JP3135131B2 - 電子放出素子 - Google Patents
電子放出素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電界放出型電子放出素子
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電子放出素子としては熱陰極型電
子放出素子が多く用いられていたが、熱電極を利用した
電子放出は、加熱によるエネルギーロスが大きいこと、
予備加熱が必要であること等の問題点を有していた。
子放出素子が多く用いられていたが、熱電極を利用した
電子放出は、加熱によるエネルギーロスが大きいこと、
予備加熱が必要であること等の問題点を有していた。
【０００３】これらの問題点を解決するため、冷陰極型
の電子放出素子がいくつか提案されており、その中に局
所的に高電界を発生させ、電界放出により電子放出を行
なわせる電界効果型の電子放出素子がある。
の電子放出素子がいくつか提案されており、その中に局
所的に高電界を発生させ、電界放出により電子放出を行
なわせる電界効果型の電子放出素子がある。
【０００４】図５は上記の電界放出型の電子放出素子の
一例を示す概略的部分断面図であり、図６（ａ）〜図６
（ｄ）はその製造方法を説明するための概略的工程図で
ある。
一例を示す概略的部分断面図であり、図６（ａ）〜図６
（ｄ）はその製造方法を説明するための概略的工程図で
ある。
【０００５】図５に示すように、Ｓｉ等の基体７０１上
にＭｏ（モリブデン）等により形成された点状電子放出
部６０８を設け、この点状電子放出部６０８を中心とす
る開口部が設けられたＳｉＯ2 等の絶縁層７０２が形成
され、その上に前記円錐形状の尖頭部の近傍にその端部
が形成された引き出し電極７０９が設けられている。こ
のような構造の電子放出素子において、基体７０１と引
き出し電極７０９との間に電圧を印加すると、電界強度
の強い尖頭部から電子が放出される。
にＭｏ（モリブデン）等により形成された点状電子放出
部６０８を設け、この点状電子放出部６０８を中心とす
る開口部が設けられたＳｉＯ2 等の絶縁層７０２が形成
され、その上に前記円錐形状の尖頭部の近傍にその端部
が形成された引き出し電極７０９が設けられている。こ
のような構造の電子放出素子において、基体７０１と引
き出し電極７０９との間に電圧を印加すると、電界強度
の強い尖頭部から電子が放出される。
【０００６】上記電子放出素子は、次のような工程で製
造することができる。
造することができる。
【０００７】まず、図６（ａ）に示すように、Ｓｉ等
の基体７０１の上にＳｉＯ2 酸化膜等 の絶縁層７０
２を形成する。
の基体７０１の上にＳｉＯ2 酸化膜等 の絶縁層７０
２を形成する。
【０００８】電子ビーム蒸着等によりＭｏ層７０９を
形成する。
形成する。
【０００９】ＰＭＭＡ（poly-methyl-methacrylate）
等の電子線レジストを、スピンコート法を用いてＭｏ層
７０９上に塗布する。
等の電子線レジストを、スピンコート法を用いてＭｏ層
７０９上に塗布する。
【００１０】電子ビームムを照射してパターニングを
行なった後、イソプロピルアルコール等で電子線レジス
トを部分的に除去する。
行なった後、イソプロピルアルコール等で電子線レジス
トを部分的に除去する。
【００１１】Ｍｏ層７０９を選択的にエッチングして
第１の開口部６０３を形成する。
第１の開口部６０３を形成する。
【００１２】電子線レジストを完全に除去したのち、
弗化水素酸を用いて絶縁層７０２をエッチングして第２
の開口部７０４を形成する。
弗化水素酸を用いて絶縁層７０２をエッチングして第２
の開口部７０４を形成する。
【００１３】次に、図（ｂ）に示すように、回転軸Ｘ
を中心として基体７０１を回転させながら、一定の角度
θ傾斜させてＡｌをＭｏ層７０９の上面に蒸着させてＡ
ｌ層７０５を形成する。このとき前記Ｍｏ層７０９の側
面部にもＡｌが蒸着されるので、この蒸着量を制御する
ことにより、第１の開口部７０３の直径を任意に小さく
することができる。
を中心として基体７０１を回転させながら、一定の角度
θ傾斜させてＡｌをＭｏ層７０９の上面に蒸着させてＡ
ｌ層７０５を形成する。このとき前記Ｍｏ層７０９の側
面部にもＡｌが蒸着されるので、この蒸着量を制御する
ことにより、第１の開口部７０３の直径を任意に小さく
することができる。
【００１４】次に、図６（ｃ）に示すように、基体７０
