JP3146471B2 - Field emission type electron-emitting device - Google Patents

Field emission type electron-emitting device

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JP3146471B2 JP34292993A JP34292993A JP3146471B2 JP 3146471 B2 JP3146471 B2 JP 3146471B2 JP 34292993 A JP34292993 A JP 34292993A JP 34292993 A JP34292993 A JP 34292993A JP 3146471 B2 JP3146471 B2 JP 3146471B2
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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、強電界によって電子を
放出する電界放射型の電子放出素子に関する。より詳し
くは、平面ディスプレイを構成するアレイ状のFEA
(FieldEmitter Array)に好ましく
適用できる電子放出素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission type electron-emitting device which emits electrons by a strong electric field. More specifically, an array of FEAs constituting a flat panel display
The present invention relates to an electron-emitting device that can be preferably applied to (FieldEmitter Array).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、コンピューターなどのディスプレ
イとして、CRTに比べて小型であり、また軽量で平面
化が容易な液晶表示素子が広く用いられるようになって
いる。
2. Description of the Related Art In recent years, liquid crystal display devices which are smaller in size than CRTs, light in weight, and easy to flatten have become widely used as displays for computers and the like.

【0003】しかし、液晶表示素子は、視野角が狭く、
また、バックライトの消費電力が大きいなどの欠点があ
る。そのため、近年、高速応答性と高解像度とを有する
平面型の自発光型ディスプレイが強く求められており、
そのための有力なディスプレイ構造として、高真空の平
板セル中に、熱電子ではなく冷電子を放出する冷電極を
有する微細な電子放出素子をアレイ状に配したものが有
望視されている。
However, the liquid crystal display element has a narrow viewing angle,
In addition, there is a disadvantage that the power consumption of the backlight is large. Therefore, in recent years, a flat type self-luminous display having high-speed response and high resolution has been strongly demanded.
A promising display structure for this purpose is one in which fine electron-emitting devices having cold electrodes that emit cold electrons instead of thermoelectrons are arranged in an array in a high-vacuum flat plate cell.

【0004】このような微小な電子放出素子としては、
いわゆる電界放射現象を利用したものが知られている
(Journal of Applied Physi
cs.39(7),p3504(1968);特開昭6
1−221783号公報)。即ち、電界放射型電子放出
素子は、物質に印加する電界の強度を上げると、その強
度に応じて物質表面のエネルギー障壁の幅が次第に狭ま
り、電界強度が10V/cm以上の強電界となると、
物質中の電子がトンネル効果によりそのエネルギー障壁
を突破できるようになり、そのため物質から電子が放出
されるという現象を利用するものである。このため、電
界放射型電子放出素子は、高い電流密度を実現すること
ができ、また、消費電力を低減することができ、更に、
LSIの微細製造技術により製造できるという利点を有
している。
[0004] As such a minute electron-emitting device,
A device utilizing a so-called field emission phenomenon is known (Journal of Applied Physi).
cs. 39 (7), p3504 (1968);
1-222183). That is, in the field emission type electron-emitting device, when the intensity of the electric field applied to the substance is increased, the width of the energy barrier on the surface of the substance is gradually narrowed according to the intensity, and the electric field intensity is increased to 10 7 V / cm or more. When it comes
This utilizes the phenomenon that electrons in a substance can break through the energy barrier due to a tunnel effect, and thus electrons are emitted from the substance. For this reason, the field emission type electron-emitting device can realize a high current density, can reduce power consumption, and
It has the advantage that it can be manufactured by LSI fine manufacturing technology.

【0005】従来の電界放射型電子放出素子は、図6
(断面図)及び図7(概略斜視図)に示すように、コー
ン型のエミッタ電極を有する素子であり、ガラス基板な
どの絶縁性基板61、低抵抗率のシリコン(Si)やク
ロム(Cr)などからなるエミッタ配線パターン62、
SiOなどの絶縁層63及びCrやモリブデン(M
o)などからなるゲート電極64が順次積層され、ゲー
ト電極64と絶縁層63とにはエミッタ配線パターン6
2に達する開孔部aがエッチング法などにより開孔さ
れ、その開孔部a内のエミッタ配線パターン62上に、
絶縁層63及びゲート電極64に接触しないように、先
端がサブミクロン以下の曲率半径の針状に加工されてい
るMoやタングステン(W)などの高融点且つ低仕事関
数の金属からなるエミッタ電極65が配設されている構
造を有する。この場合、ゲート電極64は、複数の電子
放出素子から形成される一つの画素内では共通電極とな
っている。
A conventional field emission type electron-emitting device is shown in FIG.
As shown in (cross-sectional view) and FIG. 7 (schematic perspective view), this is an element having a cone-shaped emitter electrode, an insulating substrate 61 such as a glass substrate, low-resistivity silicon (Si) or chromium (Cr). An emitter wiring pattern 62 made of
An insulating layer 63 such as SiO 2 and Cr or molybdenum (M
o), etc. are sequentially laminated, and the emitter electrode pattern 6 is formed between the gate electrode 64 and the insulating layer 63.
2 is opened by an etching method or the like, and the emitter wiring pattern 62 in the opening a is
An emitter electrode 65 made of a metal having a high melting point and a low work function, such as Mo or tungsten (W), whose tip is processed into a needle shape having a radius of curvature of submicron or less so as not to contact the insulating layer 63 and the gate electrode 64. Is provided. In this case, the gate electrode 64 is a common electrode in one pixel formed by a plurality of electron-emitting devices.

