JP2809125B2 - 集束電極付電界放出型冷陰極 - Google Patents
集束電極付電界放出型冷陰極Info
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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- H01J3/021—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
- H01J3/022—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source with microengineered cathode, e.g. Spindt-type
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- H01J31/08—Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
- H01J31/10—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
- H01J31/12—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
- H01J31/18—Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen with image written by a ray or beam on a grid-like charge-accumulating screen, and with a ray or beam passing through and influenced by this screen before striking the luminescent screen, e.g. direct-view storage tube
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
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型冷陰
極に関する。
極、特に鋭利な先端から電子を放出する電界放出型冷陰
極に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ製造技術を応用した微小構造を製
作するマイクロマシーニング技術によりシー、エイ、ス
ピント氏、（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ）らはシリコンウエ
ハ上に電界放出型冷陰極を製作している（Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３
９．ｐｐ．３５０４−３５０５，１９６８参照）。
作するマイクロマシーニング技術によりシー、エイ、ス
ピント氏、（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ）らはシリコンウエ
ハ上に電界放出型冷陰極を製作している（Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３
９．ｐｐ．３５０４−３５０５，１９６８参照）。
【０００３】以下に図３から図６を参照して従来の製造
工程を簡単に述べる。
工程を簡単に述べる。
【０００４】図３は、単結晶シリコンからなる基板１上
に１μｍ厚の絶縁層４およびモリブデンからなるゲート
電極６が形成されており、絶縁層４およびゲート電極６
を貫通した直径約１．５μｍのキャビティ５を形成した
電界放出型冷陰極工程途中図である。
に１μｍ厚の絶縁層４およびモリブデンからなるゲート
電極６が形成されており、絶縁層４およびゲート電極６
を貫通した直径約１．５μｍのキャビティ５を形成した
電界放出型冷陰極工程途中図である。
【０００５】図４は、基板１の中心を貫通する基板１の
法線を回転軸とし、基板１を回転させながら法線から７
０度の方向よりアルミニウム（以下、Ａｌと記す）から
なる犠牲層１２を真空蒸着法を用いてゲート電極６およ
びキャビティ５の側面の一部上に形成した電界放出型冷
陰極工程途中図である。
法線を回転軸とし、基板１を回転させながら法線から７
０度の方向よりアルミニウム（以下、Ａｌと記す）から
なる犠牲層１２を真空蒸着法を用いてゲート電極６およ
びキャビティ５の側面の一部上に形成した電界放出型冷
陰極工程途中図である。
【０００６】次に、基板１の中心を貫通する基板１の法
線を回点軸とし、基板１を回転させながら法線方向より
例えばモリブデン（以下、Ｍｏと記す）等の高融点金属
を真空蒸着方により蒸着する。Ｍｏにより形成される高
融点金属層１３がゲート電極６上に積層されるに従い、
キャビティ５上に形成される高融点金属層１３の孔は孔
側面にもＭｏが堆積するため次第に小さくなる。一方、
高融点金属層１３の孔を通過したＭｏはキャビティ５底
面に堆積するが、高融点金属層１３の孔が小さくなるに
従い堆積する面積が小さくなる。高融点金属層１３の孔
が完全に閉じるまでＭｏを堆積すれば、キャビティ５底
面に形成される堆積物（以下、エミッタコーン９と称す
る）は円錐形状となる。図５は、高融点金属層１３を積
層した電界放出型冷陰極工程途中図である。
線を回点軸とし、基板１を回転させながら法線方向より
例えばモリブデン（以下、Ｍｏと記す）等の高融点金属
を真空蒸着方により蒸着する。Ｍｏにより形成される高
融点金属層１３がゲート電極６上に積層されるに従い、
キャビティ５上に形成される高融点金属層１３の孔は孔
側面にもＭｏが堆積するため次第に小さくなる。一方、
高融点金属層１３の孔を通過したＭｏはキャビティ５底
面に堆積するが、高融点金属層１３の孔が小さくなるに
従い堆積する面積が小さくなる。高融点金属層１３の孔
が完全に閉じるまでＭｏを堆積すれば、キャビティ５底
面に形成される堆積物（以下、エミッタコーン９と称す