１に対して垂直にＭｏを電子ビーム蒸着等によって蒸着
する。このときＭｏはＡｌ層７０５上および基体７０１
上だけでなくＡｌ層７０５の側面にも堆積されるので、
第１の開口部７０３の直径はＭｏ層７０６の積層に伴っ
て徐々に小さくなっていく。この第１の開口部７０３の
直径の減少に伴って、基体に堆積されていく蒸着物（Ｍ
ｏ）の蒸着範囲も小さくなっていくために、基体７０１
上には略円錐形状の電極７０８が形成される。最後に、
図６（ｄ）に示すように、堆積したＭＯ層７０６および
Ａｌ層７０５を除去することにより、電界放出型電子放
出素子が形成される。
１に対して垂直にＭｏを電子ビーム蒸着等によって蒸着
する。このときＭｏはＡｌ層７０５上および基体７０１
上だけでなくＡｌ層７０５の側面にも堆積されるので、
第１の開口部７０３の直径はＭｏ層７０６の積層に伴っ
て徐々に小さくなっていく。この第１の開口部７０３の
直径の減少に伴って、基体に堆積されていく蒸着物（Ｍ
ｏ）の蒸着範囲も小さくなっていくために、基体７０１
上には略円錐形状の電極７０８が形成される。最後に、
図６（ｄ）に示すように、堆積したＭＯ層７０６および
Ａｌ層７０５を除去することにより、電界放出型電子放
出素子が形成される。
【００１５】
【発明が解決しようとしている課題】しかし、上記従来
例では電界形成空間及び電子放出部を斜め蒸着法等の技
術により作製しているため、電子放出部先端の曲率半径
をさらに小さくすることは困難であった。また、電子放
出部となる金属材料を基板全面に蒸着するため、電子放
出部を形成した後に不要な金属材料のみを選択的に除去
しなくてはならなかった。
例では電界形成空間及び電子放出部を斜め蒸着法等の技
術により作製しているため、電子放出部先端の曲率半径
をさらに小さくすることは困難であった。また、電子放
出部となる金属材料を基板全面に蒸着するため、電子放
出部を形成した後に不要な金属材料のみを選択的に除去
しなくてはならなかった。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の電界放出型電子
放出素子は、単結晶シリコンからなる基体と、この基体
の表面に形成された絶縁体層と、この絶縁体層に形成し
た、前記単結晶シリコンが露出する穴と、この穴内に露
出する前記単結晶シリコンの表面に、アルミニウムを構
成元素の１つとする有機アルミニウムガスを用いた化学
的気相成長法により堆積された、先端の尖った単結晶ア
ルミニウム堆積部とを備え、この堆積部をエミッタとし
て用いたことを特徴とする。
放出素子は、単結晶シリコンからなる基体と、この基体
の表面に形成された絶縁体層と、この絶縁体層に形成し
た、前記単結晶シリコンが露出する穴と、この穴内に露
出する前記単結晶シリコンの表面に、アルミニウムを構
成元素の１つとする有機アルミニウムガスを用いた化学
的気相成長法により堆積された、先端の尖った単結晶ア
ルミニウム堆積部とを備え、この堆積部をエミッタとし
て用いたことを特徴とする。
【００１７】すなわち本発明によれば、単結晶シリコン
上にのみ選択的に単結晶のアルミニウムが堆積可能な技
術を用いることにより、単結晶シリコン基板上に形成し
た絶縁体層に設けた穴を起点として選択的に単結晶アル
ミニウムが成長可能である。したがって、従来例の様に
不必要な場所にアルミニウムが堆積することもなく、工
程の簡略化が可能となる。また、基板である単結晶シリ
コンの結晶面方位が（１１１）である時は、選択的に成
長した単結晶アルミニウムの結晶面方位は常に（１０
０）であり、さらに成長を続けると（１００）面はなく
なり、先端の尖った形状となる。したがって、電界放出
型電子放出素子のエミッタとしては優れており、且つ、
複数の単結晶アルミニウムを同一基板内に同時に成長し
ても、それぞれの単結晶アルミニウムは均一性が高く、
基板面内のバラツキが著しく少ない。また、絶縁体上に
同様の堆積法を用いてアルミニウムを堆積したい場合
は、絶縁体表面をプラズマ処理することにより、非晶質
のアルミニウムが堆積可能である。
上にのみ選択的に単結晶のアルミニウムが堆積可能な技
術を用いることにより、単結晶シリコン基板上に形成し
た絶縁体層に設けた穴を起点として選択的に単結晶アル
ミニウムが成長可能である。したがって、従来例の様に
不必要な場所にアルミニウムが堆積することもなく、工
程の簡略化が可能となる。また、基板である単結晶シリ
コンの結晶面方位が（１１１）である時は、選択的に成
