JP4679713B2 - 電界放射型電子源の製造方法 - 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の製造方法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スピント（Spint）型電極と呼ばれるものがある。このスピント型電極は、微少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よ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。従って、スピント型電極では、この種の問題の発生を防ぐために、約１０- ５〜１０- ６Ｐａの高真空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】
このような問題点を解決するために、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−絶縁体−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射効率を高めるためには、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薄膜化に制約があるので、電子の放出効率をあまり高くできないという不具合があった。
【０００５】
また、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を形成して、その多孔質半導体層上に金属薄膜を形成し、半導体基板と金属薄膜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が提案されている。しかし、製造プロセスがスピント型電極に比べて容易になるが、基板が半導体基板に限られるので、大面積化やコストダウンが難しいという不具合が生じる。
【０００６】
そこで最近では、特開平１１−３２９２１３号公報に開示されているように、シリコン基板あるいは金属電極等を備えたガラス基板等の導電性基板上にポリシリコン層を形成して、そのポリシリコン層を陽極酸化法を用いて多孔質化し、さらに多孔質ポリシリコン層上に金属薄膜を形成し、導電性基板と金属薄膜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が提案されている。
【０００７】
図１２は、導電性基板上の多孔質ポリシリコンと、その多孔質ポリシリコン層上に金属薄膜を形成した電界放射型電子源の製造方法の模式的断面図である。
【０００８】
まず、n型シリコン基板２３の裏面に蒸着法などによりオーミック電極２４を形成した後、ＬＰＣＶＤ法やアモルファスシリコンの固相成長法などを用いてn型シリコン基板２３の表面に膜厚が約１.５μmのノンドープポリシリコン層２５を形成することにより図１２（ａ）に示すような構造が得られる。
【０００９】
ノンドープポリシリコン層２５を形成した後、５５wt％のフッ化水素水溶液とエタノールとを約１：１で混合した混合液よりなる電解液を用い、光照射をおこないながら、ノンドープポリシリコン層２５を陽極酸化し多孔質ポリシリコン層２６が形成され図１２（b）に示すような構造が得られる。ノンドープポリシリコン層２５の多孔質化は一部でも全部でもよい。
【００１０】
次に、９００℃で１時間程度の急速熱酸化によってポリシリコン層２５および多孔質ポリシリコン層２６を酸化し、続いて蒸着法などにより酸化された多孔質ポリシリコン層２６ａ上に金属薄膜２７を形成し、図１２（ｃ）に示すような電界放射型電子源の構造が得られる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特開平１１−３２９２１３号公報に記載の電界放射型電子源では、９００℃で１時間程度の急速熱酸化を用いるため、大面積化した場合に基板の熱収縮などの問題が生じ、安価な無アルカリガラスの使用が困難になりコストダウンが難しいという不具合が生じる。また、陽極酸化法は湿式であるため大面積化した場合に均一性が悪くなり、部分的に放出電子量が不安定になり、平面発光装置やディスプレイ装置などに応用すると、発光ムラができてしまうという問題が生じる。このため、陽極酸化法を用いずに多孔質ポリシリコン層を形成する必要がある。
【００１２】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、電子を安定して放出できる低コストの電界放射型電子源の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る電界放射型電子源の製造方法は、少なくとも珪素を含む材料ガスを１６００〜２０００℃の温度範囲に加熱した高融点金属に吹き付けて前記高融点金属と前記材料ガスとの反応を利用する化学気相成長法を用いて、結晶化率が８０％以上である多孔質ポリシリコン層を２００℃〜５５０℃の範囲に加熱した導電性基板上に８ｍＴｏｒｒ以上の成膜圧力で直接形成する工程と、前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化する工程と、前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層上に金属薄膜よりなる電極を形成する工程と、を有することを特徴とするものである。
これにより、従来のようにポリシリコン層を形成してから陽極酸化法を用いて多孔質化するという２段階の工程をふまずに、導電性基板上に直接多孔質ポリシリコン層を形成することができ、かつ、低温で多孔質ポリシリコン層を形成でき、さらに、低温で酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を形成でき、導電性基板として単結晶シリコン板等の半導体基板のほかにガラス基板などに導電性膜を形成した基板等を使用することができ、大面積化基板上に低コストで電界放射型電子源を製造できる。また、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができ、より安定して高効率で電子を放出する電界放射型電子源を製造できる。さらに、導電性基板として、ガラス基板やプラスチック基板に導電性膜を形成した基板や、金属基板などを用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。また、多孔質ポリシリコン層を形成する際の高融点金属のシリサイド化、多孔質ポリシリコン層を酸化する際の高融点金属の酸化や高融点金属の蒸発による重金属の混入を防止することができるとともに、６００℃以下の低温で容易に多孔度の高いポリシリコン層を形成することが可能となり、導電性基板としてガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板を用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。
【００１５】
本発明の請求項２に係る電界放射型電子源の製造方法は、請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層は、アモルファスシリコン成分と結晶シリコン成分とが混在した層であり、前記結晶化率は、前記結晶シリコン成分が前記多孔質ポリシリコン層に占める割合とすることを特徴とするものである。
これにより、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができる。
【００２０】
本発明の請求項３に係る電界放射型電子源の製造方法は、請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記高融点金属は、タングステンまたはタンタル、モリブデンであることを特徴とするものである。
これにより、多孔質ポリシリコン層への重金属の混入をラザフォード後方散乱分光法(ＲＢＳ)の検出限界である１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることが可能となる。
【００２２】
本発明の請求項４に係る電界放射型電子源の製造方法は、請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の酸素含有量は０．５％以上であることを特徴とするものである。
これにより、絶縁性が高くなり、多孔質ポリシリコン層上に形成された金属薄膜電極に電圧を印加した際に、多孔質ポリシリコン層に電界が集中し、低電圧で電子を放出する電界放射型電子源を製造できる。
【００２８】
本発明の請求項５に係る電界放射型電子源の製造方法は、少なくとも珪素を含む材料ガスを１６００〜２０００℃の温度範囲に加熱した高融点金属に吹き付けて前記高融点金属と前記材料ガスとの反応を利用する化学気相成長法を用いて、結晶化率が８０％以上である多孔質ポリシリコン層を２００℃〜５５０℃の範囲に加熱した導電性基板上に８ｍＴｏｒｒ以上の成膜圧力で直接形成する工程と、前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化する工程と、前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層上にドットパターン状の絶縁層を形成する工程と、前記ドットパターン状の絶縁層を用いて前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層にエッチングを施すことによりエミッタを形成する工程と、前記エミッタ上にゲート電極とゲート絶縁層とを形成する工程と、前記ドットパターン状の絶縁層より上部を除去して開口部を形成する工程と、を有することを特徴とするものである。
これにより、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を用いてエミッタを形成でき、従来の金属エミッタや単結晶のシリコンエミッタに比べてエミッタ先端に電界が集中しやすく、低電圧でエミッタ先端部分より電子を放射させる電界放射型電子源を製造できるとともに、かつ、低温で多孔質ポリシリコン層を形成でき、さらに、低温で酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を形成でき、導電性基板として単結晶シリコン板等の半導体基板のほかにガラス基板などに導電性膜を形成した基板等を使用することができ、大面積化基板上に低コストで電界放射型電子源を製造できる。また、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができ、より安定して高効率で電子を放出する電界放射型電子源を製造できる。さらに、導電性基板として、ガラス基板やプラスチック基板に導電性膜を形成した基板や、金属基板などを用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。また、多孔質ポリシリコン層を形成する際の高融点金属のシリサイド化、多孔質ポリシリコン層を酸化する際の高融点金属の酸化や高融点金属の蒸発による重金属の混入を防止することができるとともに、６００℃以下の低温で容易に多孔度の高いポリシリコン層を形成することが可能となり、導電性基板としてガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板を用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。
