JP3806751B2 - 量子サイズ効果型微小電子銃の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、量子サイズ効果型微小電子銃の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、テレビジョン受像機或いはパーソナルコンピュータ等の画像表示装置にはブラウン管或いは液晶ディスプレイ装置等が使用されている。
ブラウン管は、電子銃と、この電子銃から出射する電子線を掃引するための偏向装置と、電子線の衝突によって発光する蛍光面等から成っている。電子銃は、例えば、タングステン線等の抵抗体で形成したフィラメントと、このフィラメントから放出する熱電子を収束するための収束コイルとから形成されている。
この種の電子銃は、フィラメントに電流を流しフィラメントを加熱して熱電子を放出させるものであるから、電気エネルギーの一部は光及び発熱に費やされ、従って必要な電子線を取り出すためのエネルギー効率が悪い。そして、高電圧、高熱の電子銃を有するため安定性に欠けている。
【０００３】
また、先端を尖らせた金属または半導体に高電圧を印加し、この尖った先端の電界集中効果を利用して電子流を引き出す電界放射型の電子銃もあるが、高電圧を必要とするのでエネルギー効率が悪い。
また、偏向装置は、電子線の進行方向を電磁力によって偏向するものであるから、蛍光面すなわち画面が大きくなると大きな偏向角を必要とし、このためには大きな電力を印加するか、あるいは偏向装置を大きくしなければならない。
このように、ブラウン管方式はエネルギー効率が０．０１％程度（量子効率で０．１％程度）と悪く、省電力機器には向かない。また動作原理上、装置を薄くできないので壁掛けテレビ等の平面型にすることは不可能である。
【０００４】
このようなブラウン管方式の課題を解決するため、液晶ディスプレイ装置が広く普及しているが、液晶ディスプレイ装置には以下に示す課題がある。
すなわち、液晶ディスプレイ装置は、光源であるバックライトパネルと、この光源からの光を、画素ごとに透過または遮蔽制御する電極を有する基板に挟まれた液晶及び偏向子と、カラーフィルターと、画素ごとの電極に電圧を印加して透過または遮蔽を制御する駆動回路部等から成っている。
この種の液晶ディスプレイ装置で、明るい輝度を得るには、バックライト光源の輝度を上げることが必要であるが、バックライト光源の輝度を上げることは、輝度を上げることが必要でない画素の輝度も上げることになり、従ってエネルギー効率が悪い。また、バックライト光源は、蛍光管、ＬＥＤ配列パネルまたはＥＬパネル等で構成されており、このようなデバイスで、ブラウン管方式と同等の輝度を得ることは動作原理上、難しい。
【０００５】
また、近年、液晶ディスプレイ装置と同等に薄型にでき、かつブラウン管方式と同等の輝度を有する画像表示装置として、画素ごとに電子銃を設ける方式が提案されている。この電子銃は、例えば、半導体基板表面を加工してこの表面上に画素ごとに尖端部分を形成し、この尖端部分をそれぞれ電界放射型電子銃とするものである。しかしながら、このような方式では、画素ごとに尖端部分を形成する加工技術が難しく、かつ電界集中効果を利用していても半導体から電子を引き出すためにはかなりの高電圧を必要とすると言った課題があり、未だ実用化されていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の画像表示装置においてはエネルギー効率が悪い、薄型にできない、あるいは輝度が低いと言った解決すべき課題があった。
本発明は上記課題にかんがみ、量子サイズ効果を利用して半導体から電子を容易に引き出すことが可能で、かつ画素ごとに設けることが可能な量子サイズ効果型微小電子銃の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の量子サイズ効果型微小電子銃の製造方法は、アルゴンのＶＨＦ帯プラズマ中にシランをシランの導入時間を制御して導入して粒径の制御されたＳｉ単結晶微粒子を生成する工程と、この生成したＳｉ単結晶微粒子を基板上に積層する工程と、この積層したＳｉ単結晶微粒子の表面を絶縁層に変化させる工程とから成り、上記工程を繰り返してＳｉ単結晶微粒子層を形成することを特徴とするものである。