る）は円錐形状となる。図５は、高融点金属層１３を積
層した電界放出型冷陰極工程途中図である。
【０００７】高融点金属層１３を形成後、リン酸等の弱
酸に浸し、犠牲層１２を溶解すればリフトオフ法により
高融点金属層１３も除去する事が出来、電界放出型冷陰
極を得る。図６は、完成した電界放出型冷陰極の断面図
である。
酸に浸し、犠牲層１２を溶解すればリフトオフ法により
高融点金属層１３も除去する事が出来、電界放出型冷陰
極を得る。図６は、完成した電界放出型冷陰極の断面図
である。
【０００８】基板１とゲート電極６にゲート電極６が正
の電位となるように数１０〜２００Ｖの電圧を印加する
事により、エミッタコーン９の先端には１０7 Ｖ／ｃｍ
以上の電界が発生しエミッタコーン９の先端から電子が
放出される。
の電位となるように数１０〜２００Ｖの電圧を印加する
事により、エミッタコーン９の先端には１０7 Ｖ／ｃｍ
以上の電界が発生しエミッタコーン９の先端から電子が
放出される。
【０００９】現在、１エミッタコーンあたり１００μＡ
以上の放出電流が観測されており、様々な応用案が提案
されている。
以上の放出電流が観測されており、様々な応用案が提案
されている。
【００１０】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。
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。
【００１１】また、電界放出型冷陰極から放出される電
子は半角約３０°の発散角を有することが知られてい
る。よって電界放出型冷陰極を電子銃に応用する場合、
電子の流れ（以下、電子流と称す）は、実装される応用
例毎に制御された状態にする必要がある。つまり電子流
は、例えば進行波管に応用する場合平行な流れに制御す
る必要があり、又ＣＲＴへの応用では、意図する任意の
空間において集束する必要がある。また、フラットパネ
ルタイプの表示装置に応用する場合、隣り合う画素に影
響しないような対策が必要である。このように放出され
た電子流を制御する集束電極をいかに構成するかが重要
となっている。
子は半角約３０°の発散角を有することが知られてい
る。よって電界放出型冷陰極を電子銃に応用する場合、
電子の流れ（以下、電子流と称す）は、実装される応用
例毎に制御された状態にする必要がある。つまり電子流
は、例えば進行波管に応用する場合平行な流れに制御す
る必要があり、又ＣＲＴへの応用では、意図する任意の
空間において集束する必要がある。また、フラットパネ
ルタイプの表示装置に応用する場合、隣り合う画素に影
響しないような対策が必要である。このように放出され
た電子流を制御する集束電極をいかに構成するかが重要
となっている。
【００１２】例えば特開平５−３４３０００号公報では
集束電極を電界放出型冷陰極電子放出面の前面に具備す
る電子銃が提案されている（図７）。この例では電子放
出面前面に第１電子ビーム集束電極１０１および第２電
子ビーム集束電極１０２を基板１外周の構体により支持
され具備する。これらビーム集束電極に最適な電位を印
加することにより、第１電子ビーム集束電極１０１およ
び第２電子ビーム集束電極１０２間に電子レンズが形成
される。よって、エミッタコーン９から放出される電子
流は、目的に応じ平行な電子流又は任意の空間において
集束される。
集束電極を電界放出型冷陰極電子放出面の前面に具備す
る電子銃が提案されている（図７）。この例では電子放
出面前面に第１電子ビーム集束電極１０１および第２電
子ビーム集束電極１０２を基板１外周の構体により支持
され具備する。これらビーム集束電極に最適な電位を印
加することにより、第１電子ビーム集束電極１０１およ
び第２電子ビーム集束電極１０２間に電子レンズが形成
される。よって、エミッタコーン９から放出される電子
流は、目的に応じ平行な電子流又は任意の空間において
集束される。
【００１３】この他、放出電子の発散角を抑制する方法
として、ゲート電極を基板側にすり鉢状に凹ます方法が
提案されている。ゲート電極を凹ますことにより、凹ん
だゲート電極に沿って等電位面が形成でき電子レンズの
形成が期待できる。
として、ゲート電極を基板側にすり鉢状に凹ます方法が
提案されている。ゲート電極を凹ますことにより、凹ん
だゲート電極に沿って等電位面が形成でき電子レンズの
形成が期待できる。
【００１４】ゲート電極を凹ます方法は特開昭５１−５
４３５８号公報、特開平４−２８９６４２号公報、特開
平５−１４４３７０号公報および特開平６−２３１６７
３号公報に開示されている。また、本特許の発明者が特
開平６−３４９４０２号公報において同様な構造を提案
している。特開昭５１−５４３５８号公報、特開平４−
２８９６４２号公報、特開兵５−１４４３７０号公報お
よび特開平６−２３１６７３号公報に開示されている電
界放出型冷陰極の断面図を図８、図９、図１０および図
１１にそれぞれ対応させて示す。
４３５８号公報、特開平４−２８９６４２号公報、特開
平５−１４４３７０号公報および特開平６−２３１６７
３号公報に開示されている。また、本特許の発明者が特
開平６−３４９４０２号公報において同様な構造を提案
している。特開昭５１−５４３５８号公報、特開平４−
２８９６４２号公報、特開兵５−１４４３７０号公報お
よび特開平６−２３１６７３号公報に開示されている電
界放出型冷陰極の断面図を図８、図９、図１０および図
１１にそれぞれ対応させて示す。
【００１５】図８及び図９に示す電界放出型冷陰極のゲ
ート電極６は各キャビティ５毎に凹みを形成している。
尚、図９においては、放出された電子を受け止める陽極
１０３も図示している。
ート電極６は各キャビティ５毎に凹みを形成している。
尚、図９においては、放出された電子を受け止める陽極
１０３も図示している。
【００１６】図１０に示す電界放出型冷陰極では数個に
小群化したキャビティ５毎の外周に凹みを形成してい
る。
小群化したキャビティ５毎の外周に凹みを形成してい
る。
【００１７】さらに、電子流を集束する方法として各エ
