JP3582499B2 - 電界放射型電子源 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体材料を用いて電界放射により電子線を放射するようにした電界放射型電子源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電界放射型電子源として、例えば米国特許３６６５２４１号などに開示されているいわゆるスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型電極と呼ばれるものがある。このスピント型電極は、微小な三角錐状のエミッタチップを多数配置した基板と、エミッタチップの先端部を露出させる放射孔を有するとともにエミッタチップに対して絶縁された形で配置されたゲート層とを備え、真空中にてエミッタチップをゲート層に対して負極として高電圧を印加することにより、エミッタチップの先端から放射孔を通して電子線を放射するものである。
【０００３】
しかしながら、スピント型電極は、製造プロセスが複雑であるとともに、多数の三角錐状のエミッタチップを精度良く構成することが難しく、例えば平面発光装置やディスプレイなどへ応用する場合に大面積化が難しいという問題があった。また、スピント型電極は、電界がエミッタチップの先端に集中するので、エミッタチップの先端の周りの真空度が低くて残留ガスが存在するような場合、放射された電子によって残留ガスがプラスイオンにイオン化され、プラスイオンがエミッタチップの先端に衝突するから、エミッタチップの先端がダメージ（例えば、イオン衝撃による損傷）を受け、放射される電子の電流密度や効率などが不安定になったり、エミッタチップの寿命が短くなってしまうという問題が生じる。したがって、スピント型電極では、この種の問題の発生を防ぐために、高真空（約１０−５Ｐａ〜約１０−６Ｐａ）で使用する必要があり、コストが高くなるとともに、取扱いが面倒になるという不具合があった。
【０００４】
この種の不具合を改善するために、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）方式やＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の電界放射型電子源が提案されている。前者は金属−絶縁膜−金属、後者は金属−酸化膜−半導体の積層構造を有する平面型の電界放射型電子源である。しかしながら、このタイプの電界放射型電子源において電子の放出効率を高めるためには（多くの電子を放射させるためには）、上記絶縁膜や上記酸化膜の膜厚を薄くする必要があるが、上記絶縁膜や上記酸化膜の膜厚を薄くしすぎると、上記積層構造の上下の電極間に電圧を印加した時に絶縁破壊を起こす恐れがあり、このような絶縁破壊を防止するためには上記絶縁膜や上記酸化膜の膜厚の薄膜化に制約があるので、電子の放出効率（引き出し効率）をあまり高くできないという不具合があった。
【０００５】
これらに対し、電子の放出効率を高めることができる電界放射型電子源として、近年では、例えば特開平８−２５０７６６号公報に開示されているように、シリコン基板などの単結晶の半導体基板を用い、その半導体基板の一表面を陽極酸化することにより多孔質半導体層（ポーラスシリコン層）を形成して、その多孔質半導体層上に金属薄膜（導電性薄膜）よりなる表面電極を形成し、半導体基板と表面電極との間に電圧を印加して電子を放射させるように構成した電界放射型電子源（半導体冷電子放出素子）が提案されている。
【０００６】
しかしながら、上述の特開平８−２５０７６６号公報に記載の電界放射型電子源では、電子放出時にいわゆるポッピング現象が生じやすく、放出電子量にむらが起こりやすいので、平面発光装置やディスプレイなどに応用すると、発光むらができてしまうという不具合がある。
【０００７】
そこで、本願発明者らは、特願平１０−２７２３４０号、特願平１０−２７２３４２号において、導電性基板と金属薄膜（表面電極）との間に介在し導電性基板から注入された電子がドリフトする強電界ドリフト層を酸化した多孔質多結晶シリコン層により構成した電界放射型電子源を提案した。
【０００８】
この電界放射型電子源１０’は、例えば、図１０に示すように、導電性基板たるｎ形シリコン基板１の主表面側に酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなる強電界ドリフト層６”が形成され、強電界ドリフト層６”上に金属薄膜よりなる表面電極７が形成され、ｎ形シリコン基板１の裏面にオーミック電極２が形成されている。なお、図１０に示す例では、ｎ形シリコン基板１と強電界ドリフト層６”との間にノンドープの多結晶シリコン層３を介在させてあるが、多結晶シリコン層３を介在させずにｎ形シリコン基板１上に強電界ドリフト層６”を形成した構成も提案されている。
【０００９】
図１０に示す構成の電界放射型電子源１０’から電子を放出させるには、表面電極７に対向配置されたコレクタ電極２１を設け、表面電極７とコレクタ電極２１との間を真空とした状態で、表面電極７をｎ形シリコン基板１（オーミック電極２）に対して高電位側（正極）となるように表面電極７とｎ形シリコン基板１との間に直流電圧Ｖｐｓを印加するとともに、コレクタ電極２１が表面電極７に対して高電位側となるようにコレクタ電極２１と表面電極７との間に直流電圧Ｖｃを印加する。各直流電圧Ｖｐｓ，Ｖｃを適宜に設定すれば、ｎ形シリコン基板１から注入された電子が強電界ドリフト層６”をドリフトし表面電極７を通して放出される（なお、図１０中の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ−の流れを示す）。表面電極７には仕事関数の小さな材料（例えば、金）が採用され、表面電極７の膜厚は１０ｎｍ〜１５ｎｍ程度に設定されている。
【００１０】
上述の構成を有する電界放射型電子源１０’では、表面電極７とオーミック電極２との間に流れる電流をダイオード電流Ｉｐｓと呼び、コレクタ電極２１と表面電極７との間に流れる電流をエミッション電流（放出電子電流）Ｉｅと呼ぶことにすれば（図１０参照）、ダイオード電流Ｉｐｓに対するエミッション電流Ｉｅの比率（＝Ｉｅ／Ｉｐｓ）が大きいほど電子放出効率が高くなる。なお、この電界放射型電子源１０’では、表面電極７とオーミック電極２との間に印加する直流電圧Ｖｐｓを１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させることができる。
【００１１】
この電界放射型電子源１０’では、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安定して電子を高い電子放出効率で放出することができる。
【００１２】
上述の電界放射型電子源１０’では、強電界ドリフト層６”が、導電性基板たるｎ形シリコン基板１上にノンドープの多結晶シリコン層を堆積させた後に、該多結晶シリコン層を陽極酸化処理にて多孔質化し、多孔質化された多結晶シリコン層（多孔質多結晶シリコン層）を急速加熱法によって例えば９００℃の温度で酸化することにより形成されている。
【００１３】