また、本発明の量子サイズ効果微粒子の製造方法は、アルゴンのＶＨＦ帯プラズマ中にシランをシランの導入時間を制御して導入して粒径の制御されたＳｉ単結晶微粒子を生成する工程と、この生成したＳｉ単結晶微粒子を基板上に積層する工程と、この積層したＳｉ単結晶微粒子の表面を絶縁層に変化させる工程とから成り、上記工程をシランの導入時間を徐々に大きくしながら繰り返し、基板側から徐々に粒径が大きくなるＳｉ単結晶微粒子層を形成することを特徴とする。 ここで、Ｓｉ単結晶微粒子は、好ましくは、アルゴンのＶＨＦ帯プラズマ中で、ＳｉＨ₂ ラジカル、ＳｉＨ₃ ラジカル及びＳｉＨ_n ⁺ （ｎ＝０〜３）イオンが生成し、ＳｉＨ₂ ラジカルからＳｉ単結晶微粒子の核が生成し、この核に上記ＳｉＨ₃ ラジカル及びＳｉＨ_n ⁺ （ｎ＝０〜３）イオンが結合して結晶成長し、これによってＳｉ単結晶微粒子が得られる。
【０００８】
また、Ｓｉ単結晶微粒子は、Ｓｉ単結晶微粒子がこのＳｉ単結晶微粒子の濃度勾配に基づいた拡散によって基板上に到達して積層する過程を有する。
また、量子サイズ効果微粒子層は、量子サイズ効果微粒子の製造方法を繰り返すことによって形成する。
さらに、量子サイズ効果微粒子の粒径は、シランをアルゴンのＶＨＦ帯プラズマ中に導入する導入時間によって制御されることができる。
【０００９】
ところで、半導体結晶に電圧を印加すると、結晶中の伝導電子は電界によって加速されエネルギーが増加する。したがって、結晶から電子を真空中に取り出すには、電界によって電子を加速し、ワークファンクション以上のエネルギーを与えてやればよい。しかしながら、結晶中の伝導電子は、不純物原子、格子欠陥及びフォノンによって散乱を受けるため、不純物原子、格子欠陥及びフォノンによる散乱を受けずに進行できる距離、すなわち、平均自由行程以上にわたって加速することができない。
【００１０】
平均自由行程は、結晶中の不純物原子、格子欠陥を少なくすることによって長くすることができるが、フォノンによる散乱は、結晶の構造自体に基づくものであるため、フォノンに基づく平均自由行程は長くすることができない。
因みに、結晶中の不純物原子、格子欠陥が無視できるＳｉ単結晶において、この平均自由行程は約５０ｎｍである。この平均自由行程５０ｎｍの加速距離で、例えば金のワークファンクションである５ｅＶのエネルギーを得ようとすれば、必要な電界強度は、１０⁸ Ｖ／ｍであり、Ｓｉのアバランシェブレークダウン電圧である３×１０⁷ Ｖ／ｍを越えてしまう。従って、Ｓｉ単結晶から電子を真空中に取り出すことができない。Ｓｉ半導体に限らず、従来の半導体結晶では同様に、電子を真空中に取り出すことができない。
【００１１】
ところで、伝導電子のフォノンによる散乱現象は、エネルギーと運動量が保存される衝突過程である。すなわち、伝導体の一つのエネルギー準位にある電子と約ＫＴ（Ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度）のエネルギーを持つ量子化された格子振動であるフォノンが衝突し、電子はフォノンを吸収し、または、フォノンを放出し、衝突前の電子のエネルギーとフォノンのエネルギーを加えた大きさの伝導帯のエネルギー準位、または衝突前の電子のエネルギーからフォノンのエネルギーを引いた大きさの伝導帯のエネルギー準位に遷移する。また、運動量も保存されるから、衝突方向に依存して、電子の進行方向が変化する。
【００１２】
このように、この衝突過程が生ずるためには、衝突後の伝導電子のエネルギーに対応する空のエネルギー準位が存在することが必要である。フォノンエネルギーは約ＫＴであるから、衝突前の伝導電子のエネルギー準位の上下幅約ＫＴ近辺に伝導電子の空のエネルギー準位が存在することが必要である。