【００３０】
本発明の請求項６に係る電界放射型電子源の製造方法は、請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層は、アモルファスシリコン成分と結晶シリコン成分とが混在した層であり、前記結晶化率は、前記結晶シリコン成分が前記多孔質ポリシリコン層に占める割合とすることを特徴とするものである。
これにより、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができる。
【００３５】
本発明の請求項７に係る電界放射型電子源の製造方法は、請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記高融点金属はタングステンまたはタンタル、モリブデンであることを特徴とするものである。
これにより、多孔質ポリシリコン層への重金属の混入をラザフォード後方散乱分光法(ＲＢＳ)の検出限界である１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることが可能となる。
【００３７】
本発明の請求項８に係る電界放射型電子源の製造方法は、請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の酸素含有量は０．５％以上であることを特徴とするものである。
これにより、絶縁性が高くなり、多孔質ポリシリコン層上に形成された金属薄膜電極に電圧を印加した際に、多孔質ポリシリコン層に電界が集中し、低電圧で電子を放出することが可能となる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下に、本実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、ここで示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずしもこの実施の形態に限定されるものではない。
【００５１】
（実施の形態１）
以下に、実施の形態１に係る電界放射型電子源の製造方法について図面を参照しながら説明する。
本実施の形態１は、本発明の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４に対応するものである。
【００５２】
図１は、本実施の形態１に係る電界放射型電子源の製造工程を示す図である。
なお、導電性基板としてｎ型シリコン基板を用いる。
まず、図１(a)に示すように、ｎ型シリコン基板１の裏面に蒸着法やスパッタリング法などにより金などのオーミック電極２を形成した後、ｎ型シリコン基板１の表面に、高温に加熱した高融点金属に材料ガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いて直接多孔質ポリシリコン層３を約１．５μｍ程度形成する。なお、多孔質ポリシリコン層３の膜厚を約１．５μｍ程度としたが、この膜厚は特に限定するものではない。
【００５３】
多孔質ポリシリコン層３の成膜は、成膜条件は基板温度２００℃〜５５０℃、成膜圧力８ｍTｏｒｒ以上として、１６００〜１８００℃に加熱したタングステン金属に、少なくとも珪素を含むガス、例えば、シランガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法により行い、温度制御されたｎ型シリコン基板１上に輸送して堆積する。このようにして形成された多孔質ポリシリコン層３はアモルファスシリコン成分と結晶シリコン成分とが混在した層であり、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層３を酸化あるいは窒化することが可能である。
【００５４】
ここで、成膜条件について説明する。
まず、基板温度について説明する。
図２は、化学気相成長法を用いて形成した多孔質ポリシリコン層３の結晶化率と基板温度との関係を示す図であり、縦軸は結晶化率を示し、横軸は基板温度を示す。図２に示すように、多孔質ポリシリコン層３は、基板温度が２００℃より低いと結晶化率が急激に減少し、ほとんどアモルファスシリコン成分である層が形成され、基板温度が２００℃以上の場合、結晶化率、つまり、結晶シリコン成分の割合が８０％以上となり、多孔度が高くなる。また、基板温度が５５０℃より高いと結晶化率がほぼ１００％の緻密なポリシリコンが形成され、多孔質ポリシリコン層が形成できない。従って、化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層を形成する場合の基板温度は２００℃〜５５０℃とした。
【００５５】
結晶化率は、例えばラマン分光により測定可能であり、図３に、実際に測定したポリシリコン膜のラマンスペクトルを示す。図３において、縦軸は散乱光の強度を示し、横軸は散乱光の波長（ラマンシフト）を示すものであり、結晶化率は、ラマンスペクトルにおける結晶相のラマンシフト量約５２０ｃｍ-1の強度Ｉ(５２０)とアモルファス層のラマンシフト量約４８０ｃｍ-1の強度Ｉ(４８０)との関係で示され、[Ｉ(５２０)／｛Ｉ(５２０)+ Ｉ(４８０)｝]×１００％で表される。結晶化シリコン成分の割合が８０％以上であれば、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層３を酸化あるいは窒化することができ、より安定して高効率で電子を放出する電界放射型電子源６を製造できる。
【００５６】
図４は、大気中に放置したポリシリコン層の赤外吸収スペクトルを示す図であり、縦軸は吸光度を示し、横軸は波数を示す。図４において、波数１１００ｃｍ-1付近にシリコンと酸素の結合に起因するピークが現れており、ポリシリコン層は多孔質であることがわかる。
【００５７】
次に、成膜圧力について説明する。
図７は成膜圧力と酸素含有量との関係を示す図であり、縦軸は酸素含有量を示し、横軸は成膜圧力を示す。図７に示すように、成膜圧力６ｍTｏｒｒより酸素含有量が急激に増加し、８ｍTｏｒｒ以上で酸素含有量０．６％以上とほぼ飽和傾向を示す。成膜圧力８ｍTｏｒｒ以上の条件下で形成された多孔質ポリシリコン層３は、酸素含有量が０．５％以上であり、何らかの方法により酸化しなくても大気中に放置するだけでポリシリコン層中に酸素が混入し、多孔質になっている。多孔度が高いと、絶縁性が高くなり、電圧を印加した時に電界が集中しやすくなり、電子が放出されやすい。従って、成膜圧力は８ｍTｏｒｒ以上とした。
【００５８】
次に、図１（ｂ）に示すように、１６００〜１８００℃の高温に加熱したタングステンに少なくとも水素ガスと酸素ガスの混合ガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層３を酸化し、酸化された多孔質ポリシリコン４を形成する。
【００５９】
なお、多孔質ポリシリコン層３の酸化は、化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層３の直接酸化により行っているが、自然酸化や他の化学的方法により行ってもよいし、急速熱酸化により行ってもよい。また、酸化のかわりに窒化するようにしてもよく、窒化の場合には、高温に加熱した高融点金属に少なくともアンモニアあるいは窒素を含んだガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いる直接窒化や熱的な窒化などの方法を用いればよい。
【００６０】
ここで、多孔質ポリシリコン層の成膜や該多孔質ポリシリコン層の酸化あるいは窒化に利用した化学気相成長法において使用される高融点金属について説明する。
【００６１】
高融点金属のタングステンの温度が１６００℃以下の場合、シランがタングステン上に堆積したり、材料ガスであるシランガスとタングステンとの反応が生じて得られるポリシリコン層の特性が低下したり、再現性に乏しくなるなど、高融点金属の酸化やシリサイド化といった問題が生じる。また、タングステンの温度が２０００℃以上の場合、タングステンが蒸発し、ポリシリコン層中に取り込まれたりするなど、高融点金属の蒸発による重金属の多孔質ポリシリコン層への混入といった問題が生じる。従って、高融点金属の温度は、１６００℃〜２０００℃とした。
【００６２】
なお、本実施の形態では、高融点金属としてタングステンを用いているが、タンタルあるいはモリブデンであってもよく、多孔質ポリシリコン層への重金属の混入をラザフォード後方散乱分光法(ＲＢＳ)の検出限界である１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることが可能となる。
【００６３】
次に、図１（ｃ）に示すように、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４上に金属薄膜５を蒸着法やスパッタリング法などにより形成され、電界放射型電子源６が得られる。
なお、電界放射型電子源６は金属薄膜５を電極の正極とし、オーミック電極２を負極とするダイオードが構成される。
【００６４】
また、導電性基板としてｎ型シリコン基板１を用いているが、導電性基板は、電界放射型電子源６の負極を構成するとともに真空中において上述の酸化された多孔質ポリシリコン層４を支持するとともに、多孔質ポリシリコン層４に電子を注入するものである。したがって、導電性基板は、電界放射型電子源６の負極を構成し酸化された多孔質ポリシリコン層４を支持することができればよいので、ｎ型シリコン基板に限定されるものではなく、クロムなどの金属であってもよいし、ガラスなどの絶縁性基板の一表面に導電性膜を形成したものであってもよい。ガラス基板の一表面に導電性膜を形成した基板を用いる場合には、半導体基板を用いる場合に比べて、電界放射型電子源の大面積化および低コスト化が可能になる。
【００６５】
また、金属薄膜５は、電界放射型電子源６の正極を構成するものであり、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４に電界を印加するものである。この電界の印加により酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン４の表面に達した電子はトンネル効果によって金属薄膜５の表面から放出される。したがって、導電性基板と金属薄膜５との間に印加する直流電圧によって得られる電子のエネルギーから金属薄膜５の仕事関数を差し引いたエネルギーが放出される電子の理想的なエネルギーとなるので、金属薄膜５の仕事関数は小さいほど望ましい。例えば、金、アルミニウム、クロム、タングステン、ニッケル、白金などを用いる。ここに、金の仕事関数は５．１０ｅＶ、アルミニウムの仕事関数は４．２８ｅＶ、クロムの仕事関数は４．５０ｅＶ、タングステンの仕事関数は４．５５ｅＶ、ニッケルの仕事関数は５．１５ｅＶ、白金の仕事関数は５．６５ｅＶである。
【００６６】
以下に、本発明の電界放射型電子源６の特性について説明する。