ミッタコーン毎に終息する方法として各エミータコーン
毎に集束電極を配する方法が特開平６−１３１９９６号
公報に開示されている（図１２）。この例での集束電極
８はゲート電極６の開口中心と同軸の開口部を有してお
り、集束電極８はゲート電極２よりも低い電位を印加す
ることによりエミッタコーン先端に凸型の電子レンズを
形成し電子流を集束している。
ミッタコーン毎に終息する方法として各エミータコーン
毎に集束電極を配する方法が特開平６−１３１９９６号
公報に開示されている（図１２）。この例での集束電極
８はゲート電極６の開口中心と同軸の開口部を有してお
り、集束電極８はゲート電極２よりも低い電位を印加す
ることによりエミッタコーン先端に凸型の電子レンズを
形成し電子流を集束している。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】発散する電子流を集束
する場合、問題となるのが、「電子流は放出する角度
（発散角）と電子流の面積の積が常に保存される」とい
う点である。つまり、ある発散角を有する電子流を、集
束電極等を用いた電子レンズにより集束した場合、集束
された分だけ発散角が大きくなってしまう。例えばＣＲ
Ｔに応用した場合、画面中央と周辺で電子流軌道距離に
差がある為、集束率をあまり大きくすると画面全体でビ
ームを集束することが困難となる。
する場合、問題となるのが、「電子流は放出する角度
（発散角）と電子流の面積の積が常に保存される」とい
う点である。つまり、ある発散角を有する電子流を、集
束電極等を用いた電子レンズにより集束した場合、集束
された分だけ発散角が大きくなってしまう。例えばＣＲ
Ｔに応用した場合、画面中央と周辺で電子流軌道距離に
差がある為、集束率をあまり大きくすると画面全体でビ
ームを集束することが困難となる。
【００１９】また、従来の熱陰極では放出される電子の
初速度は、熱エネルギー分を無視すればほぼ０ eＶであ
り、集束電極に印加された電位分布より電子は真空中に
引き出され且つ集束される。つまり、ここで問題となる
発散角の横方向成分は、従来の熱陰極では陰極が加熱さ
れることによる熱エネルギー分のみである。
初速度は、熱エネルギー分を無視すればほぼ０ eＶであ
り、集束電極に印加された電位分布より電子は真空中に
引き出され且つ集束される。つまり、ここで問題となる
発散角の横方向成分は、従来の熱陰極では陰極が加熱さ
れることによる熱エネルギー分のみである。
【００２０】一方、電界放出型冷陰極では、電気がゲー
ト電極に印加された電位によりエミッタコーン先端に強
電界が発生しトンネル現象により前述の発散角を持って
真空中に放出され、且つ電子流はゲート電極印加電圧分
だけ加速される。
ト電極に印加された電位によりエミッタコーン先端に強
電界が発生しトンネル現象により前述の発散角を持って
真空中に放出され、且つ電子流はゲート電極印加電圧分
だけ加速される。
【００２１】つまり、電界放出型冷陰極から放出される
電子流は、集束電極による電子レンズの影響を受ける前
のゲート電極を通過する時点で初速度と発散角を有する
為、集束しにくいという欠点を有している。
電子流は、集束電極による電子レンズの影響を受ける前
のゲート電極を通過する時点で初速度と発散角を有する
為、集束しにくいという欠点を有している。
【００２２】更に、この初速度と発散角を有する電界放
出型冷陰極からの電子流を、図７に示す様な、エミッタ
コーン６から離れた位置に具備する集束電極でエミット
コーンから放出された後に集束することは、光学レンズ
系でいう色収差の問題が発生する。つまり電子流中央付
近を通った電子の集束点と外周部分を通過した電子の集
束点がずれてしまうという問題が生じる。
出型冷陰極からの電子流を、図７に示す様な、エミッタ
コーン６から離れた位置に具備する集束電極でエミット
コーンから放出された後に集束することは、光学レンズ
系でいう色収差の問題が発生する。つまり電子流中央付
近を通った電子の集束点と外周部分を通過した電子の集
束点がずれてしまうという問題が生じる。
【００２３】よって、収差の問題を解決するには、エミ
ッタコーンから放出される電子の発散角を抑えるか、も
しくはエミッタコーン近傍で制御する必要がある。
ッタコーンから放出される電子の発散角を抑えるか、も
しくはエミッタコーン近傍で制御する必要がある。
【００２４】前述の、図８から図１１に示すゲート電極
を基板側にすり鉢状に凹ます方法では、ゲート電極を凹
ますことにより、凹んだゲート電極に沿って等電位面が
形成でき電子レンズの形成を期待できる。しかし、これ
らゲート電極を凹ますことによる電子流の終息効果は弱
い。なぜならば、ゲート電極・基板間の電界は１×１０
6 Ｖ／ｃｍ程度、エミッタコーン先端の電界は１×１０
7 Ｖ／ｃｍ以上に達するが、一方ゲート電極の電子放出
方向上面に形成される電界は１×１０3 ないし１×１０
4 Ｖ／ｃｍ程度である。弱い電界の中で電極形状の凹み
により形成される電子レンズは弱いものでしかないから
である。
を基板側にすり鉢状に凹ます方法では、ゲート電極を凹
ますことにより、凹んだゲート電極に沿って等電位面が
形成でき電子レンズの形成を期待できる。しかし、これ
らゲート電極を凹ますことによる電子流の終息効果は弱
い。なぜならば、ゲート電極・基板間の電界は１×１０
6 Ｖ／ｃｍ程度、エミッタコーン先端の電界は１×１０
7 Ｖ／ｃｍ以上に達するが、一方ゲート電極の電子放出
方向上面に形成される電界は１×１０3 ないし１×１０
4 Ｖ／ｃｍ程度である。弱い電界の中で電極形状の凹み
により形成される電子レンズは弱いものでしかないから
である。
【００２５】そこで、図１２に示す様、各エミッタコー
ン毎に集束電極を配する方法が有用と考えられている。
図１２に示す集束電極付の電界放出型冷陰極では、集束
電極にはゲート電極６よりも低い電位が印加される。
ン毎に集束電極を配する方法が有用と考えられている。
図１２に示す集束電極付の電界放出型冷陰極では、集束
電極にはゲート電極６よりも低い電位が印加される。