通常の大きさの結晶においては、伝導帯のエネルギー準位はほぼ連続して分布し、準位密度も大きいので、衝突後の伝導電子の空のエネルギー準位が存在するために、伝導電子とフォノンの衝突過程が生ずる。すなわち、伝導電子はフォノンによって散乱される。
【００１３】
ところで、良く知られているように、ポテンシャル井戸に閉じ込められた電子の離散的エネルギー準位は、ポテンシャル井戸の幅Ｄを狭くすることによって、高くなり、したがってまた、エネルギー準位差も大きくなる。本発明では、この効果を量子サイズ効果と呼ぶ。
このように、ポテンシャル井戸の幅Ｄを狭くすることによって、量子サイズ効果を利用し、エネルギー準位幅をＫＴよりも大きくすることができる。この場合には、上記した理由によりフォノンによる散乱が生じず平均自由行程を長くすることができる。
本発明では、この効果を用いて平均自由行程を長くし、半導体内の電子を電界によって加速し、ワークファンクション以上のエネルギーを与え、真空中に電子を取り出している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の図面において実質的に同一または対応する部材については同一符号を使用する。
最初に、本発明により製造する量子サイズ効果型微小電子銃の第１の実施の形態の構成及び動作を説明する。
図１は本発明により製造する量子サイズ効果型微小電子銃の第１の実施の形態の構造模式図である。図１において、量子サイズ効果型微小電子銃１は、ｎ型半導体基板２の表面に量子サイズ効果微粒子３を層状に堆積し、この堆積した層４（厚さＬ）の表面に電極５を形成して製造される。
図２は上記量子サイズ効果微粒子３の断面模式図である。図２において、量子サイズ効果微粒子３は、ナノメーター・オーダーの粒径Ｄを有する単結晶微粒子６と、この微粒子６を覆うナノメーター・オーダーの厚さＦを有する絶縁膜７とで構成される。
【００１５】
本実施の形態では、ｎ型半導体基板２は低抵抗のｎ型Ｓｉ、量子サイズ効果微粒子３の堆積した層４の厚さＬは１μｍ、電極５の材料は金であり、単結晶半導体微粒子６は、粒径Ｄが５ｎｍのＳｉ単結晶（ナノＳｉ結晶と呼ぶ）であり、絶縁膜７は、厚さＦが１ｎｍであるシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜である。 図１３に本実施の形態の量子サイズ効果微粒子３の透過電子線回折像を示す。図に見られる円形の像は上記量子サイズ効果微粒子３の断面像である。この中心部に単結晶微粒子６による電子線回折パターンが見られ、この単結晶微粒子６が単結晶であることが判る。また、その周辺を覆うアモルファス像は絶縁膜７であるシリコン酸化膜である。なお、上記量子サイズ効果微粒子３を支えているアモルファス状の像は、透過電子線回折を行うために必要な試料保持用物質である。 図３は本発明により製造する量子サイズ効果型微小電子銃の第１の実施の形態の動作を説明するための電子のエネルギーバンド図であり、１次元モデルに基づいたエネルギーバンドを示し、また、ｎ型半導体基板２と電極５の間にダイオード電圧Ｖｄを印加した状態を示している。
【００１６】
図３において、８は半導体基板２のフェルミエネルギー準位を示し、９はこの半導体基板２の表面上に積層した量子サイズ効果微粒子３の表面を覆う絶縁物７によって形成されるポテンシャル障壁を示し、ポテンシャル障壁９の幅Ｆは、絶縁膜７の厚さＦであり、この厚さＦは電子がトンネリングできる厚さである。
１０は量子サイズ効果微粒子３の中心部分である単結晶微粒子６とこの単結晶微粒子６の表面に存在する絶縁膜７によって形成されるポテンシャル井戸を示し、このポテンシャル井戸１０の幅Ｄは単結晶微粒子６の粒径Ｄであり、この幅Ｄは、ポテンシャル井戸１０における電子のエネルギー準位１１がフォノン散乱を起こさない程度離散する厚さである。
ポテンシャル障壁９にはダイオード電圧Ｖｄに基づくポテンシャル降下Δが生じるので、隣り合うポテンシャル障壁９，９、及び隣り合うポテンシャル井戸１０，１０は、ポテンシャル降下Δをともなって連なり、距離Ｌにおいて電極５に接続する。
ｎ型半導体基板２のフェルミ準位８と電極５のフェルミ準位１２のポテンシャル差は、ダイオード電圧Ｖｄに電子の電荷ｑを乗じたエネルギーｑ・Ｖｄ（エレクトロンボルト）に等しい。
