JP3465657B2 - Field emission type electron source and manufacturing method thereof - Google Patents

Field emission type electron source and manufacturing method thereof

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JP3465657B2 JP2000016388A JP2000016388A JP3465657B2 JP 3465657 B2 JP3465657 B2 JP 3465657B2 JP 2000016388 A JP2000016388 A JP 2000016388A JP 2000016388 A JP2000016388 A JP 2000016388A JP 3465657 B2 JP3465657 B2 JP 3465657B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放射により電
子線を放射するようにした電界放射型電子源およびその
製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission electron source adapted to emit an electron beam by field emission and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、電界放射型電子源として、例
えば米国特許3665241号などに開示されているい
わゆるスピント(Spindt)型電極と呼ばれるものがあ
る。このスピント型電極は、微小な三角錐状のエミッタ
チップを多数配置した基板と、エミッタチップの先端部
を露出させる放射孔を有するとともにエミッタチップに
対して絶縁された形で配置されたゲート層とを備え、真
空中にてエミッタチップをゲート層に対して負極として
高電圧を印加することにより、エミッタチップの先端か
ら放射孔を通して電子線を放射するものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a so-called Spindt type electrode disclosed in US Pat. No. 3,665,241 as a field emission type electron source. This Spindt-type electrode has a substrate on which a large number of minute triangular pyramid-shaped emitter chips are arranged, and a gate layer which has a radiation hole for exposing the tip of the emitter chip and which is arranged insulated from the emitter chip. By applying a high voltage with the emitter tip serving as a negative electrode with respect to the gate layer in vacuum, an electron beam is emitted from the tip of the emitter tip through the emission hole.

【0003】しかしながら、スピント型電極は、製造プ
ロセスが複雑であるとともに、多数の三角錐状のエミッ
タチップを精度良く構成することが難しく、例えば平面
発光装置やディスプレイなどへ応用する場合に大面積化
が難しいという問題があった。また、スピント型電極
は、電界がエミッタチップの先端に集中するので、エミ
ッタチップの先端の周りの真空度が低くて残留ガスが存
在するような場合、放射された電子によって残留ガスが
プラスイオンにイオン化され、プラスイオンがエミッタ
チップの先端に衝突するから、エミッタチップの先端が
ダメージ(例えば、イオン衝撃による損傷)を受け、放
射される電子の電流密度や効率などが不安定になった
り、エミッタチップの寿命が短くなってしまうという問
題が生じる。したがって、スピント型電極では、この種
の問題の発生を防ぐために、高真空(約10-5Pa〜約
10-6Pa)で使用する必要があり、コストが高くなる
とともに、取扱いが面倒になるという不具合があった。
However, the Spindt-type electrode has a complicated manufacturing process, and it is difficult to form a large number of triangular pyramid-shaped emitter chips with high precision. For example, when the Spindt-type electrode is applied to a planar light emitting device or a display, the area becomes large. There was a problem that it was difficult. In addition, since the electric field is concentrated on the tip of the emitter tip in the Spindt-type electrode, when the vacuum degree around the tip of the emitter tip is low and residual gas exists, the residual gas becomes positive ions due to the emitted electrons. Since the positive ions are ionized and collide with the tip of the emitter tip, the tip of the emitter tip is damaged (for example, by ion bombardment) and the current density and efficiency of the emitted electrons become unstable, There is a problem that the life of the chip is shortened. Therefore, the Spindt-type electrode needs to be used in a high vacuum (about 10 −5 Pa to about 10 −6 Pa) in order to prevent the occurrence of this kind of problem, resulting in high cost and troublesome handling. There was a problem.

【0004】この種の不具合を改善するために、MIM
(Metal Insulator Metal)方式やMOS(Metal Oxid
e Semiconductor)型の電界放射型電子源が提案されて
いる。前者は金属−絶縁膜−金属、後者は金属−酸化膜
−半導体の積層構造を有する平面型の電界放射型電子源
である。しかしながら、このタイプの電界放射型電子源
において電子の放射効率を高めるためには(多くの電子
を放射させるためには)、上記絶縁膜や上記酸化膜の膜
厚を薄くする必要があるが、上記絶縁膜や上記酸化膜の
膜厚を薄くしすぎると、上記積層構造の上下の電極間に
電圧を印加した時に絶縁破壊を起こす恐れがあり、この
ような絶縁破壊を防止するためには上記絶縁膜や上記酸
化膜の膜厚の薄膜化に制約があるので、電子の放出効率
(引き出し効率)をあまり高くできないという不具合が
あった。
In order to improve this kind of problem, MIM
(Metal Insulator Metal) method and MOS (Metal Oxid)
A field emission electron source of the e Semiconductor) type has been proposed. The former is a plane-type field emission electron source having a laminated structure of metal-insulating film-metal and the latter metal-oxide film-semiconductor. However, in order to increase the electron emission efficiency (in order to emit many electrons) in this type of field emission electron source, it is necessary to reduce the thickness of the insulating film and the oxide film. If the thickness of the insulating film or the oxide film is too thin, there is a risk of causing dielectric breakdown when a voltage is applied between the upper and lower electrodes of the laminated structure. There is a problem that the electron emission efficiency (drawing efficiency) cannot be made so high because there is a restriction on thinning of the insulating film and the oxide film.

【0005】また、近年では、特開平8−250766
号公報に開示されているように、シリコン基板などの単
結晶の半導体基板を用い、その半導体基板の一表面を陽
極酸化することにより多孔質半導体層(ポーラスシリコ
ン層)を形成して、その多孔質半導体層上に金属薄膜を
形成し、半導体基板と金属薄膜との間に電圧を印加して
電子を放射させるように構成した電界放射型電子源(半
導体冷電子放出素子)が提案されている。
Further, in recent years, Japanese Patent Laid-Open No. 8-250766.
As disclosed in the publication, a single crystal semiconductor substrate such as a silicon substrate is used, and one surface of the semiconductor substrate is anodized to form a porous semiconductor layer (porous silicon layer). A field emission electron source (semiconductor cold electron emission device) has been proposed in which a metal thin film is formed on a high quality semiconductor layer and a voltage is applied between the semiconductor substrate and the metal thin film to emit electrons. .

【0006】しかしながら、上述の特開平8−2507
66号公報に記載の電界放射型電子源では、基板が半導
体基板に限られるので、大面積化やコストダウン化が難
しいという不具合がある。また、特開平8−25076
6号公報に記載の電界放射型電子源では電子放出時にい
わゆるポッピング現象が生じやすく、放出電子量にむら
が起こりやすいので、平面発光装置やディスプレイなど
に応用すると、発光むらができてしまうという不具合が
ある。
However, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 8-2507
In the field emission electron source described in Japanese Patent Publication No. 66, since the substrate is limited to the semiconductor substrate, it is difficult to increase the area and reduce the cost. In addition, JP-A-8-25076
In the field emission type electron source described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-36, so-called popping phenomenon is likely to occur at the time of electron emission, and unevenness in the amount of emitted electrons is likely to occur. Therefore, when applied to a flat light emitting device, a display, etc., uneven light emission occurs. There is.

【0007】そこで、多孔質多結晶半導体層(例えば、
多孔質化された多結晶シリコン層)を急速熱酸化(RT
O)技術によって急速熱酸化することによって、導電性
基板と金属薄膜(表面電極)との間に介在し導電性基板
から注入された電子がドリフトする強電界ドリフト層を
形成した電界放射型電子源が提案されている(例えば、
特許第2966842号、特許第2987140号参
照)。この電界放射型電子源10’は、例えば、図8に
示すように、導電性基板たるn形シリコン基板1の主表
面側に酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなる強電界
ドリフト層6が形成され、強電界ドリフト層6上に金属
薄膜よりなる表面電極7が形成され、n形シリコン基板
1の裏面にオーミック電極2が形成されている。
Therefore, a porous polycrystalline semiconductor layer (for example,
Rapid thermal oxidation (RT) of porous polycrystalline silicon layer)
Field emission electron source in which a strong electric field drift layer in which electrons injected from the conductive substrate drift between the conductive substrate and the metal thin film (surface electrode) is formed by rapid thermal oxidation by the O) technique. Have been proposed (for example,
See Japanese Patent Nos. 2966842 and 2987140). In this field emission electron source 10 ', for example, as shown in FIG. 8, a strong electric field drift layer 6 made of an oxidized porous polycrystalline silicon layer is formed on the main surface side of an n-type silicon substrate 1 which is a conductive substrate. The surface electrode 7 made of a metal thin film is formed on the strong electric field drift layer 6, and the ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 1.

【0008】図8に示す構成の電界放射型電子源10’
では、表面電極7を真空中に配置するとともに図9に示
すように表面電極7に対向してコレクタ電極21を配置
し、表面電極7をn形シリコン基板1(オーミック電極
2)に対して正極として直流電圧Vpsを印加するととも
に、コレクタ電極21を表面電極7に対して正極として
直流電圧Vcを印加することにより、n形シリコン基板
1から注入された電子が強電界ドリフト層6をドリフト
し表面電極7を通して放出される(なお、図9中の一点
鎖線は表面電極7を通して放出された電子e-の流れを
示す)。したがって、表面電極7としては、仕事関数の
小さな材料を用いることが望ましい。ここにおいて、表
面電極7とオーミック電極2との間に流れる電流をダイ
オード電流Ipsと称し、コレクタ電極21と表面電極7
との間に流れる電流を放出電子電流Ieと称し、ダイオ
ード電流Ipsに対する放出電子電流Ieが大きい(Ie/
Ipsが大きい)ほど電子放出効率が高くなる。なお、こ
の電界放射型電子源10’では、表面電極7とオーミッ
ク電極2との間に印加する直流電圧Vpsを10〜20V
程度の低電圧としても電子を放出させることができる。
A field emission type electron source 10 'having the structure shown in FIG.
Then, the surface electrode 7 is arranged in a vacuum, and the collector electrode 21 is arranged so as to face the surface electrode 7 as shown in FIG. 9, and the surface electrode 7 is positively connected to the n-type silicon substrate 1 (ohmic electrode 2). By applying a DC voltage Vps as a positive electrode and a DC voltage Vc with the collector electrode 21 as a positive electrode with respect to the surface electrode 7, electrons injected from the n-type silicon substrate 1 drift in the strong electric field drift layer 6 The electrons are emitted through the electrode 7 (note that the alternate long and short dash line in FIG. 9 indicates the flow of electrons e emitted through the surface electrode 7). Therefore, it is desirable to use a material having a small work function for the surface electrode 7. Here, the current flowing between the surface electrode 7 and the ohmic electrode 2 is referred to as a diode current Ips, and the collector electrode 21 and the surface electrode 7
The current flowing between and is called the emission electron current Ie, and the emission electron current Ie with respect to the diode current Ips is large (Ie /
The larger Ips), the higher the electron emission efficiency. In this field emission electron source 10 ', the DC voltage Vps applied between the surface electrode 7 and the ohmic electrode 2 is 10 to 20V.
Electrons can be emitted even at a low voltage.

【0009】この電界放射型電子源10’では、電子放
出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピ
ング現象が発生せず安定して電子を高い電子放出効率で
放出することができる。ここにおいて、強電界ドリフト
層6は、図10に示すように、少なくとも、柱状の多結
晶シリコン51(グレイン)と、多結晶シリコン51の
表面に形成された薄いシリコン酸化膜52と、多結晶シ
リコン51間に介在するナノメータオーダの微結晶シリ
コン層63と、微結晶シリコン層63の表面に形成され
当該微結晶シリコン層63の結晶粒径よりも小さな膜厚
の絶縁膜であるシリコン酸化膜64とから構成されると
考えられる。すなわち、強電界ドリフト層6は、各グレ
インの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では結晶
状態が維持されていると考えられる。したがって、強電
界ドリフト層6に印加された電界はほとんどシリコン酸
化膜64にかかるから、注入された電子はシリコン酸化
膜64にかかっている強電界により加速され多結晶シリ
コン51間を表面に向かって図10中の矢印Aの向きへ
(図10中の上方向へ向かって)ドリフトするので、電
子放出効率を向上させることができる。なお、強電界ド
リフト層6の表面に到達した電子はホットエレクトロン
であると考えられ、表面電極7を容易にトンネルし真空
中に放出される。なお、表面電極7の膜厚は10nmな
いし15nm程度に設定されている。
In the field emission type electron source 10 ', the vacuum degree dependence of the electron emission characteristic is small, and the popping phenomenon does not occur during electron emission, and electrons can be emitted stably with high electron emission efficiency. Here, as shown in FIG. 10, the strong electric field drift layer 6 has at least columnar polycrystalline silicon 51 (grains), a thin silicon oxide film 52 formed on the surface of the polycrystalline silicon 51, and the polycrystalline silicon 51. A nanometer-order microcrystalline silicon layer 63 interposed between 51 and a silicon oxide film 64 which is an insulating film formed on the surface of the microcrystalline silicon layer 63 and having a film thickness smaller than the crystal grain size of the microcrystalline silicon layer 63. It is considered to be composed of That is, in the strong electric field drift layer 6, it is considered that the surface of each grain is made porous and the crystalline state is maintained in the central portion of each grain. Therefore, most of the electric field applied to the strong electric field drift layer 6 is applied to the silicon oxide film 64, so that the injected electrons are accelerated by the strong electric field applied to the silicon oxide film 64 and are directed toward the surface between the polycrystalline silicon 51. The drift in the direction of arrow A in FIG. 10 (toward the upward direction in FIG. 10) makes it possible to improve the electron emission efficiency. The electrons that have reached the surface of the strong electric field drift layer 6 are considered to be hot electrons, and easily tunnel through the surface electrode 7 and are emitted into a vacuum. The thickness of the surface electrode 7 is set to about 10 nm to 15 nm.

【0010】ところで、上記導電性基板としてn形シリ
コン基板1などの半導体基板の代わりに、ガラス基板な
どの絶縁性基板上に例えばITO膜よりなる導電性層を
形成した基板を使用すれば、電子源の大面積化および低
コスト化が可能になる。
If, instead of the semiconductor substrate such as the n-type silicon substrate 1 as the conductive substrate, a substrate having a conductive layer made of, for example, an ITO film formed on an insulating substrate such as a glass substrate is used, The area of the source can be increased and the cost can be reduced.

【0011】図11に、ガラス基板よりなる絶縁性基板
11と該絶縁性基板11上に形成したITO膜よりなる
導電性層8とで構成した導電性基板を用いた電界放射型
電子源10”を示す。すなわち、この電界放射型電子源
10”は、図11に示すように、絶縁性基板11上に例
えばITO膜よりなる導電性層8が形成され、導電性層
8上に強電界ドリフト層6が形成され、強電界ドリフト
層6上に金属薄膜よりなる表面電極7が形成されてい
る。ここに、強電界ドリフト層6は、導電性層8上にノ
ンドープの多結晶シリコン層を堆積させた後に、該多結
晶シリコン層を陽極酸化処理にて多孔質化し、さらに急
速加熱法によって酸化若しくは窒化することにより形成
されている。
FIG. 11 shows a field emission electron source 10 "using a conductive substrate composed of an insulating substrate 11 made of a glass substrate and a conductive layer 8 made of an ITO film formed on the insulating substrate 11. That is, in this field emission electron source 10 ″, as shown in FIG. 11, a conductive layer 8 made of, for example, an ITO film is formed on an insulating substrate 11, and a strong electric field drift is formed on the conductive layer 8. The layer 6 is formed, and the surface electrode 7 made of a metal thin film is formed on the strong electric field drift layer 6. Here, the strong electric field drift layer 6 is obtained by depositing a non-doped polycrystalline silicon layer on the conductive layer 8, making the polycrystalline silicon layer porous by anodizing, and further oxidizing or oxidizing by a rapid heating method. It is formed by nitriding.

