷陰極において、前記複数の先端の尖った電極
の中心部に、前記基板を貫通するコンタクトホールと、
前記コンタクトホール内に形成され、前記ゲート電極と
貫通する導電体を有し、前記ゲート電極への電圧は前記
基板上の前記電極および前記ゲート電極が形成された面
の裏面より供給されることを特徴とする電界放出冷陰
極。 - 【請求項５】 前記導電層への電圧は基板の側面あるい
は前記基板の周辺部に形成したコンタクトホールを通し
て前記基板上の前記電極および前記ゲート電極が形成さ
れた面の裏面より供給されることを特徴とする請求項４
記載の電界放出冷陰極。 - 【請求項６】 絶縁性基板と、前記基板上に形成した導
電層と、前記導電層上に形成した複数の先端の尖った電
極と、前記電極を取り囲む開口部を有するゲート電極
と、前記基板と前記ゲート電極の間に絶縁層とを有する
電界放出冷陰極において、前記複数の先端の尖った電極
の中心部に、前記基板を貫通するコンタクトホールと、
前記コンタクトホール内に形成され、前記導電層と導通
する導電体を有し、前記導電層への電圧は前記基板上の
前記電極および前記ゲート電極が形成された面の裏面よ
り供給されることを特徴とする電界放出冷陰極。 - 【請求項７】 前記ゲート電極への電圧は基板の側面あ
るいは前記基板の周辺部に形成したコンタクトホールを
通して前記基板上の前記電極および前記ゲート電極が形
成された面の裏面より供給されることを特徴とする請求
項６記載の電界放出冷陰極。 - 【請求項８】 請求項１から７に記載の電界放出冷陰極
の少なくとも一つを具備することを特徴とする電子管。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33742893A JP2766174B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 電界放出冷陰極とこれを用いた電子管 |
| KR1019940037701A KR0143507B1 (ko) | 1993-12-28 | 1994-12-28 | 전계 방출 캐소드와 이를 사용한 전자관 |
| US08/606,496 US5585689A (en) | 1993-12-28 | 1996-02-23 | Field-emission cathode having integrated electrical interconnects and electron tube using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33742893A JP2766174B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 電界放出冷陰極とこれを用いた電子管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07201273A JPH07201273A (ja) | 1995-08-04 |
| JP2766174B2 true JP2766174B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=18308541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33742893A Expired - Lifetime JP2766174B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 電界放出冷陰極とこれを用いた電子管 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5585689A (ja) |
| JP (1) | JP2766174B2 (ja) |
| KR (1) | KR0143507B1 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2897671B2 (ja) * | 1995-01-25 | 1999-05-31 | 日本電気株式会社 | 電界放出型冷陰極 |
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