【００１７】
このバンド構造において、ｎ型半導体基板２の伝導電子１３はポテンシャル障壁９をトンネリングし、ポテンシャル井戸１０でフォノン散乱を受けることなく電界によって加速され電極５に至る。したがって、電極５に至った伝導電子１３は電極５のフェルミ準位１２よりもｑ・Ｖｄだけ大きなエネルギーを持つ。
すなわち、印加する電圧Ｖｄを電極のワークファンクションエネルギーに対応させれば（例えば電極が金の場合は、金のワークファンクションエネルギー５エレクトロンボルトに対応して５ボルトを印加）、伝導電子１３を真空中に取り出すことができる。
【００１８】
このようにして、本発明により製造する量子サイズ効果型微小電子銃の第一の実施の形態は、僅か数ボルトの電圧印加によって、半導体結晶から電子を引き出すことができる。したがってまた、図３に示したように蛍光体を設けた対極電極１４と電極５との間に加速電圧Ｖａを印加して、電極５から引き出された電子を加速し、蛍光体に衝突させ、蛍光体を発光させれば、輝度の高いディスプレイ装置を実現することができる。
【００１９】
つぎに、本実施例の量子サイズ効果型微小電子銃の第１の実施の形態の外部量子効率を説明する。図４は外部量子効率の測定方法を示す図である。図４において、量子サイズ効果型微小電子銃１のｎ型Ｓｉ基板２と金電極５との間にダイオード電圧Ｖｄを印加し、金電極５と対極電極１４との間に加速電圧Ｖｅを印加し、ｎ型Ｓｉ基板２と金電極５との間に流れるダイオード電流Ｉｄと金電極５と対極電極１４の間に流れるエミッション電流Ｉｅを測定する。ダイオード電流Ｉｄは金電極５から引き出され、対極電極１４に到達した電子流と、何らかの原因でワークファンクションエネルギー以上のエネルギーを獲得できなかった電子流との和であり、エミッション電流Ｉｅは金電極５から引き出されて対極電極１４に到達した電子流である。エミッション電流Ｉｅをダイオード電流Ｉｄで割ることによって本実施例の量子サイズ効果型微小電子銃の外部量子効率γを測定する。
【００２０】
図５は本実施例の量子サイズ効果型微小電子銃の外部量子効率の測定結果である。図５において、ダイオード電圧Ｖｄが５．２ボルトでエミッション電流Ｉｅが流れはじめ、約２５ボルトで外部量子効率γが１％に達する。
従来のブラウン管方式における電子銃の外部量子効率は０．１％程度であるから、本実施例の量子サイズ効果型微小電子銃の外部量子効率γは極めて高い。さらに、本実施例の量子サイズ効果微粒子３のＳｉ単結晶微粒子６と絶縁膜７（シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜）との界面の界面準位を減らすことにより、外部量子効率γを５％程度に改善することが可能である。
【００２１】
次に、本発明により製造する量子サイズ効果型微小電子銃の第２の実施形態について説明する。図６は第２の実施形態の構造模式図である。図１に示した第１の実施形態と同様の構成であるが、量子サイズ効果微粒子３の粒径Ｄの大きさを徐々に変えて積層している。すなわち、半導体基板２側にはもっとも粒径の小さい量子サイズ効果微粒子層３−１を積層し、次にそれよりも粒径の大きい量子サイズ効果微粒子層３−２を積層し、徐々に大きな粒径の量子サイズ効果微粒子層を積層し、・・・電極５側でもっとも粒径の大きな量子サイズ効果微粒子層３−ｎを積層して製造する。
図７は、量子サイズ効果型微小電子銃の第２の実施形態の動作を説明するための、エネルギーバンド図である。
【００２２】
本発明のナノメータ・オーダーの量子サイズ効果微粒子３は、その中心にＳｉ単結晶微粒子６を有している。このため、電子のエネルギー準位は、上記に説明したように離散的であると共に、Ｓｉ単結晶格子の周期ポテンシャル及びＳｉ単結晶微粒子６の幅Ｄを反映して、バンド構造を形成している。すなわち、量子サイズ効果微粒子３の粒径Ｄが大きくなるに従って、このバンドのバンドギャップエネルギーは、小さくなり、また、バンドの底のエネルギー準位は下がる。
