JP3547084B2 - 電解浴内で自発のガルバニック作用を用いて材料を選択的に除去するための方法 - Google Patents
電解浴内で自発のガルバニック作用を用いて材料を選択的に除去するための方法 Download PDFInfo
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- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
- H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
Description
【０００１】
関連特許出願の相互参照
本発明は１９９８年６月２９日出願のＫｎａｌｌ等による国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９８／１２８０１に関連し、その内容は参照して本明細書の一部としており、ここでは更に繰り返さない。
【０００２】
発明の分野
本発明は、特にその構造体が、一般にフラットパネルタイプの陰極線管（「ＣＲＴ」）ディスプレイのような製品に適したカソードと呼ばれる電子放出デバイスである場合に、同じ種類の材料からなる所望の部分を除去することなく、部分的に完成した構造体から材料の不要な部分を除去することに関する。
【０００３】
背景技術
電界放出カソード（或いはフィールドエミッタ）は、十分な強度の電界をかけられると電子を放出する一群の電子放出素子を含む。電子放出素子は典型的にはエミッタ電極のパターン形成層の上側に配置される。ゲート制御フィールドエミッタでは、パターン形成ゲート層が典型的には電子放出素子の位置においてパターン形成エミッタ層の上層をなしている。各電子放出素子は、ゲート層の開口部を介して露出する。ゲート層の選択した部分とエミッタ層の選択した部分との間に適当な電圧がかかる際に、２つの選択した部分の交差部でゲート層が電子放出素子から電子を抽出する。
【０００４】
電子放出素子は多くの場合円錐形である。図面を参照すると、図１ａ−図１ｄは、例えばＳｐｉｎｄｔ等による米国特許第５，５５９，３８９号に開示されるフラットパネルＣＲＴ用のゲート制御フィールドエミッタにおいて円錐形の電子放出素子を形成するための従来の技術を示す。図１ａに示される段階では、部分的に完成したフィールドエミッタが基板２０と、エミッタ電極層２２と、誘電体層２４と、ゲート層２６とを備えている。ゲート開口部２８がゲート層２６を通って延在する。対応する誘電体開口部３０が誘電体層２４を通って延在する。
【０００５】
グレージング角による堆積手順を用いて、リフトオフ層３２が図１ｂに示されるようにゲート層２６の上側に形成される。エミッタ材料がその構造体の上側及び誘電体開口部３０の内部に堆積されるが、それはエミッタ材料がアパーチャを通り開口部３０に入り、アパーチャが徐々に閉じるように行われる。その結果概ね円錐形の電子放出素子３４Ａが複合開口部２８／３０内に形成される。図１ｃを参照されたい。余剰エミッタ材料からなる層３４Ｂは同時にゲート層２６の上側に形成される。その後リフトオフ層３２が除去され、余剰エミッタ材料層３４Ｂが隔離される。図１ｄはその結果得られた構造体を示す。
【０００６】
余剰エミッタ材料層３４Ｂを除去するためにリフトオフ層３２を用いる方法は、種々の理由のため不都合がある。リフトオフ材料の一部が、ゲート層２６の側面縁部に沿って一定量蓄積する。これはエミッタ材料が最初に堆積するために通る開口部の大きさを小さくし、電子放出素子３４Ａを小さくするのを難しくする。フィールドエミッタの横方向面積が拡大するとリフトオフ層３２のグレージング角による堆積は徐々に難しくなり、その結果フィールドエミッタ面積を拡大する場合の障害となる。
【０００７】
リフトオフ材料の堆積は、リフトオフ材料がエミッタ層２２上に蓄積して、コーン３４Ａが余剰層３４Ｂの剥離中に同時に剥離されることのないように慎重に行われなければならない。層３４Ｂはリフトオフ層３２を除去する結果として除去されるため、除去されたエミッタ材料の分子がフィールドエミッタを汚染するようになる。さらにリフトオフ材料の堆積は製造時間がかかりそれゆえ製造コストも上昇する。
【０００８】
ＷｉｌｓｈａｗによるＰＣＴ特許出願ＷＯ９６／０６４４３は、各電子放出素子が柱体上に配置されたモリブデン製コーンからなるゲート制御フィールドエミッタを製造するためのプロセスを開示する。電子放出素子は下側金属層上に形成される。Ｗｉｌｓｈａｗの特許出願では、ゲート層の開口部を通してモリブデンを堆積中にゲート層上に蓄積される余剰モリブデンからなる層を電気化学的に除去し、電子放出素子の円錐形部分を形成するために、水性電解液を用いて、ニオブ製ゲート層に２−４Ｖの外部電位をかける。
【０００９】
Ｗｉｌｓｈａｗによる特許出願では、余剰モリブデンを電気化学的に除去する直前に、下側金属層を除去する。その結果Ｗｉｌｓｈａｗによる電子放出素子は、余剰エミッタ材料の除去中に互いから電気的に絶縁される。ある電子放出素子の一部は除去過程中に余剰モリブデンに短絡されるため、Ｗｉｌｓｈａｗによる特許出願は短絡していない電子放出素子を保護するために絶縁する必要がある。絶縁しない場合には、電子放出素子が背面金属層及び短絡した素子を通して余剰モリブデンに短絡され、その結果余剰モリブデンを除去する際に電気化学的に侵蝕されてしまう。最終的に、Ｗｉｌｓｈａｗの特許出願は電子放出素子の底面上に抵抗層を、また抵抗層上にエミッタ電極の層を形成する。
【００１０】
Ｗｉｌｓｈａｗの電気化学的除去技術は、余剰エミッタ材料からなる層を除去する間にリフトオフ層を用いる必要がない。しかしながら余剰モリブデンを除去する前に背面金属層を除去し、その後電気化学的除去を終了した後にエミッタ電極を形成するために、時間がかかり、いくつかの複雑なプロセスを必要とする。ゲート層に外部電位を加える過程はゲート層への電気的な接続を行う過程を含み、それによりさらに製造時間及び複雑さが増すことになる。少なくとも部分的に円錐形をなす電子放出素子を有するゲート制御フィールドエミッタを製造する際に、Ｗｉｌｓｈａｗの特許出願における製造時の効率低下を招くことなく、或いはリフトオフ層を含むことにより製造を複雑にすることなく余剰エミッタ材料を含む層を除去することが望まれる。
【００１１】
発明の概要
本発明は、所与の化学物質からなる材料をある構造体から選択的に除去するために時間効率のよい電気化学的手順を提供する。除去作業は電解浴において行われる。その構造体のある一定部分の特性は、その構造体の任意の部分に外部電位を加えることなく主要な材料の除去を電解浴内で行えるようにする電気化学的還元半電池電位を有するように選択される。このようにして除去作業はガルバニック作用により自発的に行われる。外部電位をかける必要がないため、外部電位をかけるための電気的接続を形成する必要がない。従って除去作業は短時間で行うことができる。
【００１２】
外部電位をかけずにすむことにより、電気化学的除去作業中に外部電位を受け取ることができるようにその構造体を設計する必要もない。それゆえ設計上の制約が排除される。また電解浴を与える装置は、その構造体に外部電位をかけることができるように構成する必要はない。本発明では実質的に簡略化することができる。
【００１３】
本発明の選択的除去作業はリフトオフ層を用いることなく実行される。余剰エミッタ材料が電子放出デバイスの電子放出素子形成中に構造体上に蓄積する場合に、本発明の手順は余剰エミッタ材料を除去するために用いることができる。その結果実際に、本発明は余剰エミッタ材料を除去するための従来のリフトオフ及び電気化学的除去技術の欠点を解決する。
【００１４】
電解浴は２つの基本的な方法において実現することができる。第１に、電解浴は選択的に除去される種類の材料に固有の侵蝕性がある（すなわち固有に著しく侵蝕する）液体で形成することができる。第２に、電解浴は選択的に除去される種類の材料に対して固有に侵蝕性のない（すなわち固有に著しくは侵蝕しない）液体で形成することができる。電解浴の両方の実施形態を満足するように所定の基準に従って還元半電池電位が選択される。侵蝕性の電解浴の実施形態に対する基準は、非侵蝕性の電解浴に対する実施形態の基準とは適当に異なる。
【００１５】
選択的に除去されるタイプの材料に対して、電解浴が固有の侵蝕性を有する場合、本発明の原理を用いて、残す必要がある材料を除去するのを防ぎ、除去されるべき材料を電解浴に溶解して除去する。詳細には、主材料を含む電気的非絶縁性の主構成要素が、１つ以上の電気的非絶縁性の付加的な構成要素に電気的に結合される初期構造体が設けられる。各付加構成要素は、主材料とは異なる付加材料を含む。さらに初期構造体は同様に主材料を含む電気的非絶縁性の主領域を含む。主領域は主構成要素及び付加構成要素とは電気的に結合していない。
【００１６】
主領域の主材料は、主構成要素の主材料部分を著しく除去することなく構造体から少なくとも部分的に除去されることになる。本発明に従ってこれを実現するために、主材料及び付加材料は、主領域の主材料の少なくとも一部を除去するために、主材料に固有の侵蝕性を有する電解浴に浸漬される。主材料及び付加材料を適切に選択することにより、各付加構成要素の付加材料が主構成要素の主材料より電解浴内で十分に低い還元半電池電位になり、主構成要素の主材料が電解浴において著しく侵蝕されるのを防ぐ。従って主構成要素の主材料は、主領域の主材料が少なくとも部分的に除去されても適所に残される。
【００１７】
選択的に除去されるタイプの材料に対して、電解浴が固有の非侵蝕性を有する場合には概ね逆の状況が生じる。この場合には、本発明の原理を用いて、除去されるべき材料が電解浴に溶解して除去されることができ、一方残すべき材料は影響を受けずそのまま残される。詳細には、主材料を含む電気的非絶縁性の主領域が１つ以上のさらに別の領域に電気的に結合されている初期構造体が設けられる。そのさらに別の領域は主材料とは異なるさらに別の材料を含む。さらに初期構造体は主材料を含む電気的非絶縁性の主構成要素を含む。主構成要素は主領域及びそのさらに別の領域と実質的に電気的に結合されていない。
【００１８】
再び主領域の主材料が、主構成要素の主材料部分を著しく除去することなく少なくとも部分的に除去されることになる。しかしながらこの場合は上記の場合とは異なり、ここでさらに別の各領域は、上記の場合のように各付加構成要素が残される材料に電気的に結合されるのではなく、除去されるはずの材料に電気的に結合される。本発明のこの実施形態に従って、主領域の主材料を少なくとも部分的に除去するために、主材料及びさらに別の材料は、主材料に対して固有の侵蝕性を持たない電解浴に浸漬され、その結果主構成要素の主材料は電解浴によりほとんど影響を受けない。主材料及びさらに別の材料を適切に選択することにより、主領域の主材料は、さらに別の領域のさらに別の材料より十分に大きな還元半電池電位になり、主領域の主材料の少なくとも一部が除去される。
【００１９】
電解浴の両実施形態では、主材料は典型的には金属である。同様に各付加材料或いはさらに別の材料も典型的には金属である。
【００２０】
本発明の電気化学的除去技術は、材料が選択的に除去される構造体の任意の部分に外部電位をかけることなく実行することができるため、本発明により、（ａ）構造体の設計が実質的に簡単になり、（ｂ）同様に電解浴を与える装置も簡単になり、さらに（ｃ）除去作業が短時間で実行可能である。従って本発明は従来技術より非常に優れた進歩性を提供する。
【００２１】
好適な実施例の説明
図面及び好適な実施例の説明において、同様の参照符号が、同一或いは非常に類似の構成要素を表すために用いられる。
【００２２】
本発明は、ゲート制御フィールドエミッタカソード用の電子放出素子を作製する際に、余剰エミッタ材料を除去するために自発の電気化学的侵蝕作用を利用する。そのような各フィールドエミッタは平画面テレビ或いはパーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ又はワークステーション用のフラットパネルビデオモニタのようなフラットパネルディスプレイの陰極線管においてフェースプレート上の燐光体領域を励起するのに適している。
【００２３】
以下の説明では、用語「電気的絶縁性」或いは「誘電性」は、１０１０Ω・ｃｍより大きな抵抗率を有する材料に概ね当てはまる。従って用語「電気的非絶縁性」は、１０１０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する材料のことである。電気的非絶 縁性材料は、（ａ）抵抗率が１Ω・ｃｍ未満の導電性材料と、（ｂ）抵抗率が１Ω・ｃｍから１０１０Ω・ｃｍの範囲にある電気的抵抗性材料とに分けられる。これらの分類は１Ｖ／μｍ以下の電界強度において判定される。
【００２４】
導電性材料（或いは電気導体）の例としては、金属、金属合金、金属半導体化合物（例えば金属シリサイド）及び金属半導体共晶体がある。また導電性材料は、中レベル或いは高レベルにドープされた（ｎ型或いはｐ型）半導体を含む。電気的に抵抗性の材料は、真性半導体及び低レベルにドープされた（ｎ型或いはｐ型）半導体を含む。さらに電気的に抵抗性の材料の例としては、サーメット（金属粒子を埋め込んだセラミック）のような金属絶縁体複合物、（ｂ）グラファイト、アモルファスカーボン及び改質された（例えばドーピング或いはレーザ改質された）ダイヤモンドのような炭素の形態、（ｃ）シリコン−炭素−窒素のようなシリコン−炭素化合物がある。
【００２５】
図２ａ−図２ｃ（集合的に「図２」）は、フィールドエミッタカソードのようなデバイスの製造中に選択的に材料を除去するために本発明の教示を用いるプロセスの流れを示す。図２に示される構造体の形状は、本プロセスの流れの主な特徴を示すために模式的に示されている。本発明に従ってフィールドエミッタが製造される際に生じるより現実的な構造体の図は、図５ａ及び図５ｂに関連して以降に示される。また本発明の教示を適用する際に生じる種々の組み合わせ及び変更を例示するために、図２に示される構造体は、フィールドエミッタの製造する際に実際には利用されない場合もある構成要素並びにまた領域を含む。
【００２６】
図２ａを参照すると、本発明に従って選択的に材料を除去するための最初の段階は、多数の類似の形状、類似の大きさを有する主電気的非絶縁性構成要素Ｃ１、付加的な電気的非絶縁性構成要素Ｃ２、主電気的非絶縁性領域Ｒ１及びさらに別の電気的非絶縁性領域Ｒ２を含む構造体を形成することである。最初に図２ａの下側付近では、付加的な構成要素Ｃ２は通常フィールドエミッタの複数のエミッタ電極の１つである。構成要素Ｃ２は電気的に絶縁性の基板４０の上側に配置される。フィールドエミッタでは、基板４０は典型的にはガラス或いはセラミックスからなる。中間誘電体層４２は、フィールドエミッタにおいては通常酸化シリコン或いは窒化シリコンからなり、構成要素Ｃ２の上側に配置される。
【００２７】
主構成要素Ｃ１は通常フィールドエミッタの電子放出素子を構成する。電子放出素子は典型的には、図２ａの構成要素Ｃ１の円錐形状により示されるように円錐形であるが、他の形状を取ることも可能である。構成要素Ｃ１は、誘電体層４２を通って延在する各開口部４４に配置され、構成要素Ｃ２に電気的に結合される。この電気的結合は、電気的非絶縁性の結合構成要素ＣＣ１を介して行われる。フィールドエミッタでは、結合構成要素ＣＣ１は通常高抵抗率を有する抵抗性層である。別法では、構成要素Ｃ１は構成要素Ｃ２と直結することができる。この場合には結合構成要素ＣＣ１は通常存在しない。
【００２８】
さらに別の領域Ｒ２は誘電体層４２の上側に配置される。構成要素Ｃ１の上側は、それぞれ領域Ｒ２を通って延在する開口部４６内に延在する。各開口部４６及び下側をなす開口部４４の１つはともに構成要素Ｃ１の１つを横方向に包囲する複合開口部４４／４６を形成する。フィールドエミッタでは、領域Ｒ２は、構成要素Ｃ１で実現される電子放出素子からの電子の抽出を制御するパターン形成ゲート層の一部である。主領域Ｒ１は、開口部４６及び構成要素Ｃ１の上側にある領域Ｒ２の上側に配置される。フィールドエミッタでは領域Ｒ１は、電子放出素子として構成要素Ｃ１を作製中に、領域Ｒ２上に蓄積する余剰エミッタ材料からなる層である。領域Ｒ１及びＲ２はそれぞれ構成要素Ｃ１、Ｃ２及びＣＣ１から離隔し、電気的に結合されていないことが重要である。
【００２９】
上記構成要素及び領域に加えて、初期構造体は、構成要素Ｃ２に電気的に結合される付加的な電気的非絶縁性構成要素Ｃ３も含む。フィールドエミッタ内に付加構成要素Ｃ３が存在する場合には、構成要素Ｃ３は通常、構成要素Ｃ２で実現されるエミッタ電極に対するエミッタコンタクトパッドとして機能する。図２ａは、電気的非絶縁性構成要素ＣＣ２を介して構成要素Ｃ２に電気的に結合される構成要素Ｃ３を示す。この場合には、電気的絶縁性材料からなる層４８は通常、結合構成要素ＣＣ２の構成要素Ｃ２或いはＣ３と接触していない部分を包囲する。結合構成要素ＣＣ２は存在しない場合もある。その場合には構成要素Ｃ３は構成要素Ｃ２と直結する。構成要素Ｃ３及びＣＣ２は領域Ｒ１及びＲ２とは電気的に結合されていない。
【００３０】
初期構造体は、領域Ｒ２に電気的に結合されるさらに別の電気的非絶縁性領域Ｒ３を有することができる。さらに別の領域Ｒ３がフィールドエミッタ内に存在する場合には、領域Ｒ３は通常、構成要素Ｃ２で実現されるフィールドエミッタに概ね垂直に延在する複合制御電極Ｒ２／Ｒ３を形成するために領域Ｒ２の１つ以上の部分と結合する主制御電極である。図２は、電気的非絶縁性結合領域ＣＲ１を介して領域Ｒ２に電気的に接続される領域Ｒ３を示す。電気的絶縁性の材料からなる層５０は、結合領域ＣＲ２の誘電体層４２或いは領域Ｒ２又はＲ３と接触していない部分を完全に覆う。結合領域ＣＲ３は領域Ｒ３が領域Ｒ２と直結する場合には不要である。
【００３１】
また初期構造体は領域Ｒ３に電気的に接続されるさらに別の電気的非絶縁性領域Ｒ４を有する場合がある。さらに別の領域Ｒ４がフィールドエミッタ内に存在する場合には、領域Ｒ４は通常、複合制御電極として実現される領域Ｒ２及びＲ３に対する制御コンタクトパッドとして機能する。図２ａは、電気的非絶縁性結合領域ＣＲ２を介して領域Ｒ３に電気的に結合される領域Ｒ４を示す。電気的絶縁性の材料からなる層５２は通常、結合領域ＣＲ２の領域Ｒ３或いはＲ４と接触していない部分を包囲する。結合領域ＣＲ２は存在しない場合もある。その場合領域Ｒ４は領域Ｒ３と直結する。領域Ｒ３、Ｒ４、ＣＲ１及びＣＲ２は構成要素Ｃ１、Ｃ２、ＣＣ１及びＣＣ２とは電気的に結合していない。
