JP3084768B2 - Field emission type cathode device - Google Patents

Field emission type cathode device

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JP3084768B2
JP3084768B2 JP4842391A JP4842391A JP3084768B2 JP 3084768 B2 JP3084768 B2 JP 3084768B2 JP 4842391 A JP4842391 A JP 4842391A JP 4842391 A JP4842391 A JP 4842391A JP 3084768 B2 JP3084768 B2 JP 3084768B2
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field emission
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cathode
emission type
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電界放出型陰極装置に
係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission type cathode device.

【0002】[0002]

【従来の技術】カソードの大きさが数μm以下程度とさ
れた微小サイズの電界放出型陰極として、スピント(S
pindt)型の電界放出型陰極装置が知られている。
このスピント型の電界放出型陰極装置を図6を参照して
説明する。
2. Description of the Related Art Spindt (S) is a small-sized field emission cathode having a cathode size of several μm or less.
Pindt) type field emission cathode devices are known.
This Spindt-type field emission cathode device will be described with reference to FIG.

【0003】図6において、1は導電性の例えばSi等
より成る第1の電極となる基体で、この基体1上に錐体
状のW,Mo等の高融点かつ低仕事関数の金属から成
り、尖鋭な先端形状を有する例えば円錐状のカソード9
が形成され、その周囲にSiO 2 等より成る絶縁層2が
形成され、この絶縁層2の上には、Mo,W,Cr等の
高融点金属から成るゲート電極となる第2の電極3がカ
ソード9に対する対向電極として配置された構造を採
る。
In FIG. 6, reference numeral 1 denotes a conductive material such as Si.
A first electrode comprising:
Made of high melting point and low work function metals such as W and Mo
For example, a conical cathode 9 having a sharp tip
Is formed, and SiO2 is formed around the TwoThe insulating layer 2 consisting of
Formed on the insulating layer 2 such as Mo, W, and Cr.
The second electrode 3 serving as a gate electrode made of a high melting point metal is
The structure arranged as a counter electrode to the sword 9 is adopted.
You.

【0004】このような電界放出型陰極装置を得る方法
としては、例えば図7Aに示すように、先ずSi等より
成る基体1を用意し、これの上に所要の厚さの例えば1
〜1.5μm程度の厚さを有するSiO2 等より成る絶
縁層2をCVD(化学的気相成長)法等により全面的に
被着し、更にMo,W等の高融点金属より成る金属層3
aを厚さ数千Å程度例えば4000Åとして蒸着、スパ
ッタリング等により全面的に被着し、更にこの上にレジ
スト4を全面的に塗布する。
As a method for obtaining such a field emission type cathode device, for example, as shown in FIG. 7A, first, a substrate 1 made of Si or the like is prepared, and then a substrate 1 having a required thickness of, for example, 1.
An insulating layer 2 made of SiO 2 or the like having a thickness of about 1.5 μm is entirely deposited by a CVD (chemical vapor deposition) method or the like, and a metal layer made of a high melting point metal such as Mo or W is further provided. 3
The thickness a is set to about several thousand Å, for example, 4,000 Å, and the entire surface is deposited by vapor deposition, sputtering, or the like, and a resist 4 is further entirely coated thereon.

【0005】そして図7Bに示すように、フォトリソグ
ラフィ等の適用によって、パターン露光、現像を施して
レジスト4に例えば円形の開口5aを、例えばその開口
幅w即ちこの場合直径を1μm程度として穿設する。そ
して更にこの開口5aを通じて金属層3aに対してRI
E(反応性イオンエッチング)等の異方性エッチングを
行い、開口5aと同様の開口幅を有する開口5を穿設し
て、電極層3aより成るゲート電極23を形成する。そ
してこの開口5を通じて絶縁層2に対するエッチングを
行い、キャビティ6を形成する。この絶縁層2に対する
エッチングはオーバーエッチングとし、ゲート電極23
の開口5の周辺部が、絶縁層2のキャビティ6の内壁よ
りひさし状に突出するようになす。
[0007] As shown in FIG. 7B, the resist 4 is subjected to pattern exposure and development by application of photolithography or the like to form, for example, a circular opening 5 a having a width w, for example, a diameter of about 1 μm. I do. Further, RI is applied to the metal layer 3a through the opening 5a.
Anisotropic etching such as E (reactive ion etching) is performed to form an opening 5 having the same opening width as the opening 5a, thereby forming the gate electrode 23 made of the electrode layer 3a. Then, the insulating layer 2 is etched through the opening 5 to form the cavity 6. The etching of the insulating layer 2 is over-etched, and the gate electrode 23
Of the opening 5 project from the inner wall of the cavity 6 of the insulating layer 2.

【0006】次に図7Cにおいて矢印aで示すように、
開口5内及びキャビティ6内に被着しない角度をもって
基体1を回転しながら斜め蒸着を行い、ゲート電極23
上に中間層7を被着形成する。この中間層7は、この上
に被着する後述する材料層に対してエッチング選択性を
有する、Al,Ni等の例えばAlにより形成し、また
このときの基体1の表面に対する斜め蒸着の角度θは5
°〜20°程度とする。この斜め蒸着によって、開口5
上において中間層7の径が実質的に狭められて被着され
る。
Next, as shown by an arrow a in FIG. 7C,
Oblique deposition is performed while rotating the base 1 at an angle that does not cause the gate electrode 23 to adhere to the inside of the opening 5 and the cavity 6.
An intermediate layer 7 is formed thereon. The intermediate layer 7 is formed of, for example, Al, such as Al or Ni, which has etching selectivity with respect to a material layer to be described later, which is deposited thereon, and the angle θ of oblique deposition with respect to the surface of the base 1 at this time. Is 5
° to 20 °. The opening 5
Above, the diameter of the intermediate layer 7 is substantially narrowed and applied.