図７において、１１−１，１１−２、１１−３は、量子サイズ効果微粒子層３−１，３−２，３−３における、電子の伝導帯の底のエネルギー準位を示している。このように、量子サイズ効果型微小電子銃の第２の実施の形態においては、ｎ型半導体基板２と電極５に電圧を印加しなくても、伝導帯の底のエネルギー準位がｎ型半導体基板２から電極５に向けて順次低下しているため、内部電界が発生し、ｎ型半導体基板２から電極５に伝導する電子はこの電界によって加速される。
したがって、量子サイズ効果型微小電子銃の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態に較べ、より低い印加電圧で、電子を真空中に取り出すことができる。
【００２３】
次に、上述した第１の実施形態または第２の実施形態の量子サイズ効果型微小電子銃を用いた平面型ディスプレイを、図８に基づいて説明する。
図８（ａ）はこの平面型ディスプレイの電子銃部分の構造を示す斜視図、図８（ｂ）はその平面図、図８（ｃ）はこの平面ディスプレイの動作を説明するための断面図である。
図８（ａ）において、基板上に設けた例えばシリコン酸化膜である絶縁層１５上に、半導体からなる例えばシリコンである下部電極２をディスプレイの画素寸法に対応した間隔でストライプ状に形成し、図では表示しないが、この下部電極２の上に、上記第１の実施の形態または第２の実施の形態で説明した量子サイズ効果微粒子３を積層する。この層の上面に例えば金である上部電極５を下部電極２と直交するようにディスプレイの画素寸法に対応した間隔でストライプ状に形成する。
【００２４】
図８（ｂ）の平面図に示すように、上部電極５と下部電極２とが交差する部分がそれぞれの画素に対応した電子銃部分である。
図８（ｃ）に示すように、例えば透明電極１６を有する透明基板１７上に蛍光体１８を配設し、上部電極５と透明電極１６との間に加速電圧Ｖｅを印加する。特定の画素に対応する上部電極５と下部電極２を選択し、ダイオード電圧Ｖｄを印加することにより、この画素からのみ電子が放出され、加速電圧Ｖｅによって加速され、この選択された画素に対応する蛍光体を発光させる。
基板上の画素の存在しない周辺、或いは裏面に画素選択駆動回路を設けることによって、画像信号にしたがって特定の画素に対応する上部電極５と下部電極２を選択し、画像表示をすることができる。
このようにして、平面ディスプレイは、量子効率が高い量子サイズ効果型微小電子銃を画素個々に対応して配設することができるから、量子効率が高く、輝度が高く、かつ、薄型にできる。
【００２５】
次に、本発明の第１及び第２の実施の形態に説明した量子サイズ効果微粒子３の製造方法について説明する。
図９は量子サイズ効果微粒子の製造装置の構成を示す。
本装置において製造できる量子サイズ効果微粒子は、Ｓｉ単結晶とその周囲を覆うＳｉＯ₂ 膜とから成る量子サイズ効果微粒子である。
図９において、２０は超高真空チャンバーであり、２１はプラズマセルで、このプラズマセルは、ＶＨＦ電源２５（１４４ＭＨｚ）に接続されたステンレス製のターゲット２４と、超高真空チャンバー２０に接続した開口部２２を有するステンレス製の底面２３とで構成される。この底面２３はグランド電位に接続される。このプラズマセル２１には、ＳｉＨ₄ （シラン）及びＡｒを供給するための配管２６，２７が流量制御バルブ２８，３２を介して取り付けられている。
超高真空チャンバー２０には、開口部２２とほぼ対向して基板２９が設置され、Ｏ₂ を供給するための配管３０が流量を制御するバルブ３１を介して接続される。なお、図示しないが、超高真空チャンバー２０には、超高真空のためのポンプ、たとえばターボモレキュラーポンプ、シャッター及び基板ヒーター等が取り付けられている。
【００２６】
図９に示した、量子サイズ効果微粒子製造装置によって、量子サイズ効果微粒子を形成する方法について説明する。
図１０は、Ａｒ、ＳｉＨ₄ 及びＯ₂ ガスの導入タイミングチャートである。図１０において、グラフの低い部分はガスを流さないことに対応し、高い部分はガスを流すことに対応し、横軸は時間を表す。
