JP3139476B2 - 電界放出型冷陰極 - Google Patents
電界放出型冷陰極Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J3/02—Electron guns
- 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
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電界放出型冷陰極に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】電界放出型冷陰極の電流の制限及び制御
は、抵抗器を用いて行うものとトランジスタを用いて行
うものに大別できる。以下に、電流制限方法及び制御器
（以下、電流制限器と称す。）の種類及び具備する位置
別に、その代表例を示す。
は、抵抗器を用いて行うものとトランジスタを用いて行
うものに大別できる。以下に、電流制限方法及び制御器
（以下、電流制限器と称す。）の種類及び具備する位置
別に、その代表例を示す。
【０００３】先ず、抵抗器を用いるものとして、特開平
５−４７２９６号公報には、電流制限器が抵抗器で構成
され、かつエミッタコーンに電流制限器が接続されてい
る例が記載されている。この技術は、図６に示すよう
に、エミッタコーン下部に抵抗器が具備された構造から
なるものである。また、特開平５−１４４３７０号公報
には、電流制限器が抵抗器で構成され、かつゲート電極
に電流制限器が接続されている例が記載されている。こ
の技術は、図７に示すように、ゲート電極が開口部を有
する高抵抗層と高抵抗層上に網目状に具備された低抵抗
層とから構成されているものである。更に、特開平４−
２８４３２４号公報には、図８に示すように、ゲート電
極が給電層、ゲート開口部、及び抵抗器の役目をなす給
電線から構成される例が記載されている。
５−４７２９６号公報には、電流制限器が抵抗器で構成
され、かつエミッタコーンに電流制限器が接続されてい
る例が記載されている。この技術は、図６に示すよう
に、エミッタコーン下部に抵抗器が具備された構造から
なるものである。また、特開平５−１４４３７０号公報
には、電流制限器が抵抗器で構成され、かつゲート電極
に電流制限器が接続されている例が記載されている。こ
の技術は、図７に示すように、ゲート電極が開口部を有
する高抵抗層と高抵抗層上に網目状に具備された低抵抗
層とから構成されているものである。更に、特開平４−
２８４３２４号公報には、図８に示すように、ゲート電
極が給電層、ゲート開口部、及び抵抗器の役目をなす給
電線から構成される例が記載されている。
【０００４】また、電流制限器をトランジスタで実現し
た例として、特開平５−６７４４１号公報には、図８に
示すように、トランジスタがエミッタコーンに接続され
た導電層上に形成されている技術が記載されている。ま
た、特開平１０−１２１２８号公報では、冷陰極に電流
制限器としてトレンチを具備した例が記載されている。
た例として、特開平５−６７４４１号公報には、図８に
示すように、トランジスタがエミッタコーンに接続され
た導電層上に形成されている技術が記載されている。ま
た、特開平１０−１２１２８号公報では、冷陰極に電流
制限器としてトレンチを具備した例が記載されている。
【０００５】上記に示す通り、放電による陰極破壊防止
のための電流抑制機能は、ゲート電極側、もしくはエミ
ッタコーンが接続される導電性基板側のどちらかに具備
されている。更に、これらの電流抑制機能は、その構造
より抵抗器の付加、もしくはトランジスタの付加に大別
される。
のための電流抑制機能は、ゲート電極側、もしくはエミ
ッタコーンが接続される導電性基板側のどちらかに具備
されている。更に、これらの電流抑制機能は、その構造
より抵抗器の付加、もしくはトランジスタの付加に大別
される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た抵抗器の付加による電流制限機能では、冷陰極の高周
波駆動ができないという問題がある。また、電流制限器
をゲート電極内に形成することにより、冷陰極内に具備
される単位面積当たりのエミッタコーン数が制限されて
しまうという問題がある。
た抵抗器の付加による電流制限機能では、冷陰極の高周
波駆動ができないという問題がある。また、電流制限器
をゲート電極内に形成することにより、冷陰極内に具備
される単位面積当たりのエミッタコーン数が制限されて
しまうという問題がある。
【０００７】その理由は、抵抗器による電流制限機能で
は、例えば、図７に示すように、エミッタコーン近傍に
抵抗器を配することが可能であり、電流制限機能は放電
開始直後に機能する。しかし、抵抗器のみで放電の電流
を制限するには大きな抵抗値の抵抗器が必要となる。発
明者らの実験では最低０.４Ω・ｃｍの抵抗率を有する
抵抗層により形成される必要があり、更に、冷陰極から
放出された電子を補足する陽極の印加電圧が高い場合、
要求される抵抗率は０.４Ω・ｃｍ以上のものが必要と
なる。このように、高抵抗の抵抗器を冷陰極に具備した
場合、冷陰極内各電極での電荷の移動が遅くなり、高周
波での動作が出来なくなってしまうからである。
は、例えば、図７に示すように、エミッタコーン近傍に
抵抗器を配することが可能であり、電流制限機能は放電
開始直後に機能する。しかし、抵抗器のみで放電の電流
を制限するには大きな抵抗値の抵抗器が必要となる。発
明者らの実験では最低０.４Ω・ｃｍの抵抗率を有する
抵抗層により形成される必要があり、更に、冷陰極から
放出された電子を補足する陽極の印加電圧が高い場合、
要求される抵抗率は０.４Ω・ｃｍ以上のものが必要と
なる。このように、高抵抗の抵抗器を冷陰極に具備した
場合、冷陰極内各電極での電荷の移動が遅くなり、高周
波での動作が出来なくなってしまうからである。
【０００８】また、抵抗器による電流制限機能を有する
冷陰極では、エミッタコーン・ゲート電極間放電が発生
した場合、抵抗器にゲート電極・導電性基板印加電圧が
抵抗器両端に印加されることとなる。冷陰極動作電圧は
数十Ｖであるため、このゲート電極・導電性基板印加電
圧から導かれる電圧勾配に耐える抵抗器を得るために
は、ある程度の抵抗距離が必要であり、発明者らの実験
ではその距離は５μｍ以上必要であった。１０μｍ四方
のエリア（本発明での開口部周辺接続層）に開口部を複
数配し、その周辺に５μｍのゲート開口部・給電層間距
離をとった設計の冷陰極は、最密にエミッタコーンを配
置した冷陰極に比べ、エミッタコーン充填率は２５％と
なってしまうからである。なお、開口周辺接続層の大き
さを大きくすることによりエミッタコーン充填率を改善
することができるが、各開口部・給電層間距離のバラツ
キが大きくなり現実的な方法ではない。
冷陰極では、エミッタコーン・ゲート電極間放電が発生
した場合、抵抗器にゲート電極・導電性基板印加電圧が
抵抗器両端に印加されることとなる。冷陰極動作電圧は