電界放射型電子源を図６に示すように、金属薄膜５と対向する位置に対向電極７を配置し、金属薄膜５と対向電極７との間に直流電圧Vpsを印加すると、電界放射型電子源６から金属薄膜５を通して電子ｅ-が放射され、放射された電子ｅ-を金属薄膜５と対向電極７との間に印加するアノード電圧Vaにより引き出し、金属薄膜５と対向電極７との間に流れる放出電流Icを測定した結果を図５に示す。ここで、金属薄膜５はオーミック電極２に対して正極として直流電圧Vpsを印加し、対向電極７は金属薄膜５に対して正極としてアノード電圧Vaを印加している。
【００６７】
図５は電界放射型電子源の電子放出特性を示す図であり、縦軸は放出電流密度を示し、横軸は直流電圧Vpsの値を示し、○は従来の陽極酸化法を用いて形成した多孔質ポリシリコン層を有する電界放射型電子源における電子放出特性、△は化学気相成長法により形成した結晶化率８０％以上の多孔質ポリシリコン層を有する電界放射型電子源における電子放出特性、▲はプラズマ化学気相成長法により形成した結晶化率８０％以上の多孔質ポリシリコン層を有する電界放射型電子源における電子放出特性である。
【００６８】
図５に示すように、従来の電界放射型電子源より、本発明の電界放射型電子源６の方が５Ｖより電子放出が始まり、電流密度が約１桁程度高いことがわかる。このように、多孔質ポリシリコン層の結晶化率が８０％以上の場合、放出電子量を増大させ、低電圧駆動で、効率の良い電界放射型電子源を形成することが可能となる。
【００６９】
このような実施の形態１に係る電界放射型電子源では、高融点金属に材料ガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層３を形成し、化学気相成長法あるいは自然酸化を用いて酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４を形成したので、従来のように緻密なポリシリコン層を形成してから陽極酸化法を用いて多孔質化するという２段階の工程を踏まずに、導電性基板１上に直接多孔質ポリシリコン層３を形成することができ、かつ、６００℃以下の低温で多孔質ポリシリコン層３を形成することができ、さらには、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４を低温で形成することができ、その結果、導電性基板１として単結晶シリコン基板などの半導体基板の他にガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板などを使用することが可能となり、低コストで大面積基板上に、安定して高効率で電子を放出することができる電界放射型電子源を製造できる。
【００７０】
（実施の形態２）
以下に、実施の形態２について図面を参照しながら説明する。
本実施の形態２は、請求項３に対応するものである。
【００７１】
本実施の形態２に係る電界放射型電子源の製造工程について図１を用いて説明する。なお、導電性基板としてｎ型シリコン基板を用いる。
まず、図１（ａ）に示すように、ｎ型シリコン基板１の裏面に蒸着法やスパッタリング法などにより金などのオーミック電極２を形成した後、ｎ型シリコン基板１の表面にプラズマ化学気相成長法を用いて直接多孔質ポリシリコン層３ａを約１．５μｍ程度形成する。なお、多孔質ポリシリコン層３ａの膜厚を約１．５μｍ程度としたが、この膜厚は特に限定されるものではない。
【００７２】
多孔質ポリシリコン層３ａの成膜は、材料ガスに少なくとも珪素を含むガス、例えば、シランガスを用いてプラズマ化学気相成長法を用いて行う。プラズマ化学気相成長法を用いる場合、図示していないが、基板温度が３００℃〜５５０℃の温度範囲で多孔質ポリシリコン層を形成し、成膜圧力は２００ｍTｏｒｒ以上の場合に酸素含有量０．５％以上の高多孔度の多孔質ポリシリコン層を形成する。従って、成膜条件は、基板温度３００℃〜５５０℃、成膜圧力２００ｍTｏｒｒ以上とした。
【００７３】
次に、図１（ｂ）に示すように、１６００〜１８００℃の高温に加熱した高融点金属タングステンに水素ガスと酸素ガスの混合ガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層３ａを直接酸化し、酸化された多孔質ポリシリコン４を形成する。
【００７４】
なお、多孔質ポリシリコン層３ａの酸化は、化学気相成長法を用いて該多孔質ポリシリコン層３ａの直接酸化により行っているが、自然酸化や他の化学的方法により行ってもよいし、急速熱酸化により行ってもよい。また、酸化のかわりに窒化するようにしてもよく、窒化の場合には、高温に加熱した高融点金属に少なくともアンモニアあるいは窒素を含んだガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いる直接窒化や熱的な窒化などの方法を用いればよい。
【００７５】
ここで、化学気相成長法を利用して多孔質ポリシリコン層３ａを酸化あるいは窒化する際に用いた高融点金属について説明する。
高融点金属のタングステンの温度が１６００℃以下の場合、シランがタングステン上に堆積したり、材料ガスであるシランガスとタングステンとの反応が生じて得られるポリシリコン層の特性が低下したり、再現性に乏しくなるなど、高融点金属の酸化やシリサイド化といった問題が生じる。また、タングステンの温度が２０００℃以上の場合、タングステンが蒸発し、ポリシリコン層中に取り込まれたりするなど、高融点金属の蒸発による重金属の多孔質ポリシリコン層への混入といった問題が生じる。従って、高融点金属の温度は、１６００℃〜２０００℃とした。
【００７６】
なお、本実施の形態では、高融点金属としてタングステンを用いているが、タンタルあるいはモリブデンであってもよく、多孔質ポリシリコン層への重金属の混入をラザフォード後方散乱分光法(ＲＢＳ)の検出限界である１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることが可能となる。
【００７７】
次に、図１（ｃ）に示すように、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４上に金属薄膜５を蒸着法やスパッタリング法などにより形成され、電界放射型電子源６が得られる。
なお、電界放射型電子源６は金属薄膜５を電極の正極とし、オーミック電極２を負極とするダイオードが構成される。
【００７８】
また、導電性基板としてｎ型シリコン基板１を用いているが、導電性基板は、電界放射型電子源６の負極を構成するとともに真空中において上述の酸化された多孔質ポリシリコン層４ａを支持するとともに、多孔質ポリシリコン層４ａに電子を注入するものである。したがって、導電性基板は、電界放射型電子源６の負極を構成し酸化された多孔質ポリシリコン層４ａを支持することができればよいので、ｎ型シリコン基板に限定されるものではなく、クロムなどの金属であってもよいし、ガラスなどの絶縁性基板の一表面に導電性膜を形成したものであってもよい。ガラス基板の一表面に導電性膜を形成した基板を用いる場合には、半導体基板を用いる場合に比べて、電子源の大面積化および低コスト化が可能になる。
【００７９】
また、金属薄膜５は、電界放射型電子源６の正極を構成するものであり、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４ａに電界を印加するものである。この電界の印加により酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４ａの表面に達した電子はトンネル効果によって金属薄膜５の表面から放出される。したがって、導電性基板と金属薄膜５との間に印加する直流電圧によって得られる電子のエネルギーから金属薄膜５の仕事関数を差し引いたエネルギーが放出される電子の理想的なエネルギーとなるので、金属薄膜５の仕事関数は小さいほど望ましい。例えば、金、アルミニウム、クロム、タングステン、ニッケル、白金などを用いる。ここに、金の仕事関数は５．１０ｅＶ、アルミニウムの仕事関数は４．２８ｅＶ、クロムの仕事関数は４．５０ｅＶ、タングステンの仕事関数は４．５５ｅＶ、ニッケルの仕事関数は５．１５ｅＶ、白金の仕事関数は５．６５ｅＶである。
【００８０】
このような実施の形態２に係る電界放射型電子源では、プラズマ化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層３ａを形成し、化学気相成長法あるいは自然酸化を用いて酸化あるいは窒化されたポリシリコン層４ａを形成したので、従来のように緻密なポリシリコン層を形成してから陽極酸化法を用いて多孔質化するという２段階の工程を踏まずに、導電性基板１上に直接多孔質ポリシリコン層３ａを形成することができ、かつ、６００℃以下の低温で多孔質ポリシリコン層３ａを形成することができ、さらには、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４ａを低温で形成することができ、その結果、導電性基板１として単結晶シリコン基板などの半導体基板の他にガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板などを使用することが可能となり、低コストで大面積基板上に、安定して高効率で電子を放出することができる電界放射型電子源を製造できる。
【００８１】
（実施の形態３）
以下に、実施の形態３について図面を参照しながら説明する。
本実施の形態３は、請求項５から請求項８に対応するものである。
【００８２】
図８は、本発明の実施の形態３に係る電界放射型電子源の製造方法の工程断面図である。
まず、図８（ａ）に示すように、導電性基板８上に、実施の形態１あるいは実施の形態２に記載の条件により酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４あるいは４ａを形成する。
【００８３】
次に、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４あるいは４ａ上に、図８（ｂ）に示すように、ＰＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法等によりＳｉＯ２などの絶縁層を、たとえば２００ｎｍ程度堆積し、フォトリソ工程により絶縁層９を直径１μｍ程度の円状あるいは多角形状のドットパターン状に形成する。
【００８４】
円状あるいは多角形状のドットパターン状に絶縁層９を形成した後、図８（ｃ）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を施すことにより、多孔質ポリシリコン層４あるいは４ａをエミッタ１０に加工する。エッチングガスとしては、例えばＳＦ６などのハロゲンガスが用いられる。
【００８５】
次に、図８（ｄ）に示すように、蒸着法等によりＳｉＯ２などのゲート絶縁層１１とＮｂ等のゲート電極１２を形成する。ゲート絶縁層１１の膜厚を制御することにより、エミッタ１０の先端部と引出しゲート電極１２の間の距離を容易に変化させ、エミッタ１０の先端部に効率よく電界を集中させることができ、電子放出効率の良好な電界放射型電子源が得られる。
【００８６】
最後に、図８（ｅ）に示すように、リフトオフ法により上記円状あるいは多角形状のドットパターン状の絶縁層９より上部を除去し、開口部を形成する。なお、リフトオフ法によりゲート絶縁層１１とゲート電極１２を除去して開口部を形成しているが、エッチバック法により形成することも可能である。
【００８７】