【0012】この電界放射型電子源10”では、表面電
極7を真空中に配置するとともに図12に示すように表
面電極7に対向してコレクタ電極21を配置し、表面電
極7を導電性層8に対して正極として直流電圧Vpsを印
加するとともに、コレクタ電極21を表面電極7に対し
て正極として直流電圧Vcを印加することにより、導電
性層8から注入された電子が強電界ドリフト層6をドリ
フトし表面電極7を通して放出される(なお、図12中
の一点鎖線は表面電極7を通して放出された電子e-
流れを示す)。ここにおいて、表面電極7と導電性層8
との間に流れる電流をダイオード電流Ipsと称し、コレ
クタ電極21と表面電極7との間に流れる電流を放出電
子電流Ieと称し、ダイオード電流Ipsに対する放出電
子電流Ieが大きい(Ie/Ipsが大きい)ほど電子放出
効率が高くなる。なお、この電界放射型電子源10”で
は、表面電極7と導電性層8との間に印加する直流電圧
Vpsを10〜20V程度の低電圧としても電子を放出さ
せることができる。
In this field emission electron source 10 ", the surface electrode 7 is arranged in a vacuum, and a collector electrode 21 is arranged so as to face the surface electrode 7 as shown in FIG. By applying a DC voltage Vps as a positive electrode to 8 and applying a DC voltage Vc as a positive electrode to the surface electrode 7 by using the collector electrode 21 as a positive electrode, electrons injected from the conductive layer 8 cause the strong electric field drift layer 6 to flow. And is emitted through the surface electrode 7 (note that the dashed line in FIG. 12 shows the flow of the electrons e emitted through the surface electrode 7. Here, the surface electrode 7 and the conductive layer 8)
Is called a diode current Ips, and a current flowing between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 is called an emission electron current Ie. ), The higher the electron emission efficiency. The field emission electron source 10 ″ can emit electrons even when the DC voltage Vps applied between the surface electrode 7 and the conductive layer 8 is as low as about 10 to 20V.

【0013】ところで、上述の絶縁性基板11を利用し
た電界放射型電子源10”では、強電界ドリフト層6
が、導電性層8上にノンドープの多結晶シリコン層を堆
積させた後に、該多結晶シリコン層を陽極酸化処理にて
多孔質化し、さらに急速加熱法によって酸化することに
より形成されており、この際の酸化温度が比較的高温
(800℃から900℃の温度範囲)なので、絶縁性基
板11として高価な石英ガラスを用いざるをえず、大面
積化および低コスト化が制限されるという不具合があっ
た。この種の不具合を解決する手段(つまり、プロセス
の低温化を図る手段)としては、多孔質化した多結晶シ
リコン層を酸化する方法として、例えば酸により酸化す
る方法や、酸素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス
雰囲気中で紫外線を照射して酸化する方法などが考えら
れる。このように多孔質化した多結晶シリコン層を酸に
より酸化する方法や、多孔質化した多結晶シリコン層を
酸素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス雰囲気中で
紫外線を照射して酸化する方法を採用することにより、
絶縁性基板11として耐熱温度が石英ガラス基板に比べ
て低く価格が石英ガラス基板に比べて安価なガラス基板
(例えば、無アルカリガラス基板、低アルカリガラス基
板、ソーダライムガラス基板など)を用いることが可能
となる。
By the way, in the field emission type electron source 10 "utilizing the insulating substrate 11, the strong electric field drift layer 6 is used.
Is formed by depositing a non-doped polycrystalline silicon layer on the conductive layer 8, making the polycrystalline silicon layer porous by anodic oxidation, and further oxidizing by a rapid heating method. Since the oxidation temperature at this time is relatively high (in the temperature range of 800 ° C. to 900 ° C.), it is unavoidable to use expensive quartz glass as the insulating substrate 11, which limits the increase in area and cost. there were. As means for solving this kind of problem (that is, means for lowering the temperature of the process), for example, a method of oxidizing the porous polycrystalline silicon layer, such as an acid method, or at least oxygen and ozone A method of irradiating with ultraviolet rays to oxidize in a gas atmosphere containing one of them can be considered. Thus, a method of oxidizing the porous polycrystalline silicon layer with an acid, or a method of oxidizing the porous polycrystalline silicon layer by irradiating it with ultraviolet rays in a gas atmosphere containing at least one of oxygen and ozone is used. By adopting
As the insulating substrate 11, it is possible to use a glass substrate (for example, a non-alkali glass substrate, a low alkali glass substrate, a soda lime glass substrate, etc.) that has a lower heat resistance temperature than a quartz glass substrate and is cheaper than a quartz glass substrate. It will be possible.

【0014】なお、上述の各電界放射型電子源10’,
10”では、ノンドープの多結晶シリコン層の全部を多
孔質化しているが、一部を多孔質化してもよい。
The field emission type electron sources 10 ',
In 10 ″, the entire non-doped polycrystalline silicon layer is made porous, but a part may be made porous.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
絶縁性基板11を利用した電界放射型電子源10”で
は、製造工程においてITO膜よりなる導電性層8上に
ノンドープの多結晶シリコン層を堆積させる際に、導電
性層8との界面近傍に高抵抗のアモルファスシリコン層
が形成されてしまい、導電性層8と強電界ドリフト層6
との間若しくは強電界ドリフト層6における導電性層8
との界面近傍に高抵抗のアモルファスシリコン層が残っ
てしまう。このため、上述のダイオード電流Ipsを流す
際にアモルファスシリコン層での電圧降下が起こり強電
界ドリフト層6に印加される電圧が低下してしまうの
で、所望の放出電子電流(エミッション電流)Ieを得
るための直流電圧Vpsが高くなり、電子放出効率が低下
してしまうという不具合があった。また、アモルファス
シリコン層で電圧降下が生じることによってアモルファ
スシリコン層が発熱し熱的な安定性が損なわれてしまう
という不具合があった。さらに、導電性層8とアモルフ
ァスシリコン層との間にショットキーバリアがあるの
で、ショットキーバリアで電圧降下が生じてしまうとい
う不具合があった。
However, in the field emission electron source 10 ″ utilizing the insulating substrate 11 described above, a non-doped polycrystalline silicon layer is deposited on the conductive layer 8 made of the ITO film in the manufacturing process. In doing so, a high resistance amorphous silicon layer is formed in the vicinity of the interface with the conductive layer 8, and the conductive layer 8 and the strong electric field drift layer 6 are formed.
And the conductive layer 8 in the strong electric field drift layer 6
A high-resistance amorphous silicon layer remains near the interface with. Therefore, a voltage drop occurs in the amorphous silicon layer when the diode current Ips described above flows, and the voltage applied to the strong electric field drift layer 6 decreases, so that a desired emission electron current (emission current) Ie is obtained. Therefore, there is a problem in that the DC voltage Vps for this purpose becomes high and the electron emission efficiency is lowered. Further, there is a problem in that the amorphous silicon layer generates heat due to the voltage drop in the amorphous silicon layer and the thermal stability is impaired. Furthermore, since there is a Schottky barrier between the conductive layer 8 and the amorphous silicon layer, there is a problem that a voltage drop occurs at the Schottky barrier.

【0016】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高い電界放射型電子源およびその製造方法を提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a field emission type electron source having high electron emission efficiency and high thermal stability, and a method for manufacturing the same. .

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、上記
目的を達成するために、基板と、該基板の一表面上に形
成された導電性層と、導電性層の表面側に形成されたノ
ンドープ半導体層と、該ノンドープ半導体層上に形成さ
れた酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電
界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面
電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正極として
電圧を印加することにより導電性層から注入された電子
が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出
される電界放射型電子源であって、上記導電性層と上記
ノンドープ半導体層との間に低抵抗の半導体よりなる半
導体結晶層を介在させてなることを特徴とするものであ
り、導電性層上に低抵抗の半導体結晶層が形成されてい
ることにより、導電性層に起因したショットキーバリア
が従来に比べて薄くなりトンネリングで電流を流すこと
ができて、ショットキーバリアでの電圧降下を小さくで
き、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成
されている場合に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的
な安定性が高くなる。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention of claim 1 forms a substrate, a conductive layer formed on one surface of the substrate, and a surface side of the conductive layer. No
An undoped semiconductor layer , a strong electric field drift layer formed of an oxidized or nitrided porous semiconductor layer formed on the non-doped semiconductor layer, and a surface electrode formed on the strong electric field drift layer. a field emission electron source electrons injected from the electrically conductive layer is emitted through the drift surface electrode strong electric field drift layer by applying a voltage as a positive electrode with respect to the layer, the conductive layer and the
A semi-structure consisting of a low-resistance semiconductor between the non-doped semiconductor layer
It is characterized by interposing a conductor crystal layer, and by forming a low-resistance semiconductor crystal layer on the conductive layer, the Schottky barrier due to the conductive layer is more effective than before. It becomes thinner and current can flow by tunneling, the voltage drop at the Schottky barrier can be made smaller, and the electron emission efficiency is higher and higher than in the case where a high resistance amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. Higher thermal stability.

【0018】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、上記導電性層と上記半導体結晶層との間にシリサイ
ド層が設けられているので、ショットキーバリアの高さ
を低くすることができ、また、上記導電性層から上記半
導体結晶層への上記導電性層の構成元素の拡散を防止す
ることができ、拡散による合金化などを抑制することが
でき、熱的な安定性がより向上する。
According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, since the silicide layer is provided between the conductive layer and the semiconductor crystal layer, the height of the Schottky barrier can be lowered. It is also possible to prevent the diffusion of the constituent elements of the conductive layer from the conductive layer to the semiconductor crystal layer, it is possible to suppress alloying due to diffusion, thermal stability is more improves.

【0019】請求項3の発明は、請求項1または請求項
2の発明において、上記半導体結晶層は、それぞれ抵抗
の異なる半導体層が厚み方向において積層された多層構
造を有し、上記導電性層に近い半導体層ほど抵抗が小さ
いので、電子放出効率が向上する。
[0019] The invention of claim 3 is the invention of claim 1 or claim 2, said semiconductor crystal layers have different semiconductor layers respectively resistance multilayer structure stacked in the thickness direction, the conductive Since the semiconductor layer closer to the layer has a smaller resistance, the electron emission efficiency is improved.

【0020】請求項4の発明は、請求項1または請求項
2の発明において、上記半導体結晶層は、厚み方向に抵
抗が連続的に変化した層であって、上記導電性層に近づ
くほど抵抗が小さいので、電子放出効率が向上する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the semiconductor crystal layer is a layer whose resistance continuously changes in a thickness direction, and the semiconductor crystal layer is closer to the conductive layer. Since the resistance is small, the electron emission efficiency is improved.

【0021】請求項5の発明は、基板と、該基板の一表
面上に形成された導電性層と、導電性層の表面側に形成
されたノンドープ半導体層と、該ノンドープ半導体層上
形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層より
なる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成さ
れた表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正
極として電圧を印加することにより導電性層から注入さ
れた電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通
して放出される電界放射型電子源であって、上記導電性
層と上記ノンドープ半導体層との間にシリサイド層を介
在させてなることを特徴とするものであり、導電性層上
にシリサイド層を介してノンドープ半導体層が形成され
ていることにより、導電性層上に高抵抗のアモルファス
半導体層が形成されている場合に比べてショットキーバ
リアの高さが低くなり、電子放出効率が高く且つ熱的な
安定性が高くなり、また、導電性層とノンドープ半導体
との間にシリサイド層が介在するので、上記導電性層
から上記ノンドープ半導体層への拡散を防止することが
でき、拡散による合金化などを抑制することができ、熱
的な安定性がより向上する。
According to a fifth aspect of the present invention, a substrate, a conductive layer formed on one surface of the substrate, and a surface side of the conductive layer are formed.
Non-doped semiconductor layer and on the non-doped semiconductor layer
And a surface electrode formed on the strong electric field drift layer, and a voltage is applied with the surface electrode as a positive electrode with respect to the conductive layer. As a result, electrons injected from the conductive layer drift in the strong electric field drift layer and are emitted through the surface electrode .
A silicide layer between the layer and the non-doped semiconductor layer.
The non-doped semiconductor layer is formed on the conductive layer via the silicide layer, so that the high-resistance amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. Compared with the case, the height of the Schottky barrier is lower, the electron emission efficiency is higher and the thermal stability is higher, and the conductive layer and the non-doped semiconductor are higher.
Since the silicide layer is interposed between the layer and the layer , diffusion from the conductive layer to the non-doped semiconductor layer can be prevented, alloying due to diffusion can be suppressed, and thermal stability is further improved. improves.

【0022】請求項6の発明は、請求項1ないし請求項
5の発明において、上記強電界ドリフト層は、基板の主
表面に略直交して列設された柱状の半導体結晶と、半導
体結晶間に介在するナノメータオーダの半導体微結晶
と、半導体微結晶の表面に形成され当該半導体微結晶の
結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜とからなるので、強
電界ドリフト層では導電性層から注入された電子が半導
体微結晶に衝突せずに上記絶縁膜に印加されている電界
で加速されてドリフトし、強電界ドリフト層で発生した
熱が柱状の半導体結晶を通して放熱されるから、電子放
出時にポッピング現象が発生せず高効率で電子を放出す
ることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, the strong electric field drift layer is a columnar semiconductor crystal arrayed substantially orthogonal to the main surface of the substrate, In the strong electric field drift layer, injection is performed from the conductive layer, since it is composed of a nanometer-order semiconductor microcrystal intervening in The generated electrons are accelerated and drifted by the electric field applied to the insulating film without colliding with the semiconductor microcrystal, and the heat generated in the strong electric field drift layer is radiated through the columnar semiconductor crystal. Electrons can be emitted with high efficiency without causing the popping phenomenon.

【0023】請求項7の発明は、請求項1ないし請求項
6の発明において、上記半導体は、多結晶半導体よりな
るので、大面積化が容易になる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the first to sixth aspects of the invention, since the semiconductor is a polycrystalline semiconductor, it is easy to increase the area.

【0024】請求項8の発明は、請求項1ないし請求項
7の発明において、上記半導体は、シリコンよりなるの
で、シリコンプロセスを使用できる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the first to seventh aspects of the invention, since the semiconductor is made of silicon, a silicon process can be used.

【0025】請求項9の発明は、請求項1ないし請求項
8の発明において、上記導電性層は、金属よりなるの
で、上記導電性層の低抵抗化が容易になる。
According to a ninth aspect of the invention, in the first to eighth aspects of the invention, the conductive layer is made of a metal, so that the resistance of the conductive layer can be easily reduced.

【0026】請求項10の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を加熱して結晶化すること
により半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上
にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半
導体層の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層
を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化す
ることにより強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフ
ト層上に表面電極を形成することを特徴とし、導電性層
上にアモルファス半導体層を形成し該アモルファス半導
体層を加熱して結晶化することにより低抵抗の半導体結
晶層を形成しているから、導電性層上に高抵抗のアモル
ファス半導体層が形成された電界放射型電子源に比べ
て、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高い電界放
射型電子源を提供することができる。
The invention of claim 10 is the method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on the substrate, and an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. A semiconductor crystal layer is formed by heating and crystallizing the amorphous semiconductor layer, and then, on the semiconductor crystal layer.
To form a non-doped semi-conductor layer, then, after forming the porous semiconductor layer by porous part of the non-doped semi <br/> conductor layer, by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer A strong electric field drift layer is formed, and a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. Since this semiconductor crystal layer is formed, field emission has higher electron emission efficiency and higher thermal stability than a field emission electron source in which a high-resistance amorphous semiconductor layer is formed on a conductive layer. A type electron source can be provided.

【0027】請求項11の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を熱アニールにて加熱して
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質の結晶半導体
層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層
を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成するこ
とを特徴とし、導電性層上にアモルファス半導体層を形
成し該アモルファス半導体層を熱アニールにて加熱して
結晶化することにより低抵抗の半導体結晶層を形成して
いるから、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層
が形成された電界放射型電子源に比べて、電子放出効率
が高く且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供
することができる。
The invention of claim 11 is the method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on the substrate, and an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. A semiconductor crystal layer is formed by heating and crystallizing the amorphous semiconductor layer by thermal annealing, and thereafter,
A non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, then at <br/>, after a portion of the non-doped semi-conductor layer to form a porous semiconductor layer by porous, the porous crystalline semiconductor A strong electric field drift layer is formed by oxidizing or nitriding the layer, and a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. An amorphous semiconductor layer is formed on a conductive layer and the amorphous semiconductor layer is thermally annealed. Since a low-resistance semiconductor crystal layer is formed by heating and crystallization at, the electron emission efficiency is higher than that of a field emission electron source in which a high-resistance amorphous semiconductor layer is formed on a conductive layer. It is possible to provide a field emission type electron source having high temperature and high thermal stability.