【0007】そしてこの後図7Dに示すように、例えば
Mo等より成る材料層8を垂直蒸着等により全面的に被
着して、キャビティ6内に例えば円錐状のカソード9を
形成する。このとき、開口5周辺の中間層7の径が上述
の斜め蒸着によって狭められて被着されて成るため、こ
れに従って材料層8の開口5周辺の実質的な径が時間と
共に狭められ、この開口5を通じて基体1上に堆積され
るカソード9は、漸次その厚みの成長に伴って小径とな
る錐状例えば円錐状として形成される。
[0007] Thereafter, as shown in FIG. 7D, a material layer 8 made of, for example, Mo is entirely deposited by vertical evaporation or the like to form, for example, a conical cathode 9 in the cavity 6. At this time, since the diameter of the intermediate layer 7 around the opening 5 is reduced by the above-described oblique vapor deposition and is applied, the substantial diameter of the periphery of the opening 5 of the material layer 8 is accordingly reduced with time. The cathode 9 deposited on the substrate 1 through 5 is formed in a conical shape, for example, a conical shape having a smaller diameter as its thickness gradually increases.

【0008】そしてこの後、例えばNaOH等の中間層
7のみを溶融除去し得るエッチング液を用いて中間層7
を除去し、同時にこれの上の材料層8を除去するいわゆ
るリフトオフを行って、図6に示す電界放出型陰極装置
を得ることができる。
Thereafter, the intermediate layer 7 is etched using an etching solution capable of melting and removing only the intermediate layer 7 such as NaOH.
, And at the same time, a so-called lift-off for removing the material layer 8 thereon, to obtain the field emission type cathode device shown in FIG.

【0009】このようにして形成した電界放出型陰極装
置は、ゲート電極23とカソード9との間に、約106
V/cm程度以上の電圧を印加することにより、カソー
ド9を熱することなく電子放出を行わせることができ
る。特に、上述したように微小サイズの電界放出型陰極
装置によれば、ゲート電圧を数十〜数百V程度の比較的
低電圧による動作が可能となる。
The field emission type cathode device formed in this manner has a potential of about 10 6 between the gate electrode 23 and the cathode 9.
By applying a voltage of about V / cm or more, electron emission can be performed without heating the cathode 9. In particular, according to the field emission type cathode device having a small size as described above, it is possible to operate at a relatively low gate voltage of several tens to several hundreds of volts.

【0010】しかしながら、上述したような電界放出型
陰極装置において、ゲート電極23としてMo,W,C
r等の高融点金属を用いているものであるが、このよう
な材料は比較的酸化し易いため、電気伝導度が低下する
恐れがあり、結果的に安定な電子放出を得ることが難し
いという問題がある。
However, in the field emission type cathode device as described above, Mo, W, C
Although a high-melting point metal such as r is used, such a material is relatively easily oxidized, so that the electrical conductivity may be reduced, and as a result, it is difficult to obtain stable electron emission. There's a problem.

【0011】また、その中間層7をウェットエッチング
によって除去する工程において、Al,Ni等より成る
中間層7が、ゲート電極23上から完全に溶解しにく
く、残渣として残り易いという問題があった。特に、例
えば平面型ディスプレイ等において、その電子銃として
この電界放出型陰極装置を用いる場合は、数億個程度の
微小なサイズの電界放出型陰極装置を10μmピッチで
配置する必要があり、上述したように導電性を有する中
間層7がゲート電極23上に残留する部分が生じると、
電子放出特性やカットオフ特性の変動を生じ、またゲー
ト電極23とカソード9との短絡を招く等、不良品の増
加を招いて歩留りの低下を来す恐れがある。
Further, in the step of removing the intermediate layer 7 by wet etching, the intermediate layer 7 made of Al, Ni, or the like is difficult to completely dissolve from above the gate electrode 23 and tends to remain as a residue. In particular, for example, in the case of using this field emission type cathode device as an electron gun in a flat display or the like, it is necessary to arrange field emission cathode devices having a small size of about several hundred million at a pitch of 10 μm. As described above, when a portion where the conductive intermediate layer 7 remains on the gate electrode 23 is generated,
The electron emission characteristics and the cutoff characteristics may fluctuate, and a short circuit between the gate electrode 23 and the cathode 9 may be caused.

