JP3502134B2

JP3502134B2 - 冷陰極

Info

Publication number: JP3502134B2
Application number: JP33777293A
Authority: JP
Inventors: 秀隆東野; 小川　　一文; 正則渡辺
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 2004-03-02
Anticipated expiration: 2019-03-02
Also published as: JPH07201275A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は平面ディスプレイや微少
真空管等の応用分野に於いて、常温で電子を放出する冷
陰極に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷陰極で代表的なスピント型冷陰
極というのは、図６に示すように、下部電極４２上に、
先端の尖った微少突起電極４５が真空中に突出して形成
されており、この上に開口部を有するように電子の引出
し電極４６が形成してあり、下部電極４２と引出し電極
４６との間に電圧を印加すると、微少突起電極４５の突
起の先端部分に電界が集中して、１０⁷〜１０⁸Ｖ／ｃｍ
程度の強電界部分から電子が放出されるというものであ
る。

【０００３】この様な放出電子の方向が、基板面に対し
てほぼ垂直のいわゆる縦型といわれる冷陰極は、微少突
起電極４５の形成方法が基板により異なる。例えばシリ
コン基板のような結晶性基板では、引出し電極を蒸着し
てパターニングした後に、ＫＯＨ等でウエットエッチン
グを行なうと、エッチングレートが結晶の面方位により
極端に異なるという現象を利用した異方性エッチング法
を用いて、ピラミッド形状の微少突起電極を形成し、冷
陰極を作成している。或は、更に、これの表面を酸化し
た後に、エッチングにより酸化物を除去して先端をより
先鋭化するという技術も駆使されている。

【０００４】他方、ガラス等のような廉価で大面積が容
易に得られる基板では、下部電極の上部に絶縁膜を介し
引出し電極を形成して、更に間隔を空けて微少突起電極
堆積用のマスクを作成した後に、このマスクを通して、
微少電極となる金属原子或は分子を真空中で蒸着により
下部電極上に堆積させる。

【０００５】堆積が進行するに連れて、蒸着マスクの周
辺部分にも同様に金属原子或は分子が堆積して、蒸着マ
スクの開口面積が徐々に減少するため、下部電極上に堆
積する微少電極の形状が結果的に円錐状になる。

【０００６】この様にして円錐状の微少突起電極を堆積
した後、引出し電極と微少突起電極を残して、蒸着マス
クごと余分な蒸着金属薄膜を除去することにより冷陰極
を作成していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の縦型冷陰極で
は、その製造に於いて半導体工業で用いられるようなフ
ォトリソグラフィ技術とエッチング技術や真空蒸着技術
が駆使される。しかし、このような製造方法では、フォ
トリソグラフィ工程とエッチング工程に於いて、微少突
起電極パターンの転写時の解像度やレジストの均一性の
問題から、製造する微少突起電極の先端形状が微妙にば
らつく。

【０００８】この先端形状のばらつきが、電子放出を行
なう微少突起電極先端の電界強度分布に大きく影響する
ので、電子放出特性に大きなばらつきとなって現われ、
冷陰極の製造歩留まりや均一性が悪く問題となってい
た。

【０００９】特に、平面ディスプレイ用の冷陰極として
は、その放射電流値の均一度は隣接セル間で１％以下程
度と要求が厳しい為、１ピクセルに１個の冷陰極を用い
たのでは実使用に耐えない。また、単一冷陰極からの電
子放出では、先端にガスの吸着等が起こると電子放出能
が激変するので、雑音が多くて実使用に耐えない。

【００１０】そこで、１ピクセル内に１０００個程度の
冷陰極を形成し、並列駆動することにより統計的にピク
セル間の電流ばらつきを小さく押さえ、同時に雑音を小
さく押さえる等によってこの問題を回避しているのが現
状である。

【００１１】ところが、平面ディスプレイ等では、一定
の輝度を得るために定放射電流モードでセルを駆動する
のが通例であるが、このような多数の特性の異なる冷陰
極を並列駆動する際には、冷陰極の微少突起電極の先端
がジュール熱による温度上昇のため放射電流値が増加し
て熱暴走を起こしてしまい、ついには微少突起電極の先
端部が破壊されるに至る。

【００１２】その後、この冷陰極の分担していた電流が
他の冷陰極に振り分けられるため、次に大きな電子放射
能を持つ冷陰極が破壊に至り、次々と連鎖反応的に破壊
が進行してセルが破壊される。

【００１３】これを避けるためには、並列駆動する冷陰
極に電流バランス用の抵抗を直列に挿入して並列駆動す
る方法がとられている。しかしこのために直列抵抗層を
別に作り込む工程が必要となり、歩留まり低下の一因と
なるのが問題でもあった。

【００１４】また、引出し電極と微少突起電極との間に
印加する電圧を実用的な数十Ｖ程度に低くする為に、微
少突起電極の先端を先鋭化させて電界をその先端に集中
させている。ところが、その先端部分の表面原子に残留
ガスイオン等が付着する、或は、先端の原子がイオン衝
撃によるスパッタや強電界、温度上昇等により脱離した
りすると、電子放出サイトが移動して電子放出能が変化
する、即ち、放射電流値が変動するという、いわゆる電
流雑音を生ずる。これがディスプレイや微少真空管を構
成する際の大きな問題となっていた。

【００１５】ディスプレイ等の用途には、１ピクセル内
の冷陰極数を極端に多くして並列駆動することにより電
流雑音、即ち画面のちらつきを統計的に少なく押さえる
方法で改善しているが、従来のフォトリソグラフィー技
術を用いる方法ではμｍサイズの冷陰極となるため高密
度化に限界がある。更にセル内の冷陰極の高密度化が課
題となっていた。

【００１６】本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなさ
れたもので、極めて微少な大きさで高密度に集積可能
で、しかも低印加電圧でも動作が可能であり、製造が容
易な冷陰極を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】金属または半導体の少な
くとも何れかを含む導電性基材と、前記導電性基材の一
表面上に形成された少なくとも１つ以上の孔を有し、珪
素を含む直鎖状のフッ化炭化水素系分子を有する絶縁層
と、前記孔に形成される前記絶縁層の厚み以下の高さを
有する微小電極と、前記絶縁層の前記導電性基材と対向
する面上に形成され、かつ、前記微小電極と非接触の上
部電極とを具備し、前記絶縁層のフッ化炭化水素系分子
と前記導電性基材とが、シロキサン結合を有する冷陰極
である。