【００３２】
主領域Ｒ１と、主要構成要素Ｃ１の全部分は、電気的非絶縁性の主材料Ｍ１を含む。主材料Ｍ１は通常領域Ｒ１の主成分であり、典型的には領域Ｒ１の概ね全てを形成する。同じことが構成要素Ｃ１にも当てはまる。しかしながら領域Ｒ１は材料Ｍ１と異なる１つ以上の材料を含む場合もある。その場合には、材料Ｍ１は領域Ｒ１の外側表面の一部分に沿って存在する。再び同じことが構成要素Ｃ１にも当てはまる。以下に説明するように、本発明の電気化学的な教示を利用して、その構成要素が領域Ｒ１及びＲ２から電気的に絶縁されているという条件で、構成要素Ｃ１の著しい多くの部分を除去することなく、領域Ｒ１の材料Ｍ１（従って領域Ｒ１の全て或いは概ね全ての部分）を除去する。
【００３３】
さらに別の領域Ｒ２は主材料Ｍ１と異なるさらに別の電気的非絶縁性材料ＭＲ２で概ね形成される。詳細には領域Ｒ２は通常材料Ｍ１を含まない。
【００３４】
付加的な構成要素Ｃ２は概ね電気的非絶縁性の付加的な材料ＭＣ２からなる。材料ＭＣ２は材料Ｍ１及びＭＲ２とは通常異なる。それにも係わらず、構成要素Ｃ３の成分及び領域Ｒ１の材料Ｍ１を除去するために用いられる特定の電気化学的手順を含む種々の要因により、材料ＭＣ２は材料Ｍ１と同じ、或いは概ね同じであることもできる。
【００３５】
付加的な構成要素Ｃ３は概ね付加的な電気的非絶縁性材料ＭＣ３で形成される。特に材料ＭＣ２が主材料Ｍ１と同じか、或いは概ね同じである場合には、付加的な材料ＭＣ３は通常付加的な材料ＭＣ２とは異なる。何れの場合においても、材料ＭＣ３は材料Ｍ１とは異なる。
【００３６】
さらに別の領域Ｒ３及びＲ４はそれぞれ概ね、さらに別の電気的非絶縁性材料ＭＲ３及びＭＲ４からなる。さらに別の材料ＭＲ３及びＭＲ４はそれぞれ主材料Ｍ１と異なる。また特に材料ＭＲ３が材料ＭＲ２と同じか、或いは概ね同じである場合には、材料ＭＲ４は材料ＭＲ３とは異なる。さらに材料ＭＲ３及びＭＲ４はそれぞれ材料ＭＣ２及びＭＣ３とは異なる。詳細には、材料ＭＲ４及びＭＣ３は通常互いに異なる材料である。
【００３７】
材料Ｍ１、ＭＣ２、ＭＣ３及びＭＲ２−ＭＲ４はそれぞれ通常金属、金属合金或いは金属の組み合わせである。ある場合には材料Ｍ１、ＭＣ１、ＭＣ２及びＭＲ２−ＭＲ４のあるものは更に、或いは別に、金属半導体化合物、金属半導体共晶体及び高レベルにドープした半導体のような他の導電性材料で形成することができる。
【００３８】
主領域Ｒ１は通常、適切な電解浴にその構造体を浸漬することにより図２ａの構造体から除去されるため、結合材料ＣＣ１を形成する抵抗材料は概ね電気化学的に不活性であり、電解浴において可溶性の化学種を生成することはない。詳細には、電解浴内の結合材料ＣＣ１の材料の電気化学的な交換電流密度は、電解浴内の主領域Ｒ１の材料Ｍ１の電気化学的交換電流密度及び電解浴内の主構成要素Ｃ１の材料Ｍ１の電気化学的交換電流密度に比べて不十分である（すなわち無視できる）。結果として、結合構成要素ＣＣ１の電気化学的交換電流は小さいので、領域Ｒ１を除去するのにかかる時間中に実質的に構成要素ＣＣ１は電解浴内に溶解することはないか、或いはそうでない場合には領域Ｒ１の除去に影響を与えることはない。構成要素ＣＣ１は概ね完全に分極可能な材料からなる。フィールドエミッタでは、構成要素ＣＣ１の抵抗材料は典型的にはサーメット或いはシリコン−炭素−窒素化合物からなる。
【００３９】
結合構成要素ＣＣ２、ＣＲ１及びＣＲ２はそれぞれ典型的には金属或いは金属の組み合わせからなる。絶縁層４８、５０及び５２は、それぞれ構成要素ＣＣ２、ＣＲ１及びＣＲ２を電解浴から完全に分離するために電気的絶縁性材料からなる。このために、酸化物が所望の絶縁を与らるなら、絶縁層４８は典型的には構成要素ＣＣ２を構成する金属の酸化物で形成することができる。別法では、絶縁層４８は個別の電気的絶縁性の膜である。同じことが、構成要素ＣＲ１及びＣＲ２に対するそれぞれ絶縁性層５０及び５２にも当てはまる。
【００４０】
図２ａの初期構造体は種々の方法で形成することができる。構成要素Ｃ１が概ね円錐形をなす典型的なフィールドエミッタの例は、構成要素Ｃ１を形成するために材料Ｍ１を蒸着中に余剰エミッタ材料の層として領域Ｒ１が蓄積する場合である図５ａ及び図５ｂとともに後に示される。その際構成要素Ｃ１の円錐形に対応する円錐形の窪み（図２ａには示されない）が領域Ｒ１の下側表面に沿って存在する。何れの場合でも、そのプロセスの次のステップは、領域Ｒ１及びＲ２から電気的に絶縁された任意の主構成要素Ｃ１に著しい損傷を与えることなく主領域Ｒ１を除去することである。
【００４１】
主領域Ｒ１は、簡単にするためにここで「侵蝕性電解浴」技術及び「非侵蝕性電解浴」技術と呼ばれる２つの基本的な技術のいすれかに従って電気化学的に除去することができる。図３ａ−図３ｅに関連して侵蝕性電解浴技術が記載される。非侵蝕性電解浴技術は図４ａ−図４ｅに関連して記載される。いずれの技術においても、領域Ｒ１は通常図２ａの構造体の任意の部分に任意の制御電位を加えることなく、及び加える必要なく自発の電気化学的侵蝕作用において除去される。特定の材料、通常金属が材料Ｍ１、ＭＣ１、ＭＣ２及びＭＲ２−ＭＲ４を実現しており、その材料は侵蝕性電解浴技術或いは非侵蝕性電解浴技術のいずれを用いるかによる。
【００４２】
領域Ｒ１の電気化学的除去は、図２ｂに模式的に示されるタイプの電気化学セル６０からなる電気化学的除去システムを用いて実行される。電気化学セル６０は電解浴６２及びセル壁６４からなる。電解浴６２は通常溶液であるが、電解浴６２に溶解されない成分を有することもできる。構成要素Ｃ１は図２ｂでは上向きに示される。しかしながら構成要素Ｃ１は他の方向、例えば垂直方向に対して横向きにすることもできる。
【００４３】
主領域Ｒ１は、構成要素／領域Ｃ２、Ｃ３、Ｒ１−Ｒ４の概ね全ての外側表面領域が電解浴６２と接触するように、十分に電解浴６２の中に構造体を浸漬することにより図２ａの構造体から除去される。これは典型的には電解浴６２に構造体を完全に浸漬する過程を含む。結合構成要素ＣＣ１は構成要素Ｃ２により覆われない外側表面領域を有するので、この表面領域も通常電解浴６２に接触する。
【００４４】
電気化学的除去作業の最初の段階において、領域Ｒ１は通常、構成要素Ｃ１が配置される開口部４４／４６を完全に覆っている。従って電解浴６２は通常、電気化学的除去の開始時点では構成要素Ｃ１に接触していない。領域Ｒ１の材料Ｍ１が除去されるに従って、電解浴６２は開口部４４／４６に入り、構成要素Ｃ１及び結合構成要素ＣＣ１の表面領域の隣接部分に接触する場所が徐々に広がる。また領域Ｒ１は多孔性であり、電解浴６２は領域Ｒ１を通り抜け、構成要素Ｃ１に達する。構成要素ＣＣ１が存在しなかったなら、電解浴６２は、構成要素Ｃ２の表面領域の隣接する部分と接触しているであろう。
【００４５】
主構成要素Ｃ１の少数は領域Ｒ１を電気化学的に除去する前に領域Ｒ１又はＲ２に電気的に短絡されているか、或いは電気化学的除去作業中に領域Ｒ１又はＲ２に電気的に短絡されるようになる。そのような電気的短絡は典型的には、構成要素Ｃ１が領域Ｒ２と接触してしまう結果、或いは１つ以上の電気的非絶縁性の粒子が構成要素Ｃ１と領域Ｒ１或いはＲ２との間に挟まる結果として生じる。領域Ｒ２が領域Ｒ１と接触するため、領域Ｒ２と接触した構成要素Ｃ１は、Ｒ１に短絡される。
【００４６】
領域Ｒ１に短絡された構成要素Ｃ１は通常、領域Ｒ１の電気化学的な除去中に著しく侵蝕される。その侵蝕は通常、そのような各構成要素Ｃ１が領域Ｒ１と短絡しない状態になるまで継続する。結合構成要素ＣＣ１が高抵抗率であるために、構成要素Ｃ１の残りの部分、すなわち領域Ｒ１に電気的に短絡していない部分は、結合構成要素ＣＣ１が存在する場合には領域Ｒ１が除去されても著しく電気化学的に侵蝕されることはない。
【００４７】
材料Ｍ１の選択的な除去は、製造中に構造体内に電気化学的に発生する内部電位を通してのみ行われる。これは材料Ｍ１、ＭＣ２及びＭＲ２を、また用いる場合には材料ＭＣ３、ＭＲ３及びＭＲ４を適切に選択することにより行われる。上記のように、所望のように材料Ｍ１の選択した部分を除去するために、構造体の任意の部分に外部制御電位をかける必要はない。図２ｂはこの場合を示している。そのように作業することにより、構造体のいかなる部分にも電気的な接続が形成されることはなく、それにより電気化学的除去を行うのにかかる全時間が短縮される。電解浴６２を含む電気化学セル６０の複雑さも緩和される。
【００４８】
多くの場合に、領域Ｒ１の材料Ｍ１の除去を早めるか、或いは短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１が著しく侵蝕されないことをさらに確実にすることが望まれる。そのような場合には、選択的な除去を早めるために、或いは短絡していない構成要素Ｃ１を保護するために領域Ｒ１或いはＣ１に外部電位をかけることができる。その場合でも、材料Ｍ１、ＭＣ２、ＭＣ３及びＭＲ２−ＭＲ４を形成する材料がなおも、製造中に構造体のいかなる部分にも外部電位をかける必要なく、材料Ｍ１が所望のように選択的に除去される性質を持つように選択される。
【００４９】
材料Ｍ１が領域Ｒ１の概ね全ての部分を形成する場合、通常、領域Ｒ１の材料Ｍ１の全てが電解浴６２に溶解することができるだけの十分な時間に渡って電気化学的除去が行われる。領域Ｒ１が材料Ｍ１以外の成分を含む場合には、その成分は典型的には領域Ｒ１の材料Ｍ１と同時に除去される。例えば付加的な構成要素が領域Ｒ１全体に分布する（その結果、材料Ｍ１は領域Ｒ１の外側表面の大部分に沿って存在する）場合には、その付加的な構成要素は典型的には、領域Ｒ１の材料Ｍ１が除去される際に電解浴６２において剥離され、かつ除去される。付加的な構成要素の除去を促進するために、電解浴６２を攪拌するか、そうでなければ揺動させることができる。別法ではその付加的な材料は単に電解浴６２に溶解する。
【００５０】
領域Ｒ１の材料Ｍ１が完全に除去された後、製造中の構造体がセル６０から取り出され、洗浄され、さらに乾燥される。図２ｃは、領域Ｒ１の概ね全てが電気化学的に除去された典型的な場合に、この時点で製造中の構造体がいかなる外観を有するかを示す。また図２ｃは、電気化学除去作業前に例示された構成要素Ｃ１が領域Ｒ１に電気的に短絡していなかったか、或いは電気化学除去中に領域Ｒ１に短絡しなかった場合も示す。ここで図２ｃの構造体は、以降の処理を行う準備ができている。
【００５１】
材料Ｍ１の選択的な電気化学的除去に戻ると、電解浴６２の電気化学的還元半電池電位（単に「還元電位とする」）Ｅ０は、材料Ｍ１、ＭＣ２、ＭＣ３及びＭＲ２−ＭＲ４を選択する際に用いられる主なパラメータの１つである。図３ａ−図３ｅ（集合的に「図３」）は、侵蝕性の電解浴における製造中の構造体の一定の構成要素／領域に関する電解浴６２の還元電位Ｅ０間の関係を示す。図４ａ−図４ｅ（集合的に「図４」）は、非侵蝕性の電解浴における構造体の一定の構成要素／領域に関する還元電位Ｅ０間の関係を示す。
【００５２】
種々の構成要素／領域に関する還元Ｅ０は、各Ｅ０記号の後に続く挿入記号情報により区別される。電解浴６２の構成要素Ｃ１及び領域Ｒ１の材料Ｍ１に関する還元電位Ｅ０はそれぞれ挿入記号Ｍ１Ｃ１及びＭ１Ｒ１により識別される。挿入記号ＭＣ２、ＭＣ３、ＭＲ２、ＭＲ３及びＭＲ４はそれぞれ、電解浴６２における構成要素／領域ＭＣ２、ＭＣ３及びＭＲ２−ＭＲ４に関する還元電位Ｅ０を示す。
【００５３】
ここでＭを可溶性のイオン性化学種Ｍｎ＋からなる任意の材料を表すものとすると、材料Ｍを含む以下の半電池反応は還元電位Ｅ０（Ｍ）を有する。
【数１】
ここでｅは電子を示し、ｎは材料Ｍのイオン形態の電子数を示し、ｓは固体を示す。還元は反応１において左から右へ進む。また各電位Ｅ０（Ｍ）は、電解浴６２内に実際に存在する材料Ｍの圧力（逸散度）及び濃度（活性）での材料Ｍの還元半電池電位である。１気圧及び１モル濃度での標準的な還元半電池電位Ｅ０（Ｍ）は典型的には実際の還元電位Ｅ０（Ｍ）に近い。
【００５４】
還元電位Ｅ０（Ｍ）の値は、水素反応、すなわち
【数２】
の標準的な還元半電池電位Ｅ０（Ｈ）が０ボルトに設定されている水素標準に対して予め決められている。ここでｇは気体を示す。電位Ｅ０（Ｍ）が正の値であることは、イオン形態から固体形態に変換することにより材料Ｍを還元するために、以下の反応が右に進むことを意味する。
【数３】
電位Ｅ０（Ｍ）が負の値であることは、反応３が材料Ｍを酸化するために左に進み、それにより材料Ｍを固体からイオンに変換することを意味している。
【００５５】
本発明の侵蝕性電解浴技術及び非侵蝕性電解浴技術を実現する電位Ｅ０の関係を決定する際に、電解浴６２において概ね電子を受け渡す能力を持たない材料は、Ｅ０の関係にほとんど影響を与えない。結合構成要素ＣＣ１は電解浴６２において非常に小さな電気化学的交換電流能力しか持たず、そのため電解浴６２において有効に電子受渡し能力を持たないため、構成要素ＣＣ１の存在はこのＥ０関係を決定する際には無視される。結合構成要素ＣＣ２、ＣＲ１及びＣＲ２の電子受渡し能力は、電解浴６２と接触したとすれば、十分に大きいはずである。しかしながら構成要素ＣＣ２、ＣＲ１及びＣＲ２はそれぞれ電解浴６２から完全に分離されている。従って構成要素ＣＣ２、ＣＲ１及びＣＲ２の存在も、侵蝕性電解浴技術及び非侵蝕性電解浴技術に関するＥ０関係を決定する際には無視される。
【００５６】
上記のように、電解浴６２は侵蝕性電解浴技術においては材料Ｍ１に固有の侵蝕性を有しており（材料Ｍ１を侵蝕する）、そのＥ０関係が図３に定量的に示される。すなわち材料Ｍ１からのみ構成される物質が電解浴６２に浸漬される場合、その物質は酸化され、電解浴６２に溶解するＭ１イオンに変換される。侵蝕性電解浴技術に不可欠なことは、主領域Ｒ１の材料Ｍ１は電解浴６２に溶解されるよになるが、短絡していない主構成要素Ｃ１の材料Ｍ１が電解浴６２に溶解されるのを防ぐ内部電位を生成するように、材料Ｍ１、ＭＣ２及びＭＲ２、並びに存在する場合には材料ＭＣ３、ＭＲ３及びＭＲ４を選択することである。
【００５７】
侵蝕性電解浴技術は、主構成要素Ｃ１の材料Ｍ１、付加的な構成要素Ｃ２の材料ＭＣ２及び（存在する場合）付加的な構成要素Ｃ３の材料ＭＣ３を選択して、構成要素Ｃ１の材料Ｍ１に、短絡していない構成要素Ｃ１の大部分の材料Ｍ１が電解浴６２に溶解するのを防ぐような内部生成電気化学的電位がかかるような還元電位Ｅ０を電解浴６２において有することにより実現される。詳細には、電解浴６２が短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１を著しく侵蝕することのないように、電解浴６２の構成要素Ｃ２及びＣ３の還元電位Ｅ０（ＭＣ２）及びＥ０（ＭＣ３）は電解浴６２の構成要素Ｃ１の材料Ｍ１の還元電位Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）より十分に低い値である。これに関して、電解浴６２においてＥ０（Ｍ１Ｃ１）より高い還元電位Ｅ０を有し、また電解浴６２の構成要素Ｃ１の材料Ｍ１の電気化学交換電流に比べて、電解浴６２において著しく大きな電気化学還元交換電流を有する電気的非絶縁性構成要素は、製造中の構造体が電解浴６２に浸漬される間、構成要素Ｃ１に電気的に結合されることはない。
【００５８】
短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１が電解浴６２に溶解するのを防ぐことと引換えに、材料ＭＣ２（構成要素Ｃ２）並びにまた材料ＭＣ３（構成要素Ｃ３）の少なくとも一部が酸化され、電解浴６２に溶解される。材料ＭＣ２並びにまた材料ＭＣ３により供給される電子は電気化学的交換電流を形成し、その電流が、電解浴６２の構成要素Ｃ１の表面上で十分に大きな負の界面電位を保持するための役割を果たす。領域Ｒ１の材料Ｍ１の全てが除去される前に、材料ＭＣ２及びＭＣ３の全てが電解浴６２に溶解する場合には、電解浴６２は短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１を侵蝕し始める。このようなことが発生しないようにするために、電解浴６２における領域Ｒ１の材料Ｍ１の溶解の速度は、電解浴６２における材料ＭＣ２及びＭＣ３の全溶解速度より大きくなるように規定される。
【００５９】
さらに多くの場合、構成要素Ｃ２は、製造される最終的な構造体における構成要素である。典型的には材料ＭＣ２の大部分の除去は許容されない。実際に多くの場合に、少量の除いて、材料ＭＣ２部分の除去は許容されない。従って電解浴６２の領域Ｒ１の材料Ｍ１の溶解速度は通常、電解浴６２の材料ＭＣ２の溶解速度より著しく大きくなければならず、溶解速度の差は、構成要素Ｃ２の大きさをどこまで縮小できるかによる。
【００６０】
多くの場合に、構成要素Ｃ３も典型的には同様に製造される最終構造体の構成要素であり、同じことが当てはまる。しかしながら以下に議論するように、より大きな形状でも、構成要素Ｃ２と異なり構成要素Ｃ３では許容できる場合も多い。
【００６１】
侵蝕性電解浴技術における還元電位Ｅ０（Ｍ１ Ｃ１ ）、Ｅ０（ＭＣ２）及びＥ０（ＭＣ３）を選択するための基準をさらに理解するために、付加的な領域Ｒ３が存在しない場合を考える。その際還元電位にＥ０（ＭＣ２）は、図３ａに示されるように、還元電位Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）より小さい。構成要素Ｃ１の材料Ｍ１が電解浴６２に溶解されるのを防ぐために、電位Ｅ０（ＭＣ２）はＥ０（Ｍ１Ｃ１）よりわずかではあるが小さくする必要がある。典型的にはＥ０（ＭＣ２）は、Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）より０．２−０．３Ｖ以下の範囲内で低い値にする必要がある。しかしながらＥ０（ＭＣ２）はＥ０（Ｍ１Ｃ１）より０．２−０．３Ｖ以上小さくすることができる。
【００６２】
