JP3487229B2 - 電界放射型電子源およびその製造方法 - Google Patents
電界放射型電子源およびその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体材料を用い
て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。
て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。
【０００２】
【従来の技術】従来より、図６に示すように、導電性基
板たるｎ形シリコン基板１の主表面上に酸化された多孔
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上に導電性薄膜（例えば、金
薄膜などの金属薄膜）よりなる表面電極７が形成された
平面型の電界放射型電子源１０’が提案されている（特
願平１０−２７２３４０号、特願平１０−２７２３４２
号）。ここに、ｎ形シリコン基板１の裏面には、オーミ
ック電極２が形成されている。
板たるｎ形シリコン基板１の主表面上に酸化された多孔
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上に導電性薄膜（例えば、金
薄膜などの金属薄膜）よりなる表面電極７が形成された
平面型の電界放射型電子源１０’が提案されている（特
願平１０−２７２３４０号、特願平１０−２７２３４２
号）。ここに、ｎ形シリコン基板１の裏面には、オーミ
ック電極２が形成されている。
【０００３】この電界放射型電子源１０’は、図７に示
すように、表面電極７を導電性基板たる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表面電極
７とオーミック電極２との間に直流電圧Ｖpsを印加する
とともに、表面電極７を陰極として表面電極７に対向配
置されたコレクタ電極２１との間に直流電圧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７中の一点鎖線は放射電子流を
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。なお、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と称するとともに、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の比が大きい
ほど電子の放出効率が高くなる。
すように、表面電極７を導電性基板たる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表面電極
７とオーミック電極２との間に直流電圧Ｖpsを印加する
とともに、表面電極７を陰極として表面電極７に対向配
置されたコレクタ電極２１との間に直流電圧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７中の一点鎖線は放射電子流を
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。なお、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と称するとともに、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の比が大きい
ほど電子の放出効率が高くなる。
【０００４】この種の電界放射型電子源を利用したディ
スプレイとして、図８に示すように、電界放射型電子源
１０”の表面電極７に対向配置されるガラス基板３３を
備え、ガラス基板３３の電界放射型電子源１０”と対向
する面にはストライプ状にコレクタ電極３１が形成さ
れ、表面電極７から放射される電子線によって可視光を
発光する蛍光体層３２がコレクタ電極３１を覆うように
形成されたものが提案されている。この電界放射型電子
源１０”の基本構成および基本動作は図６に示した電界
放射型電子源１０’と略同じであり、強電界ドリフト層
６上の表面電極７がストライプ状に形成されている点が
相違するだけである。
スプレイとして、図８に示すように、電界放射型電子源
１０”の表面電極７に対向配置されるガラス基板３３を
備え、ガラス基板３３の電界放射型電子源１０”と対向
する面にはストライプ状にコレクタ電極３１が形成さ
れ、表面電極７から放射される電子線によって可視光を
発光する蛍光体層３２がコレクタ電極３１を覆うように
形成されたものが提案されている。この電界放射型電子
源１０”の基本構成および基本動作は図６に示した電界
放射型電子源１０’と略同じであり、強電界ドリフト層
６上の表面電極７がストライプ状に形成されている点が
相違するだけである。
【０００５】図８に示したディスプレイでは、面状の電
界放射型電子源１０”の所定領域から電子を放出させる
ために、電子を放出させたい領域に選択的に電圧を印加
する必要がある。このため、上述のように表面電極７を
ストライプ状に形成するとともに、コレクタ電極３１を
表面電極７に直交するストライプ状に形成してある。す
なわち、コレクタ電極３１および表面電極７を適宜選択
して電圧（電界）を印加することにより、電圧を印加し
た表面電極７からのみ電子を放出させるようになってい
る。そして、放出された電子は、当該電子が放出された
表面電極７において対向するコレクタ電極３１に電圧が
印加されている領域から放出された電子だけが加速さ
れ、該コレクタ電極３１を覆う蛍光体を光らせる。
界放射型電子源１０”の所定領域から電子を放出させる
ために、電子を放出させたい領域に選択的に電圧を印加
する必要がある。このため、上述のように表面電極７を
ストライプ状に形成するとともに、コレクタ電極３１を
表面電極７に直交するストライプ状に形成してある。す
なわち、コレクタ電極３１および表面電極７を適宜選択
して電圧（電界）を印加することにより、電圧を印加し
た表面電極７からのみ電子を放出させるようになってい
る。そして、放出された電子は、当該電子が放出された
表面電極７において対向するコレクタ電極３１に電圧が
印加されている領域から放出された電子だけが加速さ
れ、該コレクタ電極３１を覆う蛍光体を光らせる。
【０００６】要するに、図８に示したディスプレイで
は、特定の表面電極７と特定のコレクタ電極３１とに電
圧を印加することにより、蛍光体層３２のうち上記電圧
が印加された両電極７，３１の交差する領域に対応する
部分を光らせることができる。そして、電圧を印加する
表面電極７およびコレクタ電極３１を適宜切り替えるこ
とにより、画像や文字などを表示することが可能にな
る。
は、特定の表面電極７と特定のコレクタ電極３１とに電
圧を印加することにより、蛍光体層３２のうち上記電圧
が印加された両電極７，３１の交差する領域に対応する
部分を光らせることができる。そして、電圧を印加する
表面電極７およびコレクタ電極３１を適宜切り替えるこ
とにより、画像や文字などを表示することが可能にな
る。
【０００７】なお、蛍光体層３２は、図９に示すよう
に、画素ごとに３色（赤、緑、青）の蛍光体領域３４が
ストライプ状に設けられており、各画素および各画素内
の蛍光体領域３４がブラックストライプと呼ばれる黒色
パターンよりなる分離帯３５により分離されている。こ
こにおいて、分離帯３５は、画像を引き締め、３色の混
合を防止する働きがある。
に、画素ごとに３色（赤、緑、青）の蛍光体領域３４が
ストライプ状に設けられており、各画素および各画素内
の蛍光体領域３４がブラックストライプと呼ばれる黒色
パターンよりなる分離帯３５により分離されている。こ
こにおいて、分離帯３５は、画像を引き締め、３色の混
合を防止する働きがある。
【０００８】上記ディスプレイでは、電界放射型電子源
１０”から放出された電子で蛍光体層３２の蛍光体領域
３４を光らせるためには、コレクタ電極３１に数百Ｖな
いし数ｋＶの高電圧を印加する必要がある。
１０”から放出された電子で蛍光体層３２の蛍光体領域
３４を光らせるためには、コレクタ電極３１に数百Ｖな
いし数ｋＶの高電圧を印加する必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のデ
ィスプレイを薄型化する場合、電界放射型電子源１０”
とガラス基板３３との間での放電を防ぐためには、コレ
クタ電極３１に印加する電圧（以下、加速電圧と称す）
を低くする必要があるが、加速電圧を低くすると、蛍光
体領域３４の発光効率が低くなって画面の輝度が低くな
るという不具合があった。これに対し、輝度を高くする
ために電子放出効率が一定のままで放射電流密度を大き
くすると、消費電力の増大、発熱による電界放射型電子
源１０”の劣化や絶縁破壊などの問題が生じる。
ィスプレイを薄型化する場合、電界放射型電子源１０”
とガラス基板３３との間での放電を防ぐためには、コレ
クタ電極３１に印加する電圧（以下、加速電圧と称す）
を低くする必要があるが、加速電圧を低くすると、蛍光
体領域３４の発光効率が低くなって画面の輝度が低くな
るという不具合があった。これに対し、輝度を高くする
ために電子放出効率が一定のままで放射電流密度を大き
くすると、消費電力の増大、発熱による電界放射型電子
源１０”の劣化や絶縁破壊などの問題が生じる。
【００１０】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、特定の領域における放射電流密度が