数十Ｖであるため、このゲート電極・導電性基板印加電
圧から導かれる電圧勾配に耐える抵抗器を得るために
は、ある程度の抵抗距離が必要であり、発明者らの実験
ではその距離は５μｍ以上必要であった。１０μｍ四方
のエリア（本発明での開口部周辺接続層）に開口部を複
数配し、その周辺に５μｍのゲート開口部・給電層間距
離をとった設計の冷陰極は、最密にエミッタコーンを配
置した冷陰極に比べ、エミッタコーン充填率は２５％と
なってしまうからである。なお、開口周辺接続層の大き
さを大きくすることによりエミッタコーン充填率を改善
することができるが、各開口部・給電層間距離のバラツ
キが大きくなり現実的な方法ではない。
【０００９】また、トランジスタによる電流制限機能で
は、トランジスタが動作するための電荷の移動による時
間の遅延のため、電流制限機能を果たすトランジスタが
動作するまでの間に素子が破壊されてしまうという問題
がある。
は、トランジスタが動作するための電荷の移動による時
間の遅延のため、電流制限機能を果たすトランジスタが
動作するまでの間に素子が破壊されてしまうという問題
がある。
【００１０】その理由は、電流制限機能をトランジスタ
で実現しようとすれば、トランジスタが動作するための
電荷の移動、つまり空乏層が広がるまでの電荷の移動を
必要とする。つまり、トランジスタ自身の静電容量及び
冷陰極からトランジスタまでの配線による静電容量によ
り蓄積される電荷が移動しなければ、電流制限機能を実
現することができないからである。これらの静電容量に
より蓄積されている電荷がジュール熱に変換された場
合、特に短時間で蓄積電荷の放電が放電箇所で発生した
場合には、エミッタコーンの溶融を引き起こし、エミッ
タコーン溶融物がゲート電極・導電性基板間に架橋した
場合、ゲート電極・導電性基板間絶縁不良となり、冷陰
極動作が出来なくなるという問題も生じる。
で実現しようとすれば、トランジスタが動作するための
電荷の移動、つまり空乏層が広がるまでの電荷の移動を
必要とする。つまり、トランジスタ自身の静電容量及び
冷陰極からトランジスタまでの配線による静電容量によ
り蓄積される電荷が移動しなければ、電流制限機能を実
現することができないからである。これらの静電容量に
より蓄積されている電荷がジュール熱に変換された場
合、特に短時間で蓄積電荷の放電が放電箇所で発生した
場合には、エミッタコーンの溶融を引き起こし、エミッ
タコーン溶融物がゲート電極・導電性基板間に架橋した
場合、ゲート電極・導電性基板間絶縁不良となり、冷陰
極動作が出来なくなるという問題も生じる。
【００１１】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、その主たる目的は、エミッタコーンの充填
率を損なうことなく、エミッタコーン・ゲート電極間の
異常放電による素子破壊を防止することができる電界放
出型冷陰極を提供することにある。
のであって、その主たる目的は、エミッタコーンの充填
率を損なうことなく、エミッタコーン・ゲート電極間の
異常放電による素子破壊を防止することができる電界放
出型冷陰極を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、第１の視点において、導電体基板上に絶
縁層を介してゲート電極を備え、前記ゲート電極及び前
記絶縁層の所定の領域に設けた複数の開口の各々の内部
に、前記導電性基板に当接した突起を有し、複数の前記
突起で所定のグループを形成する電界放出型冷陰極にお
いて、前記導電性基板には、該基板の法線方向から見
て、前記複数の突起からなる所定のグループを囲むよう
に、その内部が絶縁部材で埋設された溝を備え、前記ゲ
ート電極は、所定の抵抗率を有する高抵抗層と該高抵抗
層上面に配設された金属又は金属化合物からなる低抵抗
配線層とを少なくとも備えたものである。
め、本発明は、第１の視点において、導電体基板上に絶
縁層を介してゲート電極を備え、前記ゲート電極及び前
記絶縁層の所定の領域に設けた複数の開口の各々の内部
に、前記導電性基板に当接した突起を有し、複数の前記
突起で所定のグループを形成する電界放出型冷陰極にお
いて、前記導電性基板には、該基板の法線方向から見
て、前記複数の突起からなる所定のグループを囲むよう
に、その内部が絶縁部材で埋設された溝を備え、前記ゲ
ート電極は、所定の抵抗率を有する高抵抗層と該高抵抗
層上面に配設された金属又は金属化合物からなる低抵抗
配線層とを少なくとも備えたものである。
【００１３】また、本発明は、第２の視点において、導
電体基板上に絶縁層を介してゲート電極を備え、前記ゲ
ート電極及び前記絶縁層の所定の領域に設けた複数の開
口の各々の内部に、前記導電性基板に当接した突起を有
し、複数の前記突起で所定のグループを形成する電界放
出型冷陰極において、前記導電性基板には、該基板の法
線方向から見て、前記複数の突起からなる所定のグルー
プを囲むように、その内部が絶縁部材で埋設された溝を
備え、前記ゲート電極は、所定の抵抗率を有する高抵抗
層と該高抵抗層に不純物注入により低抵抗化した低抵抗
配線層とを少なくとも備えたものである。
電体基板上に絶縁層を介してゲート電極を備え、前記ゲ
ート電極及び前記絶縁層の所定の領域に設けた複数の開
口の各々の内部に、前記導電性基板に当接した突起を有
し、複数の前記突起で所定のグループを形成する電界放
出型冷陰極において、前記導電性基板には、該基板の法
線方向から見て、前記複数の突起からなる所定のグルー
プを囲むように、その内部が絶縁部材で埋設された溝を
備え、前記ゲート電極は、所定の抵抗率を有する高抵抗
層と該高抵抗層に不純物注入により低抵抗化した低抵抗
配線層とを少なくとも備えたものである。
【００１４】本発明においては、前記低抵抗配線層が前
記開口のいずれからも２.５μｍ以上離間するように設
けられていることが好ましく、前記ゲート電極の前記高
抵抗層の抵抗率が、０.０２Ω・ｃｍから２Ω・ｃｍの
範囲であり、前記給電線の抵抗値が、１０ｋΩから１Ｍ
Ωの範囲であることが好ましい。
記開口のいずれからも２.５μｍ以上離間するように設
けられていることが好ましく、前記ゲート電極の前記高
抵抗層の抵抗率が、０.０２Ω・ｃｍから２Ω・ｃｍの
範囲であり、前記給電線の抵抗値が、１０ｋΩから１Ｍ
Ωの範囲であることが好ましい。
【００１５】更に、本発明は、第３の視点において、導
電体基板上に絶縁層を介してゲート電極を備え、前記ゲ
ート電極及び前記絶縁層の所定の領域に設けた複数の開
口の各々の内部に、前記導電性基板に当接した突起を有
し、複数の前記突起で所定のグループを形成する電界放
出型冷陰極において、前記導電性基板には、該基板の法
線方向から見て、前記複数の突起からなる所定のグルー
プを囲むように、その内部が絶縁部材で埋設された溝を
備え、前記ゲート電極は、所定の抵抗率を有する高抵抗
層と、該高抵抗層上面に配設され、前記複数の突起から
なるグループに対応する複数の開口を覆うように形成さ