次に、電解浴６２に浸漬される際に、構成要素Ｃ３が製造中の構造体内に存在する場合を考える。電位にＥ０（ＭＣ２）及びＥ ０ （ＭＣ３）はいずれも図３ｂに示されるように電位Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）より小さい。図３ａの上記例と同様に、電位Ｅ０（ＭＣ２）及びＥ０（ＭＣ３）は、短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１が酸化されるのを防ぐために、Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）よりわずかに、典型的には０．２−０．３以下の範囲内で小さい値にする必要がある。
【００６３】
構成要素Ｃ２は典型的には、製造されるデバイス、例えばフィールドエミッタのコアに配置される大きさに関して重要な部品である。従って構成要素Ｃ２では最小限度を超えてサイズが縮小されることは通常許容されない。一方構成要素Ｃ３は製造中のデバイスの周辺に配置され、領域Ｒ１の除去中に実質的な量の溶解が許容されるように最初に十分な厚さ与えることができる。詳細には、構成要素Ｃ３は部分的に、構成要素Ｃ２を保護するための犠牲構成要素として作用することができる。
【００６４】
上記の状況は、電位Ｅ０（ＭＣ３）がＥ０（ＭＣ２）より小さくなるように規定することにより達成される。この状況が図３ｂに示される。Ｅ０（ＭＣ３）をＥ０（ＭＣ２）より小さくなるように選択するそれ以外の利点は、短絡していない構成要素Ｃ１に与えられる溶解に対する保護の度合が、構成要素Ｃ３が不在であるか、或いは概ね材料ＭＣ２からなる場合に生じると考えられる度合よりも大きくなる点である。
【００６５】
電解浴６２に材料ＭＣ２が溶解する速度が、Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）−Ｅ０（ＭＣ２）の差が大きくなるに従って非常に速くなる。同様に、材料ＭＣ３が電解浴６２に溶解する速度は、差Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）−Ｅ ０ （ＭＣ３）が大きくなるに従って非常に速くなる。材料ＭＣ２並びにまた材料ＭＣ３が著しく損失ことが許容できない場合、電位Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）がＥ０（ＭＣ２）並びにまたＥ０（ＭＣ３）より著しく大きくなるように規定することは一般には望ましくない。そのような場合には、差Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）−Ｅ０（ＭＣ２）或いはＥ０（Ｍ１Ｃ１）−Ｅ０（ＭＣ３）の最大値は典型的には１Ｖである。
【００６６】
製造中の構造体が、（ａ）構成要素Ｃ１に電気的に結合され、（ｂ）領域Ｒ１とは電気的に結合せず、さらに（ｃ）電解浴６２に浸漬される任意のさらに別の電気的非絶縁性構成要素を備える場合には、そのような各構成要素に関する還元電位Ｅ０は上記方法に従って選択される。言い換えると、そのようなさらに別の構成要素に関する電位Ｅ０はＥ０（Ｍ１Ｃ１）未満であるが、Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）より約１Ｖ以下の範囲内で小さい。そのようなさらに別の構成要素が構成要素Ｃ２及びＣ３を介して構成要素Ｃ１に電気的に接続されるものと仮定すると、構成要素Ｃ３がさらに別の構成要素に溶解に対する保護を与えることを望む場合には、そのさらに別の構成要素の電位Ｅ０は、電位Ｅ０（ＭＣ２）とＥ０（ＭＣ３）との間にあるように選択される。逆に、さらに別の構成要素が構成要素Ｃ３（従って構成要素Ｃ２及びＣ１）に溶解に対する保護を与えることを望む場合には、さらに別の構成要素の電位Ｅ０は最も低い還元電位である。
【００６７】
電解浴６２が材料Ｍ１に対して固有の侵蝕性を有する場合、電解浴６２は、電解浴６２の領域Ｒ１の材料Ｍ１の還元電位Ｅ０（Ｍ１Ｒ１）より大きい還元電位Ｅ０（Ｂ）を有する、還元作用を受ける構成要素Ｂを備える。図３ｃを参照されたい。還元電位Ｅ０（Ｍ１Ｒ１）は典型的にはＥ０（Ｍ１Ｃ１）に近い。さらに構成要素Ｂに関連する還元の交換電流密度は、領域Ｒ１の露出した表面において相対的に高くなる。還元される際に、構成要素Ｂは、以下の反応に従って領域Ｒ１の材料Ｍ１を酸化するために領域Ｒ１の材料Ｍ１から電子を受諾する（すなわち受け取る）。
【数４】
【００６８】
また反応４は短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１の付近においても生じる。侵蝕性電解浴技術の場合に上記のように電位Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）、Ｅ０（ＭＣ２）及びＥ０（ＭＣ３）を選択することにより、材料ＭＣ２及びＭＣ３を溶解することにより供与される電子は、材料が反応４により除去されるのより速い速度で短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１に達する。短絡していない構成要素Ｃ１は負に帯電する。これにより電解浴６２が、短絡していない構成要素Ｃ１の原子を正に帯電したＭ１イオンに変換するのを防ぐ。
【００６９】
侵蝕性電解浴技術の役割はさらに、領域Ｒ１が領域Ｒ２−Ｒ４に電気的に結合されている場合であっても、電解浴６２において領域Ｒ１の材料Ｍ１が溶解し続けるような性質を持つ還元電位Ｅ０を有するように、さらに別の領域Ｒ２の材料ＭＲ２及び存在する場合には、さらに別の領域Ｒ３及びＲ４の材料ＭＲ３及びＭＲ４を選択することを含む。これは、領域Ｒ２の材料ＭＲ２の還元電位Ｅ０（ＭＲ２）を、存在するなら（すなわち領域Ｒ３及びＲ４が存在する場合には）電位Ｅ０（ＭＣ２）より大きくなるはずの領域Ｒ３及びＲ４の材料ＭＲ３及びＭＲ４の還元電位Ｅ０（ＭＲ３）及びＥ０（ＭＲ４）を、さらに存在する場合には（すなわち構成要素Ｃ３が存在する場合には）電位Ｅ０（ＭＣ３）を規定することにより達成される。還元電位Ｅ０（ＭＣ２）、Ｅ０（ＭＣ３）及びＥ０（ＭＣ４）は電位Ｅ０（Ｍ１Ｒ１）より小さくすることも大きくすることもできる。上記Ｅ０の条件が、構成要素／領域Ｃ３、Ｒ３及びＲ４が存在しない場合に関して図３ｄに示される。電位Ｅ０（ＭＲ２）は実質的にＥ０（ＭＣ２）より大きい範囲のいずれにあることもできる。
【００７０】
図３ｅは、電解浴６２に浸漬される際に、製造中の構造体において構成要素／領域Ｃ３、Ｒ３、及びＲ４が存在する場合の上記Ｅ０の条件を示す。電位Ｅ０（ＭＣ３）はＥ０（ＭＣ２）より小さい。この場合には、電位Ｅ０（ＭＲ２）、Ｅ０（ＭＲ３）及びＥ０（ＭＲ４）は、Ｅ０（ＭＣ２）より大きい範囲のいずれにあることもできる。
【００７１】
電位Ｅ０（ＭＲ２）及び存在するなら電位Ｅ０（ＭＲ３）及びＥ０（ＭＲ４）は全てＥ０（Ｍ１Ｒ１）より大きいことが好ましい。このように電位Ｅ０（Ｍ１Ｒ１）及びＥ０（ＭＲ２）〜ＥＯ（ＭＲ４）を与えることにより、領域Ｒ１の材料Ｍ１が酸化され、製造中の構造体から除去される速度が速くなる。電位Ｅ０（ＭＲ２）〜Ｅ０（ＭＲ４）の重み付けした平均値が電位Ｅ０（Ｍ１Ｒ１）に対して増加するに従って、除去速度が速くなるが、その重み付けは、非侵蝕性電解浴技術に関連して以下に議論されるような材料ＭＲ２〜ＭＲ４の交換電流密度に基づいている。
【００７２】
材料Ｍ１、ＭＣ２及びＭＲ２、並びに存在する場合には材料ＭＣ３、ＭＲ３及びＭＲ４が、侵蝕性電解浴技術を実施するための上記基準に従って選択される。結合構成要素ＣＣ１、ＣＣ２、ＣＲ１及びＣＲ２の特性は、侵蝕性電解浴技術に対するＥ０の関係において全く影響を及ぼさない。その後少なくとも領域Ｒ１の材料Ｍ１及び典型的には領域Ｒ１の全ての材料が、短絡していない構成要素を著しく侵蝕することなく、また製造中の構造体に外部電位をかける必要もなく除去される。
【００７３】
本発明の非侵蝕性電解浴技術に戻ると、電解浴６２は、材料Ｍ１に対して固有の非侵蝕性（すなわち実質的に非侵蝕性）を有しており、その有効なＥ０の関係が図４に定性的に示されている。言い換えると、材料Ｍ１のみからなる物質が電解浴６２と接触しても、その物質には実質的に何の変化も生じない。非侵蝕性電解浴技術に不可欠なことは、短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１が概ね影響を受けないままである間に、領域Ｒ１の材料Ｍ１が電気化学的に酸化され、電解浴６２に溶解するような内部電気化学的電位を生成するように、材料Ｍ１、ＭＣ２及びＭＲ２並びに存在するなら材料ＭＣ３、ＭＲ３及びＭＲ４を選択することである。
【００７４】
非侵蝕性電解浴技術は、電解浴６２において、領域Ｒ１の材料Ｍ１に領域Ｒ１の材料Ｍ１が電解浴６２に溶解できるようにする内部生成電気化学的電位がかかるような還元電位Ｅ０を有するように、領域Ｒ１の材料Ｍ１、領域Ｒ２の材料ＭＲ２及び（存在するなら）領域Ｒ３及びＲ４の材料ＭＲ３及びＭＲ４を選択することにより実現される。詳細には、電解浴６２において、還元電位Ｅ０（ＭＲ２）、Ｅ０（ＭＲ３）及びＥ０（ＭＲ４）は、電解浴６２が領域Ｒ１の材料Ｍ１を溶解する還元電位Ｅ０（Ｍ１Ｒ１）より十分に高い。電位Ｅ０（ＭＲ２）、Ｅ０（ＭＲ３）及びＥ０（ＭＲ４）がＥ０（Ｍ１Ｒ１）に対して増加するに従って、電解浴６２に領域Ｒ１の材料Ｍ１が溶解する速度が速くなる。領域Ｒ１の材料Ｍ１が量産に耐えうるような速度で除去されるようにするためには、電位Ｅ０（ＭＲ２）、Ｅ０（ＭＲ３）及びＥ０（ＭＲ４）の少なくとも１つがＥ０（Ｍ１Ｒ１）より著しく大きくなる必要がある。
【００７５】
図４ａは領域Ｒ３及びＲ４が存在しない場合を示す。その際電位Ｅ０（ＭＲ２）がＥ０（Ｍ１Ｒ１）より著しく高い。図４ｂは、領域Ｒ３が存在するが、領域Ｒ４が存在しない場合を示す。電位Ｅ０（ＭＲ２）及びＥ ０ （ＭＲ３）はいずれもＥ０（Ｍ１Ｒ１）より著しく高い。領域Ｒ２が領域Ｒ３より狭い範囲に存在する典型的な場合、Ｅ０（ＭＲ３）は典型的にはＥ０（ＭＲ２）より小さい。最後に図４ｃは領域Ｒ３及びＲ４がいずれもが存在する場合を示す。電位Ｅ０（ＭＲ２）〜Ｅ０（ＭＲ４）は全てＥ０（Ｍ１Ｒ１）より著しく高い。典型的にはＥ０（ＭＲ４）はＥ０（ＭＲ３）より小さく、またＥ０（ＭＲ３）はＥ０（ＭＲ２）より小さい。
【００７６】
製造中の構造体が、（ａ）領域Ｒ１に電気的に結合され、（ｂ）短絡した構成要素Ｃ１とは電気的に結合されず、さらに（ｃ）電解浴６２に浸漬される任意の付加的な電気的非絶縁性領域を含む場合には、そのような各付加的な領域に対する還元電位Ｅ０は、電位Ｅ０（ＭＲ２）〜Ｅ０（ＭＲ４）に当てはまる方法に従って選択される。また電解浴６２においてＥ０（Ｍ１Ｒ１）より低い還元電位Ｅ０を有し、さらに領域Ｒ１の材料Ｍ１より速い溶解速度を有する電気的非絶縁性領域は、製造中の構造体が電解浴６２に浸漬される間に領域Ｒ１に電気的に結合されることはない。
【００７７】
製造中の構造体は領域Ｒ３並びにまた領域Ｒ４を含む場合、領域Ｒ３並びにまた領域Ｒ４と領域Ｒ２との組み合わせは、その還元電位Ｅ０（Ｒ）が電位Ｅ０（ＭＲ２）〜Ｅ０（ＭＲ４）の重み付けした平均値である電気的非絶縁性の複合領域のように動作する。重み付けは、概ね電解浴６２の材料ＭＲ２〜ＭＲ４の交換電流により定義される。材料ＭＲ２〜ＭＲ４のうちの１つの交換電流が、材料ＭＲ２〜ＭＲ４のうちの他の２つの交換電流より非常に大きい場合には、重み付け平均還元電流Ｅ０（Ｒ）は、最も高い交換電流を有する領域の還元電位Ｅ０と概ね等しくなる。非侵蝕性電解浴技術の場合のＥ０判定基準は、重み付け平均電位Ｅ０（Ｒ）がＥ０（Ｍ１Ｒ１）より著しく大きくなるという１つの判定基準にまとめることができる。
【００７８】
材料ＭＲ２〜ＭＲ４の交換電流は、その交換電流密度及び電解浴６２に露出した表面積により確定される。一次近似では、交換電流は交換電流密度と露出した表面積との積である。この近似を用いて、全交換電流を推定し、重み付け平均還元電位Ｅ０（Ｒ）を調整することができる。特定の応用例に対する材料ＭＲ２〜ＭＲ４の選択は種々の要因に依存する。多くの場合、材料ＭＲ２或いはＭＲ３として用いるのが望ましい材料は低い還元電位Ｅ０を有しており、その結果重み付け平均電位Ｅ０（Ｒ）は望ましくないほど低くなる。そのような場合に、この問題を解決するための１つの技術は、その材料が概ね交換電流を持たず、従って電位Ｅ０（Ｒ）が降下しないように絶縁体でその材料を覆うことである。従ってここで領域Ｒ２或いはＲ３は、Ｅ０判定基準から外れるように結合領域ＣＲ１或いはＣＲ２に変換される。
【００７９】
Ｅ０判定基準を満たすのが、領域Ｒ１の材料Ｍ１が製造中の構造体から除去できるようにするための非侵蝕性電解浴技術における閾値要件である。さらにいくつかの機構を用いて、量産時に許容可能な速さで材料Ｍ１を酸化するように、十分に速い速度で領域Ｒ１から電子を除去しなければならない。これは典型的には、大きな電気化学的還元交換電流を有するように、材料ＭＲ２−ＭＲ４うちの少なくとも１つを与えることにより実現される。その際領域Ｒ２〜Ｒ４の全電子受容能力は高く、領域Ｒ１の材料Ｍ１が短時間に除去されるようになる。
【００８０】
非侵蝕性電解浴技術の場合、種々の要因により、材料ＭＲ２−ＭＲ４を選択し、Ｅ０判定基準及び還元交換電流要件の両方を満たすことは難しい場合が多い。Ｅ０判定基準を満足するが、材料ＭＲ２−ＭＲ４に対して選択された材料では必要な還元交換電流が容易に達成できない場合に、必要とされる速い速度で領域Ｒ１から電子を除去するための別の技術は、電解浴６２において高い電気化学的還元交換電流で還元反応を受ける余分な構成要素Ｘを電解浴６２に設けることである。この方法では、余分な構成要素Ｘの還元電位Ｅ０（Ｘ）は電位Ｅ０（Ｍ１Ｒ１）より大きくなる。
【００８１】
構成要素Ｘの一例は酸素である。電解浴６２が酸素で飽和される場合、溶液のｐＨに依存する複合的な反応の流れにより酸素の還元が生じる。ある場合には、酸素の還元は以下の反応により表すことができる。
【数５】
構成要素Ｘの別の例は＋３価のイオンである。＋３価の鉄の還元は、電解浴６２において以下の反応に従って生じる。
【数６】
反応５及び６のいずれも多数の表面において高い電気化学的還元交換電流密度を有する。
【００８２】
電子を除去するために電解浴６２に構成要素Ｘが導入される場合に、重み付け平均電位Ｅ０（Ｒ）は変更され、構成要素Ｘの影響を受けるようになる。すなわち領域Ｒ１の材料Ｍ１が酸化されるようになる自発の電位は、電位Ｅ０（ＭＲ２）〜Ｅ０（ＭＲ４）の重み付け平均値と余分な構成要素の電位Ｅ０（Ｘ）との差である。重み付けは電気化学的交換電流に基づくため、合成した重み付け平均電位Ｅ０（Ｒ）はＥ０（Ｘ）と概ね等しくなる。言い換えると、構成要素Ｘは、Ｅ０及び交換電流の両方の観点から見て、除去手順において支配的である。
【００８３】
余分な構成要素の電位Ｅ０（Ｘ）は、電位Ｅ０（ＭＲ２）〜Ｅ０（ＭＲ４）より大きい場合も小さい場合もある。電位Ｅ０（Ｘ）がＥ０（ＭＲ２）より大きい場合には、構成要素Ｘを含む還元により、材料ＭＲ２が一定条件下で侵蝕（酸化）され得る。Ｅ０（Ｘ）がＥ０（ＭＲ３）或いはＥ０（ＭＲ４）より大きい場合には、同じことが材料ＭＲ３或いはＭＲ４にも当てはまる。そのような材料ＭＲ２〜ＭＲ４の侵蝕は、電位Ｅ０（Ｘ）をＥ０（ＭＲ２）〜Ｅ０（ＭＲ４）のそれぞれより小さくなるように選択することにより防ぐことができる。この状況が図４ｄに示される。
【００８４】
非侵蝕性電解浴技術の役割はさらに、短絡していない構成要素Ｃ１が電解浴６２に溶解しないような性質を持つ還元電位Ｅ０を有するように、付加的な構成要素Ｃ２の材料ＭＣ２及び存在するなら付加的な構成要素Ｃ３の材料ＭＣ３を選択することを含む。短絡した構成要素Ｃ１の保護は、電位Ｅ０（ＭＣ２）及び存在するなら電位Ｅ０（ＭＣ３）が、Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）より約０．３Ｖ以上高くならないように規定することにより行われる。図４ｅを参照されたい。再び電位Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）及びＥ０（Ｍ１Ｒ１）は一般に概ね等しい値からなる。
【００８５】
電位Ｅ０（ＭＣ２）及びＥ０（ＭＣ３）はそれぞれＥ０（Ｍ１Ｃ１）より小さい、典型的にはＥ０（Ｍ１Ｃ１）より０．２〜０．３Ｖ小さいことが好ましい。電位Ｅ０（ＭＣ２）がＥ０（Ｍ１Ｃ１）より著しく小さい場合には、材料ＭＣ２は著しく侵蝕（酸化）されるようになる。同じことが材料ＭＣ３に関する電位Ｅ０（ＭＣ３）にも当てはまる。そのような侵蝕を許容できない状況では、電位Ｅ０（ＭＣ２）及びＥ０（ＭＣ３）は通常Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）より１Ｖ以下の範囲内で小さくなる。
【００８６】
材料Ｍ１、ＭＲ２、ＭＣ２、及び存在するなら材料ＭＲ３、ＭＲ４及びＭＣ３を実現する材料は、非侵蝕性電解浴技術を実施するための上記Ｅ０及び交換電流基準に従って選択される。侵蝕性電解浴技術の場合と同様に、結合構成要素ＣＣ１、ＣＣ２、ＣＲ１及びＣＲ２の特性は、非侵蝕性電解浴技術の場合の基準において全く影響を与えない。再び領域Ｒ１の材料Ｍ１の少なくとも一部及び典型的には領域Ｒ１の全てが、短絡していない構成要素Ｃ１を著しく侵蝕することなく、また製造中の構造体に外部制御電位をかける必要もなく除去される。
【００８７】
製造中の構造体に抵抗性の結合構成要素ＣＣ１が存在し、高い抵抗率を有する場合、通常、領域Ｒ１或いはＲ２に対する構成要素Ｃ１の小断片の短絡しても、短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１を著しく除去することなく領域Ｒ１の材料Ｍ１を除去する能力は損なわれない。短絡した各構成要素Ｃ１は概ね領域Ｒ１の電位にある。構成要素Ｃ１が領域Ｒ１に短絡されていない場合に、領域Ｒ１と短絡した構成要素Ｃ１との間に通常存在する電位差は、構成要素ＣＣ１の抵抗性材料間で大きく降下する。実際には構成要素ＣＣ１は、互いから構成要素Ｃ１を電気的に絶縁する。従って短絡していない各構成要素Ｃ１は、短絡した各構成要素Ｃ１から有効に絶縁される。
【００８８】
短絡した各構成要素Ｃ１が概ね領域Ｒ１の電位にあるため、短絡した各構成要素Ｃ１は電気化学的除去作業の少なくとも最初の段階中に有効に領域Ｒ１の一部となる。それゆえ短絡した各構成要素Ｃ１は、十分な量の材料Ｍ１が領域Ｒ１並びにまたその構成要素Ｃ１から除去され、領域Ｒ１のその時点で存在する残りの部分と構成要素Ｃ１の残りの部分との間に適当な大きさの間隙を生成するまで電気的に侵蝕される。その間隙が、もともと短絡していた構成要素Ｃ１の電位が構成要素Ｃ１の材料Ｍ１を酸化するのに必要な値未満まで降下するような幅に達する際に、その構成要素Ｃ１への侵蝕は終了する。
