JP3526344B2 - Field emission device, electron emission source and flat display device using the field emission device, and method of manufacturing field emission device - Google Patents

Field emission device, electron emission source and flat display device using the field emission device, and method of manufacturing field emission device

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JP3526344B2
JP3526344B2 JP06608095A JP6608095A JP3526344B2 JP 3526344 B2 JP3526344 B2 JP 3526344B2 JP 06608095 A JP06608095 A JP 06608095A JP 6608095 A JP6608095 A JP 6608095A JP 3526344 B2 JP3526344 B2 JP 3526344B2
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    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/312Cold cathodes having an electric field perpendicular to the surface thereof
    • H01J2201/3125Metal-insulator-Metal [MIM] emission type cathodes

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、真空マイク
ロエレクトロニクス技術を利用した電界電子放出素子、
この電界電子放出素子を応用した電子放出源および平面
ディスプレイ装置、および電界放出素子および平面ディ
スプレイ装置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 electron emission device utilizing vacuum microelectronics technology,
The present invention relates to an electron emission source and a flat display device to which the field electron emission device is applied, and a method for manufacturing the field emission device and the flat display device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体微細加工技術の進歩に伴
い、ミクロンサイズの微小真空管の開発が進められてい
る。その目的は、電子輸送媒体としての真空を見直し、
固体素子に駆逐された真空管が持っていた欠点を克服し
た超高速で耐環境性に優れた電界電子放出素子を開発す
ることにある。
2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of semiconductor microfabrication technology, micron-sized micro vacuum tubes have been developed. The purpose is to review the vacuum as an electron transport medium,
It is to develop a field electron emission device that is super-high-speed and has excellent environmental resistance that overcomes the drawbacks of vacuum tubes driven by solid-state devices.

【0003】近年研究が進められている電界電子放出素
子としては、代表的なものとしてスピント型(グレイ
型)や平面型、あるいはMIM型(Metal-Insurate-Met
al)等が知られている。
Typical examples of field electron emission devices which have been studied in recent years include Spindt type (Gray type), flat type, and MIM type (Metal-Insurate-Met).
al) etc. are known.

【0004】スピント型や平面型の電界電子放出素子
は、先端が尖鋭化されてなるエミッタ電極を有し、近接
するゲ−ト電極から上記エミッタ電極の先端に電界を印
加することでこのエミッタ電極から電子を引き出す(放
出させる)ものである。
Spindt type and plane type field electron emission devices have an emitter electrode having a sharpened tip, and by applying an electric field from the adjacent gate electrode to the tip of the emitter electrode, the emitter electrode is formed. It draws (releases) electrons from.

【0005】一方、MIM型の電界電子放出素子は、エ
ミッタ電極となる導電体の表面に絶縁膜と導電膜とを薄
く積層したタイプであり、上記エミッタ電極の表面に上
記導電膜から強い電界を印加することで、量子力学的ト
ンネリング現象を利用して電子を引き出すものである。
On the other hand, the MIM type field emission device is a type in which an insulating film and a conductive film are thinly laminated on the surface of a conductor serving as an emitter electrode, and a strong electric field is applied from the conductive film to the surface of the emitter electrode. When applied, electrons are extracted by utilizing the quantum mechanical tunneling phenomenon.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した電
界電子放出素子の開発が意味あるものになるかどうか
は、電界電子放出素子の動作電圧をどれだけ下げられる
かにかかっている。このためには、上記電界電子放出素
子のエミッタ電極の電子放出効率(エミッション電流の
密度)を向上させる必要がある。
The significance of the development of the above-mentioned field electron emission device depends on how much the operating voltage of the field electron emission device can be lowered. For this purpose, it is necessary to improve the electron emission efficiency (emission current density) of the emitter electrode of the field electron emission device.

【0007】また、この電界電子放出素子は、電子線描
画装置や平面ディスプレイの電子放出源として適用する
ことが考えられている。このためには、上記電子を面状
にかつ高密度に放出できることが好ましい。
Further, it is considered that the field electron emission device is applied as an electron emission source of an electron beam drawing apparatus or a flat display. For this purpose, it is preferable that the above-mentioned electrons can be emitted in a plane and at a high density.

【0008】上記スピント型や平面型においては、上記
エミッタ電極を角錐や円錐形としたり(スピント型)、
楔型とする(平面型)ことで、その先端部を尖鋭化し、
電子放出効率の向上を図っている。しかし、このエミッ
タ電極の先端部の形状精度はマスクパタ−ンニングを行
うステッパ等の解像度に依存するため、尖鋭化および高
密度化には一定の限界がある。
In the Spindt type or the planar type, the emitter electrode is formed into a pyramid or a cone (Spindt type),
By making it wedge-shaped (flat type), the tip is sharpened,
The electron emission efficiency is improved. However, since the shape accuracy of the tip of the emitter electrode depends on the resolution of a stepper or the like for mask patterning, there is a certain limit to sharpening and increasing the density.

【0009】一方、上記MIM型の電子放出素子につい
ては、上述した尖鋭化を行う必要がない。また、上述し
たスピント型では上記エミッタ電極を高密度に形成しな
ければ電子を面状に放出することができなかったが、こ
のMIM型ではこのような形成密度に関係なく電子(電
子ビ−ム)を面状に放出することができる利点がある。
また、エミッタ電極の尖鋭化を行わなくても良いのでそ
の作成が非常に容易で歩留まりが高い。
On the other hand, it is not necessary to sharpen the above-mentioned MIM type electron-emitting device. Further, in the Spindt type described above, electrons could not be emitted in a plane unless the emitter electrode was formed in a high density, but in the MIM type, electrons (electron beam) were irrespective of such formation density. ) Can be discharged in a plane.
In addition, since it is not necessary to sharpen the emitter electrode, its production is very easy and the yield is high.

【0010】しかし、このMIM型の電界電子放出素子
の電子放出効率を向上させるには、上記絶縁膜の厚さを
できるだけ薄くしてエミッタ電極の表面と導電膜との距
離(ギャップ)を小さくする必要がある。
However, in order to improve the electron emission efficiency of this MIM type field emission device, the insulating film is made as thin as possible to reduce the distance (gap) between the surface of the emitter electrode and the conductive film. There is a need.

【0011】この絶縁膜の厚さを薄くできないときに
は、電子放出効率が低くなってしまうため、上記導電膜
と上記エミッタ電極との間に高い電位差を生じさせなけ
ればならず、動作電圧が高くなってしまう。
If the thickness of this insulating film cannot be reduced, the electron emission efficiency will be low, so that a high potential difference must be generated between the conductive film and the emitter electrode, and the operating voltage becomes high. Will end up.

【0012】このような不都合を避けるには、上記絶縁
膜を例えば100オングストロム以下にしなければなら
ないが、この絶縁膜には格子欠陥の一つも許されないた
め、その形成は非常に困難であるということがある。
In order to avoid such an inconvenience, the insulating film must be, for example, 100 angstroms or less. However, since this insulating film does not allow even one lattice defect, its formation is very difficult. Sometimes.

【0013】この発明は、このような事情に鑑みて成さ
れたもので、MIM型の利点を十分に生かせ、かつ電子
放出効率が高くて動作電圧を低くできる電界電子放出素
子を提供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a field electron emission device which can fully utilize the advantages of the MIM type and have a high electron emission efficiency and a low operating voltage. It is intended.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】第1の手段は、電界が与
えられることで量子力学的トンネリング現象に基づき電
子を放出するエミッタ電極と、このエミッタ電極に積層
された絶縁膜と、この絶縁膜に積層され上記エミッタ電
極に電界を与える電子引出電極とを備えた電界電子放出
素子において、上記エミッタ電極は導電体の表面に成膜
された複数の柱状結晶からなる柱状結晶集合体であり、
上記柱状結晶集合体の各柱状結晶は、先端部を尖鋭化さ
れ、この先端部から電子を放出するものであり、上記絶
縁膜は、上記各柱状結晶の尖鋭化された先端部の表面に
略均一の厚さで形成され、上記電子引出電極は、この絶
縁膜の表面に略均一の厚さで被着された導電性の膜であ
ことを特徴とする電界電子放出素子である。
A first means is to use an emitter electrode that emits electrons based on a quantum mechanical tunneling phenomenon when an electric field is applied, an insulating film laminated on this emitter electrode, and this insulating film. in field electron emission device and an electron extraction electrode applying an electric field to said emitter electrode is laminated on, the emitter electrode Ri columnar crystal aggregate der comprising a plurality of columnar crystals formed on a surface of the conductor,
Each columnar crystal of the columnar crystal aggregate has a sharpened tip.
The electrons are emitted from this tip, and
The edge film is on the surface of the sharpened tip of each columnar crystal.
The electron extraction electrode is formed to have a substantially uniform thickness.
A conductive film that is applied to the surface of the edge film with a substantially uniform thickness.
Is a field emission element characterized by that.

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】第2の手段は、第1の手段の電界電子放出
素子において、上記柱状結晶集合体は、導電体の表面に
CVD(Chemical vapor deposition)の手段により成膜
されたものであることを特徴とする電界電子放出素子で
ある。
A second means is that in the field electron emission device according to the first means, the columnar crystal aggregate is formed on the surface of a conductor by means of CVD (Chemical vapor deposition). It is a characteristic field electron emission device.

【0018】第3の手段は、第2の手段の電界電子放出
素子において、上記柱状結晶はβ−タングステン(W)
を含むことを特徴とする電界電子放出素子である。第4
の手段は、第1の手段電界電子放出素子において、上記
導電体の表面には、絶縁層が設けられ、この絶縁層に
は、上記導電体の表面を露出させる貫通孔が設けられ、
上記柱状結晶集合体は、この貫通孔内に露出する導電体
の表面に成膜されていることを特徴とする電界電子放出
素子である。
A third means is the field electron emission device according to the second means, wherein the columnar crystals are β-tungsten (W).
It is a field electron emission device characterized by including. Fourth
In the field electron emission device according to the first means, an insulating layer is provided on the surface of the conductor, and a through hole exposing the surface of the conductor is provided in the insulating layer.
The columnar crystal aggregate is a field electron emission device characterized in that it is formed on the surface of the conductor exposed in the through hole.

【0019】第5の手段は、第1の手段の電界電子放出
素子において、上記エミッタ電極から放出された電子を
受けるアノード電極を有することを特徴とする電界電子
放出素子である。
A fifth means is the field electron emission device according to the first means, which has an anode electrode for receiving the electrons emitted from the emitter electrode.

