JP3848341B2 - 電子放出素子、電子源、画像表示装置、および映像受信表示装置、並びに電子放出素子の製造方法 - Google Patents
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Description
ハロゲンを含む酸化シリコンからなる絶縁体1を用意する(図4(a))。
絶縁体1の表面上に第五の導電性膜7および第六の導電性膜8を形成する(図4(b))。
第五の導電性膜7、第六の導電性膜8間を接続するように導電性膜12を形成した後に、導電性膜12の一部に第一の間隙10を形成し、第三の導電性膜4と第四の導電性膜5を形成する(図4(c)、図4(d))。
第一の間隙10内およびその近傍の第三の導電性膜4、第四の導電性膜5上に第一の導電性膜2、第二の導電性膜3を形成し、第二の間隙6内の絶縁体1表面に凹部9を形成する(図4(e))。
工程aでは、ハロゲンを含む酸化シリコン層からなる絶縁体1を用意する。例えば、予め用意した酸化シリコンに、ハロゲンをイオン注入法などにより酸化シリコンに添加することで、絶縁体1を得ることができる。
工程bにおいては、絶縁体1の表面上に第五の導電性膜7および第六の導電性膜8を形成する。第五の導電性膜7および第六の導電性膜8の形成は、真空蒸着法やスパッタリング法とフォトリソグラフィー技術との組み合わせ、または印刷法等により行うことができる。
工程cにおいては、第五の導電性膜7、第六の導電性膜8間を接続するように導電性膜12を形成した後、導電性膜12の一部に、第一の間隙10を形成し、第三の導電性膜4と第四の導電性膜5を形成する。
工程dにおいては、第一の間隙10内およびその近傍の第三の導電性膜4、第四の導電性膜5上に第一の導電性膜2、第二の導電性膜3を形成し、第二の間隙6内の絶縁体1表面に凹部9を形成する。この工程は、例えば、活性化工程によって行うことができる。活性化工程は、例えば、炭素を含む雰囲気中で、第三の導電性膜4と第四の導電性膜5との間(第五の導電性膜7と第六の導電性膜8との間)に電圧を印加することにより行う。このような雰囲気は、例えば真空容器内をオイルフリーポンプで十分に排気した後、有機物質ガスのような炭素含有ガスを導入することにより得られる。
以上のように画像表示装置は、電子源基板51上に配置された電子放出素子、行方向配線52、列方向配線53、及び外囲器66で構成される。
本実施例においては、図2に示す構成の電子放出素子として、絶縁体を構成する酸化シリコン層中におけるフッ素の濃度の異なる6個の試料を作成した。以下に、本実施例における電子放出素子の製造方法を説明する。
清浄化したガラス基板上に、CVD法により厚さ0.4μmの酸化シリコン層を形成した。その後、試料1を除く試料においては、更に全面に加速電圧50keVでフッ素をイオン注入し、450℃で30分間加熱処理をおこなって、絶縁体1を形成した(図4(a))。また、この時、試料ごとに注入するフッ素イオンのドーズ量を、2.0x1014ions/cm2〜2.0x1017ions/cm2の範囲で変えて、各試料における酸化シリコン層中のフッ素含有濃度が、表1に示す濃度となるようにした。酸化シリコン層中のフッ素含有濃度の測定は、二次イオン質量分析法(SIMS)により行った。フッ素の濃度がほぼ均一であることを確認し、絶縁体1の表面に垂直方向の酸化シリコン層中のフッ素濃度の平均値をフッ素含有濃度とした。なお、フッ素のイオン注入を行わない試料4において、酸化シリコン層中のフッ素濃度は、本実施例で用いたフッ素含有濃度の測定装置の検出限界値以下であった。
第五の導電性膜7、第六の導電性膜8のリフトオフ用パターンをフォトレジストで形成し、真空蒸着法により、厚さ5nmのTi、厚さ50nmのPtを順次堆積した。
次に、第五の導電性膜7、第六の導電性膜8の間に、バブルジェット(登録商標)方式の噴射装置を用い、パラジウム錯体溶液(酢酸パラジウムモノエタノールアミン錯体をIPAと水の混合溶液に溶解したもの)を滴下した。その後、300℃で15分間加熱焼成処理をして、酸化パラジウムからなる導電性膜12を形成した(図4(c))。また、こうして形成された導電性膜12の平均膜厚は6nmであった。
次に上記基板を真空容器内に設置し、容器内を真空ポンプにて排気した。容器内の圧力が2×10−3Paに到達したところで排気用のバルブを閉め、容器内に2%H2混合N2ガスを導入しながら、容器外端子を通じて第五の導電性膜7および第六の導電性膜8間にパルス電圧を印加し、フォーミング工程を行った。