他の領域に比べて高くなる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。
あり、その目的は、特定の領域における放射電流密度が
他の領域に比べて高くなる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。
【００１１】
【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、導電性基板と、導電性基板の一
表面側に形成された酸化若しくは窒化された多孔質半導
体層よりなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上
に形成された導電性薄膜よりなる表面電極とを備え、表
面電極を導電性基板に対して正極として電圧を印加する
ことにより、導電性基板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、強電界ドリフト層に、表面電極
と導電性基板との距離を小さくした電界集中用凹部が形
成されてなることを特徴とするものであり、強電界ドリ
フト層において電界集中用凹部近傍では電界強度が強く
なるので、電界集中用凹部が形成された領域での電子放
出効率が向上し、また、強電界ドリフト層をドリフトす
る電子が表面電極に近づくにつれて電界集中用凹部近傍
に集中し表面電極を通して放出されるので、電界集中用
凹部が形成された領域での放射電流密度が大きくなる。
目的を達成するために、導電性基板と、導電性基板の一
表面側に形成された酸化若しくは窒化された多孔質半導
体層よりなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上
に形成された導電性薄膜よりなる表面電極とを備え、表
面電極を導電性基板に対して正極として電圧を印加する
ことにより、導電性基板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、強電界ドリフト層に、表面電極
と導電性基板との距離を小さくした電界集中用凹部が形
成されてなることを特徴とするものであり、強電界ドリ
フト層において電界集中用凹部近傍では電界強度が強く
なるので、電界集中用凹部が形成された領域での電子放
出効率が向上し、また、強電界ドリフト層をドリフトす
る電子が表面電極に近づくにつれて電界集中用凹部近傍
に集中し表面電極を通して放出されるので、電界集中用
凹部が形成された領域での放射電流密度が大きくなる。
【００１２】請求項２の発明は、請求項１記載の電界放
射型電子源により各画素を発光させるディスプレイに用
い、上記電界集中用凹部は、ディスプレイの各画素に対
応付けて設けられているので、消費電力を増大させるこ
となしに輝度の高いディスプレイを実現することが可能
になる。
射型電子源により各画素を発光させるディスプレイに用
い、上記電界集中用凹部は、ディスプレイの各画素に対
応付けて設けられているので、消費電力を増大させるこ
となしに輝度の高いディスプレイを実現することが可能
になる。
【００１３】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、上記多孔質半導体層が、多孔質シリ
コン層よりなることを特徴とする。
２の発明において、上記多孔質半導体層が、多孔質シリ
コン層よりなることを特徴とする。
【００１４】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、上記多孔質半導体層が、多孔質多結
晶シリコン層よりなることを特徴とする。
２の発明において、上記多孔質半導体層が、多孔質多結
晶シリコン層よりなることを特徴とする。
【００１５】請求項５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、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も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、多孔質半導体層の極表面を酸化し、その後、多
孔質半導体層の極表面の酸化された部分を除去すること
により上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、そ
の後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することによ
り上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層を
形成し、次いで、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、電界集中用凹部が形成された特定
の領域における放射電流密度が他の領域に比べて高くな
る電界放射型電子源を提供することができる。
射型電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も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、多孔質半導体層の極表面を酸化し、その後、多
孔質半導体層の極表面の酸化された部分を除去すること
により上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、そ
の後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することによ
り上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層を
形成し、次いで、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、電界集中用凹部が形成された特定
の領域における放射電流密度が他の領域に比べて高くな
る電界放射型電子源を提供することができる。
【００１６】請求項６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、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も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、多孔質半導体層の表面にサンドブラスト法によ
り上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、その
後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより
上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層を形
成し、次いで、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、電界集中用凹部が形成された特定の
領域における放射電流密度が他の領域に比べて高くなる
電界放射型電子源を提供することができる。
射型電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も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、多孔質半導体層の表面にサンドブラスト法によ
り上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、その
後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより
上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層を形
成し、次いで、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、電界集中用凹部が形成された特定の
領域における放射電流密度が他の領域に比べて高くなる
電界放射型電子源を提供することができる。
【００１７】請求項７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、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も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、多孔質半導体層の表面に機械的な研磨を行うこ
とにより上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、
その後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することに
より上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層
を形成し、次いで、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、電界集中用凹部が形成された特
定の領域における放射電流密度が他の領域に比べて高く
なる電界放射型電子源を提供することができる。
射型電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も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、多孔質半導体層の表面に機械的な研磨を行うこ