このような実施の形態３に係る電界放射型電子源では、実施の形態１に記載の条件で、化学気相成長法を利用して多孔質ポリシリコン層３の形成と酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４の形成を行い、該多孔質ポリシリコン層４を用いて電界の集中しやすいエミッタを形成し、あるいは、実施の形態２に記載の条件で、プラズマ化学気相を利用して多孔質ポリシリコン層３aの形成と、化学気相成長法を利用して酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４aの形成を行い、該多孔質ポリシリコン層４aを用いて電界の集中しやすいエミッタを形成するようにしたので、従来の金属エミッタや単結晶のシリコンエミッタに比べてエミッタ先端に電界が集中しやすく、低電圧でエミッタ先端部分より電子を放出させることができる。
【００８８】
（実施の形態４）
以下に、実施の形態４に係る平面発光装置について図面を参照しながら説明する。
図９は、実施の形態１または実施の形態２の電界放射型電子源６を利用した平面発光装置の概略構成図である。なお、図９において、図１と同一または相当する構成要素については同じ符号を用い、その説明を省略する。
【００８９】
本実施の形態の平面発光装置は、電界放射型電子源６と、電界放射型電子源６の金属薄膜５に対向配置される透明電極１３を備え、透明電極１３には電界放射型電子源６から放射される電子線により可視光を発光する蛍光体１４が塗布してある。また、透明電極１３はガラス基板などの透明板１５に塗布形成され、透明電極１３および蛍光体１４が形成された透明板１５はスペーサー１６を介して電界放射型電子源６と一体化しており、透明板１３とスペーサー１６と電界放射型電子源６とで囲まれる内部空間を所定の真空度にしてある。
【００９０】
上記構成の平面発光装置は、電界放射型電子源６に直流電圧Ｖｐｓを印加することにより電界放射型電子源６から電子ｅ-が放射され、放射された電子ｅ-を透明電極１３と金属薄膜５との間に印加するアノード電圧Ｖａにより加速して、蛍光体１４に衝突させることにより発光させ、蛍光体１４の発光を透明電極１３および透明板１５を通して外部に表示する。
【００９１】
このような実施の形態４に係る平面発光装置では、実施の形態１または実施の形態２に記載の電界放射型電子源６と、電界放射型電子源６の金属薄膜５に対向配置される透明電極１３とを備え、電界放射型電子源６より放出される電子線により可視光を発光する蛍光体１４が透明電極１３に設けられてなるものとしたので、電子ｅ-が金属薄膜５の面内の垂直方向へほぼ均一に放射され、これにより従来の平面発光装置に用いられている収束電極を設ける必要がなく、従って、構造が簡単になるとともに低コスト化が可能であるとともに、さらには、電界放射型電子源６から電子ｅ- が放出するときにポッピング現象が発生せず、表示むらを生ずることがない。
【００９２】
（実施の形態５）
以下に、実施の形態５に係るディスプレイ装置について図面を参照しながら説明する。
図１０は、実施の形態１または実施の形態２に記載の電界放射型電子源６をディスプレイ装置に利用する場合の電子源部の概略構成図である。
【００９３】
本実施の形態のディスプレイ装置は、図１０に示すように、電界放射型電子源６をマトリクス状（アレイ状）に構成し、各電界放射型電子源６を各ピクセルに対応させてあり、Ｘマトリクスコントロール回路１７とＹマトリクスコントロール回路１８とで各電界放射型電子源６に印加する直流電圧をそれぞれオンまたはオフする。なお、本実施の形態のディスプレイ装置では、図示はしないが、実施形態４と同様に、電子源部に対向配置される透明電極を備え、透明電極には電界放射型電子源６から放射される電子線により可視光を発光する蛍光体が塗布してある。また、透明電極はガラス基板などの透明板に塗布してある。
【００９４】
上記構成のディスプレイ装置は、Ｘマトリクスコントロール回路１７とＹマトリクスコントロール回路１８とによって直流電圧を印加する電界放射型電子源６を選択し、選択された電界放射型電子源６からのみ電子ｅ‐ が放射される。
【００９５】
電界放射型電子源６から放射された電子ｅ-は、金属薄膜５面内でほぼ均一に金属薄膜５から垂直方向に放射され、ディスプレイ装置は、電界放射型電子源６に対向する蛍光体部分のみを発光させる。
【００９６】
このような実施の形態５に係るディスプレイ装置では、実施の形態１または実施の形態２に記載の電界放射型電子源６をマトリクス状に構成し、各電界放射型電子源６に印加する電圧をそれぞれ制御する手段と、電界放射型電子源６の金属薄膜に対向配置される透明電極とを備え、電界放射型電子源６より放出される電子線により可視光を発光する蛍光体が前記透明電極に設けられてなるものとしたので、電界放射型電子源６から放射される電子の放出角度が金属薄膜の表面に対してほぼ垂直方向となり、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、低コストで高精細なディスプレイ装置を実現することができる。
【００９７】
（実施の形態６）
以下に、実施の形態６に係る固体真空デバイスについて図面を参照しながら説明する。
図１１は、実施の形態１ないし実施の形態３のいずれかに記載の電界放射型電子源を利用した固体真空デバイスの概略構成図である。なお、実施の形態１あるいは実施の形態２と同様の構成要素については同一の符号を付け説明を省略する。
【００９８】
本実施形態の固体真空デバイスは、三極管タイプのものであって、電界放射型電子源６をカソードとし、電界放射型電子源６の金属薄膜５に対向してアノード電極１９を配置し、アノード電極１９とカソードとの間にメッシュ状のグリッド２０を設けてある。また、アノード電極１９、グリッド２０、カソードは封止材１５、１６によって真空封止されており、封止材２１、２２とｎ型シリコン基板１よりなる導電性基板とで真空容器を構成している。なお、実施の形態３の電界放射型電子源を用いる場合は、ゲート電極１２が金属薄膜５に対応し、導電性基板８がｎ型シリコン基板１に対応する。
【００９９】
上記構成の固体真空デバイスは、電界放射型電子源６に直流電圧Ｖｐｓを印加することにより電界放射型電子源６、つまりカソードから電子ｅ- が放射され、アノード電極１９と金属薄膜５との間に印加されるアノード電圧Ｖａにより加速されるので、アノード電極１９とカソードとの間にアノード電流Ｉａが流れる。アノード電流Ｉａの大きさは、グリッド２０を負極としてグリッド２０とオーミック電極２との間に印加する直流電圧Ｖｇの値を変化させて制御する。
なお、三極管タイプの固体真空デバイスについて説明したが、多極管タイプであってもよい。
【０１００】
このような実施の形態６に係る固体真空デバイスでは、実施の形態１ないし実施の形態３のいずれかに記載の電界放射型電子源６と陽極１９とが真空容器中に配設されてなるものとしたので、電界放射型電子源６が冷陰極を構成し、従来の熱電子を利用した熱陰極を有する固体真空デバイスのように加熱手段を設ける必要がなく、小型化が可能であり、また、陰極物質の蒸発や劣化を抑制することができ、長寿命の固体真空デバイスを実現することができる。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、少なくとも珪素を含む材料ガスを１６００〜２０００℃の温度範囲に加熱した高融点金属に吹き付けて前記高融点金属と前記材料ガスとの反応を利用する化学気相成長法を用いて、結晶化率が８０％以上である多孔質ポリシリコン層を２００℃〜５５０℃の範囲に加熱した導電性基板上に８ｍＴｏｒｒ以上の成膜圧力で直接形成する工程と、前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化する工程と、前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層上に金属薄膜よりなる電極を形成する工程と、を有するようにしたので、従来のようにポリシリコン層を形成してから陽極酸化法を用いて多孔質化するという２段階の工程をふまずに、導電性基板上に直接多孔質ポリシリコン層を形成することができ、かつ、低温で多孔質ポリシリコン層を形成でき、さらに、低温で酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を形成でき、導電性基板として単結晶シリコン板等の半導体基板のほかにガラス基板などに導電性膜を形成した基板等を使用することができ、大面積化基板上に低コストで電界放射型電子源を製造できる。また、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができ、より安定して高効率で電子を放出する電界放射型電子源を製造できる。さらに、導電性基板として、ガラス基板やプラスチック基板に導電性膜を形成した基板や、金属基板などを用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。また、多孔質ポリシリコン層を形成する際の高融点金属のシリサイド化、多孔質ポリシリコン層を酸化する際の高融点金属の酸化や高融点金属の蒸発による重金属の混入を防止することができるとともに、６００℃以下の低温で容易に多孔度の高いポリシリコン層を形成することが可能となり、導電性基板としてガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板を用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。
【０１０３】
本発明の請求項２に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層は、アモルファスシリコン成分と結晶シリコン成分とが混在した層であり、前記結晶化率は、前記結晶シリコン成分が前記多孔質ポリシリコン層に占める割合とするようにしたので、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができる。
【０１０８】
本発明の請求項３に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記高融点金属は、タングステンまたはタンタル、モリブデンであるようにしたので、多孔質ポリシリコン層への重金属の混入をラザフォード後方散乱分光法(ＲＢＳ)の検出限界である１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることが可能となる。
【０１１０】
本発明の請求項４に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の酸素含有量は０．５％以上であるようにしたので、絶縁性が高くなり、多孔質ポリシリコン層上に形成された金属薄膜電極に電圧を印加した際に、多孔質ポリシリコン層に電界が集中し、低電圧で電子を放出する電界放射型電子源を製造できる。
【０１１６】