【0012】また本出願人は、先に特開昭56−160
740号公開公報において、斜め蒸着を用いない電界放
出型陰極装置の製造方法を提案した。この方法は、上述
の電界放出型陰極装置を形成する基体として単結晶Si
等の結晶性基体を用いるものである。先ずSi基体等の
一方の主面に所要の透孔を有するマスク層を形成し、こ
の透孔を通じて結晶学的エッチングを行って錐状凹部を
形成し、この錐状凹部内に所要のW等より成る電極層を
蒸着、スパッタリング等により被着し、更に絶縁性の補
強材を凹部内を埋込むように被着する。そしてこの基体
の他の面即ち裏面上から通常の即ち非結晶学的エッチン
グを行い、主面上に形成した凹部内の電極層の錐体頂部
を露出させるようにしてこれをカソード先端部とし、そ
の後この裏面上に一旦露出させたカソードを埋込むよう
に絶縁層を被着し、更に導電層を被着した後、上述の図
7A〜Bにおいて説明した例と同様の製法をもって絶縁
層及び導電層に透孔を穿設し、カソードを露出させて電
界放出型陰極装置を得ている。
The applicant of the present invention has previously described Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-160.
In Japanese Patent Publication No. 740, a method of manufacturing a field emission type cathode device that does not use oblique deposition is proposed. This method uses single-crystal Si as a substrate for forming the above-described field emission type cathode device.
And the like. First, a mask layer having a required through hole is formed on one main surface of a Si base or the like, and a crystallographic etching is performed through the through hole to form a conical concave portion. An electrode layer is deposited by vapor deposition, sputtering, or the like, and an insulating reinforcing material is further deposited so as to fill the recess. Then, normal or non-crystallographic etching is performed from the other surface of the base, that is, the back surface, so that the top of the cone of the electrode layer in the recess formed on the main surface is exposed, and this is used as the cathode tip, Thereafter, an insulating layer is deposited on the back surface so as to embed the cathode once exposed, and a conductive layer is further deposited. Then, the insulating layer and the conductive layer are formed in the same manner as in the example described with reference to FIGS. Through holes are formed in the layer, and the cathode is exposed to obtain a field emission type cathode device.

【0013】このような方法による場合は、カソードの
先端を確実に鋭角をもって錐状に形成することができ、
更に上述したような中間層7の残渣による特性の変動等
を回避することができる。しかしながら、この場合にお
いても、ゲート電極の酸化による電気伝導度の低下の問
題は依然として存在し、またこのゲート電極は上述した
ようにたかだか数千Åという膜厚の小さいものであるた
め、この酸化によって著しい電気伝導度の低下、即ち著
しい抵抗値の増大化を招く恐れがある。このため、数十
〜数百V程度のゲート電圧による動作を行いにくくなる
という問題を招来する。
According to such a method, the tip of the cathode can be reliably formed in a conical shape with an acute angle.
Further, it is possible to avoid a change in characteristics due to the residue of the intermediate layer 7 as described above. However, even in this case, the problem of a decrease in electrical conductivity due to oxidation of the gate electrode still exists, and since the gate electrode has a small thickness of at most several thousand Å as described above, There is a possibility that a significant decrease in electrical conductivity, that is, a significant increase in resistance value may occur. For this reason, there arises a problem that it becomes difficult to perform an operation with a gate voltage of about several tens to several hundreds of V.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ゲート電極
の酸化を抑制し、安定に電子放出を行い得る電界放出型
陰極装置を得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a field emission type cathode device which can suppress oxidation of a gate electrode and stably emit electrons.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明電界放出型陰極装
置の一例の略線的拡大断面図を図1に示す。本発明は図
1に示すように、第1の電極が構成された基体1上に、
キャビティ6が形成された絶縁層2と、このキャビティ
6の内部の第1の電極1上に形成されたカソード9と、
絶縁層2上に形成された第2の電極3とを具備する電界
放出型陰極装置において、第2の電極3の表面に、導電
性及び耐食性にすぐれた金属保護層13を被着する。
FIG. 1 is a schematic enlarged sectional view of an example of a field emission type cathode device according to the present invention. In the present invention, as shown in FIG. 1, on a base 1 on which a first electrode is formed,
An insulating layer 2 having a cavity 6 formed therein, a cathode 9 formed on the first electrode 1 inside the cavity 6,
In the field emission cathode device including the second electrode 3 formed on the insulating layer 2, a metal protective layer 13 having excellent conductivity and corrosion resistance is applied to the surface of the second electrode 3.

【0016】[0016]

【作用】上述したように、本発明電界放出型陰極装置で
は、第2の電極3即ちゲート電極の表面に、導電性及び
耐食性にすぐれた金属保護層13を被着するため、この
第2の電極3の酸化を抑制することができ、抵抗値の増
大化を回避して所要の低電圧印加により安定な電子放出
を行い得る電界放出型陰極装置を得ることができる。
As described above, in the field emission type cathode device of the present invention, since the metal protective layer 13 having excellent conductivity and corrosion resistance is deposited on the surface of the second electrode 3, that is, the gate electrode, the second electrode 3 is formed. It is possible to obtain a field emission type cathode device capable of suppressing the oxidation of the electrode 3, avoiding an increase in the resistance value, and performing stable electron emission by applying a required low voltage.