図１０のタイミングチャートに示すように、最初にＡｒガスをバルブ３２，配管２７を介して、プラズマセル２１に所定の流量及び所定の圧力で導入し、ＶＨＦ電源２５（１４４ＭＨｚ）によりＶＨＦ帯プラズマを励起しておく。次に、図１０に示すように一定のパルス幅時間、ＳｉＨ₄ ガスをバルブ２８、配管２６を介して、ＶＨＦ帯プラズマ中に導入する。ＳｉＨ₄ はプラズマ中で励起され、ＳｉＨ₂ 、ＳｉＨ₃ ラジカル及びＳｉＨ_n ⁺ （ｎ＝０〜３）イオンを生ずる。ＳｉＨ₂ ラジカルは寿命が短く、互いに結合し、Ｓｉ単結晶微粒子６の結晶核を生成する。この結晶核にＳｉＨ₃ ラジカル及びＳｉＨ_n ⁺ （ｎ＝０〜３）イオンが到達し、結晶成長してＳｉ単結晶微粒子６が生成する。このＳｉ単結晶微粒子６は拡散によって開口部２２を通過し、超高真空チャンバー２０内の基板２９に到達し積層する。次に、図１０に示すように一定のパルス幅時間、Ｏ₂ をバルブ３１，配管３０を介して超高真空チャンバー２０内に導入することによって、基板２９に積層したＳｉ単結晶微粒子６の表面を酸化する。上記工程により量子サイズ効果微粒子３を形成することができる。
【００２７】
ＳｉＨ₄ を導入するパルス時間を長くすると量子サイズ効果微粒子３の粒径が大きくなる。本発明の第２の実施の形態で説明した量子サイズ効果微粒子３の粒径Ｄが徐々に変化する量子サイズ効果微粒子層４を形成するには、図１０に示したように、ＳｉＨ₄ を流す時間パルス幅を徐々に長くし、Ｓｉ単結晶微粒子６の粒径Ｄを徐々に大きくして形成する。図１０のＳｉＨ₄ を流す時間のタイミングチャートのそれぞれのパルスに付した円は、パルス幅によって、量子サイズ効果微粒子の粒径が変化する様子を模式的に示している。
形成条件の一例を示す。
プラズマセルの体積：２３０ｃｍ³ 、プラズマ電力：３ｗａｔｔ
Ａｒ流量：３０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ₄ 流量：２ｓｃｃｍ
ＳｉＨ₄ 分圧：０．４２ｔｏｒｒ、Ｏ₂ パージ時間：１秒
上記条件でＳｉＨ₄ 流入時間パルス幅を０．１〜１秒まで変化させたときに形成される量子サイズ効果微粒子の粒径を図１１に示す。
【００２８】
次に、本発明により製造した第１又は第２の実施の形態の量子サイズ効果型微小電子銃を用いた本発明の平面型ディスプレイの製造方法について説明する。
図１２は本発明の平面型ディスプレイの製造方法の一例を示す主要工程図である。図１２（ａ）に示すように、絶縁基板１５上にｎ型Ｓｉ単結晶膜を形成し、エッチングによりＳｉストライプ状の下部電極２を形成する。次に図１２（ｂ）に示すように、下部電極２間の間隙を埋めるため、この表面上に絶縁膜を形成し、平坦化エッチング等により絶縁媒体３３を埋め込む。続いて図１２（ｃ）に示すように、この表面上に、上記した量子サイズ効果微粒子製造装置及び量子サイズ効果微粒子を形成する方法により、量子サイズ効果微粒子層４を形成する。次に図１２（ｄ）に示すように、この表面上に電極用物質、たとえば金を形成し、ストライプ状にエッチングして上部電極５を形成する。次に図１２（ｅ）に示すように、この表面上にスペーサ３４を介して、透明電極１６とこの透明電極１６上に設けた蛍光体１８を有する透明基板１７を配設して形成する。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の量子サイズ効果型微小電子銃は、半導体基板に量子サイズ効果微粒子層を形成し、電子の平均自由行程を長くしているので、電子を取り出し易く、量子効率が高く、かつ、微小化することができる。
さらに、本発明の平面型ディスプレイ装置は、この量子サイズ効果型微小電子銃を画素ごとに配置することが容易であるから製造しやすく、また、量子効率が高いから省電力タイプであり、また、輝度が高く、かつ薄型にできる。
さらに、本発明の製造方法を用いれば、量子サイズ効果微粒子層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明により製造される量子サイズ効果型微小電子銃の第１の実施の形態を示す構造模式図である。