れた開口接続部と、該開口接続部を取り囲むように配設
された金属又は金属化合物からなる低抵抗配線層と、前
記開口接続部と前記低抵抗配線層とを接続する所定の抵
抗を備えた給電線と、を少なくとも備えたものである。
電体基板上に絶縁層を介してゲート電極を備え、前記ゲ
ート電極及び前記絶縁層の所定の領域に設けた複数の開
口の各々の内部に、前記導電性基板に当接した突起を有
し、複数の前記突起で所定のグループを形成する電界放
出型冷陰極において、前記導電性基板には、該基板の法
線方向から見て、前記複数の突起からなる所定のグルー
プを囲むように、その内部が絶縁部材で埋設された溝を
備え、前記ゲート電極は、所定の抵抗率を有する高抵抗
層と、該高抵抗層上面に配設され、前記複数の突起から
なるグループに対応する複数の開口を覆うように形成さ
れた開口接続部と、該開口接続部を取り囲むように配設
された金属又は金属化合物からなる低抵抗配線層と、前
記開口接続部と前記低抵抗配線層とを接続する所定の抵
抗を備えた給電線と、を少なくとも備えたものである。
【００１６】本発明においては、前記開口接続部と前記
低抵抗配線層とを結ぶ前記給電線の長さが、２．５μｍ
以上であり、前記給電線の抵抗値が、１０ｋΩから１Ｍ
Ωの範囲であることが好ましい。
低抵抗配線層とを結ぶ前記給電線の長さが、２．５μｍ
以上であり、前記給電線の抵抗値が、１０ｋΩから１Ｍ
Ωの範囲であることが好ましい。
【００１７】このように、本発明の電界放出型冷陰極
は、エミッタコーン直下の導電性基板内とゲート電極内
の両方に電流制限機能を有しているため、良好な高周波
特性を有しながら、エミッタコーン充填率を低下させ
ず、かつゲート電極・エミッタコーン間への異物付着、
冷陰極近傍の真空度劣化、及び冷陰極へのイオン等の飛
翔等によりゲート電極・エミッタコーン間に放電が発生
した場合においても、電界放出型冷陰極が破壊されるこ
とを防止することができる。
は、エミッタコーン直下の導電性基板内とゲート電極内
の両方に電流制限機能を有しているため、良好な高周波
特性を有しながら、エミッタコーン充填率を低下させ
ず、かつゲート電極・エミッタコーン間への異物付着、
冷陰極近傍の真空度劣化、及び冷陰極へのイオン等の飛
翔等によりゲート電極・エミッタコーン間に放電が発生
した場合においても、電界放出型冷陰極が破壊されるこ
とを防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明に係る電界放出型冷陰極
は、その好ましい一実施の形態において、複数のエミッ
タコーン（図１の６）を取り囲むように埋設されたトレ
ンチ（図１の１２）を有する導電体基板上に、絶縁層を
介して、高抵抗層（図１の３）と給電層（図１の４）と
からなるゲート電極を備え、基板の法線方向から見て、
ゲート電極を構成する給電層が、エミッタコーンから所
定の距離だけ離間し、かつ、導電性基板に設けた溝と相
重なるように構成されている。
は、その好ましい一実施の形態において、複数のエミッ
タコーン（図１の６）を取り囲むように埋設されたトレ
ンチ（図１の１２）を有する導電体基板上に、絶縁層を
介して、高抵抗層（図１の３）と給電層（図１の４）と
からなるゲート電極を備え、基板の法線方向から見て、
ゲート電極を構成する給電層が、エミッタコーンから所
定の距離だけ離間し、かつ、導電性基板に設けた溝と相
重なるように構成されている。
【００１９】
【実施例】上記した本発明の実施の形態についてさらに
詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照
して以下に説明する。
詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照
して以下に説明する。
【００２０】［実施例１］本発明の第１の実施例に関
し、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の
第１の実施例に係る電界放出型冷陰極の構成を模式的に
示す斜視図であり、図２は、電界放出型冷陰極の断面図
である。
し、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の
第１の実施例に係る電界放出型冷陰極の構成を模式的に
示す斜視図であり、図２は、電界放出型冷陰極の断面図
である。
【００２１】まず、本実施例の電界放出型冷陰極の構造
について説明すると、図１及び図２に示すように、本実
施例の電界放出型冷陰極は、導電性基板９上に絶縁層５
とゲート電極２が積層された構造を持つ。
について説明すると、図１及び図２に示すように、本実
施例の電界放出型冷陰極は、導電性基板９上に絶縁層５
とゲート電極２が積層された構造を持つ。
【００２２】導電性基板９上には、先端より電子を放出
する高さ０.６μｍのエミッタコーン６が複数のグルー
プに集群されて配置されている。図１では、４つのエミ
ッタコーンが１群を形成する場合を示している。また、
導電性基板９内には網目状に配されたトレンチが幅１.
５μｍ深さ１０μｍで掘られており、更にトレンチ内は
ＢＰＳＧからなる絶縁物で充填され、トレンチ内絶縁層
８を形成している。なお、本実施例では各トレンチ内絶
縁層間の距離は１０μｍ程度である。
する高さ０.６μｍのエミッタコーン６が複数のグルー
プに集群されて配置されている。図１では、４つのエミ
ッタコーンが１群を形成する場合を示している。また、
導電性基板９内には網目状に配されたトレンチが幅１.
５μｍ深さ１０μｍで掘られており、更にトレンチ内は
ＢＰＳＧからなる絶縁物で充填され、トレンチ内絶縁層
８を形成している。なお、本実施例では各トレンチ内絶
縁層間の距離は１０μｍ程度である。
【００２３】導電性基板９の内、各トレンチ内絶縁層８
で囲まれた領域を電流制限領域７と称すると、各電流制
限領域７上面には各群のエミッタコーンが各々具備され
ている。ゲート電極２及び絶縁層５には、各エミッタコ
ーン６と同じ中心軸を持つゲート開口部１が設けられて
おり、エミッタコーン６先端から放出される電子は、ゲ
ート開口部１を通過し、電界放出型冷陰極上面に放出さ
れる。
で囲まれた領域を電流制限領域７と称すると、各電流制
限領域７上面には各群のエミッタコーンが各々具備され
ている。ゲート電極２及び絶縁層５には、各エミッタコ
ーン６と同じ中心軸を持つゲート開口部１が設けられて
おり、エミッタコーン６先端から放出される電子は、ゲ
ート開口部１を通過し、電界放出型冷陰極上面に放出さ
れる。
【００２４】ここで、ゲート電極２は、０.０４Ω・ｃ
ｍ程度の抵抗率を有し、厚さ０.１５μｍ程度のポリシ
リコンからなる高抵抗層と、厚さ０.２μｍ程度、幅０.
１５μｍ程度のＷＳｉからなる給電層とからなってい
る。給電層４は、集群された４つのゲート開口部１群毎
に分離し、且つトレンチ内絶縁層８と対向して高抵抗層
上に網目状に具備される。
ｍ程度の抵抗率を有し、厚さ０.１５μｍ程度のポリシ
リコンからなる高抵抗層と、厚さ０.２μｍ程度、幅０.