【0006】図6に示した従来の電子放出素子は、図8
に示すように作製されている。
The conventional electron-emitting device shown in FIG.
It is manufactured as shown in FIG.

【0007】まず、ガラスなどの絶縁性基板61に、リ
ンが高濃度でドープされたSi膜を形成し、これをフォ
トリソグラフ法などによりパターニングして、エミッタ
に電圧を印加するためのエミッタ配線パターン62を形
成する(図8(a))。
First, an Si film doped with a high concentration of phosphorus is formed on an insulating substrate 61 such as glass, and is patterned by a photolithographic method or the like to form an emitter wiring pattern for applying a voltage to the emitter. 62 are formed (FIG. 8A).

【0008】次に、エミッタ配線パターン62上に、熱
酸化法、スパッタ法、真空蒸着法などにより絶縁層63
とゲート電極64とを順次積層する(図8(b))。
Next, an insulating layer 63 is formed on the emitter wiring pattern 62 by a thermal oxidation method, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like.
And the gate electrode 64 are sequentially laminated (FIG. 8B).

【0009】次に、このゲート電極64上にレジスト層
を塗布、パターニングし、パターニングしたレジスト層
をエッチングマスクとして使用し、反応性イオンエッチ
ング法などの異方性エッチング法により、ゲート電極6
4と絶縁層63とに、エミッタ配線パターン62にまで
達する約1〜2μmの直径を有する孔aを開孔し、そし
てエッチングマスクとして使用したレジスト層を常法に
より除去する(図8(c))。
Next, a resist layer is coated and patterned on the gate electrode 64, and the gate electrode 6 is formed by anisotropic etching such as reactive ion etching using the patterned resist layer as an etching mask.
A hole a having a diameter of about 1 to 2 μm reaching the emitter wiring pattern 62 is formed in the insulating layer 4 and the insulating layer 63, and the resist layer used as an etching mask is removed by a conventional method (FIG. 8C). ).

【0010】次に、斜方回転蒸着法により、ゲート電極
64上に銅(Cu)やアルミニウム(Al)などを孔a
の直径が縮小するように蒸着させてリフトオフ層66を
形成する(図8(d))。
Next, copper (Cu), aluminum (Al), or the like is formed on the gate electrode 64 by the oblique rotation evaporation method.
The lift-off layer 66 is formed by vapor deposition so as to reduce the diameter (FIG. 8D).

【0011】そして絶縁性基板61の垂直方向から、異
方性蒸着法、例えば反応性電子ビーム(REB)蒸着法
などを利用して、エミッタ電極65用の金属を蒸着させ
る。これにより、孔aの内部には、先端部が尖ったエミ
ッタ電極65が形成され、一方、リフトオフ層66上に
も金属薄層67が孔aを塞ぐように形成される(図8
(e))。
Then, a metal for the emitter electrode 65 is deposited from the vertical direction of the insulating substrate 61 by using an anisotropic deposition method, for example, a reactive electron beam (REB) deposition method. Thus, an emitter electrode 65 having a sharp tip is formed inside the hole a, and a thin metal layer 67 is also formed on the lift-off layer 66 so as to cover the hole a (FIG. 8).
(E)).

【0012】次に、リフトオフ層66を選択エッチング
法などにより除去し、それにより金属薄層67をリフト
オフする。これにより図6に示したようなコーン型のエ
ミッタ電極65を有する電子放出素子が得られる(図8
(f))。
Next, the lift-off layer 66 is removed by a selective etching method or the like, whereby the thin metal layer 67 is lifted off. Thus, an electron-emitting device having a cone-shaped emitter electrode 65 as shown in FIG. 6 is obtained (FIG. 8).
(F)).

【0013】また、コーン型エミッタ電極を有する電子
放出素子の他に、広い面積にわたって均一な加工性を確
保するために、図9に示すようなエミッタ電極をディス
ク型とした電子放出素子も提案されている(特開平4−
137327号公報)。この電子放出素子は構造は、絶
縁性基板61、エミッタ配線パターン62、絶縁層63
及びゲート電極64が順次積層され、ゲート電極64と
絶縁層63とにはエミッタ配線パターン62に達する開
孔部aが設けられ、その開孔部a内のエミッタ配線パタ
ーン62上にエミッタ下地層68とエミッタ電極69と
が、絶縁層63及びゲート電極64に接触しないように
積層された構造を有する。
In addition to an electron-emitting device having a cone-type emitter electrode, an electron-emitting device having a disk-type emitter electrode as shown in FIG. 9 has been proposed in order to ensure uniform workability over a wide area. (Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 137327). The structure of the electron-emitting device includes an insulating substrate 61, an emitter wiring pattern 62, an insulating layer 63.
The gate electrode 64 and the insulating layer 63 are provided with an opening a reaching the emitter wiring pattern 62, and the emitter base layer 68 is formed on the emitter wiring pattern 62 in the opening a. And the emitter electrode 69 are stacked so as not to contact the insulating layer 63 and the gate electrode 64.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図6及
び図7に示したような、コーン型エミッタ電極を有する
電子放出素子を製造する場合、図8に示すように、リフ
トオフ層66を斜方回転蒸着法で形成し、またエミッタ
電極65を異方性蒸着法で形成するが、これらの方法で
は広い範囲に亘って均一で欠陥なく尖った先端を有する
エミッタ電極65を形成することは困難であるという問
題があった。
However, when manufacturing an electron-emitting device having a cone-type emitter electrode as shown in FIGS. 6 and 7, the lift-off layer 66 is obliquely rotated as shown in FIG. The emitter electrode 65 is formed by an anisotropic evaporation method and the emitter electrode 65 is formed by an anisotropic evaporation method. However, it is difficult to form the emitter electrode 65 having a uniform and uniform pointed tip over a wide range by these methods. There was a problem.