上述のようにして形成された強電界ドリフト層６”は、図１１に示すように、少なくとも、柱状の多結晶シリコンのグレイン５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、グレイン５１間に介在するナノメータオーダのシリコン微結晶６３と、シリコン微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜であるシリコン酸化膜６４とから構成されると考えられる。すなわち、強電界ドリフト層６”は、陽極酸化処理を行う前の多結晶シリコン層に含まれていた各グレインの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では結晶状態が維持されているものと考えられる。したがって、強電界ドリフト層６”に印加された電界の大部分はシリコン酸化膜６４を集中的に通り、注入された電子はシリコン酸化膜６４を通る強電界により加速されグレイン５１間を表面に向かって図１１中の矢印Ａの向きへ（図１１中の上方向へ向かって）ドリフトするので、電子放出効率を向上させることができる。なお、強電界ドリフト層６”の表面に到達した電子はホットエレクトロンであると考えられ、表面電極７を容易にトンネルし真空中に放出される。
【００１４】
上述の電界放射型電子源１０’では、導電性基板としてｎ形シリコン基板を用いているが、図１２に示すように、ガラス基板からなる絶縁性基板１１の一表面に導電性層１２を形成したものを用いた電界放射型電子源１０”も提案されている。ここに、上述の電界放射型電子源１０’と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００１５】
図１２に示す構成の電界放射型電子源１０”から電子を放出させるには、表面電極７に対向配置されたコレクタ電極２１を設け、表面電極７とコレクタ電極２１との間を真空とした状態で、表面電極７が導電性層１２に対して高電位側（正極）となるように表面電極７と導電性層１２との間に直流電圧Ｖｐｓを印加するとともに、コレクタ電極２１が表面電極７に対して高電位側となるようにコレクタ電極２１と表面電極７との間に直流電圧Ｖｃを印加する。各直流電圧Ｖｐｓ，Ｖｃを適宜に設定すれば、導電性層１２から注入された電子が強電界ドリフト層６”をドリフトし表面電極７を通して放出される（なお、図１２中の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ−の流れを示す。）
上述の構成を有する電界放射型電子源１０”では、表面電極７と導電性層１２との間に流れる電流をダイオード電流Ｉｐｓと呼び、コレクタ電極２１と表面電極７との間に流れる電流をエミッション電流（放出電子電流）Ｉｅと呼ぶことにすれば（図１２参照）、ダイオード電流Ｉｐｓに対するエミッション電流Ｉｅの比率（＝Ｉｅ／Ｉｐｓ）が大きいほど電子放出効率が高くなる。なお、この電界放射型電子源１０”では、表面電極７と導電性層１２との間に印加する直流電圧Ｖｐｓを１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させることができる。
【００１６】
また、図１２に示した電界放射型電子源１０”をディスプレイの電子源として応用する場合には、例えば図１３に示す構成を採用すればよい。
【００１７】
図１３に示す電界放射型電子源１０は、ガラス基板よりなる絶縁性基板１１と、絶縁性基板１１の一表面上に列設された複数の導電性層よりなる配線１２ａと、配線１２ａに重なる形で形成された複数の酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなるドリフト部６ａおよびドリフト部６ａの間を埋める多結晶シリコン層よりなる分離部６ｂとを有する強電界ドリフト層６と、各ドリフト部６ａを介してそれぞれ配線１２ａに対向する複数の表面電極７と、強電界ドリフト層６の上で配線１２ａに交差する方向に列設された複数の表面電極７を各列ごとに共通接続した複数のバス電極２５とを備えている。ここにおいて、バス電極２５は、ドリフト部６ａおよび分離部６ｂに跨って配線１２ａに交差する方向に列設されている。なお、バス電極２５は電子をトンネルさせる必要がないので、表面電極７に比べて膜厚を厚くすることができ、低抵抗化を図ることができる。
【００１８】
この電界放射型電子源１０では、絶縁性基板１１の一表面上に列設された複数の配線１２ａと、強電界ドリフト層６上に形成された複数の表面電極７との間に強電界ドリフト層６のドリフト部６ａが挟まれているから、バス電極２５と配線１２ａとの組を適宜選択して選択した組間に電圧を印加することにより、選択されたバス電極２５において配線１２ａとの交点に相当する部位に近接した表面電極７下のドリフト部６ａにのみ強電界が作用して電子が放出される。つまり、電圧を印加するバス電極２５と配線１２ａとの組を選択することによって所望の格子点から電子を放出させることが可能になる。なお、バス電極２５と配線１２ａとの間に印加する電圧は１０〜２０Ｖ程度になっている。ここにおいて、配線１２ａは短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド２７が形成されている。また、バス電極２５は長手方向の両端部でそれぞれパッド２８に接続されている。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１３に示した電界放射型電子源１０では、バス電極２５とそのバス電極２５に接続された表面電極７との間に過電流が流れると、選択した格子点に対応したドリフト部６ａから過剰に電子が放出されたり、選択した格子点に対応したドリフト部６ａの絶縁破壊が生じて配線１２と表面電極７との間に短絡電流が流れたりして、ドリフト部６ａ、表面電極７、配線１２ａの発熱温度が高くなって、電子源全体として劣化が進んでしまうので、信頼性が低いという不具合があった。すなわち、選択した格子点に対応したドリフト部６ａ、表面電極７、配線１２ａに限らず、選択していない格子点に対応したドリフト部６ａ、表面電極７、配線１２ａの劣化を引き起こしてしまうという不具合があった。また、絶縁破壊の起こったドリフト部６ａからは過剰な電子が放出されるので、ディスプレイでは特定の画素の輝度が異常に高くなってしまうとともに発光輝度の面内ばらつきが大きくなってしまうという不具合があった。
【００２０】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ディスプレイの電子源として利用でき信頼性が高い電界放射型電子源を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１，２の発明は、上記目的を達成するために、一表面側に複数の配線が列設された基板と、該基板の前記一表面側において配線に重なる形で形成された酸化若しくは窒化若しくは酸窒化した多孔質半導体層よりなる複数のドリフト部を配線の各列ごとに有する強電界ドリフト層と、各ドリフト部を介してそれぞれ配線に対向する複数の表面電極と、強電界ドリフト層の上で配線に交差する方向に列設された複数の表面電極を各列ごとに共通接続するバス電極と、表面電極とバス電極との間に介在し表面電極に流れる電流を制限する過電流保護要素とを備えることを特徴とするものであり、基板の一表面側に列設された複数の配線と、強電界ドリフト層の上に形成された複数の表面電極との間に強電界ドリフト層のドリフト部が挟まれているから、バス電極と配線との組を適宜選択して選択した組間に電圧を印加することにより、選択されたバス電極において配線との交点に相当する部位に近接した表面電極下のドリフト部にのみ強電界が作用して電子が放出されるので、ディスプレイの電子源として利用でき、表面電極とバス電極との間に表面電極に流れる電流を制限する過電流保護要素が介在していることにより、バス電極と表面電極との間に過電流が流れるのを制限することができ、表面電極、ドリフト部、配線に過電流が流れるのを制限することができて、発熱温度が高くなるのを抑制できるから、劣化範囲が拡大してしまうのを防止することができ、信頼性を高めることができる。
【００２２】