１５μｍ程度のＷＳｉからなる給電層とからなってい
る。給電層４は、集群された４つのゲート開口部１群毎
に分離し、且つトレンチ内絶縁層８と対向して高抵抗層
上に網目状に具備される。
【００２５】ゲート電極２内に具備されるゲート開口部
１は、直径０.６μｍ程度であり、各ゲート開口部１は
給電層４から最低でも２.５μｍ以上離れるように配置
されている。絶縁層５は、厚さ０.４５μｍ程度のＣＶ
Ｄにより形成された二酸化シリコン層であり、ゲート開
口部１並びにエミッタコーン６と同じ中心軸を有する直
径０.８μｍの孔が開いている。
１は、直径０.６μｍ程度であり、各ゲート開口部１は
給電層４から最低でも２.５μｍ以上離れるように配置
されている。絶縁層５は、厚さ０.４５μｍ程度のＣＶ
Ｄにより形成された二酸化シリコン層であり、ゲート開
口部１並びにエミッタコーン６と同じ中心軸を有する直
径０.８μｍの孔が開いている。
【００２６】なお、図示していないが、電界放出型冷陰
極は真空環境を保持する電子ビーム応用機器外囲器内に
固定され、ゲート電極２及び導電性基板９は外囲器外部
より電位を印加するための導電線と接続されている。ま
た冷陰極に対向する位置に正電位に印加された陽極が配
され、冷陰極より放出された電子は陽極側へ引き出され
る。引き出された電子は、設計された電子ビーム軌道を
通り電子ビーム応用機器の動作に寄与する。
極は真空環境を保持する電子ビーム応用機器外囲器内に
固定され、ゲート電極２及び導電性基板９は外囲器外部
より電位を印加するための導電線と接続されている。ま
た冷陰極に対向する位置に正電位に印加された陽極が配
され、冷陰極より放出された電子は陽極側へ引き出され
る。引き出された電子は、設計された電子ビーム軌道を
通り電子ビーム応用機器の動作に寄与する。
【００２７】次に、本実施例の電界放出型冷陰極の動作
について説明すると、ゲート電極２側を正電極とし、ゲ
ート電極２と導電性基板９との間に６０Ｖの電圧を印加
すると、各エミッタコーン６からは平均１μＡの放出電
流が得られる。冷陰極が正常に動作している場合、エミ
ッタコーン６から放出される電子は陽極側へ引き出され
るためゲート電極２に入ることはない。故に、ゲート開
口部１の電位は外囲器外部から印加される電位と同じで
ある。また、冷陰極の正常な動作においては各電流制限
領域７の電位は同じであり、各電流制限領域７のもつイ
ンピーダンスは低くなっている。
について説明すると、ゲート電極２側を正電極とし、ゲ
ート電極２と導電性基板９との間に６０Ｖの電圧を印加
すると、各エミッタコーン６からは平均１μＡの放出電
流が得られる。冷陰極が正常に動作している場合、エミ
ッタコーン６から放出される電子は陽極側へ引き出され
るためゲート電極２に入ることはない。故に、ゲート開
口部１の電位は外囲器外部から印加される電位と同じで
ある。また、冷陰極の正常な動作においては各電流制限
領域７の電位は同じであり、各電流制限領域７のもつイ
ンピーダンスは低くなっている。
【００２８】次に、エミッタコーン６・ゲート電極２間
の異常放電時の動作について説明すると、エミッタコー
ン６の一つとゲート電極２の高抵抗層３間で放電が発生
した場合を考える。この放電は、エミッタコーン６・ゲ
ート電極２間に異物が混入した場合や、コーン近傍の真
空度が悪くなった場合や、陽極から陽イオンが飛び込ん
できた場合などで発生する。放電によりエミッタコーン
６・ゲート電極２間のインピーダンスが急激に低下し、
ゲート電極２内に蓄積された電荷が放電箇所に集中しよ
うとする。
の異常放電時の動作について説明すると、エミッタコー
ン６の一つとゲート電極２の高抵抗層３間で放電が発生
した場合を考える。この放電は、エミッタコーン６・ゲ
ート電極２間に異物が混入した場合や、コーン近傍の真
空度が悪くなった場合や、陽極から陽イオンが飛び込ん
できた場合などで発生する。放電によりエミッタコーン
６・ゲート電極２間のインピーダンスが急激に低下し、
ゲート電極２内に蓄積された電荷が放電箇所に集中しよ
うとする。
【００２９】しかしながら、本実施例のゲート電極は高
い抵抗値を持つため、電位降下が起こり、放電したエミ
ッタコーン６周辺のゲート電極２を中心に電位が低くな
ることにより電流制限が行われる。なお、給電層４は網
目状になっているため、一つの網目内にあるエミッタコ
ーンが放電を起こしても他の網目内エミッタコーンには
影響が与えられない。このように、ゲート電極２内の高
抵抗層３の抵抗成分により電荷の移動は制限されるた
め、急激な電荷の集中が阻止され、放電初期の冷陰極破
壊が防止される。
い抵抗値を持つため、電位降下が起こり、放電したエミ
ッタコーン６周辺のゲート電極２を中心に電位が低くな
ることにより電流制限が行われる。なお、給電層４は網
目状になっているため、一つの網目内にあるエミッタコ
ーンが放電を起こしても他の網目内エミッタコーンには
影響が与えられない。このように、ゲート電極２内の高
抵抗層３の抵抗成分により電荷の移動は制限されるた
め、急激な電荷の集中が阻止され、放電初期の冷陰極破
壊が防止される。
【００３０】この高抵抗層４は、０.０２Ω・ｃｍ以上
２Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有していることが好ましい。
この値は発明者らが行った実験より求めた値であり、
０.０２Ω以下の抵抗率では、放電時の電圧降下が十分
行われず電流制限機能が果たせない。また、電流制限機
能は最高２Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有する抵抗層で実現
でき、それ以上の抵抗率を有する抵抗層は不要である。
ゲート電極２の抵抗は、ゲート電極２と導電性基板９と
の間に存在する電荷の移動を阻害するため、ゲート電極
２の高抵抗層３は電界放出型冷陰極の高周波駆動を阻害
する。従って、陰極の設計段階において、許容内の最小
の抵抗値を導入する必要がある。
２Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有していることが好ましい。
この値は発明者らが行った実験より求めた値であり、
０.０２Ω以下の抵抗率では、放電時の電圧降下が十分
行われず電流制限機能が果たせない。また、電流制限機
能は最高２Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有する抵抗層で実現
でき、それ以上の抵抗率を有する抵抗層は不要である。
ゲート電極２の抵抗は、ゲート電極２と導電性基板９と
の間に存在する電荷の移動を阻害するため、ゲート電極
２の高抵抗層３は電界放出型冷陰極の高周波駆動を阻害
する。従って、陰極の設計段階において、許容内の最小
の抵抗値を導入する必要がある。
【００３１】また、ゲート開口部１から給電層４までの
距離は最低でも２.５μｍ必要である。これは発明者ら
の実験結果より導入された数値であり、この距離が２.
５μｍ以下の陰極では放電時の高抵抗領域での電位勾配
がきつくなり、ジュール発熱により高抵抗領域が破壊さ
れてしまう。またゲート開口部１から給電層４までの距
離が長くなれば、単位面積当りに実装されるエミッタコ
ーン数が制限される。従って、陰極の設計段階において
ゲート開口部１から給電層４までの距離は許容内の最小
の値を導入する必要がある。
距離は最低でも２.５μｍ必要である。これは発明者ら
の実験結果より導入された数値であり、この距離が２.