【００１８】絶縁層中に設けた孔の大きさは、直径、長
軸または一辺の何れかの長さが、１０００ｎｍ以下が好
ましい。

【００１９】金属または半導体の少なくとも何れかを
含む導電性基材と、前記導電性基材の一表面上に形成さ
れた少なくとも１つ以上の孔を有し、珪素を含む直鎖状
のフッ化炭化水素系分子を有する絶縁層と、前記孔に形
成される前記絶縁層の厚み以下の高さを有する微小電極
と、前記導電性基材と前記微小電極との界面に形成され
た５０ｎｍ以下の厚さのトンネル絶縁膜と、前記絶縁層
の前記導電性基材と対向する面上に形成され、かつ、前
記微小電極と非接触の上部電極とを具備し、前記絶縁層
のフッ化炭化水素系分子と前記トンネル絶縁膜とが、シ
ロキサン結合を有することを特徴とする冷陰極である。

【００２０】また、微少電極の主成分が、炭素原子で
あることが好ましい。

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【作用】絶縁層中の孔に形成した微少電極の高さが当該
絶縁層の厚み以下のため、導電性基材と上部電極間に電
圧を印加すると、上部電極と絶縁層との界面と微少電極
の高さとのギャップで規定される電界強度に応じて、当
該微少電極上部より電子を放出する電子放出微少電極と
なる。

【００２４】このギャップ間隔は、通常μｍオーダー以
下を有する絶縁膜の厚みよりもはるかに小さな値をとる
構造とすることができるため、例えば１０Ｖ程度の印加
電圧でも微少電極周辺部の電界強度は１０⁷Ｖ／ｃｍの
高電界強度に達し、電子の電界放出が起こる。これが本
願発明の冷陰極の原理である。

【００２５】この様に、上記構造とすることにより、微
少電極の先端の形状よりも前記ギャップ間隔が電子放出
特性に大きく寄与することになるが、薄膜堆積技術等を
駆使してこのギャップ間隔を均一に制御することは、微
少電極の先端形状の制御よりも容易であるため、均一な
電子放出特性を有する冷陰極の製造が容易になるという
作用がある。

【００２６】また、孔の直径、長軸または一辺の長さを
１０００ｎｍ以下にすると、微少電極の上部表面全般に
わたってほぼ均一に電界印加できるため好ましい。

【００２７】すなわち、微少電極のサイズが極めて小さ
いために、高密度に集積化が可能となる作用があり、更
に、並列駆動する場合には、高密度集積化が可能なので
セル内の素子数を多くすることにより、電流ばらつきや
雑音が減少し、また、冷陰極素子当りの電流が小さくな
りので素子寿命が延びるという作用もある。

【００２８】導電性基材と微少電極との界面にトンネル
絶縁膜を介すると、電子が導電性基材から前記トンネル
絶縁膜を通るときにトンネル抵抗層として機能し、冷陰
極を並列駆動する時に冷陰極素子間の電流バランス抵抗
として機能するため、冷陰極素子間の電流ばらつきを押
さえて、熱暴走破壊を抑制する作用がある。

【００２９】なお、当該トンネル絶縁膜は、微少電極と
導電性基材との間だけに選択的に形成することで本来の
機能を発揮するが、工業的には導電性基材全域に所定厚
みを有するトンネル絶縁膜を形成することが好ましい。

【００３０】更に、微少電極材料の主成分を炭素原子と
することにより、絶縁膜材料の、金属または半導体から
なる導電性基材と炭素原子からなる電子放射微少電極と
の親和性の違いにより、絶縁膜を選択的に前記導電性基
材上に形成できるという作用がある。また、冷陰極製造
後に前記微少電極と上部電極とがマイクロショートした
場合に、導電性基材と前記上部電極との間にパルス状の
高電圧を印加することにより微少電極の先端部の炭素原
子を蒸発させてマイクロショートを切断することができ
る。これは、多数の冷陰極の並列駆動を行なうセル等で
はセルの欠陥修復が可能であるという作用がある。

【００３１】また、絶縁層としては、珪素、チタンまた
はアルミニウムの内少なくとも何れかを含む直鎖状のフ
ッ化炭化水素系分子で構成されると、絶縁特性が向上す
るため好ましい。特に、当該フッ化炭化水素系分子が、
導電性基材またはトンネル絶縁膜の何れかと共有結合を
介して結合すると、強靱な結合が形成できると共に、当
該フッ化炭化水素系分子の長さで絶縁膜の膜厚が規定で
きるため好ましい。

【００３２】また、この際に、共有結合がシロキサン結
合である、或は、少なくとも１単位格子層以上のシロキ
サン系単分子膜を介した共有結合とすることにより、珪
素からシロキサンへの反応性が高く、また導電性基材上
または、トンネル絶縁膜の何れかの上に強固に固定され
るため、素子の寿命が長いという作用もある。

【００３３】更に、シロキサン系共有結合は、基材表面
上に存在する活性水酸基と珪素含有フッ化炭化水素系分
子とが化学吸着反応を起こして固定されるため、導電性
基材やトンネル絶縁膜の材料と微少電極材料を選択する
ことにより、微少電極表面には固定されずに、導電性基
材やトンネル絶縁膜の表面上にのみ化学吸着膜を形成す
ることが可能となり冷陰極の製造が容易であるという作
用がある。

【００３４】また、絶縁層に酸化物または窒化物の何れ
か一方を用いることにより、素子の耐熱性や、絶縁性が
有機物絶縁膜を用いる場合よりも向上し、高温での使用
が可能となるという作用がある。

【００３５】上部電極の材料として、主成分が炭素原子
を含む材料を用いることにより、微少電極と前記上部電
極とがマイクロショートした場合に、導電性基材と前記
上部電極との間にパルス状の高電圧を印加することによ
り、上部電極の微少電極直上の孔の周辺部のショートし
ている部位の炭素原子を蒸発させてマイクロショートを
切断することができ、多数の冷陰極の並列駆動を行なう
セル等でのセルの欠陥修復が可能であるという作用があ
る。

