JP3745360B2 - 電子放出素子、電子源及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
基板表面上に配置された第一の電極と、
前記第一の電極上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層上に配置された第二の電極と、
前記第二の電極上に配置された電子放出膜と、を有する電子放出素子であって、
前記第二の電極の表面が、前記基板表面と実質的に平行な方向において対向する2つの側面を有し、前記2つの側面の一方の側面よりも他方の側面に近接するように、前記電子放出膜が配置されることを特徴とする。
成が簡素化され容易に製造し得る電子放出素子を提供することが可能となる。
mから数百μmの範囲で設定され、好ましくは数十nmから数μmの範囲で選択される。電極長L1は、素子を構成する材料や抵抗値、電子放出素子の配置により適宜設定される。通常、数百nmから数mmの範囲で設定され、好ましくは数μmから数百μmの範囲で選択される。
Vb[V]=第一の電極12の電位[V]−第二の電極14の電位[V]である。電子放出膜15にかかる電界は、Va及びVbによって形成される。
4の表面のうち、電子放出膜15よりもアノード電極16に近接する表面(凸部)が、電子放出膜15の端部における電界強度を、電子放出膜15の端部以外の領域の電界強度よりも高める働きをする。そのため、第二の電極14の表面の一部を電子放出膜15の端部の表面よりもアノード16側に配置することが最も好ましい。
ましい材料としてはSiO2、SiN、Al2O3、CaF、アンドープダイヤモンドなどの高電界に耐えられる耐圧の高い材料が望ましい。
℃以下)で初期凝集核の形成が可能となった。
て用いることも出来る。
図2に実施例1により作製した電子放出素子の平面図、図1に断面図の一例、及び図5に本実施例の電子放出素子の製造方法の一例を示した。以下に、本実施例の電子放出素子の製造工程を詳細に説明する。
まず、図5(a)に示すように、基板11に石英を用い、十分洗浄を行った後、スパッタ法により、基板11上に、第一の電極12として厚さ300nmのAl、絶縁層13として厚さ100nmのSiO2、第二の電極14として厚さ400nmのTaをこの順で堆積した。
次に、図5(b)に示すように、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジスト(AZ1500/クラリアント社製)のスピンコーティング、フォトマスクパターンを露光、現像し、マスクパターン18を形成した。そして、図5(c)に示すように、マスクパターン18をマスクとして、CF4ガスを用いて、絶縁層13及び第二の電極14をドライエッチングし、第一の電極12でエッチングを停止させた。
次に、マスクパターン18を剥離し、続いて図5(d)に示すように、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジスト(AZ1500/クラリアント社製)のスピンコーティング、フォトマスクパターンを露光、現像し、マスクパターン19を形成した。そして、マスクパターン19をマスクとして、CF4ガスを用いて、第二の電極14をドライエッチングすることによって、図5(e)に示すように、第二の電極14に段差を形成した。段差の深さは300nm、電極長L1を100μm、第二の電極の段差幅を0.5μmとした。
続いて、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、図5(f)に示すように、電子放出膜15としてダイヤモンドライクカーボンを100nm堆積した。
実施例2により作製した電子放出素子の断面図の一例を図1に示す。本実施例では、実施例1の第二の電極層14をTaとAlの積層構造とし、素子による第二の電極層14の段差斑を防止した例を示す。ここでは、本実施例の特徴部分のみを説明し、実施例1と重複する説明は省略する。
絶縁層13をCF4ガス、第二の電極14のAl部分をCl2を用いてそれぞれドライエッチングし、第一の電極12でエッチングを停止させた。
実施例3により作製した電子放出素子の概略断面図の一例を図1に示す。本実施例ではVaに印加する電圧を上げることによって、放出電子の電流量を向上する例を示す。ここでは、本実施例の特徴部分のみを説明し、上述した実施例と重複する説明は省略する。
図9に実施例4により作製した電子放出素子の概略断面図の一例、及び図10に本実施例の電子放出素子の製造方法の一例を示した。本実施例では第二の電極14に電子放出膜15を挟む構成にすることによって、より製造し易い例を示す。以下に、本実施例の電子放出素子の製造工程を詳細に説明する。
まず、図10(a)に示すように、基板11に石英を用い、十分洗浄を行った後、スパッタ法により、基板11上に、第一の電極12の材料として厚さ300nmのAl、絶縁層13として厚さ100nmのSiO2、第二の電極14aとして厚さ100nmのTa、電子放出膜15として厚さ100nmのダイヤモンドライクカーボン、第二の電極14bとして厚さ200nmのTaをこの順で堆積した。
次に、図10(b)に示すように、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジスト(AZ1500/クラリアント社製)のスピンコーティング、フォトマスクパターンを露光、現像し、マスクパターン18を形成した。そして、図10(c)に示すように、マスクパターン18をマスクとして、CF4ガスを用いて、絶縁層13、第二の電極14a、電子放出膜15及び第二の電極14bをドライエッチングし、第一の電極12でエッチングを停止させた。
次に、マスクパターン18を剥離し、続いて図10(d)に示すように、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジスト(AZ1500/クラリアント社製)のスピンコーティング、フォトマスクパターンを露光、現像し、マスクパターン19を形成した。そして、マスクパターン19をマスクとして、CF4ガスを用いて、第二の電極14bをドライエッチングすることによって、図10(e)に示すように、電子放出膜15がむき出しに
なるようにした。