【0020】第6の手段は、第5の手段の電界電子放出
素子において、上記アノード電極は、透明導電膜を有
し、この透明導電膜の上記電子引出電極側の面には上記
エミッタ電極から放出された電子を受けることで発光す
る蛍光体が設けられていることを特徴とする電界電子放
出素子である。
A sixth means is the field electron emission device according to the fifth means, wherein the anode electrode has a transparent conductive film, and the surface of the transparent conductive film on the electron extraction electrode side is covered with the emitter electrode. It is a field electron emission device characterized in that a phosphor that emits light upon receiving emitted electrons is provided.

【0021】第7の手段は、第1、第4、あるいは第5
の手段の電界電子放出素子を集積してなることを特徴と
する電放出源である。第8の手段は、第1あるいは第
の手段の電界電子放出素子を基板上にマトリックス状
に配設してなる電子放出源と、この電子放出源に対向配
置され、上記電子放出源から放出された電子を受けるこ
とで発光表示を行う表示部とを有することを特徴とする
平面ディスプレイ装置である。
The seventh means is the first, fourth or fifth means.
Is the electron-emitting source characterized by comprising by integrating field emission device means. The eighth means is the first or the first
4 means for emitting a field electron emission device arranged in a matrix on a substrate, and an electron emission source which is arranged so as to face the electron emission source and receives electrons emitted from the electron emission source. A flat display device having a display unit for performing the operation.

【0022】第9の手段は、第8の手段の平面ディスプ
レイ装置において、上記表示部は、透明板部材と、この
透明板部材の上記電子放出源側に対向する面に設けられ
た透明導電膜と、この透明導電膜に設けられた蛍光体
と、を有することを特徴とする平面ディスプレイ装置で
ある。
A ninth means is the flat display device according to the eighth means, wherein the display section is a transparent plate member and a transparent conductive film provided on a surface of the transparent plate member facing the electron emission source side. And a phosphor provided on the transparent conductive film.

【0023】第10の手段は、第9の手段の平面ディス
プレイ装置において、上記電子放出源は、導電体を複数
の帯状に分割し、電子引出電極を上記導電体と直交する
複数の帯状に分割し、上記帯状の導電体、帯状の電子引
出電極のいずれか一方をアドレスライン、他方をデータ
ラインとすることで、その交わる箇所に設けられたエミ
ッタ電極から電子を放出させることを特徴とする平面デ
ィスプレイ装置である。
A tenth means is the flat display device according to the ninth means, wherein the electron emission source divides the conductor into a plurality of strips and divides the electron extraction electrode into a plurality of strips orthogonal to the conductor. However, by using one of the strip-shaped conductor and the strip-shaped electron extraction electrode as an address line and the other as a data line, electrons are emitted from an emitter electrode provided at the intersection thereof. It is a display device.

【0024】第11の手段は、第9の手段の平面ディス
プレイ装置において、上記透明導電膜を複数の帯状に分
割し、各帯状の透明導電膜に印加する電圧を制御するこ
とで発光範囲を制御することを特徴とする平面ディスプ
レイ装置である。
According to an eleventh means, in the flat display device according to the ninth means, the transparent conductive film is divided into a plurality of strips, and the voltage applied to each transparent conductive film is controlled to control the light emission range. It is a flat display device characterized by:

【0025】第12の手段は、電界が与えられることで
量子力学トンネリング効果に基づき電子を放出するエミ
ッタ電極と、このエミッタ電極に積層された絶縁膜と、
この絶縁膜に積層され上記エミッタ電極に電界を与える
電子引出電極とを備えた電界電子放出素子の製造方法に
おいて、導電体上に柱状結晶集合体を成膜し、先端部が
針状に尖鋭化された柱状結晶からなるエミッタ電極を形
成する工程と、上記各柱状結晶の尖鋭化された先端部の
表面に絶縁膜をほぼ均一の厚さに形成する工程と、上記
絶縁膜の表面に略均一の厚さで被着された導電性の膜を
形成し、電子引出電極を形成する工程とを有することを
特徴とする電界電子放出素子の製造方法である。
A twelfth means is an emitter electrode which emits electrons based on a quantum mechanical tunneling effect when an electric field is applied, an insulating film laminated on the emitter electrode,
In a method of manufacturing a field electron emission device including an electron extraction electrode which is laminated on this insulating film and applies an electric field to the emitter electrode, a columnar crystal aggregate is formed on a conductor and a tip is sharpened into a needle shape. forming an emitter electrode made of are columnar crystals, the sharpened tip of each columnar crystal
The method includes a step of forming an insulating film with a substantially uniform thickness on the surface, and a step of forming a conductive film deposited on the surface of the insulating film with a substantially uniform thickness to form an electron extraction electrode. This is a method of manufacturing a field electron emission device.

【0026】第13の手段は、電界が与えられることで
量子力学トンネリング効果に基づき電子を放出するエミ
ッタ電極と、このエミッタ電極に積層された絶縁膜と、
この絶縁膜に積層され上記エミッタ電極に電界を与える
電子引出電極とを備えた電界電子放出素子の製造方法に
おいて、導電体の表面に絶縁層を形成する工程と、この
絶縁層の所定の部位を除去し、上記導電体の表面を露出
させる貫通孔を形成する工程と、上記貫通孔内に露出し
た導電体の表面に柱状結晶集合体を成膜し、先端部が針
状に尖鋭化された柱状結晶からなるエミッタ電極を形成
する工程と、上記各柱状結晶の尖鋭化された先端部の表
面に絶縁膜をほぼ均一の厚さに形成する工程と、上記絶
縁膜の表面に導電性の膜を略均一の厚さで被着形成し、
電子引出電極を形成する工程とを有することを特徴とす
る電界電子放出素子の製造方法である。
A thirteenth means is an emitter electrode which emits electrons based on the quantum mechanical tunneling effect when an electric field is applied, and an insulating film laminated on the emitter electrode.
In a method of manufacturing a field electron emission device including an electron extraction electrode which is laminated on the insulating film and applies an electric field to the emitter electrode, a step of forming an insulating layer on a surface of a conductor and a predetermined portion of the insulating layer are formed. A step of removing and forming a through hole exposing the surface of the conductor, and forming a columnar crystal aggregate on the surface of the conductor exposed in the through hole, and the tip was sharpened into a needle shape. The step of forming an emitter electrode made of columnar crystals, and the surface of the sharpened tip of each columnar crystal described above.
A step of forming an insulating film with a substantially uniform thickness on the surface, and depositing a conductive film with a substantially uniform thickness on the surface of the insulating film,
And a step of forming an electron extraction electrode.

【0027】第14の手段は、第12あるいは第13
電界電子放出素子の製造方法において、エミッタ電極を
形成する工程は、上記導電体を含む部材を反応チャンバ
内に収容して120℃〜500℃に保ち、チャンバ内に
WF6 とSiH4 の2種類の反応ガスを導入し反応さ
せ、上記導電体の表面にβ−Wを含む柱状結晶集合体を
成膜することを特徴とする電界電子放出素子の製造方法
である。
A fourteenth means is the method of manufacturing a twelfth or thirteenth field electron emission device, wherein in the step of forming the emitter electrode, the member containing the conductor is housed in a reaction chamber and the temperature is 120 ° C. to 500 ° C. The electric field electron is characterized in that the columnar crystal aggregate containing β-W is deposited on the surface of the conductor by keeping two degrees centigrade and introducing two kinds of reaction gases of WF 6 and SiH 4 into the chamber to react them. It is a method of manufacturing an emission element.

【0028】第15の手段は、第14の電界電子放出素
子の製造方法において、上記柱状結晶集合体の表面に絶
縁膜を形成する工程は、反応チャンバ内に酸素ガスを導
入し、上記柱状結晶集合体の表面に絶縁性の金属酸化膜
を形成するものであることを特徴とする電界電子放出素
子の製造方法である。
A fifteenth means is the method of manufacturing a field electron emission device according to the fourteenth aspect , wherein in the step of forming an insulating film on the surface of the columnar crystal aggregate, oxygen gas is introduced into the reaction chamber to form the columnar crystal. A method of manufacturing a field electron emission device, characterized in that an insulating metal oxide film is formed on the surface of the assembly.

【0029】[0029]

【作用】第1の手段によれば、MIM(金属−絶縁−金
属)型の電界電子放出素子において、エミッタ電極を、
尖鋭化された先端部から電子を放出できる柱状結晶が高
密度に設けられてなる柱状結晶集合体として形成するこ
とができる。したがって、エミッタ電極に対する電界集
中度が向上し、電子放出効率が良くなる
According to the first means , in the MIM (metal-insulation-metal) type field electron emission device, the emitter electrode is
It is possible to form a columnar crystal aggregate in which columnar crystals capable of emitting electrons from the sharpened tip are provided at a high density. Therefore, the electric field concentration on the emitter electrode is improved and the electron emission efficiency is improved.

【0030】また、電子引出電極を上記柱状結晶の尖鋭
化された先端部の形状に沿って形成することで、さら
に、電界集中度を向上させることができる。
Further, the electron extracting electrode by forming along the shape of the sharpened tip of the columnar crystal can further enhance the electric field concentration degree.

【0031】第2、第3の手段のように、上記先端部が
尖鋭化された柱状結晶の集合体は、一定の条件の下、C
VD法やスパッタ法を用いてβーW(β態のタングステ
ン)を含む柱状結晶を成長させることで形成できる。
As in the second and third means, the aggregate of columnar crystals having the sharpened tip is C under certain conditions.
It can be formed by growing a columnar crystal containing β-W (β-tungsten) using a VD method or a sputtering method.

【0032】第4の手段によれば、導電体上に貫通孔を
有する絶縁層を設けることで、エミッタ電極を設ける範
囲を区画することができる。この貫通孔は、円形や正方
形等任意の形状とすることができる。
According to the fourth means, the range in which the emitter electrode is provided can be defined by providing the insulating layer having the through holes on the conductor. This through hole can have any shape such as a circle or a square.

【0033】第5の手段によれば、柱状結晶集合体によ
り構成されたエミッタ電極を有する3極管を得ることが
できる。また、第6の手段によれば、3極管のアノード
電極に蛍光体を設けることで、放出された電子により蛍
光体を発光させることができる。この際、電子放出効率
が高いので、低い電力で高い輝度を得ることができる。
According to the fifth means, a triode having an emitter electrode composed of a columnar crystal aggregate can be obtained. According to the sixth means, by providing the phosphor on the anode electrode of the triode, the phosphor can be made to emit light by the emitted electrons. At this time, since the electron emission efficiency is high, high brightness can be obtained with low power.

【0034】第7の手段によれば、柱状結晶集合体をエ
ミッタ電極とするMIM型あるいはSIM型の電界電子
放出素子を集積化した電子放出源を得られ、電子は、上
記絶縁層に設けられた貫通孔内に設けられたエミッタ電
極から放出されることとなる。
According to the seventh means, it is possible to obtain an electron emission source in which MIM type or SIM type field electron emission devices having columnar crystal aggregates as emitter electrodes are integrated, and electrons are provided in the insulating layer. It is emitted from the emitter electrode provided in the through hole.