とにより上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、
その後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することに
より上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層
を形成し、次いで、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、電界集中用凹部が形成された特
定の領域における放射電流密度が他の領域に比べて高く
なる電界放射型電子源を提供することができる。
【００１８】請求項８の発明は、請求項１または請求項
２記載の電界放射型電子源の製造方法であって、導電性
基板上に半導体層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導
体層の少なくとも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、上記電界集中用凹部を形成する
ために所定形状にパターニングされたフォトレジスト層
を多孔質半導体層上に形成し、その後、該フォトレジス
ト層をマスクとして多孔質半導体層の一部をエッチング
することにより多孔質半導体層の表面に上記電界集中用
凹部に対応する凹部を形成した後、多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより上記電界集中用凹部が設
けられた強電界ドリフト層を形成し、次いで、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、電界
集中用凹部が形成された特定の領域における放射電流密
度が他の領域に比べて高くなる電界放射型電子源を提供
することができ、しかも、所定形状にパターニングされ
たフォトレジスト層をマスクとして多孔質半導体層の一
部をエッチングすることにより電界集中用凹部に対応す
る凹部を形成していることにより、請求項１記載の電界
放射型電子源により各画素を発光させるディスプレイに
用いる場合に、ディスプレイの各画素に対応付けて電界
集中用凹部を形成することができる。
２記載の電界放射型電子源の製造方法であって、導電性
基板上に半導体層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導
体層の少なくとも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、上記電界集中用凹部を形成する
ために所定形状にパターニングされたフォトレジスト層
を多孔質半導体層上に形成し、その後、該フォトレジス
ト層をマスクとして多孔質半導体層の一部をエッチング
することにより多孔質半導体層の表面に上記電界集中用
凹部に対応する凹部を形成した後、多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより上記電界集中用凹部が設
けられた強電界ドリフト層を形成し、次いで、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、電界
集中用凹部が形成された特定の領域における放射電流密
度が他の領域に比べて高くなる電界放射型電子源を提供
することができ、しかも、所定形状にパターニングされ
たフォトレジスト層をマスクとして多孔質半導体層の一
部をエッチングすることにより電界集中用凹部に対応す
る凹部を形成していることにより、請求項１記載の電界
放射型電子源により各画素を発光させるディスプレイに
用いる場合に、ディスプレイの各画素に対応付けて電界
集中用凹部を形成することができる。
【００１９】請求項９の発明は、請求項８の発明におい
て、上記フォトレジスト層のパターニングにあたって、
位相の揃った二本の光束を干渉させることにより形成さ
れる光の強弱パターンによって多孔質半導体層上の全面
に塗布されたフォトレジストを露光するので、大面積に
わたって短時間で露光することが可能になり、スループ
ットが向上する。
て、上記フォトレジスト層のパターニングにあたって、
位相の揃った二本の光束を干渉させることにより形成さ
れる光の強弱パターンによって多孔質半導体層上の全面
に塗布されたフォトレジストを露光するので、大面積に
わたって短時間で露光することが可能になり、スループ
ットが向上する。
【００２０】請求項１０の発明は、請求項５ないし請求
項９の発明において、上記多孔質半導体層が、多孔質シ
リコン層よりなることを特徴とする。
項９の発明において、上記多孔質半導体層が、多孔質シ
リコン層よりなることを特徴とする。
【００２１】請求項１１の発明は、請求項５ないし請求
項９の発明において、上記多孔質半導体層が、多孔質多
結晶シリコン層よりなることを特徴とする。
項９の発明において、上記多孔質半導体層が、多孔質多
結晶シリコン層よりなることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】（実施形態１）図１に本実施形態
の電界放射型電子源１０の概略断面図を、図３（ａ）〜
（ｄ）に電界放射型電子源１０の製造方法における主要
工程断面図を示す。なお、本実施形態では、導電性基板
として抵抗率が導体の抵抗率に比較的近い単結晶のｎ形
シリコン基板１（例えば、抵抗率が０．０１ないし０．
０２Ωｃｍの（１００）基板）を用いている。
の電界放射型電子源１０の概略断面図を、図３（ａ）〜
（ｄ）に電界放射型電子源１０の製造方法における主要
工程断面図を示す。なお、本実施形態では、導電性基板
として抵抗率が導体の抵抗率に比較的近い単結晶のｎ形
シリコン基板１（例えば、抵抗率が０．０１ないし０．
０２Ωｃｍの（１００）基板）を用いている。
【００２３】本実施形態の電界放射型電子源１０は、図
１に示すように、導電性基板たるｎ形シリコン基板１の
主表面側に酸化され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
に導電性薄膜（例えば、金薄膜）よりなる表面電極７が
形成されている。また、ｎ形シリコン基板１の裏面には
オーミック電極２が形成されている。ここにおいて、本
実施形態の電界放射型電子源１０の基本構成は、図６に
示した従来の電界放射型電子源１０’と略同じなので、
同様の構成要素には同一の符号を付してある。
１に示すように、導電性基板たるｎ形シリコン基板１の
主表面側に酸化され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
に導電性薄膜（例えば、金薄膜）よりなる表面電極７が
形成されている。また、ｎ形シリコン基板１の裏面には
オーミック電極２が形成されている。ここにおいて、本
実施形態の電界放射型電子源１０の基本構成は、図６に
示した従来の電界放射型電子源１０’と略同じなので、
同様の構成要素には同一の符号を付してある。
【００２４】なお、本実施形態では、導電性基板として
ｎ形シリコン基板１を用いているが、導電性基板は、電
界放射型電子源１０の負極を構成するとともに真空中に
おいて上述の強電界ドリフト層６を支持し、なお且つ、
強電界ドリフト層６へ電子を注入するものである。した
がって、導電性基板は、電界放射型電子源１０の負極を
構成し強電界ドリフト層６を支持することができればよ
いので、ｎ形シリコン基板に限定されるものではなく、
クロムなどの金属基板であってもよいし、ガラスなどの
絶縁性基板の一表面に導電性膜（例えば、ＩＴＯ膜）を
形成したものであってもよい。ガラス基板の一表面に導
電性膜を形成した基板を用いる場合には、半導体基板
（例えば、ｎ形シリコン基板）を用いる場合に比べて、
電子源の大面積化および低コスト化が可能になる。
ｎ形シリコン基板１を用いているが、導電性基板は、電
界放射型電子源１０の負極を構成するとともに真空中に
おいて上述の強電界ドリフト層６を支持し、なお且つ、
強電界ドリフト層６へ電子を注入するものである。した
がって、導電性基板は、電界放射型電子源１０の負極を
構成し強電界ドリフト層６を支持することができればよ
いので、ｎ形シリコン基板に限定されるものではなく、
クロムなどの金属基板であってもよいし、ガラスなどの
絶縁性基板の一表面に導電性膜（例えば、ＩＴＯ膜）を
形成したものであってもよい。ガラス基板の一表面に導
電性膜を形成した基板を用いる場合には、半導体基板
（例えば、ｎ形シリコン基板）を用いる場合に比べて、
電子源の大面積化および低コスト化が可能になる。
【００２５】この電界放射型電子源１０においても、従
来例と同様、図７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２
１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。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。なお、この電界放射型電子源１０の基本構成お
よび基本動作については本願発明者らが既に特願平１０
−２７２３４０号、特願平１０−２７２３４２号におい
て提案している。ここにおいて、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。
来例と同様、図７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２
