JP3963121B2 - 陽極酸化方法、電気化学酸化方法、電界放射型電子源およびその製造方法 - Google Patents
陽極酸化方法、電気化学酸化方法、電界放射型電子源およびその製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の陽極酸化を行う陽極酸化方法、半導体の電気化学酸化を行う電気化学酸化方法、電界放射型電子源およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体を多孔質化したり半導体の表面に酸化膜を形成する技術として湿式の陽極酸化方法が知られており、半導体の表面に酸化膜を形成する技術として電気化学反応を利用した電気化学酸化方法が知られており、近年では、湿式の陽極酸化方法および電気化学酸化方法を含むプロセスにより形成された電界放射型電子源が提案されている。
【０００３】
この種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としてのｎ形シリコン基板１の主表面（一表面）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（例えば、金薄膜）よりなる表面電極７が形成されている。また、ｎ形シリコン基板１の裏面にはオーミック電極２が形成されており、ｎ形シリコン基板１とオーミック電極２とで下部電極１２を構成している。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の主表面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。
【０００４】
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が下部電極１２に対して高電位側となるように表面電極７と下部電極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、下部電極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（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）。なお、表面電極７の厚さは１０〜１５ｎｍ程度に設定されている。
【０００５】
ところで、図１０に示した構成の電界放射型電子源１０では、ｎ形シリコン基板１とオーミック電極２とで下部電極１２を構成しているが、図１１に示すように、例えばガラス基板よりなる絶縁性基板１１の一表面上に金属材料よりなる下部電極１２を形成した電界放射型電子源１０も提案されている。ここに、上述の図１０に示した電界放射型電子源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。
【０００６】
図１１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が下部電極１２に対して高電位側となるように表面電極７と下部電極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、下部電極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（図１１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）。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。
【０００７】
上述の各電界放射型電子源１０，１０では、表面電極７と下部電極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１０および図１１参照）、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（＝（Ｉe／Ｉps）×１００〔％〕）が高くなる。なお、上述の電界放射型電子源１０，１０では、表面電極７と下部電極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、直流電圧Ｖpsが大きいほどエミッション電流Ｉeが大きくなる。
【０００８】
また、図１１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応用する場合には、例えば図１２に示す構成を採用すればよい。
【０００９】
図１２に示すディスプレイは、電界放射型電子源１０に対向して平板状のガラス基板よりなるフェースプレート３０が配置され、フェースプレート３０における電界放射型電子源１０との対向面には透明な導電膜（例えば、ＩＴＯ膜）よりなるコレクタ電極（以下、アノード電極と称す）２１が形成されている。また、アノード電極２１における電界放射型電子源１０との対向面には、画素ごとに形成された蛍光物質と蛍光物質間に形成された黒色材料からなるブラックストライプとが設けられている。ここに、蛍光物質はアノード電極２１における電界放射型電子源１０との対向面に塗布されており、電界放射型電子源１０から放射される電子線によって可視光を発光する。なお、蛍光物質には電界放射型電子源１０から放射されアノード電極２１に印加された電圧によって加速された高エネルギの電子が衝突するようになっており、蛍光物質としてはＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各発光色のものを用いている。また、フェースプレート３０は図示しない矩形枠状のフレームによって電界放射型電子源１０と離間させてあり、フェースプレート３０と電界放射型電子源１０との間に形成される気密空間を真空にしてある。
【００１０】
図１２に示した電界放射型電子源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下部電極１２と、下部電極１２にそれぞれ重なる形で形成された複数の多結晶シリコン層３と、多結晶シリコン層３にそれぞれ重なる形で形成された酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなる複数の強電界ドリフト層６と、隣り合う強電界ドリフト層６間を埋める多結晶シリコン層よりなる分離層１６と、強電界ドリフト層６および分離層１６の上で強電界ドリフト層６および分離層１６に跨って下部電極１２に交差する方向に列設された複数の表面電極７とを備えている。
【００１１】
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下部電極１２と、下部電極１２に交差する方向に列設された複数の表面電極７との交点に相当する部位に強電界ドリフト層６の一部が挟まれているから、表面電極７と下部電極１２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、強電界ドリフト層６において選択された表面電極７と下部電極１２との交点に相当する部位に強電界が作用して電子が放出される。つまり、複数の表面電極７の群と複数の下部電極１２の群とからなるマトリクス（格子）の格子点に、下部電極１２と、下部電極１２上の多結晶シリコン層３と、多結晶シリコン層３上の強電界ドリフト層６と、強電界ドリフト層６上の表面電極７とからなる電子源素子１０ａを配置したことに相当し、電圧を印加する表面電極７と下部電極１２との組を選択することによって所望の電子源素子１０ａから電子を放出させることが可能になる。なお、上述の記載から分かるように、電子源素子１０ａは画素ごとに設けられることになる。
【００１２】
上述の各電界放射型電子源１０の製造プロセスにおいて強電界ドリフト層６を形成するにあたっては、下部電極１２の一表面側にノンドープの多結晶シリコン層を形成する成膜工程と、多結晶シリコン層を陽極酸化することにより多結晶シリコンのグレインおよびシリコン微結晶を含む多孔質多結晶シリコン層を形成する陽極酸化処理工程と、多孔質多結晶シリコン層を急速加熱法によって急速熱酸化してグレインおよびシリコン微結晶の表面にそれぞれ薄いシリコン酸化膜を形成する酸化工程とを有している。
【００１３】
陽極酸化処理工程では、陽極酸化に用いる電解液としてフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した混合液を用いている。また、酸化工程では、例えば、ランプアニール装置を用い、基板温度を乾燥酸素中で室温から９００℃まで短時間で上昇させた後、基板温度を９００℃で１時間維持することで酸化し、その後、基板温度を室温まで下降させている。
【００１４】
ところで、上述の陽極酸化処理工程において用いられる陽極酸化装置としては、図１３（ａ）に示す構成のものが提案されている。すなわち、フッ化水素水溶液とエタノールとの混合液からなる電解液Ｂを入れた処理槽４１と、処理槽４１内の電解液Ｂに浸漬された格子状の白金電極からなる陰極４２とを備え、下部電極１２上に多結晶シリコン層が形成された被処理物Ｃを電解液Ｂに浸漬し下部電極１２を陽極として利用するようになっている。また、この陽極酸化装置は、下部電極１２を陽極として陽極と陰極４２との間に陽極を高電位側として通電する通電手段としてのガルバノスタットよりなる電源４３と、被処理物Ｃの主表面側（つまり、多結晶シリコン層の表面側）に光を照射するためのタングステンランプよりなる光源（図示せず）とを備えている。ここにおいて、図１３（ｂ）に示すように、陰極４２の外形寸法は多結晶シリコン層における対象領域Ｅと同じ外形寸法に設定してある。なお、被処理物Ｃは半導体層である多結晶シリコン層における所望の対象領域Ｅのみが電解液Ｂに接するようにシールないしマスクされている。
【００１５】
したがって、この陽極酸化装置を用いて、陽極と陰極４２との間に定電流を流す陽極酸化方法を利用することにより、多結晶シリコン層における対象領域Ｅが表面から深さ方向に向かって多孔質化され多結晶シリコンのグレインおよびシリコン微結晶を含む多孔質多結晶シリコン層が形成される。なお、図１２に示す構成の電界放射型電子源１０を製造する場合には、図１４に示すように絶縁性基板１１の一表面側に複数本の下部電極１２を列設した後で絶縁性基板１１の一表面側に多結晶シリコン層３を形成し、多結晶シリコン層３のうち下部電極１２に重なる領域を陽極酸化すればよい。なお、下部電極１２には下部電極１２から連続一体に延長された電流導入用の配線１２ａを通して電流が流れる。
【００１６】
また、上述の製造方法で説明した酸化工程では、急速加熱法による急速熱酸化を行っているが、全てのシリコン微結晶およびグレインの表面に良好な膜質のシリコン酸化膜を形成することを目的として、硫酸、硝酸などの水溶液からなる電解液（電解質溶液）中にて多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化する方法（電気化学酸化方法）を酸化工程に採用することが提案されている。ここに、多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化するにあたっては、上述の陽極酸化装置における電解液Ｂを例えば硫酸の水溶液からなる電解液Ｂに入れ替えて、陽極と陽極４２との間に電源４３から電流を流すことによって対象領域Ｅの多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化してシリコン微結晶およびグレインの表面にシリコン酸化膜を形成することができる。
【００１７】
なお、多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化する方法を採用することにより、多孔質多結晶シリコン層を急速熱酸化して強電界ドリフト層６を形成する場合に比べてプロセス温度を低温化することができ、基板の材料の制約が少なくなり、電界放射型電子源１０の大面積化および低コスト化を図れるという利点もある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の陽極酸化方法および電気化学酸化方法を利用して製造した電界放射型電子源１０では、エミッション電流Ｉｅの面内ばらつきが大きいという不具合があった。つまり、上述のような陽極酸化方法および電気化学酸化方法を利用して製造した電子デバイスでは、特性の面内ばらつきが大きいという不具合があった。このような特性の面内ばらつきが大きくなる原因としては、上述の図１３に示したように、陰極４２の外形寸法を多結晶シリコン層における対象領域Ｅと同じ外形寸法に設定してあるので、電解液Ｂを介して図１３中の矢印で示すような経路で電流が流れ、対象領域Ｅの周部での電流密度が対象領域Ｅの他の部分に比べて大きくなるためであると考えられる。