【0035】このような形状によれば、上記貫通孔内の
みにCVDで選択的にエミッタ電極を形成することがで
きるので、製造が非常に容易である。第8〜第11の手
段によれば、柱状結晶集合体により構成されたエミッタ
電極を有するMIM型の電放出源を平面ディスプレイ
に適用することが可能であり、この場合、より低い電圧
で必要な表示を行わせることができる。
With such a shape, the emitter electrode can be selectively formed only by CVD in the through hole, and therefore the manufacturing is very easy. According to eighth to eleventh means, it is possible to apply the MIM type electron emission source having an emitter electrode composed of a columnar crystal aggregate flat display, in this case, it requires a lower voltage Can be displayed.

【0036】第12の手段によれば、成膜技術のみで、
基板上に柱状結晶からなる結晶集合体を設け、先端部が
尖鋭化されたエミッタ電極を形成できるから、電子放出
効率の高いMIM型の電子放出素子の製造を容易に行え
る。
According to the twelfth means, only the film forming technique is used.
Since a crystal aggregate composed of columnar crystals can be provided on the substrate to form an emitter electrode having a sharpened tip, a MIM type electron-emitting device having a high electron emission efficiency can be easily manufactured.

【0037】第13の手段によれば、導電体上にまず貫
通孔を有する絶縁層を設けることで、この貫通孔内のみ
に上記エミッタ電極を選択的に成膜することができる。
したがって、導電体上の複数箇所にエミッタ電極を作成
する場合、エミッタ電極の配置が非常に容易になる。
According to the thirteenth means, by first providing the insulating layer having the through hole on the conductor, the emitter electrode can be selectively formed only in the through hole.
Therefore, when the emitter electrodes are formed at a plurality of locations on the conductor, the emitter electrodes can be arranged very easily.

【0038】なお、柱状結晶集合体は、第14の手段に
示す条件の下で容易に形成することができ、この方法の
下では、上記貫通孔以外の場所に上記柱状結晶集合体が
成膜されることはない。さらに、第15の手段を用いる
ことで、柱状結晶集合体の表面に薄くかつ均一な厚さの
絶縁膜を容易に形成することができる。
The columnar crystal aggregate can be easily formed under the conditions shown in the fourteenth means. Under this method, the columnar crystal aggregate is formed in a place other than the through hole. It will not be done. Furthermore, by using the fifteenth means, it is possible to easily form a thin and uniform insulating film on the surface of the columnar crystal aggregate.

【0039】[0039]

【実施例】以下、この本発明の実施例を図1〜図10に
基づいて説明する。まず、この発明の第1の実施例を図
1〜図5を参照して説明する。図1および図2は、この
発明の第1の実施例を示す電界電子放出素子1の概略構
成図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 are schematic configuration diagrams of a field electron emission device 1 showing a first embodiment of the present invention.

【0040】図中2で示すのは導電性の基板(導電体)
であり、この基板2上には上端部が針状に尖鋭化された
多数の微細柱状結晶3からなる柱状結晶集合体4が成膜
されている。また、この柱状結晶集合体4の周囲の基板
2上には絶縁層5が形成されている。そして、この柱状
結晶集合体4および絶縁層5の上には、絶縁膜6および
導電膜7がこの順に積層されている。
Reference numeral 2 in the figure indicates a conductive substrate (conductor).
On this substrate 2, a columnar crystal aggregate 4 composed of a large number of fine columnar crystals 3 whose upper end is sharpened in a needle shape is formed. An insulating layer 5 is formed on the substrate 2 around the columnar crystal aggregate 4. An insulating film 6 and a conductive film 7 are stacked in this order on the columnar crystal aggregate 4 and the insulating layer 5.

【0041】上記基板2の材質としては、金属や半導体
であるSi(シリコンウエハ)が採用される。柱状結晶
集合体4は、例えば、後述するようにCVD(Chemical
Vapor Deposition )により成膜されたタングステン結
晶の集合体であり、このCVDを所定の条件の下で行う
ことで、上端部が尖鋭化されてなる上記柱状結晶3を基
板2の表面に対して垂直に成長させたものである。この
ような柱状結晶3は例えばβ−W(β態のタングステ
ン)を含む。
As the material of the substrate 2, Si (silicon wafer) which is metal or semiconductor is adopted. The columnar crystal aggregate 4 is formed, for example, by a CVD (Chemical
Vapor Deposition) is an aggregate of tungsten crystals, and by performing this CVD under predetermined conditions, the columnar crystals 3 having sharpened upper ends are perpendicular to the surface of the substrate 2. It has been grown to. Such columnar crystals 3 include, for example, β-W (β-state tungsten).

【0042】また、上記絶縁層5としては例えばSiO
2 、絶縁膜6の材質としては、例えばタングステンの熱
酸化膜、また、上記導電膜7としては一般の導電性を有
する金属、例えばCuやAl等を採用することができ
る。
The insulating layer 5 is made of, for example, SiO.
2. As the material of the insulating film 6, for example, a thermal oxide film of tungsten can be used, and for the conductive film 7, a metal having general conductivity, such as Cu or Al, can be used.

【0043】次に、この電界電子放出素子1の動作につ
いて説明する。上記柱状結晶集合体4は導電性を有し、
上記基板2と導通している。したがって、例えば、上記
基板2に負の電圧を与え、上記導電膜7に正の電圧を与
えることによって上記柱状結晶集合体4と上記導電膜7
との間に電位差を生じさせると、上記導電膜7から、上
記絶縁膜6の膜厚によって確保されるギャップを介して
上記柱状結晶集合体4に電界が印加される。
Next, the operation of this field electron emission device 1 will be described. The columnar crystal aggregate 4 has conductivity,
It is electrically connected to the substrate 2. Therefore, for example, by applying a negative voltage to the substrate 2 and a positive voltage to the conductive film 7, the columnar crystal aggregates 4 and the conductive film 7 are provided.
When a potential difference is generated between the columnar crystal aggregates 4 and the conductive film 7, an electric field is applied from the conductive film 7 to the columnar crystal aggregate 4 through a gap secured by the thickness of the insulating film 6.

【0044】印加された電界は各柱状結晶3の針状の上
端部に集中する。このことで、量子力学的トンネリング
現象に基づき、各柱状結晶3の上端部から絶縁膜6中に
電子(e- )が引き出される。つまり、各柱状結晶3
(柱状結晶集合体4)がエミッタ電極として作用し、上
記導電膜7が電子引出電極として作用することとなる。
The applied electric field concentrates on the needle-shaped upper end of each columnar crystal 3. As a result, electrons (e ) are extracted from the upper end of each columnar crystal 3 into the insulating film 6 based on the quantum mechanical tunneling phenomenon. That is, each columnar crystal 3
The (columnar crystal aggregate 4) acts as an emitter electrode, and the conductive film 7 acts as an electron extraction electrode.

【0045】引き出された電子(−e)は、図1に示す
ように、薄い絶縁膜6および導電膜7を透過してこの電
界電子放出素子1の上方の真空中に放出される。このと
き、この電界電子放出素子1の対向位置に電圧を印加し
たアノ−ド電極(図示しない)を配置しておけば、放出
された電子は、このアノ−ド電極に引き寄せられること
となる。
The extracted electrons (-e) pass through the thin insulating film 6 and the conductive film 7 and are emitted into the vacuum above the field electron emission device 1, as shown in FIG. At this time, if an anode electrode (not shown) to which a voltage is applied is arranged at a position facing the field electron emission device 1, the emitted electrons will be attracted to this anode electrode.

【0046】なお、この電界電子放出素子1は、金属
(タングステン:柱状結晶集合体4)− 絶縁体6(タ
ングステンの酸化膜) −金属(導電膜7)の積層構造
をなすいわゆるMIM型(Metal-Insulater-Metal )の
電子放出素子である。また、高密度に密集した多数の微
細な柱状結晶3から電子が放出されるので、面状電子ビ
−ム放出源として機能することとなる。
The field electron emission device 1 is a so-called MIM type (Metal type) having a laminated structure of metal (tungsten: columnar crystal aggregate 4) -insulator 6 (tungsten oxide film) -metal (conductive film 7). -Insulater-Metal) electron-emitting device. Also, since electrons are emitted from a large number of fine columnar crystals 3 densely packed, they function as a planar electron beam emission source.

【0047】つぎに、この電子放出素子1の製造方法を
図3を参照して説明する。まず、図3(a)に示すよう
に、上記基板2上に絶縁層5を形成する。この絶縁層5
は例えば熱酸化やスパッタ、CVDなどで形成する。つ
いで、この絶縁層5上にレジスト9を塗布し、パタ−ン
ニングを行う。このレジスト9のパタ−ンは、上記柱状
結晶集合体4を形成する領域に合わせて例えば円形や正
方形等、任意の形状にすることができる。ついで、この
レジスト9をマスクとしてRIE等の異方性エッチング
を施すと、図3(b)に示すように、上記絶縁層5に貫
通孔10が形成される。
Next, a method of manufacturing the electron-emitting device 1 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 3A, the insulating layer 5 is formed on the substrate 2. This insulating layer 5
Is formed by, for example, thermal oxidation, sputtering, CVD, or the like. Then, a resist 9 is applied on the insulating layer 5 and patterned. The pattern of the resist 9 can be formed in any shape such as a circle or a square according to the area where the columnar crystal aggregate 4 is formed. Then, anisotropic etching such as RIE is performed by using the resist 9 as a mask to form a through hole 10 in the insulating layer 5 as shown in FIG. 3B.

【0048】次に、上記レジスト9を洗浄除去した後、
図3(c)に示すように、この貫通孔10内に露出した
上記基板2の表面に前記柱状結晶集合体4を成膜する。
この成膜は、前述したように、例えばCVDを用いて行
う。
Next, after the resist 9 is removed by washing,
As shown in FIG. 3C, the columnar crystal aggregate 4 is formed on the surface of the substrate 2 exposed in the through hole 10.
This film formation is performed by using, for example, CVD as described above.

【0049】すなわち、図示しない減圧チャンバ内に上
記基板2を保持し、この減圧チャンバ内の環境温度(基
板周辺温度)を120℃〜500℃、好ましくは約32
0℃に設定する。
That is, the substrate 2 is held in a decompression chamber (not shown), and the environmental temperature (substrate peripheral temperature) in the decompression chamber is 120 ° C. to 500 ° C., preferably about 32 ° C.
Set to 0 ° C.

【0050】ついで、このチャンバ内にWF6 (tungst
en hexafluoride )とSiH4 (silane)の2種類の反
応ガスを導入し反応させる。この2種類の反応ガスの流
量比は1:1に制御される。
Then, WF 6 (tungst
en hexafluoride) and SiH 4 (silane) are introduced and reacted. The flow ratio of these two kinds of reaction gases is controlled to 1: 1.