本発明の請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、少なくとも珪素を含む材料ガスを１６００〜２０００℃の温度範囲に加熱した高融点金属に吹き付けて前記高融点金属と前記材料ガスとの反応を利用する化学気相成長法を用いて、結晶化率が８０％以上である多孔質ポリシリコン層を２００℃〜５５０℃の範囲に加熱した導電性基板上に８ｍＴｏｒｒ以上の成膜圧力で直接形成する工程と、前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化する工程と、前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層上にドットパターン状の絶縁層を形成する工程と、前記ドットパターン状の絶縁層を用いて前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層にエッチングを施すことによりエミッタを形成する工程と、前記エミッタ上にゲート電極とゲート絶縁層とを形成する工程と、前記ドットパターン状の絶縁層より上部を除去して開口部を形成する工程と、を有するようにしたので、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を用いてエミッタを形成でき、従来の金属エミッタや単結晶のシリコンエミッタに比べてエミッタ先端に電界が集中しやすく、低電圧でエミッタ先端部分より電子を放射させる電界放射型電子源を製造できるとともに、かつ、低温で多孔質ポリシリコン層を形成でき、さらに、低温で酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を形成でき、導電性基板として単結晶シリコン板等の半導体基板のほかにガラス基板などに導電性膜を形成した基板等を使用することができ、大面積化基板上に低コストで電界放射型電子源を製造できる。また、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができ、より安定して高効率で電子を放出する電界放射型電子源を製造できる。さらに、導電性基板として、ガラス基板やプラスチック基板に導電性膜を形成した基板や、金属基板などを用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。また、多孔質ポリシリコン層を形成する際の高融点金属のシリサイド化、多孔質ポリシリコン層を酸化する際の高融点金属の酸化や高融点金属の蒸発による重金属の混入を防止することができるとともに、６００℃以下の低温で容易に多孔度の高いポリシリコン層を形成することが可能となり、導電性基板としてガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板を用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。
【０１１８】
本発明の請求項６に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層は、アモルファスシリコン成分と結晶シリコン成分とが混在した層であり、前記結晶化率は、前記結晶シリコン成分が前記多孔質ポリシリコン層に占める割合とするようにしたので、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができる。
【０１２３】
本発明の請求項７に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記高融点金属はタングステンまたはタンタル、モリブデンであるようにしたので、多孔質ポリシリコン層への重金属の混入をラザフォード後方散乱分光法(ＲＢＳ)の検出限界である１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることが可能となる。
【０１２５】
本発明の請求項８に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の酸素含有量は０．５％以上であるようにしたので、絶縁性が高くなり、多孔質ポリシリコン層上に形成された金属薄膜電極に電圧を印加した際に、多孔質ポリシリコン層に電界が集中し、低電圧で電子を放出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１及び実施の形態２に係る電界放射型電子源の製造工程を示す図である。
【図２】化学気相成長法を用いて形成されたポリシリコン層の結晶化率の基板温度依存性を示した図である。
【図３】ポリシリコン層のラマンスペクトルである。
【図４】大気中に放置したポリシリコン層の赤外吸収スペクトルである。
【図５】電界放射型電子源の電子放出特性を示す図である。
【図６】電界放射型電子源の電子放出特性を測定するための概略構成図である。
【図７】酸素含有量と成膜圧力との関係を示す図である。
【図８】実施の形態３に係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９】実施の形態４に係る平面発光装置を示す概略構成図である。
【図１０】実施の形態５に係るディスプレイ装置を示す概略構成図である。
【図１１】実施の形態６に係る固体真空デバイスを示す概略構成図である。
【図１２】従来の電界放射型電子源の製造工程断面図である。
【符号の説明】
１，２３．ｎ型シリコン基板
２，２４．オーミック電極
３，３ａ．多孔質ポリシリコン層
４，４ａ．酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層
５，２７．金属薄膜
６．電界放射型電子源
７．対向電極
８．導電性基板
９．絶縁層
１０．エミッタ
１１．ゲート絶縁層
１２．ゲート電極
１３．透明電極
１４．蛍光体
１５．透明板
１６．スペーサー
１７．Ｘマトリクスコントロール回路
１８．Ｙマトリクスコントロール回路
１９．アノード電極
２０．グリッド
２１，２２．封止材
２５．ノンドープポリシリコン層
２６ａ．酸化されたノンドープポリシリコン層
２６．酸化された多孔質ポリシリコン層
２６ａ．酸化された多孔質ポリシリコン層
２７．金属薄膜
【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の製造方法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スピント（Spint）型電極と呼ばれるものがある。このスピント型電極は、微少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よ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。従って、スピント型電極では、この種の問題の発生を防ぐために、約１０- ５〜１０- ６Ｐａの高真空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】
このような問題点を解決するために、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−絶縁体−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射効率を高めるためには、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薄膜化に制約があるので、電子の放出効率をあまり高くできないという不具合があった。
【０００５】
また、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を形成して、その多孔質半導体層上に金属薄膜を形成し、半導体基板と金属薄膜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が提案されている。しかし、製造プロセスがスピント型電極に比べて容易になるが、基板が半導体基板に限られるので、大面積化やコストダウンが難しいという不具合が生じる。
【０００６】
そこで最近では、特開平１１−３２９２１３号公報に開示されているように、シリコン基板あるいは金属電極等を備えたガラス基板等の導電性基板上にポリシリコン層を形成して、そのポリシリコン層を陽極酸化法を用いて多孔質化し、さらに多孔質ポリシリコン層上に金属薄膜を形成し、導電性基板と金属薄膜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が提案されている。
【０００７】
図１２は、導電性基板上の多孔質ポリシリコンと、その多孔質ポリシリコン層上に金属薄膜を形成した電界放射型電子源の製造方法の模式的断面図である。
【０００８】
まず、n型シリコン基板２３の裏面に蒸着法などによりオーミック電極２４を形成した後、ＬＰＣＶＤ法やアモルファスシリコンの固相成長法などを用いてn型シリコン基板２３の表面に膜厚が約１.５μmのノンドープポリシリコン層２５を形成することにより図１２（ａ）に示すような構造が得られる。
【０００９】
ノンドープポリシリコン層２５を形成した後、５５wt％のフッ化水素水溶液とエタノールとを約１：１で混合した混合液よりなる電解液を用い、光照射をおこないながら、ノンドープポリシリコン層２５を陽極酸化し多孔質ポリシリコン層２６が形成され図１２（b）に示すような構造が得られる。ノンドープポリシリコン層２５の多孔質化は一部でも全部でもよい。
【００１０】
次に、９００℃で１時間程度の急速熱酸化によってポリシリコン層２５および多孔質ポリシリコン層２６を酸化し、続いて蒸着法などにより酸化された多孔質ポリシリコン層２６ａ上に金属薄膜２７を形成し、図１２（ｃ）に示すような電界放射型電子源の構造が得られる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特開平１１−３２９２１３号公報に記載の電界放射型電子源では、９００℃で１時間程度の急速熱酸化を用いるため、大面積化した場合に基板の熱収縮などの問題が生じ、安価な無アルカリガラスの使用が困難になりコストダウンが難しいという不具合が生じる。また、陽極酸化法は湿式であるため大面積化した場合に均一性が悪くなり、部分的に放出電子量が不安定になり、平面発光装置やディスプレイ装置などに応用すると、発光ムラができてしまうという問題が生じる。このため、陽極酸化法を用いずに多孔質ポリシリコン層を形成する必要がある。
【００１２】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、電子を安定して放出できる低コストの電界放射型電子源の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る電界放射型電子源の製造方法は、少なくとも珪素を含む材料ガスを１６００〜２０００℃の温度範囲に加熱した高融点金属に吹き付けて前記高融点金属と前記材料ガスとの反応を利用する化学気相成長法を用いて、結晶化率が８０％以上である多孔質ポリシリコン層を２００℃〜５５０℃の範囲に加熱した導電性基板上に８ｍＴｏｒｒ以上の成膜圧力で直接形成する工程と、前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化する工程と、前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層上に金属薄膜よりなる電極を形成する工程と、を有することを特徴とするものである。