しかも、請求項１の発明は、過電流保護要素が、表面電極とバス電極との間の電流通路を狭くし過電流時に断線する幅狭部よりなるので、特定の表面電極に過電流が流れるとその表面電極とバス電極との間に介在した幅狭部が断線するから、特定の表面電極に過電流が流れ続けるのを防止でき、発熱による劣化範囲の拡大が防止されて、信頼性を高めることができる。
【００２４】
また、請求項２の発明は、過電流保護要素が、抵抗温度係数が正の感温抵抗層よりなるので、特定の表面電極に過電流が流れて発熱温度が上昇すると、感温抵抗層の抵抗が上昇して表面電極に流れる電流が制限されるから、発熱温度が高くなるのを抑制できて、劣化範囲が拡大してしまうのを防止することができ、信頼性を高めることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の電界放射型電子源１０の基本構成は図１３に示した従来構成と略同じであって、図１に示すように、ガラス基板よりなる絶縁性基板１１と、絶縁性基板１１の一表面上に列設された複数の導電性層（例えば、クロム膜などの金属膜やＩＴＯ膜など）よりなる配線１２ａと、配線１２ａに重なる形で形成された複数の酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなるドリフト部６ａおよびドリフト部６ａの間を埋めるノンドープの多結晶シリコン層よりなる分離部６ｂとを有する強電界ドリフト層６と、各ドリフト部６ａを介してそれぞれ配線１２ａに対向する複数の表面電極７と、強電界ドリフト層６の上で配線１２ａに交差する方向に列設された複数の表面電極７を各列ごとに共通接続する複数のバス電極２５とを備えている。ここにおいて、バス電極２５は、ドリフト部６ａおよび分離部６ｂに跨って配線１２ａに交差する方向に列設されている。また、表面電極７には仕事関数の小さな材料（例えば、金）が採用され、表面電極７の膜厚は１０〜１５ｎｍに設定されている。バス電極２５には抵抗が低く加工が容易な材料（例えば、アルミニウムや銅など）が採用されている。バス電極２５は電子をトンネルさせる必要がないので、表面電極７に比べて膜厚を厚くすることができ、低抵抗化を図ることができる。なお、本実施形態では、絶縁性基板１１が基板を構成している。
【００２６】
ところで、本実施形態の電界放射型電子源１０では、図１および図２に示すように、表面電極７とバス電極２５の間に表面電極７とバス電極２５との間の電流通路を狭く（電流の通過断面積を狭く）する導電性材料よりなる幅狭部８ａを介在させている点に特徴がある。幅狭部８ａは過電流が流れた時に図３に示すように断線する。つまり、幅狭部８ａは過電流が流れたときに断線する程度に熱容量を小さくしてある。ここにおいて、本実施形態の電界放射型電子源１０では、各表面電極７が同一のパッド２８に共通接続された２本のバス電極２５に挟まれており、表面電極７とその両側のバス電極２５，２５との間にそれぞれ幅狭部８ａを介在させてある。なお、本実施形態では、幅狭部８ａが、表面電極７とバス電極２５との間に介在し表面電極７に流れる電流を制限する過電流保護要素を構成している。
【００２７】
本実施形態の電界放射型電子源１０では、図１３に示した従来構成と同様、絶縁性基板１１の一表面上に列設された複数の配線１２ａと、強電界ドリフト層６上に形成された複数の表面電極７との間に強電界ドリフト層６のドリフト部６ａが挟まれているから、バス電極２５と配線１２ａとの組を適宜選択して選択した組間に電圧を印加することにより、選択されたバス電極２５において配線１２ａとの交点に相当する部位に近接した表面電極７下のドリフト部６ａにのみ強電界が作用して電子が放出される。つまり、電圧を印加するバス電極２５と配線１２ａとの組を選択することによって所望の格子点から電子を放出させることが可能になる。なお、バス電極２５と配線１２ａとの間に印加する電圧は１０〜２０Ｖ程度になっている。ここにおいて、配線１２ａは短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド２７が形成されている。また、バス電極２５は長手方向の両端部でそれぞれパッド２８に接続されている。
【００２８】
本実施形態におけるドリフト部６ａは、上述の図１０に示した電界放射型電子源１０’における強電界ドリフト層６”と同様の構造を有していると考えられ、図１１に示すように、少なくとも、配線１２ａの表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、グレイン５１間に介在するナノメータオーダのシリコン微結晶６３と、シリコン微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３の結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜であるシリコン酸化膜６４とから構成されると考えられる。すなわち、ドリフト部６ａは、各グレインの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では結晶状態が維持されていると考えられる。したがって、強電界ドリフト層６に印加された電界の大部分はシリコン酸化膜６４を集中的に通り、注入された電子はシリコン酸化膜６４を通る強電界により加速され多結晶シリコンのグレイン５１間を表面に向かって図１１中の矢印Ａの向きへ（図１１中の上方向へ向かって）ドリフトするので、電子放出効率を向上させることができる。ここに、強電界ドリフト層６のドリフト部６ａの表面に到達した電子はホットエレクトロンであると考えられ、表面電極７を容易にトンネルし真空中に放出される。
【００２９】
ところで、本実施形態の電界放射型電子源１０においては、上述のように表面電極７とバス電極２５との間に幅狭部８ａを介在させてあるので、特定の表面電極７に過電流が流れるとその表面電極７とバス電極２５との間に介在した幅狭部８ａが断線するから、特定の表面電極７に過電流が流れ続けるのを防止でき、発熱による劣化範囲の拡大が防止されて、信頼性を高めることができる。要するに、表面電極７とバス電極２５との間に表面電極７に流れる電流を制限する過電流保護要素が介在していることにより、バス電極２５と表面電極７との間に過電流が流れるのを制限できて、表面電極７、ドリフト部６ａ、配線１２ａに過電流が流れるのを制限することができ、発熱温度が高くなるのを抑制できるから、劣化範囲が拡大してしまうのを防止することができ、信頼性を高めることができる。言い換えれば、ディスプレイの個々の画素にそれぞれ対応した各表面電極７のうち過電流の流れた表面電極７とバス電極２５との間に介在する幅狭部８ａのみを断線させることができるので、他の画素に対応した表面電極７への影響を抑制することができ、ディスプレイに用いる電子源としての信頼性を高めることができる。また、本実施形態の電界放射型電子源１０では、隣り合うドリフト部６ａ間が分離部６ｂにより絶縁されているので、隣り合うドリフト部６ａの間の部位を通して電子が放出されるようなクロストークを防ぐことができる。また、本実施形態の電界放射型電子源１０では、図１０に示した従来構成の電界放射型電子源１０’と同様に、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安定して電子を高い電子放出効率で放出することができる。
【００３０】
（参考例）
本参考例の基本構成は実施形態１と略同じであって、図４および図５に示すように、表面電極７とバス電極２５との間に高抵抗層８ｂを介在させている点が相違する。なお、本参考例では、高抵抗層８ｂが、表面電極７とバス電極２５との間に介在し表面電極７に流れる電流を制限する過電流保護要素を構成している。他の構成は実施形態１と同じであるから、実施形態１と同じ構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