続いて、真空容器内を真空ポンプにて排気し、容器内の圧力が2×10−5Paに到達したところで、スローリークバルブを通してトルニトリルを真空容器内に導入し、1×10−4Paを維持した。
このようにして作成した試料を図9に示すような真空容器95内に設置し、真空容器95内を真空ポンプ94で排気しながら、電子放出素子を300℃、また真空容器を200℃で10時間加熱した。以上のようにして安定化工程をおこなった。
本実施例においては、図3に示す構成の電子放出素子として、絶縁体を構成する酸化シリコン層中のフッ素の濃度、および別の絶縁体を構成する酸化シリコン層中におけるフッ素の濃度の異なる7個の試料を作成した。以下に、本実施例における電子放出素子の製造方法を説明する。
清浄化したガラス基板上に、CVD法により厚さ0.4μmの酸化シリコン層を形成した。その後、全面に加速電圧50keVでフッ素をイオン注入し、450℃で30分間加熱処理をおこなって、絶縁体1を形成した。この時試料ごとに注入するフッ素イオンのドーズ量を、4.0x1013ions/cm2〜4.0x1016ions/cm2の範囲で変えて、各試料における絶縁体1の酸化シリコン層中のフッ素含有濃度が、表2に示す濃度となるようにした。
続いて、実施例1の工程(b)〜工程(f)と同様の方法により、電子放出素子を作成した。なお、第一の導電性膜2と第二の導電性膜3との間隔を規定する第二の間隙6における別の絶縁体11表面に形成した凹部9の深さは、0.06μmであった。本実施例における、活性化終了時の素子電流Ifの値を表2に示す。
本実施例においては、前記実施例2の試料8と同様の構成の電子放出素子を、基体上に複数配置し、さらにマトリクス状配線を配置して、図5に示すような電子源を作成した。以下に製造方法を説明する。
実施例2と同様の方法で、ガラス基板上に、CVD法により厚さ0.4μmの酸化シリコン層を形成した。その後、全面に加速電圧50keVでフッ素をイオン注入し、450℃で30分間加熱処理をおこなって、絶縁体1を形成した。
次いで、金属成分としてAgを含むペースト材料を用い、スクリーン印刷法により列方向配線53のパターンを作成した。ペーストを塗布後、110℃で20分乾燥し、次いで熱処理装置によりピーク温度480℃、ピーク保持時間8分間の条件で上記ペーストを焼成して列方向配線53を形成した。
次に、PbOを主成分とするペースト材料を用い、スクリーン印刷法により層間絶縁体54のパターンを作成した。ペーストを塗布した後、110℃で20分乾燥し、次いで熱処理装置によりピーク温度480℃、ピーク保持時間8分間の条件で上記ペーストを焼成して、層間絶縁体54を形成した。
絶縁体44の上に、列方向配線53と同様の材料を用い、スクリーン印刷法により行方向配線52のパターンを作成した。ペーストを塗布した後、110℃で20分乾燥し、次いで熱処理装置によりピーク温度480℃、ピーク保持時間8分間の条件で上記ペーストを焼成して行方向配線52を形成した。
次に、各電子放出素子の第五の導電性膜7、第六の導電性膜8間に、バブルジェット(登録商標)方式の噴射装置を用い、パラジウム錯体溶液(酢酸パラジウムモノエタノールアミン錯体をIPAと水の混合溶液に溶解したもの)を滴下した。その後、300℃で15分間加熱焼成処理をして、酸化パラジウムからなる導電性膜12を形成した。また、こうして形成された導電性膜12の平均膜厚は6nmであった。
上述のようにして、電子放出素子、配線および層間絶縁体を形成した基板を、真空容器内に設置し、容器内を真空ポンプにて排気した。容器内の圧力が2×10−3Paに到達したところで排気用のバルブを閉め、容器内に2%H2混合N2ガスを導入しながら、容器外端子を通じて、行方向配線52および列方向配線53間に電圧を印加し、電子放出素子のフォーミングを行った。フォーミングの電圧波形は実施例1と同様の波形とした。またこの時、列方向配線53を共通化してグランドレベルに接続し、行方向配線52を順次選択しながら電圧の印加を行った。
続いて、真空容器内を真空ポンプにて排気し、容器内の圧力が2×10−5Paに到達したところで、トルニトリルをスローリークバルブを通して真空容器内に導入し、2×10−4Paを維持した。