これにより、従来のようにポリシリコン層を形成してから陽極酸化法を用いて多孔質化するという２段階の工程をふまずに、導電性基板上に直接多孔質ポリシリコン層を形成することができ、かつ、低温で多孔質ポリシリコン層を形成でき、さらに、低温で酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を形成でき、導電性基板として単結晶シリコン板等の半導体基板のほかにガラス基板などに導電性膜を形成した基板等を使用することができ、大面積化基板上に低コストで電界放射型電子源を製造できる。また、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができ、より安定して高効率で電子を放出する電界放射型電子源を製造できる。さらに、導電性基板として、ガラス基板やプラスチック基板に導電性膜を形成した基板や、金属基板などを用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。また、多孔質ポリシリコン層を形成する際の高融点金属のシリサイド化、多孔質ポリシリコン層を酸化する際の高融点金属の酸化や高融点金属の蒸発による重金属の混入を防止することができるとともに、６００℃以下の低温で容易に多孔度の高いポリシリコン層を形成することが可能となり、導電性基板としてガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板を用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。
【００１５】
本発明の請求項２に係る電界放射型電子源の製造方法は、請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層は、アモルファスシリコン成分と結晶シリコン成分とが混在した層であり、前記結晶化率は、前記結晶シリコン成分が前記多孔質ポリシリコン層に占める割合とすることを特徴とするものである。
これにより、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができる。
【００２０】
本発明の請求項３に係る電界放射型電子源の製造方法は、請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記高融点金属は、タングステンまたはタンタル、モリブデンであることを特徴とするものである。
これにより、多孔質ポリシリコン層への重金属の混入をラザフォード後方散乱分光法(ＲＢＳ)の検出限界である１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることが可能となる。
【００２２】
本発明の請求項４に係る電界放射型電子源の製造方法は、請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の酸素含有量は０．５％以上であることを特徴とするものである。
これにより、絶縁性が高くなり、多孔質ポリシリコン層上に形成された金属薄膜電極に電圧を印加した際に、多孔質ポリシリコン層に電界が集中し、低電圧で電子を放出する電界放射型電子源を製造できる。
【００２８】
本発明の請求項５に係る電界放射型電子源の製造方法は、少なくとも珪素を含む材料ガスを１６００〜２０００℃の温度範囲に加熱した高融点金属に吹き付けて前記高融点金属と前記材料ガスとの反応を利用する化学気相成長法を用いて、結晶化率が８０％以上である多孔質ポリシリコン層を２００℃〜５５０℃の範囲に加熱した導電性基板上に８ｍＴｏｒｒ以上の成膜圧力で直接形成する工程と、前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化する工程と、前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層上にドットパターン状の絶縁層を形成する工程と、前記ドットパターン状の絶縁層を用いて前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層にエッチングを施すことによりエミッタを形成する工程と、前記エミッタ上にゲート電極とゲート絶縁層とを形成する工程と、前記ドットパターン状の絶縁層より上部を除去して開口部を形成する工程と、を有することを特徴とするものである。
これにより、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を用いてエミッタを形成でき、従来の金属エミッタや単結晶のシリコンエミッタに比べてエミッタ先端に電界が集中しやすく、低電圧でエミッタ先端部分より電子を放射させる電界放射型電子源を製造できるとともに、かつ、低温で多孔質ポリシリコン層を形成でき、さらに、低温で酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を形成でき、導電性基板として単結晶シリコン板等の半導体基板のほかにガラス基板などに導電性膜を形成した基板等を使用することができ、大面積化基板上に低コストで電界放射型電子源を製造できる。また、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができ、より安定して高効率で電子を放出する電界放射型電子源を製造できる。さらに、導電性基板として、ガラス基板やプラスチック基板に導電性膜を形成した基板や、金属基板などを用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。また、多孔質ポリシリコン層を形成する際の高融点金属のシリサイド化、多孔質ポリシリコン層を酸化する際の高融点金属の酸化や高融点金属の蒸発による重金属の混入を防止することができるとともに、６００℃以下の低温で容易に多孔度の高いポリシリコン層を形成することが可能となり、導電性基板としてガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板を用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。
【００３０】
本発明の請求項６に係る電界放射型電子源の製造方法は、請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層は、アモルファスシリコン成分と結晶シリコン成分とが混在した層であり、前記結晶化率は、前記結晶シリコン成分が前記多孔質ポリシリコン層に占める割合とすることを特徴とするものである。
これにより、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができる。
【００３５】
本発明の請求項７に係る電界放射型電子源の製造方法は、請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記高融点金属はタングステンまたはタンタル、モリブデンであることを特徴とするものである。
これにより、多孔質ポリシリコン層への重金属の混入をラザフォード後方散乱分光法(ＲＢＳ)の検出限界である１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることが可能となる。
【００３７】
本発明の請求項８に係る電界放射型電子源の製造方法は、請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の酸素含有量は０．５％以上であることを特徴とするものである。
これにより、絶縁性が高くなり、多孔質ポリシリコン層上に形成された金属薄膜電極に電圧を印加した際に、多孔質ポリシリコン層に電界が集中し、低電圧で電子を放出することが可能となる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下に、本実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、ここで示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずしもこの実施の形態に限定されるものではない。
【００５１】
（実施の形態１）
以下に、実施の形態１に係る電界放射型電子源の製造方法について図面を参照しながら説明する。
本実施の形態１は、本発明の請求項１、請求項２、請求項３、請求項４に対応するものである。
【００５２】
図１は、本実施の形態１に係る電界放射型電子源の製造工程を示す図である。
なお、導電性基板としてｎ型シリコン基板を用いる。
まず、図１(a)に示すように、ｎ型シリコン基板１の裏面に蒸着法やスパッタリング法などにより金などのオーミック電極２を形成した後、ｎ型シリコン基板１の表面に、高温に加熱した高融点金属に材料ガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いて直接多孔質ポリシリコン層３を約１．５μｍ程度形成する。なお、多孔質ポリシリコン層３の膜厚を約１．５μｍ程度としたが、この膜厚は特に限定するものではない。
【００５３】
多孔質ポリシリコン層３の成膜は、成膜条件は基板温度２００℃〜５５０℃、成膜圧力８ｍTｏｒｒ以上として、１６００〜１８００℃に加熱したタングステン金属に、少なくとも珪素を含むガス、例えば、シランガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法により行い、温度制御されたｎ型シリコン基板１上に輸送して堆積する。このようにして形成された多孔質ポリシリコン層３はアモルファスシリコン成分と結晶シリコン成分とが混在した層であり、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層３を酸化あるいは窒化することが可能である。
【００５４】
ここで、成膜条件について説明する。
まず、基板温度について説明する。
図２は、化学気相成長法を用いて形成した多孔質ポリシリコン層３の結晶化率と基板温度との関係を示す図であり、縦軸は結晶化率を示し、横軸は基板温度を示す。図２に示すように、多孔質ポリシリコン層３は、基板温度が２００℃より低いと結晶化率が急激に減少し、ほとんどアモルファスシリコン成分である層が形成され、基板温度が２００℃以上の場合、結晶化率、つまり、結晶シリコン成分の割合が８０％以上となり、多孔度が高くなる。また、基板温度が５５０℃より高いと結晶化率がほぼ１００％の緻密なポリシリコンが形成され、多孔質ポリシリコン層が形成できない。従って、化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層を形成する場合の基板温度は２００℃〜５５０℃とした。
【００５５】
結晶化率は、例えばラマン分光により測定可能であり、図３に、実際に測定したポリシリコン膜のラマンスペクトルを示す。図３において、縦軸は散乱光の強度を示し、横軸は散乱光の波長（ラマンシフト）を示すものであり、結晶化率は、ラマンスペクトルにおける結晶相のラマンシフト量約５２０ｃｍ-1の強度Ｉ(５２０)とアモルファス層のラマンシフト量約４８０ｃｍ-1の強度Ｉ(４８０)との関係で示され、[Ｉ(５２０)／｛Ｉ(５２０)+ Ｉ(４８０)｝]×１００％で表される。結晶化シリコン成分の割合が８０％以上であれば、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層３を酸化あるいは窒化することができ、より安定して高効率で電子を放出する電界放射型電子源６を製造できる。
【００５６】
図４は、大気中に放置したポリシリコン層の赤外吸収スペクトルを示す図であり、縦軸は吸光度を示し、横軸は波数を示す。図４において、波数１１００ｃｍ-1付近にシリコンと酸素の結合に起因するピークが現れており、ポリシリコン層は多孔質であることがわかる。