【0051】このことで、上記基板2の表面にはタング
ステン(W)が成膜されていく。なお、上記絶縁膜5上
には自由電子が存在しないので、成膜は成されない。し
たがって、上記貫通孔10内のみに選択的に上記柱状結
晶集合体4を形成することができる。
As a result, tungsten (W) is deposited on the surface of the substrate 2. Since there are no free electrons on the insulating film 5, no film is formed. Therefore, the columnar crystal aggregates 4 can be selectively formed only in the through holes 10.

【0052】上述した環境の下で成長するタングステン
の各結晶は、β−W(β態のタングステン)を含み、上
記基板2の表面から略垂直な柱状(柱状結晶3)に成長
していくことが確かめられている。そして、各柱状結晶
3の上端部は針状に尖る。
Each tungsten crystal grown under the above-mentioned environment contains β-W (β-state tungsten), and grows into a substantially vertical column (columnar crystal 3) from the surface of the substrate 2. Has been confirmed. The upper end of each columnar crystal 3 is sharpened like a needle.

【0053】また、上記柱状結晶3の形成密度は、成膜
条件の設定次第で設定可能であるが、この実施例の条件
の下では、形成ピッチ0.1μm〜0.5μmと非常に
緻密に形成することができる。
Further, the formation density of the columnar crystals 3 can be set depending on the setting of the film forming conditions, but under the conditions of this embodiment, the formation pitch is very fine with a forming pitch of 0.1 μm to 0.5 μm. Can be formed.

【0054】さらに、上記柱状結晶集合体4の高さは、
上記CVDの時間を調節することで設定可能である。こ
の実施例では、上記絶縁層5の上端面より若干突出する
程度の高さに設定する。
Further, the height of the columnar crystal aggregate 4 is
It can be set by adjusting the CVD time. In this embodiment, the height is set so as to slightly project from the upper end surface of the insulating layer 5.

【0055】このようにして上記柱状結晶集合体4が形
成されたならば、次に、上記チャンバ内を例えば300
〜400℃の範囲内の任意の温度環境に保ち、微量の酸
素(真空度:数mTorr)を導入する。このことで、
同図(d)に示すように、上記柱状結晶集合体4の表面
には厚さ100オングストロ−ム以下の薄いタングステ
ン酸化膜からなる絶縁膜6が形成される。
After the columnar crystal aggregate 4 is formed in this way, next, inside the chamber, for example, 300
Maintaining an arbitrary temperature environment within a range of up to 400 ° C, a small amount of oxygen (vacuum degree: several mTorr) is introduced. With this,
As shown in FIG. 3D, an insulating film 6 made of a thin tungsten oxide film having a thickness of 100 Å or less is formed on the surface of the columnar crystal aggregate 4.

【0056】この絶縁膜6は、各柱状結晶3の尖鋭化さ
れた上端部の表面に略均一な厚さで被着される。したが
ってこの絶縁膜6は、柱状結晶3の上端部の形状に合わ
せて凹凸状に形成される。
This insulating film 6 is deposited on the surface of the sharpened upper end of each columnar crystal 3 with a substantially uniform thickness. Therefore, the insulating film 6 is formed in a concavo-convex shape according to the shape of the upper end of the columnar crystal 3.

【0057】次に、最終工程として、例えばスパッタリ
ングで、上記絶縁層5および絶縁膜6の表面に薄い導電
膜7を被着する。このことで、同図(e)に示す電界電
子放出素子1が完成する。
Next, as a final step, a thin conductive film 7 is deposited on the surfaces of the insulating layers 5 and 6 by, for example, sputtering. This completes the field electron emission device 1 shown in FIG.

【0058】なお、図4は、上記柱状結晶3の上端部付
近を拡大して示す図である。上記柱状結晶3の上端部
は、CVDで形成された時点で図4(a)に示すように
すでに尖っており、上記絶縁膜6と導電膜7は同図
(b)に示すようにこの尖った部分の形状に合わせて被
着される。
Incidentally, FIG. 4 is an enlarged view showing the vicinity of the upper end of the columnar crystal 3. The upper end of the columnar crystal 3 is already sharp as shown in FIG. 4A when it is formed by CVD, and the insulating film 6 and the conductive film 7 are sharp as shown in FIG. It is applied according to the shape of the open part.

【0059】そして、この絶縁膜6と導電膜7の形成を
終え、上記電界電子放出素子1を常温に戻した後は、残
留応力の影響で同図(c)に示すように上記柱状結晶3
の上端部の側面は内側に凹むように変形し、最上端部の
尖鋭度がより高くなることが確かめられている。
After the formation of the insulating film 6 and the conductive film 7 is completed and the temperature of the field electron emission device 1 is returned to room temperature, the columnar crystals 3 as shown in FIG.
It has been confirmed that the side surface of the upper end of the is deformed so as to be recessed inward, and the sharpness of the uppermost end becomes higher.

【0060】以上述べた電界電子放出素子1によれば、
従来のMIM型の電界電子放出素子と比較して以下に説
明する効果を得ることができる。すなわち、従来のMI
M型の電界電子放出素子は、エミッタ電極として表面が
略平坦に形成された導電体を用い、この導電体の表面に
絶縁膜および導電膜(電子引出電極)を積層することで
形成されていた。
According to the field electron emission device 1 described above,
The effects described below can be obtained as compared with the conventional MIM type field electron emission device. That is, conventional MI
The M-type field electron emission device is formed by using a conductor having a substantially flat surface as an emitter electrode, and laminating an insulating film and a conductive film (electron extraction electrode) on the surface of the conductor. .

【0061】そして、上記導電膜とエミッタ電極との間
に電位差を生じさせ、エミッタ電極に対して、上記導電
膜から上記絶縁膜により区画されるギャップを介して電
圧を印加することで、量子力学的トンネリング現象によ
りこのエミッタ電極から電子を引き出していた。このこ
とで、従来のMIM型電界電子放出素子は面状電子ビ−
ム放出源として機能していた。
Then, a potential difference is generated between the conductive film and the emitter electrode, and a voltage is applied to the emitter electrode through the gap defined by the insulating film from the conductive film, whereby the quantum mechanical Electrons were extracted from this emitter electrode by the dynamic tunneling phenomenon. As a result, the conventional MIM-type field emission device has a planar electron beam.
It was functioning as a source.

【0062】ところで、電界電子放出素子においては、
電子放出効率(エミッション電流の密度)は、エミッタ
電極と電子引き出し電極(導電膜)との距離や、上記エ
ミッタ電極への電界集中度(尖鋭度)等の幾何学的な量
に依存して決まり、エミッタ電極と電子引出電極の距離
が小さい程、また、上記エミッタ電極の尖鋭度が高い程
大きくなる。
By the way, in the field electron emission device,
The electron emission efficiency (emission current density) is determined by the distance between the emitter electrode and the electron extraction electrode (conductive film), and the geometrical amount such as the electric field concentration (sharpness) on the emitter electrode. , The smaller the distance between the emitter electrode and the electron extraction electrode, and the higher the sharpness of the emitter electrode, the larger.

【0063】上述した従来のMIM型では、面状電子ビ
−ム放出源として機能させるためにエミッタ電極の表面
が略平坦に形成されているので、その電子放出効率は、
上記絶縁膜の厚さによって決まる。このため、上記絶縁
膜をできるだけ薄くする必要があった。しかし、この絶
縁膜には格子欠陥の1つも許されないので、その薄膜化
は非常に困難であった。
In the above-mentioned conventional MIM type, since the surface of the emitter electrode is formed to be substantially flat in order to function as a planar electron beam emission source, its electron emission efficiency is
It depends on the thickness of the insulating film. Therefore, it is necessary to make the insulating film as thin as possible. However, since no single lattice defect is allowed in this insulating film, it is very difficult to make it thin.

【0064】これに対して、この発明では、CVD等の
成膜技術により先端が微細に尖鋭化された柱状結晶3の
集合体4が得られることに着目し、これをMIM型電界
電子放出素子のエミッタ電極として採用するようにし
た。このことで、以下の効果を得ることができる。
On the other hand, in the present invention, attention is paid to the fact that an aggregate 4 of columnar crystals 3 having finely sharpened tips is obtained by a film forming technique such as CVD, and this is used as a MIM type field electron emission device. Was adopted as the emitter electrode of. As a result, the following effects can be obtained.

【0065】第1に、電界集中度が向上するので、絶縁
膜をそれ程薄くしなくとも電子放出効率を向上させるこ
とができる。すなわち、従来のMIM型では、上記エミ
ッタ電極の表面が略平坦であるので電界集中の効果を得
ることができなかったが、この発明では、エミッタ電極
を微細でかつ上端部が針状に尖鋭化されてなる柱状結晶
3の集合体4とすることができるので、各柱状結晶3の
先端部に電界を集中させることができる。
First, since the electric field concentration is improved, the electron emission efficiency can be improved without making the insulating film so thin. That is, in the conventional MIM type, the effect of electric field concentration cannot be obtained because the surface of the emitter electrode is substantially flat, but in the present invention, the emitter electrode is fine and the upper end is sharpened like a needle. Since the aggregate 4 of the columnar crystals 3 formed as described above can be formed, the electric field can be concentrated at the tips of the columnar crystals 3.

【0066】また、上記電子引出電極となる導電膜7
は、上記各柱状結晶3の尖鋭化された上端部に沿うよう
に形成されるのでさらに電界の集中度が高まる。この理
由を図5を参照して説明する。
In addition, the conductive film 7 which becomes the above-mentioned electron extraction electrode.
Is formed along the sharpened upper end of each columnar crystal 3, so that the concentration of the electric field is further increased. The reason for this will be described with reference to FIG.

【0067】すなわち、上記導電膜7の形状を図5
(a)〜(c)に示すように3種類に変化させて電界集
中度を比較する。各々の形状について等電位分布を考え
ると、図に示す等電位線のようになる。電界集中係数
は、上端部付近でこの等電位線が急峻な程大きくなる。
That is, the shape of the conductive film 7 is shown in FIG.
As shown in (a) to (c), the electric field concentration is compared by changing to three types. Considering the equipotential distribution for each shape, the equipotential lines shown in the figure are obtained. The electric field concentration factor increases as the equipotential line becomes steeper near the upper end.

【0068】したがって、図5(c)に示すように、上
記導電膜7が柱状結晶3の先端部を覆うように形成され
ている場合(この発明)において電界集中度が最も高く
なることが分かる。
Therefore, as shown in FIG. 5C, the electric field concentration is highest when the conductive film 7 is formed so as to cover the tip of the columnar crystal 3 (the present invention). .