長した単結晶アルミニウムの結晶面方位は常に（１０
０）であり、さらに成長を続けると（１００）面はなく
なり、先端の尖った形状となる。したがって、電界放出
型電子放出素子のエミッタとしては優れており、且つ、
複数の単結晶アルミニウムを同一基板内に同時に成長し
ても、それぞれの単結晶アルミニウムは均一性が高く、
基板面内のバラツキが著しく少ない。また、絶縁体上に
同様の堆積法を用いてアルミニウムを堆積したい場合
は、絶縁体表面をプラズマ処理することにより、非晶質
のアルミニウムが堆積可能である。
【００１８】
【実施例】図１は本発明の特徴を良く表わした、電界放
出型電子放出素子を用いた真空３極管の１断面の概略図
である。図中、１０１は基板となる単結晶シリコンウエ
ハ、１０２、１０３及び１０５はそれぞれ絶縁膜、１０
４は導伝膜である引き出し電極、１０６は本発明の特徴
である有機アルミニウムを用いたＣＶＤ法による非晶質
アルミニウムで形成されたコレクタ、１０７は本発明の
特徴である有機アルミニウムを用いたＣＶＤ法による単
結晶アルミニウムで形成されたエミッタ、１０８及び１
０９はそれぞれ電源、１１０は電流計である。本真空３
極管の製造方法の１例を図２により述べる。先ず、図２
（ａ）に示した様に、結晶面方位が（１１１）で、比抵
抗が約５０Ωcmであるｎ型シリコン基板２０１上に通常
の真空スパッタ法により酸化シリコン膜２０２を厚さ
０．５μｍ堆積した。次に、この酸化シリコン膜に通常
の電子ビームリソグラフィー法とドライエッチング法と
により０．５μｍ角のエッチング孔２０３を形成した。
次に図２（ｂ）に示した様に、通常の真空スパッタ法に
より酸化シリコン膜２０４、タングステン膜２０５及び
酸化シリコン膜２０６をそれぞれ厚さ１μｍ、０．２μ
ｍ及び１μｍずつ順次堆積した後、通常の電子ビームリ
ソグラフィー法とドライエッチング法とにより１μｍ角
のエッチング孔２０７を形成した。次に図２（ｃ）に示
した様に、本発明の特徴の１つである有機アルミニウム
ガスを用いたＣＶＤ法により電子放出を行なうエミッタ
となる部分の原形２０８を形成した。具体的には、図２
（ｂ）のように加工した試料を前記ＣＶＤ装置の試料ス
テージに設置し後、到達真空度約１×１０-7Ｔｏｒｒに
排気し、基板温度を２７０℃に加熱した。室温で液体で
あるＤＭＡＨ（ジメチルアルミニウムハイドライド）を
水素ガスでバブリングして水素ガスと共に前記ＣＶＤ装
置内に導入し、ノズルより前記試料表面に噴射したとこ
ろ、試料表面においてＤＭＡＨが基板温度と基板である
単結晶シリコン表面の何等かの影響により分解反応を起
こし、単結晶シリコンが露出した部分にのみ単結晶のア
ルミニウムが堆積し、それ以外の部分には何も堆積しな
かつた。ここで、ＤＭＡＨを容器に入れ、水素ガスでバ
ブリングすることにより、水素ガス中のＤＭＡＨ蒸気圧
は７．８×１０-3Ｔｏｒｒであり、ＣＶＤ装置の圧力と
してはキャリアガスである水素ガスを含めた全圧として
２Ｔｏｒｒとしたところ、堆積速度は約２００Å／min
であった。ここで、堆積速度は前記基板温度、ＤＭＡＨ
蒸気圧及び全圧により変化した。堆積時間を設定するこ
とにより、堆積した単結晶アルミニウムの断面形状を図
２（ｃ）に示した２０８の様にすることが可能であっ
た。これは、結晶面方位が（１１１）である単結晶シリ
コン基板上に堆積する単結晶アルミニウムの結晶面方位
は（１００）であり、この単結晶アルミニウムは（１０
０）の面の成長速度が（１１１）面の成長速度より速い
ために、やがて（１００）面は見えなくなり、２０８の
様に先端の尖った結晶粒が得られる。次に、先程のＣＶ
Ｄ装置に高周波を印加することにより水素ガスとＤＭＡ
Ｈガスのプラズマを試料表面付近に形成したところ、先
に形成した単結晶アルミニウム上にはさらに単結晶アル
ミニウムがエピタキシャル成長して２０８’の様に、プ
ラズマを形成しなかったときには何も堆積しなかった酸
化シリコン膜２０６上には図２（ｃ）の様に非晶質アル
ミニウム２０９が堆積した。これは、プラズマによる促
進効果によりＤＭＡＨガスが分解反応を起こし易くな
り、２７０℃に加熱した酸化シリコン表面にもアルミニ
ウムが堆積するようになったものと考えられる。このよ
うにして、図２（ｄ）の様な形状をした真空３極管を容
易に作製した。この真空管を真空度１×１０-7Ｔｏｒｒ
に排気した真空チャンバ内に設置し、図１に示した様
に、単結晶シリコン基板１０１に電源１０９により約−