【0028】請求項12の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層をレーザアニールにて加熱
して結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その
後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次
いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することに
より多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を
酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形
成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成することを
特徴とし、導電性層上にアモルファス半導体層を形成し
該アモルファス半導体層をレーザアニールにて加熱して
結晶化することにより低抵抗の半導体結晶層を形成して
いるから、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層
が形成された電界放射型電子源に比べて、電子放出効率
が高く且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供
することができる。
A twelfth aspect of the present invention is the method for manufacturing a field emission electron source according to the first aspect, wherein a conductive layer is formed on a substrate, and an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. the amorphous semiconductor layer of the semiconductor crystal layer is formed by crystallization by heating by laser annealing, thereafter, the non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, Ide following <br/>, undoped semiconductors layers after forming the porous semi-conductor layer by partially made porous, a strong electric field drift layer is formed, strong surface electrode to the electric field drift layer by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer formation The amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer, and the amorphous semiconductor layer is heated by laser annealing to be crystallized to form a low-resistance semiconductor crystal layer. Compared to field emission electron source amorphous semiconductor layer having a high resistance is formed on the sexual layer, high and thermal stability is electron emission efficiency can be provided a high field emission electron source.

【0029】請求項13の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を水素を用いた加熱処理で
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成
し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成することを特
徴とし、導電性層上にアモルファス半導体層を形成し該
アモルファス半導体層を水素を用いた加熱処理で結晶化
することにより低抵抗の半導体結晶層を形成しているか
ら、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成
された電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く
且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供するこ
とができる。
The invention of claim 13 is the method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on the substrate, and an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. A semiconductor crystal layer is formed by crystallizing the amorphous semiconductor layer by heat treatment using hydrogen, and thereafter,
A non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, in then <br/>, after forming the porous semiconductor layer by a portion of the non-doped semi-conductor layer is porous, the porous semiconductor layer A strong electric field drift layer is formed by oxidation or nitriding, and a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. An amorphous semiconductor layer is formed on a conductive layer and hydrogen is used for the amorphous semiconductor layer. Since a low resistance semiconductor crystal layer is formed by crystallization by heat treatment, the electron emission efficiency is higher than that of a field emission electron source in which a high resistance amorphous semiconductor layer is formed on a conductive layer. Further, it is possible to provide a field emission type electron source having high thermal stability.

【0030】請求項14の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層に水素プラズマを照射して
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成
し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成することを特
徴とし、導電性層上にアモルファス半導体層を形成し該
アモルファス半導体層に水素プラズマを照射して結晶化
することにより低抵抗の半導体結晶層を形成しているか
ら、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成
された電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く
且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供するこ
とができる。
A fourteenth aspect of the present invention is the method for manufacturing a field emission type electron source according to the first aspect, wherein a conductive layer is formed on a substrate, and an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. The amorphous semiconductor layer is irradiated with hydrogen plasma to be crystallized to form a semiconductor crystal layer, and thereafter,
A non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, in then <br/>, after forming the porous semiconductor layer by a portion of the non-doped semi-conductor layer is porous, the porous semiconductor layer A strong electric field drift layer is formed by oxidation or nitriding, and a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. An amorphous semiconductor layer is formed on a conductive layer and the amorphous semiconductor layer is irradiated with hydrogen plasma. Since the low-resistance semiconductor crystal layer is formed by crystallization, the electron emission efficiency is higher than that of the field emission electron source in which the high-resistance amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. A field emission electron source having high thermal stability can be provided.

【0031】請求項15の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層に水素イオンを照射して結
晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、半
導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次いで
ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することにより多
孔質半導体層を形成し、該多孔質半導体層を酸化若しく
は窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、強電
界ドリフト層上に表面電極を形成することを特徴とし、
導電性層上にアモルファス半導体層を形成し該アモルフ
ァス半導体層に水素イオンを照射して結晶化することに
より低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、導電性
層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界
放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な
安定性が高い電界放射型電子源を提供することができ
る。
A fifteenth aspect of the present invention is the method for manufacturing a field emission electron source according to the first aspect, wherein a conductive layer is formed on a substrate, and an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. the amorphous semiconductor layer is irradiated with hydrogen ions to form a semiconductor crystal layer by crystallization, after which the non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, then,
Some of the non-doped semi-conductor layer of the porous semiconductor layer is formed by porous, to form a strong electric field drift layer by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer, strong surface electrode to the electric field drift layer To form
Since the amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer, and the amorphous semiconductor layer is irradiated with hydrogen ions to be crystallized to form a low-resistance semiconductor crystal layer, a high-resistance amorphous semiconductor is formed on the conductive layer. It is possible to provide a field emission type electron source having higher electron emission efficiency and higher thermal stability than a field emission type electron source in which a layer is formed.

【0032】請求項16の発明は、請求項1ないし請求
項15の発明において、上記アモルファス半導体層は、
不純物がドーピングされた低抵抗のアモルファス半導体
よりなるので、アモルファス半導体層の抵抗を制御性よ
く制御でき、結果として低抵抗の半導体結晶層の抵抗を
制御性良く低抵抗化することができる。
According to a sixteenth aspect of the invention, in the invention of the first to fifteenth aspects, the amorphous semiconductor layer is
Since it is made of a low-resistance amorphous semiconductor doped with impurities, the resistance of the amorphous semiconductor layer can be controlled with good controllability, and as a result, the resistance of the low-resistance semiconductor crystal layer can be controlled with low resistance.

【0033】請求項17の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に不純物を添加した半導体結晶層を
形成した後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形
成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化す
ることにより多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半
導体層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフ
ト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成す
ることを特徴とし、導電性層上に不純物を添加した低抵
抗の半導体結晶層を形成しているから、導電性層上に高
抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界放射型電
子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が
高い電界放射型電子源を提供することができる。
The invention of claim 17 is the method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on a substrate and a semiconductor crystal layer doped with impurities is formed on the conductive layer. after forming, the non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, then, after forming the porous semiconductor layer by porous part of the non-doped semi-conductor layer, oxidizing the porous semiconductor layer or A strong electric field drift layer is formed by nitriding, and a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer.Because a low-resistance semiconductor crystal layer with an impurity added is formed on the conductive layer, It is possible to provide a field emission electron source having high electron emission efficiency and high thermal stability as compared with a field emission electron source in which a high resistance amorphous semiconductor layer is formed on a conductive layer.

【0034】請求項18の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に不純物をドーピングした低抵抗の
半導体よりなる半導体結晶層を堆積させ、その後、半導
体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノ
ンドープ半導体層の一部を多孔質化することにより多孔
質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若し
くは窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、強
電界ドリフト層上に表面電極を形成することを特徴と
し、導電性層上に不純物をドーピングした低抵抗の半導
体よりなる半導体結晶層を堆積させているから、導電性
層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界
放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な
安定性が高い電界放射型電子源を提供することができ
る。
The invention of claim 18 is the method of manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on a substrate, and the conductive layer is doped with impurities to have a low resistance. depositing a more composed semiconductor crystal layer, then a non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, then, Bruno
After forming the porous semiconductor layer by porous part of Ndopu semi conductor layer to form a strong electric field drift layer by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer, the surface of the strong electric field drift layer Since a semiconductor crystal layer made of a low-resistance semiconductor doped with impurities is deposited on the conductive layer, it is characterized by forming an electrode, so that an electric field in which a high-resistance amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. It is possible to provide a field emission type electron source having higher electron emission efficiency and higher thermal stability than a radiation type electron source.

【0035】請求項19の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に結晶性を有する半導体層を形成
し、該半導体層にイオン注入を行うことにより半導体結
晶層を形成し、その後、半導体結晶層上にノンドープ半
導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部
多孔質化することにより多孔質半導体層を形成した後、
該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより強
電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電
極を形成することを特徴とし、導電性層上に結晶性を有
する半導体層を形成し、該半導体層にイオン注入を行う
ことにより低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、
導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成され
た電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ
熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供することが
できる。
The invention of claim 19 is the method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on the substrate and a crystalline semiconductor layer is formed on the conductive layer. and, wherein the semiconductor crystal layer is formed by ion implantation into the semiconductor layer, then a non-doped semi <br/> conductive layer is formed on a semiconductor crystal layer, then, the porous part of the non-doped semi-conductor layer After forming a porous semiconductor layer by
A strong electric field drift layer is formed by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer, and a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. A crystalline semiconductor layer is formed on the conductive layer. , A low-resistance semiconductor crystal layer is formed by implanting ions into the semiconductor layer,
It is possible to provide a field emission electron source having higher electron emission efficiency and higher thermal stability than a field emission electron source in which a high resistance amorphous semiconductor layer is formed on a conductive layer.

【0036】請求項20の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に結晶性を有する半導体層を形成
し、該半導体層に不純物を拡散させることにより半導体
結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上にノンドープ
導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部
を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成した
後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することによ
り強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に表
面電極を形成することを特徴とし、導電性層上に結晶性
を有する半導体層を形成し、該半導体層に不純物を拡散
させることにより低抵抗の半導体結晶層を形成している
から、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形
成された電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高
く且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供する
ことができる。
The invention of claim 20 is the method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on the substrate, and a crystalline semiconductor layer is formed on the conductive layer. Then, a semiconductor crystal layer is formed by diffusing impurities into the semiconductor layer, and then non-doped on the semiconductor crystal layer.
The semi-conductor layer is formed, then, after forming the porous semiconductor layer by porous part <br/> of undoped semi-conductor layer, a strong electric field by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer A drift layer is formed, and a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. A semiconductor layer having crystallinity is formed on the conductive layer, and impurities are diffused into the semiconductor layer to reduce the resistance. Since the semiconductor crystal layer is formed, the electron emission efficiency is higher and the thermal stability is higher than that of the field emission electron source in which the high resistance amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. An electron source can be provided.

【0037】請求項21の発明は、請求項10ないし請
求項20の発明において、上記半導体結晶層の形成後あ
るいは上記ノンドープ半導体層の形成後あるいは上記多
孔質半導体層の形成後あるいは上記強電界ドリフト層の
形成後あるいは上記表面電極の形成後に少なくとも1回
熱処理を行うので、上記導電性層と上記半導体結晶層と
で形成されるショットキーバリアを低減あるいは取り除
くことができ、電子放出効率が高く熱的な安定性が高い
電界放射型電子源を提供することができる。
The invention of claim 21 is the invention of claims 10 to 20, said semiconductor formation or after the strong electric field after the formation of the crystal layer or after formation of the non-doped semi-conductor layer or the porous semiconductor layer Since the heat treatment is performed at least once after the formation of the drift layer or after the formation of the surface electrode, the Schottky barrier formed between the conductive layer and the semiconductor crystal layer can be reduced or removed, and the electron emission efficiency is high. A field emission electron source having high thermal stability can be provided.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】(実施形態1) 本実施形態の電界放射型電子源10は、図1に示すよう
に、ガラス基板(例えば、無アルカリガラス基板)より
なる絶縁性基板11の一表面上にタングステンよりなる
導電性層8が形成され、該導電性層8上に半導体結晶層
たるn形多結晶シリコン層9が形成され、n形多結晶シ
リコン層9上にノンドープの多結晶シリコン層3が形成
され、多結晶シリコン層3上に酸化した多孔質多結晶シ
リコン層よりなる強電界ドリフト層6が形成され、強電
界ドリフト層6上に表面電極7が形成されている
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (Embodiment 1) As shown in FIG. 1, a field emission electron source 10 of the present embodiment has a surface of an insulating substrate 11 made of a glass substrate (for example, a non-alkali glass substrate). A conductive layer 8 made of tungsten is formed thereon, an n-type polycrystalline silicon layer 9 serving as a semiconductor crystal layer is formed on the conductive layer 8, and a non-doped polycrystalline silicon layer is formed on the n-type polycrystalline silicon layer 9. 3 is formed, a strong electric field drift layer 6 made of an oxidized porous polycrystalline silicon layer is formed on the polycrystalline silicon layer 3, and a surface electrode 7 is formed on the strong electric field drift layer 6 .

【0039】本実施形態の電界放射型電子源10は、導
電性層8上にアモルファスシリコン層が形成されず低抵
抗のn形多結晶シリコン層9が形成されており、n形多
結晶シリコン層9の主表面側に強電界ドリフト層6が形
成されている点に特徴がある。
In the field emission type electron source 10 of the present embodiment, the amorphous silicon layer is not formed on the conductive layer 8 and the low resistance n-type polycrystalline silicon layer 9 is formed. It is characterized in that the strong electric field drift layer 6 is formed on the main surface side of 9.

【0040】しかして、本実施形態では、導電性層8上
に低抵抗の半導体結晶層たるn形多結晶シリコン層9が
形成されているので、従来のように導電性層8上に高抵
抗のアモルファスシリコン層が形成されている場合に比
べて、導電性層8に起因したショットキーバリアが薄く
なりトンネリングで電流を長すことができて、ショット
キーバリアでの電圧降下を小さくでき、導電性層8上に
高抵抗のアモルファス半導体層が形成されている場合に
比べて、電子放出効率が高くなるとともに熱的な安定性
が高くなる。
In this embodiment, however, since the n-type polycrystalline silicon layer 9 which is a semiconductor crystal layer having a low resistance is formed on the conductive layer 8, a high resistance is provided on the conductive layer 8 as in the conventional case. The Schottky barrier resulting from the conductive layer 8 becomes thinner and the current can be lengthened by tunneling, and the voltage drop at the Schottky barrier can be reduced as compared with the case where the amorphous silicon layer is formed. As compared with the case where a high-resistance amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer 8, the electron emission efficiency is higher and the thermal stability is higher.

【0041】なお、本実施形態では、導電性層8を金属
であるタングステン(W)により構成しているが、導電
性層8の材料はタングステンに限定されるものではな
く、タングステンの代わりに、銅(Cu)、アルミニウ
ム(Al)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、
クロム(Cr)、白金(Pt)、チタン(Ti)、コバ
ルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(T
a)、ハフニウム(Hf)、パラジウム(Pd)、バナ
ジウム(V)、ニオブ(Nb)、マンガン(Mn)、鉄
(Fe)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、
イリジウム(Ir)、金(Au)、銀(Ag)、シリコ
ン(Si)などを用いてもよく、また、これらの材料の
複数種類を選択し積層するようにしてもよいし、これら
の材料のうちの複数種類を合金化して堆積してもよい。
また、導電性層8としては、ITO、SnO2、ZnO
などの金属酸化物(透明電極)を用いてもよいし、上記
金属酸化物に上記W以下Siまで列記している金属材料
を適宜選択し積層化したり、上記金属酸化物に上記金属
材料の合金膜を積層するようにしてもよい。
In the present embodiment, the conductive layer 8 is made of tungsten (W) which is a metal. However, the material of the conductive layer 8 is not limited to tungsten, and instead of tungsten, Copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), molybdenum (Mo),
Chromium (Cr), platinum (Pt), titanium (Ti), cobalt (Co), zirconium (Zr), tantalum (T
a), hafnium (Hf), palladium (Pd), vanadium (V), niobium (Nb), manganese (Mn), iron (Fe), ruthenium (Ru), osmium (Os),
Iridium (Ir), gold (Au), silver (Ag), silicon (Si), or the like may be used, and a plurality of kinds of these materials may be selected and laminated, or these materials may be stacked. Plural kinds of them may be alloyed and deposited.
The conductive layer 8 is made of ITO, SnO 2 , ZnO.
A metal oxide (transparent electrode) such as the above may be used, a metal material listed up to W and Si in the above metal oxide may be appropriately selected and laminated, or an alloy of the above metal material may be added to the above metal oxide. You may make it laminate | stack a film | membrane.

【0042】以下、本実施形態の電界放射型電子源10
の製造方法について図2を参照しながら説明する。
Hereinafter, the field emission electron source 10 of this embodiment will be described.
The manufacturing method will be described with reference to FIG.