【0015】このため、エミッタ電極65が、蒸着ムラ
により傾斜して形成される場合があり、そのようなエミ
ッタ電極65に電圧が印加された場合には、エミッタ電
極65とゲート電極64とが短絡するという問題があっ
た。
For this reason, the emitter electrode 65 may be formed to be inclined due to uneven deposition, and when a voltage is applied to such an emitter electrode 65, the emitter electrode 65 and the gate electrode 64 are short-circuited. There was a problem of doing.

【0016】このような問題に対しては、上述したよう
に、電子放出特性は若干低下するものの再現性よく安定
的に作製することができる図9に示したようなディスク
型エミッタ電極69を有する電子放出素子が提案されて
いる。しかし、この電子放出素子においても、エミッタ
電極69とゲート電極64との間隔は非常に狭いため
に、それらに導電性の塵埃が付着して短絡するという問
題があった。
In order to solve such a problem, as described above, a disk-type emitter electrode 69 as shown in FIG. Electron-emitting devices have been proposed. However, also in this electron-emitting device, since the distance between the emitter electrode 69 and the gate electrode 64 is very small, there is a problem that conductive dust adheres to them and causes a short circuit.

【0017】そしていずれの形状のエミッタ電極65、
69を使用する場合でも、エミッタ電極65、69とゲ
ート電極64とに短絡が生じた場合には、ゲート電極6
4が一画素内で共通電極となっているために、一つの画
素全体が影響を受け、その画素が使用不能となるという
問題を引き起こしていた。
The emitter electrode 65 of any shape,
Even when the gate electrode 64 is used, if a short circuit occurs between the emitter electrodes 65 and 69 and the gate electrode 64, the gate electrode 6
Since 4 is a common electrode in one pixel, the whole one pixel is affected, causing a problem that the pixel becomes unusable.

【0018】本発明は以上のような従来技術の問題点を
解決しようとするものであり、複数の電子放出素子をア
レイ状に配設して一つの画素を構成した場合に、一つの
電子放出素子のエミッタ電極とゲート電極とが仮に短絡
した場合でも、他の電子放出素子に対して悪影響を極力
及ばないようにし、画素が不良となることを防止するこ
とを目的とする。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. When a plurality of electron-emitting devices are arranged in an array to constitute one pixel, one electron-emitting device is provided. It is an object of the present invention to minimize adverse effects on other electron-emitting devices even if an emitter electrode and a gate electrode of the device are short-circuited, and to prevent a pixel from becoming defective.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、一つの画
素内で電子放出素子のゲート電極全体を共通電極とせず
に、ゲート電極に電圧を印加するためのゲート配線パタ
ーンを、一つの画素内で共通とし、そのゲート配線パタ
ーンとゲート電極とを、容量結合方式により電気的に接
続することにより上述の目的が達成できることを見出
し、本発明を完成させるに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors did not use the entire gate electrode of the electron-emitting device in one pixel as a common electrode, but instead formed one gate wiring pattern for applying a voltage to the gate electrode. The present inventors have found that the above object can be achieved by making the gate wiring pattern and the gate electrode electrically common in a pixel by a capacitive coupling method, and have completed the present invention.

【0020】即ち、本発明は、エミッタ配線パターン、
その上に設けられたエミッタ電極、そのエミッタ電極を
取り囲むように該導電層上に配設されている第1絶縁
層、及び該第1絶縁層上に該エミッタ電極を取り囲むよ
うに配設されているゲート電極からなる電界放射型電子
放出素子において、該ゲート電極に電圧を印加するため
のゲート配線パターンが、容量結合方式により該ゲート
電極と電気的に接続されるように、該ゲート電極上に第
2絶縁層を介して配設されていることを特徴とする電界
放射型電子放出素子を提供する。
That is, the present invention provides an emitter wiring pattern,
An emitter electrode provided thereon, a first insulating layer provided on the conductive layer so as to surround the emitter electrode, and a first insulating layer provided so as to surround the emitter electrode on the first insulating layer. In a field emission type electron-emitting device comprising a gate electrode, a gate wiring pattern for applying a voltage to the gate electrode is formed on the gate electrode so as to be electrically connected to the gate electrode by a capacitive coupling method. Provided is a field emission type electron-emitting device, which is provided via a second insulating layer.