【００２６】但し、図１２に示す構造の電界放出型冷陰
極では、電子流を集束すると同時にエミッタコーンから
の放出電流量を抑制してしまうという欠点を有してい
る。
極では、電子流を集束すると同時にエミッタコーンから
の放出電流量を抑制してしまうという欠点を有してい
る。
【００２７】図１３に、電界放出型冷陰極が集束電極を
有する場合と無い場合の、エミッタコーン先端付近の電
界のかかり方の違いを、等電位線１４を用いて示してい
る。図１３において、左側が集束電極を具備しない場合
を示し、右側が集束電極を具備する場合を示している。
有する場合と無い場合の、エミッタコーン先端付近の電
界のかかり方の違いを、等電位線１４を用いて示してい
る。図１３において、左側が集束電極を具備しない場合
を示し、右側が集束電極を具備する場合を示している。
【００２８】図１３右側に示す通り、第二の絶縁層７か
らのびる等電位線１４はエミッタコーン９上方で下に凸
になっている。エミッタコーン９から放出される電子を
集束する電子レンズが形成されていることが、下に凸の
導電位線により示されている。
らのびる等電位線１４はエミッタコーン９上方で下に凸
になっている。エミッタコーン９から放出される電子を
集束する電子レンズが形成されていることが、下に凸の
導電位線により示されている。
【００２９】一方、絶縁層４からのびる等電位線の一部
は、エミッタコーン９側ではなく第二の絶縁層７側への
びている。これは、ゲート電極・集束電極間に形成され
た電界が、ゲート電極・基板間に印加されるエミッタコ
ーン先端の強電界を抑制してしまうことを意味してい
る。つまり、集束電極にゲート電極より低い電位を印加
すれば放出電子は集束されるが、一方、集束電極を有し
ない場合と同等のゲート電極電位では、少ない放出電流
しか得られないという欠点を有する。
は、エミッタコーン９側ではなく第二の絶縁層７側への
びている。これは、ゲート電極・集束電極間に形成され
た電界が、ゲート電極・基板間に印加されるエミッタコ
ーン先端の強電界を抑制してしまうことを意味してい
る。つまり、集束電極にゲート電極より低い電位を印加
すれば放出電子は集束されるが、一方、集束電極を有し
ない場合と同等のゲート電極電位では、少ない放出電流
しか得られないという欠点を有する。
【００３０】
【課題を解決するための手段】ゲート電極開口部は基板
側に円錐状に凹み、且つゲート電極開口部各々と中心軸
が一致する複数の開口部を有する集束電極が基板上の前
記ゲート電極に対向して配置され、ゲート電極と集束電
極間に絶縁層を有する。
側に円錐状に凹み、且つゲート電極開口部各々と中心軸
が一致する複数の開口部を有する集束電極が基板上の前
記ゲート電極に対向して配置され、ゲート電極と集束電
極間に絶縁層を有する。
【００３１】ゲート電極開口部は基板側に円錐状に凹
み、且つゲート電極開口部各々と中心軸が一致する複数
の開口部を有する集束電極が基板上のゲート電極に対向
配置され、さらにゲート電極と集束電極の間にゲート電
極開口部各々と中心軸が一致する複数の開口部を有する
遮蔽電極を具備する。
み、且つゲート電極開口部各々と中心軸が一致する複数
の開口部を有する集束電極が基板上のゲート電極に対向
配置され、さらにゲート電極と集束電極の間にゲート電
極開口部各々と中心軸が一致する複数の開口部を有する
遮蔽電極を具備する。
【００３２】集束電極の電位はゲート電極の電位に対し
て正に印加する。
て正に印加する。
【００３３】
【作用】ゲート電極開口部を基板側に凹ませ更に各電界
放出型冷陰極毎に開口部を有する集束電極を電界放出型
冷陰極上の近い位置に形成することにより、各エミッタ
コーン先端毎に強い電子レンズが形成され発散角が小さ
く且つ収差の少ない電子ビームを得ることが出来る。
放出型冷陰極毎に開口部を有する集束電極を電界放出型
冷陰極上の近い位置に形成することにより、各エミッタ
コーン先端毎に強い電子レンズが形成され発散角が小さ
く且つ収差の少ない電子ビームを得ることが出来る。
【００３４】また、エミッタコーン先端は、集束電極・
ゲート電極間で発生する電界の影響を受けにくく、低い
ゲート電極電位で電子を取り出すことが出来る。
ゲート電極間で発生する電界の影響を受けにくく、低い
ゲート電極電位で電子を取り出すことが出来る。
【００３５】更に、集束電極にはゲート電極電位よりも
高い電位を印加することによりエミッション量の抑制さ
れない電界放出型冷陰極の動作が可能となる。
高い電位を印加することによりエミッション量の抑制さ
れない電界放出型冷陰極の動作が可能となる。
【００３６】
【実施例】以下に、本発明の電界放出型冷陰極の実施例
を図面を参照して説明する。
を図面を参照して説明する。
【００３７】図１は本発明の第１の実施例である電界放
出型冷陰極の断面斜視図である。
出型冷陰極の断面斜視図である。
【００３８】例えば単結晶シリコンＳｉからなる基板１
上には、熱酸化法およびＣＶＤ法等により二酸化シリコ
ン膜２と窒化シリコン膜３の２層からなる絶縁層４が形
成されている。二酸化シリコン膜２、窒化シリコン膜３
各々の厚さは１μｍである。
上には、熱酸化法およびＣＶＤ法等により二酸化シリコ
ン膜２と窒化シリコン膜３の２層からなる絶縁層４が形
成されている。二酸化シリコン膜２、窒化シリコン膜３
各々の厚さは１μｍである。
【００３９】次に、フォトリソグラフィ技術を用い、キ
ャビティ５形成領域以外をフォトレジストでマスクした
後、ウェットエッチング技術、ＲＩＥおよびウェットエ
ッチング技術の併用またはＲＩＥのエッチング条件の最
適化により、基板方向に孔径が小さくなる様に傾斜する
側面を有する孔を具備する窒化シリコン膜３が得られ
る。窒化シリコン膜３の孔径は、二酸化シリコン膜２と
接する面で１．５μｍ、開口部３でμｍである。
ャビティ５形成領域以外をフォトレジストでマスクした
後、ウェットエッチング技術、ＲＩＥおよびウェットエ
ッチング技術の併用またはＲＩＥのエッチング条件の最
適化により、基板方向に孔径が小さくなる様に傾斜する