【００８９】
短絡した構成要素Ｃ１への電気化学的な侵蝕は、多くの場合、その構成要素Ｃ１の比較的小部分のみが除去された時点で終了する。予め短絡した構成要素Ｃ１のうちのどの程度が残るか、またその残りの部分が如何なる形状をなすかにより、その構成要素Ｃ１の残りの部分が、所定の機能を十分に実行することができるようになる。あらゆる場合において、一方では構成要素Ｃ１間の電気的短絡が、他方では領域Ｒ１とＲ２との間の電気的短絡が、本発明の侵蝕性電解浴或いは非侵蝕性電解浴技術のいずれかを用いて排除（修復）される。
【００９０】
図５ａ及び図５ｂ（集合的に「図５」）は、図２のプロセスの流れが、主構成要素Ｃ１が円錐形の電子放出素子であるフィールドエミッタを作製する際に如何に用いられるかの一例を示す。図５ａは、一連の主領域Ｒ１をそれぞれ同時に除去するために本発明の電気化学的除去手順を実行する直前の典型的な構造体の外観を示す。１つの領域Ｒ１のみが図５ａに示される。領域Ｒ１は電子放出コーンＣ１を形成する際に用いられる材料Ｍ１の余剰の材料からなる。
【００９１】
コーンＣ１及び余剰エミッタ材料領域Ｒ１の他に、図５ａの初期構造体は、一群の付加的な構成要素Ｃ２と、対応する一群の付加的な構成要素Ｃ３と、結合構成要素ＣＣ１と、一群のさらに別の領域Ｒ２と、絶縁性基板４０と、中間誘電帯層４２とを備える。図５ａはそれぞれ１つの構成要素Ｃ２と１つの構成要素Ｃ３と１つの領域Ｒ２とを示す。基板４０は典型的にはガラスのような透明な電気絶縁体からなる。誘電体層４２は典型的には酸化シリコンである。
【００９２】
図５ａの構成要素Ｃ２はエミッタ電極であり、それぞれ図の平面に水平に延在する。各構成要素Ｃ３は対応するエミッタ電極Ｃ２用のコンタクトパッドである。エミッタコンタクトパッドＣ３の露出した全表面積は典型的には余剰エミッタ材料領域Ｒ１の露出した全表面積の少なくとも１０倍である。領域Ｒ２はゲート電極であり、それぞれ図５ａの平面に垂直に、すなわちエミッタ電極Ｃ２に垂直に延在する。ゲート電極Ｒ２の露出した全表面積は典型的には余剰エミッタ材料領域Ｒ１の露出した全表面積の少なくとも１０倍である。
【００９３】
侵蝕性電解浴技術の実施形態では、コーンＣ１の材料Ｍ１及び余剰領域Ｒ１は典型的にはニッケルである。ゲート電極Ｒ２、エミッタ電極Ｃ２及びエミッタコンタクトパッドＣ３はそれぞれプラチナ、クロム及びアルミニウムである。電解浴６２は、侵蝕性電解浴の実施形態では溶存酸素を含む０．１モルのリン酸からなる水溶液である。
【００９４】
非侵蝕性電解浴技術の実施形態では、コーンＣ１の材料Ｍ１及び余剰領域Ｒ１は典型的にはモリブデンである。ゲート電極Ｒ２及びエミッタコンタクトパッドＣ３は再びそれぞれプラチナ及びアルミニウムである。しかしながらエミッタ電極Ｃ２は非侵蝕性電解浴の実施形態ではタンタルである。
【００９５】
非侵蝕性電解浴の実施形態における電解浴６２は有機溶剤、酸及び溶存酸素で形成される電解液である。また電解浴６２は塩を含む場合がある。有機溶剤、酸、及び塩は、上記のＰｏｒｔｅｒ等による特許出願第０８／８８４，７０１号に記載されるように選択することができる。例えば、有機溶剤は、ジメチルスルフォキシドである。酸は０．１−１．５、典型的には０．５のモル濃度（ｍｏｌ／ｌ）のＰ−トルエンスルホン酸である。塩は０．０５−０．７５、典型的には、０．１のモル濃度のテトラエチルアンモニウムＰ−トルエンスルホン酸塩である。溶存酸素は構成要素Ｘを構成する。
【００９６】
図５ｂは、余剰エミッタ材料領域Ｒ１が完全に除去されるほど十分に長い時間に渡って電解浴６２に浸漬された後の初期構造体が如何なる外観を有するかを示す。ここで電子放出コーンＣ１はゲート電極Ｒ２の開口部４６を介して露出する。侵蝕性電解浴技術の場合、エミッタコンタクトパッドＣ３は図５ｂに示されるようにわずかに小さくなる。上記のように、コンタクトパッドＣ３の少量の減少は、非侵蝕性電解浴技術においても生じるようになる。
【００９７】
図６は、本発明により製造される図５ｂと類似のエリアフィールドエミッタを用いるフラットパネルＣＲＴディスプレイのコアアクティブ領域の典型的な例を示す。基板４０はＣＲＴディスプレイのベースプレートを形成する。各エミッタ電極構成要素Ｃ２は、ベースプレート４０の内側表面に沿って配置される。
【００９８】
図６の例では、フィールドエミッタはエミッタ電極Ｃ２に垂直に延在する一群のさらに別の領域Ｒ３を備える。領域Ｒ３は、その１つが図６に示されており、主制御電極を構成する。各主制御電極Ｒ３は１つ以上の主制御アパーチャ７０を含む。図６の領域Ｒ２は、図示されるように主制御アパーチャ７０にまで及ぶゲート部分である。各主制御電極Ｒ３及び隣接するゲート部分Ｒ２は、複合制御電極を形成する。図６の電子放出コーンは、横方向に離隔した電子放出コーンの組に配列される。各コーンＣ１の組は、対応する主制御アパーチャ７０の１つにより横方向に画定されるゲート開口部４６を介して露出される。
【００９９】
透明、典型的にはガラスのフェースプレート８０はベースプレート４０に対向して配置される。発光燐光体領域８２は、その１つが図６に示されており、対応する主制御アパーチャ７０に直に対向するフェースプレート８０の内側表面上に配置される。薄い光反射層８４は、典型的にはアルミニウムからなり、フェースプレート８０の内側表面に沿って燐光体領域８２の上層をなしている。電子放出素子Ｃ１により放出された電子は光反射層８４を通過し、燐光体領域８２が発光して、フェースプレート８０の外側表面上に視認可能な画像を形成できるようにする。
【０１００】
フラットパネルＣＲＴディスプレイのコアアクティブ領域は典型的には図６には示されない他の構成要素も含む。例えばフェースプレート８０の内側表面に沿って配置される黒色マトリクスが典型的には各燐光体領域８２を包囲し、その燐光体領域を他の燐光体領域から横方向に離隔する。電極間誘電体層４２上に設けられた集光用の稜線部は、電子の経路制御を補助するためのものである。スペーサ壁を用いて、バックプレート４０とフェースプレート８０との間の相対的な間隔を一定に保持する。
【０１０１】
図６に示されるタイプのフラットパネルＣＲＴディスプレイに組み込まれる場合、本発明より製造されるフィールドエミッタは以下のように動作する。光反射層８４がフィールドエミッタカソードに対するアノードとして機能する。アノードは、ゲート及びエミッタラインに対して高い正電位に保持される。
【０１０２】
（ａ）選択されたエミッタ電極Ｃ２の１つと（ｂ）選択された複合制御電極Ｒ２／Ｒ３の１つとの間に適当な電位がかけられる際に、そのように選択された制御電極Ｒ２／Ｒ３のゲート部分Ｒ２が２つの選択された電極の交差部において電子放出素子Ｃ１から電子を抽出し、その結果生じる電子流の大きさを制御する。電子放出の所望のレベルは典型的には、加えられたゲート−カソード平行板電界が、燐光体領域８２が高電圧燐光体である場合に燐光体で覆われたフェースプレート８０において測定して、０．１ｍｍＡ／ｃｍ２の電流密度で２０Ｖ／ｍｍ以下に達する際に生じる。抽出された電子が衝当する際に燐光体領域８２が発光する。
【０１０３】
「下側」及び「上側」のような方向に関する用語が本発明を記載する際に用いられているが、その用語は本発明の種々の部品が如何に係合しているかを読者がより理解しやすいようにする座標を確立するためのものである。実際には、電子放出素子の構成要素はここで用いられる方向に関する用語が示すものとは異なる位置関係で配置される場合もある。同じことが、本発明において製造ステップが実行される場合にも当てはまる。便宜上方向に関する用語を用いて、その記載内容を容易にしているので、本発明は、ここで用いられる方向に関する用語により厳密に取り扱われるのとは異なる位置関係の実施形態をも含む。
【０１０４】
本発明は特定の実施例を参照して記載されて来たが、その記載は例示に過ぎず、以下に請求される本発明の範囲を制限することを意図するものではない。例えば、上記の材料と異なる金属を、図５ｂ及び図６のフィールドエミッタの構成要素Ｃ１−Ｃ３、領域Ｒ２及び（存在する場合には）領域Ｒ３及びＲ４に対して選択することもできる。電子放出素子Ｃ１は円錐形以外の形状にすることもできる。その一例は台座上にある円錐体（ｃｏｎｅ ｏｎ ｐｅｄｅｓｔａｌｓ）である。
【０１０５】
エミッタ電極構成要素Ｃ２及び抵抗性構成要素ＣＣ１がその構造体を支持するだけの十分な全厚からなる場合には、基板４０をなくすことができる。絶縁性基板４０は、薄い絶縁層が、構造支持体を形成する比較的厚い非絶縁層の上層をなす複合基板と置き換えることができる。
【０１０６】
本発明の電気化学的除去技術は、ゲートを持たない電子エミッタを製造する際にも用いることができる。本発明により製造される電子エミッタを用いてフラットパネルＣＲＴディスプレイ以外のフラットパネル装置を製造することができる。その例は、電子分光学上で利用される製品、Ｘ線或いは電子ビームからマイクロ波を生成する際に利用される製品及び電子ビーム加熱により材料を蒸着する際に利用される製品を含む。従って請求の範囲において画定される本発明の厳密な範囲及び精神から逸脱することなく、種々の変更例及び応用例が当業者により実行されることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】電子エミッタの電子放出素子を作製するための従来のプロセスにおけるステップを表す断面構造図である。
【図１ｂ】電子エミッタの電子放出素子を作製するための従来のプロセスにおけるステップを表す断面構造図である。
【図１ｃ】電子エミッタの電子放出素子を作製するための従来のプロセスにおけるステップを表す断面構造図である。
【図１ｄ】電子エミッタの電子放出素子を作製するための従来のプロセスにおけるステップを表す断面構造図である。
【図２ａ】円錐形の電子放出素子のような構成要素を作製中に、ゲート制御フィールドエミッタのような構造体から材料を選択的に除去するための本発明の電気化学的な教示に従うプロセスの流れにおけるステップを表す模式的な断面図である。
【図２ｂ】円錐形の電子放出素子のような構成要素を作製中に、ゲート制御フィールドエミッタのような構造体から材料を選択的に除去するための本発明の電気化学的な教示に従うプロセスの流れにおけるステップを表す模式的な断面図である。
【図２ｃ】円錐形の電子放出素子のような構成要素を作製中に、ゲート制御フィールドエミッタのような構造体から材料を選択的に除去するための本発明の電気化学的な教示に従うプロセスの流れにおけるステップを表す模式的な断面図である。
【図３ａ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を有する電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図３ｂ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を有する電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図３ｃ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を有する電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図３ｄ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を有する電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図３ｅ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を有する電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図４ａ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を持たない電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図４ｂ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を持たない電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図４ｃ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を持たない電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図４ｄ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を持たない電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図４ｅ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を持たない電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図５ａ】ゲート制御フィールドエミッタにおいて円錐形の電子放出素子を作製するために図２ａ−図２ｃのプロセスの流れを実施する場合のステップを表す断面図である。
【図５ｂ】ゲート制御フィールドエミッタにおいて円錐形の電子放出素子を作製するために図２ａ−図２ｃのプロセスの流れを実施する場合のステップを表す断面図である。
【図６】本発明に従って製造される電子放出素子を有するゲート制御フィールドエミッタを備えるフラットパネルＣＲＴディスプレイの断面構造図である。
関連特許出願の相互参照
本発明は１９９８年６月２９日出願のＫｎａｌｌ等による国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９８／１２８０１に関連し、その内容は参照して本明細書の一部としており、ここでは更に繰り返さない。
【０００２】
発明の分野
本発明は、特にその構造体が、一般にフラットパネルタイプの陰極線管（「ＣＲＴ」）ディスプレイのような製品に適したカソードと呼ばれる電子放出デバイスである場合に、同じ種類の材料からなる所望の部分を除去することなく、部分的に完成した構造体から材料の不要な部分を除去することに関する。
【０００３】
背景技術
電界放出カソード（或いはフィールドエミッタ）は、十分な強度の電界をかけられると電子を放出する一群の電子放出素子を含む。電子放出素子は典型的にはエミッタ電極のパターン形成層の上側に配置される。ゲート制御フィールドエミッタでは、パターン形成ゲート層が典型的には電子放出素子の位置においてパターン形成エミッタ層の上層をなしている。各電子放出素子は、ゲート層の開口部を介して露出する。ゲート層の選択した部分とエミッタ層の選択した部分との間に適当な電圧がかかる際に、２つの選択した部分の交差部でゲート層が電子放出素子から電子を抽出する。
【０００４】
電子放出素子は多くの場合円錐形である。図面を参照すると、図１ａ−図１ｄは、例えばＳｐｉｎｄｔ等による米国特許第５，５５９，３８９号に開示されるフラットパネルＣＲＴ用のゲート制御フィールドエミッタにおいて円錐形の電子放出素子を形成するための従来の技術を示す。図１ａに示される段階では、部分的に完成したフィールドエミッタが基板２０と、エミッタ電極層２２と、誘電体層２４と、ゲート層２６とを備えている。ゲート開口部２８がゲート層２６を通って延在する。対応する誘電体開口部３０が誘電体層２４を通って延在する。
【０００５】
グレージング角による堆積手順を用いて、リフトオフ層３２が図１ｂに示されるようにゲート層２６の上側に形成される。エミッタ材料がその構造体の上側及び誘電体開口部３０の内部に堆積されるが、それはエミッタ材料がアパーチャを通り開口部３０に入り、アパーチャが徐々に閉じるように行われる。その結果概ね円錐形の電子放出素子３４Ａが複合開口部２８／３０内に形成される。図１ｃを参照されたい。余剰エミッタ材料からなる層３４Ｂは同時にゲート層２６の上側に形成される。その後リフトオフ層３２が除去され、余剰エミッタ材料層３４Ｂが隔離される。図１ｄはその結果得られた構造体を示す。
【０００６】
余剰エミッタ材料層３４Ｂを除去するためにリフトオフ層３２を用いる方法は、種々の理由のため不都合がある。リフトオフ材料の一部が、ゲート層２６の側面縁部に沿って一定量蓄積する。これはエミッタ材料が最初に堆積するために通る開口部の大きさを小さくし、電子放出素子３４Ａを小さくするのを難しくする。フィールドエミッタの横方向面積が拡大するとリフトオフ層３２のグレージング角による堆積は徐々に難しくなり、その結果フィールドエミッタ面積を拡大する場合の障害となる。
【０００７】
リフトオフ材料の堆積は、リフトオフ材料がエミッタ層２２上に蓄積して、コーン３４Ａが余剰層３４Ｂの剥離中に同時に剥離されることのないように慎重に行われなければならない。層３４Ｂはリフトオフ層３２を除去する結果として除去されるため、除去されたエミッタ材料の分子がフィールドエミッタを汚染するようになる。さらにリフトオフ材料の堆積は製造時間がかかりそれゆえ製造コストも上昇する。
【０００８】
ＷｉｌｓｈａｗによるＰＣＴ特許出願ＷＯ９６／０６４４３は、各電子放出素子が柱体上に配置されたモリブデン製コーンからなるゲート制御フィールドエミッタを製造するためのプロセスを開示する。電子放出素子は下側金属層上に形成される。Ｗｉｌｓｈａｗの特許出願では、ゲート層の開口部を通してモリブデンを堆積中にゲート層上に蓄積される余剰モリブデンからなる層を電気化学的に除去し、電子放出素子の円錐形部分を形成するために、水性電解液を用いて、ニオブ製ゲート層に２−４Ｖの外部電位をかける。
【０００９】
Ｗｉｌｓｈａｗによる特許出願では、余剰モリブデンを電気化学的に除去する直前に、下側金属層を除去する。その結果Ｗｉｌｓｈａｗによる電子放出素子は、余剰エミッタ材料の除去中に互いから電気的に絶縁される。ある電子放出素子の一部は除去過程中に余剰モリブデンに短絡されるため、Ｗｉｌｓｈａｗによる特許出願は短絡していない電子放出素子を保護するために絶縁する必要がある。絶縁しない場合には、電子放出素子が背面金属層及び短絡した素子を通して余剰モリブデンに短絡され、その結果余剰モリブデンを除去する際に電気化学的に侵蝕されてしまう。最終的に、Ｗｉｌｓｈａｗの特許出願は電子放出素子の底面上に抵抗層を、また抵抗層上にエミッタ電極の層を形成する。