しかして、本参考例の電界放射型電子源１０では、表面電極７とバス電極２５とが直接接続された図１３の従来構成に比べて、表面電極７に過電流が流れるのを防止することができ、発熱による劣化範囲の拡大が防止されるから、信頼性を高めることができる。
【００３２】
（実施形態２）
本実施形態の基本構成は実施形態１と略同じであって、図６ないし図８に示すように、表面電極７とバス電極２５との間に抵抗温度係数が正の感温抵抗層８ｃを介在させている点が相違する。すなわち、感温抵抗層８ｃは、図９に示すように、温度が上昇すると抵抗値が大きくなるものであり、感温抵抗層８ｃの材料としては、例えばＰＴＣサーミスタなどに用いられているＢａＴｉＯ３系の材料を採用すればよい。なお、本実施形態では、感温抵抗層８ｃが、表面電極７とバス電極２５との間に介在し表面電極７に流れる電流を制限する過電流保護要素を構成している。他の構成は実施形態１と同じであるから、実施形態１と同じ構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
しかして、本実施形態の電界放射型電子源１０では、特定の表面電極７に過電流が流れて発熱温度が上昇すると、この表面電極７とバス電極２５との間に介在した感温抵抗層８ｃの抵抗が上昇して表面電極７に流れる電流が制限されるから、図１３の従来構成に比べて、表面電極７に過大な電流が流れるのを防止することができ、発熱による劣化範囲の拡大が防止されるから、信頼性を高めることができる。
【００３４】
ところで、上記各実施形態では、導電性基板としてガラス基板からなる絶縁性基板１１の一表面側に導電性層１２を形成したものを用いているが、導電性基板としては、クロムなどの金属基板を用いてもよいし、半導体基板（例えば、抵抗率が導体の抵抗率に比較的近いｎ形シリコン基板や、一表面側に導電性層としてｎ形領域が形成されたｐ形シリコン基板など）などを用いてもよい。絶縁性基板１１もガラス基板の他にセラミック基板などを用いることができる。
【００３５】
また、上記各実施形態では表面電極７の材料として金を採用しているが、表面電極７の材料は金に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム、クロム、タングステン、ニッケル、白金などを採用してもよい。
【００３６】
また、表面電極７を厚み方向に積層された少なくとも２層の薄膜層で構成してもよい。表面電極７が２層の薄膜層で構成される場合には、上層の薄膜層の材料として例えば金などを採用し、下層の薄膜層（強電界ドリフト層６側の薄膜層）の材料として例えば、クロム、ニッケル、白金、チタン、イリジウムなどを採用すればよい。
【００３７】
また、上記各実施形態では、強電界ドリフト層６のドリフト部６ａを酸化した多孔質多結晶シリコン層により形成しているが、強電界ドリフト層６のドリフト部６ａを窒化若しくは酸窒化した多孔質多結晶シリコン層により形成してもよく、多孔質多結晶シリコン層以外の多孔質半導体層を酸化若しくは窒化若しくは酸窒化したものでもよい。強電界ドリフト層６のドリフト部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコン層とした場合には図１１にて説明した各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となり、ドリフト部６ａを酸窒化した多孔質多結晶シリコン層とした場合には図１１にて説明した各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン酸窒化膜となる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１，２の発明は、一表面側に複数の配線が列設された基板と、該基板の前記一表面側において配線に重なる形で形成された酸化若しくは窒化若しくは酸窒化した多孔質半導体層よりなる複数のドリフト部を配線の各列ごとに有する強電界ドリフト層と、各ドリフト部を介してそれぞれ配線に対向する複数の表面電極と、強電界ドリフト層の上で配線に交差する方向に列設された複数の表面電極を各列ごとに共通接続するバス電極と、表面電極とバス電極との間に介在し表面電極に流れる電流を制限する過電流保護要素とを備えるものであり、基板の一表面側に列設された複数の配線と、強電界ドリフト層の上に形成された複数の表面電極との間に強電界ドリフト層のドリフト部が挟まれているから、バス電極と配線との組を適宜選択して選択した組間に電圧を印加することにより、選択されたバス電極において配線との交点に相当する部位に近接した表面電極下のドリフト部にのみ強電界が作用して電子が放出されるので、ディスプレイの電子源として利用でき、表面電極とバス電極との間に表面電極に流れる電流を制限する過電流保護要素が介在していることにより、バス電極と表面電極との間に過電流が流れるのを制限することができ、表面電極、ドリフト部、配線に過電流が流れるのを制限することができて、発熱温度が高くなるのを抑制できるから、劣化範囲が拡大してしまうのを防止することができ、信頼性を高めることができるという効果がある。
【００３９】
しかも、請求項１の発明は、過電流保護要素が、表面電極とバス電極との間の電流通路を狭くし過電流時に断線する幅狭部よりなるので、特定の表面電極に過電流が流れるとその表面電極とバス電極との間に介在した幅狭部が断線するから、特定の表面電極に過電流が流れ続けるのを防止でき、発熱による劣化範囲の拡大が防止されて、信頼性を高めることができるという効果がある。
【００４１】
また、請求項２の発明は、過電流保護要素が、抵抗温度係数が正の感温抵抗層よりなるので、特定の表面電極に過電流が流れて発熱温度が上昇すると、感温抵抗層の抵抗が上昇して表面電極に流れる電流が制限されるから、発熱温度が高くなるのを抑制できて、劣化範囲が拡大してしまうのを防止することができ、信頼性を高めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示す概略斜視図である。
【図２】同上の要部平面図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】参考例を示す概略斜視図である。
【図５】同上の要部平面図である。
【図６】実施形態２を示す概略斜視図である。
【図７】同上の要部平面図である。
【図８】同上の要部断面図である。
【図９】同上の要部の特性説明図である。
【図１０】従来例を示す電界放射型電子源の動作説明図である。
【図１１】同上の電界放射型電子源の電子放出機構の説明図である。
【図１２】他の従来例を示す電界放射型電子源の動作説明図である。
【図１３】同上をディスプレイの電子源として用いる場合の概略斜視図である。
【符号の説明】
６ 強電界ドリフト層
６ａ ドリフト部
６ｂ 分離部
７ 表面電極
８ａ 幅狭部
１０ 電界放射型電子源
１１ 絶縁性基板
１２ａ 配線
２５ バス電極
２７ パッド
２８ パッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体材料を用いて電界放射により電子線を放射するようにした電界放射型電子源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電界放射型電子源として、例えば米国特許３６６５２４１号などに開示されているいわゆるスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型電極と呼ばれるものがある。このスピント型電極は、微小な三角錐状のエミッタチップを多数配置した基板と、エミッタチップの先端部を露出させる放射孔を有するとともにエミッタチップに対して絶縁された形で配置されたゲート層とを備え、真空中にてエミッタチップをゲート層に対して負極として高電圧を印加することにより、エミッタチップの先端から放射孔を通して電子線を放射するものである。