【0043】まず、絶縁性基板11の一表面(図2
(a)における上面)上にタングステンよりなる導電性
層8を例えばスパッタ法などによって堆積させ、導電性
層8上に、プラズマCVD法などによってn形不純物を
ドーピングしながらn形アモルファスシリコン層を堆積
した後、該n形アモルファスシリコン層を加熱して結晶
化することによってn形多結晶シリコン層9を形成する
ことにより、図2(a)に示すような構造が得られる。
なお、n形多結晶シリコン層9は、n形アモルファスシ
リコン層を堆積した後に該n形アモルファスシリコン層
を熱アニールにより加熱して結晶化することによって形
成してもよいし、n形アモルファスシリコン層を堆積し
た後に該n形アモルファスシリコン層をレーザアニール
により加熱して結晶化することによって形成してもよい
し、n形アモルファスシリコン層を堆積した後に該n形
アモルファスシリコン層を水素を用いた加熱処理にて結
晶化することによって形成してもよいし、n形アモルフ
ァスシリコン層を堆積した後に該n形アモルファスシリ
コン層を水素プラズマの照射により結晶化することによ
って形成してもよいし、n形アモルファスシリコン層を
堆積した後に該n形アモルファスシリコン層を水素イオ
ンの照射により結晶化することによって形成してもよ
い。また、n形アモルファスシリコン層を堆積させる代
わりに、導電性層8上に不純物が添加された低抵抗のn
形多結晶シリコン層9を直接堆積するようにしてもよい
し、導電性層8上にアモルファスシリコン層が形成され
ないような堆積条件でノンドープの多結晶シリコン層を
堆積させた後に該多結晶シリコン層に不純物をイオン注
入することによりn形多結晶シリコン層9を形成しても
よいし、導電性層8上にアモルファスシリコン層が形成
されないような堆積条件でノンドープの多結晶シリコン
層を堆積させた後に該多結晶シリコン層に不純物を拡散
させることによりn形多結晶シリコン層9を形成しても
よい。
First, one surface of the insulating substrate 11 (see FIG.
A conductive layer 8 made of tungsten is deposited on the upper surface in (a) by, for example, a sputtering method, and an n-type amorphous silicon layer is deposited on the conductive layer 8 by doping a n-type impurity by a plasma CVD method or the like. After that, the n-type polycrystalline silicon layer 9 is formed by heating and crystallizing the n-type amorphous silicon layer, whereby a structure as shown in FIG. 2A is obtained.
The n-type polycrystalline silicon layer 9 may be formed by depositing an n-type amorphous silicon layer and then heating and crystallizing the n-type amorphous silicon layer by thermal annealing. May be formed by heating and crystallizing the n-type amorphous silicon layer by laser annealing after depositing, or by heating the n-type amorphous silicon layer with hydrogen after depositing the n-type amorphous silicon layer. It may be formed by crystallization by treatment, or may be formed by depositing an n-type amorphous silicon layer and then crystallizing the n-type amorphous silicon layer by irradiation with hydrogen plasma. After depositing the amorphous silicon layer, the n-type amorphous silicon layer is bonded by hydrogen ion irradiation. It may be formed by reduction. Further, instead of depositing the n-type amorphous silicon layer, an n-type low resistance n-type impurity doped on the conductive layer 8 is added.
The polycrystalline silicon layer 9 may be directly deposited, or a non-doped polycrystalline silicon layer may be deposited on the conductive layer 8 under such a deposition condition that an amorphous silicon layer is not formed. The n-type polycrystal silicon layer 9 may be formed by ion-implanting impurities into the non-doped polycrystal silicon layer, or the non-doped polycrystal silicon layer is deposited under the deposition condition such that the amorphous silicon layer is not formed on the conductive layer 8. The n-type polycrystalline silicon layer 9 may be formed later by diffusing impurities into the polycrystalline silicon layer.

【0044】n形多結晶シリコン層9を形成した後、所
定膜厚(例えば、1.5μm)のノンドープの多結晶シ
リコン層3を例えばプラズマCVD法によって形成する
ことにより、図2(b)に示すような構造が得られる。
ここにおいて、ノンドープの多結晶シリコン層3は、プ
ラズマCVD法により堆積しているので、600℃以下
(100℃〜600℃)の低温プロセスで成膜すること
ができる。なお、ノンドープの多結晶シリコン層3の形
成方法は、プラズマCVD法に限らず、触媒CVD法に
より形成してもよく、触媒CVD法でも600℃以下の
低温プロセスで成膜することができる。
After forming the n-type polycrystalline silicon layer 9, a non-doped polycrystalline silicon layer 3 having a predetermined film thickness (for example, 1.5 μm) is formed by, for example, the plasma CVD method. A structure as shown is obtained.
Here, since the non-doped polycrystalline silicon layer 3 is deposited by the plasma CVD method, it can be formed by a low temperature process of 600 ° C. or lower (100 ° C. to 600 ° C.). The method for forming the non-doped polycrystalline silicon layer 3 is not limited to the plasma CVD method, and may be formed by a catalytic CVD method, and the catalytic CVD method can also be formed by a low temperature process of 600 ° C. or lower.

【0045】ノンドープの多結晶シリコン層3を形成し
た後、55wt%のフッ化水素水溶液とエタノールとを
略1:1で混合した混合液よりなる電解液の入った陽極
酸化処理槽を利用し、白金電極(図示せず)を負極、導
電性層8を正極として、多結晶シリコン層3に光照射を
行いながら所定の条件で陽極酸化処理を行い多結晶シリ
コン層3を所定深さまで多孔質化することによって、多
孔質多結晶シリコン層4が形成され図2(c)に示すよ
うな構造が得られる。ここにおいて、本実施形態では、
陽極酸化処理の条件として、陽極酸化処理の期間、多結
晶シリコン層3の表面に照射する光パワーを一定、電流
密度を一定としたが、この条件は適宜変更してもよい
(例えば、電流密度を変化させてもよい)。なお、本実
施形態では、多結晶シリコン層3の一部を多孔質化して
る。
After the non-doped polycrystalline silicon layer 3 is formed, an anodizing tank containing an electrolytic solution consisting of a mixed solution of 55 wt% hydrogen fluoride aqueous solution and ethanol at a ratio of about 1: 1 is used. Using the platinum electrode (not shown) as the negative electrode and the conductive layer 8 as the positive electrode, the polycrystalline silicon layer 3 is anodized under predetermined conditions while irradiating light to make the polycrystalline silicon layer 3 porous to a predetermined depth. By doing so, the porous polycrystalline silicon layer 4 is formed and the structure shown in FIG. 2C is obtained. Here, in this embodiment,
As conditions for the anodizing treatment, the optical power with which the surface of the polycrystalline silicon layer 3 is irradiated and the current density are constant during the anodizing treatment, but the conditions may be changed as appropriate (for example, the current density). May be changed). In the present embodiment, Ru have <br/> part of the polycrystalline silicon layer 3 porous.

【0046】上述の陽極酸化処理が終了した後、陽極酸
化処理槽から電解液を除去し、該陽極酸化処理槽に新た
に酸(例えば、略10%の希硝酸、略10%の希硫酸、
王水など)を投入し、その後、この酸の入った陽極酸化
処理槽を利用して、白金電極(図示せず)を負極、導電
性層8を正極として、定電流を流し多孔質多結晶シリコ
ン層4を酸化することにより強電界ドリフト層6が形成
され、図2(d)に示す構造が得られる。
After the above-mentioned anodizing treatment is completed, the electrolytic solution is removed from the anodizing bath, and an acid (for example, about 10% dilute nitric acid, about 10% dilute sulfuric acid) is newly added to the anodizing bath.
Then, by using this acid-containing anodizing treatment tank, a platinum electrode (not shown) is used as a negative electrode and the conductive layer 8 is used as a positive electrode, and a constant current is passed to make porous polycrystal. The strong electric field drift layer 6 is formed by oxidizing the silicon layer 4, and the structure shown in FIG. 2D is obtained.

【0047】強電界ドリフト層6を形成した後は、強電
界ドリフト層6上に導電性薄膜(例えば、金薄膜)から
なる表面電極7を例えば蒸着により形成することによっ
て、図2(e)に示す構造の電界放射型電子源10が得
られる。なお、本実施形態では、表面電極7の膜厚を1
5nmとしてあるが、この膜厚は特に限定するものでは
なく、強電界ドリフト層6を通ってきた電子がトンネル
できる膜厚であればよい。また、本実施形態では、表面
電極7となる導電性薄膜を蒸着により形成しているが、
導電性薄膜の形成方法は蒸着に限定されるものではな
く、例えばスパッタ法を用いてもよい。
After the strong electric field drift layer 6 is formed, a surface electrode 7 made of a conductive thin film (for example, a gold thin film) is formed on the strong electric field drift layer 6 by, for example, vapor deposition. A field emission type electron source 10 having the structure shown is obtained. In this embodiment, the thickness of the surface electrode 7 is set to 1
Although the thickness is set to 5 nm, the thickness is not particularly limited, and may be any thickness as long as the electrons passing through the strong electric field drift layer 6 can tunnel. Further, in the present embodiment, the conductive thin film to be the surface electrode 7 is formed by vapor deposition,
The method of forming the conductive thin film is not limited to vapor deposition, and for example, a sputtering method may be used.

【0048】しかして、上述の製造方法によれば、電子
放出効率が高く熱的な安定性が高い電界放射型電子源1
0を提供することができる。また、多結晶シリコン層3
をプラズマCVD法などの低温プロセスで成膜し、多孔
質多結晶シリコン層4の酸化を酸により行っており、か
つ、表面電極7を蒸着法、スパッタ法などにより成膜し
ており、また、n形多結晶シリコン層9についても比較
的低温で形成することができるので、600℃以下の低
温プロセスで電界放射型電子源10を製造することがで
きる。したがって、絶縁性基板11として、石英ガラス
基板に比べて安価な無アルカリガラス基板を用いること
ができて、低コスト化が図れるとともに、より一層の大
面積化を図ることができ、さらに上記多結晶シリコン層
3の形成温度によっては低アルカリガラス基板、ソーダ
ライムガラス基板などの無アルカリガラス基板に比べて
耐熱温度の低いガラス基板を用いることも可能になる。
Therefore, according to the above-mentioned manufacturing method, the field emission type electron source 1 having high electron emission efficiency and high thermal stability.
0 can be provided. In addition, the polycrystalline silicon layer 3
Is formed by a low temperature process such as a plasma CVD method, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized by an acid, and the surface electrode 7 is formed by an evaporation method, a sputtering method, or the like. Since the n-type polycrystalline silicon layer 9 can also be formed at a relatively low temperature, the field emission electron source 10 can be manufactured by a low temperature process of 600 ° C. or lower. Therefore, as the insulating substrate 11, a non-alkali glass substrate, which is cheaper than a quartz glass substrate, can be used, the cost can be reduced, and the area can be further increased. Depending on the formation temperature of the silicon layer 3, it is possible to use a glass substrate having a lower heat resistance temperature than a non-alkali glass substrate such as a low alkali glass substrate or a soda lime glass substrate.

【0049】また、上述の製造方法で製造された電界放
射型電子源10は、特許第2966842号、特許第2
987140号に開示された電界放射型電子源と同様
に、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出
時にポッピング現象が発生せず安定して電子を放出する
ことができる。したがって、強電界ドリフト層6は、従
来例と同様、図10に示すように、少なくとも、柱状の
多結晶シリコン51(グレイン)と、多結晶シリコン5
1の表面に形成された薄いシリコン酸化膜52と、多結
晶シリコン51間に介在するナノメータオーダの微結晶
シリコン層63と、微結晶シリコン層63の表面に形成
され当該微結晶シリコン層63の結晶粒径よりも小さな
膜厚の絶縁膜であるシリコン酸化膜64とから構成され
ると考えられる。すなわち、強電界ドリフト層6は、各
グレインの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では
結晶状態が維持されていると考えられる。
The field emission type electron source 10 manufactured by the above-mentioned manufacturing method is disclosed in Japanese Patent Nos. 2966842 and 2964.
Similar to the field emission electron source disclosed in Japanese Patent No. 987140, the vacuum degree dependence of electron emission characteristics is small, and a popping phenomenon does not occur during electron emission, and electrons can be emitted stably. Therefore, as in the conventional example, the strong electric field drift layer 6 has at least the columnar polycrystalline silicon 51 (grain) and the polycrystalline silicon 5 as shown in FIG.
1. A thin silicon oxide film 52 formed on the surface of No. 1, a microcrystalline silicon layer 63 of nanometer order interposed between the polycrystalline silicon 51, and a crystal of the microcrystalline silicon layer 63 formed on the surface of the microcrystalline silicon layer 63. It is considered to be composed of the silicon oxide film 64 which is an insulating film having a film thickness smaller than the grain size. That is, in the strong electric field drift layer 6, it is considered that the surface of each grain is made porous and the crystalline state is maintained in the central portion of each grain.

【0050】ところで、上述の製造方法では、多孔質多
結晶シリコン層4を酸により酸化しているが、例えば酸
素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス雰囲気中で紫
外線を照射して酸化するようにしてもよく、100℃か
ら600℃の温度範囲で酸化できることが望ましい。こ
の温度は600℃より高温でもよいが、絶縁性基板11
として安価なガラス基板を使用するという点からは10
0℃から600℃の温度範囲で酸化できることが望まし
い。ただし、基板としてシリコン基板や石英ガラス基板
を用いる場合には、急速加熱法(例えば、RTO法な
ど)によって多孔質多結晶シリコン層4を酸化するよう
にしてもよい。
By the way, in the above-mentioned manufacturing method, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized by an acid. However, it is desirable to be able to oxidize in the temperature range of 100 ° C to 600 ° C. This temperature may be higher than 600 ° C., but the insulating substrate 11
10 from the point of using an inexpensive glass substrate as
It is desirable to be able to oxidize in the temperature range of 0 ° C to 600 ° C. However, when a silicon substrate or a quartz glass substrate is used as the substrate, the porous polycrystalline silicon layer 4 may be oxidized by a rapid heating method (eg, RTO method).

【0051】本実施形態の電界放射型電子源10の基本
動作は図12に示した従来構成と同じであり、例えば図
3に示すように、表面電極7を真空中に配置するととも
に表面電極7に対向してコレクタ電極21を配置し、表
面電極7を導電性層8に対して正極として直流電圧Vps
を印加するとともに、コレクタ電極21を表面電極7に
対して正極として直流電圧Vcを印加することにより、
導電性層8から注入された電子が強電界ドリフト層6を
ドリフトし表面電極7を通して放出される(なお、図3
中の一点鎖線は表面電極7を通して放出された電子e-
の流れを示す)。ここにおいて、表面電極7と導電性層
8との間に流れる電流をダイオード電流Ipsと称し、コ
レクタ電極21と表面電極7との間に流れる電流を放出
電子電流Ieと称し、ダイオード電流Ipsに対する放出
電子電流Ieが大きい(Ie/Ipsが大きい)ほど電子放
出量が高くなる。なお、本実施形態の電界放射型電子源
10においても、従来構成と同様に、表面電極7と導電
性層8との間に印加する直流電圧Vpsを10〜20V程
度の低電圧としても電子を放出させることができる。
The basic operation of the field emission electron source 10 of this embodiment is the same as that of the conventional structure shown in FIG. 12. For example, as shown in FIG. 3, the surface electrode 7 is placed in a vacuum and the surface electrode 7 is arranged. A collector electrode 21 is disposed so as to face the surface electrode 7, and the surface electrode 7 is used as a positive electrode with respect to the conductive layer 8 to form a DC voltage Vps.
By applying a DC voltage Vc with the collector electrode 21 as a positive electrode with respect to the surface electrode 7,
The electrons injected from the conductive layer 8 drift in the strong electric field drift layer 6 and are emitted through the surface electrode 7 (see FIG.
An alternate long and short dash line indicates an electron e emitted through the surface electrode 7.
Shows the flow of). Here, the current flowing between the surface electrode 7 and the conductive layer 8 is referred to as a diode current Ips, the current flowing between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 is referred to as an emission electron current Ie, and the emission for the diode current Ips is performed. The electron emission amount increases as the electron current Ie increases (Ie / Ips increases). Also in the field emission electron source 10 of the present embodiment, as in the conventional configuration, electrons can be emitted even if the DC voltage Vps applied between the surface electrode 7 and the conductive layer 8 is a low voltage of about 10 to 20V. Can be released.