【0069】また、前述したように、上記絶縁膜6に生
じる残留応力の関係で、上記針状の上端部は側面がえぐ
れたような形状になり(図4(c)参照)、より尖鋭度
が増す。したがって、上記等電位線はより急峻となるの
で電界集中度が高くなる。
Further, as described above, due to the residual stress generated in the insulating film 6, the needle-like upper end portion has a shape in which the side face is carved (see FIG. 4C), and the sharpness is further improved. Will increase. Therefore, the equipotential lines are steeper and the electric field concentration is higher.

【0070】このように電界集中度を高めることができ
るので、絶縁膜6の膜厚をそれ程薄くしなくとも電子放
出効率を向上させることができる。したがって、低い動
作電圧であっても電子を放出することができる効果があ
る。
Since the electric field concentration can be increased in this way, the electron emission efficiency can be improved without making the insulating film 6 so thin. Therefore, there is an effect that electrons can be emitted even at a low operating voltage.

【0071】また、上述したβ−Wを含む柱状結晶集合
体4では、各柱状結晶3の先端部の間隔が0.1μm以
下と非常に微小である。このため、電子放出の密度が高
く、面状電子ビ−ム放出源として十分に機能する。
In the columnar crystal aggregate 4 containing β-W described above, the distance between the tip ends of the columnar crystals 3 is very small, 0.1 μm or less. For this reason, the density of electron emission is high, and it sufficiently functions as a planar electron beam emission source.

【0072】第2に、この電界電子放出素子の製造は非
常に容易である。この発明によれば、尖鋭化された微細
な柱状結晶3(エミッタ電極)を高密度に形成すること
ができ、面状電子ビ−ム放出源として作用する電界電子
放出素子を得ることができるが、その製造は非常に容易
である。
Secondly, the manufacture of this field electron emission device is very easy. According to the present invention, the sharpened fine columnar crystals 3 (emitter electrodes) can be formed at a high density, and a field electron emission device that functions as a planar electron beam emission source can be obtained. , Its manufacture is very easy.

【0073】すなわち、従来、スピント型や平面型のよ
うに尖鋭化されたエミッタ電極を有する電界電子放出素
子が存在していたが、それらは複雑な尖鋭化工程を経る
ことによって作成されていた。また、エミッタ電極の形
成密度が、パタ−ンニングの解像度の限界によって制限
され高密化することができないので、MIM型のような
面状電子放出源として用いることができないということ
があった。
That is, conventionally, there existed field electron emission devices having sharpened emitter electrodes such as Spindt type and flat type, but they were produced by undergoing a complicated sharpening process. Further, since the formation density of the emitter electrode is limited by the resolution limit of the patterning and cannot be increased in density, it cannot be used as a planar electron emission source like the MIM type.

【0074】しかし、この発明の電界電子放出素子によ
れば、成膜工程のみで、上述したように微細に尖鋭化さ
れ高密度に集積されたエミッタ電極を得ることができ
る。したがって、尖鋭化のための複雑な工程が不要であ
り、かつ高解像度の装置を用いなくとも良い。したがっ
て、容易に上述した電子放出効率の高い電界電子放出素
子1を得ることができる。
However, according to the field electron emission device of the present invention, it is possible to obtain the emitter electrode which is finely sharpened and integrated with high density as described above, only by the film forming step. Therefore, a complicated process for sharpening is unnecessary, and a high-resolution device may not be used. Therefore, it is possible to easily obtain the above-mentioned field electron emission device 1 having high electron emission efficiency.

【0075】なお、上述したようにパタ−ンニングの解
像度が要求されないので、半導体製造プロセスに用いら
れる高解像度の装置でなくとも、既存のLCD(液晶デ
ィスプレイ)の製造プロセスに用いられる比較的低解像
度の装置を使用することができる。よって、より安価な
製造設備で性能の高い電界電子放出素子を製造すること
ができる。
Since the patterning resolution is not required as described above, a relatively low resolution used in the existing LCD (liquid crystal display) manufacturing process is not required even for a high resolution device used in the semiconductor manufacturing process. Can be used. Therefore, it is possible to manufacture a high-performance field electron emission device with a cheaper manufacturing facility.

【0076】第4に、上記柱状結晶3は、CVDによ
り、自由電子が存在する物質(実施例では基板2)の上
にのみ選択的に形成することができるので、絶縁層5の
パタ−ンニングを変更するのみで、上記エミッタ電極を
基板2上の任意の領域に形成することが可能である。こ
のため、多数の電界電子放出素子を一枚の基板上にアレ
イ状に集積する場合、その製造が容易になる。
Fourthly, since the columnar crystal 3 can be selectively formed only on the substance containing free electrons (the substrate 2 in the embodiment) by CVD, the patterning of the insulating layer 5 is performed. It is possible to form the emitter electrode in an arbitrary region on the substrate 2 only by changing Therefore, when a large number of field electron emission devices are integrated in an array on a single substrate, the manufacture thereof becomes easy.

【0077】なお、この第1の実施例においては、柱状
結晶を第1の導電膜に堆積させるためにCVDが行わ
れているが、本発明はこれに限定されるものではなく、
CVDに買えて例えばスパッタリングを採用してもよ
い。
In the first embodiment, the CVD is performed to deposit the columnar crystals 3 on the first conductive film, but the present invention is not limited to this.
For example, sputtering may be adopted instead of CVD.

【0078】また、柱状結晶3としてβ−Wを含む材質
を採用しているが、柱状結晶3が得られれば材質は限定
しない。例えば、柱状結晶3の材質としてAlを採用す
ることも可能である。この場合も柱状結晶を堆積させる
ためにCVDやスパッタリングを採用できる。
Although the material containing β-W is used as the columnar crystal 3, the material is not limited as long as the columnar crystal 3 is obtained. For example, Al can be used as the material of the columnar crystals 3. Also in this case, CVD or sputtering can be adopted to deposit the columnar crystals.

【0079】さらに、この実施例では反応性ガスの流量
比を1:1に設定しているが、所望の柱状結晶を得られ
れば、反応性ガスの流量比を任意に設定してよい。ま
た、チャンバ内の環境温度も変更可能である。
Further, although the flow rate ratio of the reactive gas is set to 1: 1 in this embodiment, the flow rate ratio of the reactive gas may be arbitrarily set as long as a desired columnar crystal can be obtained. Also, the environmental temperature in the chamber can be changed.

【0080】次に、この発明の第2の実施例を図6およ
び図7を参照して説明する。なお、上記第1の実施例と
同様の構成要素については、同一の符号を付し、その詳
しい説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0081】この第2の実施例の電界電子放出素子は、
図6に示すようなもので、上記第1の実施例と異なり基
板2´上にベ−ス電極10を設けたものである。すなわ
ち、基板2´としてガラス等の絶縁材料を採用した場合
には、上記柱状結晶集合体4に対する給電を行うため
に、このようなベ−ス電極10を下地(導電体)として
設ける必要がある。
The field electron emission device of the second embodiment is
As shown in FIG. 6, unlike the first embodiment, the base electrode 10 is provided on the substrate 2 '. That is, when an insulating material such as glass is used as the substrate 2 ', it is necessary to provide such a base electrode 10 as a base (conductor) in order to supply power to the columnar crystal aggregate 4. .

【0082】このベ−ス電極10を含む電界電子放出素
子の製造方法を図7に示す。まず、図7(a)に示すよ
うに、上記基板2´(例えばガラス基板)上にベ−ス電
極10を形成する。
A method of manufacturing a field electron emission device including the base electrode 10 is shown in FIG. First, as shown in FIG. 7A, the base electrode 10 is formed on the substrate 2 '(eg, glass substrate).

【0083】このベ−ス電極10の形成は、上記基板2
´の表面に対してAlやCu等の金属をスパッタリング
等で被着した後、この金属膜をエッチングに正方形や円
形等の任意の形状に形成する。このことでベ−ス電極1
0を得ることができる。
The formation of this base electrode 10 is carried out by the above-mentioned substrate 2
After a metal such as Al or Cu is deposited on the surface of ′ by sputtering or the like, this metal film is formed into an arbitrary shape such as a square or a circle by etching. This makes the base electrode 1
You can get 0.

【0084】ついで、図7(b)〜(f)に示すように
上記第1の実施例(図3(a)〜(e))と同様の製造
工程を経ることによって図6に示した電界電子放出素子
1´を得ることができる。
Then, as shown in FIGS. 7B to 7F, the electric field shown in FIG. 6 is obtained by going through the same manufacturing process as that of the first embodiment (FIGS. 3A to 3E). The electron-emitting device 1'can be obtained.

【0085】このような構成によれば、上記ベ−ス電極
10と上記柱状結晶集合体4が導通しているので、上記
ベ−ス電極10と上記導電膜7(電子引出電極)との間
に電位差を与えることで、上記柱状結晶集合体4の各柱
状結晶3の上端部から電子を放出させることができる。
したがって上記第1の実施例と同様の効果を得ることが
できる。
According to this structure, since the base electrode 10 and the columnar crystal aggregate 4 are electrically connected to each other, the space between the base electrode 10 and the conductive film 7 (electron extraction electrode) is increased. Electrons can be emitted from the upper ends of the columnar crystals 3 of the columnar crystal aggregate 4 by applying a potential difference to the columnar crystals.
Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

【0086】以上述べた第1、第2の実施例では、1つ
の電界電子放出素子について説明したが、この電界電子
放出素子を実際に用いる場合には、シリコンウエハやガ
ラス板等の一枚の基板上に多数の電界電子放出素子を集
積して用いる。また、必要に応じてアノ−ド電極を対向
配置し、三極管として用いる。
In the first and second embodiments described above, one field electron emission device has been described. However, when this field electron emission device is actually used, one field electron emission device such as a silicon wafer or a glass plate is used. A large number of field electron emission devices are integrated and used on a substrate. If necessary, the anode electrodes are arranged opposite to each other and used as a triode.

【0087】このようなMIM型電界電子放出素子の用
途としては、種々のものが考えられるが、例えば、平面
ディスプレイ装置に適用した例を第3の実施例として次
に説明する。
There are various possible uses for such an MIM type field electron emission device. For example, an example applied to a flat display device will be described as a third embodiment.

【0088】この平面ディスプレイ装置は、図8に示す
ようなものであり、第2の実施例の電子放出素子1´を
集積してなる電子放出源13と、この電子放出源13か
ら放出された電子を受けて発光表示を行う表示部14と
からなる。
This flat display device is as shown in FIG. 8, and has an electron emission source 13 formed by integrating the electron emission elements 1 ′ of the second embodiment, and the electron emission source 13. The display unit 14 receives an electron and performs a light emission display.