【図２】 量子サイズ効果微粒子の断面模式図である。
【図３】 本発明により製造される量子サイズ効果型微小電子銃の第１の実施の形態の動作を説明するための電子のエネルギーバンド図である。
【図４】 外部量子効率を測定方法を示す図である。
【図５】 本実施例の量子サイズ効果型微小電子銃の外部量子効率の測定結果を示すグラフである。
【図６】 本発明により製造される量子サイズ効果型微小電子銃の第２の実施形態を示す構造模式図である。
【図７】 本発明により製造される量子サイズ効果型微小電子銃の第２の実施形態の動作を説明するための、エネルギーバンド図である。
【図８】 本発明により製造される量子サイズ効果型微小電子銃を用いた平面型ディスプレイの構造模式図である。
【図９】 量子サイズ効果微粒子の製造装置の構成を示す図である。
【図１０】 Ａｒ、ＳｉＨ₄ 及びＯ₂ ガスの流入タイミングチャートである。
【図１１】 ＳｉＨ₄ の流入時間パルス幅による量子サイズ効果微粒子の粒径の変化を示す図である。
【図１２】 本発明の平面型ディスプレイの製造方法の一例を示す主要工程図である。
【図１３】 量子サイズ効果微粒子の透過電子線回折像である。
【符号の説明】
１ 電子銃
２ 半導体基板
３，３−１，３−２，３−３，３−ｎ 量子サイズ効果微粒子
４ 量子サイズ効果微粒子層
５ 電極
６ 単結晶微粒子
７ 絶縁膜
８ 半導体基板のフェルミ準位
９ ポテンシャル障壁
１０ ポテンシャル井戸
１１，１１−１，１１−２，１１−３ 離散的エネルギー準位
１２ 電極のフェルミ準位
１３ 伝導電子
１４ 対極電極
１５ 絶縁基板
１６ 透明電極
１７ 透明基板
１８ 蛍光体
２０ 真空チャンバー
２１ プラズマセル
２２ 開口部
２３ 底面
２４ ターゲット
２５ ＶＨＦ電源
２６，２７，３０ 配管
２８，３１，３２ バルブ
２９ 基板
３３ 絶縁媒体
３４ スペーサ
Ｌ 量子サイズ効果微粒子層の幅
Ｆ 絶縁膜の厚さ
Ｄ 単結晶微粒子の粒径
Δ ポテンシャル降下
Ｖｄ ダオード電圧
ｑ 電子の電荷
Ｖｅ 加速電圧
Ｉｅ エミッション電流
Ｉｄ ダイオード電流
Ａ 電流計
γ 外部量子効率
Ｗ ワークファンクションエネルギー

Claims (4)

1. アルゴンのＶＨＦ帯プラズマ中にシランをシランの導入時間を制御して導入して粒径の制御されたＳｉ単結晶微粒子を生成する工程と、この生成したＳｉ単結晶微粒子を基板上に積層する工程と、この積層したＳｉ単結晶微粒子の表面を絶縁層に変化させる工程とから成り、
   上記工程を繰り返してＳｉ単結晶微粒子層を形成することを特徴とする、量子サイズ効果型微小電子銃の製造方法。
2. アルゴンのＶＨＦ帯プラズマ中にシランをシランの導入時間を制御して導入して粒径の制御されたＳｉ単結晶微粒子を生成する工程と、この生成したＳｉ単結晶微粒子を基板上に積層する工程と、この積層したＳｉ単結晶微粒子の表面を絶縁層に変化させる工程とから成り、
   上記工程を上記シランの導入時間を徐々に大きくしながら繰り返し、上記基板側から徐々に粒径が大きくなるＳｉ単結晶微粒子層を形成することを特徴とする、量子サイズ効果型微小電子銃の製造方法。
3. 前記Ｓｉ単結晶微粒子が生成する工程は、前記アルゴンのＶＨＦ帯プラズマ中で、ＳｉＨ₂ ラジカル、ＳｉＨ₃ ラジカル及びＳｉＨ_n ⁺ （ｎ＝０〜３）イオンが生成し、さらに上記ＳｉＨ₂ ラジカルから前記Ｓｉ単結晶微粒子の核が生成し、さらにこの核に上記ＳｉＨ₃ ラジカル及びＳｉＨ_n ⁺ （ｎ＝０〜３）イオンが結合して上記Ｓｉ単結晶微粒子の核が結晶成長しＳｉ単結晶微粒子が生成することから成ることを特徴とする、請求項１または２に記載の量子サイズ効果型微小電子銃の製造方法。
4. 前記Ｓｉ単結晶微粒子を前記基板上に積層する工程は、上記Ｓｉ単結晶微粒子がこのＳｉ単結晶微粒子の濃度勾配に基づいた拡散によって上記基板上に到達し積層することからなることを特徴とする、請求項１または２に記載の量子サイズ効果型微小電子銃の製造方法。

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