１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。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。なお、この電界放射型電子源１０の基本構成お
よび基本動作については本願発明者らが既に特願平１０
−２７２３４０号、特願平１０−２７２３４２号におい
て提案している。ここにおいて、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。
【００２６】ところで、本実施形態の電界放射型電子源
１０は、強電界ドリフト層６に、表面電極７と導電性基
板たるｎ形シリコン基板１との距離（強電界ドリフト層
６の厚み方向における距離）を小さくした電界集中用凹
部８が形成されている点に特徴がある。ここにおいて、
電界集中用凹部８は、断面Ｖ字状に形成されているが、
断面形状はＶ字状の形状に限定されるものではない。ま
た、上述の表面電極７は、電界集中用凹部８の内面上に
も当該内面に沿って形成されている。このため、強電界
ドリフト層６中の等電位面は図２中に一点鎖線で示した
ようになり、電界集中用凹部８近傍では、等電位面が電
界集中用凹部８の内面に沿う（つまり、強電界ドリフト
層６の表面に沿う）形になる。したがって、強電界ドリ
フト層６において電界集中用凹部８近傍では電界強度が
強くなるので、電界集中用凹部８が形成された領域での
電子放出効率が向上し、また、強電界ドリフト層６をド
リフトする電子ｅ-が表面電極７に近づくにつれて図２
中に矢印で示すように電界集中用凹部８近傍に集中し表
面電極７を通して放出されるので、電界集中用凹部８が
形成された領域での放射電流密度が大きくなる。要する
に、本実施形態の電界放射型電子源１０では、面内にお
いて上記電界集中用凹部８が形成された領域での電子放
出効率および放射電流密度を他の領域に比べて大きくす
ることができるのである。
１０は、強電界ドリフト層６に、表面電極７と導電性基
板たるｎ形シリコン基板１との距離（強電界ドリフト層
６の厚み方向における距離）を小さくした電界集中用凹
部８が形成されている点に特徴がある。ここにおいて、
電界集中用凹部８は、断面Ｖ字状に形成されているが、
断面形状はＶ字状の形状に限定されるものではない。ま
た、上述の表面電極７は、電界集中用凹部８の内面上に
も当該内面に沿って形成されている。このため、強電界
ドリフト層６中の等電位面は図２中に一点鎖線で示した
ようになり、電界集中用凹部８近傍では、等電位面が電
界集中用凹部８の内面に沿う（つまり、強電界ドリフト
層６の表面に沿う）形になる。したがって、強電界ドリ
フト層６において電界集中用凹部８近傍では電界強度が
強くなるので、電界集中用凹部８が形成された領域での
電子放出効率が向上し、また、強電界ドリフト層６をド
リフトする電子ｅ-が表面電極７に近づくにつれて図２
中に矢印で示すように電界集中用凹部８近傍に集中し表
面電極７を通して放出されるので、電界集中用凹部８が
形成された領域での放射電流密度が大きくなる。要する
に、本実施形態の電界放射型電子源１０では、面内にお
いて上記電界集中用凹部８が形成された領域での電子放
出効率および放射電流密度を他の領域に比べて大きくす
ることができるのである。
【００２７】なお、本実施形態では、強電界ドリフト層
６を酸化された多孔質多結晶シリコン層により構成して
いるが、窒化された多孔質多結晶シリコンや、酸化若し
くは窒化された多孔質シリコン層により構成してもよ
い。
６を酸化された多孔質多結晶シリコン層により構成して
いるが、窒化された多孔質多結晶シリコンや、酸化若し
くは窒化された多孔質シリコン層により構成してもよ
い。
【００２８】以下、図１の電界放射型電子源１０の製造
方法について図３を参照しながら説明する。
方法について図３を参照しながら説明する。
【００２９】まず、ｎ形シリコン基板１の裏面にオーミ
ック電極２を形成した後、ｎ形シリコン基板１の主表面
上に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多
結晶シリコン層（多結晶シリコン薄膜）３を例えばＬＰ
ＣＶＤ法によって形成（成膜）することにより図３
（ａ）に示すような構造が得られる。なお、多結晶シリ
コン層３の成膜は、導電性基板が半導体基板（本実施形
態の例ではｎ形シリコン基板）の場合にはＬＰＣＶＤ法
の他にスパッタ法により行ってもよいし、あるいは、プ
ラズマＣＶＤ法によってアモルファスシリコンを成膜し
た後にアニール処理を行うことにより結晶化させて成膜
してもよい。また、導電性基板としてガラス基板に導電
性膜を形成した基板を用いる場合には、ＣＶＤ法により
導電性膜上にアモルファスシリコンを成膜した後にアニ
ールすることにより、多結晶シリコン層３を形成しても
よい。
ック電極２を形成した後、ｎ形シリコン基板１の主表面
上に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多
結晶シリコン層（多結晶シリコン薄膜）３を例えばＬＰ
ＣＶＤ法によって形成（成膜）することにより図３
（ａ）に示すような構造が得られる。なお、多結晶シリ
コン層３の成膜は、導電性基板が半導体基板（本実施形
態の例ではｎ形シリコン基板）の場合にはＬＰＣＶＤ法
の他にスパッタ法により行ってもよいし、あるいは、プ
ラズマＣＶＤ法によってアモルファスシリコンを成膜し
た後にアニール処理を行うことにより結晶化させて成膜
してもよい。また、導電性基板としてガラス基板に導電
性膜を形成した基板を用いる場合には、ＣＶＤ法により
導電性膜上にアモルファスシリコンを成膜した後にアニ
ールすることにより、多結晶シリコン層３を形成しても
よい。
【００３０】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、ｎ
形シリコン基板１（オーミック電極２）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
陽極酸化処理を行うことによって、多孔質多結晶シリコ
ン層４が形成され図３（ｂ）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、電流密度を一定として、陽極酸化処理中に５
００Ｗのタングステンランプにより多結晶シリコン層３
の表面に光照射を行い、多結晶シリコン層３の全部を多
孔質化しているが、多結晶シリコン層３の一部を多孔質
化するようにしてもよい。
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、ｎ
形シリコン基板１（オーミック電極２）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
陽極酸化処理を行うことによって、多孔質多結晶シリコ
ン層４が形成され図３（ｂ）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、電流密度を一定として、陽極酸化処理中に５
００Ｗのタングステンランプにより多結晶シリコン層３
の表面に光照射を行い、多結晶シリコン層３の全部を多
孔質化しているが、多結晶シリコン層３の一部を多孔質
化するようにしてもよい。
【００３１】上述の陽極酸化処理が終了した後、多孔質
多結晶シリコン層４の表面に上記電界集中用凹部８（図
１参照）に対応する凹部を形成し、その後、急速熱酸化
技術によって多孔質多結晶シリコン層４の急速熱酸化を
行うことにより図３（ｃ）に示す構造が得られる。図３
（ｃ）における６は多孔質多結晶シリコン層４を急速熱
酸化によって酸化することにより形成された強電界ドリ
フト層を示し、８は上述の電界集中用凹部を示す。ここ
において、電界集中用凹部８に対応する凹部は、上記陽
極酸化処理後に空気中へ取り出された時に多孔質多結晶
シリコン層４の極表面に形成された自然酸化膜を、フッ
化水素水溶液によりエッチングすることによって形成し
ている。このエッチングを行うことによって、多孔質多
結晶シリコン層４の表面には、微細な凹凸構造が形成さ
れ、該凹凸構造における凹部が上記電界集中用凹部８に
対応する凹部になる。
多結晶シリコン層４の表面に上記電界集中用凹部８（図
１参照）に対応する凹部を形成し、その後、急速熱酸化
技術によって多孔質多結晶シリコン層４の急速熱酸化を
行うことにより図３（ｃ）に示す構造が得られる。図３
（ｃ）における６は多孔質多結晶シリコン層４を急速熱
酸化によって酸化することにより形成された強電界ドリ
フト層を示し、８は上述の電界集中用凹部を示す。ここ
において、電界集中用凹部８に対応する凹部は、上記陽
極酸化処理後に空気中へ取り出された時に多孔質多結晶
シリコン層４の極表面に形成された自然酸化膜を、フッ
化水素水溶液によりエッチングすることによって形成し
ている。このエッチングを行うことによって、多孔質多
結晶シリコン層４の表面には、微細な凹凸構造が形成さ
れ、該凹凸構造における凹部が上記電界集中用凹部８に
対応する凹部になる。
【００３２】なお、多孔質多結晶シリコン層４の酸化方
法としては、熱酸化法の他に、プラズマによる酸化方法
や電気化学的な（例えば酸による）酸化方法を用いても
よい。また、多孔質多結晶シリコン層４を酸化する代わ
りに、窒化するようにしてよい。いずれにしても、強電
界ドリフト層６では、多孔質多結晶シリコン層４の表面
に形成された上記凹部が上記電界集中用凹部８となる。
法としては、熱酸化法の他に、プラズマによる酸化方法
や電気化学的な（例えば酸による）酸化方法を用いても
よい。また、多孔質多結晶シリコン層４を酸化する代わ
りに、窒化するようにしてよい。いずれにしても、強電