２００Ｖを印加し、単結晶シリコン基板１０１を引き出
し電極であるタングステン膜１０４とに電源１０８によ
り約５０Ｖを印加したところ、単結晶アルミニウム１０
７の先端より電子放出が起こり、電流計１１０は約０．
１Ａを示した。エミッタ・引き出し電極管に、電源１０
８により電圧２０Ｖ〜８０Ｖを印加することにより電子
放出が起こりコレクタに約０．５Ａ〜０．０５Ａが流れ
てＯＮ状態を示し、電圧１００Ｖ以上を印加することに
より電子放出は起こらず、コレクタには電流が流れずに
ＯＦＦ状態を示した。この様に作製した素子は良好なス
イッチング特性を有した。
出型電子放出素子を用いた真空３極管の１断面の概略図
である。図中、１０１は基板となる単結晶シリコンウエ
ハ、１０２、１０３及び１０５はそれぞれ絶縁膜、１０
４は導伝膜である引き出し電極、１０６は本発明の特徴
である有機アルミニウムを用いたＣＶＤ法による非晶質
アルミニウムで形成されたコレクタ、１０７は本発明の
特徴である有機アルミニウムを用いたＣＶＤ法による単
結晶アルミニウムで形成されたエミッタ、１０８及び１
０９はそれぞれ電源、１１０は電流計である。本真空３
極管の製造方法の１例を図２により述べる。先ず、図２
（ａ）に示した様に、結晶面方位が（１１１）で、比抵
抗が約５０Ωcmであるｎ型シリコン基板２０１上に通常
の真空スパッタ法により酸化シリコン膜２０２を厚さ
０．５μｍ堆積した。次に、この酸化シリコン膜に通常
の電子ビームリソグラフィー法とドライエッチング法と
により０．５μｍ角のエッチング孔２０３を形成した。
次に図２（ｂ）に示した様に、通常の真空スパッタ法に
より酸化シリコン膜２０４、タングステン膜２０５及び
酸化シリコン膜２０６をそれぞれ厚さ１μｍ、０．２μ
ｍ及び１μｍずつ順次堆積した後、通常の電子ビームリ
ソグラフィー法とドライエッチング法とにより１μｍ角
のエッチング孔２０７を形成した。次に図２（ｃ）に示
した様に、本発明の特徴の１つである有機アルミニウム
ガスを用いたＣＶＤ法により電子放出を行なうエミッタ
となる部分の原形２０８を形成した。具体的には、図２
（ｂ）のように加工した試料を前記ＣＶＤ装置の試料ス
テージに設置し後、到達真空度約１×１０-7Ｔｏｒｒに
排気し、基板温度を２７０℃に加熱した。室温で液体で
あるＤＭＡＨ（ジメチルアルミニウムハイドライド）を
水素ガスでバブリングして水素ガスと共に前記ＣＶＤ装
置内に導入し、ノズルより前記試料表面に噴射したとこ
ろ、試料表面においてＤＭＡＨが基板温度と基板である
単結晶シリコン表面の何等かの影響により分解反応を起
こし、単結晶シリコンが露出した部分にのみ単結晶のア
ルミニウムが堆積し、それ以外の部分には何も堆積しな
かつた。ここで、ＤＭＡＨを容器に入れ、水素ガスでバ
ブリングすることにより、水素ガス中のＤＭＡＨ蒸気圧
は７．８×１０-3Ｔｏｒｒであり、ＣＶＤ装置の圧力と
してはキャリアガスである水素ガスを含めた全圧として
２Ｔｏｒｒとしたところ、堆積速度は約２００Å／min
であった。ここで、堆積速度は前記基板温度、ＤＭＡＨ
蒸気圧及び全圧により変化した。堆積時間を設定するこ
とにより、堆積した単結晶アルミニウムの断面形状を図
２（ｃ）に示した２０８の様にすることが可能であっ
た。これは、結晶面方位が（１１１）である単結晶シリ
コン基板上に堆積する単結晶アルミニウムの結晶面方位
は（１００）であり、この単結晶アルミニウムは（１０
０）の面の成長速度が（１１１）面の成長速度より速い
ために、やがて（１００）面は見えなくなり、２０８の
様に先端の尖った結晶粒が得られる。次に、先程のＣＶ
Ｄ装置に高周波を印加することにより水素ガスとＤＭＡ
Ｈガスのプラズマを試料表面付近に形成したところ、先
に形成した単結晶アルミニウム上にはさらに単結晶アル
ミニウムがエピタキシャル成長して２０８’の様に、プ
ラズマを形成しなかったときには何も堆積しなかった酸
化シリコン膜２０６上には図２（ｃ）の様に非晶質アル
ミニウム２０９が堆積した。これは、プラズマによる促
進効果によりＤＭＡＨガスが分解反応を起こし易くな
り、２７０℃に加熱した酸化シリコン表面にもアルミニ
ウムが堆積するようになったものと考えられる。このよ
うにして、図２（ｄ）の様な形状をした真空３極管を容
易に作製した。この真空管を真空度１×１０-7Ｔｏｒｒ
に排気した真空チャンバ内に設置し、図１に示した様
に、単結晶シリコン基板１０１に電源１０９により約−