【0021】以下、本発明の電子放出素子を図面を参照
しながら詳細に説明する。
Hereinafter, the electron-emitting device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0022】図1は、コーン型のエミッタ電極を有する
好ましい態様の本発明の電子放出素子の断面図である。
この電子放出素子は、絶縁性基板1、その上に形成され
たエミッタ配線パターン2、エミッタ配線パターン2上
に設けられたエミッタ電極3、そのエミッタ電極3を取
り囲むようにエミッタ配線パターン2上に配設されてい
る第1絶縁層4、及び第1絶縁層4上にエミッタ電極3
を取り囲むように配設されているゲート電極5を有し、
このゲート電極5と、ゲート電極5に電圧を印加するた
めのゲート配線パターン6とが第2絶縁層7を介して容
量結合方式により互いに電気的に接続されている構造を
有する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a preferred embodiment of the electron-emitting device of the present invention having a cone-shaped emitter electrode.
This electron-emitting device includes an insulating substrate 1, an emitter wiring pattern 2 formed thereon, an emitter electrode 3 provided on the emitter wiring pattern 2, and an emitter electrode 3 provided on the emitter wiring pattern 2 so as to surround the emitter electrode 3. A first insulating layer 4 provided, and an emitter electrode 3 on the first insulating layer 4.
Having a gate electrode 5 disposed so as to surround
The gate electrode 5 and a gate wiring pattern 6 for applying a voltage to the gate electrode 5 have a structure in which they are electrically connected to each other via a second insulating layer 7 by a capacitive coupling method.

【0023】個々の電子放出素子をこのような構造とす
ると、複数の電子放出素子から一つの画素を構成する場
合に、ゲート配線パターン6を他の電子放出素子のゲー
ト配線パターンと共通化することによりゲート電極5を
共通電極とする必要がなくなる。したがって、一つの電
子放出素子のエミッタ電極3とゲート電極5とが短絡し
ても、他の電子放出素子への影響を極力防止することが
でき、一画素全体としての性能を実質的に保持すること
ができる。
When each electron-emitting device has such a structure, when one pixel is constituted by a plurality of electron-emitting devices, the gate wiring pattern 6 is shared with the gate wiring patterns of other electron-emitting devices. This eliminates the need for the gate electrode 5 to be a common electrode. Therefore, even if the emitter electrode 3 and the gate electrode 5 of one electron-emitting device are short-circuited, the influence on other electron-emitting devices can be prevented as much as possible, and the performance of one pixel as a whole is substantially maintained. be able to.

【0024】本発明の電子放出素子において、絶縁性基
板1は、電子放出素子の支持体として機能しており、厚
みが0.3〜5mm程度のガラス基板などを使用するこ
とができる。
In the electron-emitting device of the present invention, the insulating substrate 1 functions as a support for the electron-emitting device, and a glass substrate having a thickness of about 0.3 to 5 mm can be used.

【0025】エミッタ配線パターン2は、エミッタ電極
3に電圧を印加するための配線である。エミッタ配線パ
ターン2の材料としては、Cr、Ta、Al、Cu、S
iなどを好ましく例示することができる。エミッタ配線
パターン2の厚みは、0.1〜0.5μm程度が好まし
い。
The emitter wiring pattern 2 is a wiring for applying a voltage to the emitter electrode 3. Materials for the emitter wiring pattern 2 include Cr, Ta, Al, Cu, S
Preferred examples include i. The thickness of the emitter wiring pattern 2 is preferably about 0.1 to 0.5 μm.

【0026】なお、エミッタ配線パターン2としては、
ガラスなどの絶縁性基板に設けられたものを使用しても
よいが、エミッタ配線パターン自体が支持体として機能
できるように、シリコン基板などの導電性基板を使用し
てもよい。この場合には、絶縁性基板を省略することが
できる。
The emitter wiring pattern 2 includes
Although a substrate provided on an insulating substrate such as glass may be used, a conductive substrate such as a silicon substrate may be used so that the emitter wiring pattern itself can function as a support. In this case, the insulating substrate can be omitted.

【0027】エミッタ電極3はその先端から電子を直接
的に放出する部材として機能している。このようなエミ
ッタ電極3の材料としては、仕事関数が小さく電子放出
特性が良好で、強電圧耐性があり、高い融点を有するも
のを使用する。このような材料としては、Cr、W、M
o、Ta、Nbなどを好ましく例示することができる。
The emitter electrode 3 functions as a member for directly emitting electrons from its tip. As a material of such an emitter electrode 3, a material having a small work function, good electron emission characteristics, high voltage resistance, and a high melting point is used. Such materials include Cr, W, M
Preferred examples include o, Ta, and Nb.

【0028】第1絶縁層4としては、SiO、Si
N、Taなどの無機絶縁性化合物を使用すること
が好ましい。その層厚はエミッタ電極3のサイズなどに
より異なるが、約0.5〜2μmが好ましい。
The first insulating layer 4 is made of SiO 2 , Si
It is preferable to use an inorganic insulating compound such as N or Ta 2 O 5 . The layer thickness varies depending on the size of the emitter electrode 3 and the like, but is preferably about 0.5 to 2 μm.

【0029】ゲート電極5は、エミッタ電極3に強電界
を集中させるための電極である。ゲート電極の材料とし
ては、スパッタされにくい材料が好ましいが、プロセス
適合性を考慮して適宜材料を選択することができる。こ
のような材料としては、Cr、W、Mo、Ta、Nbな
ど好ましく例示することができる。ゲート電極5の厚み
は、プロセス耐性、加工性等により異なるが、約0.1
〜0.6μmとすることが好ましい。
The gate electrode 5 is an electrode for concentrating a strong electric field on the emitter electrode 3. As the material of the gate electrode, a material that is not easily sputtered is preferable, but a material can be appropriately selected in consideration of process compatibility. Preferred examples of such a material include Cr, W, Mo, Ta, and Nb. The thickness of the gate electrode 5 varies depending on process resistance, processability, etc.
It is preferable to set it to 0.6 μm.