界ドリフト層６では、多孔質多結晶シリコン層４の表面
に形成された上記凹部が上記電界集中用凹部８となる。
【００３３】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上に導電性薄膜よりなる表面電極７を例
えば蒸着法により形成することによって、図３（ｄ）に
示す構造の電界放射型電子源１０が得られる。本実施形
態では、表面電極７となる導電性薄膜を蒸着法により形
成しているが、導電性薄膜の形成方法はスパッタ法など
を用いてもよい。
界ドリフト層６上に導電性薄膜よりなる表面電極７を例
えば蒸着法により形成することによって、図３（ｄ）に
示す構造の電界放射型電子源１０が得られる。本実施形
態では、表面電極７となる導電性薄膜を蒸着法により形
成しているが、導電性薄膜の形成方法はスパッタ法など
を用いてもよい。
【００３４】上述の製造方法で製造された電界放射型電
子源１０は、本願発明者らが特願平１０−２７２３４０
号、特願平１０−２７２３４２号で提案した電界放射型
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、また、導電性基板として単結
晶シリコン基板などの半導体基板の他にガラス基板など
に導電性膜（例えば、ＩＴＯ膜）を形成した基板などを
使用することもできるから、スピント型電極に比べて、
電子源の大面積化および低コスト化が可能になる。
子源１０は、本願発明者らが特願平１０−２７２３４０
号、特願平１０−２７２３４２号で提案した電界放射型
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、また、導電性基板として単結
晶シリコン基板などの半導体基板の他にガラス基板など
に導電性膜（例えば、ＩＴＯ膜）を形成した基板などを
使用することもできるから、スピント型電極に比べて、
電子源の大面積化および低コスト化が可能になる。
【００３５】（実施例）実施形態１にて図３を参照しな
がら説明した電界放射型電子源１０の製造方法で以下の
条件により図１の電界放射型電子源１０を作成した。
がら説明した電界放射型電子源１０の製造方法で以下の
条件により図１の電界放射型電子源１０を作成した。
【００３６】ｎ形シリコン基板１としては、抵抗率が
０．０１〜０．０２Ωｃｍ、厚さが５２５μｍの（１０
０）基板を用いた。多結晶シリコン層３（図３（ａ）参
照）の成膜は、ＬＰＣＶＤ法により行い、成膜条件は、
真空度を２０Ｐａ、基板温度を６４０℃、モノシランガ
スの流量を６００ｓｃｃｍとした。
０．０１〜０．０２Ωｃｍ、厚さが５２５μｍの（１０
０）基板を用いた。多結晶シリコン層３（図３（ａ）参
照）の成膜は、ＬＰＣＶＤ法により行い、成膜条件は、
真空度を２０Ｐａ、基板温度を６４０℃、モノシランガ
スの流量を６００ｓｃｃｍとした。
【００３７】陽極酸化では電解液として、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
電解液を用いた。陽極酸化は、多結晶シリコン層３のう
ち表面の直径１０ｍｍの領域のみが電解液に触れるよう
にし、他の部分は電解液に接触しないようにシールを行
い、電解液中に白金電極を浸し、５００Ｗのタングステ
ンランプを用いて多結晶シリコン層３に一定の光パワー
で光照射を行いながら、白金電極を負極、ｎ形シリコン
基板１（オーミック電極２）を正極として所定の電流を
流した。ここに、陽極酸化時間を１０秒、電流密度を３
０ｍＡ／ｃｍ2で一定とした。
フッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した
電解液を用いた。陽極酸化は、多結晶シリコン層３のう
ち表面の直径１０ｍｍの領域のみが電解液に触れるよう
にし、他の部分は電解液に接触しないようにシールを行
い、電解液中に白金電極を浸し、５００Ｗのタングステ
ンランプを用いて多結晶シリコン層３に一定の光パワー
で光照射を行いながら、白金電極を負極、ｎ形シリコン
基板１（オーミック電極２）を正極として所定の電流を
流した。ここに、陽極酸化時間を１０秒、電流密度を３
０ｍＡ／ｃｍ2で一定とした。
【００３８】多孔質ポリシリコン層４を急速熱酸化する
条件は、酸素ガスの流量を３００ｓｃｃｍ、酸化温度を
９００℃、酸化時間を１時間とした。また、表面電極７
としては、蒸着法によって形成した膜厚が１５ｎｍの金
薄膜を用いた。
条件は、酸素ガスの流量を３００ｓｃｃｍ、酸化温度を
９００℃、酸化時間を１時間とした。また、表面電極７
としては、蒸着法によって形成した膜厚が１５ｎｍの金
薄膜を用いた。
【００３９】本実施例の電界放射型電子源１０を真空チ
ャンバ（図示せず）内に導入して、表面電極７と対向す
る位置に、表面電極との対向面に蛍光体が塗布されたコ
レクタ電極（図示せず）を配置し、真空チャンバ内の真
空度を５×１０-5Ｐａとして、表面電極７（正極）とオ
ーミック電極２（負極）との間に２０Ｖの直流電圧Ｖps
を印加するとともに、コレクタ電極と表面電極７との間
に１００Ｖの直流電圧Ｖｃを印加することによって、蛍
光体の発光が観測された。ここにおいて、蛍光体は面内
が均一に発光するのではなく、電界集中用凹部８に対応
する部分がスポット的に明るく発光した。
ャンバ（図示せず）内に導入して、表面電極７と対向す
る位置に、表面電極との対向面に蛍光体が塗布されたコ
レクタ電極（図示せず）を配置し、真空チャンバ内の真
空度を５×１０-5Ｐａとして、表面電極７（正極）とオ
ーミック電極２（負極）との間に２０Ｖの直流電圧Ｖps
を印加するとともに、コレクタ電極と表面電極７との間
に１００Ｖの直流電圧Ｖｃを印加することによって、蛍
光体の発光が観測された。ここにおいて、蛍光体は面内
が均一に発光するのではなく、電界集中用凹部８に対応
する部分がスポット的に明るく発光した。
【００４０】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の極表面に形成された自然酸化膜をフ
ッ化水素水溶液によりエッチングすることによって、多
孔質多結晶シリコン層４の表面に、電界集中用凹部８に
対応する凹部を形成していたが、多孔質多結晶シリコン
層４の表面をサンドブラスト法によりエッチングするこ
とによって電界集中用凹部８に対応する凹部を含む微細
な凹凸構造を形成するようにしてもよいし、多孔質多結
晶シリコン層４の表面を機械的に研磨することによって
電界集中用凹部８に対応する凹部を含む微細な凹凸構造
を形成するようにしてもよい。
結晶シリコン層４の極表面に形成された自然酸化膜をフ
ッ化水素水溶液によりエッチングすることによって、多
孔質多結晶シリコン層４の表面に、電界集中用凹部８に
対応する凹部を形成していたが、多孔質多結晶シリコン
層４の表面をサンドブラスト法によりエッチングするこ
とによって電界集中用凹部８に対応する凹部を含む微細
な凹凸構造を形成するようにしてもよいし、多孔質多結
晶シリコン層４の表面を機械的に研磨することによって
電界集中用凹部８に対応する凹部を含む微細な凹凸構造
を形成するようにしてもよい。
【００４１】（実施形態２）図４に本実施形態の電界放
射型電子源１０を利用したディスプレイの一例を示す。
図４に示すディスプレイの基本構成は図８に示したディ
スプレイと略同じであり、電界放射型電子源１０におけ
る強電界ドリフト層６に、電界集中用凹部８が形成され
ている点が相違する。なお、本実施形態の電界放射型電
子源１０の基本構成は図１に示した実施形態１と略同じ
なので、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。
射型電子源１０を利用したディスプレイの一例を示す。
図４に示すディスプレイの基本構成は図８に示したディ
スプレイと略同じであり、電界放射型電子源１０におけ
る強電界ドリフト層６に、電界集中用凹部８が形成され
ている点が相違する。なお、本実施形態の電界放射型電
子源１０の基本構成は図１に示した実施形態１と略同じ
なので、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。
【００４２】図４に示すディスプレイは、図８に示した
従来構成と同様、電界放射型電子源１０の表面電極７に
対向配置されるガラス基板３３を備え、ガラス基板３３
の電界放射型電子源１０と対向する面にはストライプ状
にコレクタ電極３１が形成され、表面電極７から放射さ
れる電子線によって可視光を発光する蛍光体層３２がコ
レクタ電極３１を覆うように形成されている。ここに、
表面電極７はストライプ状に形成されている。なお、電
界放射型電子源１０とガラス基板３３との間の空間は真
空にしてある。
従来構成と同様、電界放射型電子源１０の表面電極７に
対向配置されるガラス基板３３を備え、ガラス基板３３
の電界放射型電子源１０と対向する面にはストライプ状
にコレクタ電極３１が形成され、表面電極７から放射さ
れる電子線によって可視光を発光する蛍光体層３２がコ
レクタ電極３１を覆うように形成されている。ここに、
表面電極７はストライプ状に形成されている。なお、電
界放射型電子源１０とガラス基板３３との間の空間は真
空にしてある。
【００４３】このディスプレイでは、表面電極７をスト
ライプ状に形成するとともに、コレクタ電極３１を表面
電極７に直交するストライプ状に形成しておき、コレク
タ電極３１および表面電極７を適宜選択して電圧（電
界）を印加することにより、電圧を印加した表面電極７
からのみ電子が放出される。そして、放出された電子