【００１９】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、請求項１の発明の目的は、電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる陽極酸化方法を提供することにあり、請求項２の発明の目的は、電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる電気化学酸化方法を提供することにあり、また、請求項３〜６の発明の目的は、従来に比べてエミッション電流の面内ばらつきを小さくすることが可能な電界放射型電子源およびその製造方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、陽極酸化の対象となる半導体層の主表面とは反対側の電極を陽極として、電解液中で半導体層の主表面側に対向配置される陰極との間に通電する陽極酸化方法であって、半導体層における対象領域の周部での電流密度が対象領域の他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように半導体層の主表面における電流密度を制御することを特徴とし、陽極酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができ、電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００２４】
また、請求項１の発明は、前記電極が複数本であって前記半導体層の主表面とは反対側に互いに平行に列設されており、前記対象領域の周部に重なる電極への電流導入用の配線の幅を他の部分に重なる電極への電流導入用の配線の幅に比べて狭くすることによって前記半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陰極の形状を変更することなしに陽極酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００２５】
請求項２の発明は、電気化学酸化の対象となる半導体層の主表面とは反対側の電極を陽極として、電解液中で半導体層の主表面側に対向配置される陰極との間に通電する電気化学酸化方法であって、半導体層における対象領域の周部での電流密度が対象領域の他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように半導体層の主表面における電流密度を制御することを特徴とし、電気化学酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができ、電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００２９】
また、請求項２の発明は、前記電極が複数本であって前記半導体層の主表面とは反対側に互いに平行に列設されており、前記対象領域の周部に重なる電極への電流導入用の配線の幅を他の部分に重なる電極への電流導入用の配線の幅に比べて狭くすることによって前記半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陰極の形状を変更することなしに電気化学酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００３０】
請求項３の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源であって、強電界ドリフト層は、請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層が形成され、急速加熱法により絶縁膜が形成されてなることを特徴とするものであり、エミッション電流の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００３１】
請求項４の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源であって、強電界ドリフト層は、請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層が形成され、請求項２記載の電気化学酸化方法により下部電極を陽極として絶縁膜が形成されてなることを特徴とするものであり、エミッション電流の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００３２】
請求項５の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の製造方法であって、強電界ドリフト層を形成するにあたっては、ナノメータオーダの多数の半導体微結晶を形成するナノ結晶化工程において請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層を形成することを特徴とし、従来に比べてエミッション電流の面内ばらつきが小さな電界放射型電子源を提供することができる。
【００３３】
請求項６の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の製造方法であって、強電界ドリフト層を形成するにあたっては、ナノメータオーダの多数の半導体微結晶を形成するナノ結晶化工程において請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層を形成し、結晶層を酸化する酸化工程において請求項２記載の電気化学酸化方法により下部電極を陽極とし絶縁膜を形成することを特徴とし、従来に比べてエミッション電流の面内ばらつきが小さな電界放射型電子源を提供することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（参考例１）
本参考例では、陽極酸化方法および電気化学酸化方法を利用して形成される電子デバイスの一例として電界放射型電子源について例示する。
【００３５】
本参考例の電界放射型電子源１０は、図２に示すように、絶縁性基板（例えば、絶縁性を有するガラス基板、絶縁性を有するセラミック基板など）１１の一表面側に電子源素子１０ａが形成されている。ここにおいて、電子源素子１０ａは、絶縁性基板１１の上記一表面側に形成された下部電極１２と、下部電極１２上に形成されたノンドープの多結晶シリコン層３と、多結晶シリコン層３上に形成された強電界ドリフト層６と、強電界ドリフト層６上に形成された表面電極７とで構成されている。つまり、電子源素子１０ａは、表面電極７と下部電極１２とが対向しており、表面電極７と下部電極１２との間に強電界ドリフト層６が介在している。なお、本参考例では、強電界ドリフト層６と下部電極１２との間に多結晶シリコン層３を介在させてあるが、多結晶シリコン層３を介在させずに下部電極１２上に強電界ドリフト層６を形成した構成を採用してもよい。
【００３６】
ところで、下部電極１２は金属材料からなる単層（例えば、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔなどの金属あるいは合金あるいはシリサイドなど金属間化合物からなる単層）の薄膜により構成されているが、多層（例えば、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔなどの金属あるいは合金あるいはシリサイドなど金属間化合物からなる多層）の薄膜により構成してもよいし、不純物をドープした多結晶シリコンなどの半導体材料により形成してもよい。なお、下部電極１２の厚さは３００ｎｍ程度に設定されている。
【００３７】
また、表面電極７の材料には仕事関数の小さな材料（例えば、金）が採用されているが、表面電極７の材料は金に限定されるものではなく、また、単層構造に限らず、多層構造としてもよい。なお、表面電極７の厚さは強電界ドリフト層６を通ってきた電子がトンネルできる厚さであればよく、１０〜１５ｎｍ程度に設定すればよい。
【００３８】
図２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、例えば、図３に示すように、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が下部電極１２に対して高電位側となるように表面電極７と下部電極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、下部電極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（図３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）。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。
【００３９】
本参考例の電界放射型電子源１０では、表面電極７と下部電極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３参照）、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（＝（Ｉe／Ｉps）×１００〔％〕）が高くなる。
【００４０】
強電界ドリフト層６は、後述のナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスを行うことにより形成されており、図４に示すように、少なくとも、下部電極１２の上記一表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン（半導体結晶）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間に介在する多数のナノメータオーダのシリコン微結晶（半導体微結晶）６３と、各シリコン微結晶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多数のシリコン酸化膜６４とから構成されると考えられる。なお、各グレイン５１は、下部電極１２の厚み方向に延びている。
【００４１】
本参考例の電界放射型電子源１０では、次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。すなわち、表面電極７と下部電極１２との間に表面電極７を高電位側として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コレクタ電極２１と表面電極７との間にコレクタ電極２１を高電位側として直流電圧Ｖｃを印加することにより、直流電圧Ｖpsが所定値（臨界値）に達すると、下部電極１２から強電界ドリフト層６へ熱的励起された電子ｅ−が注入される。一方、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にかかるから、注入された電子ｅ−はシリコン酸化膜６４にかかっている強電界により加速され、強電界ドリフト層６におけるグレイン５１の間の領域を表面に向かって図４中の矢印の向き（図４における上向き）へドリフトし、表面電極７をトンネルし真空中に放出される。しかして、強電界ドリフト層６では下部電極１２から注入された電子がシリコン微結晶６３でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜６４にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面電極７を通して放出され、強電界ドリフト層６で発生した熱がグレイン５１を通して放熱されるから、電子放出時にポッピング現象が発生せず、安定して電子を放出することができる。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。
【００４２】
以下、本参考例の電界放射型電子源１０の製造方法について図５を参照しながら説明する。
【００４３】
まず、絶縁性基板１１の一表面上に所定膜厚（例えば、３００ｎｍ程度）の金属膜（例えば、タングステン膜）からなる下部電極１２をスパッタ法によって形成した後、絶縁性基板１１の一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層３を例えばプラズマＣＶＤ法によって形成することにより、図５（ａ）に示すような構造が得られる。なお、多結晶シリコン層３の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法に限らず、ＬＰＣＶＤ法、触媒ＣＶＤ法、スパッタ法、ＣＧＳ（Continuous Grain Silicon）法などを採用すればよい。
【００４４】