側面を有する孔を具備する窒化シリコン膜３が得られ
る。窒化シリコン膜３の孔径は、二酸化シリコン膜２と
接する面で１．５μｍ、開口部３でμｍである。
【００４０】絶縁層４上に、厚さ０．３μｍのタングス
テンシリサイドＷＳｉもしくはモリブデンやタングステ
ンなどの高融点金属からなるゲート電極６を形成する。
テンシリサイドＷＳｉもしくはモリブデンやタングステ
ンなどの高融点金属からなるゲート電極６を形成する。
【００４１】更にゲート電極６上にＣＶＤ法により酸化
シリコンからなる厚さ１μｍの第二の絶縁層７を積層
し、スパッタ法によるタングステンシリサイドもしくは
モリブデンやタングステンなどの高融点金属からなる集
束電極８を形成する。
シリコンからなる厚さ１μｍの第二の絶縁層７を積層
し、スパッタ法によるタングステンシリサイドもしくは
モリブデンやタングステンなどの高融点金属からなる集
束電極８を形成する。
【００４２】集束電極８を形成した後は、従来技術で延
べた電界放出型冷陰極の製造方法と同様、フォトリソグ
ラフィ技術とＲＩＥによるドライエッチング技術により
キャビティ５を形成し、蒸着法および犠牲層エッチング
によりエミッタコーン９を形成し、本発明の集束電極付
電界放出型冷陰極を得る。
べた電界放出型冷陰極の製造方法と同様、フォトリソグ
ラフィ技術とＲＩＥによるドライエッチング技術により
キャビティ５を形成し、蒸着法および犠牲層エッチング
によりエミッタコーン９を形成し、本発明の集束電極付
電界放出型冷陰極を得る。
【００４３】尚、集束電極８および第二の絶縁層７の孔
は、ＲＩＥによるドライエッチング時に等方エッチング
を行い、孔径を３μｍとする。また、ゲート電極６の開
口径は１．５μｍである。
は、ＲＩＥによるドライエッチング時に等方エッチング
を行い、孔径を３μｍとする。また、ゲート電極６の開
口径は１．５μｍである。
【００４４】ゲート電極６は、基板１に対し正の電位を
印加し、約３０Ｖを印加することにより１エミッタコー
ンあたり１×１０-12 Ａの電子放出を得る。更に印加電
圧を上げることにより所要のエミッション電流を得るこ
とが出来る。例えば、ゲート電極６の印加電圧を６０な
いし８０Ｖとした場合、１エミッタコーンあたり１×１
０-7Ａ、１００００素子で１ｍＡのエミッション電流を
得る。
印加し、約３０Ｖを印加することにより１エミッタコー
ンあたり１×１０-12 Ａの電子放出を得る。更に印加電
圧を上げることにより所要のエミッション電流を得るこ
とが出来る。例えば、ゲート電極６の印加電圧を６０な
いし８０Ｖとした場合、１エミッタコーンあたり１×１
０-7Ａ、１００００素子で１ｍＡのエミッション電流を
得る。
【００４５】集束電極８は、ゲート電極６に対し正又は
負の電位を印加する。
負の電位を印加する。
【００４６】集束電極８に正の電位を印加する場合、例
えば基板電位を０Ｖとしてゲート電極電位を８０Ｖとし
集束電極電位を２００Ｖとした場合、放出される電流量
は低減されることなく、発散角は集束電極が無い場合の
１／３にあたる１０°となる。また、ゲート電極電圧を
さらに小さくすれば、発散角は小さくなる。
えば基板電位を０Ｖとしてゲート電極電位を８０Ｖとし
集束電極電位を２００Ｖとした場合、放出される電流量
は低減されることなく、発散角は集束電極が無い場合の
１／３にあたる１０°となる。また、ゲート電極電圧を
さらに小さくすれば、発散角は小さくなる。
【００４７】これは、ゲート電極６を基板側にすり鉢状
に凹ますことにより、凹んだゲート電極に沿って等電位
面が形成され、電子レンズが形成されていることを示し
ている。さらに、この電子レンズは近接するゲート電極
６と集束電極８間で形成されるため、図８から図１１に
示す従来の電界放出型冷陰極より強い電子レンズを低電
位印加で形成することが可能である。
に凹ますことにより、凹んだゲート電極に沿って等電位
面が形成され、電子レンズが形成されていることを示し
ている。さらに、この電子レンズは近接するゲート電極
６と集束電極８間で形成されるため、図８から図１１に
示す従来の電界放出型冷陰極より強い電子レンズを低電
位印加で形成することが可能である。
【００４８】一方、集束電極８に負の電位を印加する場
合でも、図１２に示す並行平板型集束電極付電界放出型
冷陰極に比べ、集束電極・ゲート電極間電位差が小さい
条件で放出電子の集束が可能となる。これは、図１３に
示す様な電界放出型冷陰極の電子放出特性を阻害するこ
となく、所要の電流値及び集束度の電子流を得られるこ
とを示す。つまり、図１２ではゲート電極６と集束電極
８で形成される電子レンズ効果を、本発明の電界放出型
冷陰極では上述したゲート電極６を基板側にすり鉢状に
凹ますことにより形成される電子レンズの効果分とゲー
ト電極６と集束電極８で形成される電子レンズ効果によ
り達成できる。故に、ゲート電極６を基板側にすり鉢状
に凹ますことにより形成される電子レンズの効果分だけ
集束電極８印加電位を下げずに済み、集束電極による放
出電子の抑制が軽減される。
合でも、図１２に示す並行平板型集束電極付電界放出型
冷陰極に比べ、集束電極・ゲート電極間電位差が小さい
条件で放出電子の集束が可能となる。これは、図１３に
示す様な電界放出型冷陰極の電子放出特性を阻害するこ
となく、所要の電流値及び集束度の電子流を得られるこ
とを示す。つまり、図１２ではゲート電極６と集束電極
８で形成される電子レンズ効果を、本発明の電界放出型
冷陰極では上述したゲート電極６を基板側にすり鉢状に
凹ますことにより形成される電子レンズの効果分とゲー
ト電極６と集束電極８で形成される電子レンズ効果によ
り達成できる。故に、ゲート電極６を基板側にすり鉢状
に凹ますことにより形成される電子レンズの効果分だけ
集束電極８印加電位を下げずに済み、集束電極による放
出電子の抑制が軽減される。
【００４９】図２は、本発明の電界放出型冷陰極の第２
の実施例の断面斜視図である。
の実施例の断面斜視図である。
【００５０】第２の実施例の電界放出型冷陰極は、第１
の実施例の電界放出型冷陰極の集束電極８と第二の絶縁