【0052】本実施形態では、強電界ドリフト層6を酸
化した多孔質多結晶シリコンにより構成しているが、強
電界ドリフト層6を窒化した多孔質多結晶シリコン、あ
るいは、その他の酸化若しくは窒化した多孔質多結晶半
導体層により構成してもよい。また、n形多結晶シリコ
ン層9をそれぞれ抵抗(不純物濃度)の異なるn形多結
晶シリコン層が厚み方向に積層された多層構造として導
電性層8に近いn形多結晶シリコン層ほど抵抗が小さく
なるように構成してもよいし、n形多結晶シリコン層9
を厚み方向に抵抗(不純物濃度)が連続的に変化し導電
性層8に近づくほど抵抗が小さくなるような層としても
よい。また、本実施形態では、低抵抗の半導体結晶層と
してn形多結晶シリコン層9を用いているが、n形多結
晶シリコン層9の代わりに、p形多結晶シリコン層を用
いてもよい。
In this embodiment, the strong electric field drift layer 6 is made of oxidized porous polycrystalline silicon. However, the strong electric field drift layer 6 is nitrided of porous polycrystalline silicon or other oxidized or nitrided porous polycrystalline silicon. It may be composed of a porous polycrystalline semiconductor layer. Further, the n-type polycrystalline silicon layer 9 has a multilayer structure in which n-type polycrystalline silicon layers having different resistances (impurity concentrations) are laminated in the thickness direction, and the resistance is smaller as the n-type polycrystalline silicon layer is closer to the conductive layer 8. The n-type polycrystalline silicon layer 9 may be formed as follows.
May be a layer in which the resistance (impurity concentration) continuously changes in the thickness direction and the resistance becomes smaller as the resistance approaches the conductive layer 8. Although the n-type polycrystalline silicon layer 9 is used as the low-resistance semiconductor crystal layer in the present embodiment, a p-type polycrystalline silicon layer may be used instead of the n-type polycrystalline silicon layer 9.

【0053】また、半導体結晶層たるn形多結晶シリコ
ン層9の形成後あるいは結晶半導体層たる多結晶シリコ
ン層3の形成後あるいは多孔質多結晶シリコン層4の形
成後あるいは強電界ドリフト層6の形成後あるいは表面
電極7の形成後に少なくとも1回熱処理(600℃以
下)を行うことにより、導電性層8とn形多結晶シリコ
ン層9とで形成されるショットキーバリアを低減あるい
は取り除くことができ、電子放出効率が高く熱的な安定
性が高い電界放射型電子源10を提供することができ
る。
After the formation of the n-type polycrystalline silicon layer 9 as a semiconductor crystal layer, the formation of the polycrystalline silicon layer 3 as a crystalline semiconductor layer, the formation of the porous polycrystalline silicon layer 4, or the formation of the strong electric field drift layer 6. By performing heat treatment (600 ° C. or less) at least once after formation or after formation of the surface electrode 7, the Schottky barrier formed by the conductive layer 8 and the n-type polycrystalline silicon layer 9 can be reduced or removed. It is possible to provide the field emission type electron source 10 having high electron emission efficiency and high thermal stability.

【0054】(実施形態2)本実施形態の電界放射型電
子源の基本構成は実施形態1と略同じであって、図4に
示すように基板としてp形シリコン基板12を用いてい
る点と導電性層8をn形シリコン層により形成している
点に特徴がある。すなわち、本実施形態では、実施形態
1における絶縁性基板11の代わりにp形シリコン基板
12を用いているので、導電性層8をn形シリコン層に
より形成することができ、導電性層8とn形多結晶シリ
コン層9とを格子整合させることができる。なお、実施
形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を
省略する。
(Embodiment 2) The field emission type electron source according to the present embodiment has substantially the same basic structure as that of Embodiment 1, and uses a p-type silicon substrate 12 as a substrate as shown in FIG. It is characterized in that the conductive layer 8 is formed of an n-type silicon layer. That is, in the present embodiment, since the p-type silicon substrate 12 is used instead of the insulating substrate 11 in the first embodiment, the conductive layer 8 can be formed by the n-type silicon layer, and the conductive layer 8 and The n-type polycrystalline silicon layer 9 can be lattice-matched. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0055】本実施形態の電界放射型電子源10でも実
施形態1と同様に、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高い。
The field emission type electron source 10 of the present embodiment also has high electron emission efficiency and high thermal stability as in the first embodiment.

【0056】なお、本実施形態の電界放射型電子源10
の製造方法は実施形態1で説明した製造方法と略同じで
あって、導電性層8の形成方法が異なるだけである。本
実施形態では、基板としてp形シリコン基板12を用い
ているので、導電性層8は例えばエピタキシャル成長
法、イオン注入、拡散などによって形成すればよい。
The field emission electron source 10 of this embodiment is used.
The manufacturing method is substantially the same as the manufacturing method described in the first embodiment, and only the method of forming the conductive layer 8 is different. In this embodiment, since the p-type silicon substrate 12 is used as the substrate, the conductive layer 8 may be formed by, for example, an epitaxial growth method, ion implantation, diffusion or the like.

【0057】(実施形態3) 本実施形態の電界放射型電子源10は、図5に示すよう
に、ガラス基板(例えば、無アルカリガラス基板)より
なる絶縁性基板11の一表面上にタングステンよりなる
導電性層8が形成され、該導電性層8上にWSiより
なるシリサイド層19が形成され、シリサイド層19上
にノンドープの多結晶シリコン層3が形成され、多結晶
シリコン層3上に酸化した多孔質多結晶シリコンよりな
る強電界ドリフト層6が形成され、強電界ドリフト層6
上に表面電極7が形成されている
(Embodiment 3) As shown in FIG. 5, the field emission electron source 10 of the present embodiment has a structure in which tungsten is formed on one surface of an insulating substrate 11 made of a glass substrate (for example, a non-alkali glass substrate). Is formed, a silicide layer 19 made of WSi 2 is formed on the conductive layer 8, an undoped polycrystalline silicon layer 3 is formed on the silicide layer 19, and a polycrystalline silicon layer 3 is formed on the polycrystalline silicon layer 3. The strong electric field drift layer 6 formed of the oxidized porous polycrystalline silicon is formed.
The surface electrode 7 is formed on top .

【0058】本実施形態の電界放射型電子源10は、導
電性層8上にシリサイド層19が形成されており、シリ
サイド層19の主表面側に強電界ドリフト層6が形成さ
れている点に特徴がある。
In the field emission electron source 10 of this embodiment, the silicide layer 19 is formed on the conductive layer 8, and the strong electric field drift layer 6 is formed on the main surface side of the silicide layer 19. There are features.

【0059】しかして、本実施形態では、導電性層8上
に低抵抗のシリサイド層19が形成されているので、従
来のように導電性層8上に高抵抗のアモルファスシリコ
ン層が形成されている場合に比べて、界面に発生するシ
ョットキーバリアの高さを低くすることができ、強電界
ドリフト層6に流れる電流値が大きくなり(つまり、上
述のダイオード電流Ipsが大きくなり)、電子放出効率
が高くなるとともに、発熱量が少なくなって熱的な安定
性が高くなる。また、導電性層8上にシリサイド層19
が形成されているので、導電性層8から多結晶シリコン
層3および強電界ドリフト層6への導電性層8の構成元
素の拡散を防止することができるので、熱的な安定性が
さらに向上する。ここにおいて、導電性層8とシリサイ
ド層19との間にはほとんどショットキーバリアは存在
せず、シリサイド層19と多結晶シリコン層3との間に
ショットキーバリアが存在するが、当該ショットキーバ
リアの高さはシリサイド層19を設けなかった場合に導
電性層8と多結晶シリコン層3との間に形成されるショ
ットキーバリアよりも低いので、ショットキーバリアに
おける電圧降下の低減が可能となる。
In this embodiment, however, since the low resistance silicide layer 19 is formed on the conductive layer 8, a high resistance amorphous silicon layer is formed on the conductive layer 8 as in the conventional case. The height of the Schottky barrier generated at the interface can be made lower than that in the case where it is present, the current value flowing in the strong electric field drift layer 6 becomes large (that is, the above-mentioned diode current Ips becomes large), and electron emission occurs. As the efficiency increases, the calorific value decreases and the thermal stability increases. In addition, the silicide layer 19 is formed on the conductive layer 8.
Is formed, it is possible to prevent the constituent elements of the conductive layer 8 from diffusing from the conductive layer 8 to the polycrystalline silicon layer 3 and the strong electric field drift layer 6, so that the thermal stability is further improved. To do. Here, there is almost no Schottky barrier between the conductive layer 8 and the silicide layer 19, and there is a Schottky barrier between the silicide layer 19 and the polycrystalline silicon layer 3. Is lower than the Schottky barrier formed between the conductive layer 8 and the polycrystalline silicon layer 3 when the silicide layer 19 is not provided, so that the voltage drop in the Schottky barrier can be reduced. .

【0060】なお、本実施形態では、導電性層8を金属
であるタングステン(W)により構成しているが、導電
性層8の材料はタングステンに限定されるものではな
く、タングステンの代わりに、銅(Cu)、アルミニウ
ム(Al)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、
クロム(Cr)、白金(Pt)、チタン(Ti)、コバ
ルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(T
a)、ハフニウム(Hf)、パラジウム(Pd)、バナ
ジウム(V)、ニオブ(Nb)、マンガン(Mn)、鉄
(Fe)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、レ
ニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(I
r)、金(Au)、銀(Ag)、シリコン(Si)など
を用いてもよく、また、これらの材料の複数種類を選択
し積層するようにしてもよいし、これらの材料のうちの
複数種類を合金化して堆積してもよい。また、導電性層
8としては、ITO、SnO2、ZnOなどの金属酸化
物(透明電極)を用いてもよいし、上記金属酸化物に上
記W以下Siまで列記している金属材料を適宜選択し積
層化したり、上記金属酸化物に上記金属材料の合金膜を
積層するようにしてもよい。
In the present embodiment, the conductive layer 8 is made of tungsten (W), which is a metal, but the material of the conductive layer 8 is not limited to tungsten, and instead of tungsten, Copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), molybdenum (Mo),
Chromium (Cr), platinum (Pt), titanium (Ti), cobalt (Co), zirconium (Zr), tantalum (T
a), hafnium (Hf), palladium (Pd), vanadium (V), niobium (Nb), manganese (Mn), iron (Fe), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), rhenium (Re), osmium ( Os), iridium (I
r), gold (Au), silver (Ag), silicon (Si), or the like may be used, or a plurality of kinds of these materials may be selected and laminated. Plural types may be alloyed and deposited. Further, as the conductive layer 8, a metal oxide (transparent electrode) such as ITO, SnO 2 , ZnO or the like may be used, and the metal materials listed in the above metal oxides up to W and Si are appropriately selected. Then, they may be laminated, or an alloy film of the above metal material may be laminated on the above metal oxide.

【0061】以下、本実施形態の電界放射型電子源10
の製造方法について図6を参照しながら説明する。
Hereinafter, the field emission electron source 10 of this embodiment will be described.
The manufacturing method will be described with reference to FIG.

【0062】まず、絶縁性基板11の一表面(図6
(a)における上面)上にタングステンよりなる導電性
層8を例えばスパッタ法などによって堆積させ、導電性
層8上に、例えばスパッタ法などによってWSi2より
なりシリサイド層19を形成することにより、図6
(a)に示すような構造が得られる。
First, one surface of the insulating substrate 11 (see FIG. 6).
By depositing a conductive layer 8 made of tungsten on the upper surface in (a) by, for example, a sputtering method, and forming a silicide layer 19 made of WSi 2 on the conductive layer 8 by, for example, a sputtering method. 6
A structure as shown in (a) is obtained.

【0063】シリサイド層19を形成した後、所定膜厚
(例えば、1.5μm)のノンドープの多結晶シリコン
層3を例えばプラズマCVD法によって形成することに
より、図6(b)に示すような構造が得られる。ここに
おいて、ノンドープの多結晶シリコン層3は、プラズマ
CVD法により堆積しているので、600℃以下(10
0℃〜600℃)の低温プロセスで成膜することができ
る。なお、ノンドープの多結晶シリコン層3の形成方法
は、プラズマCVD法に限らず、触媒CVD法により形
成してもよく、触媒CVD法でも600℃以下の低温プ
ロセスで成膜することができる。なお、シリサイド層1
9が形成されていることにより、多結晶シリコン層3の
堆積時にシリサイド層19の金属元素が触媒的に働き、
結晶化温度を低下させることにより、結晶化を促進させ
ることができてアモルファスシリコン層の低減化を図れ
るから、シリサイド層19に結晶化した多結晶シリコン
層3を形成することができ界面での電圧降下分を低減す
ることができる。
After the silicide layer 19 is formed, a non-doped polycrystalline silicon layer 3 having a predetermined thickness (for example, 1.5 μm) is formed by, for example, the plasma CVD method, so that the structure as shown in FIG. 6B is obtained. Is obtained. Here, since the non-doped polycrystalline silicon layer 3 is deposited by the plasma CVD method, it is 600 ° C. or less (10
The film can be formed by a low temperature process of 0 ° C to 600 ° C. The method for forming the non-doped polycrystalline silicon layer 3 is not limited to the plasma CVD method, and may be formed by a catalytic CVD method, and the catalytic CVD method can also be formed by a low temperature process of 600 ° C. or lower. The silicide layer 1
9 is formed, the metal element of the silicide layer 19 acts catalytically during the deposition of the polycrystalline silicon layer 3,
By lowering the crystallization temperature, crystallization can be promoted and the amorphous silicon layer can be reduced, so that the crystallized polycrystalline silicon layer 3 can be formed in the silicide layer 19 and the voltage at the interface can be reduced. The amount of descent can be reduced.

【0064】ノンドープの多結晶シリコン層3を形成し
た後、55wt%のフッ化水素水溶液とエタノールとを
略1:1で混合した混合液よりなる電解液の入った陽極
酸化処理槽を利用し、白金電極(図示せず)を負極、導
電性層8を正極として、多結晶シリコン層3に光照射を
行いながら所定の条件で陽極酸化処理を行い多結晶シリ
コン層3を所定深さまで多孔質化することによって、多
孔質多結晶シリコン層4が形成され図6(c)に示すよ
うな構造が得られる。ここにおいて、本実施形態では、
陽極酸化処理の条件として、陽極酸化処理の期間、多結
晶シリコン層3の表面に照射する光パワーを一定、電流
密度を一定としたが、この条件は適宜変更してもよい
(例えば、電流密度を変化させてもよい)。なお、本実
施形態では、多結晶シリコン層3の一部を多孔質化して
る。
After the non-doped polycrystalline silicon layer 3 is formed, an anodizing treatment tank containing an electrolytic solution made of a mixed solution of 55 wt% hydrogen fluoride aqueous solution and ethanol at a ratio of about 1: 1 is used. Using the platinum electrode (not shown) as the negative electrode and the conductive layer 8 as the positive electrode, the polycrystalline silicon layer 3 is anodized under predetermined conditions while irradiating light to make the polycrystalline silicon layer 3 porous to a predetermined depth. By doing so, the porous polycrystalline silicon layer 4 is formed, and the structure shown in FIG. 6C is obtained. Here, in this embodiment,
As conditions for the anodizing treatment, the optical power with which the surface of the polycrystalline silicon layer 3 is irradiated and the current density are constant during the anodizing treatment, but the conditions may be changed as appropriate (for example, the current density). May be changed). In the present embodiment, Ru have <br/> part of the polycrystalline silicon layer 3 porous.

【0065】上述の陽極酸化処理が終了した後、陽極酸
化処理槽から電解液を除去し、該陽極酸化処理槽に新た
に酸(例えば、略10%の希硝酸、略10%の希硫酸、
王水など)を投入し、その後、この酸の入った陽極酸化
処理槽を利用して、白金電極(図示せず)を負極、導電
性層8を正極として、定電流を流し多孔質多結晶シリコ
ン層4を酸化することにより強電界ドリフト層6が形成
され、図6(d)に示す構造が得られる。
After the above-mentioned anodizing treatment is completed, the electrolytic solution is removed from the anodizing bath and a new acid (for example, about 10% dilute nitric acid, about 10% dilute sulfuric acid,
Then, by using this acid-containing anodizing treatment tank, a platinum electrode (not shown) is used as a negative electrode and the conductive layer 8 is used as a positive electrode, and a constant current is passed to make porous polycrystal. The strong electric field drift layer 6 is formed by oxidizing the silicon layer 4, and the structure shown in FIG. 6D is obtained.