ノンドープの多結晶シリコン層３を形成した後、上述のナノ結晶化プロセス（陽極酸化処理工程）を行うことにより、多結晶シリコンの多数のグレイン５１（図４参照）と多数のシリコン微結晶６３（図４参照）とが混在する複合ナノ結晶層４が形成され、図５（ｂ）に示すような構造が得られる。ここにおいて、ナノ結晶化プロセスでは、図１（ａ）に示す構成の陽極酸化装置を用いて半導体層である多結晶シリコン層３の陽極酸化を行う。ここにおいて、陽極酸化装置では、規定の電解液Ｂとして、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した混合液よりなる電解液が処理槽４１に入っており、多結晶シリコン層３の主表面における陽極酸化の対象領域Ｅに光照射を行いながら所定の条件で陽極酸化処理を行っている。陽極酸化装置の基本構成は図１３（ａ）に示した従来構成と同じであり、陰極４２の形状を調整することによって、対象領域Ｅの周部での電流密度が対象領域Ｅの他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように多結晶シリコン層３の主表面における電流密度を制御する点が相違する。具体的には、図１（ａ），（ｂ）に示すように、格子状の陰極４２の外形寸法を対象領域Ｅの外形寸法よりも小さく設定することで多結晶シリコン層３の周部での電流密度が対象領域Ｅの他の部分に比べて大きくなるのを抑制している。言い換えれば、対象領域Ｅの全域にわたって電流密度が均一になるように陰極４２の形状を設定している。なお、本参考例における陽極酸化処理では、例えば、５００Ｗのタングステンランプからなる光源により多結晶シリコン層３の表面（主表面）に光照射を行いながら、ガルバノスタットよりなる電源（図示せず）から陽極と陰極４２との間に定電流（例えば、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２の電流）を所定時間（例えば、１０秒）だけ流すことによって複合ナノ結晶層４が形成される。このようにして形成された複合ナノ結晶層４は、多結晶シリコンのグレイン５１およびシリコン微結晶６３を含んでいる。
【００４５】
上述のナノ結晶化プロセスが終了した後に、上述の酸化プロセスを行うことによって複合ナノ結晶層４を電気化学的に酸化することで図４のような構成の複合ナノ結晶層からなる強電界ドリフト層６が形成され、図５（ｃ）に示すような構造が得られる。ここに、酸化プロセス（酸化工程）は、上述の図１（ａ）に示す構成の陽極酸化装置を用いて半導体層（結晶層）である複合ナノ結晶層４の電気化学酸化を行う。したがって、陽極酸化と同様に、陰極４２の形状を調整することによって、電気化学酸化の対象領域Ｅの周部での電流密度が対象領域Ｅの他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように多結晶シリコン層３の主表面における電流密度を制御する点が従来の電気化学酸化方法とは相違する。酸化プロセスでは、処理槽４１に入れる規定の電解液Ｂとして、例えばエチレングリコールからなる有機溶媒中に０．０４ｍｏｌ／ｌの硝酸カリウムからなる溶質を溶かした溶液を用い、電解液Ｂ中に複合ナノ結晶層４が形成された被処理物Ｃを浸漬し、電解液Ｂ中において複合ナノ結晶層４に陰極３３を対向配置して、下部電極１２を陽極とし、電源から陽極（下部電極１２）と陰極４２との間に定電流（例えば、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２の電流）を流し複合ナノ結晶層４を電気化学的に酸化する酸化処理を行うことによって上述のグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４を含む強電界ドリフト層６を形成するようになっている。なお、本参考例では、上述のナノ結晶化プロセスを行うことによって形成される複合ナノ結晶層４においてグレイン５１、シリコン微結晶６３以外の領域はアモルファスシリコンからなるアモルファス領域となっており、強電界ドリフト層６においてグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４以外の領域がアモルファスシリコン若しくは一部が酸化したアモルファスシリコンからなるアモルファス領域６５となっているが、ナノ結晶化プロセス（陽極酸化処理）の条件によってはアモルファス領域６５が孔となり、このような場合の複合ナノ結晶層４は従来例と同様に多孔質多結晶シリコン層とみなすことができる。
【００４６】
強電界ドリフト層６を形成した後は、例えば蒸着法などによって金薄膜からなる表面電極７を強電界ドリフト層６上に形成することにより、図５（ｄ）に示す構造の電界放射型電子源１０が得られる。
【００４７】
以上説明した製造方法によれば、強電界ドリフト層６を形成する際のナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスにおいて、陽極酸化および電気化学酸化の対象領域Ｅの周部での電流密度が対象領域Ｅの他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように半導体層（多結晶シリコン層３および複合ナノ結晶層４）の主表面における電流密度を制御するので、陽極酸化および電気化学酸化の対象領域Ｅでの電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができ、電界放射型電子源１０のエミッション電流Ｉｅの面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる（つまり、電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる）。しかも、陰極４２の形状を調整することによって半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陰極４２の形状を調整するだけで、対象領域Ｅでの電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電界放射型電子源１０のエミッション電流Ｉｅの面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００４８】
（参考例２）
ところで、参考例１にて説明した陽極酸化方法および電気化学酸化方法では、陰極４２の外形寸法を対象領域Ｅの外形寸法よりも小さくすることによって対象領域Ｅでの電流密度の面内均一性を高めているが、陰極４２を構成する平行線群のピッチが同じなので、対象領域Ｅと陰極４２との間の間隔や電解液Ｂの比抵抗などによっては対象領域Ｅの電流密度を十分に均一化することができない場合がある。
【００４９】
これに対して、本参考例では、図６（ａ）に示すような陽極酸化装置を用いて被処理物Ｃの多結晶シリコン層３からなる半導体層における対象領域Ｅの陽極酸化を行い、さらに、複合ナノ結晶層４からなる半導体層における対象領域Ｅの電気化学酸化を行っている。なお、図６に示す陽極酸化装置において参考例１における陽極酸化装置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。また、電界放射型電子源１０の構成および動作は参考例１と同じなので図示および説明を省略する。
【００５０】
本参考例における陽極酸化装置の基本構成は参考例１における陽極酸化装置と同じであって、陰極４２の形状が相違している。すなわち、本参考例では、図６（ａ），（ｂ）に示すように、陰極４２の外形寸法を従来同様、対象領域Ｅの外形寸法と略同じに設定してあり、陰極４２の周部での平行線間のピッチを中央部に比べて大きくすることによって、対象領域Ｅでの電流密度の均一性を高めている。言い換えれば、本参考例では、対象領域Ｅの周部での電流密度が対象領域Ｅの他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように、格子状の陰極４２の平行線間のピッチを変化させてある。つまり、陰極４２の単位面積当たりの比表面積が陰極４２の周部において陰極４２の他の部分に比べて小さくなるように陰極４２の形状を調整することによって半導体層（多結晶シリコン層３および複合ナノ結晶層４）の主表面における電流密度を制御している。
【００５１】
しかして、本参考例では、参考例１と同様に、強電界ドリフト層６を形成する際のナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスにおいて、陽極酸化および電気化学酸化の対象領域Ｅの周部での電流密度が対象領域Ｅの他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように半導体層（多結晶シリコン層３および複合ナノ結晶層４）の主表面における電流密度を制御するので、陽極酸化および電気化学酸化の対象領域Ｅでの電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができ、電界放射型電子源１０のエミッション電流Ｉｅの面内ばらつきを小さくすることができる。しかも、陰極４２の形状を調整することによって半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陰極４２の形状を調整するだけで、対象領域Ｅでの電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電界放射型電子源１０のエミッション電流Ｉｅの面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００５２】
（参考例３）
ところで、参考例１および参考例２では陰極４２の形状を調整することによって対象領域Ｅの電流密度を均一化しているので、対象領域Ｅの形状に応じて陰極４２の形状を設計する必要がある。
【００５３】
これに対して、本参考例では、図７（ａ）に示すような陽極酸化装置を用いて被処理物Ｃの多結晶シリコン層３からなる半導体層における対象領域Ｅの陽極酸化を行い、さらに、被処理物Ｃの複合ナノ結晶層４からなる半導体層における対象領域Ｅの電気化学酸化を行っている。なお、図７（ａ）に示す陽極酸化装置において参考例１における陽極酸化装置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。また、電界放射型電子源１０の構成および動作は参考例１と同じなので図示および説明を省略する。
【００５４】
本参考例における陽極酸化装置の基本構成は参考例１における陽極酸化装置と同じであって、図７（ａ），（ｂ）に示すように、半導体層における対象領域Ｅの周辺に対象領域Ｅの周部での電流密度が抑制されるようなダミー領域Ｄを設けることによって半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陰極４２の形状を変更することなしに対象領域Ｅでの電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電界放射型電子源１０のエミッション電流Ｉｅの面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。なお、ダミー領域Ｄは対象領域Ｅと同じ材料により構成しているので、対象領域Ｅと同時に形成すればよい。
【００５５】
（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１２に示した従来構成と略同じであって、図８に示すように、絶縁性基板１１の一表面上に列設された複数本の下部電極１２と、各下部電極１２にそれぞれ重なる形で形成された複数の多結晶シリコン層３と、各多結晶シリコン層３にそれぞれ重なる形で形成された複数の強電界ドリフト層６と、隣り合う強電界ドリフト層６間を埋める多結晶シリコン層よりなる分離層１６と、強電界ドリフト層６および分離層１６の上で強電界ドリフト層６および分離層１６に跨って下部電極１２に交差（直交）する方向に列設された複数本の表面電極７とを備えている。なお、強電界ドリフト層６は参考例１にて図４を参照して説明した複合ナノ結晶層により構成されている。
【００５６】
本実施形態の電界放射型電子源１０では、上記従来構成と同様に、絶縁性基板１１の一表面上に列設された複数本の下部電極１２と、下部電極１２に交差する方向に列設された複数本の表面電極７との交点に相当する部位に強電界ドリフト層６の一部が挟まれているから、表面電極７と下部電極１２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、強電界ドリフト層６において選択された表面電極７と下部電極１２との交点に相当する部位に強電界が作用して電子が放出される。つまり、複数本の表面電極７の群と複数本の下部電極１２の群とからなるマトリクス（格子）の格子点に、下部電極１２と、下部電極１２上の多結晶シリコン層３と、多結晶シリコン層３上の強電界ドリフト層６と、強電界ドリフト層６上の表面電極７とからなる電子源素子１０ａを配置したことに相当し、電圧を印加する表面電極７と下部電極１２との組を選択することによって所望の電子源素子１０ａから電子を放出させることが可能になる。ここにおいて、各下部電極１２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２８が形成されている。また、各表面電極７も、短冊状に形成され、長手方向の両端部から延長された部位上にそれぞれパッド２７が形成されている。なお、上述の記載から分かるように、電子源素子１０ａは画素ごとに設けられることになる。
【００５７】