【００１０】
Ｗｉｌｓｈａｗの電気化学的除去技術は、余剰エミッタ材料からなる層を除去する間にリフトオフ層を用いる必要がない。しかしながら余剰モリブデンを除去する前に背面金属層を除去し、その後電気化学的除去を終了した後にエミッタ電極を形成するために、時間がかかり、いくつかの複雑なプロセスを必要とする。ゲート層に外部電位を加える過程はゲート層への電気的な接続を行う過程を含み、それによりさらに製造時間及び複雑さが増すことになる。少なくとも部分的に円錐形をなす電子放出素子を有するゲート制御フィールドエミッタを製造する際に、Ｗｉｌｓｈａｗの特許出願における製造時の効率低下を招くことなく、或いはリフトオフ層を含むことにより製造を複雑にすることなく余剰エミッタ材料を含む層を除去することが望まれる。
【００１１】
発明の概要
本発明は、所与の化学物質からなる材料をある構造体から選択的に除去するために時間効率のよい電気化学的手順を提供する。除去作業は電解浴において行われる。その構造体のある一定部分の特性は、その構造体の任意の部分に外部電位を加えることなく主要な材料の除去を電解浴内で行えるようにする電気化学的還元半電池電位を有するように選択される。このようにして除去作業はガルバニック作用により自発的に行われる。外部電位をかける必要がないため、外部電位をかけるための電気的接続を形成する必要がない。従って除去作業は短時間で行うことができる。
【００１２】
外部電位をかけずにすむことにより、電気化学的除去作業中に外部電位を受け取ることができるようにその構造体を設計する必要もない。それゆえ設計上の制約が排除される。また電解浴を与える装置は、その構造体に外部電位をかけることができるように構成する必要はない。本発明では実質的に簡略化することができる。
【００１３】
本発明の選択的除去作業はリフトオフ層を用いることなく実行される。余剰エミッタ材料が電子放出デバイスの電子放出素子形成中に構造体上に蓄積する場合に、本発明の手順は余剰エミッタ材料を除去するために用いることができる。その結果実際に、本発明は余剰エミッタ材料を除去するための従来のリフトオフ及び電気化学的除去技術の欠点を解決する。
【００１４】
電解浴は２つの基本的な方法において実現することができる。第１に、電解浴は選択的に除去される種類の材料に固有の侵蝕性がある（すなわち固有に著しく侵蝕する）液体で形成することができる。第２に、電解浴は選択的に除去される種類の材料に対して固有に侵蝕性のない（すなわち固有に著しくは侵蝕しない）液体で形成することができる。電解浴の両方の実施形態を満足するように所定の基準に従って還元半電池電位が選択される。侵蝕性の電解浴の実施形態に対する基準は、非侵蝕性の電解浴に対する実施形態の基準とは適当に異なる。
【００１５】
選択的に除去されるタイプの材料に対して、電解浴が固有の侵蝕性を有する場合、本発明の原理を用いて、残す必要がある材料を除去するのを防ぎ、除去されるべき材料を電解浴に溶解して除去する。詳細には、主材料を含む電気的非絶縁性の主構成要素が、１つ以上の電気的非絶縁性の付加的な構成要素に電気的に結合される初期構造体が設けられる。各付加構成要素は、主材料とは異なる付加材料を含む。さらに初期構造体は同様に主材料を含む電気的非絶縁性の主領域を含む。主領域は主構成要素及び付加構成要素とは電気的に結合していない。
【００１６】
主領域の主材料は、主構成要素の主材料部分を著しく除去することなく構造体から少なくとも部分的に除去されることになる。本発明に従ってこれを実現するために、主材料及び付加材料は、主領域の主材料の少なくとも一部を除去するために、主材料に固有の侵蝕性を有する電解浴に浸漬される。主材料及び付加材料を適切に選択することにより、各付加構成要素の付加材料が主構成要素の主材料より電解浴内で十分に低い還元半電池電位になり、主構成要素の主材料が電解浴において著しく侵蝕されるのを防ぐ。従って主構成要素の主材料は、主領域の主材料が少なくとも部分的に除去されても適所に残される。
【００１７】
選択的に除去されるタイプの材料に対して、電解浴が固有の非侵蝕性を有する場合には概ね逆の状況が生じる。この場合には、本発明の原理を用いて、除去されるべき材料が電解浴に溶解して除去されることができ、一方残すべき材料は影響を受けずそのまま残される。詳細には、主材料を含む電気的非絶縁性の主領域が１つ以上のさらに別の領域に電気的に結合されている初期構造体が設けられる。そのさらに別の領域は主材料とは異なるさらに別の材料を含む。さらに初期構造体は主材料を含む電気的非絶縁性の主構成要素を含む。主構成要素は主領域及びそのさらに別の領域と実質的に電気的に結合されていない。
【００１８】
再び主領域の主材料が、主構成要素の主材料部分を著しく除去することなく少なくとも部分的に除去されることになる。しかしながらこの場合は上記の場合とは異なり、ここでさらに別の各領域は、上記の場合のように各付加構成要素が残される材料に電気的に結合されるのではなく、除去されるはずの材料に電気的に結合される。本発明のこの実施形態に従って、主領域の主材料を少なくとも部分的に除去するために、主材料及びさらに別の材料は、主材料に対して固有の侵蝕性を持たない電解浴に浸漬され、その結果主構成要素の主材料は電解浴によりほとんど影響を受けない。主材料及びさらに別の材料を適切に選択することにより、主領域の主材料は、さらに別の領域のさらに別の材料より十分に大きな還元半電池電位になり、主領域の主材料の少なくとも一部が除去される。
【００１９】
電解浴の両実施形態では、主材料は典型的には金属である。同様に各付加材料或いはさらに別の材料も典型的には金属である。
【００２０】
本発明の電気化学的除去技術は、材料が選択的に除去される構造体の任意の部分に外部電位をかけることなく実行することができるため、本発明により、（ａ）構造体の設計が実質的に簡単になり、（ｂ）同様に電解浴を与える装置も簡単になり、さらに（ｃ）除去作業が短時間で実行可能である。従って本発明は従来技術より非常に優れた進歩性を提供する。
【００２１】
好適な実施例の説明
図面及び好適な実施例の説明において、同様の参照符号が、同一或いは非常に類似の構成要素を表すために用いられる。
【００２２】
本発明は、ゲート制御フィールドエミッタカソード用の電子放出素子を作製する際に、余剰エミッタ材料を除去するために自発の電気化学的侵蝕作用を利用する。そのような各フィールドエミッタは平画面テレビ或いはパーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ又はワークステーション用のフラットパネルビデオモニタのようなフラットパネルディスプレイの陰極線管においてフェースプレート上の燐光体領域を励起するのに適している。
【００２３】
以下の説明では、用語「電気的絶縁性」或いは「誘電性」は、１０１０Ω・ｃｍより大きな抵抗率を有する材料に概ね当てはまる。従って用語「電気的非絶縁性」は、１０１０Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する材料のことである。電気的非絶 縁性材料は、（ａ）抵抗率が１Ω・ｃｍ未満の導電性材料と、（ｂ）抵抗率が１Ω・ｃｍから１０１０Ω・ｃｍの範囲にある電気的抵抗性材料とに分けられる。これらの分類は１Ｖ／μｍ以下の電界強度において判定される。
【００２４】
導電性材料（或いは電気導体）の例としては、金属、金属合金、金属半導体化合物（例えば金属シリサイド）及び金属半導体共晶体がある。また導電性材料は、中レベル或いは高レベルにドープされた（ｎ型或いはｐ型）半導体を含む。電気的に抵抗性の材料は、真性半導体及び低レベルにドープされた（ｎ型或いはｐ型）半導体を含む。さらに電気的に抵抗性の材料の例としては、サーメット（金属粒子を埋め込んだセラミック）のような金属絶縁体複合物、（ｂ）グラファイト、アモルファスカーボン及び改質された（例えばドーピング或いはレーザ改質された）ダイヤモンドのような炭素の形態、（ｃ）シリコン−炭素−窒素のようなシリコン−炭素化合物がある。
【００２５】
図２ａ−図２ｃ（集合的に「図２」）は、フィールドエミッタカソードのようなデバイスの製造中に選択的に材料を除去するために本発明の教示を用いるプロセスの流れを示す。図２に示される構造体の形状は、本プロセスの流れの主な特徴を示すために模式的に示されている。本発明に従ってフィールドエミッタが製造される際に生じるより現実的な構造体の図は、図５ａ及び図５ｂに関連して以降に示される。また本発明の教示を適用する際に生じる種々の組み合わせ及び変更を例示するために、図２に示される構造体は、フィールドエミッタの製造する際に実際には利用されない場合もある構成要素並びにまた領域を含む。
【００２６】
図２ａを参照すると、本発明に従って選択的に材料を除去するための最初の段階は、多数の類似の形状、類似の大きさを有する主電気的非絶縁性構成要素Ｃ１、付加的な電気的非絶縁性構成要素Ｃ２、主電気的非絶縁性領域Ｒ１及びさらに別の電気的非絶縁性領域Ｒ２を含む構造体を形成することである。最初に図２ａの下側付近では、付加的な構成要素Ｃ２は通常フィールドエミッタの複数のエミッタ電極の１つである。構成要素Ｃ２は電気的に絶縁性の基板４０の上側に配置される。フィールドエミッタでは、基板４０は典型的にはガラス或いはセラミックスからなる。中間誘電体層４２は、フィールドエミッタにおいては通常酸化シリコン或いは窒化シリコンからなり、構成要素Ｃ２の上側に配置される。
【００２７】
主構成要素Ｃ１は通常フィールドエミッタの電子放出素子を構成する。電子放出素子は典型的には、図２ａの構成要素Ｃ１の円錐形状により示されるように円錐形であるが、他の形状を取ることも可能である。構成要素Ｃ１は、誘電体層４２を通って延在する各開口部４４に配置され、構成要素Ｃ２に電気的に結合される。この電気的結合は、電気的非絶縁性の結合構成要素ＣＣ１を介して行われる。フィールドエミッタでは、結合構成要素ＣＣ１は通常高抵抗率を有する抵抗性層である。別法では、構成要素Ｃ１は構成要素Ｃ２と直結することができる。この場合には結合構成要素ＣＣ１は通常存在しない。
【００２８】
さらに別の領域Ｒ２は誘電体層４２の上側に配置される。構成要素Ｃ１の上側は、それぞれ領域Ｒ２を通って延在する開口部４６内に延在する。各開口部４６及び下側をなす開口部４４の１つはともに構成要素Ｃ１の１つを横方向に包囲する複合開口部４４／４６を形成する。フィールドエミッタでは、領域Ｒ２は、構成要素Ｃ１で実現される電子放出素子からの電子の抽出を制御するパターン形成ゲート層の一部である。主領域Ｒ１は、開口部４６及び構成要素Ｃ１の上側にある領域Ｒ２の上側に配置される。フィールドエミッタでは領域Ｒ１は、電子放出素子として構成要素Ｃ１を作製中に、領域Ｒ２上に蓄積する余剰エミッタ材料からなる層である。領域Ｒ１及びＲ２はそれぞれ構成要素Ｃ１、Ｃ２及びＣＣ１から離隔し、電気的に結合されていないことが重要である。
【００２９】
上記構成要素及び領域に加えて、初期構造体は、構成要素Ｃ２に電気的に結合される付加的な電気的非絶縁性構成要素Ｃ３も含む。フィールドエミッタ内に付加構成要素Ｃ３が存在する場合には、構成要素Ｃ３は通常、構成要素Ｃ２で実現されるエミッタ電極に対するエミッタコンタクトパッドとして機能する。図２ａは、電気的非絶縁性構成要素ＣＣ２を介して構成要素Ｃ２に電気的に結合される構成要素Ｃ３を示す。この場合には、電気的絶縁性材料からなる層４８は通常、結合構成要素ＣＣ２の構成要素Ｃ２或いはＣ３と接触していない部分を包囲する。結合構成要素ＣＣ２は存在しない場合もある。その場合には構成要素Ｃ３は構成要素Ｃ２と直結する。構成要素Ｃ３及びＣＣ２は領域Ｒ１及びＲ２とは電気的に結合されていない。
【００３０】
初期構造体は、領域Ｒ２に電気的に結合されるさらに別の電気的非絶縁性領域Ｒ３を有することができる。さらに別の領域Ｒ３がフィールドエミッタ内に存在する場合には、領域Ｒ３は通常、構成要素Ｃ２で実現されるフィールドエミッタに概ね垂直に延在する複合制御電極Ｒ２／Ｒ３を形成するために領域Ｒ２の１つ以上の部分と結合する主制御電極である。図２は、電気的非絶縁性結合領域ＣＲ１を介して領域Ｒ２に電気的に接続される領域Ｒ３を示す。電気的絶縁性の材料からなる層５０は、結合領域ＣＲ２の誘電体層４２或いは領域Ｒ２又はＲ３と接触していない部分を完全に覆う。結合領域ＣＲ３は領域Ｒ３が領域Ｒ２と直結する場合には不要である。
【００３１】
また初期構造体は領域Ｒ３に電気的に接続されるさらに別の電気的非絶縁性領域Ｒ４を有する場合がある。さらに別の領域Ｒ４がフィールドエミッタ内に存在する場合には、領域Ｒ４は通常、複合制御電極として実現される領域Ｒ２及びＲ３に対する制御コンタクトパッドとして機能する。図２ａは、電気的非絶縁性結合領域ＣＲ２を介して領域Ｒ３に電気的に結合される領域Ｒ４を示す。電気的絶縁性の材料からなる層５２は通常、結合領域ＣＲ２の領域Ｒ３或いはＲ４と接触していない部分を包囲する。結合領域ＣＲ２は存在しない場合もある。その場合領域Ｒ４は領域Ｒ３と直結する。領域Ｒ３、Ｒ４、ＣＲ１及びＣＲ２は構成要素Ｃ１、Ｃ２、ＣＣ１及びＣＣ２とは電気的に結合していない。
【００３２】
主領域Ｒ１と、主要構成要素Ｃ１の全部分は、電気的非絶縁性の主材料Ｍ１を含む。主材料Ｍ１は通常領域Ｒ１の主成分であり、典型的には領域Ｒ１の概ね全てを形成する。同じことが構成要素Ｃ１にも当てはまる。しかしながら領域Ｒ１は材料Ｍ１と異なる１つ以上の材料を含む場合もある。その場合には、材料Ｍ１は領域Ｒ１の外側表面の一部分に沿って存在する。再び同じことが構成要素Ｃ１にも当てはまる。以下に説明するように、本発明の電気化学的な教示を利用して、その構成要素が領域Ｒ１及びＲ２から電気的に絶縁されているという条件で、構成要素Ｃ１の著しい多くの部分を除去することなく、領域Ｒ１の材料Ｍ１（従って領域Ｒ１の全て或いは概ね全ての部分）を除去する。
【００３３】
さらに別の領域Ｒ２は主材料Ｍ１と異なるさらに別の電気的非絶縁性材料ＭＲ２で概ね形成される。詳細には領域Ｒ２は通常材料Ｍ１を含まない。
【００３４】
付加的な構成要素Ｃ２は概ね電気的非絶縁性の付加的な材料ＭＣ２からなる。材料ＭＣ２は材料Ｍ１及びＭＲ２とは通常異なる。それにも係わらず、構成要素Ｃ３の成分及び領域Ｒ１の材料Ｍ１を除去するために用いられる特定の電気化学的手順を含む種々の要因により、材料ＭＣ２は材料Ｍ１と同じ、或いは概ね同じであることもできる。
【００３５】
付加的な構成要素Ｃ３は概ね付加的な電気的非絶縁性材料ＭＣ３で形成される。特に材料ＭＣ２が主材料Ｍ１と同じか、或いは概ね同じである場合には、付加的な材料ＭＣ３は通常付加的な材料ＭＣ２とは異なる。何れの場合においても、材料ＭＣ３は材料Ｍ１とは異なる。
【００３６】
さらに別の領域Ｒ３及びＲ４はそれぞれ概ね、さらに別の電気的非絶縁性材料ＭＲ３及びＭＲ４からなる。さらに別の材料ＭＲ３及びＭＲ４はそれぞれ主材料Ｍ１と異なる。また特に材料ＭＲ３が材料ＭＲ２と同じか、或いは概ね同じである場合には、材料ＭＲ４は材料ＭＲ３とは異なる。さらに材料ＭＲ３及びＭＲ４はそれぞれ材料ＭＣ２及びＭＣ３とは異なる。詳細には、材料ＭＲ４及びＭＣ３は通常互いに異なる材料である。
【００３７】
材料Ｍ１、ＭＣ２、ＭＣ３及びＭＲ２−ＭＲ４はそれぞれ通常金属、金属合金或いは金属の組み合わせである。ある場合には材料Ｍ１、ＭＣ１、ＭＣ２及びＭＲ２−ＭＲ４のあるものは更に、或いは別に、金属半導体化合物、金属半導体共晶体及び高レベルにドープした半導体のような他の導電性材料で形成することができる。
【００３８】
主領域Ｒ１は通常、適切な電解浴にその構造体を浸漬することにより図２ａの構造体から除去されるため、結合材料ＣＣ１を形成する抵抗材料は概ね電気化学的に不活性であり、電解浴において可溶性の化学種を生成することはない。詳細には、電解浴内の結合材料ＣＣ１の材料の電気化学的な交換電流密度は、電解浴内の主領域Ｒ１の材料Ｍ１の電気化学的交換電流密度及び電解浴内の主構成要素Ｃ１の材料Ｍ１の電気化学的交換電流密度に比べて不十分である（すなわち無視できる）。結果として、結合構成要素ＣＣ１の電気化学的交換電流は小さいので、領域Ｒ１を除去するのにかかる時間中に実質的に構成要素ＣＣ１は電解浴内に溶解することはないか、或いはそうでない場合には領域Ｒ１の除去に影響を与えることはない。構成要素ＣＣ１は概ね完全に分極可能な材料からなる。フィールドエミッタでは、構成要素ＣＣ１の抵抗材料は典型的にはサーメット或いはシリコン−炭素−窒素化合物からなる。
【００３９】
結合構成要素ＣＣ２、ＣＲ１及びＣＲ２はそれぞれ典型的には金属或いは金属の組み合わせからなる。絶縁層４８、５０及び５２は、それぞれ構成要素ＣＣ２、ＣＲ１及びＣＲ２を電解浴から完全に分離するために電気的絶縁性材料からなる。このために、酸化物が所望の絶縁を与らるなら、絶縁層４８は典型的には構成要素ＣＣ２を構成する金属の酸化物で形成することができる。別法では、絶縁層４８は個別の電気的絶縁性の膜である。同じことが、構成要素ＣＲ１及びＣＲ２に対するそれぞれ絶縁性層５０及び５２にも当てはまる。
【００４０】
図２ａの初期構造体は種々の方法で形成することができる。構成要素Ｃ１が概ね円錐形をなす典型的なフィールドエミッタの例は、構成要素Ｃ１を形成するために材料Ｍ１を蒸着中に余剰エミッタ材料の層として領域Ｒ１が蓄積する場合である図５ａ及び図５ｂとともに後に示される。その際構成要素Ｃ１の円錐形に対応する円錐形の窪み（図２ａには示されない）が領域Ｒ１の下側表面に沿って存在する。何れの場合でも、そのプロセスの次のステップは、領域Ｒ１及びＲ２から電気的に絶縁された任意の主構成要素Ｃ１に著しい損傷を与えることなく主領域Ｒ１を除去することである。
【００４１】
主領域Ｒ１は、簡単にするためにここで「侵蝕性電解浴」技術及び「非侵蝕性電解浴」技術と呼ばれる２つの基本的な技術のいすれかに従って電気化学的に除去することができる。図３ａ−図３ｅに関連して侵蝕性電解浴技術が記載される。非侵蝕性電解浴技術は図４ａ−図４ｅに関連して記載される。いずれの技術においても、領域Ｒ１は通常図２ａの構造体の任意の部分に任意の制御電位を加えることなく、及び加える必要なく自発の電気化学的侵蝕作用において除去される。特定の材料、通常金属が材料Ｍ１、ＭＣ１、ＭＣ２及びＭＲ２−ＭＲ４を実現しており、その材料は侵蝕性電解浴技術或いは非侵蝕性電解浴技術のいずれを用いるかによる。