２００Ｖを印加し、単結晶シリコン基板１０１を引き出
し電極であるタングステン膜１０４とに電源１０８によ
り約５０Ｖを印加したところ、単結晶アルミニウム１０
７の先端より電子放出が起こり、電流計１１０は約０．
１Ａを示した。エミッタ・引き出し電極管に、電源１０
８により電圧２０Ｖ〜８０Ｖを印加することにより電子
放出が起こりコレクタに約０．５Ａ〜０．０５Ａが流れ
てＯＮ状態を示し、電圧１００Ｖ以上を印加することに
より電子放出は起こらず、コレクタには電流が流れずに
ＯＦＦ状態を示した。この様に作製した素子は良好なス
イッチング特性を有した。
【００１９】図３は、本発明を利用して作製したフラッ
トディスプレイの１部分を、断面図図３（ｃ）と、この
断面図に示した矢印位置における平面図（図３（ａ）及
び図３（ｂ）とにより、模式的に示したものである。図
中、３０１はシリコン基板、３０２、３０３及び３０５
はそれぞれ絶縁体層、３０４は１方向に長い引き出し電
極、３０６は３０４と直交する方向に長いゲート、３０
７は電界放出型エミッタ、３０８は隔壁、３０９はバッ
クメタル、３１０は蛍光体、３１１はガラス基板であ
る。引き出し電極３０４とゲート３０６との交点にエミ
ッタ３０７が位置しており、マトリクスを形成してい
る。以下に、本フラットディスプレイの製造方法につい
て述べる。先ず、図３（ｃ）に示した様に、結晶面方位
が（１１１）で、比抵抗が約５０ΩcmであるＮ型シリコ
ン基板３０１上に通常の真空スパッタ法により酸化シリ
コン膜３０２を厚さ０．５μｍ堆積した。次に、この酸
化シリコン膜に通常の電子ビームリソグラフィー法とド
ライエッチング法とにより０．５μｍ角のエッチング孔
を形成した。さらに、通常の真空スパッタ法により酸化
シリコン膜３０３、タングステン膜３０４及び酸化シリ
コン膜３０５をそれぞれ厚さ１μｍ、０．２μｍ及び
０．６μｍずつ順次堆積した後、通常の電子ビームリソ
グラフィー法とドライエッチング法とにより１μｍ角の
エッチング孔を形成した。次に、本発明の特徴の１つで
ある有機アルミニウムガスを用いたＣＶＤ法により電子
放出を行なうエミッタ３０８となる部分の原形を形成し
た。具体的には、試料を前記ＣＶＤ装置の試料ステージ
に設置した後、到達真空度約１×１０-7Ｔｏｒｒに排気
し、基板温度を２７０℃に加熱した。室温で液体である
ＤＭＡＨ（ジメチルアルミニウムハイドライド）を水素
ガスでバブリングして水素ガスと共に前記ＣＶＤ装置内
に導入し、ノズルより前記試料表面に噴射したところ、
試料表面においてＤＭＡＨが基板温度と基板である単結
晶シリコン表面の何等かの影響により分解反応を起こ
し、単結晶シリコンが露出した部分にのみ単結晶のアル
ミニウムが堆積し、それ以外の部分には何も堆積しなか
った。ここで、ＤＭＡＨを容器に入れ、水素ガスでバブ
リングすることにより、水素ガス中のＤＭＡＨ蒸気圧は
７．８×１０-3Ｔｏｒｒであり、ＣＶＤ装置の圧力とし
てはキャリアガスである水素ガスを含めた全圧として２
Ｔｏｒｒとしたところ、堆積速度は約２００Å／min で
あった。ここで、堆積速度は前記基板温度、ＤＭＡＨ蒸
気圧及び全圧により変化した。堆積時間を設定すること
により、堆積した単結晶アルミニウムの断面形状を図示
した様に先端の尖った形とすることが可能であった。こ
れは、結晶面方位が（１１１）である単結晶シリコン基
板上に堆積する単結晶アルミニウムの結晶面方位は（１
００）であり、この単結晶アルミニウムは（１００）面
の成長速度が（１１１）面の成長速度より速いために、
やがて（１００）面は見えなくなり、先端の尖った結晶
粒が得られる。次に、先程のＣＶＤ装置に高周波を印加
することにより水素ガスとＤＭＡＨガスのプラズマを試
料表面付近に形成したところ、先に形成した単結晶アル
ミニウム上にはさらに単結晶アルミニウムがエピタキシ
ャル成長して、プラズマを形成しなかったときには何も
堆積しなかった酸化シリコン膜３０５上には非晶質アル
ミニウム３０６が堆積した。これは、プラズマによる促
進効果によりＤＭＡＨガスが分解反応を起こし易くな
り、２７０℃に加熱した酸化シリコン表面にもアルミニ
ウムが堆積するようになったものと考えられる。さら
に、通常のフォトレジストにより隔壁３０８の反転パタ
ーンを作製し、全面に酸化シリコンを電子ビーム蒸着
後、前記フォトレジストのリフトオフプロセスにより前
記酸化シリコン膜の隔壁３０８を形成した。この隔壁３
０８としての絶縁膜の絶縁抵抗値や膜質はあまり重要で