【００３６】また、上部電極の材料として、共役不飽和
環状炭化水素系構造を含む、例えばアルキル置換オリゴ
チオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、あるいはグ
ラファイト等の導電性分子の内少なくとも１種からなる
導電性有機分子を用いることにより、導電性有機分子の
寸法が絶縁膜のピンホールよりも大きいために、ピンホ
ールの中に入り込むことがなく、また、特に分子オーダ
ーの微少電極構造では絶縁層の欠如部（孔）にも前記導
電性有機分子が入ることが抑止されるため、導電性基材
と上部電極間のマイクロショートの発生を防止するとい
う作用がある。

【００３７】

【実施例】図１により本第１の発明の実施例を説明す
る。基板１上に導電性基材２を形成したものの上に、絶
縁層中の孔（以下絶縁層欠如部と称する場合もある）４
を有する絶縁層３を形成する。この絶縁層欠如部４には
微少電極５が形成され、微少電極５の表面高さが絶縁層
３の高さよりも等しいか低くなるように、即ち同図でギ
ャップ間隔ｇ≧０となるように、形成する。更に絶縁膜
３上には上部電極６が形成され、かつ、微少電極５の直
上部分の上部電極６には孔を空けた構造とする。この様
にして冷陰極を構成する。

【００３８】図２には本発明の別の実施例を説明する。
冷陰極の構造は図１の実施例とほぼ同じであるが、異な
る点は、導電性基材２と微少電極５との間に、５０ｎｍ
以下の膜厚のトンネル絶縁膜８が形成された構造となっ
ている。もちろん図２に於いて絶縁膜３と導電性基材２
との間にトンネル絶縁膜８が有っても無くてもどちらで
もよいのは原理より明らかである。

【００３９】次に、具体的な実施例について説明する。
まず第１図を用いて説明する。基板１にガラスを用い、
導電性基材２としてアルミニウムを用いた場合につい
て、その製造方法を中心として説明する。

【００４０】まず、初めに図１に示した構成で、微少電
極５の材料として炭素原子を用いる場合について説明す
る。炭素薄膜を堆積した後に、薄い薄膜を形成したとき
に島状構造を呈する例えば金等の金属原子をマスク材料
として薄く堆積して、酸素プラズマ中に曝して酸化させ
てエッチングする、または、イオンミリングにより炭素
薄膜をエッチングする等して炭素からなる微少電極５を
形成するマスク材料を残存させておいても良いし、また
は、例えば液体中で超音波洗浄することにより除去する
こともできる。

【００４１】絶縁層３に、例えばＳｉＯ₂のような酸化
物を反応性スパッタにより堆積することにより、炭素か
らなる微少電極５上には堆積せず、導電性基材２上に選
択的に堆積する。その後、金属または半導体からなる上
部電極を斜め蒸着などの手法を用いて、絶縁層３の上部
のみに堆積させて冷陰極を製造する。

【００４２】この様にして作成する微少電極のサイズ
は、数１００ｎｍ以下と極めて小さく高密度に分散して
いる。また、絶縁層３の膜厚と微少電極５の膜厚との差
は、数十ｎｍ程度に容易に制御できるため、導電性基材
２と上部電極６間に例えば１０Ｖ程度の電圧を印加する
だけで、微少電極５の周辺部から電子が電界放出するこ
とになる。

【００４３】上記に於いて、絶縁膜３を堆積した後に、
例えばアーク放電等により炭素薄膜を絶縁膜の厚み以下
の厚みに堆積することにより、グラファイトまたは場合
によってはＣ₆₀フラーレン等を含む炭素電極からなる上
部電極６と微少電極５とが同時に形成され冷陰極が製造
できる。この時、マイクロショートが発生するようであ
れば、真空下もしくは不活性ガス下で導電性基材２と上
部電極６間に高電圧パルスを印加することにより、当該
ショート部分の炭素被膜をスパッタして素子を良品とす
ることも可能である。

【００４４】なお、上記では図１の構造について説明し
たが、図２のように導電性基材２上に５０ｎｍ以下のト
ンネル絶縁膜が形成されている場合でも同様に製造でき
る。

【００４５】同様に、導電性基材２にアルミニュウムを
用いる場合で、微少電極材料として金属または半導体を
用いる場合について説明する。導電性基材２上に、例え
ば金などのような薄膜形成初期過程で島状構造を呈し、
酸化されにくい金属を用いて数十ｎｍ以下の高さの微少
電極５を形成する。

【００４６】酸化性ガス雰囲気下で加熱することによ
り、アルミニウムの導電性基材２の表面を酸化して酸化
アルミニウムの絶縁層３を形成する。このとき、微少電
極５の形成されている直下の導電性基材２のアルミニュ
ウムは酸化されず、微少電極５を取り囲むように酸化に
より体積が増加した絶縁層３が成長する。

【００４７】酸化は、絶縁層３の高さ（膜厚）が微少電
極５の高さよりも高くなったときに停止する。その後、
上記実施例のような手法を用いて上部電極を形成して冷
陰極が完成する。

【００４８】なお、微少電極５の材料にＳｉやＧｅ等の
半導体を用いた場合には、半導体薄膜を形成した後に、
酸化速度を遅らせるためのマスク材となるような例えば
金などの点状薄膜を形成した後に酸化して、マスク材の
無い部分の半導体薄膜を絶縁体に変え、かつ、体積膨張
を起こさせて絶縁層３を成長させて、微少電極５よりも
高くなった時点で酸化を停止する。

【００４９】その後、上記のように上部電極６を形成し
て冷陰極を完成する。この場合には、マスク材の金属は
微少電極５の一部としてそのまま使用できる。

【００５０】上記実施例で、絶縁層３の材料として酸化
物を用いて説明したが、反応性窒素雰囲気下で窒化物を
形成することも可能であり、原理的には上記と全く同様
の実施が可能である。この場合の導電性基材２の材料と
してアルミニウム以外に例えばＳｉ等の半導体材料も使
用できる。

【００５１】次に、絶縁層の材料として珪素を含む直鎖
状のフッ化炭化水素系化学吸着膜を用いる場合につい
て、図３を用いて具体的な実施例を説明する。なお、本
発明でいうフッ化炭化水素系とは、炭化水素系基の水素
の一部が弗素で置換されたものであり、全フッ化炭素も
含むこと当然であり、また、Ｏ、Ｎ、Ｓ等の異種原子を
含む場合もある。基板１上に形成された導電性基材２、
或はその上に形成されたトンネル絶縁膜８（図３ではト
ンネル絶縁膜を形成した例を図示している）上に、上記
実施例のように微少電極５を形成する。