【0066】強電界ドリフト層6を形成した後は、強電
界ドリフト層6上に導電性薄膜(例えば、金薄膜)から
なる表面電極7を例えば蒸着により形成することによっ
て、図6(e)に示す構造の電界放射型電子源10が得
られる。なお、本実施形態では、表面電極7の膜厚を1
5nmとしてあるが、この膜厚は特に限定するものでは
なく、強電界ドリフト層6を通ってきた電子がトンネル
できる膜厚であればよい。また、本実施形態では、表面
電極7となる導電性薄膜を蒸着により形成しているが、
導電性薄膜の形成方法は蒸着に限定されるものではな
く、例えばスパッタ法を用いてもよい。
After forming the strong electric field drift layer 6, a surface electrode 7 made of a conductive thin film (for example, a gold thin film) is formed on the strong electric field drift layer 6 by, for example, vapor deposition, so that FIG. A field emission type electron source 10 having the structure shown is obtained. In this embodiment, the thickness of the surface electrode 7 is set to 1
Although the thickness is set to 5 nm, the thickness is not particularly limited, and may be any thickness as long as the electrons passing through the strong electric field drift layer 6 can tunnel. Further, in the present embodiment, the conductive thin film to be the surface electrode 7 is formed by vapor deposition,
The method of forming the conductive thin film is not limited to vapor deposition, and for example, a sputtering method may be used.

【0067】しかして、上述の製造方法によれば、電子
放出効率が高く熱的な安定性が高い電界放射型電子源1
0を提供することができる。また、多結晶シリコン層3
をプラズマCVD法などの低温プロセスで成膜し、多孔
質多結晶シリコン層4の酸化を酸により行っており、か
つ、表面電極7を蒸着法、スパッタ法などにより成膜し
ており、また、シリサイド層19についても比較的低温
で形成することができるので、600℃以下の低温プロ
セスで電界放射型電子源10を製造することができる。
したがって、絶縁性基板11として、石英ガラス基板に
比べて安価な無アルカリガラス基板を用いることができ
て、低コスト化が図れるとともに、より一層の大面積化
を図ることができ、さらに上記多結晶シリコン層3の形
成温度によっては低アルカリガラス基板、ソーダライム
ガラス基板などの無アルカリガラス基板に比べて耐熱温
度の低いガラス基板を用いることも可能になる。
However, according to the above-mentioned manufacturing method, the field emission type electron source 1 having high electron emission efficiency and high thermal stability.
0 can be provided. In addition, the polycrystalline silicon layer 3
Is formed by a low temperature process such as a plasma CVD method, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized by an acid, and the surface electrode 7 is formed by an evaporation method, a sputtering method, or the like. Since the silicide layer 19 can also be formed at a relatively low temperature, the field emission electron source 10 can be manufactured by a low temperature process of 600 ° C. or lower.
Therefore, as the insulating substrate 11, a non-alkali glass substrate, which is cheaper than a quartz glass substrate, can be used, the cost can be reduced, and the area can be further increased. Depending on the formation temperature of the silicon layer 3, it is possible to use a glass substrate having a lower heat resistance temperature than a non-alkali glass substrate such as a low alkali glass substrate or a soda lime glass substrate.

【0068】また、上述の製造方法で製造された電界放
射型電子源10は、特許第2966842号、特許第2
987140号に開示された電界放射型電子源と同様
に、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出
時にポッピング現象が発生せず安定して電子を放出する
ことができる。したがって、強電界ドリフト層6は、従
来例と同様、図10に示すように、少なくとも、柱状の
多結晶シリコン51(グレイン)と、多結晶シリコン5
1の表面に形成された薄いシリコン酸化膜52と、多結
晶シリコン51間に介在するナノメータオーダの微結晶
シリコン層63と、微結晶シリコン層63の表面に形成
され当該微結晶シリコン層63の結晶粒径よりも小さな
膜厚の絶縁膜であるシリコン酸化膜64とから構成され
ると考えられる。すなわち、強電界ドリフト層6は、各
グレインの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では
結晶状態が維持されていると考えられる。
Further, the field emission type electron source 10 manufactured by the above manufacturing method is disclosed in Japanese Patent No. 2966842 and Japanese Patent No. 2966.
Similar to the field emission electron source disclosed in Japanese Patent No. 987140, the vacuum degree dependence of electron emission characteristics is small, and a popping phenomenon does not occur during electron emission, and electrons can be emitted stably. Therefore, as in the conventional example, the strong electric field drift layer 6 has at least the columnar polycrystalline silicon 51 (grain) and the polycrystalline silicon 5 as shown in FIG.
1. A thin silicon oxide film 52 formed on the surface of No. 1, a microcrystalline silicon layer 63 of nanometer order interposed between the polycrystalline silicon 51, and a crystal of the microcrystalline silicon layer 63 formed on the surface of the microcrystalline silicon layer 63. It is considered to be composed of the silicon oxide film 64 which is an insulating film having a film thickness smaller than the grain size. That is, in the strong electric field drift layer 6, it is considered that the surface of each grain is made porous and the crystalline state is maintained in the central portion of each grain.

【0069】ところで、上述の製造方法では、多孔質多
結晶シリコン層4を酸により酸化しているが、例えば酸
素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス雰囲気中で紫
外線を照射して酸化するようにしてもよく、100℃か
ら600℃の温度範囲で酸化できることが望ましい。こ
の温度は600℃より高温でもよいが、絶縁性基板11
として安価なガラス基板を使用するという点からは10
0℃から600℃の温度範囲で酸化できることが望まし
い。ただし、基板としてシリコン基板や石英ガラス基板
を用いる場合には、多孔質多結晶シリコン層4を急速加
熱法(例えば、RTO法)によって酸化して強電界ドリ
フト層6を形成するようにしてもよい。
In the manufacturing method described above, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized by an acid. However, the porous polycrystalline silicon layer 4 is irradiated with ultraviolet rays in a gas atmosphere containing at least one of oxygen and ozone to be oxidized. However, it is desirable to be able to oxidize in the temperature range of 100 ° C to 600 ° C. This temperature may be higher than 600 ° C., but the insulating substrate 11
10 from the point of using an inexpensive glass substrate as
It is desirable to be able to oxidize in the temperature range of 0 ° C to 600 ° C. However, when a silicon substrate or a quartz glass substrate is used as the substrate, the porous polycrystalline silicon layer 4 may be oxidized by the rapid heating method (for example, the RTO method) to form the strong electric field drift layer 6. .

【0070】本実施形態の電界放射型電子源10の基本
動作は図12に示した従来構成と同じであり、導電性層
8から注入された電子が強電界ドリフト層6をドリフト
し表面電極7を通して放出されるなお、本実施形態の電
界放射型電子源10においても、従来構成と同様に、表
面電極7と導電性層8との間に印加する直流電圧Vpsを
10〜20V程度の低電圧としても電子を放出させるこ
とができる。
The basic operation of the field emission type electron source 10 of this embodiment is the same as that of the conventional structure shown in FIG. 12, in which electrons injected from the conductive layer 8 drift in the strong electric field drift layer 6 and the surface electrode 7 is formed. Also in the field emission electron source 10 of the present embodiment, the DC voltage Vps applied between the surface electrode 7 and the conductive layer 8 is a low voltage of about 10 to 20 V, as in the conventional configuration. Also, it is possible to emit electrons.

【0071】本実施形態では、強電界ドリフト層6を酸
化した多孔質多結晶シリコンにより構成しているが、強
電界ドリフト層6を窒化した多孔質多結晶シリコン、あ
るいは、その他の酸化若しくは窒化した多孔質多結晶半
導体層により構成してもよい。また、シリサイド層19
は、WSi2に限定されるものではなく、金属元素とS
iとの金属間化合物であればよく、金属元素としては、
Wの他に、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、
Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Hf、Ta、
W、Re、Os、Ir、Ptなどを用いればよく、ま
た、シリサイド層19をシリサイド膜の多層構造により
構成してもよい。
In the present embodiment, the strong electric field drift layer 6 is made of oxidized porous polycrystalline silicon, but the strong electric field drift layer 6 is nitrided of porous polycrystalline silicon or other oxidized or nitrided porous polycrystalline silicon. It may be composed of a porous polycrystalline semiconductor layer. In addition, the silicide layer 19
Is not limited to WSi 2 , but may include metal elements and S
Any intermetallic compound with i may be used, and as the metal element,
In addition to W, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni,
Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Hf, Ta,
W, Re, Os, Ir, Pt, or the like may be used, and the silicide layer 19 may have a multilayer structure of a silicide film.

【0072】(実施形態4)本実施形態の電界放射型電
子源10の基本構成は実施形態3と略同じであって、図
7に示すようにシリサイド層19上に低抵抗の半導体結
晶層たるn形多結晶シリコン層9が形成され、n形多結
晶シリコン層9上に多結晶シリコン層3が形成されてい
る点が相違する。なお、実施形態3と同様の構成要素に
は同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 4) The field emission type electron source 10 of this embodiment has substantially the same basic structure as that of the embodiment 3, and is a low resistance semiconductor crystal layer on the silicide layer 19 as shown in FIG. The difference is that the n-type polycrystalline silicon layer 9 is formed and the polycrystalline silicon layer 3 is formed on the n-type polycrystalline silicon layer 9. The same components as those of the third embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0073】本実施形態の電界放射型電子源10でも実
施形態3と同様に、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高い。また、本実施形態の電界放射型電子源10は
実施形態1の構成において導電性層8とn形多結晶シリ
コン層9との間にシリサイド層19を設けた構成となっ
ているので、導電性層8からn形多結晶シリコン層9へ
の導電性層8の構成元素の拡散を防止することができる
とともに、n形多結晶シリコン層9の結晶性を高めるこ
とができる。
Also in the field emission type electron source 10 of this embodiment, as in the case of the third embodiment, the electron emission efficiency is high and the thermal stability is high. Further, since the field emission electron source 10 of the present embodiment has a structure in which the silicide layer 19 is provided between the conductive layer 8 and the n-type polycrystalline silicon layer 9 in the structure of the first embodiment, the conductivity is improved. Diffusion of constituent elements of the conductive layer 8 from the layer 8 to the n-type polycrystalline silicon layer 9 can be prevented, and the crystallinity of the n-type polycrystalline silicon layer 9 can be improved.

【0074】なお、本実施形態の電界放射型電子源10
の製造方法は実施形態3で説明した製造方法と略同じで
あって、n形多結晶シリコン層9を形成する工程が増え
るだけである。なお、n形多結晶シリコン層9の形成方
法は、実施形態1で説明したいずれかの形成方法を採用
すればよい。また、n形多結晶シリコン層9の代わりに
p形多結晶シリコン層を用いてもよい。
The field emission electron source 10 of this embodiment is used.
The manufacturing method is substantially the same as the manufacturing method described in the third embodiment, and only the step of forming the n-type polycrystalline silicon layer 9 is increased. As the method for forming the n-type polycrystalline silicon layer 9, any one of the formation methods described in the first embodiment may be adopted. Further, a p-type polycrystalline silicon layer may be used instead of the n-type polycrystalline silicon layer 9.

【0075】ところで、上記各実施形態では、基板たる
絶縁性基板11としてガラス基板を用いているが、絶縁
性基板11はガラス基板に限定されるものではなく、例
えば、シリコン基板上に絶縁膜(SiOX、AlOXなど
の酸化膜や、SiNX、BN、AlNXなどの窒化膜)を
形成した基板や、金属性基板上に絶縁膜(酸化膜や窒化
膜など)を形成した基板を用いてもよい。
By the way, in each of the above-mentioned embodiments, the glass substrate is used as the insulating substrate 11 which is the substrate, but the insulating substrate 11 is not limited to the glass substrate, and for example, an insulating film ( A substrate on which an oxide film such as SiO x or AlO x or a nitride film such as SiN x , BN or AlN x is formed, or a substrate on which an insulating film (such as an oxide film or a nitride film) is formed on a metallic substrate is used. May be.

【0076】[0076]

【発明の効果】請求項1の発明は、基板と、該基板の一
表面上に形成された導電性層と、導電性層の表面側に形
成されたノンドープ半導体層と、該ノンドープ半導体層
上に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よ
りなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成
された表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して
正極として電圧を印加することにより導電性層から注入
された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を
通して放出される電界放射型電子源であって、上記導電
性層と上記ノンドープ半導体層との間に低抵抗の半導体
よりなる半導体結晶層を介在させてなるものであり、導
電性層上に低抵抗の半導体結晶層が形成されていること
により、導電性層に起因したショットキーバリアが従来
に比べて薄くなりトンネリングで電流を長すことができ
て、ショットキーバリアでの電圧降下を小さくでき、導
電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成されて
いる場合に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高くなるという効果がある。
According to the invention of claim 1, a substrate, a conductive layer formed on one surface of the substrate, and a conductive layer formed on the surface side of the conductive layer.
Formed non-doped semiconductor layer and the non-doped semiconductor layer
A strong electric field drift layer formed of an oxidized or nitrided porous semiconductor layer formed above and a surface electrode formed on the strong electric field drift layer are applied, and a voltage is applied with the surface electrode as a positive electrode with respect to the conductive layer. a field emission electron source electrons injected from the electrically conductive layer is emitted through the drift surface electrode strong electric field drift layer by, the conductive
Of low resistance between the conductive layer and the non-doped semiconductor layer
Since a semiconductor crystal layer made of silicon is interposed between the semiconductor layer and the low-resistance semiconductor crystal layer is formed on the conductive layer, the Schottky barrier caused by the conductive layer becomes thinner than that in the conventional tunneling. Current can be lengthened, the voltage drop at the Schottky barrier can be reduced, and the electron emission efficiency and thermal efficiency are higher than those in the case where a high resistance amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. It has the effect of increasing the stability.

【0077】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、上記導電性層と上記半導体結晶層との間にシリサイ
ド層が設けられているので、ショットキーバリアの高さ
を低くすることができ、また、上記導電性層から上記半
導体結晶層への上記導電性層の構成元素の拡散を防止す
ることができ、拡散による合金化などを抑制することが
でき、熱的な安定性がより向上するという効果がある。
According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, since the silicide layer is provided between the conductive layer and the semiconductor crystal layer, the height of the Schottky barrier can be lowered. It is also possible to prevent the diffusion of the constituent elements of the conductive layer from the conductive layer to the semiconductor crystal layer, it is possible to suppress alloying due to diffusion, thermal stability is more It has the effect of improving.

【0078】請求項3の発明は、請求項1または請求項
2の発明において、上記半導体結晶層は、それぞれ抵抗
の異なる半導体層が厚み方向において積層された多層構
造を有し、上記導電性層に近い半導体層ほど抵抗が小さ
いので、電子放出効率が向上するという効果がある。
[0078] The invention of claim 3 is the invention of claim 1 or claim 2, said semiconductor crystal layers have different semiconductor layers respectively resistance multilayer structure stacked in the thickness direction, the conductive The closer the semiconductor layer is to the layer, the smaller the resistance, and therefore the effect is that the electron emission efficiency is improved.

【0079】請求項4の発明は、請求項1または請求項
2の発明において、上記半導体結晶層は、厚み方向に抵
抗が連続的に変化した層であって、上記導電性層に近づ
くほど抵抗が小さいので、電子放出効率が向上するとい
う効果がある。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the semiconductor crystal layer is a layer in which the resistance continuously changes in the thickness direction, and the closer to the conductive layer, the closer Since the resistance is small, there is an effect that the electron emission efficiency is improved.