【０００３】
しかしながら、スピント型電極は、製造プロセスが複雑であるとともに、多数の三角錐状のエミッタチップを精度良く構成することが難しく、例えば平面発光装置やディスプレイなどへ応用する場合に大面積化が難しいという問題があった。また、スピント型電極は、電界がエミッタチップの先端に集中するので、エミッタチップの先端の周りの真空度が低くて残留ガスが存在するような場合、放射された電子によって残留ガスがプラスイオンにイオン化され、プラスイオンがエミッタチップの先端に衝突するから、エミッタチップの先端がダメージ（例えば、イオン衝撃による損傷）を受け、放射される電子の電流密度や効率などが不安定になったり、エミッタチップの寿命が短くなってしまうという問題が生じる。したがって、スピント型電極では、この種の問題の発生を防ぐために、高真空（約１０−５Ｐａ〜約１０−６Ｐａ）で使用する必要があり、コストが高くなるとともに、取扱いが面倒になるという不具合があった。
【０００４】
この種の不具合を改善するために、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）方式やＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の電界放射型電子源が提案されている。前者は金属−絶縁膜−金属、後者は金属−酸化膜−半導体の積層構造を有する平面型の電界放射型電子源である。しかしながら、このタイプの電界放射型電子源において電子の放出効率を高めるためには（多くの電子を放射させるためには）、上記絶縁膜や上記酸化膜の膜厚を薄くする必要があるが、上記絶縁膜や上記酸化膜の膜厚を薄くしすぎると、上記積層構造の上下の電極間に電圧を印加した時に絶縁破壊を起こす恐れがあり、このような絶縁破壊を防止するためには上記絶縁膜や上記酸化膜の膜厚の薄膜化に制約があるので、電子の放出効率（引き出し効率）をあまり高くできないという不具合があった。
【０００５】
これらに対し、電子の放出効率を高めることができる電界放射型電子源として、近年では、例えば特開平８−２５０７６６号公報に開示されているように、シリコン基板などの単結晶の半導体基板を用い、その半導体基板の一表面を陽極酸化することにより多孔質半導体層（ポーラスシリコン層）を形成して、その多孔質半導体層上に金属薄膜（導電性薄膜）よりなる表面電極を形成し、半導体基板と表面電極との間に電圧を印加して電子を放射させるように構成した電界放射型電子源（半導体冷電子放出素子）が提案されている。
【０００６】
しかしながら、上述の特開平８−２５０７６６号公報に記載の電界放射型電子源では、電子放出時にいわゆるポッピング現象が生じやすく、放出電子量にむらが起こりやすいので、平面発光装置やディスプレイなどに応用すると、発光むらができてしまうという不具合がある。
【０００７】
そこで、本願発明者らは、特願平１０−２７２３４０号、特願平１０−２７２３４２号において、導電性基板と金属薄膜（表面電極）との間に介在し導電性基板から注入された電子がドリフトする強電界ドリフト層を酸化した多孔質多結晶シリコン層により構成した電界放射型電子源を提案した。
【０００８】
この電界放射型電子源１０’は、例えば、図１０に示すように、導電性基板たるｎ形シリコン基板１の主表面側に酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなる強電界ドリフト層６”が形成され、強電界ドリフト層６”上に金属薄膜よりなる表面電極７が形成され、ｎ形シリコン基板１の裏面にオーミック電極２が形成されている。なお、図１０に示す例では、ｎ形シリコン基板１と強電界ドリフト層６”との間にノンドープの多結晶シリコン層３を介在させてあるが、多結晶シリコン層３を介在させずにｎ形シリコン基板１上に強電界ドリフト層６”を形成した構成も提案されている。
【０００９】
図１０に示す構成の電界放射型電子源１０’から電子を放出させるには、表面電極７に対向配置されたコレクタ電極２１を設け、表面電極７とコレクタ電極２１との間を真空とした状態で、表面電極７をｎ形シリコン基板１（オーミック電極２）に対して高電位側（正極）となるように表面電極７とｎ形シリコン基板１との間に直流電圧Ｖｐｓを印加するとともに、コレクタ電極２１が表面電極７に対して高電位側となるようにコレクタ電極２１と表面電極７との間に直流電圧Ｖｃを印加する。各直流電圧Ｖｐｓ，Ｖｃを適宜に設定すれば、ｎ形シリコン基板１から注入された電子が強電界ドリフト層６”をドリフトし表面電極７を通して放出される（なお、図１０中の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ−の流れを示す）。表面電極７には仕事関数の小さな材料（例えば、金）が採用され、表面電極７の膜厚は１０ｎｍ〜１５ｎｍ程度に設定されている。
【００１０】
上述の構成を有する電界放射型電子源１０’では、表面電極７とオーミック電極２との間に流れる電流をダイオード電流Ｉｐｓと呼び、コレクタ電極２１と表面電極７との間に流れる電流をエミッション電流（放出電子電流）Ｉｅと呼ぶことにすれば（図１０参照）、ダイオード電流Ｉｐｓに対するエミッション電流Ｉｅの比率（＝Ｉｅ／Ｉｐｓ）が大きいほど電子放出効率が高くなる。なお、この電界放射型電子源１０’では、表面電極７とオーミック電極２との間に印加する直流電圧Ｖｐｓを１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させることができる。
【００１１】
この電界放射型電子源１０’では、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安定して電子を高い電子放出効率で放出することができる。
【００１２】
上述の電界放射型電子源１０’では、強電界ドリフト層６”が、導電性基板たるｎ形シリコン基板１上にノンドープの多結晶シリコン層を堆積させた後に、該多結晶シリコン層を陽極酸化処理にて多孔質化し、多孔質化された多結晶シリコン層（多孔質多結晶シリコン層）を急速加熱法によって例えば９００℃の温度で酸化することにより形成されている。
【００１３】
上述のようにして形成された強電界ドリフト層６”は、図１１に示すように、少なくとも、柱状の多結晶シリコンのグレイン５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、グレイン５１間に介在するナノメータオーダのシリコン微結晶６３と、シリコン微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜であるシリコン酸化膜６４とから構成されると考えられる。すなわち、強電界ドリフト層６”は、陽極酸化処理を行う前の多結晶シリコン層に含まれていた各グレインの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では結晶状態が維持されているものと考えられる。したがって、強電界ドリフト層６”に印加された電界の大部分はシリコン酸化膜６４を集中的に通り、注入された電子はシリコン酸化膜６４を通る強電界により加速されグレイン５１間を表面に向かって図１１中の矢印Ａの向きへ（図１１中の上方向へ向かって）ドリフトするので、電子放出効率を向上させることができる。なお、強電界ドリフト層６”の表面に到達した電子はホットエレクトロンであると考えられ、表面電極７を容易にトンネルし真空中に放出される。