【００５２】微少電極５として、例えば炭素を用いるこ
ともできるし、或は金等の表面に水酸基を形成し難い金
属材料を用いることもできる。

【００５３】微少電極５を形成後、基板１を一端に反応
活性な例えばクロロシラン等の珪素基を有し、他端に炭
化水素基またはフッ化炭化水素基の何れかを有する化学
吸着剤を溶解した非水系有機溶媒中に浸漬し、非水系有
機溶媒中で化学反応（化学吸着反応という）を起こさせ
て単分子膜（この様にして得られる単分子膜を化学吸着
単分子膜という）を形成する。

【００５４】但し、この反応の際に、吸着される側の表
面に例えば水酸基等の活性水素の存在が有ることが必要
であるので、表面に活性水素がほとんど無い上記のよう
な微少電極５の表面には化学吸着がほとんど起こらな
い。

【００５５】従って、微少電極５が形成されていない導
電性基材２、或はその上に形成されたトンネル絶縁膜８
の表面に選択的に化学吸着が起こり、図３の様に微少電
極５の部分が絶縁層欠如部４となった構造で化学吸着単
分子膜９を形成する。

【００５６】ここで化学吸着単分子膜９は、基板表面と
強固な共有結合を介してつながっているため、基板表面
を削り取らない限り一般には剥離しない程度の付着強度
を有し、良好な絶縁膜１３として機能する。この様にし
て形成した絶縁層１３の上に、微少電極５の直上の少な
くとも一部分に孔の空いた上部電極６を形成して冷陰極
を製造する。但し、この様な化学吸着膜の製造方法は、
上記例で示した液相での吸着以外にも、例えば気相中で
化学吸着する方法もある。

【００５７】以上を具体的に説明する。基板としては何
れでも良いが、簡単のためにＳｉ基板を用い、導電性基
材２としては高濃度にドープしたｐ型Ｓｉ（１００）面
のドーピング層を用いて説明する。

【００５８】基板１を過酸化水素、アンモニア、水
（１：４：１０）の混液でボイルして導電性基材２の表
面の洗浄を行なった後、フッ酸水溶液で導電性基材２の
表面の酸化膜を除去して水洗後、すぐに乾燥させる。こ
のときには数ｎｍの厚さの自然酸化膜が形成されるがそ
の最表面には水酸基が無数に形成される。この酸化膜が
トンネル絶縁膜８となる。

【００５９】その後、炭素や、金属または半導体からな
る点状の微少電極５を、絶縁膜高さよりも低くなるよう
に、例えば１〜２ｎｍ程度の高さに形成する。その後、
フッ化炭化水素系のシラン系界面活性剤を化学吸着させ
ることによりフッ化炭化水素系化学吸着膜９をトンネル
絶縁膜８上に形成して絶縁層１３を得る。

【００６０】絶縁層９上には、斜めから真空蒸着する方
法や、無電界鍍金等を用いることにより上部電極６を形
成する。この方法で、微少電極５の上部の少なくとも一
部分は孔が空いた上部電極が形成できる。上部電極６の
材料は炭素や、金属、或は、半導体であっても同様な効
果がある。

【００６１】また、図４では、導電性基材２或はトンネ
ル絶縁膜８（図４ではトンネル絶縁膜を形成した例を図
示している）の表面に上記実施例と同様に微少電極５を
形成した後、クロロシラン結合を含む物質を接触させ、
その後、未反応のクロロシラン結合を含む物質を洗浄
し、水と反応させ導電性基材２或はトンネル絶縁膜８の
表面に１単位格子層のシロキサン系単分子膜１８を形成
させるか、このシロキサン系単分子膜の形成工程を複数
回繰り返し累積して、複数個の単位格子層のシロキサン
系単分子膜１８（図５では１単位格子層のシロキサン系
単分子膜を図示している）を形成する。この際にも、図
３のように、上記実施例で説明したように微少電極５の
表面に水酸基が少ない様にしておけば、シロキサン単分
子膜１８は微少電極５以外の導電性基材２或はトンネル
絶縁膜８の表面に形成される。

【００６２】その後、直鎖状のシラン系界面活性剤を化
学吸着させると、絶縁膜２３が図４の様に微少電極５の
部分が絶縁層欠如部４となった構造で形成される。この
例では、本発明の冷陰極の絶縁膜２３に用いる化学吸着
単分子膜は、このシロキサン系単分子膜１８を介してト
ンネル絶縁膜８上に結合していることになる。

【００６３】この様にシロキサン単分子膜１８を介して
フッ化炭化水素系のシラン系界面活性剤を化学吸着させ
る方法を採用すると、表面に露出した親水性基が少ない
導電性基材２或はトンネル絶縁膜８の場合でも、フッ化
炭化水素系のシラン系界面活性剤を高密度に化学吸着す
ることができるため好ましい結果が期待できる。

【００６４】このクロロシラン結合を有する材料として
は例えば、ＳｉＣｌ₄、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、Ｃ
ｌ−（ＳｉＣｌ₂Ｏ）_n−ＳｉＣｌ₃、Ｈ_p（Ｒ₁）_3-pＳｉ
（Ｒ ₂）_nＳｉＣｌ_m（Ｒ₃）_3-m等が挙げられ、一般には
Ｃｌ−Ｓｉ結合数が多い方がシラン系界面活性剤を高密
度に化学吸着できるため好ましい。但し、式中ｎは整
数、ｍ及びｐは１〜３の整数、Ｒ₁及びＲ₃は低級アルキ
ル基、Ｒ₂は炭素数１以上のメチレン基である。

【００６５】特に、クロロシラン結合を含む物質として
ＳｉＣｌ₄を用いれば、分子が小さく水酸基化に対する
活性も大きいので、下部電極２の表面を均一に親水化す
る効果が大きく好ましい。

【００６６】なお、本発明の冷陰極に用いる化学吸着単
分子膜は、一層の単分子膜でもよく又単分子累積膜でも
良いが、単分子累積膜の場合には累積層間でも化学結合
していることが要求される。