本実施形態の電界放射型電子源１０の動作は図１２に示した従来構成の動作と略同じであって、表面電極７を真空中に配置するとともに対向配置されるフェースプレート３０にコレクタ電極（アノード電極）２１を設け、選択した表面電極７を下部電極１２に対して正極として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、アノード電極２１を表面電極７に対して正極として直流電圧Ｖcを印加することによって、強電界ドリフト層６に作用する電界により下部電極１２から強電界ドリフト層６へ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、強電界ドリフト層６は、上述の図４と同様の構成を有している。すなわち、強電界ドリフト層６は、少なくとも、絶縁性基板１１の一表面側（つまり、下部電極１２における表面電極７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間に介在する多数のナノメータオーダのシリコン微結晶６３と、各シリコン微結晶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多数のシリコン酸化膜６４とから構成されると考えられる。なお、各グレイン５１は、下部電極１２の厚み方向に延びている。
【００５８】
したがって、本実施形態の電界放射型電子源１０では、次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。すなわち、表面電極７と下部電極１２との間に表面電極７を高電位側として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コレクタ電極２１と表面電極７との間にコレクタ電極２１を高電位側として直流電圧Ｖｃを印加することにより、直流電圧Ｖpsが所定値（臨界値）に達すると、下部電極１２から強電界ドリフト層６へ熱的励起された電子ｅ−が注入される。一方、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にかかるから、注入された電子ｅ−はシリコン酸化膜６４にかかっている強電界により加速され、強電界ドリフト層６におけるグレイン５１の間の領域を表面に向かって図４中の矢印の向き（図４における上向き）へドリフトし、表面電極７をトンネルし真空中に放出される。しかして、強電界ドリフト層６では下部電極１２から注入された電子がシリコン微結晶６３でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜６４にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面電極７を通して放出され、強電界ドリフト層６で発生した熱がグレイン５１を通して放熱されるから、電子放出時にポッピング現象が発生せず、安定して電子を放出することができる。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。また、表面電極７を通して放出される電子線の放出方向が表面電極７の法線方向に揃いやすいので、複雑なシャドウマスクや電子収束レンズを設ける必要がなく、ディスプレイの薄型化を図れるという利点がある。
【００５９】
ところで、本実施形態の電界放射型電子源１０は参考例１にて説明した製造方法に準拠して製造することができる。すなわち、強電界ドリフト層６は、下部電極１２が形成された絶縁性基板１１の上記一表面側の全面にノンドープの多結晶シリコン層を堆積させた後に、当該多結晶シリコン層のうち強電界ドリフト層６に対応した部位を参考例１と同様のナノ結晶化プロセスにて陽極酸化することで複合ナノ結晶層を形成し、複合ナノ結晶層を参考例１と同様の酸化プロセスにて電気化学的に酸化することにより形成することができる。なお、ここでは、強電界ドリフト層６を形成する際のナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスを参考例１と同様にしているが、参考例２あるいは参考例３と同様にしてもよい。
【００６０】
また、図９に示すように、半導体層である多結晶シリコン層３の周部に位置する下部電極１２への電流導入用の配線１２ａの幅を他の下部電極１２への電流導入用の配線１２ａの幅に比べて狭くすることによって陽極酸化時および電気化学酸化時に半導体層の主表面における電流密度を制御するようにすれば、陰極４２の形状を変更することなしに対象領域Ｅでの電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電界放射型電子源１０のエミッション電流Ｉｅの面内ばらつきを小さくすることができる。
【００６１】
ところで、上記各参考例および上記実施形態では、酸化プロセスとして、電気化学的な酸化方法を採用しているが、基板の耐熱温度が比較的高い場合には、酸化プロセスとして、急速加熱法により急速熱酸化する方法を採用してもよい。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１の発明は、陽極酸化の対象となる半導体層の主表面とは反対側の電極を陽極として、電解液中で半導体層の主表面側に対向配置される陰極との間に通電する陽極酸化方法であって、半導体層における対象領域の周部での電流密度が対象領域の他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陽極酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができ、電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるという効果がある。
【００６６】
また、請求項１の発明は、前記電極が複数本であって前記半導体層の主表面とは反対側に互いに平行に列設されており、前記対象領域の周部に重なる電極への電流導入用の配線の幅を他の部分に重なる電極への電流導入用の配線の幅に比べて狭くすることによって前記半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陰極の形状を変更することなしに陽極酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるという効果がある。
【００６７】
請求項２の発明は、電気化学酸化の対象となる半導体層の主表面とは反対側の電極を陽極として、電解液中で半導体層の主表面側に対向配置される陰極との間に通電する電気化学酸化方法であって、半導体層における対象領域の周部での電流密度が対象領域の他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように半導体層の主表面における電流密度を制御するので、電気化学酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができ、電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるという効果がある。
【００７１】
また、請求項２の発明は、前記電極が複数本であって前記半導体層の主表面とは反対側に互いに平行に列設されており、前記対象領域の周部に重なる電極への電流導入用の配線の幅を他の部分に重なる電極への電流導入用の配線の幅に比べて狭くすることによって前記半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陰極の形状を変更することなしに電気化学酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるという効果がある。
【００７２】
請求項３の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源であって、強電界ドリフト層は、請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層が形成され、急速加熱法により絶縁膜が形成されてなるものであり、エミッション電流の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるという効果がある。
【００７３】
請求項４の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源であって、強電界ドリフト層は、請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層が形成され、請求項２記載の電気化学酸化方法により下部電極を陽極として絶縁膜が形成されてなるものであり、エミッション電流の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるという効果がある。
【００７４】
請求項５の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の製造方法であって、強電界ドリフト層を形成するにあたっては、ナノメータオーダの多数の半導体微結晶を形成するナノ結晶化工程において請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層を形成するので、従来に比べてエミッション電流の面内ばらつきが小さな電界放射型電子源を提供することができるという効果がある。
【００７５】
請求項６の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の製造方法であって、強電界ドリフト層を形成するにあたっては、ナノメータオーダの多数の半導体微結晶を形成するナノ結晶化工程において請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層を形成し、結晶層を酸化する酸化工程において請求項２記載の電気化学酸化方法により下部電極を陽極とし絶縁膜を形成するので、従来に比べてエミッション電流の面内ばらつきが小さな電界放射型電子源を提供す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】 （ａ）は参考例１における陽極酸化装置の概略構成図、（ｂ）は陽極酸化装置の要部概略斜視図である。
【図２】 同上における電界放射型電子源の概略断面図である。
【図３】 同上における電界放射型電子源の動作説明図である。
【図４】 同上における電界放射型電子源の動作説明図である。
【図５】 同上における電界放射型電子源の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図６】 （ａ）は参考例２における陽極酸化装置の概略構成図、（ｂ）は陽極酸化装置の要部概略斜視図である。
【図７】 （ａ）は参考例３における陽極酸化装置の概略構成図、（ｂ）は陽極酸化装置の要部概略斜視図である。
【図８】 実施形態における電界放射型電子源の一部破断した斜視図である。
【図９】 同上における電界放射型電子源の製造方法の一例を説明するための主要工程斜視図である。
【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】 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１２】 同上を応用したディスプレイの概略構成図である。
【図１３】 （ａ）は従来例における陽極酸化装置の概略構成図、（ｂ）は陽極酸化装置の要部概略斜視図である。
【図１４】 同上における電界放射型電子源の製造方法の一例を説明するための主要工程斜視図である。
【符号の説明】
４１ 処理槽
４２ 陰極
Ｂ 電解液
Ｃ 被処理物
Ｅ 対象領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の陽極酸化を行う陽極酸化方法、半導体の電気化学酸化を行う電気化学酸化方法、電界放射型電子源およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体を多孔質化したり半導体の表面に酸化膜を形成する技術として湿式の陽極酸化方法が知られており、半導体の表面に酸化膜を形成する技術として電気化学反応を利用した電気化学酸化方法が知られており、近年では、湿式の陽極酸化方法および電気化学酸化方法を含むプロセスにより形成された電界放射型電子源が提案されている。
【０００３】
この種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としてのｎ形シリコン基板１の主表面（一表面）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（例えば、金薄膜）よりなる表面電極７が形成されている。また、ｎ形シリコン基板１の裏面にはオーミック電極２が形成されており、ｎ形シリコン基板１とオーミック電極２とで下部電極１２を構成している。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の主表面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。
【０００４】