【0017】[0017]

【実施例】実施例1 以下図1を参照して本発明電界放出型陰極装置の一例を
詳細に説明する。図1において、1は導電性の例えばS
i等より成る第1の電極となる基体で、この基体1上に
例えば錐体状のW,Mo等の高融点かつ低仕事関数の金
属から成り、尖鋭な先端形状を有する例えば円錐状のカ
ソード9が形成され、その周囲にSiO 2 ,Si3 4
等より成る絶縁層2が形成され、この絶縁層2の上に
は、Mo,W,Cr,WSix 等の高融点金属から成る
ゲート電極となる第2の電極3がカソード9に対する対
向電極として配置されて成る。そして特に本発明電界放
出型陰極装置においては、この第2の電極3上に、導電
性及び耐食性のすぐれたAu,Pt等の例えばAuより
成る金属保護層13が被着された構造を採る。
Embodiment 1 An example of a field emission type cathode device of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described in detail. In FIG. 1, 1 is a conductive material such as S
i, etc., serving as a first electrode.
For example, gold having a high melting point and a low work function, such as cone-shaped W, Mo, etc.
, For example, a cone-shaped
A sword 9 is formed, and SiO Two, SiThreeNFour
An insulating layer 2 is formed on the insulating layer 2.
Is Mo, W, Cr, WSixConsisting of high melting point metal such as
The second electrode 3 serving as a gate electrode is paired with the cathode 9.
It is arranged as a counter electrode. And especially the electric field emission of the present invention
In the exit cathode device, a conductive material is provided on the second electrode 3.
Au, Pt, etc., which have excellent heat resistance and corrosion resistance, such as Au
The structure in which the metal protective layer 13 is applied is adopted.

【0018】実施例2 図2の略線的拡大断面図を参照して説明する。図2にお
いて、図1に対応する部分には同一符号を付して重複説
明を省略する。この場合ガラス等より成る基板10上に
Al,Cr等より成る第1の電極11となる導電層を被
着して基体1とした例で、また図2に示すように、第2
の電極3を、多結晶Si層12と、W,WSix ,Mo
Six ,TiSix 等の高融点金属より成る金属層22
とにより構成した。そしてこの例においても、第2の電
極3上に、導電性及び耐食性のすぐれたAu,Pt等の
例えばAuより成る金属保護層13が被着された構造を
採る。
Embodiment 2 A description will be given with reference to an enlarged schematic sectional view of FIG. 2, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In this case, a substrate 1 made of glass or the like is coated with a conductive layer serving as a first electrode 11 made of Al, Cr, or the like to form a base 1, and as shown in FIG.
The electrodes 3, a polycrystalline Si layer 12, W, WSi x, Mo
Si x, metal made of refractory metal such TiSi x layer 22
And was constituted by. Also in this example, a structure in which a metal protective layer 13 made of, for example, Au such as Au or Pt having excellent conductivity and corrosion resistance is applied on the second electrode 3 is adopted.

【0019】このような本発明電界放出型陰極装置の理
解を容易にするために、一例として実施例1において説
明した電界放出型陰極装置の製法を、図3A〜Dを参照
して説明する。例えば図3Aに示すように、先ずSi等
より成る基体1を用意し、これの上に所要の厚さの例え
ば1〜1.5μm程度の厚さを有するSiO2 ,Si 3
4 等の例えばSiO2 より成る絶縁層2をCVD法等
により全面的に被着し、更にMo等より成り厚さ数千Å
程度例えば4000Åの金属層3aと、Au等より成り
厚さ数十〜数千Å程度例えば100Åの金属保護層13
とを、それぞれ蒸着、スパッタリング等により全面的に
被着し、更にこの上にレジスト4を全面的に塗布する。
The theory of such a field emission type cathode device of the present invention.
In order to facilitate the solution, an example is described in the first embodiment.
3A to 3D for the method of manufacturing the disclosed field emission cathode device.
I will explain. For example, as shown in FIG.
Prepare a substrate 1 consisting of
SiO having a thickness of about 1 to 1.5 μmTwo, Si Three
NFourSuch as SiOTwoInsulating layer 2 made of CVD or the like
With Mo, etc., and several thousand mm thick
Made of a metal layer 3a of, for example, 4000
Metal protective layer 13 having a thickness of about several tens to several thousand degrees, for example, 100 degrees
And the entire surface by evaporation, sputtering, etc.
Then, a resist 4 is applied over the entire surface.

【0020】そして図3Bに示すように、フォトリソグ
ラフィ等の適用によって、パターン露光、現像を施して
レジスト4に例えば円形の開口5aを、例えばその開口
幅w即ちこの場合直径を1μm程度として穿設する。そ
して更にこの開口5aを通じて金属層3aに対してRI
E(反応性イオンエッチング)等の異方性エッチングを
行い、開口5aと同様の開口幅即ち直径を有する開口5
を金属保護層13及び金属層3aに対して穿設して、電
極保護層13が被着された第2の電極3を形成する。そ
してこの開口5を通じて絶縁層2に対するエッチングを
行い、キャビティ6を形成する。この絶縁層2に対する
エッチングはオーバーエッチングとし、第2の電極3の
開口5の周辺部が、絶縁層2のキャビティ6の内壁より
ひさし状に突出するようになす。
Then, as shown in FIG. 3B, the resist 4 is subjected to pattern exposure and development by application of photolithography or the like to form, for example, a circular opening 5a having, for example, a circular opening width w, that is, a diameter of about 1 μm. I do. Further, RI is applied to the metal layer 3a through the opening 5a.
Anisotropic etching such as E (reactive ion etching) is performed, and an opening 5 having the same opening width or diameter as the opening 5a is formed.
Is formed in the metal protection layer 13 and the metal layer 3a to form the second electrode 3 on which the electrode protection layer 13 is adhered. Then, the insulating layer 2 is etched through the opening 5 to form the cavity 6. The etching of the insulating layer 2 is over-etched so that the periphery of the opening 5 of the second electrode 3 protrudes from the inner wall of the cavity 6 of the insulating layer 2 in an eaves shape.