【００５７】
次に、成膜圧力について説明する。
図７は成膜圧力と酸素含有量との関係を示す図であり、縦軸は酸素含有量を示し、横軸は成膜圧力を示す。図７に示すように、成膜圧力６ｍTｏｒｒより酸素含有量が急激に増加し、８ｍTｏｒｒ以上で酸素含有量０．６％以上とほぼ飽和傾向を示す。成膜圧力８ｍTｏｒｒ以上の条件下で形成された多孔質ポリシリコン層３は、酸素含有量が０．５％以上であり、何らかの方法により酸化しなくても大気中に放置するだけでポリシリコン層中に酸素が混入し、多孔質になっている。多孔度が高いと、絶縁性が高くなり、電圧を印加した時に電界が集中しやすくなり、電子が放出されやすい。従って、成膜圧力は８ｍTｏｒｒ以上とした。
【００５８】
次に、図１（ｂ）に示すように、１６００〜１８００℃の高温に加熱したタングステンに少なくとも水素ガスと酸素ガスの混合ガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層３を酸化し、酸化された多孔質ポリシリコン４を形成する。
【００５９】
なお、多孔質ポリシリコン層３の酸化は、化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層３の直接酸化により行っているが、自然酸化や他の化学的方法により行ってもよいし、急速熱酸化により行ってもよい。また、酸化のかわりに窒化するようにしてもよく、窒化の場合には、高温に加熱した高融点金属に少なくともアンモニアあるいは窒素を含んだガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いる直接窒化や熱的な窒化などの方法を用いればよい。
【００６０】
ここで、多孔質ポリシリコン層の成膜や該多孔質ポリシリコン層の酸化あるいは窒化に利用した化学気相成長法において使用される高融点金属について説明する。
【００６１】
高融点金属のタングステンの温度が１６００℃以下の場合、シランがタングステン上に堆積したり、材料ガスであるシランガスとタングステンとの反応が生じて得られるポリシリコン層の特性が低下したり、再現性に乏しくなるなど、高融点金属の酸化やシリサイド化といった問題が生じる。また、タングステンの温度が２０００℃以上の場合、タングステンが蒸発し、ポリシリコン層中に取り込まれたりするなど、高融点金属の蒸発による重金属の多孔質ポリシリコン層への混入といった問題が生じる。従って、高融点金属の温度は、１６００℃〜２０００℃とした。
【００６２】
なお、本実施の形態では、高融点金属としてタングステンを用いているが、タンタルあるいはモリブデンであってもよく、多孔質ポリシリコン層への重金属の混入をラザフォード後方散乱分光法(ＲＢＳ)の検出限界である１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることが可能となる。
【００６３】
次に、図１（ｃ）に示すように、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４上に金属薄膜５を蒸着法やスパッタリング法などにより形成され、電界放射型電子源６が得られる。
なお、電界放射型電子源６は金属薄膜５を電極の正極とし、オーミック電極２を負極とするダイオードが構成される。
【００６４】
また、導電性基板としてｎ型シリコン基板１を用いているが、導電性基板は、電界放射型電子源６の負極を構成するとともに真空中において上述の酸化された多孔質ポリシリコン層４を支持するとともに、多孔質ポリシリコン層４に電子を注入するものである。したがって、導電性基板は、電界放射型電子源６の負極を構成し酸化された多孔質ポリシリコン層４を支持することができればよいので、ｎ型シリコン基板に限定されるものではなく、クロムなどの金属であってもよいし、ガラスなどの絶縁性基板の一表面に導電性膜を形成したものであってもよい。ガラス基板の一表面に導電性膜を形成した基板を用いる場合には、半導体基板を用いる場合に比べて、電界放射型電子源の大面積化および低コスト化が可能になる。
【００６５】
また、金属薄膜５は、電界放射型電子源６の正極を構成するものであり、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４に電界を印加するものである。この電界の印加により酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン４の表面に達した電子はトンネル効果によって金属薄膜５の表面から放出される。したがって、導電性基板と金属薄膜５との間に印加する直流電圧によって得られる電子のエネルギーから金属薄膜５の仕事関数を差し引いたエネルギーが放出される電子の理想的なエネルギーとなるので、金属薄膜５の仕事関数は小さいほど望ましい。例えば、金、アルミニウム、クロム、タングステン、ニッケル、白金などを用いる。ここに、金の仕事関数は５．１０ｅＶ、アルミニウムの仕事関数は４．２８ｅＶ、クロムの仕事関数は４．５０ｅＶ、タングステンの仕事関数は４．５５ｅＶ、ニッケルの仕事関数は５．１５ｅＶ、白金の仕事関数は５．６５ｅＶである。
【００６６】
以下に、本発明の電界放射型電子源６の特性について説明する。
電界放射型電子源を図６に示すように、金属薄膜５と対向する位置に対向電極７を配置し、金属薄膜５と対向電極７との間に直流電圧Vpsを印加すると、電界放射型電子源６から金属薄膜５を通して電子ｅ-が放射され、放射された電子ｅ-を金属薄膜５と対向電極７との間に印加するアノード電圧Vaにより引き出し、金属薄膜５と対向電極７との間に流れる放出電流Icを測定した結果を図５に示す。ここで、金属薄膜５はオーミック電極２に対して正極として直流電圧Vpsを印加し、対向電極７は金属薄膜５に対して正極としてアノード電圧Vaを印加している。
【００６７】
図５は電界放射型電子源の電子放出特性を示す図であり、縦軸は放出電流密度を示し、横軸は直流電圧Vpsの値を示し、○は従来の陽極酸化法を用いて形成した多孔質ポリシリコン層を有する電界放射型電子源における電子放出特性、△は化学気相成長法により形成した結晶化率８０％以上の多孔質ポリシリコン層を有する電界放射型電子源における電子放出特性、▲はプラズマ化学気相成長法により形成した結晶化率８０％以上の多孔質ポリシリコン層を有する電界放射型電子源における電子放出特性である。
【００６８】
図５に示すように、従来の電界放射型電子源より、本発明の電界放射型電子源６の方が５Ｖより電子放出が始まり、電流密度が約１桁程度高いことがわかる。このように、多孔質ポリシリコン層の結晶化率が８０％以上の場合、放出電子量を増大させ、低電圧駆動で、効率の良い電界放射型電子源を形成することが可能となる。
【００６９】
このような実施の形態１に係る電界放射型電子源では、高融点金属に材料ガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層３を形成し、化学気相成長法あるいは自然酸化を用いて酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４を形成したので、従来のように緻密なポリシリコン層を形成してから陽極酸化法を用いて多孔質化するという２段階の工程を踏まずに、導電性基板１上に直接多孔質ポリシリコン層３を形成することができ、かつ、６００℃以下の低温で多孔質ポリシリコン層３を形成することができ、さらには、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４を低温で形成することができ、その結果、導電性基板１として単結晶シリコン基板などの半導体基板の他にガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板などを使用することが可能となり、低コストで大面積基板上に、安定して高効率で電子を放出することができる電界放射型電子源を製造できる。
【００７０】
（実施の形態２）
以下に、実施の形態２について図面を参照しながら説明する。
本実施の形態２は、請求項３に対応するものである。
【００７１】
本実施の形態２に係る電界放射型電子源の製造工程について図１を用いて説明する。なお、導電性基板としてｎ型シリコン基板を用いる。
まず、図１（ａ）に示すように、ｎ型シリコン基板１の裏面に蒸着法やスパッタリング法などにより金などのオーミック電極２を形成した後、ｎ型シリコン基板１の表面にプラズマ化学気相成長法を用いて直接多孔質ポリシリコン層３ａを約１．５μｍ程度形成する。なお、多孔質ポリシリコン層３ａの膜厚を約１．５μｍ程度としたが、この膜厚は特に限定されるものではない。
【００７２】
多孔質ポリシリコン層３ａの成膜は、材料ガスに少なくとも珪素を含むガス、例えば、シランガスを用いてプラズマ化学気相成長法を用いて行う。プラズマ化学気相成長法を用いる場合、図示していないが、基板温度が３００℃〜５５０℃の温度範囲で多孔質ポリシリコン層を形成し、成膜圧力は２００ｍTｏｒｒ以上の場合に酸素含有量０．５％以上の高多孔度の多孔質ポリシリコン層を形成する。従って、成膜条件は、基板温度３００℃〜５５０℃、成膜圧力２００ｍTｏｒｒ以上とした。
【００７３】
次に、図１（ｂ）に示すように、１６００〜１８００℃の高温に加熱した高融点金属タングステンに水素ガスと酸素ガスの混合ガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層３ａを直接酸化し、酸化された多孔質ポリシリコン４を形成する。
【００７４】
なお、多孔質ポリシリコン層３ａの酸化は、化学気相成長法を用いて該多孔質ポリシリコン層３ａの直接酸化により行っているが、自然酸化や他の化学的方法により行ってもよいし、急速熱酸化により行ってもよい。また、酸化のかわりに窒化するようにしてもよく、窒化の場合には、高温に加熱した高融点金属に少なくともアンモニアあるいは窒素を含んだガスを吹き付けることを利用した化学気相成長法を用いる直接窒化や熱的な窒化などの方法を用いればよい。
【００７５】
ここで、化学気相成長法を利用して多孔質ポリシリコン層３ａを酸化あるいは窒化する際に用いた高融点金属について説明する。
高融点金属のタングステンの温度が１６００℃以下の場合、シランがタングステン上に堆積したり、材料ガスであるシランガスとタングステンとの反応が生じて得られるポリシリコン層の特性が低下したり、再現性に乏しくなるなど、高融点金属の酸化やシリサイド化といった問題が生じる。また、タングステンの温度が２０００℃以上の場合、タングステンが蒸発し、ポリシリコン層中に取り込まれたりするなど、高融点金属の蒸発による重金属の多孔質ポリシリコン層への混入といった問題が生じる。従って、高融点金属の温度は、１６００℃〜２０００℃とした。
【００７６】
なお、本実施の形態では、高融点金属としてタングステンを用いているが、タンタルあるいはモリブデンであってもよく、多孔質ポリシリコン層への重金属の混入をラザフォード後方散乱分光法(ＲＢＳ)の検出限界である１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることが可能となる。
【００７７】
次に、図１（ｃ）に示すように、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４上に金属薄膜５を蒸着法やスパッタリング法などにより形成され、電界放射型電子源６が得られる。