【0080】請求項5の発明は、基板と、該基板の一表
面上に形成された導電性層と、導電性層の表面側に形成
されたノンドープ半導体層と、該ノンドープ半導体層上
形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層より
なる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成さ
れた表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正
極として電圧を印加することにより導電性層から注入さ
れた電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通
して放出される電界放射型電子源であって、上記導電性
層と上記ノンドープ半導体層との間にシリサイド層を介
在させてなるものであり、導電性層上にシリサイド層を
介してノンドープ半導体層が形成されていることによ
り、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成
されている場合に比べてショットキーバリアの高さが低
くなり、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高くな
り、また、導電性層とノンドープ半導体層との間にシリ
サイド層が介在するので、上記導電性層から上記ノンド
ープ半導体層への拡散を防止することができ、拡散によ
る合金化などを抑制することができ、熱的な安定性がよ
り向上するという効果がある。
According to a fifth aspect of the present invention, a substrate, a conductive layer formed on one surface of the substrate, and a surface side of the conductive layer are formed.
Non-doped semiconductor layer and on the non-doped semiconductor layer
And a surface electrode formed on the strong electric field drift layer, and a voltage is applied with the surface electrode as a positive electrode with respect to the conductive layer. As a result, electrons injected from the conductive layer drift in the strong electric field drift layer and are emitted through the surface electrode .
A silicide layer between the layer and the non-doped semiconductor layer.
Since the non-doped semiconductor layer is formed on the conductive layer via the silicide layer, it is possible to make a shot compared to the case where the high resistance amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. the height of Kibaria is reduced, the electron emission efficiency is high and thermal stability is high, and since the silicide layer is interposed between the conductive layer and the undoped semiconductor layer, said from the conductive layer Nondo
It is possible to prevent diffusion into the semiconductor layer , suppress alloying due to diffusion, etc., and to improve thermal stability.

【0081】請求項6の発明は、請求項1ないし請求項
5の発明において、上記強電界ドリフト層は、基板の主
表面に略直交して列設された柱状の半導体結晶と、半導
体結晶間に介在するナノメータオーダの半導体微結晶
と、半導体微結晶の表面に形成され当該半導体微結晶の
結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜とからなるので、強
電界ドリフト層では導電性層から注入された電子が半導
体微結晶に衝突せずに上記絶縁膜に印加されている電界
で加速されてドリフトし、強電界ドリフト層で発生した
熱が柱状の半導体結晶を通して放熱されるから、電子放
出時にポッピング現象が発生せず高効率で電子を放出す
ることができるという効果がある。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, the strong electric field drift layer is a columnar semiconductor crystal lined up substantially orthogonally to the main surface of the substrate, and between the semiconductor crystals. In the strong electric field drift layer, injection is performed from the conductive layer, since it is composed of a nanometer-order semiconductor microcrystal intervening in the above and an insulating film formed on the surface of the semiconductor microcrystal and having a thickness smaller than the crystal grain size of the semiconductor microcrystal The generated electrons are accelerated and drifted by the electric field applied to the insulating film without colliding with the semiconductor microcrystal, and the heat generated in the strong electric field drift layer is radiated through the columnar semiconductor crystal. There is an effect that electrons can be emitted with high efficiency without causing the popping phenomenon.

【0082】請求項7の発明は、請求項1ないし請求項
6の発明において、上記半導体は、多結晶半導体よりな
るので、大面積化が容易になるという効果がある。
According to a seventh aspect of the invention, in the first to sixth aspects of the invention, since the semiconductor is made of a polycrystalline semiconductor, it has an effect of easily increasing the area.

【0083】請求項8の発明は、請求項1ないし請求項
7の発明において、上記半導体は、シリコンよりなるの
で、シリコンプロセスを使用できるという効果がある。
According to the invention of claim 8, in the invention of claims 1 to 7, the semiconductor is made of silicon, so that there is an effect that a silicon process can be used.

【0084】請求項9の発明は、請求項1ないし請求項
8の発明において、上記導電性層は、金属よりなるの
で、上記導電性層の低抵抗化が容易になるという効果が
ある。
According to a ninth aspect of the invention, in the first to eighth aspects of the invention, the conductive layer is made of a metal, and therefore, the resistance of the conductive layer can be easily lowered.

【0085】請求項10の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を加熱して結晶化すること
により半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上
にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半
導体層の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層
を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化す
ることにより強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフ
ト層上に表面電極を形成するので、導電性層上にアモル
ファス半導体層を形成し該アモルファス半導体層を加熱
して結晶化することにより低抵抗の半導体結晶層を形成
しているから、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導
体層が形成された電界放射型電子源に比べて、電子放出
効率が高く且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を
提供することができるという効果がある。
A tenth aspect of the present invention is the method for manufacturing a field emission electron source according to the first aspect, wherein a conductive layer is formed on a substrate and an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. A semiconductor crystal layer is formed by heating and crystallizing the amorphous semiconductor layer, and then, on the semiconductor crystal layer.
To form a non-doped semi-conductor layer, then, after forming the porous semiconductor layer by porous part of the non-doped semi <br/> conductor layer, by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer Since the strong electric field drift layer is formed and the surface electrode is formed on the strong electric field drift layer, a low resistance semiconductor crystal is formed by forming an amorphous semiconductor layer on the conductive layer and heating and crystallizing the amorphous semiconductor layer. Since the layer is formed, the field emission electron source has higher electron emission efficiency and higher thermal stability than a field emission electron source in which a high resistance amorphous semiconductor layer is formed on a conductive layer. Can be provided.

【0086】請求項11の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を熱アニールにて加熱して
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質の結晶半導体
層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層
を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成するの
で、導電性層上にアモルファス半導体層を形成し該アモ
ルファス半導体層を熱アニールにて加熱して結晶化する
ことにより低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、
導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成され
た電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ
熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供することが
できるという効果がある。
The invention of claim 11 is the method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on the substrate, and an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. A semiconductor crystal layer is formed by heating and crystallizing the amorphous semiconductor layer by thermal annealing, and thereafter,
A non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, then at <br/>, after a portion of the non-doped semi-conductor layer to form a porous semiconductor layer by porous, the porous crystalline semiconductor A strong electric field drift layer is formed by oxidizing or nitriding the layer, and a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. Therefore, an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer and the amorphous semiconductor layer is heated by thermal annealing. Since a low-resistance semiconductor crystal layer is formed by crystallization,
Effect of providing a field emission electron source having high electron emission efficiency and high thermal stability as compared with a field emission electron source in which a high resistance amorphous semiconductor layer is formed on a conductive layer There is.

【0087】請求項12の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層をレーザアニールにて加熱
して結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その
後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次
いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することに
より多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を
酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形
成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成するので、
導電性層上にアモルファス半導体層を形成し該アモルフ
ァス半導体層をレーザアニールにて加熱して結晶化する
ことにより低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、
導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成され
た電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ
熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供することが
できるという効果がある。
A twelfth aspect of the present invention is the method for manufacturing a field emission electron source according to the first aspect, wherein a conductive layer is formed on a substrate, and an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. the amorphous semiconductor layer of the semiconductor crystal layer is formed by crystallization by heating by laser annealing, thereafter, the non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, Ide following <br/>, undoped semiconductors layers after forming the porous semi-conductor layer by partially made porous, a strong electric field drift layer is formed, strong surface electrode to the electric field drift layer by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer formation Because
Since the amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer and the amorphous semiconductor layer is heated by laser annealing to be crystallized to form a low-resistance semiconductor crystal layer,
Effect of providing a field emission electron source having high electron emission efficiency and high thermal stability as compared with a field emission electron source in which a high resistance amorphous semiconductor layer is formed on a conductive layer There is.

【0088】請求項13の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を水素を用いた加熱処理で
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成
し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成するので、導
電性層上にアモルファス半導体層を形成し該アモルファ
ス半導体層を水素を用いた加熱処理で結晶化することに
より低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、導電性
層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界
放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な
安定性が高い電界放射型電子源を提供することができる
という効果がある。
The invention of claim 13 is the method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on the substrate, and an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. A semiconductor crystal layer is formed by crystallizing the amorphous semiconductor layer by heat treatment using hydrogen, and thereafter,
A non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, in then <br/>, after forming the porous semiconductor layer by a portion of the non-doped semi-conductor layer is porous, the porous semiconductor layer A strong electric field drift layer is formed by oxidization or nitriding, and a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. Since the low resistance semiconductor crystal layer is formed by crystallization, the electron emission efficiency is higher and the thermal efficiency is higher than that of the field emission electron source in which the high resistance amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. It is possible to provide a field emission type electron source having high stability.

【0089】請求項14の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層に水素プラズマを照射して
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成
し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成するので、導
電性層上にアモルファス半導体層を形成し該アモルファ
ス半導体層に水素プラズマを照射して結晶化することに
より低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、導電性
層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界
放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な
安定性が高い電界放射型電子源を提供することができる
という効果がある。
A fourteenth aspect of the present invention is the method for manufacturing a field emission electron source according to the first aspect, wherein a conductive layer is formed on a substrate, and an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. The amorphous semiconductor layer is irradiated with hydrogen plasma to be crystallized to form a semiconductor crystal layer, and thereafter,
A non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, in then <br/>, after forming the porous semiconductor layer by a portion of the non-doped semi-conductor layer is porous, the porous semiconductor layer A strong electric field drift layer is formed by oxidization or nitriding, and a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. As a result, the low-resistance semiconductor crystal layer is formed, so that the electron emission efficiency and thermal efficiency are higher than those of the field emission electron source in which the high-resistance amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. There is an effect that a field emission type electron source with high stability can be provided.

【0090】請求項15の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層に水素イオンを照射して結
晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、半
導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次いで
ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することにより多
孔質半導体層を形成し、該多孔質半導体層を酸化若しく
は窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、強電
界ドリフト層上に表面電極を形成するので、導電性層上
にアモルファス半導体層を形成し該アモルファス半導体
層に水素イオンを照射して結晶化することにより低抵抗
の半導体結晶層を形成しているから、導電性層上に高抵
抗のアモルファス半導体層が形成された電界放射型電子
源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高
い電界放射型電子源を提供することができるという効果
がある。
A fifteenth aspect of the present invention is the method for manufacturing a field emission electron source according to the first aspect, wherein a conductive layer is formed on a substrate, and an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. the amorphous semiconductor layer is irradiated with hydrogen ions to form a semiconductor crystal layer by crystallization, after which the non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, then,
Some of the non-doped semi-conductor layer of the porous semiconductor layer is formed by porous, to form a strong electric field drift layer by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer, strong surface electrode to the electric field drift layer Therefore, since the amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer and the amorphous semiconductor layer is irradiated with hydrogen ions to be crystallized to form a low-resistance semiconductor crystal layer, the amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. As compared with the field emission type electron source in which the amorphous semiconductor layer having high resistance is formed, it is possible to provide the field emission type electron source having high electron emission efficiency and high thermal stability.

【0091】請求項16の発明は、請求項1ないし請求
項15の発明において、上記アモルファス半導体層は、
不純物がドーピングされた低抵抗のアモルファス半導体
よりなるので、アモルファス半導体層の抵抗を制御性よ
く制御でき、結果として低抵抗の半導体結晶層の抵抗を
制御性良く低抵抗化することができる。
According to a sixteenth aspect of the invention, in the invention of the first to fifteenth aspects, the amorphous semiconductor layer is
Since it is made of a low-resistance amorphous semiconductor doped with impurities, the resistance of the amorphous semiconductor layer can be controlled with good controllability, and as a result, the resistance of the low-resistance semiconductor crystal layer can be controlled with low resistance.

【0092】請求項17の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に不純物を添加した半導体結晶層を
形成した後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形
成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化す
ることにより多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半
導体層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフ
ト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成す
るので、導電性層上に不純物を添加した低抵抗の半導体
結晶層を形成しているから、導電性層上に高抵抗のアモ
ルファス半導体層が形成された電界放射型電子源に比べ
て、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高い電界放
射型電子源を提供することができるという効果がある。
The invention of claim 17 is the method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on a substrate, and a semiconductor crystal layer to which an impurity is added is formed on the conductive layer. after forming, the non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, then, after forming the porous semiconductor layer by porous part of the non-doped semi-conductor layer, oxidizing the porous semiconductor layer or Since the strong electric field drift layer is formed by nitriding and the surface electrode is formed on the strong electric field drift layer, a low-resistance semiconductor crystal layer doped with impurities is formed on the conductive layer. As compared with a field emission electron source having a high resistance amorphous semiconductor layer formed thereon, it is possible to provide a field emission electron source having high electron emission efficiency and high thermal stability.

【0093】請求項18の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に不純物をドーピングした低抵抗の
半導体よりなる半導体結晶層を堆積させ、その後、半導
体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノ
ンドープ半導体層の一部を多孔質化することにより多孔
質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若し
くは窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、強
電界ドリフト層上に表面電極を形成するので、導電性層
上に不純物をドーピングした低抵抗の半導体よりなる半
導体結晶層を堆積させているから、導電性層上に高抵抗
のアモルファス半導体層が形成された電界放射型電子源
に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高い
電界放射型電子源を提供することができるという効果が
ある。
An eighteenth aspect of the present invention is a method for manufacturing a field emission electron source according to the first aspect, wherein a conductive layer is formed on a substrate, and an impurity is doped on the conductive layer to form a low resistance semiconductor. depositing a more composed semiconductor crystal layer, then a non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, then, Bruno
After forming the porous semiconductor layer by porous part of Ndopu semi conductor layer to form a strong electric field drift layer by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer, the surface of the strong electric field drift layer Since the electrodes are formed, a semiconductor crystal layer made of a low-resistance semiconductor doped with impurities is deposited on the conductive layer, and therefore, a field emission electron having a high-resistance amorphous semiconductor layer formed on the conductive layer. There is an effect that it is possible to provide a field emission type electron source having higher electron emission efficiency and higher thermal stability than the source.

【0094】請求項19の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に結晶性を有する半導体層を形成
し、該半導体層にイオン注入を行うことにより半導体結
晶層を形成し、その後、半導体結晶層上にノンドープ半
導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部
多孔質化することにより多孔質半導体層を形成した後、
該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより強
電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電
極を形成するので、導電性層上に結晶性を有する半導体
層を形成し、該半導体層にイオン注入を行うことにより
低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、導電性層上
に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界放射
型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高い電界放射型電子源を提供することができるとい
う効果がある。
The invention of claim 19 is the method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on the substrate, and a crystalline semiconductor layer is formed on the conductive layer. and, wherein the semiconductor crystal layer is formed by ion implantation into the semiconductor layer, then a non-doped semi <br/> conductive layer is formed on a semiconductor crystal layer, then, the porous part of the non-doped semi-conductor layer After forming a porous semiconductor layer by
Since the strong electric field drift layer is formed by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer and the surface electrode is formed on the strong electric field drift layer, the semiconductor layer having crystallinity is formed on the conductive layer. Since a low-resistance semiconductor crystal layer is formed by performing ion implantation into the layer, the electron emission efficiency is higher than that of a field emission electron source in which a high-resistance amorphous semiconductor layer is formed on a conductive layer. Further, there is an effect that a field emission type electron source having high thermal stability can be provided.

【0095】請求項20の発明は、請求項1記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に結晶性を有する半導体層を形成
し、該半導体層に不純物を拡散させることにより半導体
結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上にノンドープ
導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部
を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成した
後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することによ
り強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に表
面電極を形成するので、導電性層上に結晶性を有する半
導体層を形成し、該半導体層に不純物を拡散させること
により低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、導電
性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電
界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的
な安定性が高い電界放射型電子源を提供することができ
るという効果がある。
The invention of claim 20 is the method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on a substrate and a semiconductor layer having crystallinity is formed on the conductive layer. Then, a semiconductor crystal layer is formed by diffusing impurities into the semiconductor layer, and then non-doped on the semiconductor crystal layer.
The semi-conductor layer is formed, then, after forming the porous semiconductor layer by porous part <br/> of undoped semi-conductor layer, a strong electric field by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer The drift layer is formed, and the surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. Therefore, a semiconductor layer having crystallinity is formed on the conductive layer, and impurities are diffused into the semiconductor layer to form a low-resistance semiconductor crystal layer. Therefore, as compared with the field emission type electron source in which the high resistance amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer, the field emission type electron source with high electron emission efficiency and high thermal stability is formed. There is an effect that it can be provided.