【００１４】
上述の電界放射型電子源１０’では、導電性基板としてｎ形シリコン基板を用いているが、図１２に示すように、ガラス基板からなる絶縁性基板１１の一表面に導電性層１２を形成したものを用いた電界放射型電子源１０”も提案されている。ここに、上述の電界放射型電子源１０’と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００１５】
図１２に示す構成の電界放射型電子源１０”から電子を放出させるには、表面電極７に対向配置されたコレクタ電極２１を設け、表面電極７とコレクタ電極２１との間を真空とした状態で、表面電極７が導電性層１２に対して高電位側（正極）となるように表面電極７と導電性層１２との間に直流電圧Ｖｐｓを印加するとともに、コレクタ電極２１が表面電極７に対して高電位側となるようにコレクタ電極２１と表面電極７との間に直流電圧Ｖｃを印加する。各直流電圧Ｖｐｓ，Ｖｃを適宜に設定すれば、導電性層１２から注入された電子が強電界ドリフト層６”をドリフトし表面電極７を通して放出される（なお、図１２中の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ−の流れを示す。）
上述の構成を有する電界放射型電子源１０”では、表面電極７と導電性層１２との間に流れる電流をダイオード電流Ｉｐｓと呼び、コレクタ電極２１と表面電極７との間に流れる電流をエミッション電流（放出電子電流）Ｉｅと呼ぶことにすれば（図１２参照）、ダイオード電流Ｉｐｓに対するエミッション電流Ｉｅの比率（＝Ｉｅ／Ｉｐｓ）が大きいほど電子放出効率が高くなる。なお、この電界放射型電子源１０”では、表面電極７と導電性層１２との間に印加する直流電圧Ｖｐｓを１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させることができる。
【００１６】
また、図１２に示した電界放射型電子源１０”をディスプレイの電子源として応用する場合には、例えば図１３に示す構成を採用すればよい。
【００１７】
図１３に示す電界放射型電子源１０は、ガラス基板よりなる絶縁性基板１１と、絶縁性基板１１の一表面上に列設された複数の導電性層よりなる配線１２ａと、配線１２ａに重なる形で形成された複数の酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなるドリフト部６ａおよびドリフト部６ａの間を埋める多結晶シリコン層よりなる分離部６ｂとを有する強電界ドリフト層６と、各ドリフト部６ａを介してそれぞれ配線１２ａに対向する複数の表面電極７と、強電界ドリフト層６の上で配線１２ａに交差する方向に列設された複数の表面電極７を各列ごとに共通接続した複数のバス電極２５とを備えている。ここにおいて、バス電極２５は、ドリフト部６ａおよび分離部６ｂに跨って配線１２ａに交差する方向に列設されている。なお、バス電極２５は電子をトンネルさせる必要がないので、表面電極７に比べて膜厚を厚くすることができ、低抵抗化を図ることができる。
【００１８】
この電界放射型電子源１０では、絶縁性基板１１の一表面上に列設された複数の配線１２ａと、強電界ドリフト層６上に形成された複数の表面電極７との間に強電界ドリフト層６のドリフト部６ａが挟まれているから、バス電極２５と配線１２ａとの組を適宜選択して選択した組間に電圧を印加することにより、選択されたバス電極２５において配線１２ａとの交点に相当する部位に近接した表面電極７下のドリフト部６ａにのみ強電界が作用して電子が放出される。つまり、電圧を印加するバス電極２５と配線１２ａとの組を選択することによって所望の格子点から電子を放出させることが可能になる。なお、バス電極２５と配線１２ａとの間に印加する電圧は１０〜２０Ｖ程度になっている。ここにおいて、配線１２ａは短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド２７が形成されている。また、バス電極２５は長手方向の両端部でそれぞれパッド２８に接続されている。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１３に示した電界放射型電子源１０では、バス電極２５とそのバス電極２５に接続された表面電極７との間に過電流が流れると、選択した格子点に対応したドリフト部６ａから過剰に電子が放出されたり、選択した格子点に対応したドリフト部６ａの絶縁破壊が生じて配線１２と表面電極７との間に短絡電流が流れたりして、ドリフト部６ａ、表面電極７、配線１２ａの発熱温度が高くなって、電子源全体として劣化が進んでしまうので、信頼性が低いという不具合があった。すなわち、選択した格子点に対応したドリフト部６ａ、表面電極７、配線１２ａに限らず、選択していない格子点に対応したドリフト部６ａ、表面電極７、配線１２ａの劣化を引き起こしてしまうという不具合があった。また、絶縁破壊の起こったドリフト部６ａからは過剰な電子が放出されるので、ディスプレイでは特定の画素の輝度が異常に高くなってしまうとともに発光輝度の面内ばらつきが大きくなってしまうという不具合があった。
【００２０】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ディスプレイの電子源として利用でき信頼性が高い電界放射型電子源を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１，２の発明は、上記目的を達成するために、一表面側に複数の配線が列設された基板と、該基板の前記一表面側において配線に重なる形で形成された酸化若しくは窒化若しくは酸窒化した多孔質半導体層よりなる複数のドリフト部を配線の各列ごとに有する強電界ドリフト層と、各ドリフト部を介してそれぞれ配線に対向する複数の表面電極と、強電界ドリフト層の上で配線に交差する方向に列設された複数の表面電極を各列ごとに共通接続するバス電極と、表面電極とバス電極との間に介在し表面電極に流れる電流を制限する過電流保護要素とを備えることを特徴とするものであり、基板の一表面側に列設された複数の配線と、強電界ドリフト層の上に形成された複数の表面電極との間に強電界ドリフト層のドリフト部が挟まれているから、バス電極と配線との組を適宜選択して選択した組間に電圧を印加することにより、選択されたバス電極において配線との交点に相当する部位に近接した表面電極下のドリフト部にのみ強電界が作用して電子が放出されるので、ディスプレイの電子源として利用でき、表面電極とバス電極との間に表面電極に流れる電流を制限する過電流保護要素が介在していることにより、バス電極と表面電極との間に過電流が流れるのを制限することができ、表面電極、ドリフト部、配線に過電流が流れるのを制限することができて、発熱温度が高くなるのを抑制できるから、劣化範囲が拡大してしまうのを防止することができ、信頼性を高めることができる。
【００２２】
しかも、請求項１の発明は、過電流保護要素が、表面電極とバス電極との間の電流通路を狭くし過電流時に断線する幅狭部よりなるので、特定の表面電極に過電流が流れるとその表面電極とバス電極との間に介在した幅狭部が断線するから、特定の表面電極に過電流が流れ続けるのを防止でき、発熱による劣化範囲の拡大が防止されて、信頼性を高めることができる。
【００２４】