【0030】ゲート配線パターン6は、第2絶縁層7を
介して容量結合方式によりゲート電極5に電圧を印加す
るものである。ゲート配線パターン6の厚さや、ゲート
電極5に対する対向表面積などは適宜選択することがで
きる。
The gate wiring pattern 6 applies a voltage to the gate electrode 5 through the second insulating layer 7 by a capacitive coupling method. The thickness of the gate wiring pattern 6, the surface area facing the gate electrode 5, and the like can be appropriately selected.

【0031】第2絶縁層7は、ゲート配線パターン6と
ゲート電極5とを容量結合方式により電気的に結合させ
るためのセパレータとして機能している。このような第
2絶縁層7の材料としては、SiO、Taなど
の無機絶縁性化合物を使用することが好ましい。その層
厚はエミッタ電極3のサイズなどにより異なるが、約
0.1〜1μmが好ましい。
The second insulating layer 7 functions as a separator for electrically coupling the gate wiring pattern 6 and the gate electrode 5 by a capacitive coupling method. As a material of such a second insulating layer 7, it is preferable to use an inorganic insulating compound such as SiO 2 or Ta 2 O 5 . The layer thickness varies depending on the size of the emitter electrode 3 and the like, but is preferably about 0.1 to 1 μm.

【0032】図2(a)は、図1の電子放出素子のゲー
ト電極の平面図である。この場合、ゲート電極5が円錐
形のエミッタ電極3を囲むドーナツ部5aと、ライン状
のゲート配線パターン6と容量結合するための容量結合
部5bとから構成されている。
FIG. 2A is a plan view of the gate electrode of the electron-emitting device of FIG. In this case, the gate electrode 5 includes a donut portion 5a surrounding the conical emitter electrode 3 and a capacitive coupling portion 5b for capacitive coupling with the linear gate wiring pattern 6.

【0033】電子放出素子のゲート電極5の形状はこの
例に限らず、エミッタ電極3を囲み且つ隣接するゲート
電極から電気的に絶縁されている形状であれば、任意の
形状とすることができる。例えば、図2(b)に示すよ
うな形状とすることもできる。また、この図2(a)及
び(b)の例では、一つのエミッタ電極3に対して独立
したゲート電極5を有する例を示したが、図2(c)に
示すように、一画素全体に影響が及ばない限り、複数、
例えば二つのエミッタ電極3に対するゲート電極5を共
通電極として構成してもよい。
The shape of the gate electrode 5 of the electron-emitting device is not limited to this example, and may be any shape as long as it surrounds the emitter electrode 3 and is electrically insulated from the adjacent gate electrode. . For example, a shape as shown in FIG. In addition, in the examples of FIGS. 2A and 2B, an example in which an independent gate electrode 5 is provided for one emitter electrode 3 is shown. However, as shown in FIG. , Unless they affect
For example, the gate electrode 5 for the two emitter electrodes 3 may be configured as a common electrode.

【0034】また、図2(a)〜(c)の場合、ゲート
配線パターン6はライン形状の例を示したが、容量結合
方式によりゲート電極5と電気的に接合できる限り任意
の形状とすることができ、例えば、図2(d)に示すよ
うに、エミッタ電極3に相当する部分に開孔部bが形成
されたフィルム形状としてもよい。
2 (a) to 2 (c), the gate wiring pattern 6 is shown as an example of a line shape. For example, as shown in FIG. 2D, a film shape having an opening b at a portion corresponding to the emitter electrode 3 may be used.

【0035】図3は、図2(a)の電子放出素子をアレ
イ状に配列させて一つの画素を形成したものの平面図で
ある。
FIG. 3 is a plan view of one pixel formed by arranging the electron-emitting devices of FIG. 2A in an array.

【0036】次に、エミッタ配線パターンが支持基板と
しても機能している本発明の電子放出素子の製造方法の
一例を図4(断面図(a)〜(j))と図5(斜視図
(a)〜(e)、平面図(f)〜(j))にしたがって
説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the electron-emitting device of the present invention in which the emitter wiring pattern also functions as a support substrate is shown in FIGS. 4 (cross-sectional views (a) to (j)) and FIG. a) to (e) and plan views (f) to (j)).

【0037】まず、エミッタ配線パターン2として機能
する導電性基板(1)を用意する(図4(a)及び図5
(a))。
First, a conductive substrate (1) functioning as the emitter wiring pattern 2 is prepared (FIGS. 4A and 5).
(A)).

【0038】次に、このエミッタ配線パターン2上に第
1絶縁層となる絶縁層4xを、熱酸化法、スパッタ法、
真空蒸着法などにより形成し、引き続きゲート電極とな
る導電性層5xを形成する(図4(b)及び図5
(b))。
Next, an insulating layer 4x to be a first insulating layer is formed on the emitter wiring pattern 2 by a thermal oxidation method, a sputtering method,
A conductive layer 5x to be a gate electrode is formed by a vacuum deposition method or the like (FIG. 4B and FIG. 5).
(B)).