【００４２】
領域Ｒ１の電気化学的除去は、図２ｂに模式的に示されるタイプの電気化学セル６０からなる電気化学的除去システムを用いて実行される。電気化学セル６０は電解浴６２及びセル壁６４からなる。電解浴６２は通常溶液であるが、電解浴６２に溶解されない成分を有することもできる。構成要素Ｃ１は図２ｂでは上向きに示される。しかしながら構成要素Ｃ１は他の方向、例えば垂直方向に対して横向きにすることもできる。
【００４３】
主領域Ｒ１は、構成要素／領域Ｃ２、Ｃ３、Ｒ１−Ｒ４の概ね全ての外側表面領域が電解浴６２と接触するように、十分に電解浴６２の中に構造体を浸漬することにより図２ａの構造体から除去される。これは典型的には電解浴６２に構造体を完全に浸漬する過程を含む。結合構成要素ＣＣ１は構成要素Ｃ２により覆われない外側表面領域を有するので、この表面領域も通常電解浴６２に接触する。
【００４４】
電気化学的除去作業の最初の段階において、領域Ｒ１は通常、構成要素Ｃ１が配置される開口部４４／４６を完全に覆っている。従って電解浴６２は通常、電気化学的除去の開始時点では構成要素Ｃ１に接触していない。領域Ｒ１の材料Ｍ１が除去されるに従って、電解浴６２は開口部４４／４６に入り、構成要素Ｃ１及び結合構成要素ＣＣ１の表面領域の隣接部分に接触する場所が徐々に広がる。また領域Ｒ１は多孔性であり、電解浴６２は領域Ｒ１を通り抜け、構成要素Ｃ１に達する。構成要素ＣＣ１が存在しなかったなら、電解浴６２は、構成要素Ｃ２の表面領域の隣接する部分と接触しているであろう。
【００４５】
主構成要素Ｃ１の少数は領域Ｒ１を電気化学的に除去する前に領域Ｒ１又はＲ２に電気的に短絡されているか、或いは電気化学的除去作業中に領域Ｒ１又はＲ２に電気的に短絡されるようになる。そのような電気的短絡は典型的には、構成要素Ｃ１が領域Ｒ２と接触してしまう結果、或いは１つ以上の電気的非絶縁性の粒子が構成要素Ｃ１と領域Ｒ１或いはＲ２との間に挟まる結果として生じる。領域Ｒ２が領域Ｒ１と接触するため、領域Ｒ２と接触した構成要素Ｃ１は、Ｒ１に短絡される。
【００４６】
領域Ｒ１に短絡された構成要素Ｃ１は通常、領域Ｒ１の電気化学的な除去中に著しく侵蝕される。その侵蝕は通常、そのような各構成要素Ｃ１が領域Ｒ１と短絡しない状態になるまで継続する。結合構成要素ＣＣ１が高抵抗率であるために、構成要素Ｃ１の残りの部分、すなわち領域Ｒ１に電気的に短絡していない部分は、結合構成要素ＣＣ１が存在する場合には領域Ｒ１が除去されても著しく電気化学的に侵蝕されることはない。
【００４７】
材料Ｍ１の選択的な除去は、製造中に構造体内に電気化学的に発生する内部電位を通してのみ行われる。これは材料Ｍ１、ＭＣ２及びＭＲ２を、また用いる場合には材料ＭＣ３、ＭＲ３及びＭＲ４を適切に選択することにより行われる。上記のように、所望のように材料Ｍ１の選択した部分を除去するために、構造体の任意の部分に外部制御電位をかける必要はない。図２ｂはこの場合を示している。そのように作業することにより、構造体のいかなる部分にも電気的な接続が形成されることはなく、それにより電気化学的除去を行うのにかかる全時間が短縮される。電解浴６２を含む電気化学セル６０の複雑さも緩和される。
【００４８】
多くの場合に、領域Ｒ１の材料Ｍ１の除去を早めるか、或いは短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１が著しく侵蝕されないことをさらに確実にすることが望まれる。そのような場合には、選択的な除去を早めるために、或いは短絡していない構成要素Ｃ１を保護するために領域Ｒ１或いはＣ１に外部電位をかけることができる。その場合でも、材料Ｍ１、ＭＣ２、ＭＣ３及びＭＲ２−ＭＲ４を形成する材料がなおも、製造中に構造体のいかなる部分にも外部電位をかける必要なく、材料Ｍ１が所望のように選択的に除去される性質を持つように選択される。
【００４９】
材料Ｍ１が領域Ｒ１の概ね全ての部分を形成する場合、通常、領域Ｒ１の材料Ｍ１の全てが電解浴６２に溶解することができるだけの十分な時間に渡って電気化学的除去が行われる。領域Ｒ１が材料Ｍ１以外の成分を含む場合には、その成分は典型的には領域Ｒ１の材料Ｍ１と同時に除去される。例えば付加的な構成要素が領域Ｒ１全体に分布する（その結果、材料Ｍ１は領域Ｒ１の外側表面の大部分に沿って存在する）場合には、その付加的な構成要素は典型的には、領域Ｒ１の材料Ｍ１が除去される際に電解浴６２において剥離され、かつ除去される。付加的な構成要素の除去を促進するために、電解浴６２を攪拌するか、そうでなければ揺動させることができる。別法ではその付加的な材料は単に電解浴６２に溶解する。
【００５０】
領域Ｒ１の材料Ｍ１が完全に除去された後、製造中の構造体がセル６０から取り出され、洗浄され、さらに乾燥される。図２ｃは、領域Ｒ１の概ね全てが電気化学的に除去された典型的な場合に、この時点で製造中の構造体がいかなる外観を有するかを示す。また図２ｃは、電気化学除去作業前に例示された構成要素Ｃ１が領域Ｒ１に電気的に短絡していなかったか、或いは電気化学除去中に領域Ｒ１に短絡しなかった場合も示す。ここで図２ｃの構造体は、以降の処理を行う準備ができている。
【００５１】
材料Ｍ１の選択的な電気化学的除去に戻ると、電解浴６２の電気化学的還元半電池電位（単に「還元電位とする」）Ｅ０は、材料Ｍ１、ＭＣ２、ＭＣ３及びＭＲ２−ＭＲ４を選択する際に用いられる主なパラメータの１つである。図３ａ−図３ｅ（集合的に「図３」）は、侵蝕性の電解浴における製造中の構造体の一定の構成要素／領域に関する電解浴６２の還元電位Ｅ０間の関係を示す。図４ａ−図４ｅ（集合的に「図４」）は、非侵蝕性の電解浴における構造体の一定の構成要素／領域に関する還元電位Ｅ０間の関係を示す。
【００５２】
種々の構成要素／領域に関する還元Ｅ０は、各Ｅ０記号の後に続く挿入記号情報により区別される。電解浴６２の構成要素Ｃ１及び領域Ｒ１の材料Ｍ１に関する還元電位Ｅ０はそれぞれ挿入記号Ｍ１Ｃ１及びＭ１Ｒ１により識別される。挿入記号ＭＣ２、ＭＣ３、ＭＲ２、ＭＲ３及びＭＲ４はそれぞれ、電解浴６２における構成要素／領域ＭＣ２、ＭＣ３及びＭＲ２−ＭＲ４に関する還元電位Ｅ０を示す。
【００５３】
ここでＭを可溶性のイオン性化学種Ｍｎ＋からなる任意の材料を表すものとすると、材料Ｍを含む以下の半電池反応は還元電位Ｅ０（Ｍ）を有する。
【数１】
【００５４】
還元電位Ｅ０（Ｍ）の値は、水素反応、すなわち
【数２】
【数３】
【００５５】
本発明の侵蝕性電解浴技術及び非侵蝕性電解浴技術を実現する電位Ｅ０の関係を決定する際に、電解浴６２において概ね電子を受け渡す能力を持たない材料は、Ｅ０の関係にほとんど影響を与えない。結合構成要素ＣＣ１は電解浴６２において非常に小さな電気化学的交換電流能力しか持たず、そのため電解浴６２において有効に電子受渡し能力を持たないため、構成要素ＣＣ１の存在はこのＥ０関係を決定する際には無視される。結合構成要素ＣＣ２、ＣＲ１及びＣＲ２の電子受渡し能力は、電解浴６２と接触したとすれば、十分に大きいはずである。しかしながら構成要素ＣＣ２、ＣＲ１及びＣＲ２はそれぞれ電解浴６２から完全に分離されている。従って構成要素ＣＣ２、ＣＲ１及びＣＲ２の存在も、侵蝕性電解浴技術及び非侵蝕性電解浴技術に関するＥ０関係を決定する際には無視される。
【００５６】
上記のように、電解浴６２は侵蝕性電解浴技術においては材料Ｍ１に固有の侵蝕性を有しており（材料Ｍ１を侵蝕する）、そのＥ０関係が図３に定量的に示される。すなわち材料Ｍ１からのみ構成される物質が電解浴６２に浸漬される場合、その物質は酸化され、電解浴６２に溶解するＭ１イオンに変換される。侵蝕性電解浴技術に不可欠なことは、主領域Ｒ１の材料Ｍ１は電解浴６２に溶解されるよになるが、短絡していない主構成要素Ｃ１の材料Ｍ１が電解浴６２に溶解されるのを防ぐ内部電位を生成するように、材料Ｍ１、ＭＣ２及びＭＲ２、並びに存在する場合には材料ＭＣ３、ＭＲ３及びＭＲ４を選択することである。
【００５７】
侵蝕性電解浴技術は、主構成要素Ｃ１の材料Ｍ１、付加的な構成要素Ｃ２の材料ＭＣ２及び（存在する場合）付加的な構成要素Ｃ３の材料ＭＣ３を選択して、構成要素Ｃ１の材料Ｍ１に、短絡していない構成要素Ｃ１の大部分の材料Ｍ１が電解浴６２に溶解するのを防ぐような内部生成電気化学的電位がかかるような還元電位Ｅ０を電解浴６２において有することにより実現される。詳細には、電解浴６２が短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１を著しく侵蝕することのないように、電解浴６２の構成要素Ｃ２及びＣ３の還元電位Ｅ０（ＭＣ２）及びＥ０（ＭＣ３）は電解浴６２の構成要素Ｃ１の材料Ｍ１の還元電位Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）より十分に低い値である。これに関して、電解浴６２においてＥ０（Ｍ１Ｃ１）より高い還元電位Ｅ０を有し、また電解浴６２の構成要素Ｃ１の材料Ｍ１の電気化学交換電流に比べて、電解浴６２において著しく大きな電気化学還元交換電流を有する電気的非絶縁性構成要素は、製造中の構造体が電解浴６２に浸漬される間、構成要素Ｃ１に電気的に結合されることはない。
【００５８】
短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１が電解浴６２に溶解するのを防ぐことと引換えに、材料ＭＣ２（構成要素Ｃ２）並びにまた材料ＭＣ３（構成要素Ｃ３）の少なくとも一部が酸化され、電解浴６２に溶解される。材料ＭＣ２並びにまた材料ＭＣ３により供給される電子は電気化学的交換電流を形成し、その電流が、電解浴６２の構成要素Ｃ１の表面上で十分に大きな負の界面電位を保持するための役割を果たす。領域Ｒ１の材料Ｍ１の全てが除去される前に、材料ＭＣ２及びＭＣ３の全てが電解浴６２に溶解する場合には、電解浴６２は短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１を侵蝕し始める。このようなことが発生しないようにするために、電解浴６２における領域Ｒ１の材料Ｍ１の溶解の速度は、電解浴６２における材料ＭＣ２及びＭＣ３の全溶解速度より大きくなるように規定される。
【００５９】
さらに多くの場合、構成要素Ｃ２は、製造される最終的な構造体における構成要素である。典型的には材料ＭＣ２の大部分の除去は許容されない。実際に多くの場合に、少量の除いて、材料ＭＣ２部分の除去は許容されない。従って電解浴６２の領域Ｒ１の材料Ｍ１の溶解速度は通常、電解浴６２の材料ＭＣ２の溶解速度より著しく大きくなければならず、溶解速度の差は、構成要素Ｃ２の大きさをどこまで縮小できるかによる。
【００６０】
多くの場合に、構成要素Ｃ３も典型的には同様に製造される最終構造体の構成要素であり、同じことが当てはまる。しかしながら以下に議論するように、より大きな形状でも、構成要素Ｃ２と異なり構成要素Ｃ３では許容できる場合も多い。
【００６１】
侵蝕性電解浴技術における還元電位Ｅ０（Ｍ１ Ｃ１ ）、Ｅ０（ＭＣ２）及びＥ０（ＭＣ３）を選択するための基準をさらに理解するために、付加的な領域Ｒ３が存在しない場合を考える。その際還元電位にＥ０（ＭＣ２）は、図３ａに示されるように、還元電位Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）より小さい。構成要素Ｃ１の材料Ｍ１が電解浴６２に溶解されるのを防ぐために、電位Ｅ０（ＭＣ２）はＥ０（Ｍ１Ｃ１）よりわずかではあるが小さくする必要がある。典型的にはＥ０（ＭＣ２）は、Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）より０．２−０．３Ｖ以下の範囲内で低い値にする必要がある。しかしながらＥ０（ＭＣ２）はＥ０（Ｍ１Ｃ１）より０．２−０．３Ｖ以上小さくすることができる。
【００６２】
次に、電解浴６２に浸漬される際に、構成要素Ｃ３が製造中の構造体内に存在する場合を考える。電位にＥ０（ＭＣ２）及びＥ ０ （ＭＣ３）はいずれも図３ｂに示されるように電位Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）より小さい。図３ａの上記例と同様に、電位Ｅ０（ＭＣ２）及びＥ０（ＭＣ３）は、短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１が酸化されるのを防ぐために、Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）よりわずかに、典型的には０．２−０．３以下の範囲内で小さい値にする必要がある。
【００６３】
構成要素Ｃ２は典型的には、製造されるデバイス、例えばフィールドエミッタのコアに配置される大きさに関して重要な部品である。従って構成要素Ｃ２では最小限度を超えてサイズが縮小されることは通常許容されない。一方構成要素Ｃ３は製造中のデバイスの周辺に配置され、領域Ｒ１の除去中に実質的な量の溶解が許容されるように最初に十分な厚さ与えることができる。詳細には、構成要素Ｃ３は部分的に、構成要素Ｃ２を保護するための犠牲構成要素として作用することができる。
【００６４】
上記の状況は、電位Ｅ０（ＭＣ３）がＥ０（ＭＣ２）より小さくなるように規定することにより達成される。この状況が図３ｂに示される。Ｅ０（ＭＣ３）をＥ０（ＭＣ２）より小さくなるように選択するそれ以外の利点は、短絡していない構成要素Ｃ１に与えられる溶解に対する保護の度合が、構成要素Ｃ３が不在であるか、或いは概ね材料ＭＣ２からなる場合に生じると考えられる度合よりも大きくなる点である。
【００６５】
電解浴６２に材料ＭＣ２が溶解する速度が、Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）−Ｅ０（ＭＣ２）の差が大きくなるに従って非常に速くなる。同様に、材料ＭＣ３が電解浴６２に溶解する速度は、差Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）−Ｅ ０ （ＭＣ３）が大きくなるに従って非常に速くなる。材料ＭＣ２並びにまた材料ＭＣ３が著しく損失ことが許容できない場合、電位Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）がＥ０（ＭＣ２）並びにまたＥ０（ＭＣ３）より著しく大きくなるように規定することは一般には望ましくない。そのような場合には、差Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）−Ｅ０（ＭＣ２）或いはＥ０（Ｍ１Ｃ１）−Ｅ０（ＭＣ３）の最大値は典型的には１Ｖである。
【００６６】
製造中の構造体が、（ａ）構成要素Ｃ１に電気的に結合され、（ｂ）領域Ｒ１とは電気的に結合せず、さらに（ｃ）電解浴６２に浸漬される任意のさらに別の電気的非絶縁性構成要素を備える場合には、そのような各構成要素に関する還元電位Ｅ０は上記方法に従って選択される。言い換えると、そのようなさらに別の構成要素に関する電位Ｅ０はＥ０（Ｍ１Ｃ１）未満であるが、Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）より約１Ｖ以下の範囲内で小さい。そのようなさらに別の構成要素が構成要素Ｃ２及びＣ３を介して構成要素Ｃ１に電気的に接続されるものと仮定すると、構成要素Ｃ３がさらに別の構成要素に溶解に対する保護を与えることを望む場合には、そのさらに別の構成要素の電位Ｅ０は、電位Ｅ０（ＭＣ２）とＥ０（ＭＣ３）との間にあるように選択される。逆に、さらに別の構成要素が構成要素Ｃ３（従って構成要素Ｃ２及びＣ１）に溶解に対する保護を与えることを望む場合には、さらに別の構成要素の電位Ｅ０は最も低い還元電位である。
【００６７】
電解浴６２が材料Ｍ１に対して固有の侵蝕性を有する場合、電解浴６２は、電解浴６２の領域Ｒ１の材料Ｍ１の還元電位Ｅ０（Ｍ１Ｒ１）より大きい還元電位Ｅ０（Ｂ）を有する、還元作用を受ける構成要素Ｂを備える。図３ｃを参照されたい。還元電位Ｅ０（Ｍ１Ｒ１）は典型的にはＥ０（Ｍ１Ｃ１）に近い。さらに構成要素Ｂに関連する還元の交換電流密度は、領域Ｒ１の露出した表面において相対的に高くなる。還元される際に、構成要素Ｂは、以下の反応に従って領域Ｒ１の材料Ｍ１を酸化するために領域Ｒ１の材料Ｍ１から電子を受諾する（すなわち受け取る）。
【数４】
また反応４は短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１の付近においても生じる。侵蝕性電解浴技術の場合に上記のように電位Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）、Ｅ０（ＭＣ２）及びＥ０（ＭＣ３）を選択することにより、材料ＭＣ２及びＭＣ３を溶解することにより供与される電子は、材料が反応４により除去されるのより速い速度で短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１に達する。短絡していない構成要素Ｃ１は負に帯電する。これにより電解浴６２が、短絡していない構成要素Ｃ１の原子を正に帯電したＭ１イオンに変換するのを防ぐ。
【００６９】
侵蝕性電解浴技術の役割はさらに、領域Ｒ１が領域Ｒ２−Ｒ４に電気的に結合されている場合であっても、電解浴６２において領域Ｒ１の材料Ｍ１が溶解し続けるような性質を持つ還元電位Ｅ０を有するように、さらに別の領域Ｒ２の材料ＭＲ２及び存在する場合には、さらに別の領域Ｒ３及びＲ４の材料ＭＲ３及びＭＲ４を選択することを含む。これは、領域Ｒ２の材料ＭＲ２の還元電位Ｅ０（ＭＲ２）を、存在するなら（すなわち領域Ｒ３及びＲ４が存在する場合には）電位Ｅ０（ＭＣ２）より大きくなるはずの領域Ｒ３及びＲ４の材料ＭＲ３及びＭＲ４の還元電位Ｅ０（ＭＲ３）及びＥ０（ＭＲ４）を、さらに存在する場合には（すなわち構成要素Ｃ３が存在する場合には）電位Ｅ０（ＭＣ３）を規定することにより達成される。還元電位Ｅ０（ＭＣ２）、Ｅ０（ＭＣ３）及びＥ０（ＭＣ４）は電位Ｅ０（Ｍ１Ｒ１）より小さくすることも大きくすることもできる。上記Ｅ０の条件が、構成要素／領域Ｃ３、Ｒ３及びＲ４が存在しない場合に関して図３ｄに示される。電位Ｅ０（ＭＲ２）は実質的にＥ０（ＭＣ２）より大きい範囲のいずれにあることもできる。