はないので、電子ビーム蒸着による酸化シリコン膜を用
いた。この隔壁は隣の素子とのクロストークを防ぐ効果
と、内部が真空である本フラットディスプレイを耐大気
圧構造とするために重要である。このようにして、フラ
ットディスプレイの電子放出側を容易に作製できた。次
に、表示側の作製方法について述べる。ガラス基板３１
１上に赤、緑、青の３原色の蛍光体を塗り分けるため
に、フォトレジストにより１色ずつリフトオフ法を繰り
返して作製した。これは、ブラウン管やプラズマディス
プレイパネルの様な通常の蛍光体を用いたカラーディス
プレイの作製方法の１種である。３色の蛍光体３１０が
塗り終わった後、その表面へ通常の電子ビーム蒸着法に
よりアルミニウムを堆積してバックメタル３０９とし
た。このバックメタルは、エミッタより放出した電子ビ
ームを蛍光体に衝突させるときの加速電極としての役割
と、蛍光体よりの発光を前面に反射させることによるデ
ィスプレイの輝度アップの役割とがある。この様にして
作製した電子放出側と表示側とを真空封着することによ
り本フラットディスプレイを完成した。本ディスプレイ
の模式的な分解斜視図を図４に示した。本ディスプレイ
は、通常の液晶ディスプレイ等のＸＹマトリクスを形成
したディスプレイの駆動と同じように、それぞれ直交し
た異なる方向に長い引き出し電極３０４とゲート３０６
との交点に位置するエミッタ３０７から放出した電子ビ
ームのみが蛍光体３１０を発光させるものである。
トディスプレイの１部分を、断面図図３（ｃ）と、この
断面図に示した矢印位置における平面図（図３（ａ）及
び図３（ｂ）とにより、模式的に示したものである。図
中、３０１はシリコン基板、３０２、３０３及び３０５
はそれぞれ絶縁体層、３０４は１方向に長い引き出し電
極、３０６は３０４と直交する方向に長いゲート、３０
７は電界放出型エミッタ、３０８は隔壁、３０９はバッ
クメタル、３１０は蛍光体、３１１はガラス基板であ
る。引き出し電極３０４とゲート３０６との交点にエミ
ッタ３０７が位置しており、マトリクスを形成してい
る。以下に、本フラットディスプレイの製造方法につい
て述べる。先ず、図３（ｃ）に示した様に、結晶面方位
が（１１１）で、比抵抗が約５０ΩcmであるＮ型シリコ
ン基板３０１上に通常の真空スパッタ法により酸化シリ
コン膜３０２を厚さ０．５μｍ堆積した。次に、この酸
化シリコン膜に通常の電子ビームリソグラフィー法とド
ライエッチング法とにより０．５μｍ角のエッチング孔
を形成した。さらに、通常の真空スパッタ法により酸化
シリコン膜３０３、タングステン膜３０４及び酸化シリ
コン膜３０５をそれぞれ厚さ１μｍ、０．２μｍ及び
０．６μｍずつ順次堆積した後、通常の電子ビームリソ
グラフィー法とドライエッチング法とにより１μｍ角の
エッチング孔を形成した。次に、本発明の特徴の１つで
ある有機アルミニウムガスを用いたＣＶＤ法により電子
放出を行なうエミッタ３０８となる部分の原形を形成し
た。具体的には、試料を前記ＣＶＤ装置の試料ステージ
に設置した後、到達真空度約１×１０-7Ｔｏｒｒに排気
し、基板温度を２７０℃に加熱した。室温で液体である
ＤＭＡＨ（ジメチルアルミニウムハイドライド）を水素
ガスでバブリングして水素ガスと共に前記ＣＶＤ装置内
に導入し、ノズルより前記試料表面に噴射したところ、
試料表面においてＤＭＡＨが基板温度と基板である単結
晶シリコン表面の何等かの影響により分解反応を起こ
し、単結晶シリコンが露出した部分にのみ単結晶のアル
ミニウムが堆積し、それ以外の部分には何も堆積しなか
った。ここで、ＤＭＡＨを容器に入れ、水素ガスでバブ
リングすることにより、水素ガス中のＤＭＡＨ蒸気圧は
７．８×１０-3Ｔｏｒｒであり、ＣＶＤ装置の圧力とし
てはキャリアガスである水素ガスを含めた全圧として２
Ｔｏｒｒとしたところ、堆積速度は約２００Å／min で
あった。ここで、堆積速度は前記基板温度、ＤＭＡＨ蒸
気圧及び全圧により変化した。堆積時間を設定すること
により、堆積した単結晶アルミニウムの断面形状を図示
した様に先端の尖った形とすることが可能であった。こ
れは、結晶面方位が（１１１）である単結晶シリコン基
板上に堆積する単結晶アルミニウムの結晶面方位は（１
００）であり、この単結晶アルミニウムは（１００）面
の成長速度が（１１１）面の成長速度より速いために、
やがて（１００）面は見えなくなり、先端の尖った結晶
粒が得られる。次に、先程のＣＶＤ装置に高周波を印加