また、請求項２の発明は、過電流保護要素が、抵抗温度係数が正の感温抵抗層よりなるので、特定の表面電極に過電流が流れて発熱温度が上昇すると、感温抵抗層の抵抗が上昇して表面電極に流れる電流が制限されるから、発熱温度が高くなるのを抑制できて、劣化範囲が拡大してしまうのを防止することができ、信頼性を高めることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の電界放射型電子源１０の基本構成は図１３に示した従来構成と略同じであって、図１に示すように、ガラス基板よりなる絶縁性基板１１と、絶縁性基板１１の一表面上に列設された複数の導電性層（例えば、クロム膜などの金属膜やＩＴＯ膜など）よりなる配線１２ａと、配線１２ａに重なる形で形成された複数の酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなるドリフト部６ａおよびドリフト部６ａの間を埋めるノンドープの多結晶シリコン層よりなる分離部６ｂとを有する強電界ドリフト層６と、各ドリフト部６ａを介してそれぞれ配線１２ａに対向する複数の表面電極７と、強電界ドリフト層６の上で配線１２ａに交差する方向に列設された複数の表面電極７を各列ごとに共通接続する複数のバス電極２５とを備えている。ここにおいて、バス電極２５は、ドリフト部６ａおよび分離部６ｂに跨って配線１２ａに交差する方向に列設されている。また、表面電極７には仕事関数の小さな材料（例えば、金）が採用され、表面電極７の膜厚は１０〜１５ｎｍに設定されている。バス電極２５には抵抗が低く加工が容易な材料（例えば、アルミニウムや銅など）が採用されている。バス電極２５は電子をトンネルさせる必要がないので、表面電極７に比べて膜厚を厚くすることができ、低抵抗化を図ることができる。なお、本実施形態では、絶縁性基板１１が基板を構成している。
【００２６】
ところで、本実施形態の電界放射型電子源１０では、図１および図２に示すように、表面電極７とバス電極２５の間に表面電極７とバス電極２５との間の電流通路を狭く（電流の通過断面積を狭く）する導電性材料よりなる幅狭部８ａを介在させている点に特徴がある。幅狭部８ａは過電流が流れた時に図３に示すように断線する。つまり、幅狭部８ａは過電流が流れたときに断線する程度に熱容量を小さくしてある。ここにおいて、本実施形態の電界放射型電子源１０では、各表面電極７が同一のパッド２８に共通接続された２本のバス電極２５に挟まれており、表面電極７とその両側のバス電極２５，２５との間にそれぞれ幅狭部８ａを介在させてある。なお、本実施形態では、幅狭部８ａが、表面電極７とバス電極２５との間に介在し表面電極７に流れる電流を制限する過電流保護要素を構成している。
【００２７】
本実施形態の電界放射型電子源１０では、図１３に示した従来構成と同様、絶縁性基板１１の一表面上に列設された複数の配線１２ａと、強電界ドリフト層６上に形成された複数の表面電極７との間に強電界ドリフト層６のドリフト部６ａが挟まれているから、バス電極２５と配線１２ａとの組を適宜選択して選択した組間に電圧を印加することにより、選択されたバス電極２５において配線１２ａとの交点に相当する部位に近接した表面電極７下のドリフト部６ａにのみ強電界が作用して電子が放出される。つまり、電圧を印加するバス電極２５と配線１２ａとの組を選択することによって所望の格子点から電子を放出させることが可能になる。なお、バス電極２５と配線１２ａとの間に印加する電圧は１０〜２０Ｖ程度になっている。ここにおいて、配線１２ａは短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド２７が形成されている。また、バス電極２５は長手方向の両端部でそれぞれパッド２８に接続されている。
【００２８】
本実施形態におけるドリフト部６ａは、上述の図１０に示した電界放射型電子源１０’における強電界ドリフト層６”と同様の構造を有していると考えられ、図１１に示すように、少なくとも、配線１２ａの表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、グレイン５１間に介在するナノメータオーダのシリコン微結晶６３と、シリコン微結晶６３の表面に形成され当該シリコン微結晶６３の結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜であるシリコン酸化膜６４とから構成されると考えられる。すなわち、ドリフト部６ａは、各グレインの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では結晶状態が維持されていると考えられる。したがって、強電界ドリフト層６に印加された電界の大部分はシリコン酸化膜６４を集中的に通り、注入された電子はシリコン酸化膜６４を通る強電界により加速され多結晶シリコンのグレイン５１間を表面に向かって図１１中の矢印Ａの向きへ（図１１中の上方向へ向かって）ドリフトするので、電子放出効率を向上させることができる。ここに、強電界ドリフト層６のドリフト部６ａの表面に到達した電子はホットエレクトロンであると考えられ、表面電極７を容易にトンネルし真空中に放出される。
【００２９】
ところで、本実施形態の電界放射型電子源１０においては、上述のように表面電極７とバス電極２５との間に幅狭部８ａを介在させてあるので、特定の表面電極７に過電流が流れるとその表面電極７とバス電極２５との間に介在した幅狭部８ａが断線するから、特定の表面電極７に過電流が流れ続けるのを防止でき、発熱による劣化範囲の拡大が防止されて、信頼性を高めることができる。要するに、表面電極７とバス電極２５との間に表面電極７に流れる電流を制限する過電流保護要素が介在していることにより、バス電極２５と表面電極７との間に過電流が流れるのを制限できて、表面電極７、ドリフト部６ａ、配線１２ａに過電流が流れるのを制限することができ、発熱温度が高くなるのを抑制できるから、劣化範囲が拡大してしまうのを防止することができ、信頼性を高めることができる。言い換えれば、ディスプレイの個々の画素にそれぞれ対応した各表面電極７のうち過電流の流れた表面電極７とバス電極２５との間に介在する幅狭部８ａのみを断線させることができるので、他の画素に対応した表面電極７への影響を抑制することができ、ディスプレイに用いる電子源としての信頼性を高めることができる。また、本実施形態の電界放射型電子源１０では、隣り合うドリフト部６ａ間が分離部６ｂにより絶縁されているので、隣り合うドリフト部６ａの間の部位を通して電子が放出されるようなクロストークを防ぐことができる。また、本実施形態の電界放射型電子源１０では、図１０に示した従来構成の電界放射型電子源１０’と同様に、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安定して電子を高い電子放出効率で放出することができる。
【００３０】
（参考例）
本参考例の基本構成は実施形態１と略同じであって、図４および図５に示すように、表面電極７とバス電極２５との間に高抵抗層８ｂを介在させている点が相違する。なお、本参考例では、高抵抗層８ｂが、表面電極７とバス電極２５との間に介在し表面電極７に流れる電流を制限する過電流保護要素を構成している。他の構成は実施形態１と同じであるから、実施形態１と同じ構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
しかして、本参考例の電界放射型電子源１０では、表面電極７とバス電極２５とが直接接続された図１３の従来構成に比べて、表面電極７に過電流が流れるのを防止することができ、発熱による劣化範囲の拡大が防止されるから、信頼性を高めることができる。
【００３２】
（実施形態２）