そして最後に、マスクとして用いたマスクパターン19を完全に除去し、図10(f)に示すような本実施例に係る電子放出素子を完成させた。本実施例に係る電子放出素子も、実施例1の素子と同様、電極長L1を100μmとした。
図11に実施例5により作製した電子放出素子の概略断面図の一例を示す。本実施例では、実施例4に係る電子放出素子の電子放出膜15と第二の電極14bの間に絶縁層13bを有する構成となっており、各材料間に絶縁層13が挟まった構成でも、電子放出素子の特性が変わらないことを示す。ここでは、本実施例の特徴部分のみを説明し、上述した実施例と重複する説明は省略する。
図2に実施例6により作製した電子放出素子の概略平面図、図12に概略断面図の一例、及び図13に本実施例の電子放出素子の製造方法の一例を示した。本実施例では、第一の電極12が、絶縁層13と第二の電極14及び電子放出膜15から成る凸部以外の場所にのみ堆積されている例を示す。以下に、本実施例に係る電子放出素子の製造工程を詳細に説明する。
まず、図13(a)に示すように、基板11に石英を用い、十分洗浄を行った後、スパッタ法により、基板11上に、絶縁層13として厚さ300nmのSiO2、第二の電極14として厚さ400nmのTaをこの順で堆積した。
次に、図13(b)に示すように、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジスト(AZ1500/クラリアント社製)のスピンコーティング、フォトマスクパターンを露光、現像し、マスクパターン18を形成した。そして、図13(c)に示すように、マスクパターン18をマスクとして、CF4ガスを用いて、絶縁層13及び第二の電極14をドライエッチングし、基板11でエッチングを停止させた。続いて、図13(d)に示すように、第一の電極12として厚さ200nmのAlを堆積した。
次に、マスクパターン18を剥離し、続いて図13(e)に示すように、フォトリソグラフィーで、ポジ型フォトレジスト(AZ1500/クラリアント社製)のスピンコーティング、フォトマスクパターンを露光、現像し、マスクパターン19を形成した。そして、マスクパターン19をマスクとして、CF4ガスを用いて、第二の電極14をドライエッチングすることによって、図13(f)に示すように、第二の電極14に段差を形成した。段差の深さは300nm、電極長L1を100μm、第二の電極の段差幅を0.5μmとした。
続いて、CVD法により、図13(g)に示すように、電子放出膜15としてダイヤモンドを100nm堆積した。
実施例7に係る電子放出素子は、実施例1〜実施例6に準じた構造を有する電子放出素子を対向させた構成となっている。一例として、実施例1に準じた構造を有する電子放出素子を対向させた構成となっている電子放出素子の場合について示す。本実施例では、蛍光体での発光強度を増す例を示す。
本実施例では、図18(a)に示した形態の電子放出素子を作成した。以下に本実施例の電子放出素子の作成方法を示す。
基板11に石英基板を用い、十分洗浄を行った後、第一の電極12としてスパッタ法により厚さ5nm(不図示)のTi層、その上に絶縁層13としてSiO2層および第二の電極としてTi層を積層した。
次に、第二の電極の表面のうち、図18(a)に示した電子放出膜15を配置する領域以外をマスクで覆った。
次に、マスクで覆われていない第二の電極の表面に、Pd錯体にイソプロピルアルコール等を加えた錯体溶液を塗布した。
基板を200℃に加熱し、大気を排気後、窒素で希釈した2%水素気流中で熱処理を行った。この工程により第二の電極14の表面には、多数のPd粒子が形成された。
続いて、窒素希釈した0.1%エチレン気流中で500℃、10分間加熱処理をして、電子放出膜15を形成した。その後、第二の電極14上のマスクを除去し、本実施例の電子放出素子を形成した。
実施例1〜8の電子放出素子で電子源並びに画像形成装置を作製した。
12 第一の電極
13 絶縁層
13a 絶縁層
13b 絶縁層
14 第二の電極
14a 第二の電極
14b 第二の電極
15 電子放出膜
16 アノード
17a 等電位面
17b 等電位面
Claims (10)
- 基板表面上に配置された第一の電極と、
前記第一の電極上に配置された絶縁層と、
前記絶縁層上に配置された第二の電極と、
前記第二の電極上に配置された電子放出膜と、を有する電子放出素子であって、
前記第二の電極の表面が、前記基板表面と実質的に平行な方向において対向する2つの側面を有し、前記2つの側面の一方の側面よりも他方の側面に近接するように、前記電子放出膜が配置されることを特徴とする電子放出素子。 - 前記電子放出膜は、炭素を主成分とするファイバーの集合体であることを特徴とする請求項1に記載の電子放出素子。
- 前記炭素を主成分とするファイバーは、カーボンナノチューブあるいはグラファイトナノファイバーであることを特徴とする請求項2に記載の電子放出素子。
- 前記炭素を主成分とするファイバーは、グラフェンを有することを特徴とする請求項2または3に記載の電子放出素子。
- 前記炭素を主成分とするファイバーは、複数のグラフェンを有することを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の電子放出素子。
- 前記複数のグラフェンは、前記ファイバーの軸方向に積層されてなることを特徴とする請求項5に記載の電子放出素子。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の電子放出素子は、前記第一の電極に、前記第二の電極に印加する電位以上の電位を印加することにより、前記電子放出膜から電子を放出することを特徴とする電子放出素子。
- 請求項1乃至7のいずれかに記載の電子放出素子は、前記第一の電極に印加する電位を前記第二の電極に印加する電位未満の電位とすることにより、前記電子放出膜から電子を放出しないことを特徴とする電子放出素子。
- 請求項1乃至8のいずれかに記載の電子放出素子を複数配列したことを特徴とする電子源。
- 請求項9に記載の電子源と、蛍光体とを有することを特徴とする画像形成装置。
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