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が下部電極１２に対して高電位側となるように表面電極７と下部電極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、下部電極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（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）。なお、表面電極７の厚さは１０〜１５ｎｍ程度に設定されている。
【０００５】
ところで、図１０に示した構成の電界放射型電子源１０では、ｎ形シリコン基板１とオーミック電極２とで下部電極１２を構成しているが、図１１に示すように、例えばガラス基板よりなる絶縁性基板１１の一表面上に金属材料よりなる下部電極１２を形成した電界放射型電子源１０も提案されている。ここに、上述の図１０に示した電界放射型電子源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。
【０００６】
図１１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が下部電極１２に対して高電位側となるように表面電極７と下部電極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、下部電極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（図１１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）。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。
【０００７】
上述の各電界放射型電子源１０，１０では、表面電極７と下部電極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１０および図１１参照）、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（＝（Ｉe／Ｉps）×１００〔％〕）が高くなる。なお、上述の電界放射型電子源１０，１０では、表面電極７と下部電極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、直流電圧Ｖpsが大きいほどエミッション電流Ｉeが大きくなる。
【０００８】
また、図１１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応用する場合には、例えば図１２に示す構成を採用すればよい。
【０００９】
図１２に示すディスプレイは、電界放射型電子源１０に対向して平板状のガラス基板よりなるフェースプレート３０が配置され、フェースプレート３０における電界放射型電子源１０との対向面には透明な導電膜（例えば、ＩＴＯ膜）よりなるコレクタ電極（以下、アノード電極と称す）２１が形成されている。また、アノード電極２１における電界放射型電子源１０との対向面には、画素ごとに形成された蛍光物質と蛍光物質間に形成された黒色材料からなるブラックストライプとが設けられている。ここに、蛍光物質はアノード電極２１における電界放射型電子源１０との対向面に塗布されており、電界放射型電子源１０から放射される電子線によって可視光を発光する。なお、蛍光物質には電界放射型電子源１０から放射されアノード電極２１に印加された電圧によって加速された高エネルギの電子が衝突するようになっており、蛍光物質としてはＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各発光色のものを用いている。また、フェースプレート３０は図示しない矩形枠状のフレームによって電界放射型電子源１０と離間させてあり、フェースプレート３０と電界放射型電子源１０との間に形成される気密空間を真空にしてある。
【００１０】
図１２に示した電界放射型電子源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下部電極１２と、下部電極１２にそれぞれ重なる形で形成された複数の多結晶シリコン層３と、多結晶シリコン層３にそれぞれ重なる形で形成された酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなる複数の強電界ドリフト層６と、隣り合う強電界ドリフト層６間を埋める多結晶シリコン層よりなる分離層１６と、強電界ドリフト層６および分離層１６の上で強電界ドリフト層６および分離層１６に跨って下部電極１２に交差する方向に列設された複数の表面電極７とを備えている。
【００１１】
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下部電極１２と、下部電極１２に交差する方向に列設された複数の表面電極７との交点に相当する部位に強電界ドリフト層６の一部が挟まれているから、表面電極７と下部電極１２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、強電界ドリフト層６において選択された表面電極７と下部電極１２との交点に相当する部位に強電界が作用して電子が放出される。つまり、複数の表面電極７の群と複数の下部電極１２の群とからなるマトリクス（格子）の格子点に、下部電極１２と、下部電極１２上の多結晶シリコン層３と、多結晶シリコン層３上の強電界ドリフト層６と、強電界ドリフト層６上の表面電極７とからなる電子源素子１０ａを配置したことに相当し、電圧を印加する表面電極７と下部電極１２との組を選択することによって所望の電子源素子１０ａから電子を放出させることが可能になる。なお、上述の記載から分かるように、電子源素子１０ａは画素ごとに設けられることになる。
【００１２】
上述の各電界放射型電子源１０の製造プロセスにおいて強電界ドリフト層６を形成するにあたっては、下部電極１２の一表面側にノンドープの多結晶シリコン層を形成する成膜工程と、多結晶シリコン層を陽極酸化することにより多結晶シリコンのグレインおよびシリコン微結晶を含む多孔質多結晶シリコン層を形成する陽極酸化処理工程と、多孔質多結晶シリコン層を急速加熱法によって急速熱酸化してグレインおよびシリコン微結晶の表面にそれぞれ薄いシリコン酸化膜を形成する酸化工程とを有している。
【００１３】
陽極酸化処理工程では、陽極酸化に用いる電解液としてフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した混合液を用いている。また、酸化工程では、例えば、ランプアニール装置を用い、基板温度を乾燥酸素中で室温から９００℃まで短時間で上昇させた後、基板温度を９００℃で１時間維持することで酸化し、その後、基板温度を室温まで下降させている。
【００１４】
ところで、上述の陽極酸化処理工程において用いられる陽極酸化装置としては、図１３（ａ）に示す構成のものが提案されている。すなわち、フッ化水素水溶液とエタノールとの混合液からなる電解液Ｂを入れた処理槽４１と、処理槽４１内の電解液Ｂに浸漬された格子状の白金電極からなる陰極４２とを備え、下部電極１２上に多結晶シリコン層が形成された被処理物Ｃを電解液Ｂに浸漬し下部電極１２を陽極として利用するようになっている。また、この陽極酸化装置は、下部電極１２を陽極として陽極と陰極４２との間に陽極を高電位側として通電する通電手段としてのガルバノスタットよりなる電源４３と、被処理物Ｃの主表面側（つまり、多結晶シリコン層の表面側）に光を照射するためのタングステンランプよりなる光源（図示せず）とを備えている。ここにおいて、図１３（ｂ）に示すように、陰極４２の外形寸法は多結晶シリコン層における対象領域Ｅと同じ外形寸法に設定してある。なお、被処理物Ｃは半導体層である多結晶シリコン層における所望の対象領域Ｅのみが電解液Ｂに接するようにシールないしマスクされている。
【００１５】
したがって、この陽極酸化装置を用いて、陽極と陰極４２との間に定電流を流す陽極酸化方法を利用することにより、多結晶シリコン層における対象領域Ｅが表面から深さ方向に向かって多孔質化され多結晶シリコンのグレインおよびシリコン微結晶を含む多孔質多結晶シリコン層が形成される。なお、図１２に示す構成の電界放射型電子源１０を製造する場合には、図１４に示すように絶縁性基板１１の一表面側に複数本の下部電極１２を列設した後で絶縁性基板１１の一表面側に多結晶シリコン層３を形成し、多結晶シリコン層３のうち下部電極１２に重なる領域を陽極酸化すればよい。なお、下部電極１２には下部電極１２から連続一体に延長された電流導入用の配線１２ａを通して電流が流れる。
【００１６】
また、上述の製造方法で説明した酸化工程では、急速加熱法による急速熱酸化を行っているが、全てのシリコン微結晶およびグレインの表面に良好な膜質のシリコン酸化膜を形成することを目的として、硫酸、硝酸などの水溶液からなる電解液（電解質溶液）中にて多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化する方法（電気化学酸化方法）を酸化工程に採用することが提案されている。ここに、多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化するにあたっては、上述の陽極酸化装置における電解液Ｂを例えば硫酸の水溶液からなる電解液Ｂに入れ替えて、陽極と陽極４２との間に電源４３から電流を流すことによって対象領域Ｅの多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化してシリコン微結晶およびグレインの表面にシリコン酸化膜を形成することができる。
【００１７】
なお、多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化する方法を採用することにより、多孔質多結晶シリコン層を急速熱酸化して強電界ドリフト層６を形成する場合に比べてプロセス温度を低温化することができ、基板の材料の制約が少なくなり、電界放射型電子源１０の大面積化および低コスト化を図れるという利点もある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の陽極酸化方法および電気化学酸化方法を利用して製造した電界放射型電子源１０では、エミッション電流Ｉｅの面内ばらつきが大きいという不具合があった。つまり、上述のような陽極酸化方法および電気化学酸化方法を利用して製造した電子デバイスでは、特性の面内ばらつきが大きいという不具合があった。このような特性の面内ばらつきが大きくなる原因としては、上述の図１３に示したように、陰極４２の外形寸法を多結晶シリコン層における対象領域Ｅと同じ外形寸法に設定してあるので、電解液Ｂを介して図１３中の矢印で示すような経路で電流が流れ、対象領域Ｅの周部での電流密度が対象領域Ｅの他の部分に比べて大きくなるためであると考えられる。
【００１９】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、請求項１の発明の目的は、電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる陽極酸化方法を提供することにあり、請求項２の発明の目的は、電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる電気化学酸化方法を提供することにあり、また、請求項３〜６の発明の目的は、従来に比べてエミッション電流の面内ばらつきを小さくすることが可能な電界放射型電子源およびその製造方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、陽極酸化の対象となる半導体層の主表面とは反対側の電極を陽極として、電解液中で半導体層の主表面側に対向配置される陰極との間に通電する陽極酸化方法であって、半導体層における対象領域の周部での電流密度が対象領域の他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように半導体層の主表面における電流密度を制御することを特徴とし、陽極酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができ、電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００２４】
また、請求項１の発明は、前記電極が複数本であって前記半導体層の主表面とは反対側に互いに平行に列設されており、前記対象領域の周部に重なる電極への電流導入用の配線の幅を他の部分に重なる電極への電流導入用の配線の幅に比べて狭くすることによって前記半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陰極の形状を変更することなしに陽極酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００２５】