層の間に、遮蔽電極１０と第三の絶縁層１１を電極と絶
縁層が交互に配されるように具備している。
の実施例の電界放出型冷陰極の集束電極８と第二の絶縁
層の間に、遮蔽電極１０と第三の絶縁層１１を電極と絶
縁層が交互に配されるように具備している。
【００５１】遮蔽電極１２は、厚さ０．３μｍでスパッ
タ法により形成されたタングステンシリサイドもしくは
モリブデンやタングステンなどの高融点金属からなる。
また、第三の絶縁層１１は、厚さ０．５μｍで、ＣＶＤ
法により形成される酸化シリコンからなる。遮蔽電極１
０及び第三の絶縁層１１は実施例１の製造工程において
ゲート電極６をスパッタ積層した後積層する。また、遮
蔽電極１０は、ゲート電極６の開口部形成時におけるド
ライエッチングによりサイドエッチされ、ゲート電極６
の開口径が１．５μｍに対し遮蔽電極１０の開口径は約
１．６μｍとなる。
タ法により形成されたタングステンシリサイドもしくは
モリブデンやタングステンなどの高融点金属からなる。
また、第三の絶縁層１１は、厚さ０．５μｍで、ＣＶＤ
法により形成される酸化シリコンからなる。遮蔽電極１
０及び第三の絶縁層１１は実施例１の製造工程において
ゲート電極６をスパッタ積層した後積層する。また、遮
蔽電極１０は、ゲート電極６の開口部形成時におけるド
ライエッチングによりサイドエッチされ、ゲート電極６
の開口径が１．５μｍに対し遮蔽電極１０の開口径は約
１．６μｍとなる。
【００５２】ゲート電極６および集束電極８への印加電
圧は、実施例１の電界放出型冷陰極と同様である。ま
た、遮蔽電極１０への印加は、所要の電流値及び集束度
の電子流を得られる様、ゲート電極６の電位と同電位も
しくはゲート電極６と集束電極８の印加電位の中間の電
位が印加される。
圧は、実施例１の電界放出型冷陰極と同様である。ま
た、遮蔽電極１０への印加は、所要の電流値及び集束度
の電子流を得られる様、ゲート電極６の電位と同電位も
しくはゲート電極６と集束電極８の印加電位の中間の電
位が印加される。
【００５３】尚、本発明の実施例で述べた電界放出型冷
陰極の各材質、寸法並びに印加電圧等の数値は一例であ
り、本発明を限定するものではない。
陰極の各材質、寸法並びに印加電圧等の数値は一例であ
り、本発明を限定するものではない。
【００５４】
【発明の効果】上述のとおり、ゲート電極６を基板１側
に凹ますことにより、次の３つの効果が生じる。
に凹ますことにより、次の３つの効果が生じる。
【００５５】先ず、ゲート電極６を凹ますことにより電
子レンズを形成できる点である。故に上述のとおり、集
束電極８に正の電位を印加し放出電子を抑制しなくとも
有る程度の電子流集束が得られ、実装方法並びに応用例
により所要の電子源として利用できる。
子レンズを形成できる点である。故に上述のとおり、集
束電極８に正の電位を印加し放出電子を抑制しなくとも
有る程度の電子流集束が得られ、実装方法並びに応用例
により所要の電子源として利用できる。
【００５６】次に、集束電極をエミッタコーン９から離
れさせることが出来る。故に、集束電極８にゲート電極
６よりも低い電位を印加し電子レンズを形成した場合、
エミッタコーン９先端への集束電極の影響を低減し、放
出電流量の低減が防止できる。これは、実施例２の遮蔽
電極１０を具備したとき、更に顕著にその効果をみるこ
とが出来る。
れさせることが出来る。故に、集束電極８にゲート電極
６よりも低い電位を印加し電子レンズを形成した場合、
エミッタコーン９先端への集束電極の影響を低減し、放
出電流量の低減が防止できる。これは、実施例２の遮蔽
電極１０を具備したとき、更に顕著にその効果をみるこ
とが出来る。
【００５７】更に、集束電極から見た場合、ゲート電極
が離れる方向に曲げられた構造は、ゲート電極・基板間
形成電界が集束電極印加による電界の影響を軽減させる
効果を生じて上述の放出電流量低減を防止することがで
きる。
が離れる方向に曲げられた構造は、ゲート電極・基板間
形成電界が集束電極印加による電界の影響を軽減させる
効果を生じて上述の放出電流量低減を防止することがで
きる。
【００５８】以上、本発明の電界放出型例陰極において
は、収差が少なく集束された電子流を低いゲート電極電
位で得ることが出来る。
は、収差が少なく集束された電子流を低いゲート電極電
位で得ることが出来る。
【図１】本発明の第１の実施例である電界放出型冷陰極
の断面を含む斜視図である。
の断面を含む斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施例である電界放出型冷陰極
の断面を含む斜視図である。
の断面を含む斜視図である。
【図３】スピント氏らが示す電介放出型冷陰極キャビテ
ィ形成後の製造工程途中の断面図である。
ィ形成後の製造工程途中の断面図である。
【図４】スピント氏らが示す電界放出型冷陰極犠牲層形
成後の製造工程途中の断面図である。
成後の製造工程途中の断面図である。
【図５】スピント氏らが示す電界放出型冷陰極高融点金
属層形成後の製造工程途中の断面図である。
属層形成後の製造工程途中の断面図である。
【図６】スピント氏らが示す電界放出型冷陰極の断面図
である。
である。
【図７】特開平５−３４３０００号公報に開示の電界放
出型冷陰極を用いた電子銃を示す断面図である。
出型冷陰極を用いた電子銃を示す断面図である。
【図８】特開昭５１−５４３５８号公報に開示の電界放
出型冷陰極を示す断面図である。
出型冷陰極を示す断面図である。
【図９】特開平４−２８９６４２号公報に開示の電界放
出型冷陰極を示す断面図である。
出型冷陰極を示す断面図である。
【図１０】特開平５−１４４３７０号公報に開示の電界
放出型冷陰極を示す断面図である。
放出型冷陰極を示す断面図である。
【図１１】特開平６−２３１６７３号公報に開示の電界
放出型冷陰極を示す断面図である。
放出型冷陰極を示す断面図である。
【図１２】特開平６−１３１９９６号公報に開示の電界
放出型冷陰極を示す断面図である。
放出型冷陰極を示す断面図である。
【図１３】電界放出型冷陰極が集束電極を有する場合と