５μｍ以下の陰極では放電時の高抵抗領域での電位勾配
がきつくなり、ジュール発熱により高抵抗領域が破壊さ
れてしまう。またゲート開口部１から給電層４までの距
離が長くなれば、単位面積当りに実装されるエミッタコ
ーン数が制限される。従って、陰極の設計段階において
ゲート開口部１から給電層４までの距離は許容内の最小
の値を導入する必要がある。
【００３２】更に、エミッタコーン６・ゲート電極２間
のインピーダンスの低下に伴い、放電箇所直下の電流制
限領域７にはトレンチ内絶縁層８を介して隣り合う電流
制限領域７との間に電位差が生ずる。この電位差により
放電箇所直下の電流制限領域７にはトレンチ内絶縁層８
から空乏層が広がり、電流が流れる領域が減少する。従
って、この電流制限領域７のインピーダンスが上昇し、
放電箇所のエミッタコーン６・ゲート電極２間の電位差
が減少し、放電が停止する。
のインピーダンスの低下に伴い、放電箇所直下の電流制
限領域７にはトレンチ内絶縁層８を介して隣り合う電流
制限領域７との間に電位差が生ずる。この電位差により
放電箇所直下の電流制限領域７にはトレンチ内絶縁層８
から空乏層が広がり、電流が流れる領域が減少する。従
って、この電流制限領域７のインピーダンスが上昇し、
放電箇所のエミッタコーン６・ゲート電極２間の電位差
が減少し、放電が停止する。
【００３３】なお、高抵抗層３の抵抗率、各ゲート開口
部１から給電層４までの距離、各トレンチ内絶縁層８間
の距離は、電界放出型冷陰極の動作環境により決定され
る。本実施例では、真空度１０-6パスカルの環境におい
て、冷陰極・陽極間距離１.５ｍｍ、冷陰極・陽極間電
圧６ｋＶ、総放出電流量４０ｍＡ、ゲート電極面積１２
ｍｍ2における値である。また、ゲート電極印加電圧、
陽極印加電圧が更に高い場合や、動作環境真空度が更に
悪いなどの放電を起こしやすい動作環境においては、高
抵抗層の抵抗をより高く、または各ゲート開口部から給
電層までの距離をより長くする必要となる。
部１から給電層４までの距離、各トレンチ内絶縁層８間
の距離は、電界放出型冷陰極の動作環境により決定され
る。本実施例では、真空度１０-6パスカルの環境におい
て、冷陰極・陽極間距離１.５ｍｍ、冷陰極・陽極間電
圧６ｋＶ、総放出電流量４０ｍＡ、ゲート電極面積１２
ｍｍ2における値である。また、ゲート電極印加電圧、
陽極印加電圧が更に高い場合や、動作環境真空度が更に
悪いなどの放電を起こしやすい動作環境においては、高
抵抗層の抵抗をより高く、または各ゲート開口部から給
電層までの距離をより長くする必要となる。
【００３４】このように、本実施例によれば、導電性基
板９にトレンチ１２を設け、その内部を絶縁層で埋設
し、更にゲート電極２を高抵抗層３と給電層４で構成す
ることによって、エミッタコーン６とゲート電極２の間
で放電が発生した場合でも、初期段階においてはゲート
電極２の高抵抗層３による電荷の移動の抑制によって冷
陰極破壊を防止し、その後、トレンチ１２面より空乏層
１１が広がり、この電流制限領域７の抵抗値が上昇する
ことによって、放電箇所においてゲート電極２から導電
性基板９へ流れる電流を制限することができ、この電流
制限により放電は維持されず、素子破壊を防止すること
ができる。
板９にトレンチ１２を設け、その内部を絶縁層で埋設
し、更にゲート電極２を高抵抗層３と給電層４で構成す
ることによって、エミッタコーン６とゲート電極２の間
で放電が発生した場合でも、初期段階においてはゲート
電極２の高抵抗層３による電荷の移動の抑制によって冷
陰極破壊を防止し、その後、トレンチ１２面より空乏層
１１が広がり、この電流制限領域７の抵抗値が上昇する
ことによって、放電箇所においてゲート電極２から導電
性基板９へ流れる電流を制限することができ、この電流
制限により放電は維持されず、素子破壊を防止すること
ができる。
【００３５】［実施例２］次に、本発明の第２の実施例
について、図３を参照して説明する。図３は、本発明の
第２の実施例に係る電界放出型冷陰極のゲート電極上面
図である。図３では、導電性基板内に具備されるトレン
チは点線にて示している。なお、第２の実施例における
各部の寸法は前記した第１の実施例と同様である。
について、図３を参照して説明する。図３は、本発明の
第２の実施例に係る電界放出型冷陰極のゲート電極上面
図である。図３では、導電性基板内に具備されるトレン
チは点線にて示している。なお、第２の実施例における
各部の寸法は前記した第１の実施例と同様である。
【００３６】本実施例は、４つの電流制限領域を囲むト
レンチに対向するように給電層を配設したものである。
図３に示すように、本実施例の電界放出型冷陰極は、ゲ
ート電極２に具備する給電層４は４つの電流制限領域７
を囲むトレンチに対向するように配設されているため、
第１の実施例に比べ、よりエミッタコーン充填率を高く
することができる。
レンチに対向するように給電層を配設したものである。
図３に示すように、本実施例の電界放出型冷陰極は、ゲ
ート電極２に具備する給電層４は４つの電流制限領域７
を囲むトレンチに対向するように配設されているため、
第１の実施例に比べ、よりエミッタコーン充填率を高く
することができる。
【００３７】本実施例においても、前記した第１の実施
例と同様に、ゲート電極２とエミッタコーン６との間に
放電が発生した場合、ゲート電極２の高抵抗層３により
電位降下が起こり、放電したエミッタコーン６周辺のゲ
ート電極２を中心に電位が低くなって電流が制限され
る。また、給電層は、金属若しくはＷＳｉなどの金属性
化合物の網目状になっているため、一つの網目内にある
エミッタコーンが放電を起こしても他の網目内エミッタ
コーンには影響を与えることはない。
例と同様に、ゲート電極２とエミッタコーン６との間に
放電が発生した場合、ゲート電極２の高抵抗層３により
電位降下が起こり、放電したエミッタコーン６周辺のゲ
ート電極２を中心に電位が低くなって電流が制限され
る。また、給電層は、金属若しくはＷＳｉなどの金属性
化合物の網目状になっているため、一つの網目内にある
エミッタコーンが放電を起こしても他の網目内エミッタ
コーンには影響を与えることはない。
【００３８】また、高抵抗層４は、０.０２Ω・ｃｍ以
上２Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有していることが好まし
く、ゲート開口部１から給電層４までの距離は最低でも
２.５μｍ必要である。
上２Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有していることが好まし
く、ゲート開口部１から給電層４までの距離は最低でも
２.５μｍ必要である。
【００３９】［実施例３］次に、本発明の第３の実施例
に係る電界放出型冷陰極について図４を参照して説明す
る。図４は第３の実施例に係る電界放出型冷陰極のゲー
ト電極上面図である。本実施例と前記した第１及び第２
の実施例との相違は、本実施例では、ゲート電極に不純
物を注入して低抵抗領域を形成したことである。
に係る電界放出型冷陰極について図４を参照して説明す
る。図４は第３の実施例に係る電界放出型冷陰極のゲー
ト電極上面図である。本実施例と前記した第１及び第２
の実施例との相違は、本実施例では、ゲート電極に不純
物を注入して低抵抗領域を形成したことである。
【００４０】本実施例のゲート電極２は、約１.５μｍ
厚のポリシリコンから形成されている。このゲート電極
２には不純物濃度の異なる２つの領域、すなわち、ゲー
ト電極２内にメッシュ状に存在する低抵抗領域１４と、
低抵抗領域により分割されゲート開口部１を具備する高
抵抗領域１５が存在する。この２つの抵抗領域は不純物
打ち込み量を変えることにより容易に実現でき、高抵抗
領域の抵抗率は０.２Ω・ｃｍ程度、低抵抗領域の抵抗
率は０.００２Ω・ｃｍ程度である。網目状に配された
低抵抗領域１４の幅は０.２μｍ程度であり、低抵抗領
域１４間の距離は縦横とも２０μｍ程度である。
厚のポリシリコンから形成されている。このゲート電極
２には不純物濃度の異なる２つの領域、すなわち、ゲー
ト電極２内にメッシュ状に存在する低抵抗領域１４と、
低抵抗領域により分割されゲート開口部１を具備する高
抵抗領域１５が存在する。この２つの抵抗領域は不純物