請求項２の発明は、電気化学酸化の対象となる半導体層の主表面とは反対側の電極を陽極として、電解液中で半導体層の主表面側に対向配置される陰極との間に通電する電気化学酸化方法であって、半導体層における対象領域の周部での電流密度が対象領域の他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように半導体層の主表面における電流密度を制御することを特徴とし、電気化学酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができ、電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００２９】
また、請求項２の発明は、前記電極が複数本であって前記半導体層の主表面とは反対側に互いに平行に列設されており、前記対象領域の周部に重なる電極への電流導入用の配線の幅を他の部分に重なる電極への電流導入用の配線の幅に比べて狭くすることによって前記半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陰極の形状を変更することなしに電気化学酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００３０】
請求項３の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源であって、強電界ドリフト層は、請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層が形成され、急速加熱法により絶縁膜が形成されてなることを特徴とするものであり、エミッション電流の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００３１】
請求項４の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源であって、強電界ドリフト層は、請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層が形成され、請求項２記載の電気化学酸化方法により下部電極を陽極として絶縁膜が形成されてなることを特徴とするものであり、エミッション電流の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００３２】
請求項５の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の製造方法であって、強電界ドリフト層を形成するにあたっては、ナノメータオーダの多数の半導体微結晶を形成するナノ結晶化工程において請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層を形成することを特徴とし、従来に比べてエミッション電流の面内ばらつきが小さな電界放射型電子源を提供することができる。
【００３３】
請求項６の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の製造方法であって、強電界ドリフト層を形成するにあたっては、ナノメータオーダの多数の半導体微結晶を形成するナノ結晶化工程において請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層を形成し、結晶層を酸化する酸化工程において請求項２記載の電気化学酸化方法により下部電極を陽極とし絶縁膜を形成することを特徴とし、従来に比べてエミッション電流の面内ばらつきが小さな電界放射型電子源を提供することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（参考例１）
本参考例では、陽極酸化方法および電気化学酸化方法を利用して形成される電子デバイスの一例として電界放射型電子源について例示する。
【００３５】
本参考例の電界放射型電子源１０は、図２に示すように、絶縁性基板（例えば、絶縁性を有するガラス基板、絶縁性を有するセラミック基板など）１１の一表面側に電子源素子１０ａが形成されている。ここにおいて、電子源素子１０ａは、絶縁性基板１１の上記一表面側に形成された下部電極１２と、下部電極１２上に形成されたノンドープの多結晶シリコン層３と、多結晶シリコン層３上に形成された強電界ドリフト層６と、強電界ドリフト層６上に形成された表面電極７とで構成されている。つまり、電子源素子１０ａは、表面電極７と下部電極１２とが対向しており、表面電極７と下部電極１２との間に強電界ドリフト層６が介在している。なお、本参考例では、強電界ドリフト層６と下部電極１２との間に多結晶シリコン層３を介在させてあるが、多結晶シリコン層３を介在させずに下部電極１２上に強電界ドリフト層６を形成した構成を採用してもよい。
【００３６】
ところで、下部電極１２は金属材料からなる単層（例えば、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔなどの金属あるいは合金あるいはシリサイドなど金属間化合物からなる単層）の薄膜により構成されているが、多層（例えば、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔなどの金属あるいは合金あるいはシリサイドなど金属間化合物からなる多層）の薄膜により構成してもよいし、不純物をドープした多結晶シリコンなどの半導体材料により形成してもよい。なお、下部電極１２の厚さは３００ｎｍ程度に設定されている。
【００３７】
また、表面電極７の材料には仕事関数の小さな材料（例えば、金）が採用されているが、表面電極７の材料は金に限定されるものではなく、また、単層構造に限らず、多層構造としてもよい。なお、表面電極７の厚さは強電界ドリフト層６を通ってきた電子がトンネルできる厚さであればよく、１０〜１５ｎｍ程度に設定すればよい。
【００３８】
図２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、例えば、図３に示すように、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が下部電極１２に対して高電位側となるように表面電極７と下部電極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、下部電極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（図３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）。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。
【００３９】
本参考例の電界放射型電子源１０では、表面電極７と下部電極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３参照）、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（＝（Ｉe／Ｉps）×１００〔％〕）が高くなる。
【００４０】
強電界ドリフト層６は、後述のナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスを行うことにより形成されており、図４に示すように、少なくとも、下部電極１２の上記一表面側に列設された柱状の多結晶シリコンのグレイン（半導体結晶）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間に介在する多数のナノメータオーダのシリコン微結晶（半導体微結晶）６３と、各シリコン微結晶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多数のシリコン酸化膜６４とから構成されると考えられる。なお、各グレイン５１は、下部電極１２の厚み方向に延びている。
【００４１】
本参考例の電界放射型電子源１０では、次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。すなわち、表面電極７と下部電極１２との間に表面電極７を高電位側として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コレクタ電極２１と表面電極７との間にコレクタ電極２１を高電位側として直流電圧Ｖｃを印加することにより、直流電圧Ｖpsが所定値（臨界値）に達すると、下部電極１２から強電界ドリフト層６へ熱的励起された電子ｅ−が注入される。一方、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にかかるから、注入された電子ｅ−はシリコン酸化膜６４にかかっている強電界により加速され、強電界ドリフト層６におけるグレイン５１の間の領域を表面に向かって図４中の矢印の向き（図４における上向き）へドリフトし、表面電極７をトンネルし真空中に放出される。しかして、強電界ドリフト層６では下部電極１２から注入された電子がシリコン微結晶６３でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜６４にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面電極７を通して放出され、強電界ドリフト層６で発生した熱がグレイン５１を通して放熱されるから、電子放出時にポッピング現象が発生せず、安定して電子を放出することができる。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。
【００４２】
以下、本参考例の電界放射型電子源１０の製造方法について図５を参照しながら説明する。
【００４３】
まず、絶縁性基板１１の一表面上に所定膜厚（例えば、３００ｎｍ程度）の金属膜（例えば、タングステン膜）からなる下部電極１２をスパッタ法によって形成した後、絶縁性基板１１の一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層３を例えばプラズマＣＶＤ法によって形成することにより、図５（ａ）に示すような構造が得られる。なお、多結晶シリコン層３の成膜方法は、プラズマＣＶＤ法に限らず、ＬＰＣＶＤ法、触媒ＣＶＤ法、スパッタ法、ＣＧＳ（Continuous Grain Silicon）法などを採用すればよい。
【００４４】
ノンドープの多結晶シリコン層３を形成した後、上述のナノ結晶化プロセス（陽極酸化処理工程）を行うことにより、多結晶シリコンの多数のグレイン５１（図４参照）と多数のシリコン微結晶６３（図４参照）とが混在する複合ナノ結晶層４が形成され、図５（ｂ）に示すような構造が得られる。ここにおいて、ナノ結晶化プロセスでは、図１（ａ）に示す構成の陽極酸化装置を用いて半導体層である多結晶シリコン層３の陽極酸化を行う。ここにおいて、陽極酸化装置では、規定の電解液Ｂとして、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した混合液よりなる電解液が処理槽４１に入っており、多結晶シリコン層３の主表面における陽極酸化の対象領域Ｅに光照射を行いながら所定の条件で陽極酸化処理を行っている。陽極酸化装置の基本構成は図１３（ａ）に示した従来構成と同じであり、陰極４２の形状を調整することによって、対象領域Ｅの周部での電流密度が対象領域Ｅの他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように多結晶シリコン層３の主表面における電流密度を制御する点が相違する。具体的には、図１（ａ），（ｂ）に示すように、格子状の陰極４２の外形寸法を対象領域Ｅの外形寸法よりも小さく設定することで多結晶シリコン層３の周部での電流密度が対象領域Ｅの他の部分に比べて大きくなるのを抑制している。言い換えれば、対象領域Ｅの全域にわたって電流密度が均一になるように陰極４２の形状を設定している。なお、本参考例における陽極酸化処理では、例えば、５００Ｗのタングステンランプからなる光源により多結晶シリコン層３の表面（主表面）に光照射を行いながら、ガルバノスタットよりなる電源（図示せず）から陽極と陰極４２との間に定電流（例えば、電流密度が１２ｍＡ／ｃｍ２の電流）を所定時間（例えば、１０秒）だけ流すことによって複合ナノ結晶層４が形成される。このようにして形成された複合ナノ結晶層４は、多結晶シリコンのグレイン５１およびシリコン微結晶６３を含んでいる。
【００４５】