無い場合の、エミッタコーン先端付近の電界分布を示す
模式図である。
無い場合の、エミッタコーン先端付近の電界分布を示す
模式図である。
１ 基板 ２ 二酸化シリコン膜 ３ 窒化シリコン膜 ４ 絶縁層 ５ キャビティ ６ ゲート電極 ７ 第二の絶縁層 ８ 集束電極 ９ エミッタコーン １０ 遮蔽電極 １１ 第三の絶縁層 １２ 犠牲層 １３ 高融点金属層 １４ 等電位線 １０１ 第１電子ビーム集束電極 １０２ 第２電子ビーム集束電極 １０３ 陽極
Claims (4)
- 【請求項１】 少なくとも表面が導電体である基板上に
複数の先端の尖ったエミッタコーンと前記エミッタコー
ンの先端を取り囲むゲート電極開口部を有するゲート電
極とを有し、かつ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、前記ゲート電極開口
部は前記基板側に凹み、かつ前記ゲート電極開口部各々
に対抗するとともに中心軸が一致する開口部を有する集
束電極を具備し、さらに前記ゲート電極と前記集束電極
間に絶縁層を有することを特徴とする電界放出型冷陰
極。 - 【請求項２】 前記ゲート電極と前記集束電極の間に前
記ゲート電極および前記集束電極の開口部各々と中心軸
が一致する開口部を有する遮蔽電極を具備することを特
徴とする請求項１記載の電界放出型冷陰極。 - 【請求項３】 前記集束電極の電位はゲート電極の電位
に比べ正に印加されていることを特徴とする請求項１記
載の電界放出型冷陰極。 - 【請求項４】 前記ゲート電極開口部の凹みは円錐状で
あることを特徴とする請求項１記載の電界放出型冷陰
極。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3823495A JP2809125B2 (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 集束電極付電界放出型冷陰極 |
| KR1019960004625A KR100232063B1 (ko) | 1995-02-27 | 1996-02-26 | 집속 전극이 있는 전계 방출 음극 |
| US08/607,463 US5723867A (en) | 1995-02-27 | 1996-02-27 | Field emission cathode having focusing electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3823495A JP2809125B2 (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 集束電極付電界放出型冷陰極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236012A JPH08236012A (ja) | 1996-09-13 |
| JP2809125B2 true JP2809125B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=12519618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3823495A Expired - Lifetime JP2809125B2 (ja) | 1995-02-27 | 1995-02-27 | 集束電極付電界放出型冷陰極 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5723867A (ja) |
| JP (1) | JP2809125B2 (ja) |
| KR (1) | KR100232063B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| KR970023568A (ko) * | 1995-10-31 | 1997-05-30 | 윤종용 | 전계 방출 표시소자와 그 구동 방법 및 제조 방법 |
| JPH10149778A (ja) * | 1996-09-17 | 1998-06-02 | Toshiba Corp | 微小冷陰極管とその駆動方法 |
| US6498349B1 (en) | 1997-02-05 | 2002-12-24 | Ut-Battelle | Electrostatically focused addressable field emission array chips (AFEA's) for high-speed massively parallel maskless digital E-beam direct write lithography and scanning electron microscopy |
| US5892231A (en) * | 1997-02-05 | 1999-04-06 | Lockheed Martin Energy Research Corporation | Virtual mask digital electron beam lithography |
| JPH10241615A (ja) * | 1997-02-25 | 1998-09-11 | Nikon Corp | 電子線露光装置 |
| JP3156763B2 (ja) | 1997-08-12 | 2001-04-16 | 日本電気株式会社 | 冷陰極搭載電子管の電極電圧印加方法および装置 |
| US6354897B1 (en) | 1997-08-25 | 2002-03-12 | Raytheon Company | Field emission displays and manufacturing methods |
| US5981962A (en) * | 1998-01-09 | 1999-11-09 | International Business Machines Corporation | Distributed direct write lithography system using multiple variable shaped electron beams |