打ち込み量を変えることにより容易に実現でき、高抵抗
領域の抵抗率は０.２Ω・ｃｍ程度、低抵抗領域の抵抗
率は０.００２Ω・ｃｍ程度である。網目状に配された
低抵抗領域１４の幅は０.２μｍ程度であり、低抵抗領
域１４間の距離は縦横とも２０μｍ程度である。
【００４１】また、図４には導電性基板９内に具備する
トレンチが破線で示されている。トレンチ間距離は１０
μｍであり、トレンチの幅は１.５μｍ、深さは１０μ
ｍである。本実施例ではトレンチと低抵抗領域はお互い
が交差領域以外で重ならないように配置されている。従
って、ゲート開口部１は高抵抗領域１５の中央に具備さ
れ、更にエミッタコーン６が形成されている電流制限領
域７に隣り合う電流制限領域にはエミッタコーン６及び
ゲート開口部１は設けられていない。この配置により、
いかなる複数のエミッタコーン６とゲート電極２との間
に放電が発生しても、電流制限を行う電流制限領域７
と、トレンチ内絶縁層８を介して隣接する電流制限領域
との間には電位差が発生し、その結果、空乏層が広がり
電流制限機能が達成される。
トレンチが破線で示されている。トレンチ間距離は１０
μｍであり、トレンチの幅は１.５μｍ、深さは１０μ
ｍである。本実施例ではトレンチと低抵抗領域はお互い
が交差領域以外で重ならないように配置されている。従
って、ゲート開口部１は高抵抗領域１５の中央に具備さ
れ、更にエミッタコーン６が形成されている電流制限領
域７に隣り合う電流制限領域にはエミッタコーン６及び
ゲート開口部１は設けられていない。この配置により、
いかなる複数のエミッタコーン６とゲート電極２との間
に放電が発生しても、電流制限を行う電流制限領域７
と、トレンチ内絶縁層８を介して隣接する電流制限領域
との間には電位差が発生し、その結果、空乏層が広がり
電流制限機能が達成される。
【００４２】本実施例では、前記した第３の実施例と同
様に、ゲート電極２は、例えばポリシリコンからなり、
高抵抗領域１５は０.０２Ω・ｃｍ以上２Ω・ｃｍ以下
の抵抗率を有することが好ましい。その理由は、０.０
２Ω以下の抵抗率では、放電時の電圧降下が十分でな
く、２Ω・ｃｍ以上の抵抗率ではゲート電極・導電性基
板間に存在する電荷の移動を阻害し、電界放出型冷陰極
の高周波駆動を阻害するからである。
様に、ゲート電極２は、例えばポリシリコンからなり、
高抵抗領域１５は０.０２Ω・ｃｍ以上２Ω・ｃｍ以下
の抵抗率を有することが好ましい。その理由は、０.０
２Ω以下の抵抗率では、放電時の電圧降下が十分でな
く、２Ω・ｃｍ以上の抵抗率ではゲート電極・導電性基
板間に存在する電荷の移動を阻害し、電界放出型冷陰極
の高周波駆動を阻害するからである。
【００４３】また、ゲート開口部１から低抵抗領域１４
までの距離は最低でも２.５μｍを必要とする。これは
２.５μｍ以下の距離では放電時の高抵抗領域での電位
勾配がきつくなり、ジュール発熱により高抵抗領域が破
壊されてしまうからである。なお、距離が長くなれば、
単位面積当りに実装されるエミッタコーン数が制限され
るため、その距離は高抵抗領域１５の抵抗率等によって
最適化される。
までの距離は最低でも２.５μｍを必要とする。これは
２.５μｍ以下の距離では放電時の高抵抗領域での電位
勾配がきつくなり、ジュール発熱により高抵抗領域が破
壊されてしまうからである。なお、距離が長くなれば、
単位面積当りに実装されるエミッタコーン数が制限され
るため、その距離は高抵抗領域１５の抵抗率等によって
最適化される。
【００４４】［実施例４］次に、本発明の第４の実施例
に係る電界放出型冷陰極について、図５を参照して説明
する。図５は、本発明の第４の実施例に係る電界放出型
冷陰極のゲート電極上面図である。第４の実施例と、前
記した第１乃至第３の実施例との相違点は、開口部上に
開口部周辺接続層を設けたことである。
に係る電界放出型冷陰極について、図５を参照して説明
する。図５は、本発明の第４の実施例に係る電界放出型
冷陰極のゲート電極上面図である。第４の実施例と、前
記した第１乃至第３の実施例との相違点は、開口部上に
開口部周辺接続層を設けたことである。
【００４５】本実施例では、ゲート電極２は、１３個の
ゲート開口部１を有するゲート開口部周辺接続層１７
と、絶縁層５を介してトレンチと対向する給電層４と、
各ゲート開口部周辺接続層１７と給電層４を接続する給
電線１６で構成されている。開口部周辺接続層１７及び
給電線１６は、０.１Ω・ｃｍ程度の抵抗率を有し、厚
さ０.１５μｍ程度のポリシリコン層からなる。また、
開口部周辺接続層１７は１辺が１０μｍ程度の正方形で
ある。給電線１６の幅は約２μｍであり、長さは１２μ
ｍ程度である。また、給電層４は厚み０.２μｍ程度の
ＷＳｉ層からなりその幅は１.５μｍ程度である。
ゲート開口部１を有するゲート開口部周辺接続層１７
と、絶縁層５を介してトレンチと対向する給電層４と、
各ゲート開口部周辺接続層１７と給電層４を接続する給
電線１６で構成されている。開口部周辺接続層１７及び
給電線１６は、０.１Ω・ｃｍ程度の抵抗率を有し、厚
さ０.１５μｍ程度のポリシリコン層からなる。また、
開口部周辺接続層１７は１辺が１０μｍ程度の正方形で
ある。給電線１６の幅は約２μｍであり、長さは１２μ
ｍ程度である。また、給電層４は厚み０.２μｍ程度の
ＷＳｉ層からなりその幅は１.５μｍ程度である。
【００４６】第４の実施例に係るゲート電極の製造工程
を次に示す。まず、トレンチを具備する導電性基板９上
に形成された絶縁層５上にポリシリコン層を形成し、更
にその上にＷＳｉを形成する。ＰＲ工程及びエッチング
工程によりＷＳｉを所定のパターンにエッチングし、給
電層４を形成する。更にポリシリコンを所定のパターン
にてエッチングして開口部周辺接続層１７及び給電線１
６を形成する。
を次に示す。まず、トレンチを具備する導電性基板９上
に形成された絶縁層５上にポリシリコン層を形成し、更
にその上にＷＳｉを形成する。ＰＲ工程及びエッチング
工程によりＷＳｉを所定のパターンにエッチングし、給
電層４を形成する。更にポリシリコンを所定のパターン
にてエッチングして開口部周辺接続層１７及び給電線１
６を形成する。
【００４７】このように、本実施例のゲート電極は、集
群されたゲート開口部１を電気的に接続する開口部周辺
接続層１７と給電線１６を具備し、更に開口部周辺接続
層１７は給電層４に給電線１６を介して電気的に接続し
ている。この給電線１６に抵抗成分を持たせることによ
り、ゲート電極での電流制限機能を果たすことができ
る。この方法により、前記した第２及び第３の実施例で
説明したゲート開口部から給電層４までの距離の制限を
回避することができ、エミッタコーン充填率を向上させ
ることができる。なお、この給電線１６の寸法並びに抵
抗率にも前記した第２及び第３の実施例で説明した制限
が適用される。
群されたゲート開口部１を電気的に接続する開口部周辺
接続層１７と給電線１６を具備し、更に開口部周辺接続
層１７は給電層４に給電線１６を介して電気的に接続し
ている。この給電線１６に抵抗成分を持たせることによ
り、ゲート電極での電流制限機能を果たすことができ
る。この方法により、前記した第２及び第３の実施例で
説明したゲート開口部から給電層４までの距離の制限を
回避することができ、エミッタコーン充填率を向上させ
ることができる。なお、この給電線１６の寸法並びに抵
抗率にも前記した第２及び第３の実施例で説明した制限
が適用される。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エミッタコーン・ゲート電極間の異常放電による素子破
壊を阻止し、かつ、高周波動作が可能でエミッタコーン
充填率を上げることができるという効果を奏する。
エミッタコーン・ゲート電極間の異常放電による素子破
壊を阻止し、かつ、高周波動作が可能でエミッタコーン
充填率を上げることができるという効果を奏する。
【００４９】その理由は、複数のマトリックス状に配列
されたエミッタコーンの何れかに、異物混入、真空度劣
化またはイオン等の飛来が引き金となるゲート電極間放
電が発生した場合、ゲート電極と導電性基板間の静電容
量に基づいてゲート電極上に蓄積された正電荷は放電箇
所に集中するが、本発明の電界放出型冷陰極は、ゲート