【００６７】また、図３、及び図４ではトンネル絶縁酸
化膜８が形成された場合に付いて説明したが、表面にド
ーピングを行なった（導電性基材２として形成した）Ｓ
ｉ基板等では、表面の酸化膜をフッ酸で除去した後、酸
化膜を形成せずに水酸基で表面を終端することもできる
ことが知られているが、これを用いればトンネル絶縁酸
化膜８を形成せずに化学吸着単分子膜９や、シロキサン
単分子膜１８が形成できる。

【００６８】次に、化学吸着処理について具体的に説明
する。化学吸着を行なう方法には種々有るが、一例とし
て、化学吸着剤に、一端にクロロシリル（−ＳｉＣｌ_n
Ｘ_3-n）基又はアルコキシシラン（−Ｓｉ（ＯＡ）_nＸ
_3-n）基を含有し、他端に炭化水素基又はフッソ置換し
た炭素を含有するシラン系界面活性剤を用いた場合につ
いて説明する。但し式中のｎは１〜３の整数であり、Ｘ
は水素、低級アルキル基又は低級アルコキシ基を表わ
し、Ａは低級アルキル基を表わす。

【００６９】但し、上記シラン系界面活性剤の内クロロ
シラン系界面活性剤は、室温下で化学吸着反応が行え、
確実に化学吸着単分子膜が形成できるため好ましい。ク
ロロシラン系界面活性剤の内でも、トリクロロシラン基
（即ち式中のｎが３）であると、吸着分子間でもシロキ
サン結合を介するため好ましい。

【００７０】また、本発明に供されるシラン系界面活性
剤は、吸着分子密度を向上させるには直鎖状が好まし
い。具体的にはＣＨ₃−（Ｒ）_m−ＳｉＣｌ_nＸ_3-n、ＣＦ
₃−（ＣＦ₂）_p−（Ｒ）_m−ＳｉＣｌ_nＸ_3-n、Ｃｌ_qＸ_3-q
Ｓｉ−（Ｒ）_m−ＳｉＣｌ_nＸ₃ _-n、Ｃｌ_qＸ_3-qＳｉ−
（ＣＦ₂）_p−（Ｒ）_m−ＳｉＣｌ_nＸ_3-nで表わされるク
ロロシラン系界面活性剤が好ましい。但し式中ｐは０ま
たは正の整数、ｍは０または１、Ｒは炭素数１以上のメ
チレン基、含ビニレン基の炭素数１以上のメチレン基、
含シリコン原子の炭素数１以上のメチレン基または含酸
素原子の炭素数１以上のメチレン基の何れか、Ｘは水素
原子、低級アルキル基または低級アルコキシ基、ｎ、ｑ
は１〜３の整数である。

【００７１】更に、具体的には例えば直鎖状炭化水素系
のシラン系界面活性剤では、ＣＨ₃（ＣＨ₂）₉ＳｉＣ
ｌ₃、ＣＨ₃（ＣＨ₂）₁₅ＳｉＣｌ₃、ＣＨ₃ＣＨ₂Ｏ（ＣＨ
₂）₁₅ＳｉＣｌ₃、ＣＨ₃（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）₂（Ｃ
Ｈ₂）₁₅ＳｉＣｌ₃等が、直鎖状フッ化炭化水素系のシラ
ン系界面活性剤では、ＣＦ₃（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃、ＣＦ
₃（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）₂（ＣＨ₂）₁₅ＳｉＣｌ₃、Ｃ
Ｆ₃（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ ₃）₂（ＣＨ₂）₁₂ＳｉＣｌ₃、
ＣＦ₃（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）₂（ＣＨ₂）₁₅ＳｉＣ
ｌ₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₃（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃、ＣＦ₃（Ｃ
Ｆ₂）₅（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇（Ｃ
Ｈ₂）₂ＳｉＣｌ₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₉（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ
₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₃（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）₂（Ｃ
Ｈ₂）₉ＳｉＣｌ₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（Ｃ
Ｈ₃）₂（ＣＨ₂）₅ＳｉＣｌ₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇（Ｃ
Ｈ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）₂（ＣＨ₂）₉ＳｉＣｌ₃、ＣＦ₃（Ｃ
Ｆ₂）₇（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）₂（ＣＨ₂）₁₀ＳｉＣ
ｌ₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）₂（ＣＨ
₂）₁₆ＳｉＣｌ₃、ＣＦ₃ＣＨ₂Ｏ（ＣＨ₂）₁₅ＳｉＣｌ₃、
ＣＦ₃ＣＯＯ（ＣＨ₂）₁₅ＳｉＣｌ₃、Ｃｌ₃Ｓｉ（Ｃ
Ｈ₂）₂（ＣＦ₂）₆（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃等が挙げられ
る。

【００７２】又、上記式中のＲ基がビニレン基を含有す
ると、触媒、光又は高エネルギー線照射等で不飽和結合
を重合させることにより、分子間に結合が生じより強固
な単分子膜となるため好ましい。

【００７３】特に、直鎖状フッ化炭化水素系のシラン系
界面活性剤を用いると耐熱性、電気絶縁特性も良好であ
るため特に好ましい。なお、特にクロロシラン系界面活
性剤を用いる場合には、界面活性剤と水分との反応性が
高いため一般には、非水系雰囲気中にて化学吸着を行な
い、化学吸着単分子膜を形成した後に化学吸着単分子膜
を水分に接触させずに洗浄する必要がある。この洗浄工
程を経なければ未反応のクロロシラン系界面活性剤が水
分と反応して白濁し、浮遊コンタミ（夾雑物）となり、
化学吸着単分子膜に付着してリーク電流の増加や冷陰極
素子動作不良といった特性劣化の原因となる。

【００７４】また、これらの界面活性剤は非水系の有機
溶剤に溶解させる必要があり、このような溶剤として
は、例えばシクロヘキサン、ｎ−ヘキサデカン、トルエ
ン、キシレン、ジシクロヘキシル、四塩化炭素、クロロ
ホルム等が単独又は複数種混合して用いられる。

【００７５】クロロシラン系以外のシラン系界面活性剤
の場合には、これ以外に例えばメチルアルコ−ルやエチ
ルアルコ−ル等も適用できる。特に、フッ化炭化水素系
のクロロシラン系界面活性剤の場合には、上記のような
溶剤の他に直鎖状含フッ素系溶剤も親和性がよい為使用
できる。