は、当該電子が放出された表面電極７において対向する
コレクタ電極３１に電圧が印加されている領域から放出
された電子だけが加速され、該コレクタ電極３１を覆う
蛍光体を光らせる。
ライプ状に形成するとともに、コレクタ電極３１を表面
電極７に直交するストライプ状に形成しておき、コレク
タ電極３１および表面電極７を適宜選択して電圧（電
界）を印加することにより、電圧を印加した表面電極７
からのみ電子が放出される。そして、放出された電子
は、当該電子が放出された表面電極７において対向する
コレクタ電極３１に電圧が印加されている領域から放出
された電子だけが加速され、該コレクタ電極３１を覆う
蛍光体を光らせる。
【００４４】要するに、図４に示す構成のディスプレイ
では、特定の表面電極７と特定のコレクタ電極３１とに
電圧を印加することにより、蛍光体層３２のうち上記電
圧が印加された両電極７，３１の交差する領域に対応す
る部分を光らせることができる。そして、電圧を印加す
る表面電極７およびコレクタ電極３１を適宜切り替える
ことにより、画像や文字などを表示することが可能にな
る。
では、特定の表面電極７と特定のコレクタ電極３１とに
電圧を印加することにより、蛍光体層３２のうち上記電
圧が印加された両電極７，３１の交差する領域に対応す
る部分を光らせることができる。そして、電圧を印加す
る表面電極７およびコレクタ電極３１を適宜切り替える
ことにより、画像や文字などを表示することが可能にな
る。
【００４５】なお、蛍光体層３２は、上記従来構成と同
様、図９に示すように、画素ごとに３色（赤、緑、青）
の蛍光体領域３４がストライプ状に設けられており、各
画素および各画素内の蛍光体領域３４がブラックストラ
イプと呼ばれる黒色パターンよりなる分離帯３５により
分離されている。
様、図９に示すように、画素ごとに３色（赤、緑、青）
の蛍光体領域３４がストライプ状に設けられており、各
画素および各画素内の蛍光体領域３４がブラックストラ
イプと呼ばれる黒色パターンよりなる分離帯３５により
分離されている。
【００４６】本実施形態の電界放射型電子源１０では、
上記電界集中用凹部８が、ディスプレイの各画素に対応
付けて設けられている点に特徴がある。すなわち、上記
電界集中用凹部８は、蛍光体領域３４に対応する部分に
のみ設けられ、分離帯３５に対応する部分には設けない
ようにしてある。
上記電界集中用凹部８が、ディスプレイの各画素に対応
付けて設けられている点に特徴がある。すなわち、上記
電界集中用凹部８は、蛍光体領域３４に対応する部分に
のみ設けられ、分離帯３５に対応する部分には設けない
ようにしてある。
【００４７】しかして、電界放射型電子源１０から放射
された電子が蛍光体領域３４に集中することになるの
で、従来構成に比べて消費電力を増やすことなしに、輝
度の高いディスプレイを実現することができる。
された電子が蛍光体領域３４に集中することになるの
で、従来構成に比べて消費電力を増やすことなしに、輝
度の高いディスプレイを実現することができる。
【００４８】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、電界集中用凹部８に対応する凹部の形成方法が相違
するだけである。本実施形態の製造方法では、実施形態
１と同様にして多結晶シリコン層３に陽極酸化処理を施
すことにより多孔質多結晶シリコン層４を形成した後、
多孔質多結晶シリコン層４上にフォトレジストを塗布
し、電界集中用凹部８に対応する凹部を形成するために
フォトレジストをパターニングする。その後、該パター
ニングされたフォトレジスト層をマスクとしてウェット
エッチングを行うことにより、電界集中用凹部８に対応
する凹部を形成する。次に、フォトレジスト層を除去し
た後に、実施形態１と同様に、急速熱酸化技術によって
多孔質多結晶シリコン層４の急速熱酸化を行う。
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、電界集中用凹部８に対応する凹部の形成方法が相違
するだけである。本実施形態の製造方法では、実施形態
１と同様にして多結晶シリコン層３に陽極酸化処理を施
すことにより多孔質多結晶シリコン層４を形成した後、
多孔質多結晶シリコン層４上にフォトレジストを塗布
し、電界集中用凹部８に対応する凹部を形成するために
フォトレジストをパターニングする。その後、該パター
ニングされたフォトレジスト層をマスクとしてウェット
エッチングを行うことにより、電界集中用凹部８に対応
する凹部を形成する。次に、フォトレジスト層を除去し
た後に、実施形態１と同様に、急速熱酸化技術によって
多孔質多結晶シリコン層４の急速熱酸化を行う。
【００４９】ところで、上記フォトレジスト層のパター
ニングにあたって、位相の揃った二本の光束を干渉させ
ることにより形成される光の強弱パターンにより多孔質
多結晶シリコン層４上の全面に塗布されたフォトレジス
トを露光することによって、大面積にわたって短時間で
露光することが可能になり、スループットが向上する。
このようなパターニングにあたっては、まず、レーザ光
をビームスプリッタによって二本の光束に分け、図５
（ａ）に示すようにフォトレジスト層３０上で二本の光
束を干渉させることにより形成される縞状の光の強弱パ
ターンによりフォトレジスト層３０を露光する（図５
（ａ）において斜線が施された部分は上記強弱パターン
の強パターンに対応している）。続いて、レーザを照射
する方向を９０°回転し、図５（ｂ）に示すようにフォ
トレジスト層３０上で二本の光束を干渉させることによ
り形成される縞状の光の強弱パターンによりフォトレジ
スト層３０を露光する（図５（ｂ）において斜線が施さ
れた部分は上記強弱パターンの強パターンに対応してい
る）。そして、現像処理を行うことによって図５（ｃ）
に示すように格子状にパターニングされたフォトレジス
ト層３０が得られる。なお、この場合のフォトレジスト
としてはネガ型のものを用いている。
ニングにあたって、位相の揃った二本の光束を干渉させ
ることにより形成される光の強弱パターンにより多孔質
多結晶シリコン層４上の全面に塗布されたフォトレジス
トを露光することによって、大面積にわたって短時間で
露光することが可能になり、スループットが向上する。
このようなパターニングにあたっては、まず、レーザ光
をビームスプリッタによって二本の光束に分け、図５
（ａ）に示すようにフォトレジスト層３０上で二本の光
束を干渉させることにより形成される縞状の光の強弱パ
ターンによりフォトレジスト層３０を露光する（図５
（ａ）において斜線が施された部分は上記強弱パターン
の強パターンに対応している）。続いて、レーザを照射
する方向を９０°回転し、図５（ｂ）に示すようにフォ
トレジスト層３０上で二本の光束を干渉させることによ
り形成される縞状の光の強弱パターンによりフォトレジ
スト層３０を露光する（図５（ｂ）において斜線が施さ
れた部分は上記強弱パターンの強パターンに対応してい
る）。そして、現像処理を行うことによって図５（ｃ）
に示すように格子状にパターニングされたフォトレジス
ト層３０が得られる。なお、この場合のフォトレジスト
としてはネガ型のものを用いている。
【００５０】
【発明の効果】請求項１の発明は、導電性基板と、導電
性基板の一表面側に形成された酸化若しくは窒化された
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導電性薄膜よりなる表面電極と
を備え、表面電極を導電性基板に対して正極として電圧
を印加することにより、導電性基板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、強電界ドリフト層
に、表面電極と導電性基板との距離を小さくした電界集
中用凹部が形成されたものであるから、強電界ドリフト
層において電界集中用凹部近傍では電界強度が強くなる
ので、電界集中用凹部が形成された領域での電子放出効
率が向上し、また、強電界ドリフト層をドリフトする電
子が表面電極に近づくにつれて電界集中用凹部近傍に集
中し表面電極を通して放出されるので、電界集中用凹部
が形成された領域での放射電流密度が大きくなるという
効果がある。
性基板の一表面側に形成された酸化若しくは窒化された
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導電性薄膜よりなる表面電極と
を備え、表面電極を導電性基板に対して正極として電圧
を印加することにより、導電性基板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、強電界ドリフト層
に、表面電極と導電性基板との距離を小さくした電界集
中用凹部が形成されたものであるから、強電界ドリフト
層において電界集中用凹部近傍では電界強度が強くなる
ので、電界集中用凹部が形成された領域での電子放出効
率が向上し、また、強電界ドリフト層をドリフトする電
子が表面電極に近づくにつれて電界集中用凹部近傍に集
中し表面電極を通して放出されるので、電界集中用凹部
が形成された領域での放射電流密度が大きくなるという
効果がある。
【００５１】請求項５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、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も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、多孔質半導体層の極表面を酸化し、その後、多