上述のナノ結晶化プロセスが終了した後に、上述の酸化プロセスを行うことによって複合ナノ結晶層４を電気化学的に酸化することで図４のような構成の複合ナノ結晶層からなる強電界ドリフト層６が形成され、図５（ｃ）に示すような構造が得られる。ここに、酸化プロセス（酸化工程）は、上述の図１（ａ）に示す構成の陽極酸化装置を用いて半導体層（結晶層）である複合ナノ結晶層４の電気化学酸化を行う。したがって、陽極酸化と同様に、陰極４２の形状を調整することによって、電気化学酸化の対象領域Ｅの周部での電流密度が対象領域Ｅの他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように多結晶シリコン層３の主表面における電流密度を制御する点が従来の電気化学酸化方法とは相違する。酸化プロセスでは、処理槽４１に入れる規定の電解液Ｂとして、例えばエチレングリコールからなる有機溶媒中に０．０４ｍｏｌ／ｌの硝酸カリウムからなる溶質を溶かした溶液を用い、電解液Ｂ中に複合ナノ結晶層４が形成された被処理物Ｃを浸漬し、電解液Ｂ中において複合ナノ結晶層４に陰極３３を対向配置して、下部電極１２を陽極とし、電源から陽極（下部電極１２）と陰極４２との間に定電流（例えば、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２の電流）を流し複合ナノ結晶層４を電気化学的に酸化する酸化処理を行うことによって上述のグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４を含む強電界ドリフト層６を形成するようになっている。なお、本参考例では、上述のナノ結晶化プロセスを行うことによって形成される複合ナノ結晶層４においてグレイン５１、シリコン微結晶６３以外の領域はアモルファスシリコンからなるアモルファス領域となっており、強電界ドリフト層６においてグレイン５１、シリコン微結晶６３、各シリコン酸化膜５２，６４以外の領域がアモルファスシリコン若しくは一部が酸化したアモルファスシリコンからなるアモルファス領域６５となっているが、ナノ結晶化プロセス（陽極酸化処理）の条件によってはアモルファス領域６５が孔となり、このような場合の複合ナノ結晶層４は従来例と同様に多孔質多結晶シリコン層とみなすことができる。
【００４６】
強電界ドリフト層６を形成した後は、例えば蒸着法などによって金薄膜からなる表面電極７を強電界ドリフト層６上に形成することにより、図５（ｄ）に示す構造の電界放射型電子源１０が得られる。
【００４７】
以上説明した製造方法によれば、強電界ドリフト層６を形成する際のナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスにおいて、陽極酸化および電気化学酸化の対象領域Ｅの周部での電流密度が対象領域Ｅの他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように半導体層（多結晶シリコン層３および複合ナノ結晶層４）の主表面における電流密度を制御するので、陽極酸化および電気化学酸化の対象領域Ｅでの電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができ、電界放射型電子源１０のエミッション電流Ｉｅの面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる（つまり、電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる）。しかも、陰極４２の形状を調整することによって半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陰極４２の形状を調整するだけで、対象領域Ｅでの電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電界放射型電子源１０のエミッション電流Ｉｅの面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００４８】
（参考例２）
ところで、参考例１にて説明した陽極酸化方法および電気化学酸化方法では、陰極４２の外形寸法を対象領域Ｅの外形寸法よりも小さくすることによって対象領域Ｅでの電流密度の面内均一性を高めているが、陰極４２を構成する平行線群のピッチが同じなので、対象領域Ｅと陰極４２との間の間隔や電解液Ｂの比抵抗などによっては対象領域Ｅの電流密度を十分に均一化することができない場合がある。
【００４９】
これに対して、本参考例では、図６（ａ）に示すような陽極酸化装置を用いて被処理物Ｃの多結晶シリコン層３からなる半導体層における対象領域Ｅの陽極酸化を行い、さらに、複合ナノ結晶層４からなる半導体層における対象領域Ｅの電気化学酸化を行っている。なお、図６に示す陽極酸化装置において参考例１における陽極酸化装置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。また、電界放射型電子源１０の構成および動作は参考例１と同じなので図示および説明を省略する。
【００５０】
本参考例における陽極酸化装置の基本構成は参考例１における陽極酸化装置と同じであって、陰極４２の形状が相違している。すなわち、本参考例では、図６（ａ），（ｂ）に示すように、陰極４２の外形寸法を従来同様、対象領域Ｅの外形寸法と略同じに設定してあり、陰極４２の周部での平行線間のピッチを中央部に比べて大きくすることによって、対象領域Ｅでの電流密度の均一性を高めている。言い換えれば、本参考例では、対象領域Ｅの周部での電流密度が対象領域Ｅの他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように、格子状の陰極４２の平行線間のピッチを変化させてある。つまり、陰極４２の単位面積当たりの比表面積が陰極４２の周部において陰極４２の他の部分に比べて小さくなるように陰極４２の形状を調整することによって半導体層（多結晶シリコン層３および複合ナノ結晶層４）の主表面における電流密度を制御している。
【００５１】
しかして、本参考例では、参考例１と同様に、強電界ドリフト層６を形成する際のナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスにおいて、陽極酸化および電気化学酸化の対象領域Ｅの周部での電流密度が対象領域Ｅの他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように半導体層（多結晶シリコン層３および複合ナノ結晶層４）の主表面における電流密度を制御するので、陽極酸化および電気化学酸化の対象領域Ｅでの電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができ、電界放射型電子源１０のエミッション電流Ｉｅの面内ばらつきを小さくすることができる。しかも、陰極４２の形状を調整することによって半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陰極４２の形状を調整するだけで、対象領域Ｅでの電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電界放射型電子源１０のエミッション電流Ｉｅの面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。
【００５２】
（参考例３）
ところで、参考例１および参考例２では陰極４２の形状を調整することによって対象領域Ｅの電流密度を均一化しているので、対象領域Ｅの形状に応じて陰極４２の形状を設計する必要がある。
【００５３】
これに対して、本参考例では、図７（ａ）に示すような陽極酸化装置を用いて被処理物Ｃの多結晶シリコン層３からなる半導体層における対象領域Ｅの陽極酸化を行い、さらに、被処理物Ｃの複合ナノ結晶層４からなる半導体層における対象領域Ｅの電気化学酸化を行っている。なお、図７（ａ）に示す陽極酸化装置において参考例１における陽極酸化装置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。また、電界放射型電子源１０の構成および動作は参考例１と同じなので図示および説明を省略する。
【００５４】
本参考例における陽極酸化装置の基本構成は参考例１における陽極酸化装置と同じであって、図７（ａ），（ｂ）に示すように、半導体層における対象領域Ｅの周辺に対象領域Ｅの周部での電流密度が抑制されるようなダミー領域Ｄを設けることによって半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陰極４２の形状を変更することなしに対象領域Ｅでの電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電界放射型電子源１０のエミッション電流Ｉｅの面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができる。なお、ダミー領域Ｄは対象領域Ｅと同じ材料により構成しているので、対象領域Ｅと同時に形成すればよい。
【００５５】
（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１２に示した従来構成と略同じであって、図８に示すように、絶縁性基板１１の一表面上に列設された複数本の下部電極１２と、各下部電極１２にそれぞれ重なる形で形成された複数の多結晶シリコン層３と、各多結晶シリコン層３にそれぞれ重なる形で形成された複数の強電界ドリフト層６と、隣り合う強電界ドリフト層６間を埋める多結晶シリコン層よりなる分離層１６と、強電界ドリフト層６および分離層１６の上で強電界ドリフト層６および分離層１６に跨って下部電極１２に交差（直交）する方向に列設された複数本の表面電極７とを備えている。なお、強電界ドリフト層６は参考例１にて図４を参照して説明した複合ナノ結晶層により構成されている。
【００５６】
本実施形態の電界放射型電子源１０では、上記従来構成と同様に、絶縁性基板１１の一表面上に列設された複数本の下部電極１２と、下部電極１２に交差する方向に列設された複数本の表面電極７との交点に相当する部位に強電界ドリフト層６の一部が挟まれているから、表面電極７と下部電極１２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、強電界ドリフト層６において選択された表面電極７と下部電極１２との交点に相当する部位に強電界が作用して電子が放出される。つまり、複数本の表面電極７の群と複数本の下部電極１２の群とからなるマトリクス（格子）の格子点に、下部電極１２と、下部電極１２上の多結晶シリコン層３と、多結晶シリコン層３上の強電界ドリフト層６と、強電界ドリフト層６上の表面電極７とからなる電子源素子１０ａを配置したことに相当し、電圧を印加する表面電極７と下部電極１２との組を選択することによって所望の電子源素子１０ａから電子を放出させることが可能になる。ここにおいて、各下部電極１２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２８が形成されている。また、各表面電極７も、短冊状に形成され、長手方向の両端部から延長された部位上にそれぞれパッド２７が形成されている。なお、上述の記載から分かるように、電子源素子１０ａは画素ごとに設けられることになる。
【００５７】
本実施形態の電界放射型電子源１０の動作は図１２に示した従来構成の動作と略同じであって、表面電極７を真空中に配置するとともに対向配置されるフェースプレート３０にコレクタ電極（アノード電極）２１を設け、選択した表面電極７を下部電極１２に対して正極として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、アノード電極２１を表面電極７に対して正極として直流電圧Ｖcを印加することによって、強電界ドリフト層６に作用する電界により下部電極１２から強電界ドリフト層６へ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、強電界ドリフト層６は、上述の図４と同様の構成を有している。すなわち、強電界ドリフト層６は、少なくとも、絶縁性基板１１の一表面側（つまり、下部電極１２における表面電極７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間に介在する多数のナノメータオーダのシリコン微結晶６３と、各シリコン微結晶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多数のシリコン酸化膜６４とから構成されると考えられる。なお、各グレイン５１は、下部電極１２の厚み方向に延びている。
【００５８】
したがって、本実施形態の電界放射型電子源１０では、次のようなモデルで電子放出が起こると考えられる。すなわち、表面電極７と下部電極１２との間に表面電極７を高電位側として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コレクタ電極２１と表面電極７との間にコレクタ電極２１を高電位側として直流電圧Ｖｃを印加することにより、直流電圧Ｖpsが所定値（臨界値）に達すると、下部電極１２から強電界ドリフト層６へ熱的励起された電子ｅ−が注入される。一方、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にかかるから、注入された電子ｅ−はシリコン酸化膜６４にかかっている強電界により加速され、強電界ドリフト層６におけるグレイン５１の間の領域を表面に向かって図４中の矢印の向き（図４における上向き）へドリフトし、表面電極７をトンネルし真空中に放出される。しかして、強電界ドリフト層６では下部電極１２から注入された電子がシリコン微結晶６３でほとんど散乱されることなくシリコン酸化膜６４にかかっている電界で加速されてドリフトし、表面電極７を通して放出され、強電界ドリフト層６で発生した熱がグレイン５１を通して放熱されるから、電子放出時にポッピング現象が発生せず、安定して電子を放出することができる。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。また、表面電極７を通して放出される電子線の放出方向が表面電極７の法線方向に揃いやすいので、複雑なシャドウマスクや電子収束レンズを設ける必要がなく、ディスプレイの薄型化を図れるという利点がある。