【００７６】なお、化学吸着剤はクロロシラン基または
アルコキシシラン系に限定されず、例えばクロロチタネ
ート、アルコキシチタネート等の反応性チタン、あるい
は、反応性アルミニウムを有しても良いこと勿論であ
る。

【００７７】更に、具体的な化学吸着方法に付いて説明
する。一例としてフッ化炭化水素系のクロロシラン系界
面活性剤としてＣＦ₃（ＣＦ₂）₇（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃を
用いる場合には、非水系の溶媒である８０％シクロヘキ
サン、１２％四塩化炭素、８％クロロホルムの混合溶剤
に１０％の濃度で溶かした溶液を調整し、基板１を２時
間程度浸漬する。

【００７８】トンネル酸化絶縁膜８の表面には、前記の
実施例の処理により、水酸基が多数形成されるので、フ
ッ化炭化水素系のクロロシラン系界面活性剤の例えば一
つのＳｉＣｌ基の塩素と、水酸基とが脱塩酸反応し、ト
ンネル酸化絶縁膜８の微少電極５の形成されていない露
出した表面全面に亘り（化１）に示す結合が生成され、
フッ化炭化水素系化学吸着単分子膜９がトンネル酸化絶
縁膜８の表面とシロキサン結合を介して結合される。

【００７９】この絶縁層１３の膜厚は、分子構造からお
よそ１５Åである。なお、単分子膜は極めて強固に化学
結合しているので、全く剥離することがなかった。

【００８０】

【化１】

【００８１】次に、シロキサン単分子膜１８を介してフ
ッ化炭化水素系化学吸着単分子膜９を製造する方法につ
いて具体的に説明する。トリクロロシリル結合を含む物
質としてＳｉＣｌ₄を、非水系溶媒のクロロホルム溶媒
に１重量パーセント溶解した溶液に基板１を３０分間程
度浸漬すると、図４に示したトンネル酸化絶縁膜８の表
面に形成された水酸基と、トリクロロシリル基を含む物
質の塩素原子とで脱塩酸反応を生じ、トリクロロシリル
基を含む物質のクロロシリル単分子膜が形成される。

【００８２】このように、トリクロロシリル基を含む物
質としてＳｉＣｌ₄ を用いれば、トンネル酸化絶縁膜８
の表面に少量のＯＨ基１３しか存在していなくとも、ト
ンネル酸化絶縁膜８の表面で脱塩酸反応が生じ（化２）
のように分子が−ＳｉＯ−結合を介して表面に固定され
る。

【００８３】

【化２】

【００８４】なお、この時、一般には未反応のＳｉＣｌ
₄ もクロロシリル単分子膜上に存在するため、その後、
クロロホルムの非水系の溶媒で洗浄して、さらに水で洗
浄すると、トンネル酸化絶縁膜８の表面の水酸基と未反
応のＳｉＣｌ₄ 分子は除去され、図４に示したようにト
ンネル酸化絶縁膜８の表面に（化３）等のシロキサン単
分子膜１８が得られる。

【００８５】

【化３】

【００８６】なお、このときできたシロキサン単分子膜
１８は、トンネル酸化絶縁膜８の表面と−ＳｉＯ−の化
学結合を介して完全に結合されているので、剥がれるこ
とが全く無い。また、得られたシロキサン単分子膜１８
は、表面にＳｉＯＨ結合を数多く持ち、当初の水酸基の
およそ３倍程度の数が生成されるため、後で吸着する化
学吸着単分子膜の密度が高くなりピンホールが少なくな
る。

【００８７】この後、基板１をフッ化炭化水素系のクロ
ロシラン系界面活性剤として例えばＣＦ₃（ＣＦ₂）
₇（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃を用いて、前述の具体的な実施例
のように１時間程度化学吸着を行い、シロキサン単分子
膜１８を介してトンネル酸化絶縁膜８と結合させて、図
４に示したように絶縁膜２３を形成する。

【００８８】なお、このようにして作成した絶縁層２３
は、剥離試験を行なっても全く剥離することがなかっ
た。また、上記の具体的実施例では単分子膜一層の場合
と、シロキサン単分子膜一層の後にフッ化炭化水素系の
クロロシラン系界面活性剤層を一層化学吸着させた場合
を示したが、本発明の化学吸着単分子膜は一層に限らず
多層に累積してもその効果は変化するものではない。

【００８９】更にまた、上記実施例では、含フッ化炭化
水素クロロシラン系界面活性剤としてＣＦ₃（ＣＦ₂）₇
（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃を用いたが、ＣＦ₃−（ＣＦ₂）_p−
（Ｒ）_m−ＳｉＣｌ_nＸ_3-nで表わされるクロロシラン系
界面活性剤のＲの部分に、例えばビニレン基（−ＣＨ＝
ＣＨ−）やエチニレン基（−Ｃ≡Ｃ−）を付加したり組
み込んで置けば、単分子膜形成後５メガラド程度の電子
線照射で架橋できるので、さらに単分子膜の硬度を向上
させることも可能である。

【００９０】なお、フッ化炭化水素系界面活性剤として
上記のもの以外にも例えばＣＦ₃ＣＨ₂Ｏ（ＣＨ₂）₁₅Ｓ
ｉＣｌ₃、ＣＦ₃（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）₂（ＣＨ₂）₁₅
ＳｉＣｌ₃、Ｆ（ＣＦ₂）₄（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）
₂（ＣＨ₂）₉ＳｉＣｌ₃、ＣＦ₃ＣＯＯ（ＣＨ₂）₁₅ＳｉＣ
ｌ₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₅（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃等のトリク
ロロシラン系界面活性剤を始め、例えばＣＦ₃ＣＨ₂Ｏ
（ＣＨ₂）₁₅Ｓｉ（ＣＨ₃）₂Ｃｌ、ＣＦ₃（ＣＨ₂）₂Ｓｉ
（ＣＨ₃）₂（ＣＨ₂）₁₅Ｓｉ（ＣＨ₃）₂Ｃｌ、ＣＦ₃ＣＨ
₂Ｏ（ＣＨ₂）₁₅Ｓｉ（ＣＨ₃）Ｃｌ₂、ＣＦ₃ＣＯＯ（Ｃ
Ｈ₂）₁₅Ｓｉ（ＣＨ₃）₂Ｃｌ等のクロロシラン系界面活
性剤が利用できた。