【0096】請求項21の発明は、請求項10ないし請
求項20の発明において、上記半導体結晶層の形成後あ
るいは上記ノンドープ半導体層の形成後あるいは上記多
孔質半導体層の形成後あるいは上記強電界ドリフト層の
形成後あるいは上記表面電極の形成後に少なくとも1回
熱処理を行うので、上記導電性層と上記半導体結晶層と
で形成されるショットキーバリアを低減あるいは取り除
くことができ、電子放出効率が高く熱的な安定性が高い
電界放射型電子源を提供することができるという効果が
ある。
[0096] The invention of claim 21 is the invention of claims 10 to 20, said semiconductor formation or after the strong electric field after the formation of the crystal layer or after formation of the non-doped semi-conductor layer or the porous semiconductor layer Since the heat treatment is performed at least once after the formation of the drift layer or after the formation of the surface electrode, the Schottky barrier formed between the conductive layer and the semiconductor crystal layer can be reduced or removed, and the electron emission efficiency is high. There is an effect that it is possible to provide a field emission type electron source having high thermal stability.

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

【図1】実施形態1を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment.

【図2】同上の製造方法を説明するための主要工程断面
図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of main steps for explaining the above manufacturing method.

【図3】同上の特性測定原理の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a characteristic measurement principle of the above.

【図4】実施形態2を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment.

【図5】実施形態3を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view showing a third embodiment.

【図6】同上の特性測定原理の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a characteristic measurement principle of the above.

【図7】実施形態4を示す概略断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a fourth embodiment.

【図8】従来例を示す概略断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a conventional example.

【図9】同上の特性測定原理の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a characteristic measurement principle of the above.

【図10】同上の電子放出機構の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of an electron emission mechanism of the above.

【図11】他の従来例を示す概略断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing another conventional example.

【図12】同上の特性測定原理の説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram of a characteristic measurement principle of the above.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 多結晶シリコン層 6 強電界ドリフト層 7 表面電極 8 導電性層 9 n形多結晶シリコン層 10 電界放射型電子源 11 絶縁性基板 3 Polycrystalline silicon layer 6 Strong electric field drift layer 7 Surface electrode 8 Conductive layer 9 n-type polycrystalline silicon layer 10 Field emission electron source 11 Insulating substrate

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−259795(JP,A) 特開 平11−67063(JP,A) 特開 平11−329213(JP,A) 特開 平6−60795(JP,A) 特開 平10−149984(JP,A) 特開 平7−262908(JP,A) 特許2966842(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 1/312 H01J 9/02 H01J 29/04 H01J 31/12 Continuation of front page (56) Reference JP-A-9-259795 (JP, A) JP-A-11-67063 (JP, A) JP-A-11-329213 (JP, A) JP-A-6-60795 (JP , A) JP-A-10-149984 (JP, A) JP-A-7-262908 (JP, A) Patent 2966842 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 1 / 312 H01J 9/02 H01J 29/04 H01J 31/12

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板と、該基板の一表面上に形成された
導電性層と、導電性層の表面側に形成されたノンドープ
半導体層と、該ノンドープ半導体層上に形成された酸化
若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフ
ト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを
備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印
加することにより導電性層から注入された電子が強電界
ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電
界放射型電子源であって、上記導電性層と上記ノンドー
プ半導体層との間に低抵抗の半導体よりなる半導体結晶
層を介在させてなることを特徴とする電界放射型電子
源。
1. A substrate, a conductive layer formed on one surface of the substrate, and a non-doped layer formed on the surface side of the conductive layer.
A semiconductor layer , a strong electric field drift layer formed of an oxidized or nitrided porous semiconductor layer formed on the non-doped semiconductor layer, and a surface electrode formed on the strong electric field drift layer, the surface electrode being a conductive layer. a field emission electron source is emitted through the drift surface electrode electrons strong electric field drift layer injected from the conductive layer by applying a voltage as a positive electrode against, the conductive layer and the Nondo
Semiconductor crystal consisting of low-resistance semiconductor between the semiconductor layer
A field emission type electron source characterized in that a layer is interposed .
【請求項2】 上記導電性層と上記半導体結晶層との間
にシリサイド層が設けられてなることを特徴とする請求
項1記載の電界放射型電子源。
2. The field emission type electron source according to claim 1, wherein a silicide layer is provided between the conductive layer and the semiconductor crystal layer.
【請求項3】 上記半導体結晶層は、それぞれ抵抗の異
なる半導体層が厚み方向において積層された多層構造を
有し、上記導電性層に近い半導体層ほど抵抗が小さいこ
とを特徴とする請求項1または請求項2記載の電界放射
型電子源。
Wherein said semiconductor crystal layer, the claims semiconductor layers having different resistors having a multi-layer structure laminated in the thickness direction, and wherein the resistance as the semiconductor layer closer to the conductive layer is small The field emission type electron source according to claim 1 or 2.
【請求項4】 上記半導体結晶層は、厚み方向に抵抗が
連続的に変化した層であって、上記導電性層に近づくほ
ど抵抗が小さいことを特徴とする請求項1または請求項
2記載の電界放射型電子源。
4. The semiconductor crystal layer is a layer in which the resistance continuously changes in the thickness direction, and the resistance becomes smaller as it gets closer to the conductive layer. Field emission electron source.
【請求項5】 基板と、該基板の一表面上に形成された
導電性層と、導電性層の表面側に形成されたノンドープ
半導体層と、該ノンドープ半導体層上に形成された酸化
若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフ
ト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを
備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印
加することにより導電性層から注入された電子が強電界
ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電
界放射型電子源であって、上記導電性層と上記ノンドー
プ半導体層との間にシリサイド層を介在させてなること
を特徴とする電界放射型電子源。
5. A substrate, a conductive layer formed on one surface of the substrate, and a non-doped layer formed on the surface side of the conductive layer.
A semiconductor layer , a strong electric field drift layer formed of an oxidized or nitrided porous semiconductor layer formed on the non-doped semiconductor layer, and a surface electrode formed on the strong electric field drift layer, the surface electrode being a conductive layer. voltage electricity that will be released through the drift surface electrode electrons strong electric field drift layer injected from the conductive layer by applying as a positive electrode against
A field emission electron source, comprising the conductive layer and the non-doped
A field-emission electron source characterized in that a silicide layer is interposed between the semiconductor layer and the semiconductor layer .
【請求項6】 上記強電界ドリフト層は、基板の主表面
に略直交して列設された柱状の半導体結晶と、半導体結
晶間に介在するナノメータオーダの半導体微結晶と、半
導体微結晶の表面に形成され当該半導体微結晶の結晶粒
径よりも小さな膜厚の絶縁膜とからなることを特徴とす
る請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の電界放射
型電子源。
6. The strong electric field drift layer comprises columnar semiconductor crystals arranged substantially orthogonal to the main surface of the substrate, nanometer-order semiconductor microcrystals interposed between the semiconductor crystals, and the surface of the semiconductor microcrystal. 6. The field emission electron source according to claim 1, wherein the field emission electron source is formed of an insulating film having a film thickness smaller than the crystal grain size of the semiconductor microcrystal.
【請求項7】 上記半導体は、多結晶半導体よりなるこ
とを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記
載の電界放射型電子源。
7. The field emission electron source according to claim 1, wherein the semiconductor is made of a polycrystalline semiconductor.
【請求項8】 上記半導体は、シリコンよりなることを
特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の
電界放射型電子源。
8. The field emission electron source according to claim 1, wherein the semiconductor is made of silicon.
【請求項9】 上記導電性層は、金属よりなることを特
徴とする請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の電
界放射型電子源。
9. The field emission electron source according to claim 1, wherein the conductive layer is made of metal.
【請求項10】 請求項1記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上にアモルファス半導体層を形成した後、該アモルファ
ス半導体層を加熱して結晶化することにより半導体結晶
層を形成し、その後、半導体結晶層上にノンドープ半
体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部を多
孔質化することにより多孔質半導体層を形成した後、該
多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより強電
界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極
を形成することを特徴とする電界放射型電子源の製造方
法。
10. The method of manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on the substrate, an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer, and then the amorphous semiconductor layer is formed. heating to form a semiconductor crystal layer by crystallization, after which the non-doped semiconductive <br/> layer formed on the semiconductor crystal layer, then, to porous portions of the non-doped semi-conductor layer After forming a porous semiconductor layer by the method, a strong electric field drift layer is formed by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer, and a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. Source manufacturing method.
【請求項11】 請求項1記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上にアモルファス半導体層を形成した後、該アモルファ
ス半導体層を熱アニールにて加熱して結晶化することに
より半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上
ノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半
体層の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を
形成した後、該多孔質の結晶半導体層を酸化若しくは窒
化することにより強電界ドリフト層を形成し、強電界ド
リフト層上に表面電極を形成することを特徴とする電界
放射型電子源の製造方法。
11. The method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on a substrate, an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer, and then the amorphous semiconductor layer is formed. A semiconductor crystal layer is formed by heating and crystallizing by thermal annealing, and then on the semiconductor crystal layer .
Forming a non-doped semi-conductor layer, then, after forming the porous semiconductor layer by porous part of the non-doped semiconducting <br/> layer is oxidized or nitrided crystal semiconductor layer of the porous A strong field drift layer is formed thereby, and a surface electrode is formed on the strong field drift layer.
【請求項12】 請求項1記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上にアモルファス半導体層を形成した後、該アモルファ
ス半導体層をレーザアニールにて加熱して結晶化するこ
とにより半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層
にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ
導体層の一部を多孔質化することにより多孔質半導体
層を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化
することにより強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリ
フト層上に表面電極を形成することを特徴とする電界放
射型電子源の製造方法。
12. The method of manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on a substrate, an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer, and then the amorphous semiconductor layer is formed. the semiconductor crystal layer is formed by crystallization by heating by laser annealing, thereafter, the non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, then non-doped
After forming the porous semi-conductor layer by a portion of the semi-conductor layer made porous to form a strong electric field drift layer by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer, the surface of the strong electric field drift layer A method of manufacturing a field emission electron source, which comprises forming an electrode.
【請求項13】 請求項1記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上にアモルファス半導体層を形成した後、該アモルファ
ス半導体層を水素を用いた加熱処理で結晶化することに
より半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上
ノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半
体層の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を
形成した後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化する
ことにより強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト
層上に表面電極を形成することを特徴とする電界放射型
電子源の製造方法。
13. The method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on a substrate, an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer, and then the amorphous semiconductor layer is formed. A semiconductor crystal layer is formed by crystallization by heat treatment using hydrogen, and then on the semiconductor crystal layer .
Forming a non-doped semi-conductor layer, then, after forming the porous semiconductor layer by porous part of the non-doped semiconducting <br/> layer by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer A method of manufacturing a field emission electron source, which comprises forming a strong electric field drift layer and forming a surface electrode on the strong electric field drift layer.
【請求項14】 請求項1記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上にアモルファス半導体層を形成した後、該アモルファ
ス半導体層に水素プラズマを照射して結晶化することに
より半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上
ノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半
体層の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を
形成した後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化する
ことにより強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト
層上に表面電極を形成することを特徴とする電界放射型
電子源の製造方法。
14. The method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on a substrate, an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer, and the amorphous semiconductor layer is formed on the amorphous semiconductor layer. A semiconductor crystal layer is formed by crystallizing by irradiating with hydrogen plasma, and then on the semiconductor crystal layer .
Forming a non-doped semi-conductor layer, then, after forming the porous semiconductor layer by porous part of the non-doped semiconducting <br/> layer by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer A method of manufacturing a field emission electron source, which comprises forming a strong electric field drift layer and forming a surface electrode on the strong electric field drift layer.
【請求項15】 請求項1記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上にアモルファス半導体層を形成した後、該アモルファ
ス半導体層に水素イオンを照射して結晶化することによ
り半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上にノ
ンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体
の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を形
成し、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することに
より強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に
表面電極を形成することを特徴とする電界放射型電子源
の製造方法。
15. The method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on a substrate, an amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer, and the amorphous semiconductor layer is formed on the amorphous semiconductor layer. the semiconductor crystal layer is formed by crystallization by irradiation with hydrogen ions, then Bruno to the semiconductor crystal layer
Forming a Ndopu semi conductor layer, then forming a strong electric field drift layer by a portion of the non-doped semi-conductor layer of the porous semiconductor layer is formed by porous, oxidized or nitrided porous semiconductor layer And forming a surface electrode on the strong electric field drift layer, a method for manufacturing a field emission electron source.
【請求項16】 上記アモルファス半導体層は、不純物
がドーピングされた低抵抗のアモルファス半導体よりな
ることを特徴とする請求項10ないし請求項15のいず
れかに記載の電界放射型電子源の製造方法。
16. The method for manufacturing a field emission electron source according to claim 10, wherein the amorphous semiconductor layer is made of a low-resistance amorphous semiconductor doped with impurities.
【請求項17】 請求項1記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上に不純物を添加した半導体結晶層を形成した後、半導
体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノ
ンドープ半導体層の一部を多孔質化することにより多孔
質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若し
くは窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、強
電界ドリフト層上に表面電極を形成することを特徴とす
る電界放射型電子源の製造方法。
17. The method of manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on a substrate, and an impurity-doped semiconductor crystal layer is formed on the conductive layer, and then a semiconductor is formed. a non-doped semi-conductor layer is formed on the crystal layer and then, Bruno
After forming the porous semiconductor layer by porous part of Ndopu semi conductor layer to form a strong electric field drift layer by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer, the surface of the strong electric field drift layer A method of manufacturing a field emission electron source, which comprises forming an electrode.
【請求項18】 請求項1記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上に不純物をドーピングした低抵抗の半導体よりなる半
導体結晶層を堆積させ、その後、半導体結晶層上にノン
ドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層
の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成
した後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化すること
により強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上
に表面電極を形成することを特徴とする電界放射型電子
源の製造方法。
18. The method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein the semiconductor crystal layer is formed of a low-resistance semiconductor in which a conductive layer is formed on a substrate and impurities are doped on the conductive layer. the deposited, then non the semiconductor crystal layer
Forming a doped semi-conductor layer, then non-doped semi-conductor layer
Forming a porous semiconductor layer by making a part of the porous semiconductor layer porous, and then oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer to form a strong electric field drift layer, and forming a surface electrode on the strong electric field drift layer. A method of manufacturing a field emission electron source, comprising:
【請求項19】 請求項1記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上に結晶性を有する半導体層を形成し、該半導体層にイ
オン注入を行うことにより半導体結晶層を形成し、その
後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次
いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することに
より多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を
酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形
成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成することを
特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
19. The method of manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on a substrate, and a crystalline semiconductor layer is formed on the conductive layer. in the semiconductor crystal layer is formed by ion implantation, then a non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer, the following <br/> Ide, a portion of the non-doped semi-conductor layer by porous A field emission electron source characterized by forming a porous semiconductor layer, forming a strong electric field drift layer by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer, and forming a surface electrode on the strong electric field drift layer. Manufacturing method.
【請求項20】 請求項1記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上に結晶性を有する半導体層を形成し、該半導体層に不
純物を拡散させることにより半導体結晶層を形成し、そ
の後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、
次いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化すること
により多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層
を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を
形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成すること
を特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
20. The method of manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a conductive layer is formed on a substrate, and a semiconductor layer having crystallinity is formed on the conductive layer. in the semiconductor crystal layer is formed by diffusing the impurity, then a non-doped semi-conductor layer is formed on the semiconductor crystal layer,
Then, after forming the porous semiconductor layer by porous part of the non-doped semi-conductor layer to form a strong electric field drift layer by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer, the strong electric field drift layer A method of manufacturing a field emission electron source, which comprises forming a surface electrode on the surface.
【請求項21】 上記半導体結晶層の形成後あるいは
記ノンドープ半導体層の形成後あるいは上記多孔質半導
体層の形成後あるいは上記強電界ドリフト層の形成後あ
るいは上記表面電極の形成後に少なくとも1回熱処理を
行うことを特徴とする請求項10ないし請求項20のい
ずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法。
21. After or on the formation of the semiconductor crystal layer
Claims 10 to, characterized in that performing at least one heat treatment after serial non-doped semi-conductor layer formed or after the porous semiconductor layer formation or after the strong electric field drift layer formed or after the surface electrode formation 21. The method for manufacturing a field emission electron source according to any one of 20.
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