【００７０】
図３ｅは、電解浴６２に浸漬される際に、製造中の構造体において構成要素／領域Ｃ３、Ｒ３、及びＲ４が存在する場合の上記Ｅ０の条件を示す。電位Ｅ０（ＭＣ３）はＥ０（ＭＣ２）より小さい。この場合には、電位Ｅ０（ＭＲ２）、Ｅ０（ＭＲ３）及びＥ０（ＭＲ４）は、Ｅ０（ＭＣ２）より大きい範囲のいずれにあることもできる。
【００７１】
電位Ｅ０（ＭＲ２）及び存在するなら電位Ｅ０（ＭＲ３）及びＥ０（ＭＲ４）は全てＥ０（Ｍ１Ｒ１）より大きいことが好ましい。このように電位Ｅ０（Ｍ１Ｒ１）及びＥ０（ＭＲ２）〜ＥＯ（ＭＲ４）を与えることにより、領域Ｒ１の材料Ｍ１が酸化され、製造中の構造体から除去される速度が速くなる。電位Ｅ０（ＭＲ２）〜Ｅ０（ＭＲ４）の重み付けした平均値が電位Ｅ０（Ｍ１Ｒ１）に対して増加するに従って、除去速度が速くなるが、その重み付けは、非侵蝕性電解浴技術に関連して以下に議論されるような材料ＭＲ２〜ＭＲ４の交換電流密度に基づいている。
【００７２】
材料Ｍ１、ＭＣ２及びＭＲ２、並びに存在する場合には材料ＭＣ３、ＭＲ３及びＭＲ４が、侵蝕性電解浴技術を実施するための上記基準に従って選択される。結合構成要素ＣＣ１、ＣＣ２、ＣＲ１及びＣＲ２の特性は、侵蝕性電解浴技術に対するＥ０の関係において全く影響を及ぼさない。その後少なくとも領域Ｒ１の材料Ｍ１及び典型的には領域Ｒ１の全ての材料が、短絡していない構成要素を著しく侵蝕することなく、また製造中の構造体に外部電位をかける必要もなく除去される。
【００７３】
本発明の非侵蝕性電解浴技術に戻ると、電解浴６２は、材料Ｍ１に対して固有の非侵蝕性（すなわち実質的に非侵蝕性）を有しており、その有効なＥ０の関係が図４に定性的に示されている。言い換えると、材料Ｍ１のみからなる物質が電解浴６２と接触しても、その物質には実質的に何の変化も生じない。非侵蝕性電解浴技術に不可欠なことは、短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１が概ね影響を受けないままである間に、領域Ｒ１の材料Ｍ１が電気化学的に酸化され、電解浴６２に溶解するような内部電気化学的電位を生成するように、材料Ｍ１、ＭＣ２及びＭＲ２並びに存在するなら材料ＭＣ３、ＭＲ３及びＭＲ４を選択することである。
【００７４】
非侵蝕性電解浴技術は、電解浴６２において、領域Ｒ１の材料Ｍ１に領域Ｒ１の材料Ｍ１が電解浴６２に溶解できるようにする内部生成電気化学的電位がかかるような還元電位Ｅ０を有するように、領域Ｒ１の材料Ｍ１、領域Ｒ２の材料ＭＲ２及び（存在するなら）領域Ｒ３及びＲ４の材料ＭＲ３及びＭＲ４を選択することにより実現される。詳細には、電解浴６２において、還元電位Ｅ０（ＭＲ２）、Ｅ０（ＭＲ３）及びＥ０（ＭＲ４）は、電解浴６２が領域Ｒ１の材料Ｍ１を溶解する還元電位Ｅ０（Ｍ１Ｒ１）より十分に高い。電位Ｅ０（ＭＲ２）、Ｅ０（ＭＲ３）及びＥ０（ＭＲ４）がＥ０（Ｍ１Ｒ１）に対して増加するに従って、電解浴６２に領域Ｒ１の材料Ｍ１が溶解する速度が速くなる。領域Ｒ１の材料Ｍ１が量産に耐えうるような速度で除去されるようにするためには、電位Ｅ０（ＭＲ２）、Ｅ０（ＭＲ３）及びＥ０（ＭＲ４）の少なくとも１つがＥ０（Ｍ１Ｒ１）より著しく大きくなる必要がある。
【００７５】
図４ａは領域Ｒ３及びＲ４が存在しない場合を示す。その際電位Ｅ０（ＭＲ２）がＥ０（Ｍ１Ｒ１）より著しく高い。図４ｂは、領域Ｒ３が存在するが、領域Ｒ４が存在しない場合を示す。電位Ｅ０（ＭＲ２）及びＥ ０ （ＭＲ３）はいずれもＥ０（Ｍ１Ｒ１）より著しく高い。領域Ｒ２が領域Ｒ３より狭い範囲に存在する典型的な場合、Ｅ０（ＭＲ３）は典型的にはＥ０（ＭＲ２）より小さい。最後に図４ｃは領域Ｒ３及びＲ４がいずれもが存在する場合を示す。電位Ｅ０（ＭＲ２）〜Ｅ０（ＭＲ４）は全てＥ０（Ｍ１Ｒ１）より著しく高い。典型的にはＥ０（ＭＲ４）はＥ０（ＭＲ３）より小さく、またＥ０（ＭＲ３）はＥ０（ＭＲ２）より小さい。
【００７６】
製造中の構造体が、（ａ）領域Ｒ１に電気的に結合され、（ｂ）短絡した構成要素Ｃ１とは電気的に結合されず、さらに（ｃ）電解浴６２に浸漬される任意の付加的な電気的非絶縁性領域を含む場合には、そのような各付加的な領域に対する還元電位Ｅ０は、電位Ｅ０（ＭＲ２）〜Ｅ０（ＭＲ４）に当てはまる方法に従って選択される。また電解浴６２においてＥ０（Ｍ１Ｒ１）より低い還元電位Ｅ０を有し、さらに領域Ｒ１の材料Ｍ１より速い溶解速度を有する電気的非絶縁性領域は、製造中の構造体が電解浴６２に浸漬される間に領域Ｒ１に電気的に結合されることはない。
【００７７】
製造中の構造体は領域Ｒ３並びにまた領域Ｒ４を含む場合、領域Ｒ３並びにまた領域Ｒ４と領域Ｒ２との組み合わせは、その還元電位Ｅ０（Ｒ）が電位Ｅ０（ＭＲ２）〜Ｅ０（ＭＲ４）の重み付けした平均値である電気的非絶縁性の複合領域のように動作する。重み付けは、概ね電解浴６２の材料ＭＲ２〜ＭＲ４の交換電流により定義される。材料ＭＲ２〜ＭＲ４のうちの１つの交換電流が、材料ＭＲ２〜ＭＲ４のうちの他の２つの交換電流より非常に大きい場合には、重み付け平均還元電流Ｅ０（Ｒ）は、最も高い交換電流を有する領域の還元電位Ｅ０と概ね等しくなる。非侵蝕性電解浴技術の場合のＥ０判定基準は、重み付け平均電位Ｅ０（Ｒ）がＥ０（Ｍ１Ｒ１）より著しく大きくなるという１つの判定基準にまとめることができる。
【００７８】
材料ＭＲ２〜ＭＲ４の交換電流は、その交換電流密度及び電解浴６２に露出した表面積により確定される。一次近似では、交換電流は交換電流密度と露出した表面積との積である。この近似を用いて、全交換電流を推定し、重み付け平均還元電位Ｅ０（Ｒ）を調整することができる。特定の応用例に対する材料ＭＲ２〜ＭＲ４の選択は種々の要因に依存する。多くの場合、材料ＭＲ２或いはＭＲ３として用いるのが望ましい材料は低い還元電位Ｅ０を有しており、その結果重み付け平均電位Ｅ０（Ｒ）は望ましくないほど低くなる。そのような場合に、この問題を解決するための１つの技術は、その材料が概ね交換電流を持たず、従って電位Ｅ０（Ｒ）が降下しないように絶縁体でその材料を覆うことである。従ってここで領域Ｒ２或いはＲ３は、Ｅ０判定基準から外れるように結合領域ＣＲ１或いはＣＲ２に変換される。
【００７９】
Ｅ０判定基準を満たすのが、領域Ｒ１の材料Ｍ１が製造中の構造体から除去できるようにするための非侵蝕性電解浴技術における閾値要件である。さらにいくつかの機構を用いて、量産時に許容可能な速さで材料Ｍ１を酸化するように、十分に速い速度で領域Ｒ１から電子を除去しなければならない。これは典型的には、大きな電気化学的還元交換電流を有するように、材料ＭＲ２−ＭＲ４うちの少なくとも１つを与えることにより実現される。その際領域Ｒ２〜Ｒ４の全電子受容能力は高く、領域Ｒ１の材料Ｍ１が短時間に除去されるようになる。
【００８０】
非侵蝕性電解浴技術の場合、種々の要因により、材料ＭＲ２−ＭＲ４を選択し、Ｅ０判定基準及び還元交換電流要件の両方を満たすことは難しい場合が多い。Ｅ０判定基準を満足するが、材料ＭＲ２−ＭＲ４に対して選択された材料では必要な還元交換電流が容易に達成できない場合に、必要とされる速い速度で領域Ｒ１から電子を除去するための別の技術は、電解浴６２において高い電気化学的還元交換電流で還元反応を受ける余分な構成要素Ｘを電解浴６２に設けることである。この方法では、余分な構成要素Ｘの還元電位Ｅ０（Ｘ）は電位Ｅ０（Ｍ１Ｒ１）より大きくなる。
【００８１】
構成要素Ｘの一例は酸素である。電解浴６２が酸素で飽和される場合、溶液のｐＨに依存する複合的な反応の流れにより酸素の還元が生じる。ある場合には、酸素の還元は以下の反応により表すことができる。
【数５】
【数６】
【００８２】
電子を除去するために電解浴６２に構成要素Ｘが導入される場合に、重み付け平均電位Ｅ０（Ｒ）は変更され、構成要素Ｘの影響を受けるようになる。すなわち領域Ｒ１の材料Ｍ１が酸化されるようになる自発の電位は、電位Ｅ０（ＭＲ２）〜Ｅ０（ＭＲ４）の重み付け平均値と余分な構成要素の電位Ｅ０（Ｘ）との差である。重み付けは電気化学的交換電流に基づくため、合成した重み付け平均電位Ｅ０（Ｒ）はＥ０（Ｘ）と概ね等しくなる。言い換えると、構成要素Ｘは、Ｅ０及び交換電流の両方の観点から見て、除去手順において支配的である。
【００８３】
余分な構成要素の電位Ｅ０（Ｘ）は、電位Ｅ０（ＭＲ２）〜Ｅ０（ＭＲ４）より大きい場合も小さい場合もある。電位Ｅ０（Ｘ）がＥ０（ＭＲ２）より大きい場合には、構成要素Ｘを含む還元により、材料ＭＲ２が一定条件下で侵蝕（酸化）され得る。Ｅ０（Ｘ）がＥ０（ＭＲ３）或いはＥ０（ＭＲ４）より大きい場合には、同じことが材料ＭＲ３或いはＭＲ４にも当てはまる。そのような材料ＭＲ２〜ＭＲ４の侵蝕は、電位Ｅ０（Ｘ）をＥ０（ＭＲ２）〜Ｅ０（ＭＲ４）のそれぞれより小さくなるように選択することにより防ぐことができる。この状況が図４ｄに示される。
【００８４】
非侵蝕性電解浴技術の役割はさらに、短絡していない構成要素Ｃ１が電解浴６２に溶解しないような性質を持つ還元電位Ｅ０を有するように、付加的な構成要素Ｃ２の材料ＭＣ２及び存在するなら付加的な構成要素Ｃ３の材料ＭＣ３を選択することを含む。短絡した構成要素Ｃ１の保護は、電位Ｅ０（ＭＣ２）及び存在するなら電位Ｅ０（ＭＣ３）が、Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）より約０．３Ｖ以上高くならないように規定することにより行われる。図４ｅを参照されたい。再び電位Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）及びＥ０（Ｍ１Ｒ１）は一般に概ね等しい値からなる。
【００８５】
電位Ｅ０（ＭＣ２）及びＥ０（ＭＣ３）はそれぞれＥ０（Ｍ１Ｃ１）より小さい、典型的にはＥ０（Ｍ１Ｃ１）より０．２〜０．３Ｖ小さいことが好ましい。電位Ｅ０（ＭＣ２）がＥ０（Ｍ１Ｃ１）より著しく小さい場合には、材料ＭＣ２は著しく侵蝕（酸化）されるようになる。同じことが材料ＭＣ３に関する電位Ｅ０（ＭＣ３）にも当てはまる。そのような侵蝕を許容できない状況では、電位Ｅ０（ＭＣ２）及びＥ０（ＭＣ３）は通常Ｅ０（Ｍ１Ｃ１）より１Ｖ以下の範囲内で小さくなる。
【００８６】
材料Ｍ１、ＭＲ２、ＭＣ２、及び存在するなら材料ＭＲ３、ＭＲ４及びＭＣ３を実現する材料は、非侵蝕性電解浴技術を実施するための上記Ｅ０及び交換電流基準に従って選択される。侵蝕性電解浴技術の場合と同様に、結合構成要素ＣＣ１、ＣＣ２、ＣＲ１及びＣＲ２の特性は、非侵蝕性電解浴技術の場合の基準において全く影響を与えない。再び領域Ｒ１の材料Ｍ１の少なくとも一部及び典型的には領域Ｒ１の全てが、短絡していない構成要素Ｃ１を著しく侵蝕することなく、また製造中の構造体に外部制御電位をかける必要もなく除去される。
【００８７】
製造中の構造体に抵抗性の結合構成要素ＣＣ１が存在し、高い抵抗率を有する場合、通常、領域Ｒ１或いはＲ２に対する構成要素Ｃ１の小断片の短絡しても、短絡していない構成要素Ｃ１の材料Ｍ１を著しく除去することなく領域Ｒ１の材料Ｍ１を除去する能力は損なわれない。短絡した各構成要素Ｃ１は概ね領域Ｒ１の電位にある。構成要素Ｃ１が領域Ｒ１に短絡されていない場合に、領域Ｒ１と短絡した構成要素Ｃ１との間に通常存在する電位差は、構成要素ＣＣ１の抵抗性材料間で大きく降下する。実際には構成要素ＣＣ１は、互いから構成要素Ｃ１を電気的に絶縁する。従って短絡していない各構成要素Ｃ１は、短絡した各構成要素Ｃ１から有効に絶縁される。
【００８８】
短絡した各構成要素Ｃ１が概ね領域Ｒ１の電位にあるため、短絡した各構成要素Ｃ１は電気化学的除去作業の少なくとも最初の段階中に有効に領域Ｒ１の一部となる。それゆえ短絡した各構成要素Ｃ１は、十分な量の材料Ｍ１が領域Ｒ１並びにまたその構成要素Ｃ１から除去され、領域Ｒ１のその時点で存在する残りの部分と構成要素Ｃ１の残りの部分との間に適当な大きさの間隙を生成するまで電気的に侵蝕される。その間隙が、もともと短絡していた構成要素Ｃ１の電位が構成要素Ｃ１の材料Ｍ１を酸化するのに必要な値未満まで降下するような幅に達する際に、その構成要素Ｃ１への侵蝕は終了する。
【００８９】
短絡した構成要素Ｃ１への電気化学的な侵蝕は、多くの場合、その構成要素Ｃ１の比較的小部分のみが除去された時点で終了する。予め短絡した構成要素Ｃ１のうちのどの程度が残るか、またその残りの部分が如何なる形状をなすかにより、その構成要素Ｃ１の残りの部分が、所定の機能を十分に実行することができるようになる。あらゆる場合において、一方では構成要素Ｃ１間の電気的短絡が、他方では領域Ｒ１とＲ２との間の電気的短絡が、本発明の侵蝕性電解浴或いは非侵蝕性電解浴技術のいずれかを用いて排除（修復）される。
【００９０】
図５ａ及び図５ｂ（集合的に「図５」）は、図２のプロセスの流れが、主構成要素Ｃ１が円錐形の電子放出素子であるフィールドエミッタを作製する際に如何に用いられるかの一例を示す。図５ａは、一連の主領域Ｒ１をそれぞれ同時に除去するために本発明の電気化学的除去手順を実行する直前の典型的な構造体の外観を示す。１つの領域Ｒ１のみが図５ａに示される。領域Ｒ１は電子放出コーンＣ１を形成する際に用いられる材料Ｍ１の余剰の材料からなる。
【００９１】
コーンＣ１及び余剰エミッタ材料領域Ｒ１の他に、図５ａの初期構造体は、一群の付加的な構成要素Ｃ２と、対応する一群の付加的な構成要素Ｃ３と、結合構成要素ＣＣ１と、一群のさらに別の領域Ｒ２と、絶縁性基板４０と、中間誘電帯層４２とを備える。図５ａはそれぞれ１つの構成要素Ｃ２と１つの構成要素Ｃ３と１つの領域Ｒ２とを示す。基板４０は典型的にはガラスのような透明な電気絶縁体からなる。誘電体層４２は典型的には酸化シリコンである。
【００９２】
図５ａの構成要素Ｃ２はエミッタ電極であり、それぞれ図の平面に水平に延在する。各構成要素Ｃ３は対応するエミッタ電極Ｃ２用のコンタクトパッドである。エミッタコンタクトパッドＣ３の露出した全表面積は典型的には余剰エミッタ材料領域Ｒ１の露出した全表面積の少なくとも１０倍である。領域Ｒ２はゲート電極であり、それぞれ図５ａの平面に垂直に、すなわちエミッタ電極Ｃ２に垂直に延在する。ゲート電極Ｒ２の露出した全表面積は典型的には余剰エミッタ材料領域Ｒ１の露出した全表面積の少なくとも１０倍である。
【００９３】
侵蝕性電解浴技術の実施形態では、コーンＣ１の材料Ｍ１及び余剰領域Ｒ１は典型的にはニッケルである。ゲート電極Ｒ２、エミッタ電極Ｃ２及びエミッタコンタクトパッドＣ３はそれぞれプラチナ、クロム及びアルミニウムである。電解浴６２は、侵蝕性電解浴の実施形態では溶存酸素を含む０．１モルのリン酸からなる水溶液である。
【００９４】
非侵蝕性電解浴技術の実施形態では、コーンＣ１の材料Ｍ１及び余剰領域Ｒ１は典型的にはモリブデンである。ゲート電極Ｒ２及びエミッタコンタクトパッドＣ３は再びそれぞれプラチナ及びアルミニウムである。しかしながらエミッタ電極Ｃ２は非侵蝕性電解浴の実施形態ではタンタルである。
【００９５】
非侵蝕性電解浴の実施形態における電解浴６２は有機溶剤、酸及び溶存酸素で形成される電解液である。また電解浴６２は塩を含む場合がある。有機溶剤、酸、及び塩は、上記のＰｏｒｔｅｒ等による特許出願第０８／８８４，７０１号に記載されるように選択することができる。例えば、有機溶剤は、ジメチルスルフォキシドである。酸は０．１−１．５、典型的には０．５のモル濃度（ｍｏｌ／ｌ）のＰ−トルエンスルホン酸である。塩は０．０５−０．７５、典型的には、０．１のモル濃度のテトラエチルアンモニウムＰ−トルエンスルホン酸塩である。溶存酸素は構成要素Ｘを構成する。
【００９６】
図５ｂは、余剰エミッタ材料領域Ｒ１が完全に除去されるほど十分に長い時間に渡って電解浴６２に浸漬された後の初期構造体が如何なる外観を有するかを示す。ここで電子放出コーンＣ１はゲート電極Ｒ２の開口部４６を介して露出する。侵蝕性電解浴技術の場合、エミッタコンタクトパッドＣ３は図５ｂに示されるようにわずかに小さくなる。上記のように、コンタクトパッドＣ３の少量の減少は、非侵蝕性電解浴技術においても生じるようになる。
【００９７】
図６は、本発明により製造される図５ｂと類似のエリアフィールドエミッタを用いるフラットパネルＣＲＴディスプレイのコアアクティブ領域の典型的な例を示す。基板４０はＣＲＴディスプレイのベースプレートを形成する。各エミッタ電極構成要素Ｃ２は、ベースプレート４０の内側表面に沿って配置される。
【００９８】
図６の例では、フィールドエミッタはエミッタ電極Ｃ２に垂直に延在する一群のさらに別の領域Ｒ３を備える。領域Ｒ３は、その１つが図６に示されており、主制御電極を構成する。各主制御電極Ｒ３は１つ以上の主制御アパーチャ７０を含む。図６の領域Ｒ２は、図示されるように主制御アパーチャ７０にまで及ぶゲート部分である。各主制御電極Ｒ３及び隣接するゲート部分Ｒ２は、複合制御電極を形成する。図６の電子放出コーンは、横方向に離隔した電子放出コーンの組に配列される。各コーンＣ１の組は、対応する主制御アパーチャ７０の１つにより横方向に画定されるゲート開口部４６を介して露出される。
【００９９】
透明、典型的にはガラスのフェースプレート８０はベースプレート４０に対向して配置される。発光燐光体領域８２は、その１つが図６に示されており、対応する主制御アパーチャ７０に直に対向するフェースプレート８０の内側表面上に配置される。薄い光反射層８４は、典型的にはアルミニウムからなり、フェースプレート８０の内側表面に沿って燐光体領域８２の上層をなしている。電子放出素子Ｃ１により放出された電子は光反射層８４を通過し、燐光体領域８２が発光して、フェースプレート８０の外側表面上に視認可能な画像を形成できるようにする。
【０１００】
フラットパネルＣＲＴディスプレイのコアアクティブ領域は典型的には図６には示されない他の構成要素も含む。例えばフェースプレート８０の内側表面に沿って配置される黒色マトリクスが典型的には各燐光体領域８２を包囲し、その燐光体領域を他の燐光体領域から横方向に離隔する。電極間誘電体層４２上に設けられた集光用の稜線部は、電子の経路制御を補助するためのものである。スペーサ壁を用いて、バックプレート４０とフェースプレート８０との間の相対的な間隔を一定に保持する。
【０１０１】
図６に示されるタイプのフラットパネルＣＲＴディスプレイに組み込まれる場合、本発明より製造されるフィールドエミッタは以下のように動作する。光反射層８４がフィールドエミッタカソードに対するアノードとして機能する。アノードは、ゲート及びエミッタラインに対して高い正電位に保持される。