【0021】次に図3Cにおいて矢印aで示すように、
キャビティ6内に被着しない角度をもって基体1を回転
しながら斜め蒸着を行い、金属保護層13上に中間層7
を被着形成する。この中間層7は、この上に被着する後
述する材料層に対してエッチング選択性を有するAl,
Ni等の例えばAlにより形成し、またこのときの基体
1の表面に対する斜め蒸着の角度θは5°〜20°程度
とする。この斜め蒸着によって、開口5上において中間
層7の径が実質的に狭められて被着される。
Next, as shown by an arrow a in FIG. 3C,
The oblique deposition is performed while rotating the substrate 1 at an angle such that the intermediate layer 7 does not adhere to the cavity 6, and the intermediate layer 7
Is formed. The intermediate layer 7 is made of Al, which has an etching selectivity with respect to a material layer to be deposited thereon, which will be described later,
The oblique deposition angle θ with respect to the surface of the base 1 at this time is about 5 ° to 20 °. Due to this oblique deposition, the diameter of the intermediate layer 7 is substantially reduced over the opening 5 and is applied.

【0022】そしてこの後図3Dに示すように、例えば
Mo等より成る材料層8を垂直蒸着等により全面的に被
着して、キャビティ6内に例えば円錐状のカソード9を
形成する。このとき、開口5周辺の中間層7の径が上述
の斜め蒸着によって狭められて被着されて成るため、こ
れに従って材料層8の開口5の周辺の実質的な径が時間
と共に狭められ、この開口5を通じて基体1上に堆積さ
れるカソード9は、漸次その厚みの成長に伴って小径と
なる錐状例えば円錐状として形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 3D, a material layer 8 made of, for example, Mo is entirely deposited by vertical deposition or the like to form, for example, a conical cathode 9 in the cavity 6. At this time, since the diameter of the intermediate layer 7 around the opening 5 is reduced and applied by the above-described oblique vapor deposition, the substantial diameter of the periphery of the opening 5 of the material layer 8 is accordingly reduced with time. The cathode 9 deposited on the substrate 1 through the opening 5 is formed in a conical shape, for example, a conical shape having a smaller diameter as its thickness gradually increases.

【0023】そしてこの後、例えばNaOH等の中間層
7のみを溶融除去し得るエッチング液を用いて中間層7
を除去し、同時にこれの上の材料層8を除去するいわゆ
るリフトオフを行って、図1に示す電界放出型陰極装置
を得ることができる。この場合、金属保護層13として
Auを、また中間層7としてAlを用いたため、このリ
フトオフの工程において中間層7が金属保護層13から
剥離し易く、確実に中間層7を剥離除去することができ
て、従って中間層7上の材料層8を選択的に確実に剥離
除去することができる。
Thereafter, the intermediate layer 7 is etched using an etching solution capable of melting and removing only the intermediate layer 7 such as NaOH.
Is removed, and at the same time, so-called lift-off for removing the material layer 8 thereon is performed, whereby the field emission type cathode device shown in FIG. 1 can be obtained. In this case, since Au is used as the metal protective layer 13 and Al is used as the intermediate layer 7, the intermediate layer 7 is easily separated from the metal protective layer 13 in this lift-off step, and the intermediate layer 7 can be surely separated and removed. Accordingly, the material layer 8 on the intermediate layer 7 can be selectively and reliably removed.

【0024】このようにして形成した電界放出型陰極装
置は、第2の電極3とカソード9との間に、約106
/cm程度以上の電圧を印加することにより、カソード
9を熱することなく電子放出を行わせることができる。
特にこの場合、円錐状カソード9の径が1.5μm程
度、高さが数千Å程度として形成されるため、ゲート電
圧を数十〜数百V程度とすることができ、比較的低電圧
により動作することができる。
The field emission type cathode device thus formed has a voltage of about 10 6 V between the second electrode 3 and the cathode 9.
By applying a voltage of about / cm or more, electron emission can be performed without heating the cathode 9.
In particular, in this case, since the diameter of the conical cathode 9 is formed to be about 1.5 μm and the height is about several thousand degrees, the gate voltage can be set to about several tens to several hundreds of volts. Can work.

【0025】そしてこの本発明電界放出型陰極装置で
は、Mo,W,Cr等より成る第2の電極3上に耐食性
にすぐれたAu等より成る金属保護層13を被着したた
め酸化されにくく、耐薬品性等も向上し、電気伝導度の
変動低下を抑制することができることから、上述したよ
うにゲート電圧を数十〜数百V程度の所定の低電圧をも
って安定に電子放出を行うことができる。
In the field emission type cathode device of the present invention, the metal protective layer 13 made of Au or the like having excellent corrosion resistance is deposited on the second electrode 3 made of Mo, W, Cr or the like. Since the chemical property and the like are also improved, and the fluctuation in the electric conductivity can be suppressed, the electron emission can be stably performed at a predetermined low voltage of about several tens to several hundreds V as described above. .