【００９１】また、例えばＣＦ₃（ＣＦ₂）₇（ＣＨ₂）₂
Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₃、ＣＦ₃ＣＨ₂Ｏ（ＣＨ₂）₁₅Ｓｉ（Ｏ
ＣＨ₃）₃等のアルコキシシラン系界面活性剤も、界面活
性剤溶液を加熱することにより同様の効果が得られた。
さらに、例えばＣＨ₃（ＣＨ₂）₉ＳｉＣｌ₃、ＣＨ₃（Ｃ
Ｈ₂）₁₅ＳｉＣｌ₃、ＣＨ₃ＣＨ₂Ｏ（ＣＨ₂）₁₅ＳｉＣ
ｌ ₃、ＣＨ₃（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）₂（ＣＨ₂）₁₅Ｓｉ
Ｃｌ₃、Ｃｌ₃Ｓｉ（ＣＨ₂） ₂（ＣＦ₂）₆（ＣＨ₂）₂Ｓｉ
Ｃｌ₃等の炭化水素基を有するクロロシラン系界面活性
剤でも、同様に室温で化学吸着単分子膜が形成され、良
好な絶縁層が形成できる。なお、例えばＣｌ₃Ｓｉ（Ｃ
Ｈ₂）₂（ＣＦ₂）₆（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃の様に両末端が
クロロシランで終端された物は、化学吸着後に塩素基が
水酸基に置き変わり表面に出るので、上部電極材料との
付着性は特に良い。

【００９２】次に、上記の具体的実施例に記載したよう
に、絶縁層１３または２３を形成した後に、上部電極６
を形成する方法に付いて述べる。絶縁層１３または２３
を形成した基板１を、例えば真空装置内に蒸着源の方向
に対して斜めに設置して真空排気した後に、例えば真空
度１００Ｔｏｒｒ程度のヘリューム雰囲気中で２本の黒
鉛等の炭素棒の間に電流を流してアーク放電を起こさ
せ、絶縁層３上に炭素薄膜からなる上部電極６を形成す
る。このままでも良いが、更に金やＡｌ等の金属薄膜を
重ねて真空蒸着して上部電極６を形成しても良い。

【００９３】なお、この様に炭素薄膜を形成した場合に
は、マイクロショートが発生した場合でも、真空下もし
くは不活性ガス下で導電性基材２と上部電極６間に高電
圧パルスを印加することにより、ショート部分の炭素被
膜をスパッタして素子を良品とすることも可能である。

【００９４】なお、炭素薄膜の形成方法において、アー
ク放電法に付いて記載したが、これに限るものではな
く、他に、電子ビーム蒸着法、スパッタ法、イオンビー
ムスパッタ法、ＣＶＤ法、レーザーアブレーション法等
の方法が可能であるのは言うまでもない。

【００９５】また、上部電極６の材料として、環状炭化
水素構造を含む導電性分子として、アルキル置換オリゴ
チオフェンを用いる場合には、例えば、ジエチルクイン
ケチオフェン（Ｃ₂ Ｈ₅（Ｃ₄ＳＨ₂）₅Ｃ₂Ｈ₅ ）をクロ
ロホルムに１ｍｇ／ｍｌ程度溶解して塗布、乾燥して上
部電極４を形成できる。あるいは、例えば１０^-5Ｔｏｒ
ｒ以上の真空中で、タングステンボートにのせたジエチ
ルクインケチオフェンを抵抗加熱により蒸発させ、数千
オングストロームの厚さの上部電極を形成することも出
来る。

【００９６】前者の場合には、絶縁層１３または２３の
上部電極６側の末端に水酸基が形成され、親水性表面と
なっている方が、溶液の塗れが良く均一に塗布すること
が出来る。後者の場合は、絶縁層１３または２３の上部
電極６側の末端に水酸基が形成されていなくても良い
が、末端がフッ素原子で終端されているよりも水素やメ
チル基となっている方が導電性分子の均一な付着が実現
できる。このようにして作成した冷陰極の特性は、何れ
も炭素薄膜を上部電極に用いたものと同様であった。

【００９７】更に、図５に示すように、上部電極材料と
して環状炭化水素構造を含む導電性分子を用いる場合に
付いて説明する。環状炭化水素構造を含む導電性分子３
４として、ポリピロール、ポリアニリンを用いる場合で
は、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）に酸化剤として
ＦｅＣｌ₃ を３０重量％混合した希釈水溶液を、酸化物
または窒化物、或は、化学吸着単分子膜からなる絶縁層
３に薄く塗布、乾燥した後、ピロール蒸気、あるいは、
アニリン蒸気を接触させて、モノマー蒸気を重合させて
ポリマーとして上部電極６を形成する。

【００９８】この場合には、絶縁層３の化学吸着単分子
膜の上部電極側の末端は、水酸基が付いていて親水性表
面となっていることが望ましい。また、この場合には、
ＰＶＡ−ＦｅＣｌ₃ 薄膜は、高抵抗層であるため、この
層が特性のばらつきとなるので出来るだけ薄い方が好ま
しい。

【００９９】環状炭化水素構造を含む導電性分子３４の
分子サイズが、絶縁膜３のピンホール２４のサイズより
も大きい場合には、導電子分子３４がピンホール２４に
入り込むことが妨げられるために、マイクロショートが
起こりにくい。

【０１００】また、絶縁層３の孔（欠如部）４にも同様
に入り難く、表面張力等を調整することで絶縁層欠如部
４内に導電性分子３４が入らないようにすることができ
るため、簡単に冷陰極の上部電極が形成できる。

【０１０１】この様にして作成した冷陰極のリーク電流
や電子放出特性などは、若干ばらつきは大きいものの、
炭素薄膜を上部電極に用いたものとほぼ同様であった。

【０１０２】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明は金属ま
たは半導体の少なくとも何れかを含む導電性基材と、こ
の導電性基材の一表面上に形成された少なくとも１つ以
上の孔を有する絶縁層と、この孔に形成された絶縁層の
厚み以下の高さを有する微少電極と、絶縁層の導電性基
材と対向する面上に形成された微少電極と非接触状態の
上部電極とを具備した冷陰極であるため、絶縁層の分子
オーダーやクラスターサイズの微少な孔に、電子放出用
の微少電極を構成するので、極めて高密度に集積が可能
であるので、本発明の冷陰極を多数配置して１セルを構
成して並列駆動する場合には、冷陰極１素子当りの放出
電流値は僅かでよい為素子の長寿命化が図られ、電流雑
音も極めて少なくなる効果がある。