本実施形態の基本構成は実施形態１と略同じであって、図６ないし図８に示すように、表面電極７とバス電極２５との間に抵抗温度係数が正の感温抵抗層８ｃを介在させている点が相違する。すなわち、感温抵抗層８ｃは、図９に示すように、温度が上昇すると抵抗値が大きくなるものであり、感温抵抗層８ｃの材料としては、例えばＰＴＣサーミスタなどに用いられているＢａＴｉＯ３系の材料を採用すればよい。なお、本実施形態では、感温抵抗層８ｃが、表面電極７とバス電極２５との間に介在し表面電極７に流れる電流を制限する過電流保護要素を構成している。他の構成は実施形態１と同じであるから、実施形態１と同じ構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
しかして、本実施形態の電界放射型電子源１０では、特定の表面電極７に過電流が流れて発熱温度が上昇すると、この表面電極７とバス電極２５との間に介在した感温抵抗層８ｃの抵抗が上昇して表面電極７に流れる電流が制限されるから、図１３の従来構成に比べて、表面電極７に過大な電流が流れるのを防止することができ、発熱による劣化範囲の拡大が防止されるから、信頼性を高めることができる。
【００３４】
ところで、上記各実施形態では、導電性基板としてガラス基板からなる絶縁性基板１１の一表面側に導電性層１２を形成したものを用いているが、導電性基板としては、クロムなどの金属基板を用いてもよいし、半導体基板（例えば、抵抗率が導体の抵抗率に比較的近いｎ形シリコン基板や、一表面側に導電性層としてｎ形領域が形成されたｐ形シリコン基板など）などを用いてもよい。絶縁性基板１１もガラス基板の他にセラミック基板などを用いることができる。
【００３５】
また、上記各実施形態では表面電極７の材料として金を採用しているが、表面電極７の材料は金に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム、クロム、タングステン、ニッケル、白金などを採用してもよい。
【００３６】
また、表面電極７を厚み方向に積層された少なくとも２層の薄膜層で構成してもよい。表面電極７が２層の薄膜層で構成される場合には、上層の薄膜層の材料として例えば金などを採用し、下層の薄膜層（強電界ドリフト層６側の薄膜層）の材料として例えば、クロム、ニッケル、白金、チタン、イリジウムなどを採用すればよい。
【００３７】
また、上記各実施形態では、強電界ドリフト層６のドリフト部６ａを酸化した多孔質多結晶シリコン層により形成しているが、強電界ドリフト層６のドリフト部６ａを窒化若しくは酸窒化した多孔質多結晶シリコン層により形成してもよく、多孔質多結晶シリコン層以外の多孔質半導体層を酸化若しくは窒化若しくは酸窒化したものでもよい。強電界ドリフト層６のドリフト部６ａを窒化した多孔質多結晶シリコン層とした場合には図１１にて説明した各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン窒化膜となり、ドリフト部６ａを酸窒化した多孔質多結晶シリコン層とした場合には図１１にて説明した各シリコン酸化膜５２，６４がいずれもシリコン酸窒化膜となる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１，２の発明は、一表面側に複数の配線が列設された基板と、該基板の前記一表面側において配線に重なる形で形成された酸化若しくは窒化若しくは酸窒化した多孔質半導体層よりなる複数のドリフト部を配線の各列ごとに有する強電界ドリフト層と、各ドリフト部を介してそれぞれ配線に対向する複数の表面電極と、強電界ドリフト層の上で配線に交差する方向に列設された複数の表面電極を各列ごとに共通接続するバス電極と、表面電極とバス電極との間に介在し表面電極に流れる電流を制限する過電流保護要素とを備えるものであり、基板の一表面側に列設された複数の配線と、強電界ドリフト層の上に形成された複数の表面電極との間に強電界ドリフト層のドリフト部が挟まれているから、バス電極と配線との組を適宜選択して選択した組間に電圧を印加することにより、選択されたバス電極において配線との交点に相当する部位に近接した表面電極下のドリフト部にのみ強電界が作用して電子が放出されるので、ディスプレイの電子源として利用でき、表面電極とバス電極との間に表面電極に流れる電流を制限する過電流保護要素が介在していることにより、バス電極と表面電極との間に過電流が流れるのを制限することができ、表面電極、ドリフト部、配線に過電流が流れるのを制限することができて、発熱温度が高くなるのを抑制できるから、劣化範囲が拡大してしまうのを防止することができ、信頼性を高めることができるという効果がある。
【００３９】
しかも、請求項１の発明は、過電流保護要素が、表面電極とバス電極との間の電流通路を狭くし過電流時に断線する幅狭部よりなるので、特定の表面電極に過電流が流れるとその表面電極とバス電極との間に介在した幅狭部が断線するから、特定の表面電極に過電流が流れ続けるのを防止でき、発熱による劣化範囲の拡大が防止されて、信頼性を高めることができるという効果がある。
【００４１】
また、請求項２の発明は、過電流保護要素が、抵抗温度係数が正の感温抵抗層よりなるので、特定の表面電極に過電流が流れて発熱温度が上昇すると、感温抵抗層の抵抗が上昇して表面電極に流れる電流が制限されるから、発熱温度が高くなるのを抑制できて、劣化範囲が拡大してしまうのを防止することができ、信頼性を高めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示す概略斜視図である。
【図２】同上の要部平面図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】参考例を示す概略斜視図である。
【図５】同上の要部平面図である。
【図６】実施形態２を示す概略斜視図である。
【図７】同上の要部平面図である。
【図８】同上の要部断面図である。
【図９】同上の要部の特性説明図である。
【図１０】従来例を示す電界放射型電子源の動作説明図である。
【図１１】同上の電界放射型電子源の電子放出機構の説明図である。
【図１２】他の従来例を示す電界放射型電子源の動作説明図である。
【図１３】同上をディスプレイの電子源として用いる場合の概略斜視図である。
【符号の説明】
６ 強電界ドリフト層
６ａ ドリフト部
６ｂ 分離部
７ 表面電極
８ａ 幅狭部
１０ 電界放射型電子源
１１ 絶縁性基板
１２ａ 配線
２５ バス電極
２７ パッド
２８ パッド
Claims (2)
- 一表面側に複数の配線が列設された基板と、該基板の前記一表面側において配線に重なる形で形成された酸化若しくは窒化若しくは酸窒化した多孔質半導体層よりなる複数のドリフト部を配線の各列ごとに有する強電界ドリフト層と、各ドリフト部を介してそれぞれ配線に対向する複数の表面電極と、強電界ドリフト層の上で配線に交差する方向に列設された複数の表面電極を各列ごとに共通接続するバス電極と、表面電極とバス電極との間に介在し表面電極に流れる電流を制限する過電流保護要素とを備え、過電流保護要素は、表面電極とバス電極との間の電流通路を狭くし過電流時に断線する幅狭部よりなることを特徴とする電界放射型電子源。
- 一表面側に複数の配線が列設された基板と、該基板の前記一表面側において配線に重なる形で形成された酸化若しくは窒化若しくは酸窒化した多孔質半導体層よりなる複数のドリフト部を配線の各列ごとに有する強電界ドリフト層と、各ドリフト部を介してそれぞれ配線に対向する複数の表面電極と、強電界ドリフト層の上で配線に交差する方向に列設された複数の表面電極を各列ごとに共通接続するバス電極と、表面電極とバス電極との間に介在し表面電極に流れる電流を制限する過電流保護要素とを備え、過電流保護要素は、抵抗温度係数が正の感温抵抗層よりなることを特徴とする電界放射型電子源。
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