【0089】この電子放出源13は、次のようにして作
成される。まず、基板2上に形成されたベ−ス電極11
を、エッチングによってx方向に隣合う多数の帯状のベ
−ス電極11aに分割する。このことでアドレスライン
が作成される。
The electron emission source 13 is manufactured as follows. First, the base electrode 11 formed on the substrate 2
Is divided into a number of strip-shaped base electrodes 11a adjacent to each other in the x direction by etching. This creates an address line.

【0090】ついで、上記基板2上に絶縁層5を被着
し、各帯状のベ−ス電極11a上に所定の間隔で前記貫
通孔10を設ける。この後、前述したCVDを施すこと
で、この貫通孔10内に露出した上記ベ−ス電極11a
上に上記柱状結晶集合体4を成膜する。
Next, the insulating layer 5 is deposited on the substrate 2, and the through holes 10 are provided at predetermined intervals on each strip-shaped base electrode 11a. Thereafter, the above-mentioned CVD is applied to expose the base electrode 11a in the through hole 10.
The columnar crystal aggregate 4 is formed thereon.

【0091】このことで、エミッタ電極として機能する
柱状結晶集合体4が基板2上にマトリックス状に配設さ
れる。なお、CVDを利用した場合、上記ベ−ス電極1
1aが露出していない箇所(貫通孔10以外の箇所)に
は上記柱状結晶集合体4は形成されない。
As a result, the columnar crystal aggregates 4 functioning as the emitter electrodes are arranged in a matrix on the substrate 2. When CVD is used, the base electrode 1 described above is used.
The columnar crystal aggregate 4 is not formed in a portion where 1a is not exposed (a portion other than the through hole 10).

【0092】次に、チャンバ内に微量の酸素を供給する
ことで、上記柱状結晶集合体4のの表面にタングステン
酸化膜からなる絶縁膜6(図8には図示しない)を形成
する。ついで、この絶縁膜6および上記絶縁層5の表面
に全体に亘って導電膜7を被着した後、この導電膜7を
エッチング等により、上記ベ−ス電極11aと直交する
多数の帯状の導電膜7aに分割する。このことで、デ−
タラインが作成される。
Next, by supplying a slight amount of oxygen into the chamber, an insulating film 6 (not shown in FIG. 8) made of a tungsten oxide film is formed on the surface of the columnar crystal aggregate 4. Next, a conductive film 7 is deposited over the surfaces of the insulating film 6 and the insulating layer 5, and then the conductive film 7 is etched or the like to form a large number of strip-shaped conductive films orthogonal to the base electrode 11a. Divide into membrane 7a. With this,
A tarline is created.

【0093】以上の工程により、多数の電界電子放出素
子1´をマトリックス状に集積してなる電子放出源13
を得ることができる。一方、上記表示部14は、透明基
板(石英ガラス等)15と、この透明基板15の上記電
子放出源側の表面に被着された透明導電膜16(アノ−
ド電極)と、この透明導電膜16の表面に被着された多
色発光蛍光体17とからなる。
Through the above steps, the electron emission source 13 formed by integrating a large number of field electron emission devices 1'in a matrix.
Can be obtained. On the other hand, the display unit 14 includes a transparent substrate (quartz glass or the like) 15 and a transparent conductive film 16 (anodes) attached to the surface of the transparent substrate 15 on the electron emission source side.
Electrode) and the multicolor light emitting phosphor 17 attached to the surface of the transparent conductive film 16.

【0094】ここでは、上記透明導電膜16として、例
えばITO(Indium Tin Oxide)膜を用いている。この
ITO膜は、酸化錫をド−プした酸化インジウム膜であ
り、導電性と透光性を有する膜である。
Here, as the transparent conductive film 16, for example, an ITO (Indium Tin Oxide) film is used. The ITO film is an indium oxide film doped with tin oxide and has conductivity and translucency.

【0095】また、上記多色発光蛍光体17は、低加速
電子線用の蛍光体であり、例えばZnO:Znが利用さ
れる。この表示部14と上記電子放出源13は、図示し
ない縁部で互いに接合される。この接合は、例えば真空
雰囲気中で静電接合を利用して行われ、上記表示部14
と電子放出源13とによって挟まれた空間は真空に保た
れる。
The multicolor light emitting phosphor 17 is a phosphor for low acceleration electron beam, and ZnO: Zn is used, for example. The display portion 14 and the electron emission source 13 are joined to each other at an edge portion (not shown). This joining is performed using electrostatic joining in a vacuum atmosphere, for example, and
The space sandwiched between the electron emission source 13 and the electron emission source 13 is maintained in a vacuum.

【0096】このように構成された平面ディスプレイ装
置では、上記各電界電子放出素子1´が、この平面ディ
スプレイ装置の1画素を構成する。そして、この平面デ
ィスプレイ装置では、駆動方法としてTFTを利用した
アクティブマトリックス方式の液晶ディスプレイ装置と
同様の方法を採用することができる。
In the flat panel display device thus constructed, each of the field electron emission devices 1'constitutes one pixel of the flat panel display device. In this flat display device, a method similar to that of an active matrix type liquid crystal display device using a TFT can be adopted as a driving method.

【0097】すなわち、上記ベ−ス電極11aによって
構成されるアドレスラインと導電膜7aによって構成さ
れるデ−タラインは、それぞれ駆動ドライバ18、19
に接続されている。
That is, the address lines formed by the base electrode 11a and the data lines formed by the conductive film 7a are driven by the drivers 18, 19 respectively.
It is connected to the.

【0098】そして、この駆動ドライバ18、19を作
動させ、任意のアドレスラインとデ−タラインとを選択
して電圧を印加することによって各ラインが交わる箇所
に設けられた電界電子放出素子1´から電子を放出させ
る。
Then, the drive drivers 18 and 19 are operated to select an arbitrary address line and a data line and apply a voltage to the field electron emission device 1'provided at the intersection of the lines. Emit an electron.

【0099】このとき、上記表示部14に設けられた上
記透明導電膜16に対して上記導電膜7aに与えた電圧
より高い電圧を与えておくと、放出された電子は略10
0パ−セント上記透明導電膜16に引き寄せられ、この
透明導電膜16の表面に被着された蛍光体17に衝突す
る。このことで、上記蛍光体17を発光させることがで
きる。
At this time, if a voltage higher than the voltage applied to the conductive film 7a is applied to the transparent conductive film 16 provided in the display section 14, the emitted electrons will be about 10 times.
0 percent It is attracted to the transparent conductive film 16 and collides with the phosphor 17 attached to the surface of the transparent conductive film 16. This allows the phosphor 17 to emit light.

【0100】このような平面ディスプレイ装置によれ
ば、以下に説明する効果を得ることができる。第1に、
低い動作電圧であっても良好に作動する平面ディスプレ
イ装置を得ることができる。
According to such a flat display device, the following effects can be obtained. First,
It is possible to obtain a flat display device that works well even at a low operating voltage.

【0101】すなわち、この発明の電界電子放出素子1
´は、電子放出効率の非常に高い面状電子ビ−ム放出源
である。このため、この電界電子放出素子を高密度に集
積して平面ディスプレイ装置の電子放出源13を構成す
れば、低い動作電圧であっても良好に作動する平面ディ
スプレイ装置を得ることができる。
That is, the field electron emission device 1 of the present invention.
′ Is a planar electron beam emission source having a very high electron emission efficiency. Therefore, if the field emission devices are integrated at high density to form the electron emission source 13 of the flat display device, it is possible to obtain a flat display device that operates well even at a low operating voltage.

【0102】また、この発明では、前述したように、柱
状結晶集合体4の結晶の形を利用することで尖鋭化の図
られたエミッタ電極を得ているので、その形成が容易で
あり、欠陥も少ない。このため、平面ディスプレイ装置
の製造の歩留まりを向上させることも可能である。
Further, in the present invention, as described above, the sharpened emitter electrode is obtained by utilizing the crystal shape of the columnar crystal aggregate 4, so that the emitter electrode is easy to form and the defect Also few. Therefore, it is also possible to improve the manufacturing yield of the flat panel display device.

【0103】第2に、平面ディスプレイ装置の各画素を
非常に緻密に配置することができる効果がある。すなわ
ち、この平面ディスプレイ装置では、各画素を構成する
電界電子放出素子1´どうしを接近させても、各電界電
子放出素子1´間の距離がエミッタ電極(柱状結晶集合
体4の先端部)と電子引出電極(導電膜7a)間の距離
よりも少しでも大きければ影響はない。
Secondly, there is an effect that each pixel of the flat panel display device can be arranged very precisely. That is, in this flat display device, even if the field electron emission devices 1 ′ constituting each pixel are brought close to each other, the distance between the field electron emission devices 1 ′ is equal to the emitter electrode (the tip of the columnar crystal aggregate 4). There is no effect as long as it is slightly larger than the distance between the electron extraction electrodes (conductive film 7a).

【0104】この発明のMIM型電界電子放出素子の場
合には、上記エミッタ電極(4)と電子引出電極(7
a)の距離は、上記絶縁膜6の膜厚によって定まり、こ
の膜厚は100オングストロ−ム以下と非常に薄い。し
かも、各エミッタ電極の先端部は尖鋭化が成されている
ので電界集中度が非常に高い。
In the case of the MIM type field emission device of the present invention, the emitter electrode (4) and the electron extraction electrode (7)
The distance a) is determined by the film thickness of the insulating film 6, and this film thickness is very thin, 100 angstroms or less. Moreover, since the tip of each emitter electrode is sharpened, the electric field concentration is very high.

【0105】このため、電界電子放出素子1´どうしの
間隔を非常に小さくして画素を緻密に配置し、前述した
ように上記電子放出源13側にアドレスラインとデ−タ
ラインを形成してもクロスト−ク等の問題は生じない。
次に、第4の実施例の平面ディスプレイ装置について、
図9を参照して説明する。
Therefore, even if the distance between the field electron emission devices 1'is made extremely small and the pixels are densely arranged, and the address line and the data line are formed on the electron emission source 13 side as described above. Problems such as crosstalk do not occur.
Next, regarding the flat display device of the fourth embodiment,
This will be described with reference to FIG.

【0106】この第4の実施例の平面ディスプレイ装置
は、電子放出源に用いる電界電子放出素子として、第1
の実施例の電界電子放出素子1を用いると共に、デ−タ
ラインを表示部側に設けたものである。
The flat panel display device of the fourth embodiment has a first field emission device as a field electron emission device used as an electron emission source.
In addition to using the field electron emission device 1 of the above embodiment, a data line is provided on the display section side.