【0026】またこの金属保護層13を導電性の良い材
料をもって形成するため、ゲート電極としての第2の電
極3の電気伝導度も向上し、過電流が流れた場合におい
ても安定な電子放出を行うことができ、電子放出特性の
向上をはかることができる。また更に、例えば蛍光体等
の陽極で電子が散乱反射し、この散乱反射電子或いはこ
れよりの2次電子が第2の電極3に達した場合において
も、第2の電極3即ちゲート電極が破壊されにくくな
り、電界放出型陰極装置の長寿命化をはかることができ
る。
Further, since the metal protective layer 13 is formed of a material having good conductivity, the electric conductivity of the second electrode 3 as a gate electrode is also improved, so that stable electron emission can be obtained even when an overcurrent flows. And the electron emission characteristics can be improved. Further, for example, even when electrons are scattered and reflected at the anode of a phosphor or the like and the scattered reflected electrons or secondary electrons therefrom reach the second electrode 3, the second electrode 3, that is, the gate electrode is broken. And the life of the field emission type cathode device can be extended.

【0027】尚、上述の各実施例においては、電界放出
型陰極装置のカソード9を円錐形状として形成した場合
であるが、角錐状としたり、例えば図1及び図2の紙面
に直交する方向に延長する断面錐状のストライプ状とす
る等、その他種々の形状構成を採ることができる。
In each of the above embodiments, the cathode 9 of the field emission type cathode device is formed in a conical shape. However, the cathode 9 may be formed in a pyramid shape or, for example, in a direction perpendicular to the plane of FIG. 1 and FIG. Various other shapes and configurations can be employed, such as an extended conical stripe.

【0028】また、上述した例では、金属保護層13を
第2の電極3と同時に形成したが、この金属保護層13
は、第2の電極3上の中間層7、材料層8等を剥離除去
してカソード9を形成した後、斜め蒸着等によって形成
しても良い。この場合、その斜め蒸着の角度を適切に選
定することによってキャビティ6内に被着しないように
形成することができる。
In the above-described example, the metal protective layer 13 is formed at the same time as the second electrode 3.
After forming the cathode 9 by peeling off the intermediate layer 7, the material layer 8 and the like on the second electrode 3, the cathode 9 may be formed by oblique deposition or the like. In this case, by appropriately selecting the angle of the oblique deposition, the film can be formed so as not to be adhered in the cavity 6.

【0029】また更に、前述した特開昭56−1607
40号公開公報に示した単結晶基板に対して結晶学的エ
ッチングを施してカソードを形成する製法によって本発
明電界放出型陰極装置を形成する場合においても、金属
保護層13を第2の電極3と同時に形成するか、或いは
最終的に斜め蒸着によって被着形成する等種々の方法に
よって金属保護層13を形成することができる。
Further, the above-mentioned JP-A-56-1607 has been disclosed.
In the case where the field emission type cathode device of the present invention is formed by a method of forming a cathode by subjecting a single crystal substrate to crystallographic etching shown in Japanese Patent Publication No. 40, the metal protective layer 13 is formed on the second electrode 3. The metal protective layer 13 can be formed by various methods, such as forming the metal protective layer 13 at the same time or finally forming the metal protective layer 13 by oblique deposition.

【0030】本発明電界放出型陰極装置を、平面型ディ
スプレイ装置に用いた場合の一例を図4及び図5を参照
して説明する。
An example in which the field emission type cathode device of the present invention is used in a flat display device will be described with reference to FIGS.

【0031】図4に平面型ディスプレイ装置の電子銃と
して用いた本発明電界放出型陰極装置の略線的拡大断面
図を示す。図4において、31はガラス等の基板10の
上に被着された例えばCr,Al等より成る第1の電極
となる導電層で、この導電層31上に例えば錐体状の
W,Mo等の高融点かつ低仕事関数の金属から成り、尖
鋭な先端形状を有する例えば円錐状のカソード9が例え
ば10μmピッチで形成され、その周囲にSiO2 等よ
り成る絶縁層2が形成され、この絶縁層2の上には、A
u,Pt等の導電性及び耐食性にすぐれた金属保護層1
3が被着され、Mo,W,Cr等の高融点金属より成る
第2の電極3が、カソード9に対するゲート33として
配置されて成る。そしてこの複数のカソード9に対して
蛍光体34が対向配置されるように、蛍光体34が被着
形成されたガラス35が配置される。そしてカソード9
からゲート33に穿設された開口5を通じて放出された
電子は矢印eで示すように、これら各カソード9に対向
配置された蛍光体34に向かうようになされる。また金
属保護層13と蛍光体34との距離Lを例えば数mm程
度とする。
FIG. 4 is a schematic enlarged cross-sectional view of a field emission type cathode device of the present invention used as an electron gun of a flat display device. In FIG. 4, reference numeral 31 denotes a conductive layer which is a first electrode made of, for example, Cr, Al, or the like, which is adhered on a substrate 10 made of glass or the like. For example, a conical cathode 9 made of a metal having a high melting point and a low work function and having a sharp tip shape is formed at a pitch of, for example, 10 μm, and an insulating layer 2 made of SiO 2 or the like is formed therearound. Above 2, A
Metal protective layer 1 having excellent conductivity and corrosion resistance such as u, Pt, etc.
3, a second electrode 3 made of a refractory metal such as Mo, W, or Cr is arranged as a gate 33 for the cathode 9. Then, the glass 35 on which the phosphor 34 is adhered is arranged such that the phosphor 34 is opposed to the plurality of cathodes 9. And the cathode 9
The electrons emitted through the openings 5 formed in the gate 33 are directed to the phosphors 34 arranged opposite to the respective cathodes 9 as shown by arrows e. The distance L between the metal protective layer 13 and the phosphor 34 is, for example, about several mm.