電極に抵抗成分を具備するため、放電時の尖頭電流最大
値が抑制され、放電箇所への電荷の集中は逐次的に行わ
れ、エミッタコーンから導電性基板への放熱により、放
電直後の素子破壊は防止されるからである。
されたエミッタコーンの何れかに、異物混入、真空度劣
化またはイオン等の飛来が引き金となるゲート電極間放
電が発生した場合、ゲート電極と導電性基板間の静電容
量に基づいてゲート電極上に蓄積された正電荷は放電箇
所に集中するが、本発明の電界放出型冷陰極は、ゲート
電極に抵抗成分を具備するため、放電時の尖頭電流最大
値が抑制され、放電箇所への電荷の集中は逐次的に行わ
れ、エミッタコーンから導電性基板への放熱により、放
電直後の素子破壊は防止されるからである。
【００５０】また、その後、放電により放電したコーン
直下の電流制限領域では空乏層が広がることにより電流
制限領域で電流が制限されることにより導電性基板と電
流制限領域上面（エミッタコーン接続面）の間で電位勾
配が発生し、その結果、エミッタコーン電位が上昇する
ことにより放電を停止させることができるからである。
直下の電流制限領域では空乏層が広がることにより電流
制限領域で電流が制限されることにより導電性基板と電
流制限領域上面（エミッタコーン接続面）の間で電位勾
配が発生し、その結果、エミッタコーン電位が上昇する
ことにより放電を停止させることができるからである。
【００５１】つまり、本発明の電界放出型冷陰極では、
放電開始直後のゲート電極に蓄積された電荷の放電によ
る陰極損傷は、ゲート電極に具備された抵抗層による電
荷の移動度抑制により回避され、またゲート電極並びに
導電性基板への電力供給はトレンチ内の電流制限領域で
広がる空乏層の電流制限により回避され、放電を停止さ
せることが出来る。本発明のゲート電極に具備される抵
抗層は放電当初の尖頭電流値抑制の為に具備されるた
め、その抵抗値は抵抗器のみで電流制限を行う従来の冷
陰極に具備する抵抗器に比べ少なくて済み、よって従来
の電流制限機能付冷陰極に比べ高周波駆動が可能とな
る。すなわち、ゲート電極・導電性基板間電圧を高速に
変化させることが可能となり、結果エミッタコーンから
放出される電子量を高速に制御することが出来る。
放電開始直後のゲート電極に蓄積された電荷の放電によ
る陰極損傷は、ゲート電極に具備された抵抗層による電
荷の移動度抑制により回避され、またゲート電極並びに
導電性基板への電力供給はトレンチ内の電流制限領域で
広がる空乏層の電流制限により回避され、放電を停止さ
せることが出来る。本発明のゲート電極に具備される抵
抗層は放電当初の尖頭電流値抑制の為に具備されるた
め、その抵抗値は抵抗器のみで電流制限を行う従来の冷
陰極に具備する抵抗器に比べ少なくて済み、よって従来
の電流制限機能付冷陰極に比べ高周波駆動が可能とな
る。すなわち、ゲート電極・導電性基板間電圧を高速に
変化させることが可能となり、結果エミッタコーンから
放出される電子量を高速に制御することが出来る。
【００５２】更に、異常放電時において、ゲート電極・
導電性基板間電圧は、ゲート電極に具備する高抵抗層に
よる電流制限器とトレンチによる電流制限器の各々のイ
ンピーダンスに応じて分配される。つまり、ゲート電極
に具備する高抵抗層による電流制限器のみの従来の冷陰
極に比べ、高抵抗層による電流制限器に発生する電位差
が少なくなる。故にゲート電極上のゲート開口部・給電
層間距離が高抵抗層による電流制限器のみの従来の冷陰
極に比べて短くて済むことになる。従って、ゲート電極
上のゲート開口部・給電層間距離が短くすることによ
り、エミッタコーンの単位面積当りの充填率を上げるこ
とが可能となる。
導電性基板間電圧は、ゲート電極に具備する高抵抗層に
よる電流制限器とトレンチによる電流制限器の各々のイ
ンピーダンスに応じて分配される。つまり、ゲート電極
に具備する高抵抗層による電流制限器のみの従来の冷陰
極に比べ、高抵抗層による電流制限器に発生する電位差
が少なくなる。故にゲート電極上のゲート開口部・給電
層間距離が高抵抗層による電流制限器のみの従来の冷陰
極に比べて短くて済むことになる。従って、ゲート電極
上のゲート開口部・給電層間距離が短くすることによ
り、エミッタコーンの単位面積当りの充填率を上げるこ
とが可能となる。
【００５３】従って、ゲート電極に具備する電流制限器
の抵抗値は、従来の抵抗付ゲート電極を具備する冷陰極
の抵抗値に比べ５分の１で良く、本発明の電界放出型冷
陰極は５倍の周波数で駆動することが可能となり、更
に、ゲート開口部・給電層間距離が従来の抵抗付ゲート
電極を具備する冷陰極に比べ２分の１に短くできるた
め、単位面積当たりのエミッタコーン充填率を７０％以
上向上させることができる。
の抵抗値は、従来の抵抗付ゲート電極を具備する冷陰極
の抵抗値に比べ５分の１で良く、本発明の電界放出型冷
陰極は５倍の周波数で駆動することが可能となり、更
に、ゲート開口部・給電層間距離が従来の抵抗付ゲート
電極を具備する冷陰極に比べ２分の１に短くできるた
め、単位面積当たりのエミッタコーン充填率を７０％以
上向上させることができる。
【図１】本発明の第１の実施例に係る電界放出型冷陰極
の構造を模式的に説明するための斜視図である。
の構造を模式的に説明するための斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る電界放出型冷陰極
の構造を説明するための断面図である。
の構造を説明するための断面図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る電界放出型冷陰極
のゲート電極の構造を模式的に説明するための上面図で
ある。
のゲート電極の構造を模式的に説明するための上面図で
ある。
【図４】本発明の第３の実施例に係る電界放出型冷陰極
のゲート電極の構造を模式的に説明するための上面図で
ある。
のゲート電極の構造を模式的に説明するための上面図で
ある。
【図５】本発明の第４の実施例に係る電界放出型冷陰極
のゲート電極の構造を模式的に説明するための上面図で
ある。
のゲート電極の構造を模式的に説明するための上面図で
ある。
【図６】従来の電界放出型冷陰極を示す斜視図である。
【図７】従来の電界放出型冷陰極を示す上面図及び断面
図である。
図である。
【図８】従来の電界放出型冷陰極を示す斜視図である。
【図９】従来の電界放出型冷陰極を示す断面図である。
【図１０】従来の電界放出型冷陰極を示す断面図であ
る。
る。
１ ゲート開口部 ２ ゲート電極 ３ 高抵抗層 ４ 給電層 ５ 絶縁層 ６ エミッタコーン ７ 電流制限領域 ８ トレンチ内絶縁層 ９ 導電性基板 １０ 放電箇所 １１ 空乏層 １２ トレンチ １３ 抵抗器 １４ 低抵抗領域 １５ 高抵抗領域 １６ 給電線 １７ 開口部周辺接続層 １８ 接続部 １９ ベース ２０ エミッタ ２１ 導電線 ２２ 低抵抗膜 ２３ 高抵抗膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−12128（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 1/304
Claims (13)
- 【請求項１】導電体基板上に絶縁層を介してゲート電極
を備え、前記ゲート電極及び前記絶縁層の所定の領域に
設けた複数の開口の各々の内部に、前記導電性基板に当
接した突起を有し、複数の前記突起で所定のグループを
形成する電界放出型冷陰極において、 前記導電性基板には、該基板の法線方向から見て、前記
複数の突起からなる所定のグループを囲むように、その
内部が絶縁部材で埋設された溝を備え、 前記ゲート電極は、所定の抵抗率を有する高抵抗層と該
高抵抗層上面に配設された金属又は金属化合物からなる
低抵抗配線層とを少なくとも備えた、ことを特徴とする
電界放出型冷陰極。 - 【請求項２】導電体基板上に絶縁層を介してゲート電極
を備え、前記ゲート電極及び前記絶縁層の所定の領域に
設けた複数の開口の各々の内部に、前記導電性基板に当
接した突起を有し、複数の前記突起で所定のグループを
形成する電界放出型冷陰極において、 前記導電性基板には、該基板の法線方向から見て、前記
複数の突起からなる所定のグループを囲むように、その
内部が絶縁部材で埋設された溝を備え、 前記ゲート電極は、所定の抵抗率を有する高抵抗層と該