【0107】すなわち、この平面ディスプレイ装置の電
子放出源13´は、基板2に導電材料(シリコンウエハ
等)を用いる。そして、この基板2上に絶縁層5を設
け、この絶縁層5にマトリックス状に上記貫通孔10を
設けた後、この貫通孔10内に露出した上記基板2の表
面にエミッタ電極として作用する柱状結晶集合体4をC
VDにて成膜する。
That is, the electron emission source 13 'of this flat display device uses a conductive material (silicon wafer or the like) for the substrate 2. Then, an insulating layer 5 is provided on the substrate 2, and the through holes 10 are provided in the insulating layer 5 in a matrix shape. Then, a columnar column which acts as an emitter electrode is exposed on the surface of the substrate 2 in the through hole 10. Crystal aggregate 4 is C
The film is formed by VD.

【0108】ついで、この柱状結晶集合体4の表面に熱
酸化膜による絶縁膜6を設けた後、この電子放出源13
´の全面に亘って導電膜7を被着する。ついで、この導
電膜7をエッチングによって複数の帯状導電膜7a´に
分割する。このことで、アドレスラインを形成する。
Next, after the insulating film 6 made of a thermal oxide film is provided on the surface of the columnar crystal aggregate 4, the electron emission source 13 is formed.
The conductive film 7 is deposited over the entire surface of ′ ′. Then, the conductive film 7 is divided into a plurality of strip-shaped conductive films 7a 'by etching. This forms the address line.

【0109】すなわち、上記第3の実施例でデ−タライ
ンとして用いていた上記導電膜7aをこの実施例ではア
ドレスラインとして用いるものである。一方、上記表示
部14´としては、石英ガラスからなる透明基板15の
電子放出源13´側の表面に、ITOからなる透明導電
膜16を被着する。ついで、この透明導電膜16を上記
電子放出源13´の帯状導電膜7a´と直交する複数の
帯状透明導電膜16aに分割する。このことでデ−タラ
インを形成する。
That is, the conductive film 7a used as the data line in the third embodiment is used as the address line in this embodiment. On the other hand, as the display section 14 ', a transparent conductive film 16 made of ITO is deposited on the surface of the transparent substrate 15 made of quartz glass on the electron emission source 13' side. Then, the transparent conductive film 16 is divided into a plurality of strip-shaped transparent conductive films 16a orthogonal to the strip-shaped conductive film 7a 'of the electron emission source 13'. This forms a data line.

【0110】ついで、この表示部の表面全体に亘って多
色表示可能な蛍光体17を被着する。このことで、表示
部14´が完成する。この後、上記第3の実施例と同様
に、上記表示部14´と上記電子放出源13´とを所定
の隙間を存して接着する。この接着は、例えば、真空雰
囲気中での静電接合にて行う。
Then, a phosphor 17 capable of multicolor display is applied over the entire surface of the display portion. This completes the display unit 14 '. After that, as in the third embodiment, the display section 14 'and the electron emission source 13' are bonded to each other with a predetermined gap. This adhesion is performed, for example, by electrostatic bonding in a vacuum atmosphere.

【0111】このことで、この第4の実施例の平面ディ
スプレイ装置が完成する。この平面ディスプレイ装置で
は、上記電子放出源13´の導電膜7a´からなるアド
レスラインと上記表示部14´の透明導電膜16aから
なるデ−タラインとに、それぞれ駆動ドライバ18、1
9を接続し、例えば、単純マトリックス方式の液晶ディ
スプレイ装置と同様の方法で駆動するようにする。
As a result, the flat display device of the fourth embodiment is completed. In this flat display device, the driving drivers 18 and 1 are provided on the address line formed of the conductive film 7a 'of the electron emission source 13' and the data line formed of the transparent conductive film 16a of the display unit 14 ', respectively.
9 is connected and driven by the same method as that of a simple matrix type liquid crystal display device, for example.

【0112】このとき、上記基板2に対しては電圧を加
えず、grandとしておけば、上記基板2と上記導電
膜7aとの電圧差によって、任意の上記電界電子放出素
子1から電子が放出されることになる。また、放出され
た電子は、電圧の印加されたデ−タライン(16a)に
引き寄せられ収束する。このことによって、所望位置の
蛍光体17を発光させることができ、表示部14´に必
要な表示を行わせることができる。
At this time, if no voltage is applied to the substrate 2 and if the voltage is set to grand, electrons are emitted from any of the field electron emission devices 1 due to the voltage difference between the substrate 2 and the conductive film 7a. Will be. Further, the emitted electrons are attracted and converged to the data line (16a) to which a voltage is applied. As a result, the phosphor 17 at the desired position can be made to emit light, and the necessary display can be performed on the display unit 14 '.

【0113】このような構成によれば、上記第3の実施
例と略同様の効果を得ることができる他、上記表示部1
4´側にデ−タラインを設けることによって、発散する
電子ビ−ムを収束させることができ、発光箇所をより有
効に制御することができる利点がある。
According to this structure, substantially the same effect as in the third embodiment can be obtained, and in addition, the display section 1 can be obtained.
By providing the data line on the 4'side, the diverging electron beam can be converged, and the light emitting portion can be controlled more effectively.

【0114】次に、第5の実施例の平面ディスプレイ装
置について、図10を参照して説明する。この第5の実
施例の平面ディスプレイ装置は、第4の実施例の平面デ
ィスプレイ装置と同様に、電子放出源に用いる電界電子
放出素子として、第1の実施例の電界電子放出素子1を
用いると共に、デ−タラインを表示部側に設けたもので
ある。
Next, the flat display device of the fifth embodiment will be described with reference to FIG. The flat display device of the fifth embodiment uses the field electron emission device 1 of the first embodiment as the field electron emission device used for the electron emission source, similarly to the flat display device of the fourth embodiment. , A data line is provided on the display unit side.

【0115】ただし、この平面ディスプレイ装置1に設
けられる電界電子放出素子1は、上記第4の実施例の平
面ディスプレイ装置の製造工程において、上記絶縁膜5
に設ける貫通孔の形状を円形ではなく帯状として形成し
たものである。したがって、この実施例における電界電
子放出素子1は、図10に示すように、アドレスライン
(導電膜7a)に沿って直線状に形成されたものとな
る。
However, the field electron emission element 1 provided in the flat display device 1 is the same as the insulating film 5 in the manufacturing process of the flat display device of the fourth embodiment.
The through-holes provided in are formed in a band shape instead of a circular shape. Therefore, as shown in FIG. 10, the field electron emission device 1 in this embodiment is formed linearly along the address line (conductive film 7a).

【0116】このような構成であっても、上記第4の実
施例と略同様の効果を得ることができる。なお、この発
明は、上記第1〜第5の実施例に限定されるものではな
く、発明の要旨を変更しない範囲で種々変形可能であ
る。
Even with such a structure, it is possible to obtain substantially the same effect as that of the fourth embodiment. The present invention is not limited to the first to fifth embodiments described above, and can be variously modified without changing the gist of the invention.

【0117】[0117]

【発明の効果】以上説明したように、この発明の電界電
子放出素子は、MIM型(金属−絶縁膜−金属)の電界
電子放出素子において、エミッタ電極として柱状結晶集
合体を用いたものである。
As described above, the field electron emission device of the present invention is a MIM type (metal-insulating film-metal) field electron emission device using a columnar crystal aggregate as an emitter electrode. .

【0118】このような構成によれば、製造が容易で電
子放出効率の高い面状電子ビ−ム放出源を提供すること
ができる。したがって、この電界電子放出素子を集積し
て平面ディスプレイ装置を構成することによって、低い
動作電圧で良好な表示を行える装置を得ることができる
効果がある。
With such a structure, it is possible to provide a planar electron beam emission source which is easy to manufacture and has a high electron emission efficiency. Therefore, by integrating this field electron emission device to form a flat display device, it is possible to obtain a device capable of performing good display at a low operating voltage.

【0119】また、この発明の電界電子放出素子の製造
方法によれば、上記エミッタ電極の形成を、成膜技術で
のみで行え、しかも同時に上記先端部の尖鋭化も行え
る。したがって、上述した電子放出効率の高い電界電子
放出素子を容易に製造することができる効果がある。
According to the method of manufacturing a field electron emission device of the present invention, the emitter electrode can be formed only by the film forming technique, and at the same time, the tip portion can be sharpened. Therefore, there is an effect that the above-described field electron emission device having high electron emission efficiency can be easily manufactured.

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

【図1】この発明の第1の実施例を示す概略構成図。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】同じく、斜視図。FIG. 2 is a perspective view of the same.

【図3】同じく、製造工程を示す工程図。FIG. 3 is likewise a process drawing showing a manufacturing process.

【図4】同じく、エミッタ電極の先端部を拡大して示す
概略構成図。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram similarly showing an enlarged tip portion of an emitter electrode.

【図5】同じく、電界の集中度を説明するための説明
図。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the degree of electric field concentration.

【図6】この発明の第2の実施例を示す概略構成図。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図7】同じく、製造工程を示す工程図。FIG. 7 is a process drawing that similarly shows the manufacturing process.

【図8】この発明の第3の実施例を示す平面ディスプレ
イ装置。
FIG. 8 is a flat display device showing a third embodiment of the present invention.

【図9】この発明の第4の実施例を示す平面ディスプレ
イ装置。
FIG. 9 is a flat panel display device showing a fourth embodiment of the present invention.

【図10】この発明の第5の実施例を示す平面ディスプ
レイ装置。
FIG. 10 is a flat display device showing a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1(1´)…電界電子放出素子、2…基板(導電体)、
2´…基板、3…柱状結晶(エミッタ電極)、4…柱状
結晶集合体、5…絶縁層、6…絶縁膜、7…導電膜(電
子引出電極)、7a…導電膜(デ−タライン)、7a´
…導電膜(アドレスライン)、10…貫通孔、11…ベ
−ス電極(導電体)、13…電子放出源、14…表示
部、15…透明基板(透明板部材)、16…透明導電
膜、16a…透明導電膜(デ−タライン)、17…蛍光
体。
1 (1 ') ... Field electron emission device, 2 ... Substrate (conductor),
2 '... Substrate, 3 ... Columnar crystal (emitter electrode), 4 ... Columnar crystal aggregate, 5 ... Insulating layer, 6 ... Insulating film, 7 ... Conductive film (electron extraction electrode), 7a ... Conductive film (data line) , 7a '
... conductive film (address line), 10 ... through hole, 11 ... base electrode (conductor), 13 ... electron emission source, 14 ... display part, 15 ... transparent substrate (transparent plate member), 16 ... transparent conductive film , 16a ... Transparent conductive film (data line), 17 ... Phosphor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 1/312 H01J 1/30 H01J 9/02 H01J 17/49 H01J 31/12 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 1/312 H01J 1/30 H01J 9/02 H01J 17/49 H01J 31/12