【0039】この導電性層5xを、フォトリソグラフ法
によりパターニングすることによりゲート電極5を形成
する(図4(c)及び図5(c))。この場合、ゲート
電極5をエミッタ電極3を囲むドーナツ部5aとゲート
配線パターンと容量結合するための容量結合部5bとか
ら構成されるようにパターニングする。
The gate electrode 5 is formed by patterning the conductive layer 5x by a photolithographic method (FIGS. 4C and 5C). In this case, the gate electrode 5 is patterned so as to include a donut portion 5a surrounding the emitter electrode 3 and a capacitive coupling portion 5b for capacitive coupling with the gate wiring pattern.

【0040】次に、ゲート電極5上に、第2絶縁層とな
る絶縁材料層7aをスパッタ法などにより形成し、更に
ゲート配線パターンとなる導電性材料層6aを形成する
(図4(d)及び図5(d))。
Next, an insulating material layer 7a to be a second insulating layer is formed on the gate electrode 5 by a sputtering method or the like, and a conductive material layer 6a to be a gate wiring pattern is formed (FIG. 4D). And FIG. 5 (d)).

【0041】導電性材料層6xをフォトリソグラフ法な
どによりパターニングしてライン形状のゲート配線パタ
ーン6を形成する(図4(e)及び図5(e))。
The conductive material layer 6x is patterned by photolithography or the like to form a line-shaped gate wiring pattern 6 (FIGS. 4E and 5E).

【0042】次に、フォトリソグラフ法などにより、絶
縁性材料層7xにエミッタ電極を設けるための開孔部が
形成されるようにパターニングして第2絶縁層7を形成
する(図4(f)及び図5(f))。
Next, the second insulating layer 7 is formed by photolithography or the like by patterning so that an opening for providing an emitter electrode is formed in the insulating material layer 7x (FIG. 4F). And FIG. 5 (f)).

【0043】次に、第1絶縁層となる絶縁性材料層4x
にフォトリソグラフ法などによりエッチングしてエミッ
タ配線パターン2に達する開孔部aを設けることにより
第1絶縁層4を形成する(図4(g)及び図5
(g))。その際、エミッタ電極へ電界集中させるゲー
ト電極5の機能を向上させるために開孔部aの内壁をサ
イドエッチングしておくことが好ましい。
Next, an insulating material layer 4x serving as a first insulating layer
The first insulating layer 4 is formed by forming an opening a reaching the emitter wiring pattern 2 by etching by photolithography or the like (FIG. 4G and FIG. 5).
(G)). At this time, it is preferable to perform side etching on the inner wall of the opening a in order to improve the function of the gate electrode 5 for concentrating the electric field on the emitter electrode.

【0044】次に、第2絶縁層7の全面にリフトオフ層
8を形成する((図4(h)及び図5(h))。このと
き、エミッタ電極に好ましい形状を付与するために、開
口部aの開孔径を縮小することが好ましい。このために
は、回転する導電性基板(1)に対して斜方蒸着法によ
りリフトオフ層8を形成することが好ましい。例えば、
リフトオフ層8として約0.3〜1μm厚のAl層を形
成することができる。
Next, a lift-off layer 8 is formed on the entire surface of the second insulating layer 7 (FIGS. 4 (h) and 5 (h)). It is preferable to reduce the opening diameter of the portion a, and for this purpose, it is preferable to form the lift-off layer 8 on the rotating conductive substrate (1) by oblique deposition.
An Al layer having a thickness of about 0.3 to 1 μm can be formed as the lift-off layer 8.

【0045】次に、導電性基板1の垂直方向からエミッ
タ電極用材料を蒸着させることにより、先端の尖ったエ
ミッタ電極3を開孔部aに形成する((図4(j)及び
図5(j))。このとき、リフトオフ層8上にもエミッ
タ電極用材料層9が形成されている。
Next, the emitter electrode 3 having a sharp tip is formed in the opening a by vapor-depositing a material for the emitter electrode from the vertical direction of the conductive substrate 1 (see FIGS. 4 (j) and 5 ( j)) At this time, the emitter electrode material layer 9 is also formed on the lift-off layer 8.

【0046】最後に、リフトオフ層8を選択的にエッチ
ングするなどにより除去し、エミッタ電極用材料層9を
リフトオフする。これにより、図4(k)及び図5
(k)に示すような本発明の電子放出素子が得られる。
Finally, the lift-off layer 8 is removed by selective etching or the like, and the emitter electrode material layer 9 is lifted off. Thereby, FIG. 4 (k) and FIG.
An electron-emitting device of the present invention as shown in (k) is obtained.

【0047】なお、図1〜5では、エミッタ電極がコー
ン型である例を示したが、これに限らず、特開平4−1
37327号公報に記載されているようなディスク型の
エミッタ電極を有する電子放出素子にも本発明は適用す
ることができる。
Although FIGS. 1 to 5 show an example in which the emitter electrode is of a cone type, the present invention is not limited to this.
The present invention can be applied to an electron-emitting device having a disk-type emitter electrode as described in Japanese Patent No. 37327.