電子源基板を再び真空容器内に設置し、真空容器内を排気しながら、電子源基板を300℃、また真空容器を200℃で10時間加熱して安定化処理をおこなった。
本実施例は本発明により作成される電子源を用いて、図6に示した画像表示装置を作成した例である。
2 第一の導電性膜
3 第二の導電性膜
4 第三の導電性膜
5 第四の導電性膜
6 第二の間隙
7 第五の導電性膜
8 第六の導電性膜
9 凹部
10 第一の間隙
11 別の絶縁体
12 導電性膜
51 電子源基板
52 行方向配線
53 列方向配線
54 層間絶縁体
61 支持枠
62 ガラス基板
63 蛍光膜
64 メタルバック
65 高圧端子
66 外囲器
71 映像情報受信装置
72 画像信号変調回路
73 駆動回路
74 画像表示装置
90、91 電流計
92、93 電源
94 アノード電極
Claims (13)
- 絶縁体と、該絶縁体上に互いに対向するように配置され、いずれか一方から電子が放出される一対の導電性膜と、を有する電子放出素子であって、
前記絶縁体が酸化シリコン層であり、該酸化シリコン層中にハロゲンを含有することを特徴とする電子放出素子。 - 前記酸化シリコン層は、前記一対の導電性膜間において凹部を有することを特徴とする請求項1に記載の電子放出素子。
- 前記ハロゲンがフッ素であることを特徴とする請求項1または2に記載の電子放出素子。
- 前記ハロゲンの濃度が、1.0x1019atoms/cm3以上、1.0x1021atoms/cm3以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電子放出素子。
- 映像受信表示装置であって、
請求項1乃至4のいずれかに記載の電子放出素子と発光体とを有する画像表示装置と、映像信号を選択して受信し、該映像信号を前記画像表示装置に送信する回路と、を有することを特徴とする映像受信表示装置。 - 電子放出素子であって、
絶縁体と、該絶縁体とは異なる別の絶縁体と、前記絶縁体上に該別の絶縁体を介して互いに対向するように配置された一対の導電性膜と、を有しており、
前記絶縁体および前記別の絶縁体が酸化シリコン層であり、
該別の絶縁体の酸化シリコン層が前記一対の導電性膜間において凹部を有し、
前記絶縁体の酸化シリコン層中のハロゲンの濃度が、前記別の絶縁体の酸化シリコン層中のハロゲンの濃度よりも高いことを特徴とする電子放出素子。 - 前記ハロゲンがフッ素であることを特徴とする請求項6に記載の電子放出素子。
- 前記絶縁体の酸化シリコン層中のハロゲンの濃度が、1.0x1019atoms/cm3以上、1.0x1021atoms/cm3以下であることを特徴とする請求項6または7に記載の電子放出素子。
- 前記別の絶縁体の酸化シリコン層中のハロゲンの濃度が、1.0x1019atoms/cm3以下であることを特徴とする請求項6乃至8のいずれかに記載の電子放出素子。
- 映像受信表示装置であって、請求項6乃至9のいずれかに記載の電子放出素子と発光体とを有する画像表示装置と、映像信号を選局して受信し、該映像信号を前記画像表示装置に送信する回路と、を有することを特徴とする映像受信表示装置。
- 電子放出素子の製造方法において、
ハロゲンをその層の中に含有した酸化シリコン層上に一対の導電性膜を形成する工程と、
炭素含有ガスを含む雰囲気中で、前記一対の導電性膜間に電圧を印加して、前記導電性膜の一部に炭素を含む堆積物を堆積させる工程と、
を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。 - 前記酸化シリコン層上に一対の導電性膜を形成する工程は、前記酸化シリコン層上に、前記酸化シリコン層中のハロゲンの濃度よりも低いハロゲンの濃度を有する別の酸化シリコン層を形成し、更に前記別の酸化シリコン層の表面上に一対の導電性膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項11に記載の電子放出素子の製造方法。
- 前記酸化シリコン層を下地表面上に形成した後、前記一対の導電性膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項11または12に記載の電子放出素子の製造方法。
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