高抵抗層に不純物注入により低抵抗化した低抵抗配線層
とを少なくとも備えた、ことを特徴とする電界放出型冷
陰極。 - 【請求項３】前記ゲート電極がポリシリコンからなる、
ことを特徴とする請求項２記載の電界放出型冷陰極。 - 【請求項４】前記ゲート電極を構成する前記低抵抗配線
層が、前記導電性基板の法線方向から見て、該基板に配
設した前記溝と相重なるように配置されている、ことを
特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の電界放
出型冷陰極。 - 【請求項５】前記ゲート電極を構成する前記低抵抗配線
層が、前記導電性基板の法線方向から見て、該基板に配
設された前記溝により区切られた領域の複数を取り囲む
ように、前記溝の一部と相重なって配置されている、こ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の電
界放出型冷陰極。 - 【請求項６】前記ゲート電極を構成する前記低抵抗配線
層が、前記導電性基板の法線方向から見て、該基板に配
設された前記溝により区切られた領域を１以上含み、該
領域の外側において前記溝と交差するように配置されて
いる、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に
記載の電界放出型冷陰極。 - 【請求項７】前記導電性基板の法線方向から見て、前記
低抵抗配線層が、前記開口のいずれからも２.５μｍ以
上離間するように設けられている、ことを特徴とする請
求項１乃至６のいずれか一に記載の電界放出型冷陰極。 - 【請求項８】前記ゲート電極の前記高抵抗層の抵抗率
が、０.０２Ω・ｃｍから２Ω・ｃｍの範囲である、こ
とを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載の電
界放出型冷陰極。 - 【請求項９】導電体基板上に絶縁層を介してゲート電極
を備え、前記ゲート電極及び前記絶縁層の所定の領域に
設けた複数の開口の各々の内部に、前記導電性基板に当
接した突起を有し、複数の前記突起で所定のグループを
形成する電界放出型冷陰極において、 前記導電性基板には、該基板の法線方向から見て、前記
複数の突起からなる所定のグループを囲むように、その
内部が絶縁部材で埋設された溝を備え、 前記ゲート電極は、所定の抵抗率を有する高抵抗層と、
該高抵抗層上面に配設され、前記複数の突起からなるグ
ループに対応する複数の開口を覆うように形成された開
口接続部と、該開口接続部を取り囲むように配設された
金属又は金属化合物からなる低抵抗配線層と、前記開口
接続部と前記低抵抗配線層とを接続する所定の抵抗を備
えた給電線と、を少なくとも備えた、ことを特徴とする
電界放出型冷陰極。 - 【請求項１０】前記ゲート電極を構成する前記低抵抗配
線層が、前記導電性基板の法線方向から見て、該基板に
配設した前記溝と相重なるように配置されている、こと
を特徴とする請求項９記載の電界放出型冷陰極。 - 【請求項１１】前記給電線の抵抗率が、０.０２Ω・ｃ
ｍから２Ω・ｃｍの範囲である、ことを特徴とする請求
項９又は１０に記載の電界放出型冷陰極。 - 【請求項１２】前記開口接続部と前記低抵抗配線層とを
結ぶ前記給電線の長さが、２．５μｍ以上である、こと
を特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一に記載の電
界放出型冷陰極。 - 【請求項１３】前記給電線の抵抗値が、１０ｋΩから１
ＭΩの範囲である、ことを特徴とする請求項９乃至１２
のいずれか一に記載の電界放出型冷陰極。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31569198A JP3139476B2 (ja) | 1998-11-06 | 1998-11-06 | 電界放出型冷陰極 |
| US09/431,894 US6414421B1 (en) | 1998-11-06 | 1999-11-02 | Field emission cold cathode |
| FR9913898A FR2785718B1 (fr) | 1998-11-06 | 1999-11-05 | Cathode froide a emission de champ |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31569198A JP3139476B2 (ja) | 1998-11-06 | 1998-11-06 | 電界放出型冷陰極 |
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|---|---|
| JP2000149762A JP2000149762A (ja) | 2000-05-30 |
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Family
ID=18068405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31569198A Expired - Fee Related JP3139476B2 (ja) | 1998-11-06 | 1998-11-06 | 電界放出型冷陰極 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6414421B1 (ja) |
| JP (1) | JP3139476B2 (ja) |
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| JPH04284324A (ja) | 1991-03-13 | 1992-10-08 | Seiko Epson Corp | 電界電子放出装置 |
| JPH05144370A (ja) | 1991-04-17 | 1993-06-11 | Fujitsu Ltd | 微小電界放出陰極アレイ |
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| US5872422A (en) * | 1995-12-20 | 1999-02-16 | Advanced Technology Materials, Inc. | Carbon fiber-based field emission devices |
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| JP2970539B2 (ja) | 1996-06-27 | 1999-11-02 | 日本電気株式会社 | 電界放出型陰極およびこれを用いた陰極線管 |
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| JP3080021B2 (ja) | 1997-02-10 | 2000-08-21 | 日本電気株式会社 | 電界放出型冷陰極およびその製造方法 |
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-
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- 1998-11-06 JP JP31569198A patent/JP3139476B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-11-02 US US09/431,894 patent/US6414421B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-11-05 FR FR9913898A patent/FR2785718B1/fr not_active Expired - Fee Related
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| US6414421B1 (en) | 2002-07-02 |
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