【００５９】
ところで、本実施形態の電界放射型電子源１０は参考例１にて説明した製造方法に準拠して製造することができる。すなわち、強電界ドリフト層６は、下部電極１２が形成された絶縁性基板１１の上記一表面側の全面にノンドープの多結晶シリコン層を堆積させた後に、当該多結晶シリコン層のうち強電界ドリフト層６に対応した部位を参考例１と同様のナノ結晶化プロセスにて陽極酸化することで複合ナノ結晶層を形成し、複合ナノ結晶層を参考例１と同様の酸化プロセスにて電気化学的に酸化することにより形成することができる。なお、ここでは、強電界ドリフト層６を形成する際のナノ結晶化プロセスおよび酸化プロセスを参考例１と同様にしているが、参考例２あるいは参考例３と同様にしてもよい。
【００６０】
また、図９に示すように、半導体層である多結晶シリコン層３の周部に位置する下部電極１２への電流導入用の配線１２ａの幅を他の下部電極１２への電流導入用の配線１２ａの幅に比べて狭くすることによって陽極酸化時および電気化学酸化時に半導体層の主表面における電流密度を制御するようにすれば、陰極４２の形状を変更することなしに対象領域Ｅでの電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電界放射型電子源１０のエミッション電流Ｉｅの面内ばらつきを小さくすることができる。
【００６１】
ところで、上記各参考例および上記実施形態では、酸化プロセスとして、電気化学的な酸化方法を採用しているが、基板の耐熱温度が比較的高い場合には、酸化プロセスとして、急速加熱法により急速熱酸化する方法を採用してもよい。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１の発明は、陽極酸化の対象となる半導体層の主表面とは反対側の電極を陽極として、電解液中で半導体層の主表面側に対向配置される陰極との間に通電する陽極酸化方法であって、半導体層における対象領域の周部での電流密度が対象領域の他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陽極酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができ、電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるという効果がある。
【００６６】
また、請求項１の発明は、前記電極が複数本であって前記半導体層の主表面とは反対側に互いに平行に列設されており、前記対象領域の周部に重なる電極への電流導入用の配線の幅を他の部分に重なる電極への電流導入用の配線の幅に比べて狭くすることによって前記半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陰極の形状を変更することなしに陽極酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるという効果がある。
【００６７】
請求項２の発明は、電気化学酸化の対象となる半導体層の主表面とは反対側の電極を陽極として、電解液中で半導体層の主表面側に対向配置される陰極との間に通電する電気化学酸化方法であって、半導体層における対象領域の周部での電流密度が対象領域の他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように半導体層の主表面における電流密度を制御するので、電気化学酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができ、電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるという効果がある。
【００７１】
また、請求項２の発明は、前記電極が複数本であって前記半導体層の主表面とは反対側に互いに平行に列設されており、前記対象領域の周部に重なる電極への電流導入用の配線の幅を他の部分に重なる電極への電流導入用の配線の幅に比べて狭くすることによって前記半導体層の主表面における電流密度を制御するので、陰極の形状を変更することなしに電気化学酸化の対象領域での電流密度の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるから、低コストで電子デバイスの特性の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるという効果がある。
【００７２】
請求項３の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源であって、強電界ドリフト層は、請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層が形成され、急速加熱法により絶縁膜が形成されてなるものであり、エミッション電流の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるという効果がある。
【００７３】
請求項４の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源であって、強電界ドリフト層は、請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層が形成され、請求項２記載の電気化学酸化方法により下部電極を陽極として絶縁膜が形成されてなるものであり、エミッション電流の面内ばらつきを従来に比べて小さくすることができるという効果がある。
【００７４】
請求項５の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の製造方法であって、強電界ドリフト層を形成するにあたっては、ナノメータオーダの多数の半導体微結晶を形成するナノ結晶化工程において請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層を形成するので、従来に比べてエミッション電流の面内ばらつきが小さな電界放射型電子源を提供することができるという効果がある。
【００７５】
請求項６の発明は、下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の製造方法であって、強電界ドリフト層を形成するにあたっては、ナノメータオーダの多数の半導体微結晶を形成するナノ結晶化工程において請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層を形成し、結晶層を酸化する酸化工程において請求項２記載の電気化学酸化方法により下部電極を陽極とし絶縁膜を形成するので、従来に比べてエミッション電流の面内ばらつきが小さな電界放射型電子源を提供す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】 （ａ）は参考例１における陽極酸化装置の概略構成図、（ｂ）は陽極酸化装置の要部概略斜視図である。
【図２】 同上における電界放射型電子源の概略断面図である。
【図３】 同上における電界放射型電子源の動作説明図である。
【図４】 同上における電界放射型電子源の動作説明図である。
【図５】 同上における電界放射型電子源の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図６】 （ａ）は参考例２における陽極酸化装置の概略構成図、（ｂ）は陽極酸化装置の要部概略斜視図である。
【図７】 （ａ）は参考例３における陽極酸化装置の概略構成図、（ｂ）は陽極酸化装置の要部概略斜視図である。
【図８】 実施形態における電界放射型電子源の一部破断した斜視図である。
【図９】 同上における電界放射型電子源の製造方法の一例を説明するための主要工程斜視図である。
【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】 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１２】 同上を応用したディスプレイの概略構成図である。
【図１３】 （ａ）は従来例における陽極酸化装置の概略構成図、（ｂ）は陽極酸化装置の要部概略斜視図である。
【図１４】 同上における電界放射型電子源の製造方法の一例を説明するための主要工程斜視図である。
【符号の説明】
４１ 処理槽
４２ 陰極
Ｂ 電解液
Ｃ 被処理物
Ｅ 対象領域
Claims (6)
- 陽極酸化の対象となる半導体層の主表面とは反対側の電極を陽極として、電解液中で半導体層の主表面側に対向配置される陰極との間に通電する陽極酸化方法であって、半導体層における対象領域の周部での電流密度が対象領域の他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように半導体層の主表面における電流密度を制御するようにし、前記電極が複数本であって前記半導体層の主表面とは反対側に互いに平行に列設されており、前記対象領域の周部に重なる電極への電流導入用の配線の幅を他の部分に重なる電極への電流導入用の配線の幅に比べて狭くすることによって前記半導体層の主表面における電流密度を制御することを特徴とする陽極酸化方法。
- 電気化学酸化の対象となる半導体層の主表面とは反対側の電極を陽極として、電解液中で半導体層の主表面側に対向配置される陰極との間に通電する電気化学酸化方法であって、半導体層における対象領域の周部での電流密度が対象領域の他の部分に比べて大きくなるのを抑制するように半導体層の主表面における電流密度を制御するようにし、前記電極が複数本であって前記半導体層の主表面とは反対側に互いに平行に列設されており、前記対象領域の周部に重なる電極への電流導入用の配線の幅を他の部分に重なる電極への電流導入用の配線の幅に比べて狭くすることによって前記半導体層の主表面における電流密度を制御することを特徴とする電気化学酸化方法。
- 下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源であって、強電界ドリフト層は、請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層が形成され、急速加熱法により絶縁膜が形成されてなることを特徴とする電界放射型電子源。
- 下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源であって、強電界ドリフト層は、請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層が形成され、請求項２記載の電気化学酸化方法により下部電極を陽極として絶縁膜が形成されてなることを特徴とする電界放射型電子源。
- 下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の製造方法であって、強電界ドリフト層を形成するにあたっては、ナノメータオーダの多数の半導体微結晶を形成するナノ結晶化工程において請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層を形成することを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
- 下部電極と、下部電極に対向する表面電極と、下部電極と表面電極との間に介在しナノメータオーダの多数の半導体微結晶および各半導体微結晶それぞれの表面に形成され半導体微結晶の結晶粒径よりも小さな膜厚の酸化膜よりなる多数の絶縁膜を有する強電界ドリフト層とを備え、下部電極と表面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加することにより下部電極から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフト し表面電極を通して放出される電界放射型電子源の製造方法であって、強電界ドリフト層を形成するにあたっては、ナノメータオーダの多数の半導体微結晶を形成するナノ結晶化工程において請求項１記載の陽極酸化方法により下部電極を陽極としてナノメータオーダの多数の半導体微結晶を有する結晶層を形成し、結晶層を酸化する酸化工程において請求項２記載の電気化学酸化方法により下部電極を陽極とし絶縁膜を形成することを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
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