【０１０２】
（ａ）選択されたエミッタ電極Ｃ２の１つと（ｂ）選択された複合制御電極Ｒ２／Ｒ３の１つとの間に適当な電位がかけられる際に、そのように選択された制御電極Ｒ２／Ｒ３のゲート部分Ｒ２が２つの選択された電極の交差部において電子放出素子Ｃ１から電子を抽出し、その結果生じる電子流の大きさを制御する。電子放出の所望のレベルは典型的には、加えられたゲート−カソード平行板電界が、燐光体領域８２が高電圧燐光体である場合に燐光体で覆われたフェースプレート８０において測定して、０．１ｍｍＡ／ｃｍ２の電流密度で２０Ｖ／ｍｍ以下に達する際に生じる。抽出された電子が衝当する際に燐光体領域８２が発光する。
【０１０３】
「下側」及び「上側」のような方向に関する用語が本発明を記載する際に用いられているが、その用語は本発明の種々の部品が如何に係合しているかを読者がより理解しやすいようにする座標を確立するためのものである。実際には、電子放出素子の構成要素はここで用いられる方向に関する用語が示すものとは異なる位置関係で配置される場合もある。同じことが、本発明において製造ステップが実行される場合にも当てはまる。便宜上方向に関する用語を用いて、その記載内容を容易にしているので、本発明は、ここで用いられる方向に関する用語により厳密に取り扱われるのとは異なる位置関係の実施形態をも含む。
【０１０４】
本発明は特定の実施例を参照して記載されて来たが、その記載は例示に過ぎず、以下に請求される本発明の範囲を制限することを意図するものではない。例えば、上記の材料と異なる金属を、図５ｂ及び図６のフィールドエミッタの構成要素Ｃ１−Ｃ３、領域Ｒ２及び（存在する場合には）領域Ｒ３及びＲ４に対して選択することもできる。電子放出素子Ｃ１は円錐形以外の形状にすることもできる。その一例は台座上にある円錐体（ｃｏｎｅ ｏｎ ｐｅｄｅｓｔａｌｓ）である。
【０１０５】
エミッタ電極構成要素Ｃ２及び抵抗性構成要素ＣＣ１がその構造体を支持するだけの十分な全厚からなる場合には、基板４０をなくすことができる。絶縁性基板４０は、薄い絶縁層が、構造支持体を形成する比較的厚い非絶縁層の上層をなす複合基板と置き換えることができる。
【０１０６】
本発明の電気化学的除去技術は、ゲートを持たない電子エミッタを製造する際にも用いることができる。本発明により製造される電子エミッタを用いてフラットパネルＣＲＴディスプレイ以外のフラットパネル装置を製造することができる。その例は、電子分光学上で利用される製品、Ｘ線或いは電子ビームからマイクロ波を生成する際に利用される製品及び電子ビーム加熱により材料を蒸着する際に利用される製品を含む。従って請求の範囲において画定される本発明の厳密な範囲及び精神から逸脱することなく、種々の変更例及び応用例が当業者により実行されることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】電子エミッタの電子放出素子を作製するための従来のプロセスにおけるステップを表す断面構造図である。
【図１ｂ】電子エミッタの電子放出素子を作製するための従来のプロセスにおけるステップを表す断面構造図である。
【図１ｃ】電子エミッタの電子放出素子を作製するための従来のプロセスにおけるステップを表す断面構造図である。
【図１ｄ】電子エミッタの電子放出素子を作製するための従来のプロセスにおけるステップを表す断面構造図である。
【図２ａ】円錐形の電子放出素子のような構成要素を作製中に、ゲート制御フィールドエミッタのような構造体から材料を選択的に除去するための本発明の電気化学的な教示に従うプロセスの流れにおけるステップを表す模式的な断面図である。
【図２ｂ】円錐形の電子放出素子のような構成要素を作製中に、ゲート制御フィールドエミッタのような構造体から材料を選択的に除去するための本発明の電気化学的な教示に従うプロセスの流れにおけるステップを表す模式的な断面図である。
【図２ｃ】円錐形の電子放出素子のような構成要素を作製中に、ゲート制御フィールドエミッタのような構造体から材料を選択的に除去するための本発明の電気化学的な教示に従うプロセスの流れにおけるステップを表す模式的な断面図である。
【図３ａ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を有する電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図３ｂ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を有する電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図３ｃ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を有する電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図３ｄ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を有する電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図３ｅ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を有する電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図４ａ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を持たない電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図４ｂ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を持たない電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図４ｃ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を持たない電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図４ｄ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を持たない電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図４ｅ】選択的に除去される材料に固有の侵蝕性を持たない電解浴を備える図２ａ−図２ｃのプロセスを実施するのに適した還元半電池電位間の関係を示す図である。
【図５ａ】ゲート制御フィールドエミッタにおいて円錐形の電子放出素子を作製するために図２ａ−図２ｃのプロセスの流れを実施する場合のステップを表す断面図である。
【図５ｂ】ゲート制御フィールドエミッタにおいて円錐形の電子放出素子を作製するために図２ａ−図２ｃのプロセスの流れを実施する場合のステップを表す断面図である。
【図６】本発明に従って製造される電子放出素子を有するゲート制御フィールドエミッタを備えるフラットパネルＣＲＴディスプレイの断面構造図である。
Claims (31)
- 選択的に材料を除去するための方法であって、
（ａ）主材料を含む電気的非絶縁性の主構成要素が少なくとも１つの電気的非絶縁性の付加的構成要素に電気的に接続され、（ｂ）各付加的構成要素が前記主材料とは異なる付加的材料を含み、（ｃ）同様に前記主材料を含む電気的非絶縁性の主領域が前記主構成要素及び前記付加的構成要素と実質的に電気的に結合していない初期構造体を設ける過程と、
前記主領域の前記主材料の少なくとも一部を除去するために電解浴に前記主材料及び前記付加的材料を浸漬する過程とを有し、前記付加的構成要素の前記付加的材料が、前記電解浴が前記主構成要素の前記主材料を著しく侵蝕するのを防ぐように、前記電解浴において前記主構成要素の前記主材料より十分に低い還元半電池電位を有することを特徴とする方法。 - 前記浸漬する過程が前記主材料及び前記付加的材料を前記電解浴に接触させる過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記主領域の前記主材料の少なくとも一部が、前記主領域或いは前記構成要素の任意の構成要素に外部制御電位をかけることなく前記浸漬する過程中に除去されることを特徴とする請求項１或いは２に記載の方法。
- 前記主領域の前記主材料が、全ての付加的構成要素より電解浴において速い溶解速度を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。
- 前記電解浴において前記主構成要素の前記主材料より高い還元半電池電位を有し、また前記電解浴において前記主構成要素の前記主材料より著しく大きな電気化学的還元交換電流能力を有する電気的非絶縁性の構成要素が前記主構成要素に電気的に結合されず、また前記浸漬する過程中に前記電解浴に浸漬されないことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の方法。
- 前記主構成要素の前記主材料が１つの付加的構成要素の付加的材料と接触するか、或いは前記電解浴において前記主構成要素の前記主材料に比べてわずかな交換電流能力しか持たない少なくとも１つの電気的抵抗性の結合構成要素を介して１つの付加的構成要素の前記付加的材料に電気的に結合されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の方法。
- 前記付加的構成要素の前記付加的材料が、前記電解浴において前記主構成要素の前記主材料より還元半電池電位に関して約１Ｖ以下の範囲内で低いことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の方法。
- 前記電解浴が、前記電解浴において前記主領域の前記主材料より高い還元半電池電位の電解成分を含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の方法。
- １つの付加的構成要素が別の付加的構成要素を介して前記主構成要素に電気的に結合され、前記電解浴が前記主構成要素の前記主材料を著しく侵蝕するのをさらに防ぐように前記電解浴において前記別の付加的構成要素より低い還元半電池電位を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法。
- １つの付加的構成要素の前記付加的材料が別の付加的構成要素の前記付加的材料と実質的に接触するか、或いは前記浸漬する過程中に前記電解浴から実質的に電気的に絶縁される少なくとも１つの電気的非絶縁性の結合要素を介して別の付加的構成要素の前記付加的材料に電気的に結合されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の方法。
- 前記初期構造体を設ける過程が、前記主領域に電気的に結合される少なくとも１つのさらに別の電気的非絶縁性領域を前記初期構造体に設ける過程を含み、さらに別の各領域が前記主材料とは異なるさらに別の材料を含み、
前記浸漬する過程が、前記電解浴にさらに別の各領域の前記さらに別の材料を浸漬する過程を含み、さらに別の各領域の前記さらに別の材料が電解浴において各付加的構成要素の前記付加的材料より高い還元半電池電位を有することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の方法。 - さらに別の各領域の前記さらに別の材料が前記電解浴において前記主領域の前記主材料より高い還元半電池電位を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
- 前記主領域の前記主材料が１つのさらに別の領域の前記さらに別の材料と実質的に接触するか、或いは前記浸漬する過程中に前記電解浴から実質的に電気的に絶縁される少なくとも１つの電気的非絶縁性の結合領域を介して１つのさらに別の領域の前記さらに別の材料に電気的に結合されることを特徴とする請求項１１或いは１２に記載の方法。
- １つのさらに別の領域の前記さらに別の材料が別の領域の別の材料と実質的に接触するか、或いは前記浸漬する過程中に前記電解浴から実質的に電気的に絶縁される少なくとも１つの電気的非絶縁性の結合材料を介して他のさらに別の領域の前記さらに別の材料に電気的に結合されることを特徴とする請求項１１乃至１３の何れか一項に記載の方法。
- 前記初期構造体を設ける過程が、１つの所定の付加的構成要素の上側をなす誘電体層を前記初期構造体に設ける過程を含み、前記誘電体層が、前記主領域が配置される誘電体開口部を有し、前記主構成要素が、前記主領域から離隔した前記誘電体開口部内に実質的に配置されることを特徴とする請求項１乃至１４の何れか一項に記載の方法。
- 前記初期構造体を設ける過程がさらに、前記誘電体層と前記主領域との間に介在するさらに別の電気的非絶縁性の領域を前記初期構造体に設ける過程を含み、前記介在するさらに別の領域が前記誘電体層と連続するさらに別の開口部を有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
- 前記所定の付加的構成要素がエミッタ電極の少なくとも一部を形成し、
前記主構成要素が電子放出素子であり、
前記介在するさらに別の領域が前記電子放出素子用の制御電極の少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項１６に記載の方法。 - 材料を選択的に除去するための方法であって、
（ａ）主材料を含む電気的非絶縁性の主領域が少なくとも１つの電気的非絶縁性のさらに別の領域に電気的に結合され、（ｂ）前記さらに別の領域が前記主材料とは異なるさらに別の材料を含み、（ｃ）同様に前記主材料を含む電気的非絶縁性の主構成要素が前記主領域及び前記さらに別の領域と実質的に電気的に結合していない初期構造体を設ける過程と、
前記主構成要素の前記主材料に対して実質的に非侵蝕性である電解浴に前記主材料と前記さらに別の材料とを浸漬する過程とを有し、前記さらに別の領域の前記さらに別の材料が、前記主領域の前記主材料の少なくとも一部が前記初期構造体から電気化学的に除去されるように、前記主領域の前記主材料より前記電解浴において十分に高い還元半電池電位を有することを特徴とする方法。 - 前記浸漬する過程が前記主材料及び前記さらに別の材料を前記電解浴に接触させる過程を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
- 前記主領域の前記主材料の少なくとも一部が、前記主構成要素或いは前記領域の任意の部分に外部制御電位をかけることなく前記浸漬する過程中に除去されることを特徴とする請求項１８或いは１９に記載の方法。
- １つのさらに別の領域が、前記電解浴の前記主領域の前記主材料が電気化学的に如何に速く除去されるかを制御するために、前記電解浴において十分に高い電気化学的還元交換電流能力を有することを特徴とする請求項１８乃至２０の何れか一項に記載の方法。
- 前記電解浴において前記主領域の前記主構成要素より低い還元半電池電位を有し、また前記電解浴において前記主領域の前記主材料より速い溶解速度を有する電気的非絶縁性領域が、前記主領域に電気的に結合されず、また前記浸漬する過程中に前記電解浴に浸漬されないことを特徴とする請求項１８乃至２１の何れか一項に記載の方法。
- 前記主領域の前記主材料が１つのさらに別の領域の前記さらに別の材料と実質的に接触するか、或いは前記浸漬する過程中に前記電解浴から実質的に電気的に絶縁されている少なくとも１つの電気的非絶縁性結合領域を介して１つのさらに別の領域の前記さらに別の材料に電気的に結合されることを特徴とする請求項１８乃至２２の何れか一項に記載の方法。
- １つのさらに別の領域の前記さらに別の材料が他のさらに別の領域の前記さらに別の材料に実質的に接触するか、或いは前記浸漬する過程中に前記電解浴から実質的に電気的に絶縁されている少なくとも１つの電気的非絶縁性結合領域を介して他のさらに別の領域の前記さらに別の材料に電気的に結合されることを特徴とする請求項１８乃至２３の何れか一項に記載の方法。
- 前記電解浴が、前記電解浴において前記主領域の前記主材料より高い還元半電池電位の特有の電解成分を含むことを特徴とする請求項１８乃至２４の何れか一項に記載の方法。
- 前記特有の成分が、前記さらに別の領域の前記さらに別の材料より前記電解浴において低い還元半電池電位を有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
- 前記特有の成分が、前記主領域の前記主構成要素が電気化学的に如何に速く除去されるかを制御するために、前記電解浴において十分に高い電気化学的還元交換電流能力を有することを特徴とする請求項２５或いは２６に記載の方法。
- 前記初期構造体を設ける過程が、前記初期構造体において前記誘電体層の上側をなす１つの所定のさらに別の領域を設ける過程を含み、前記所定のさらに別の領域と前記誘電体層とが複合開口部を有し、前記主領域が前記開口部上の前記所定のさらに別の領域上に配置され、前記主構成要素が前記主領域及び前記所定のさらに別の領域から離隔した前記開口部内に配置されることを特徴とする請求項１８乃至２７の何れか一項に記載の方法。
- 前記初期構造体を設ける過程がさらに、前記初期構造体において下側の電気的非絶縁性の付加的構成要素上に前記誘電体層を設ける過程を含み、前記下側の付加的構成要素が前記主構成要素に電気的に結合されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
- 前記下側の付加的構成要素がエミッタ電極の少なくとも一部を形成し、
前記主構成要素が電子放出素子であり、
前記所定のさらに別の領域が前記電子放出素子用の制御電極の少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項２９に記載の方法。 - 前記材料がそれぞれ金属を含むことを特徴とする請求項１乃至３０の何れか一項に記載の方法。
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