することにより水素ガスとＤＭＡＨガスのプラズマを試
料表面付近に形成したところ、先に形成した単結晶アル
ミニウム上にはさらに単結晶アルミニウムがエピタキシ
ャル成長して、プラズマを形成しなかったときには何も
堆積しなかった酸化シリコン膜３０５上には非晶質アル
ミニウム３０６が堆積した。これは、プラズマによる促
進効果によりＤＭＡＨガスが分解反応を起こし易くな
り、２７０℃に加熱した酸化シリコン表面にもアルミニ
ウムが堆積するようになったものと考えられる。さら
に、通常のフォトレジストにより隔壁３０８の反転パタ
ーンを作製し、全面に酸化シリコンを電子ビーム蒸着
後、前記フォトレジストのリフトオフプロセスにより前
記酸化シリコン膜の隔壁３０８を形成した。この隔壁３
０８としての絶縁膜の絶縁抵抗値や膜質はあまり重要で
はないので、電子ビーム蒸着による酸化シリコン膜を用
いた。この隔壁は隣の素子とのクロストークを防ぐ効果
と、内部が真空である本フラットディスプレイを耐大気
圧構造とするために重要である。このようにして、フラ
ットディスプレイの電子放出側を容易に作製できた。次
に、表示側の作製方法について述べる。ガラス基板３１
１上に赤、緑、青の３原色の蛍光体を塗り分けるため
に、フォトレジストにより１色ずつリフトオフ法を繰り
返して作製した。これは、ブラウン管やプラズマディス
プレイパネルの様な通常の蛍光体を用いたカラーディス
プレイの作製方法の１種である。３色の蛍光体３１０が
塗り終わった後、その表面へ通常の電子ビーム蒸着法に
よりアルミニウムを堆積してバックメタル３０９とし
た。このバックメタルは、エミッタより放出した電子ビ
ームを蛍光体に衝突させるときの加速電極としての役割
と、蛍光体よりの発光を前面に反射させることによるデ
ィスプレイの輝度アップの役割とがある。この様にして
作製した電子放出側と表示側とを真空封着することによ
り本フラットディスプレイを完成した。本ディスプレイ
の模式的な分解斜視図を図４に示した。本ディスプレイ
は、通常の液晶ディスプレイ等のＸＹマトリクスを形成
したディスプレイの駆動と同じように、それぞれ直交し
た異なる方向に長い引き出し電極３０４とゲート３０６
との交点に位置するエミッタ３０７から放出した電子ビ
ームのみが蛍光体３１０を発光させるものである。
【００２０】
【発明の効果】以上説明した様に、有機アルミニウムガ
スを用いた化学的気相成長法により、単結晶シリコン基
板が露出した部分にのみアルミニウムが堆積可能であ
り、且つ、そのアルミニウムが単結晶であるため、電界
放出型電子放出素子のエミッタのように先端のとがった
構造が容易に形成可能である。また、不必要な部分には
堆積しないので工程の簡略化が容易である。また、絶縁
体上においても同様の堆積法を用いてアルミニウムを堆
積した場合は、絶縁体表面をプラズマ処理することによ
り、非晶質のアルミニウムが堆積可能である。したがっ
て、電界放出型電子放出部のエミッタ及び引き出し電極
やゲート等を同一のＣＶＤ装置内で形成可能であり、プ
ロセスの簡略化に大いに貢献するものである。
スを用いた化学的気相成長法により、単結晶シリコン基
板が露出した部分にのみアルミニウムが堆積可能であ
り、且つ、そのアルミニウムが単結晶であるため、電界
放出型電子放出素子のエミッタのように先端のとがった
構造が容易に形成可能である。また、不必要な部分には
堆積しないので工程の簡略化が容易である。また、絶縁
体上においても同様の堆積法を用いてアルミニウムを堆
積した場合は、絶縁体表面をプラズマ処理することによ
り、非晶質のアルミニウムが堆積可能である。したがっ
て、電界放出型電子放出部のエミッタ及び引き出し電極
やゲート等を同一のＣＶＤ装置内で形成可能であり、プ
ロセスの簡略化に大いに貢献するものである。
【図１】本発明を実施した電界放出型電子放出素子によ
る真空３極管の断面図。
る真空３極管の断面図。
【図２】図１に示した真空３極管の製造工程を示した断
面図。
面図。
【図３】本発明を実施した電界放出型電子放出素子によ
るフラットディスプレイを示し、（ａ）、（ｂ）は断面
図、（ｃ）は平面図。
るフラットディスプレイを示し、（ａ）、（ｂ）は断面
図、（ｃ）は平面図。
【図４】図３に示したフラットディスプレイの分解斜視
図。
図。
【図５】従来の電界放出型電子放出素子の断面図。
【図６】従来の電界放出型電子放出素子の製造工程を示
した断面図。
した断面図。