【0048】[0048]

【作用】本発明の電子放出素子においては、ゲート電極
とゲート配線パターンとが容量結合方式により電気的に
接続している。従って、複数の電子放出素子から画素を
構成する際に、ゲート配線パターンを画素内において共
通化し、一方、ゲート電極を他の電子放出素子のゲート
電極と電気的に独立させることができる。よって、一つ
の電子放出素子のゲート電極とエミッタ電極とが短絡し
ても、他の電子放出素子に悪影響が及ばないようにで
き、従って画素全体として不良となることはない。
In the electron-emitting device of the present invention, the gate electrode and the gate wiring pattern are electrically connected by a capacitive coupling method. Therefore, when forming a pixel from a plurality of electron-emitting devices, the gate wiring pattern can be shared in the pixel, and the gate electrode can be made electrically independent of the gate electrodes of other electron-emitting devices. Therefore, even if the gate electrode and the emitter electrode of one electron-emitting device are short-circuited, other electron-emitting devices can be prevented from being adversely affected, so that the pixel does not become defective as a whole.

【0049】[0049]

【実施例】以下、本発明の電子放出素子の製造例を図4
及び図5の製造工程図に従って説明する。
FIG. 4 shows an example of manufacturing an electron-emitting device according to the present invention.
The process will be described with reference to FIG.

【0050】まず、リンがドープされた厚さ0.36m
mのシリコン基板(1)を用意した。この表面はベタの
エミッタ配線パターン2として機能する(図4(a)及
び図5(a))。
First, a phosphorus-doped 0.36 m thick
m of silicon substrate (1) was prepared. This surface functions as a solid emitter wiring pattern 2 (FIGS. 4A and 5A).

【0051】次に、このエミッタ配線パターン2上に第
1絶縁層となる厚さ1.2μmのSiO層4xを熱酸
化法により形成し、引き続きゲート電極となる厚さ0.
3μmのMo層5xをスパッタ法により形成した(図4
(b)及び図5(b))。
Next, a 1.2 μm thick SiO 2 layer 4x serving as a first insulating layer is formed on the emitter wiring pattern 2 by a thermal oxidation method.
A 3 μm Mo layer 5x was formed by a sputtering method (FIG. 4).
(B) and FIG. 5 (b)).

【0052】このMo層5xを、フォトリソグラフ法に
よりパターニングすることによりゲート電極5を形成し
た(図4(c)及び図5(c))。この場合、ゲート電
極5を、内径1μmで外径6μmのドーナツ部5aとゲ
ート配線パターンと容量結合するための3×3μmの矩
形の容量結合部5bとから構成されるようにパターニン
グした。
The gate electrode 5 was formed by patterning the Mo layer 5x by photolithography (FIGS. 4C and 5C). In this case, the gate electrode 5 was patterned so as to include a donut portion 5a having an inner diameter of 1 μm and an outer diameter of 6 μm, and a rectangular capacitive coupling portion 5b of 3 × 3 μm for capacitive coupling with a gate wiring pattern.

【0053】次に、ゲート電極5上に、第2絶縁層とな
る厚さ0.3μmのSiO層7xをスパッタ法で形成
し、更にゲート配線パターンとなる厚さ0.2μmのC
r層6xを形成した(図4(d)及び図5(d))。
Next, a 0.3 μm thick SiO 2 layer 7x serving as a second insulating layer is formed on the gate electrode 5 by sputtering, and a 0.2 μm thick C 2 O 2 layer serving as a gate wiring pattern is formed.
An r layer 6x was formed (FIGS. 4D and 5D).

【0054】このCr層6xをフォトリソグラフ法によ
りパターニングして幅3μmのライン形状のゲート配線
パターン6を形成した(図4(e)及び図5(e))。
The Cr layer 6x was patterned by photolithography to form a line-shaped gate wiring pattern 6 having a width of 3 μm (FIGS. 4 (e) and 5 (e)).

【0055】次に、フォトリソグラフ法により、エミッ
タ配線パターン2の上にエミッタ電極を設けるための直
径3μmの開孔部aを形成することにより第2絶縁層7
を形成した(図4(f)及び図5(f))。
Next, an opening a having a diameter of 3 μm for providing an emitter electrode is formed on the emitter wiring pattern 2 by photolithography, thereby forming the second insulating layer 7.
(FIG. 4 (f) and FIG. 5 (f)).

【0056】次に、第1絶縁層となるSiO層4xに
フォトリソグラフ法によりエッチングしてエミッタ配線
パターン2に達する開孔部aを設けることにより第1絶
縁層4を形成した(図4(g)及び図5(g))。その
際、開孔部aの内壁を0.2μmサイドエッチングし
た。
Next, the first insulating layer 4 was formed by etching the SiO 2 layer 4x serving as the first insulating layer by photolithography to provide an opening a reaching the emitter wiring pattern 2 (FIG. 4 ( g) and FIG. 5 (g)). At that time, the inner wall of the opening a was side-etched by 0.2 μm.

【0057】次に、回転蒸着法により、シリコン基板
(1)に対して約15°の方向からリフトオフ層となる
厚さ0.5μmのAl層8を形成した。このとき、開孔
部aの開孔径が縮小した(図4(h)及び図5
(h))。
Next, an Al layer 8 having a thickness of 0.5 μm serving as a lift-off layer was formed from the direction of about 15 ° with respect to the silicon substrate (1) by a rotary evaporation method. At this time, the opening diameter of the opening a is reduced (see FIG. 4H and FIG. 5).
(H)).