【0032】図5にこのような電界放出型陰極装置を多
数個配置した平面型ディスプレイ装置の一例の略線的分
解斜視図を示す。図5において、10はガラス等より成
る基板で、この上に例えばAl等より成る導電層31が
図において矢印xで示す方向に延長するストライプ状に
平行配置するように被着形成され、これの上に絶縁層2
を介して第2の電極3及び電極保護層13より成るゲー
ト33が図において矢印yで示す、矢印x方向とは直交
する方向に延長するストライプ状に平行配置するように
被着形成されて成る。これら導電層31とゲート33と
の交叉する正方形の領域においてゲート33に複数の開
口5が穿設され、絶縁層2に形成されたキャビティ内に
各カソード(図示せず)が例えば10μmピッチで全体
として上述の正方形の領域上に配置されるように形成さ
れて成る。
FIG. 5 is a schematic exploded perspective view of an example of a flat display device in which a plurality of such field emission cathode devices are arranged. In FIG. 5, reference numeral 10 denotes a substrate made of glass or the like, on which a conductive layer 31 made of, for example, Al is deposited and formed so as to be arranged in parallel in a stripe shape extending in a direction indicated by an arrow x in the figure. Insulation layer 2 on top
And a gate 33 composed of the second electrode 3 and the electrode protection layer 13 is formed so as to be arranged in parallel in a stripe shape extending in a direction orthogonal to the direction of the arrow x as shown by the arrow y in the drawing. . In the square area where the conductive layer 31 and the gate 33 intersect, a plurality of openings 5 are formed in the gate 33, and each cathode (not shown) is formed at a pitch of, for example, 10 μm in a cavity formed in the insulating layer 2. And formed on the above-described square area.

【0033】一方例えば正方形の各色の蛍光体即ちRで
示す赤色、Gで示す緑色、Bで示す青色の蛍光体34が
それぞれ同一の大きさ、ピッチをもって上述のカソード
9に対向配置して設けられる。これら各蛍光体34はI
TO(In,Snの複合酸化物)等の透明導電層を介し
てガラス35上に被着されて成り、このガラス35と基
板1とが例えば数mm程度のスペーサを介して接続さ
れ、これらによって囲まれた空間が所要の例えば10-6
Torr程度の真空度を保つように気密に封止されて成
る。
On the other hand, for example, phosphors of each color of a square, that is, red phosphors indicated by R, green phosphors indicated by G, and blue phosphors indicated by B are provided opposite to the cathode 9 with the same size and pitch. . Each of these phosphors 34 is I
It is formed on a glass 35 via a transparent conductive layer such as TO (composite oxide of In and Sn) or the like, and the glass 35 and the substrate 1 are connected via a spacer of, for example, about several mm. The enclosed space is required, for example, 10 -6
It is hermetically sealed so as to maintain a degree of vacuum of about Torr.

【0034】そして矢印xで示すx方向に延長する導電
層31と、矢印yで示すy方向に延長するゲート33と
に所要の即ち数十〜数百V程度例えば100Vの比較的
低電圧の電圧を印加すると共に、上述のITO等の蛍光
体34下の導電層とゲート33間に500V程度の加速
電圧を印加して、各色蛍光体34に対向するカソードか
ら電子を放出して各色蛍光体34を発光させることがで
きる。このようにして低電圧従って低消費電力で、薄型
の平面型ディスプレイ装置を得ることができる。
The conductive layer 31 extending in the x direction indicated by the arrow x and the gate 33 extending in the y direction indicated by the arrow y require a relatively low voltage of about tens to hundreds of volts, for example, 100 volts. And an acceleration voltage of about 500 V is applied between the conductive layer below the phosphor 34 such as ITO and the gate 33 to emit electrons from the cathode opposed to the phosphors 34 of each color, thereby causing the phosphors 34 of each color to be emitted. Can emit light. Thus, a low-profile flat display device with low voltage and low power consumption can be obtained.

【0035】尚、このようなディスプレイ装置におい
て、上述した蛍光体34とゲート33との距離を30m
m程度とする場合は、上述の加速電圧を3kV程度とし
て、同様にカソード9からの電子放出を行って各色蛍光
体34を発光させることができる。また更に、蛍光体3
4をガラス35上に直接的に被着し、その上にAl等の
金属層を薄く被着して、この金属層とゲート33とに加
速電圧を印加する場合は、その加速電圧を上述の電圧値
より大なる適切な電圧を印加することによって、同様に
蛍光体34を発光させることができる。
In such a display device, the distance between the phosphor 34 and the gate 33 is 30 m.
In the case of about m, the above-described acceleration voltage is set to about 3 kV, and similarly, electrons are emitted from the cathode 9 so that the phosphors 34 of each color can emit light. Furthermore, the phosphor 3
4 is directly deposited on the glass 35, a thin metal layer of Al or the like is thinly deposited thereon, and an acceleration voltage is applied to the metal layer and the gate 33. By applying an appropriate voltage higher than the voltage value, the phosphor 34 can emit light similarly.