【０１０３】この際、トンネル酸化絶縁膜が形成されて
いる場合には、素子間の電流バランスが良好となり、セ
ル内、セル間の電流ばらつきが押さえられる効果と共
に、連鎖反応的な素子劣化も防止できる効果がある。

【０１０４】本発明の冷陰極においては、絶縁膜と微少
電極との極僅かの高さの差が、上部電極と微少電極との
間隔となり、この間に電圧を印加するので、十Ｖ程度の
小さな電圧でも電子放出が起こり、駆動電圧の低減の効
果がある。

【０１０５】また、微少電極の主材料を炭素原子とする
ことにより、絶縁膜形成時に濡れ性の違いを利用して、
微少電極部分に孔（欠如部）を有する絶縁膜が容易に製
造でする構造であるため、製造性に優れ歩留まり向上に
効果がある。

【０１０６】また、素子製造後にマイクロショートが発
生した場合にでも、高電圧パルスを印加することにより
ショート部分をスパッタすることで、セル全体を良品に
修復させ易いという効果もある。

【０１０７】更に、電子放射微少電極の主材料を金属ま
たは半導体の何れかとすることにより、極薄膜を形成し
クラスターを作って微少電極とすることが出来るため、
フトリソグラフ工程を用いなくてもよいため、製造工程
が簡素化できる効果がある。

【０１０８】絶縁層に、下部電極と化学結合した直鎖状
のフッ化炭化水素系化学吸着膜を用いる場合には、機械
的に安定、かつ、強固である。

【０１０９】また、化学吸着膜の厚みが分子オーダーで
揃っているために、特性ばらつきの少ない冷陰極が、化
学吸着工程により形成できるため、大面積の表示素子の
冷陰極としても容易に、かつ、安価に、製造が可能であ
るという効果がある。

【０１１０】また、絶縁層の材料として、酸化物または
窒化物を用いることにより素子の耐熱性に優れるため、
高温プロセスを導入することができるため、素子の製造
工程で、微少電極や上部電極の材料の選択範囲が広がり
製造が容易になるという効果がある。

【０１１１】さらに、上部電極の材料として炭素原子を
用いることにより、微少電極と前記上部電極とがマイク
ロショートした場合に、導電性基材と前記上部電極との
間にパルス状の高電圧を印加することにより、上部電極
の微少電極直上の孔の周辺部のショートしている部位の
炭素原子を蒸発させてマイクロショートを切断すること
ができ、多数の冷陰極の並列駆動を行なうセル等でのセ
ルの欠陥修復が可能であるという作用効果がある。ま
た、微少電極材料が炭素の場合には、微少電極の形成と
同時に上部電極が形成できるという効果もある。

【０１１２】更に、環状炭化水素構造を含む導電性分子
を用いることにより、化学吸着単分子膜のピンホールサ
イズより分子サイズの大きな物を用いた場合には、特に
冷陰極のリーク電流密度の少ない素子が容易に製造で
き、素子の製造工程が簡略化されるという効果があり、
化学吸着単分子膜からなる絶縁層の上記の特徴を活かし
た冷陰極を容易、かつ、歩留まり良く製造することが出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷陰極の一実施例を示す断面構造図

【図２】本発明の冷陰極の別の実施例を示す断面構造図

【図３】本発明の冷陰極の他の実施例で、絶縁層に化学
吸着単分子膜を用いた例を示し、基板表面を分子レベル
まで拡大した断面構造図

【図４】本発明の冷陰極の他の実施例で、絶縁層に化学
吸着単分子膜を用いた他の例を示し、基板表面を分子レ
ベルまで拡大した断面構造図

【図５】本発明の冷陰極の別の実施例で、上部電極に環
状炭化水素構造を含む導電性分子を用いた例を示し、基
板表面を分子レベルまで拡大した断面構造図

【図６】従来の冷陰極の例を示す断面構造図

【符号の説明】

１基板２導電性基材３、１３、２３絶縁層４絶縁層欠如部５電子放射微少電極６上部電極７電源８トンネル酸化絶縁膜９化学吸着単分子膜１８シロキサン単分子膜２４ピンホール３４環状炭化水素構造を含む導電性分子３５ピンホール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺正則大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭63−150837（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 1/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属または半導体の少なくとも何れかを
含む導電性基材と、前記導電性基材の一表面上に形成さ
れた少なくとも１つ以上の孔を有し、珪素を含む直鎖状
のフッ化炭化水素系分子を有する絶縁層と、前記孔に形
成される前記絶縁層の厚み以下の高さを有する微小電極
と、前記絶縁層の前記導電性基材と対向する面上に形成
され、かつ、前記微小電極と非接触の上部電極とを具備
し、前記絶縁層のフッ化炭化水素系分子と前記導電性基
材とが、シロキサン結合を有することを特徴とする冷陰
極。
【請求項２】絶縁層中の孔の直径、長軸、または一辺
の何れかの長さが、１０００ｎｍ以下であることを特徴
とする、請求項１記載の冷陰極。
【請求項３】金属または半導体の少なくとも何れかを
含む導電性基材と、前記導電性基材の一表面上に形成さ
れた少なくとも１つ以上の孔を有し、珪素を含む直鎖状
のフッ化炭化水素系分子を有する絶縁層と、前記孔に形
成される前記絶縁層の厚み以下の高さを有する微小電極
と、前記導電性基材と前記微小電極との界面に形成され
た５０ｎｍ以下の厚さのトンネル絶縁膜と、前記絶縁層
の前記導電性基材と対向する面上に形成され、かつ、前
記微小電極と非接触の上部電極とを具備し、前記絶縁層
のフッ化炭化水素系分子と前記トンネル絶縁膜とが、シ
ロキサン結合を有することを特徴とする冷陰極。
【請求項４】微小電極材料の主成分が、炭素原子であ
ることを特徴とする、請求項１または３何れかに記載の
冷陰極。
【請求項５】微小電極の材料が、金属または半導体の
何れかであることを特徴とする、請求項１または３何れ
かに記載の冷陰極。