| US6255768B1 (en) | 1999-07-19 | 2001-07-03 | Extreme Devices, Inc. | Compact field emission electron gun and focus lens |
| JP4810010B2 (ja) * | 2001-07-03 | 2011-11-09 | キヤノン株式会社 | 電子放出素子 |
| JP5011619B2 (ja) * | 2001-08-01 | 2012-08-29 | 日本電気株式会社 | 電子放出膜および電界電子放出装置 |
| US6683414B2 (en) * | 2001-10-25 | 2004-01-27 | Northrop Grumman Corporation | Ion-shielded focusing method for high-density electron beams generated by planar cold cathode electron emitters |
| KR20030073365A (ko) * | 2002-03-11 | 2003-09-19 | 엘지.필립스디스플레이(주) | 칼라 평면 디스플레이 소자 |
| KR100485058B1 (ko) * | 2002-06-24 | 2005-04-22 | 주식회사 파티클로지 | 디스플레이 장치에 적용되는 다층 금속전극판의 적층구조및 그 제조방법 |
| KR20040034251A (ko) * | 2002-10-21 | 2004-04-28 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전계방출소자 |
| KR101009975B1 (ko) * | 2003-12-17 | 2011-01-21 | 삼성에스디아이 주식회사 | 그리드 전극을 구비한 전계 방출 표시장치 |
| KR101420244B1 (ko) * | 2008-05-20 | 2014-07-21 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 전자빔 집속 전극 및 이를 이용한 전자총 |
| JP2010231904A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 電子源アレイ並びにそれを備えた撮像装置及び表示装置 |
| CN111403254A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-10 | 金陵科技学院 | 非联同洼错双面阴极倒角单尖门控结构的发光背光源 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5030895A (en) * | 1990-08-30 | 1991-07-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Field emitter array comparator |
| US5191127A (en) * | 1991-08-13 | 1993-03-02 | Loyola University Of Chicago | Glyoxal derivatives and method for making the same |
| US5191217A (en) * | 1991-11-25 | 1993-03-02 | Motorola, Inc. | Method and apparatus for field emission device electrostatic electron beam focussing |
| JP2629521B2 (ja) * | 1992-06-05 | 1997-07-09 | 双葉電子工業株式会社 | 電子銃及び陰極線管 |
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| JP2576760B2 (ja) * | 1993-06-08 | 1997-01-29 | 日本電気株式会社 | 微小電界放出冷陰極とその製造方法 |
| US5543680A (en) * | 1993-10-20 | 1996-08-06 | Nec Corporation | Field emission type cathode structure for cathode-ray tube |
-
1995
- 1995-02-27 JP JP3823495A patent/JP2809125B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-02-26 KR KR1019960004625A patent/KR100232063B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1996-02-27 US US08/607,463 patent/US5723867A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100232063B1 (ko) | 1999-12-01 |
| US5723867A (en) | 1998-03-03 |
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| KR960032572A (ko) | 1996-09-17 |
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| Date | Code | Title | Description |
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