孔質半導体層の極表面の酸化された部分を除去すること
により上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、そ
の後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することによ
り上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層を
形成し、次いで、強電界ドリフト層上に表面電極を形成
するので、電界集中用凹部が形成された特定の領域にお
ける放射電流密度が他の領域に比べて高くなる電界放射
型電子源を提供することができるという効果がある。
射型電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も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、多孔質半導体層の極表面を酸化し、その後、多
孔質半導体層の極表面の酸化された部分を除去すること
により上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、そ
の後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することによ
り上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層を
形成し、次いで、強電界ドリフト層上に表面電極を形成
するので、電界集中用凹部が形成された特定の領域にお
ける放射電流密度が他の領域に比べて高くなる電界放射
型電子源を提供することができるという効果がある。
【００５２】請求項６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、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も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、多孔質半導体層の表面にサンドブラスト法によ
り上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、その
後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより
上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層を形
成し、次いで、強電界ドリフト層上に表面電極を形成す
るので、電界集中用凹部が形成された特定の領域におけ
る放射電流密度が他の領域に比べて高くなる電界放射型
電子源を提供することができるという効果がある。
射型電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も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、多孔質半導体層の表面にサンドブラスト法によ
り上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、その
後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより
上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層を形
成し、次いで、強電界ドリフト層上に表面電極を形成す
るので、電界集中用凹部が形成された特定の領域におけ
る放射電流密度が他の領域に比べて高くなる電界放射型
電子源を提供することができるという効果がある。
【００５３】請求項７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、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も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、多孔質半導体層の表面に機械的な研磨を行うこ
とにより上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、
その後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することに
より上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層
を形成し、次いで、強電界ドリフト層上に表面電極を形
成するので、電界集中用凹部が形成された特定の領域に
おける放射電流密度が他の領域に比べて高くなる電界放
射型電子源を提供することができるという効果がある。
射型電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も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、多孔質半導体層の表面に機械的な研磨を行うこ
とにより上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、
その後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することに
より上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層
を形成し、次いで、強電界ドリフト層上に表面電極を形
成するので、電界集中用凹部が形成された特定の領域に
おける放射電流密度が他の領域に比べて高くなる電界放
射型電子源を提供することができるという効果がある。
【００５４】請求項８の発明は、請求項１または請求項
２記載の電界放射型電子源の製造方法であって、導電性
基板上に半導体層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導
体層の少なくとも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、上記電界集中用凹部を形成する
ために所定形状にパターニングされたフォトレジスト層
を多孔質半導体層上に形成し、その後、該フォトレジス
ト層をマスクとして多孔質半導体層の一部をエッチング
することにより多孔質半導体層の表面に上記電界集中用
凹部に対応する凹部を形成した後、多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより上記電界集中用凹部が設
けられた強電界ドリフト層を形成し、次いで、強電界ド
リフト層上に表面電極を形成するので、電界集中用凹部
が形成された特定の領域における放射電流密度が他の領
域に比べて高くなる電界放射型電子源を提供することが
でき、しかも、所定形状にパターニングされたフォトレ
ジスト層をマスクとして多孔質半導体層の一部をエッチ
ングすることにより電界集中用凹部に対応する凹部を形
成していることにより、請求項１記載の電界放射型電子
源により各画素を発光させるディスプレイに用いる場合
に、ディスプレイの各画素に対応付けて電界集中用凹部
を形成することができるという効果がある。
２記載の電界放射型電子源の製造方法であって、導電性
基板上に半導体層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導
体層の少なくとも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、上記電界集中用凹部を形成する
ために所定形状にパターニングされたフォトレジスト層
を多孔質半導体層上に形成し、その後、該フォトレジス
ト層をマスクとして多孔質半導体層の一部をエッチング
することにより多孔質半導体層の表面に上記電界集中用
凹部に対応する凹部を形成した後、多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより上記電界集中用凹部が設
けられた強電界ドリフト層を形成し、次いで、強電界ド
リフト層上に表面電極を形成するので、電界集中用凹部
が形成された特定の領域における放射電流密度が他の領
域に比べて高くなる電界放射型電子源を提供することが
でき、しかも、所定形状にパターニングされたフォトレ
ジスト層をマスクとして多孔質半導体層の一部をエッチ
ングすることにより電界集中用凹部に対応する凹部を形
成していることにより、請求項１記載の電界放射型電子
源により各画素を発光させるディスプレイに用いる場合
に、ディスプレイの各画素に対応付けて電界集中用凹部
を形成することができるという効果がある。
【００５５】請求項９の発明は、請求項８の発明におい
て、上記フォトレジスト層のパターニングにあたって、
位相の揃った二本の光束を干渉させることにより形成さ
れる光の強弱パターンによって、多孔質半導体層上の全
面に塗布されたフォトレジストを露光するので、大面積
にわたって短時間で露光することが可能になり、スルー
プットが向上するという効果がある。
て、上記フォトレジスト層のパターニングにあたって、
位相の揃った二本の光束を干渉させることにより形成さ
れる光の強弱パターンによって、多孔質半導体層上の全
面に塗布されたフォトレジストを露光するので、大面積
にわたって短時間で露光することが可能になり、スルー
プットが向上するという効果がある。
【図１】実施形態１を示す概略断面図である。
【図２】同上の動作説明図である。