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電界が与えられることで量子力学的トンネ
リング現象に基づき電子を放出するエミッタ電極と、こ
のエミッタ電極に積層された絶縁膜と、この絶縁膜に積
層され上記エミッタ電極に電界を与える電子引出電極と
を備えた電界電子放出素子において、 上記エミッタ電極は導電体の表面に成膜された複数の柱
状結晶からなる柱状結晶集合体であり、上記柱状結晶集
合体の各柱状結晶は、先端部を尖鋭化され、この先端部
から電子を放出するものであり、 上記絶縁膜は、上記各柱状結晶の尖鋭化された先端部の
表面に略均一の厚さで形成され、上記電子引出電極は、
この絶縁膜の表面に略均一の厚さで被着された導電性の
膜である ことを特徴とする電界電子放出素子。
1. An emitter electrode that emits electrons based on a quantum mechanical tunneling phenomenon when an electric field is applied, an insulating film laminated on the emitter electrode, and an electric field is applied to the emitter electrode laminated on the insulating film. in field electron emission device and an electron extraction electrode, the emitter electrode Ri columnar crystal aggregate der comprising a plurality of columnar crystals formed on a surface of the conductor, the columnar crystals collection
Each columnar crystal of the coalesced has a sharpened tip.
Electrons are emitted from the insulating film , and the insulating film has a sharpened tip portion of each columnar crystal.
The electron extraction electrode is formed with a substantially uniform thickness on the surface,
The conductive film is applied to the surface of this insulating film with a substantially uniform thickness.
A field electron emission device characterized by being a film .
【請求項2】請求項記載の電界電子放出素子におい
て、 上記柱状結晶集合体は、導電体の表面にCVD(Chemica
l vapor deposition)の手段により成膜されたものであ
ることを特徴とする電界電子放出素子。
2. The field electron emission device according to claim 1, wherein the columnar crystal aggregate is formed on a surface of a conductor by CVD (Chemica).
A field electron emission device characterized in that it is formed by means of vapor deposition).
【請求項3】請求項記載の電界電子放出素子におい
て、 上記柱状結晶はβ−タングステン(W)を含むことを特
徴とする電界電子放出素子。
3. The field electron emission device according to claim 2, wherein the columnar crystal contains β-tungsten (W).
【請求項4】請求項記載の電界電子放出素子におい
て、 上記導電体の表面には、絶縁層が設けられ、 この絶縁層には、上記導電体の表面を露出させる貫通孔
が設けられ、 上記柱状結晶集合体は、この貫通孔内に露出する導電体
の表面に成膜されていることを特徴とする電界電子放出
素子。
4. The field electron emission device according to claim 1 , wherein an insulating layer is provided on a surface of the conductor, and a through hole exposing the surface of the conductor is provided in the insulating layer, A field electron emission device, wherein the columnar crystal aggregate is formed on the surface of a conductor exposed in the through hole.
【請求項5】請求項記載の電界電子放出素子におい
て、 上記エミッタ電極から放出された電子を受けるアノード
電極を有することを特徴とする電界電子放出素子。
5. A field electron emission device according to claim 1, further comprising an anode electrode for receiving electrons emitted from the emitter electrode.
【請求項6】請求項記載の電界電子放出素子におい
て、 上記アノード電極は、透明導電膜を有し、 この透明導電膜の上記電子引出電極側の面には上記エミ
ッタ電極から放出された電子を受けることで発光する蛍
光体が設けられていることを特徴とする電界電子放出素
子。
6. The field electron emission device according to claim 5, wherein the anode electrode has a transparent conductive film, and an electron emitted from the emitter electrode is provided on a surface of the transparent conductive film on the electron extraction electrode side. A field electron emission device, comprising a phosphor that emits light upon receiving.
【請求項7】請求項、請求項あるいは請求項に記
載の電界電子放出素子を集積してなることを特徴とする
放出源。
7. The method of claim 1, <br/> electron emission source characterized by comprising by integrating field emission device according to claim 4 or claim 5.
【請求項8】請求項あるいは請求項記載の電界電子
放出素子を基板上にマトリックス状に配設してなる電子
放出源と、 この電子放出源に対向配置され、上記電子放出源から放
出された電子を受けることで発光表示を行う表示部とを
有することを特徴とする平面ディスプレイ装置。
8. An electron emission source in which the field electron emission device according to claim 1 or 4 is arranged in a matrix on a substrate, and the electron emission source is arranged so as to face the electron emission source and is emitted from the electron emission source. A flat display device, comprising: a display unit that emits light by receiving the generated electrons.
【請求項9】請求項記載の平面ディスプレイ装置にお
いて、 上記表示部は、 透明板部材と、 この透明板部材の上記電子放出源側に対向する面に設け
られた透明導電膜と、 この透明導電膜に設けられた蛍光体とを有することを特
徴とする平面ディスプレイ装置。
9. The flat display device according to claim 8, wherein the display section includes a transparent plate member, a transparent conductive film provided on a surface of the transparent plate member facing the electron emission source side, and the transparent conductive film. A flat display device comprising: a phosphor provided on a conductive film.
【請求項10】請求項記載の平面ディスプレイ装置に
おいて、 上記電子放出源は、 導電体を複数の帯状に分割し、 電子引出電極を上記導電体と直交する複数の帯状に分割
し、 上記帯状の導電体、帯状の電子引出電極のいずれか一方
をアドレスライン、他方をデータラインとすることで、
その交わる箇所に設けられたエミッタ電極から電子を放
出させることを特徴とする平面ディスプレイ装置。
10. The flat display device according to claim 9, wherein the electron emission source divides the conductor into a plurality of strips, and divides the electron extraction electrode into a plurality of strips orthogonal to the conductor. By using one of the conductor and the strip-shaped electron extraction electrode as an address line and the other as a data line,
A flat panel display device characterized in that electrons are emitted from an emitter electrode provided at a position where the two intersect.
【請求項11】請求項記載の平面ディスプレイ装置に
おいて、 上記透明導電膜を複数の帯状に分割し、 各帯状の透明導電膜に印加する電圧を制御することで発
光範囲を制御することを特徴とする平面ディスプレイ装
置。
11. The flat display device according to claim 9, wherein the transparent conductive film is divided into a plurality of strips, and a voltage applied to each strip of the transparent conductive film is controlled to control a light emission range. And a flat display device.
【請求項12】電界が与えられることで量子力学トンネ
リング効果に基づき電子を放出するエミッタ電極と、こ
のエミッタ電極に積層された絶縁膜と、この絶縁膜に積
層され上記エミッタ電極に電界を与える電子引出電極と
を備えた電界電子放出素子の製造方法において、 導電体上に柱状結晶集合体を成膜し、先端部が針状に尖
鋭化された柱状結晶からなるエミッタ電極を形成する工
程と、 上記各柱状結晶の尖鋭化された先端部の表面に絶縁膜を
ほぼ均一の厚さに形成する工程と、 上記絶縁膜の表面に略均一の厚さで被着された導電性の
膜を形成し、電子引出電極を形成する工程とを有するこ
とを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。
12. An emitter electrode which emits electrons based on a quantum mechanical tunneling effect when an electric field is applied, an insulating film laminated on the emitter electrode, and an electron which is laminated on the insulating film and gives an electric field to the emitter electrode. In a method of manufacturing a field electron emission device including an extraction electrode, a step of forming a columnar crystal aggregate on a conductor and forming an emitter electrode made of a columnar crystal having a needle-like sharpened tip. An insulating film is formed on the sharpened surface of each columnar crystal.
It has a step of forming a substantially uniform thickness and a step of forming a conductive film deposited on the surface of the insulating film with a substantially uniform thickness to form an electron extraction electrode. Method for manufacturing field electron emission device.
【請求項13】電界が与えられることで量子力学トンネ
リング効果に基づき電子を放出するエミッタ電極と、こ
のエミッタ電極に積層された絶縁膜と、この絶縁膜に積
層され上記エミッタ電極に電界を与える電子引出電極と
を備えた電界電子放出素子の製造方法において、 導電体の表面に絶縁層を形成する工程と、 この絶縁層の所定の部位を除去し、上記導電体の表面を
露出させる貫通孔を形成する工程と、 上記貫通孔内に露出した導電体の表面に柱状結晶集合体
を成膜し、先端部が針状に尖鋭化された柱状結晶からな
るエミッタ電極を形成する工程と、 上記各柱状結晶の尖鋭化された先端部の表面に絶縁膜を
ほぼ均一の厚さに形成する工程と、 上記絶縁膜の表面に導電性の膜を略均一の厚さで被着
成し、電子引出電極を形成する工程とを有することを特
徴とする電界電子放出素子の製造方法。
13. An emitter electrode which emits electrons based on a quantum mechanical tunneling effect when an electric field is applied, an insulating film laminated on the emitter electrode, and an electron which is laminated on the insulating film and gives an electric field to the emitter electrode. In a method of manufacturing a field electron emission device including an extraction electrode, a step of forming an insulating layer on the surface of a conductor, and a through hole that exposes the surface of the conductor by removing a predetermined portion of the insulating layer. forming, forming an emitter electrode made of the deposited columnar crystals aggregate to the surface of the exposed conductive material in the through hole, columnar crystals tip is sharpened to a needle-shaped, each An insulating film is formed on the surface of the sharpened tip of the columnar crystal.
A step of forming a substantially uniform thickness, and a step of depositing a conductive film on the surface of the insulating film with a substantially uniform thickness to form an electron extraction electrode. A method of manufacturing a characteristic field electron emission device.
【請求項14】請求項12あるいは請求項13記載の電
界電子放出素子の製造方法において、 エミッタ電極を形成する工程は、 上記導電体を含む部材を反応チャンバ内に収容して12
0℃〜500℃に保ち、 チャンバ内にWF6 とSiH4 の2種類の反応ガスを導
入し反応させ、上記導電体の表面にβ−Wを含む柱状結
晶集合体を成膜することを特徴とする電界電子放出素子
の製造方法。
14. The method of manufacturing a field electron emission device according to claim 12 or 13 , wherein the step of forming the emitter electrode includes the step of forming the emitter-containing member in a reaction chamber.
The temperature is kept at 0 ° C. to 500 ° C., and two kinds of reaction gases, WF 6 and SiH 4 , are introduced into the chamber and reacted to form a columnar crystal aggregate containing β-W on the surface of the conductor. And a method for manufacturing a field electron emission device.
【請求項15】請求項14記載の電界電子放出素子の製
造方法において、 上記柱状結晶集合体の表面に絶縁膜を形成する工程は、 反応チャンバ内に酸素ガスを導入し、上記柱状結晶集合
体の表面に絶縁性の金属酸化膜を形成するものであるこ
とを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。
15. The method of manufacturing a field electron emission device according to claim 14 , wherein in the step of forming an insulating film on the surface of the columnar crystal aggregate, oxygen gas is introduced into a reaction chamber to form the columnar crystal aggregate. A method of manufacturing a field electron emission device, which comprises forming an insulating metal oxide film on the surface of.
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