【0058】次に、シリコン基板(1)の垂直方向から
Moを蒸着させることにより、先端の尖ったエミッタ電
極3を開孔部a内に形成した(図4(i)及び図5
(i))。このとき、Al層8上にもMo層9が形成さ
れた。
Next, by evaporating Mo from the vertical direction of the silicon substrate (1), the emitter electrode 3 having a sharp tip was formed in the opening a (FIG. 4 (i) and FIG. 5).
(I)). At this time, the Mo layer 9 was also formed on the Al layer 8.

【0059】最後に、Al層8をリフトオフ法により選
択的にエッチングして除去し、同時にその上のMo層9
を除去した。これにより、図4(j)及び図5(j)に
示すような本発明の電子放出素子を得た。
Finally, the Al layer 8 is selectively etched and removed by the lift-off method, and at the same time, the Mo layer 9 thereon is removed.
Was removed. Thus, an electron-emitting device of the present invention as shown in FIGS. 4 (j) and 5 (j) was obtained.

【0060】[0060]

【発明の効果】複数の電子放出素子から一つの画素を構
成する場合に、本発明の電子放出素子を用いれば、一つ
の電子放出素子のゲート電極とエミッタ電極とが短絡し
ても、他の電子放出素子に悪影響が及ばないようにする
ことできる。従って画素全体として不良となることはな
い。よって、本発明の電子放出素子を使用するとFEA
の歩留まりを向上させ、その製造コストを低減させるこ
とができる。
According to the present invention, when one pixel is constituted by a plurality of electron-emitting devices, even if the gate electrode and the emitter electrode of one electron-emitting device are short-circuited, another electron-emitting device is used. An adverse effect on the electron-emitting device can be prevented. Therefore, the pixel does not become defective as a whole. Therefore, when the electron-emitting device of the present invention is used, FEA
Can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.

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

【図1】本発明の電子放出素子の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an electron-emitting device of the present invention.

【図2】本発明の電子放出素子のゲート電極の平面図で
ある。
FIG. 2 is a plan view of a gate electrode of the electron-emitting device of the present invention.

【図3】本発明の電子放出素子をアレイ状に配列させた
ものの平面図である。
FIG. 3 is a plan view of the electron-emitting devices of the present invention arranged in an array.

【図4】本発明の電子放出素子の製造工程図である。FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the electron-emitting device of the present invention.

【図5】本発明の電子放出素子の製造工程図である。FIG. 5 is a manufacturing process diagram of the electron-emitting device of the present invention.

【図6】従来の電子放出素子の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional electron-emitting device.

【図7】従来の電子放出素子の概略斜視図である。FIG. 7 is a schematic perspective view of a conventional electron-emitting device.

【図8】従来の電子放出素子の製造工程図である。FIG. 8 is a manufacturing process diagram of a conventional electron-emitting device.

【図9】従来の電子放出素子の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional electron-emitting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁性基板 2 エミッタ配線パターン 3 エミッタ電極 4 第1絶縁層 5 ゲート電極 6 ゲート配線パターン 7 第2絶縁層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating substrate 2 Emitter wiring pattern 3 Emitter electrode 4 First insulating layer 5 Gate electrode 6 Gate wiring pattern 7 Second insulating layer

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 エミッタ配線パターン、その上に設けら
れたエミッタ電極、そのエミッタ電極を取り囲むように
該エミッタ配線パターン上に配設されている第1絶縁
層、及び該第1絶縁層上に該エミッタ電極を取り囲むよ
うに配設されているゲート電極からなる電界放射型電子
放出素子において、該ゲート電極に電圧を印加するため
のゲート配線パターンが、容量結合方式により該ゲート
電極と電気的に接続されるように、該ゲート電極上に第
2絶縁層を介して配設されていることを特徴とする電界
放射型電子放出素子。
An emitter wiring pattern, an emitter electrode provided thereon, a first insulating layer provided on the emitter wiring pattern so as to surround the emitter electrode, and an emitter electrode provided on the first insulating layer. In a field emission type electron-emitting device including a gate electrode provided so as to surround an emitter electrode, a gate wiring pattern for applying a voltage to the gate electrode is electrically connected to the gate electrode by a capacitive coupling method. A field emission type electron-emitting device, which is disposed on the gate electrode via a second insulating layer.
【請求項2】 エミッタ配線パターンが、絶縁性基板上
に形成されている請求項1記載の電界放射型電子放出素
子。
2. The field emission electron-emitting device according to claim 1, wherein the emitter wiring pattern is formed on an insulating substrate.
【請求項3】 エミッタ配線パターン自体が、支持基板
として機能している請求項1記載の電界放射型電子放出
素子。
3. The field emission type electron-emitting device according to claim 1, wherein the emitter wiring pattern itself functions as a support substrate.
【請求項4】 エミッタ配線パターンが、シリコン基板
からなる請求項3記載の電界放射型電子放出素子。
4. The field emission type electron-emitting device according to claim 3, wherein the emitter wiring pattern is made of a silicon substrate.
【請求項5】 エミッタ電極が、尖った先端部を有する
コーン型電極又は平坦な表面を有するディスク型電極で
ある請求項1〜4のいずれかに記載の電界放射型電子放
出素子。
5. The field emission electron-emitting device according to claim 1, wherein the emitter electrode is a cone-shaped electrode having a sharp tip or a disk-shaped electrode having a flat surface.
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