【図３】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。
図である。
【図４】実施形態２を示し、本発明の電界放射型電子源
を利用したディスプレイの概略構成図である。
を利用したディスプレイの概略構成図である。
【図５】同上における電界放射型電子源の製造方法の一
例の説明図である。
例の説明図である。
【図６】従来例を示す概略断面図である。
【図７】同上の特性測定原理の説明図である。
【図８】他の従来例を示し、ディスプレイの概略構成図
である。
である。
【図９】同上における蛍光体層の説明図である。
１ ｎ形シリコン基板
２ オーミック電極
６ 強電界ドリフト層
７ 表面電極
８ 電界集中用凹部
１０ 電界放射型電子源
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 本多 由明
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工
株式会社内
(56)参考文献 特開 平10−326557（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−141234（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−121227（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−154458（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 1/312
H01J 9/02
H01J 29/04
H01J 31/12
Claims (11)
- 【請求項１】 導電性基板と、導電性基板の一表面側に
形成された酸化若しくは窒化され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
れた導電性薄膜よりなる表面電極とを備え、表面電極を
導電性基板に対して正極として電圧を印加することによ
り、導電性基板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、強電界ドリフト層に、表面電極と導電性
基板との距離を小さくした電界集中用凹部が形成されて
なることを特徴とする電界放射型電子源。 - 【請求項２】 請求項１記載の電界放射型電子源により
各画素を発光させるディスプレイに用い、上記電界集中
用凹部は、ディスプレイの各画素に対応付けて設けられ
てなることを特徴とする電界放射型電子源。 - 【請求項３】 上記多孔質半導体層は、多孔質シリコン
層よりなる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。 - 【請求項４】 上記多孔質半導体層は、多孔質多結晶シ
リコン層よりなる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。 - 【請求項５】 請求項１記載の電界放射型電子源の製造
方法であって、導電性基板上に半導体層を形成し、陽極
酸化処理にて上記半導体層の少なくとも一部を多孔質化
することにより多孔質半導体層を形成した後、多孔質半
導体層の極表面を酸化し、その後、多孔質半導体層の極
表面の酸化された部分を除去することにより上記電界集
中用凹部に対応する凹部を形成し、その後、多孔質半導
体層を酸化若しくは窒化することにより上記電界集中用
凹部が設けられた強電界ドリフト層を形成し、次いで、
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。 - 【請求項６】 請求項１記載の電界放射型電子源の製造
方法であって、導電性基板上に半導体層を形成し、陽極
酸化処理にて上記半導体層の少なくとも一部を多孔質化
することにより多孔質半導体層を形成した後、多孔質半
導体層の表面にサンドブラスト法により上記電界集中用
凹部に対応する凹部を形成し、その後、多孔質半導体層
を酸化若しくは窒化することにより上記電界集中用凹部
が設けられた強電界ドリフト層を形成し、次いで、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。 - 【請求項７】 請求項１記載の電界放射型電子源の製造
方法であって、導電性基板上に半導体層を形成し、陽極
酸化処理にて上記半導体層の少なくとも一部を多孔質化
することにより多孔質半導体層を形成した後、多孔質半
導体層の表面に機械的な研磨を行うことにより上記電界
集中用凹部に対応する凹部を形成し、その後、多孔質半
導体層を酸化若しくは窒化することにより上記電界集中
用凹部が設けられた強電界ドリフト層を形成し、次い
で、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。 - 【請求項８】 請求項１または請求項２記載の電界放射
型電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体層
を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくとも
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、上記電界集中用凹部を形成するために所定形状に
パターニングされたフォトレジスト層を多孔質半導体層
上に形成し、その後、該フォトレジスト層をマスクとし
て多孔質半導体層の一部をエッチングすることにより多
孔質半導体層の表面に上記電界集中用凹部に対応する凹
部を形成した後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化す
ることにより上記電界集中用凹部が設けられた強電界ド
リフト層を形成し、次いで、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。 - 【請求項９】 上記フォトレジスト層のパターニングに
あたって、位相の揃った二本の光束を干渉させることに
より形成される光の強弱パターンによって、多孔質半導
体層上の全面に塗布されたフォトレジストを露光するこ
とを特徴とする請求項８記載の電界放射型電子源の製造
方法。 - 【請求項１０】 上記多孔質半導体層は、多孔質シリコ
ン層よりなることを特徴とする請求項５ないし請求項９
のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法。 - 【請求項１１】 上記多孔質半導体層は、多孔質多結晶
シリコン層よりなることを特徴とする請求項５ないし請
求項９のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21145199A JP3487229B2 (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 電界放射型電子源およびその製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21145199A JP3487229B2 (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 電界放射型電子源およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001035354A JP2001035354A (ja) | 2001-02-09 |
| JP3487229B2 true JP3487229B2 (ja) | 2004-01-13 |
Family
ID=16606174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21145199A Expired - Fee Related JP3487229B2 (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 電界放射型電子源およびその製造方法 |
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| Country | Link |
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| WO2006075405A1 (ja) * | 2005-01-17 | 2006-07-20 | Ngk Insulators, Ltd. | 電子放出素子 |
| WO2006075407A1 (ja) * | 2005-01-17 | 2006-07-20 | Ngk Insulators, Ltd. | 電子放出素子 |
| JP5033892B2 (ja) * | 2010-02-24 | 2012-09-26 | シャープ株式会社 | 電子放出素子、電子放出装置、自発光デバイス、画像表示装置、送風装置、冷却装置、帯電装置、画像形成装置、電子線硬化装置、および電子放出素子の製造方法 |
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-
1999
- 1999-07-27 JP JP21145199A patent/JP3487229B2/ja not_active Expired - Fee Related
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