【0036】このように平面型ディスプレイ装置の電子
銃として本発明電界放出型陰極装置を用いる場合、電子
放出を安定に行うことができ、散乱反射電子、2次電子
に対して影響を受けることなく、またゲート33の表面
が酸化しにくいため、特性の安定した電子銃を有する長
寿命の平面型ディスプレイ装置を得ることができる。
As described above, when the field emission type cathode device of the present invention is used as an electron gun of a flat display device, electrons can be emitted stably, without being affected by scattered reflected electrons and secondary electrons. In addition, since the surface of the gate 33 is hardly oxidized, a long-life flat display device having an electron gun with stable characteristics can be obtained.

【0037】[0037]

【発明の効果】上述したように、本発明電界放出型陰極
装置によれば、第2の電極すなわちゲートの耐食性が向
上し、酸化しにくく従って電子放出特性の変動を回避す
ることができる。また耐薬品性の向上をはかることもで
きる。
As described above, according to the field emission type cathode device of the present invention, the corrosion resistance of the second electrode, that is, the gate, is improved, and the second electrode is less likely to be oxidized. Further, the chemical resistance can be improved.

【0038】またこのゲートの電気伝導度が向上するた
め、安定な電子放出特性を得ることができ、同様の理由
によって散乱反射電子、2次電子等によるゲートの損
傷、破壊を抑制することができて、電界放出型陰極装置
の長寿命化をはかることができる。
Further, since the electrical conductivity of the gate is improved, stable electron emission characteristics can be obtained, and damage and destruction of the gate due to scattered reflected electrons, secondary electrons, etc. can be suppressed for the same reason. As a result, the life of the field emission type cathode device can be extended.

【0039】またこの電界放出型陰極装置の製造工程に
おいて、カソードの形成に際し、ゲート即ち第2の電極
3の上層材料層8等の剥離をリフトオフ等によって行う
場合、第2の電極3上の金属保護層13の選定によって
その剥離除去を行い易くすることができ、確実に選択的
に材料層8を除去して、電界放出型陰極装置を確実に形
成することができる。
In the manufacturing process of the field emission type cathode device, when the gate, that is, the upper material layer 8 of the second electrode 3 is peeled off by lift-off or the like when forming the cathode, the metal on the second electrode 3 The selection of the protective layer 13 facilitates the removal and removal thereof, and the material layer 8 can be reliably and selectively removed, so that the field emission cathode device can be reliably formed.

【0040】従って、このような電界放出型陰極装置を
用いて平面型ディスプレイ装置等を構成する場合、その
電子放出特性の安定性の向上及びその製造工程の確実化
によって、数億個程度のカソードを有する電界放出型陰
極装置といえども確実に形成することができて、このよ
うなディスプレイ装置の歩留りの向上と、寿命の長期化
をはかることができる。
Therefore, when a flat display device or the like is constructed by using such a field emission type cathode device, several hundred million cathodes are required by improving the stability of the electron emission characteristics and ensuring the manufacturing process. The field emission type cathode device having the above structure can be surely formed, so that the yield of such a display device can be improved and the life thereof can be prolonged.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明電界放出型陰極装置の一例の略線的拡大
断面図である。
FIG. 1 is a schematic enlarged sectional view of an example of a field emission type cathode device of the present invention.

【図2】本発明電界放出型陰極装置の他の例の略線的拡
大断面図である。
FIG. 2 is a schematic enlarged sectional view of another example of the field emission type cathode device of the present invention.

【図3】電界放出型陰極装置の一例の製法を示す製造工
程図である。
FIG. 3 is a manufacturing process diagram showing a manufacturing method of an example of a field emission type cathode device.

【図4】電界放出型陰極装置の一例の略線的拡大断面図
である。
FIG. 4 is a schematic enlarged sectional view of an example of a field emission type cathode device.

【図5】平面型ディスプレイ装置の一例の略線的分解斜
視図である。
FIG. 5 is a schematic exploded perspective view of an example of the flat display device.

【図6】従来の電界放出型陰極装置の一例の略線的拡大
断面図である。
FIG. 6 is a schematic enlarged cross-sectional view of an example of a conventional field emission cathode device.

【図7】電界放出型陰極装置の製法の一例を示す製造工
程図である。
FIG. 7 is a manufacturing process diagram showing an example of a method for manufacturing a field emission cathode device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基体(第1の電極) 2 絶縁層 3 第2の電極 4 レジスト 5 開口 7 中間層 8 材料層 9 カソード 10 基板 11 第1の電極 13 金属保護層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base (1st electrode) 2 Insulating layer 3 2nd electrode 4 Resist 5 Opening 7 Intermediate layer 8 Material layer 9 Cathode 10 Substrate 11 1st electrode 13 Metal protective layer

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の電極が構成された基体上に、キャ
ビティが形成された絶縁層と、上記キャビティの内部の
上記第1の電極上に形成されたカソードと、上記絶縁層
上に形成された第2の電極とを具備する電界放出型陰極
装置において、上記第2の電極の表面に、導電性及び耐
食性にすぐれた金属保護層が被着されて成ることを特徴
とする電界放出型陰極装置。
1. An insulating layer having a cavity formed on a base on which a first electrode is formed; a cathode formed on the first electrode inside the cavity; and a cathode formed on the insulating layer. And a second electrode provided with a metal protective layer having excellent conductivity and corrosion resistance on the surface of the second electrode. Cathode device.
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