１０１ 単結晶シリコンウエハ １０２，１０３，１０５ 絶縁膜 １０４ 引き出し電極 １０６ コレクタ １０７ エミッタ １０８，１０９ 電源 １１０ 電流計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 1/304 H01J 9/02 H01J 29/04 H01J 31/12
Claims (4)
- 【請求項１】 単結晶シリコンからなる基体と、この基
体の表面に形成された絶縁体層と、この絶縁体層に形成
した、前記単結晶シリコンが露出する穴と、この穴内に
露出する前記単結晶シリコンの表面に、アルミニウムを
構成元素の１つとする有機アルミニウムガスを用いた化
学的気相成長法により堆積された、先端の尖った単結晶
アルミニウム堆積部とを備え、この堆積部をエミッタと
して用いたことを特徴とする電界放出型電子放出素子。 - 【請求項２】 前記有機アルミニウムガスが、ジメチル
・アルミニウム・ハイドライド、ジエチル・アルミニウ
ム・ハイドライド、モノメチル・アルミニウム・ハイド
ライドあるいはトリメチル・アンモニウム・アルミニウ
ム・ハイドライドであることを特徴とする請求項１に記
載の電界放出型電子放出素子。 - 【請求項３】 前記有機アルミニウムガスを用いた化学
的気相成長法により、プラズマ処理を施した前記絶縁体
層上に堆積した非晶質アルミニウムを、前記単結晶アル
ミニウムのエミッタとの間で高電界を形成して電子をエ
ミッタ表面より引き出すための引き出し電極として用い
たことを特徴とする請求項１に記載の電界放出型電子放
出素子。 - 【請求項４】 前記エミッタ及び引き出し電極が同一基
体に複数個設けられていることを特徴とする請求項３に
記載の電界放出型電子放出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5559591A JP3135131B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 電子放出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5559591A JP3135131B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 電子放出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04274123A JPH04274123A (ja) | 1992-09-30 |
| JP3135131B2 true JP3135131B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=13003121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5559591A Expired - Fee Related JP3135131B2 (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 電子放出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3135131B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2900837B2 (ja) * | 1995-05-31 | 1999-06-02 | 日本電気株式会社 | 電界放射型冷陰極装置及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-02-28 JP JP5559591A patent/JP3135131B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 日本学術振興会薄膜第１３１委員会編，薄膜ハンドブック第１版，オーム社，昭和５８年１２月１０日，ｐ．２１９−２２１ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04274123A (ja) | 1992-09-30 |
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|---|---|---|---|
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