なお、電界放射型電子源６は金属薄膜５を電極の正極とし、オーミック電極２を負極とするダイオードが構成される。
【００７８】
また、導電性基板としてｎ型シリコン基板１を用いているが、導電性基板は、電界放射型電子源６の負極を構成するとともに真空中において上述の酸化された多孔質ポリシリコン層４ａを支持するとともに、多孔質ポリシリコン層４ａに電子を注入するものである。したがって、導電性基板は、電界放射型電子源６の負極を構成し酸化された多孔質ポリシリコン層４ａを支持することができればよいので、ｎ型シリコン基板に限定されるものではなく、クロムなどの金属であってもよいし、ガラスなどの絶縁性基板の一表面に導電性膜を形成したものであってもよい。ガラス基板の一表面に導電性膜を形成した基板を用いる場合には、半導体基板を用いる場合に比べて、電子源の大面積化および低コスト化が可能になる。
【００７９】
また、金属薄膜５は、電界放射型電子源６の正極を構成するものであり、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４ａに電界を印加するものである。この電界の印加により酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４ａの表面に達した電子はトンネル効果によって金属薄膜５の表面から放出される。したがって、導電性基板と金属薄膜５との間に印加する直流電圧によって得られる電子のエネルギーから金属薄膜５の仕事関数を差し引いたエネルギーが放出される電子の理想的なエネルギーとなるので、金属薄膜５の仕事関数は小さいほど望ましい。例えば、金、アルミニウム、クロム、タングステン、ニッケル、白金などを用いる。ここに、金の仕事関数は５．１０ｅＶ、アルミニウムの仕事関数は４．２８ｅＶ、クロムの仕事関数は４．５０ｅＶ、タングステンの仕事関数は４．５５ｅＶ、ニッケルの仕事関数は５．１５ｅＶ、白金の仕事関数は５．６５ｅＶである。
【００８０】
このような実施の形態２に係る電界放射型電子源では、プラズマ化学気相成長法を用いて多孔質ポリシリコン層３ａを形成し、化学気相成長法あるいは自然酸化を用いて酸化あるいは窒化されたポリシリコン層４ａを形成したので、従来のように緻密なポリシリコン層を形成してから陽極酸化法を用いて多孔質化するという２段階の工程を踏まずに、導電性基板１上に直接多孔質ポリシリコン層３ａを形成することができ、かつ、６００℃以下の低温で多孔質ポリシリコン層３ａを形成することができ、さらには、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４ａを低温で形成することができ、その結果、導電性基板１として単結晶シリコン基板などの半導体基板の他にガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板などを使用することが可能となり、低コストで大面積基板上に、安定して高効率で電子を放出することができる電界放射型電子源を製造できる。
【００８１】
（実施の形態３）
以下に、実施の形態３について図面を参照しながら説明する。
本実施の形態３は、請求項５から請求項８に対応するものである。
【００８２】
図８は、本発明の実施の形態３に係る電界放射型電子源の製造方法の工程断面図である。
まず、図８（ａ）に示すように、導電性基板８上に、実施の形態１あるいは実施の形態２に記載の条件により酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４あるいは４ａを形成する。
【００８３】
次に、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４あるいは４ａ上に、図８（ｂ）に示すように、ＰＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法等によりＳｉＯ２などの絶縁層を、たとえば２００ｎｍ程度堆積し、フォトリソ工程により絶縁層９を直径１μｍ程度の円状あるいは多角形状のドットパターン状に形成する。
【００８４】
円状あるいは多角形状のドットパターン状に絶縁層９を形成した後、図８（ｃ）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を施すことにより、多孔質ポリシリコン層４あるいは４ａをエミッタ１０に加工する。エッチングガスとしては、例えばＳＦ６などのハロゲンガスが用いられる。
【００８５】
次に、図８（ｄ）に示すように、蒸着法等によりＳｉＯ２などのゲート絶縁層１１とＮｂ等のゲート電極１２を形成する。ゲート絶縁層１１の膜厚を制御することにより、エミッタ１０の先端部と引出しゲート電極１２の間の距離を容易に変化させ、エミッタ１０の先端部に効率よく電界を集中させることができ、電子放出効率の良好な電界放射型電子源が得られる。
【００８６】
最後に、図８（ｅ）に示すように、リフトオフ法により上記円状あるいは多角形状のドットパターン状の絶縁層９より上部を除去し、開口部を形成する。なお、リフトオフ法によりゲート絶縁層１１とゲート電極１２を除去して開口部を形成しているが、エッチバック法により形成することも可能である。
【００８７】
このような実施の形態３に係る電界放射型電子源では、実施の形態１に記載の条件で、化学気相成長法を利用して多孔質ポリシリコン層３の形成と酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４の形成を行い、該多孔質ポリシリコン層４を用いて電界の集中しやすいエミッタを形成し、あるいは、実施の形態２に記載の条件で、プラズマ化学気相を利用して多孔質ポリシリコン層３aの形成と、化学気相成長法を利用して酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層４aの形成を行い、該多孔質ポリシリコン層４aを用いて電界の集中しやすいエミッタを形成するようにしたので、従来の金属エミッタや単結晶のシリコンエミッタに比べてエミッタ先端に電界が集中しやすく、低電圧でエミッタ先端部分より電子を放出させることができる。
【００８８】
（実施の形態４）
以下に、実施の形態４に係る平面発光装置について図面を参照しながら説明する。
図９は、実施の形態１または実施の形態２の電界放射型電子源６を利用した平面発光装置の概略構成図である。なお、図９において、図１と同一または相当する構成要素については同じ符号を用い、その説明を省略する。
【００８９】
本実施の形態の平面発光装置は、電界放射型電子源６と、電界放射型電子源６の金属薄膜５に対向配置される透明電極１３を備え、透明電極１３には電界放射型電子源６から放射される電子線により可視光を発光する蛍光体１４が塗布してある。また、透明電極１３はガラス基板などの透明板１５に塗布形成され、透明電極１３および蛍光体１４が形成された透明板１５はスペーサー１６を介して電界放射型電子源６と一体化しており、透明板１３とスペーサー１６と電界放射型電子源６とで囲まれる内部空間を所定の真空度にしてある。
【００９０】
上記構成の平面発光装置は、電界放射型電子源６に直流電圧Ｖｐｓを印加することにより電界放射型電子源６から電子ｅ-が放射され、放射された電子ｅ-を透明電極１３と金属薄膜５との間に印加するアノード電圧Ｖａにより加速して、蛍光体１４に衝突させることにより発光させ、蛍光体１４の発光を透明電極１３および透明板１５を通して外部に表示する。
【００９１】
このような実施の形態４に係る平面発光装置では、実施の形態１または実施の形態２に記載の電界放射型電子源６と、電界放射型電子源６の金属薄膜５に対向配置される透明電極１３とを備え、電界放射型電子源６より放出される電子線により可視光を発光する蛍光体１４が透明電極１３に設けられてなるものとしたので、電子ｅ-が金属薄膜５の面内の垂直方向へほぼ均一に放射され、これにより従来の平面発光装置に用いられている収束電極を設ける必要がなく、従って、構造が簡単になるとともに低コスト化が可能であるとともに、さらには、電界放射型電子源６から電子ｅ- が放出するときにポッピング現象が発生せず、表示むらを生ずることがない。
【００９２】
（実施の形態５）
以下に、実施の形態５に係るディスプレイ装置について図面を参照しながら説明する。
図１０は、実施の形態１または実施の形態２に記載の電界放射型電子源６をディスプレイ装置に利用する場合の電子源部の概略構成図である。
【００９３】
本実施の形態のディスプレイ装置は、図１０に示すように、電界放射型電子源６をマトリクス状（アレイ状）に構成し、各電界放射型電子源６を各ピクセルに対応させてあり、Ｘマトリクスコントロール回路１７とＹマトリクスコントロール回路１８とで各電界放射型電子源６に印加する直流電圧をそれぞれオンまたはオフする。なお、本実施の形態のディスプレイ装置では、図示はしないが、実施形態４と同様に、電子源部に対向配置される透明電極を備え、透明電極には電界放射型電子源６から放射される電子線により可視光を発光する蛍光体が塗布してある。また、透明電極はガラス基板などの透明板に塗布してある。
【００９４】
上記構成のディスプレイ装置は、Ｘマトリクスコントロール回路１７とＹマトリクスコントロール回路１８とによって直流電圧を印加する電界放射型電子源６を選択し、選択された電界放射型電子源６からのみ電子ｅ‐ が放射される。
【００９５】
電界放射型電子源６から放射された電子ｅ-は、金属薄膜５面内でほぼ均一に金属薄膜５から垂直方向に放射され、ディスプレイ装置は、電界放射型電子源６に対向する蛍光体部分のみを発光させる。
【００９６】
このような実施の形態５に係るディスプレイ装置では、実施の形態１または実施の形態２に記載の電界放射型電子源６をマトリクス状に構成し、各電界放射型電子源６に印加する電圧をそれぞれ制御する手段と、電界放射型電子源６の金属薄膜に対向配置される透明電極とを備え、電界放射型電子源６より放出される電子線により可視光を発光する蛍光体が前記透明電極に設けられてなるものとしたので、電界放射型電子源６から放射される電子の放出角度が金属薄膜の表面に対してほぼ垂直方向となり、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、低コストで高精細なディスプレイ装置を実現することができる。
【００９７】
（実施の形態６）
以下に、実施の形態６に係る固体真空デバイスについて図面を参照しながら説明する。
図１１は、実施の形態１ないし実施の形態３のいずれかに記載の電界放射型電子源を利用した固体真空デバイスの概略構成図である。なお、実施の形態１あるいは実施の形態２と同様の構成要素については同一の符号を付け説明を省略する。
【００９８】
本実施形態の固体真空デバイスは、三極管タイプのものであって、電界放射型電子源６をカソードとし、電界放射型電子源６の金属薄膜５に対向してアノード電極１９を配置し、アノード電極１９とカソードとの間にメッシュ状のグリッド２０を設けてある。また、アノード電極１９、グリッド２０、カソードは封止材１５、１６によって真空封止されており、封止材２１、２２とｎ型シリコン基板１よりなる導電性基板とで真空容器を構成している。なお、実施の形態３の電界放射型電子源を用いる場合は、ゲート電極１２が金属薄膜５に対応し、導電性基板８がｎ型シリコン基板１に対応する。
【００９９】
上記構成の固体真空デバイスは、電界放射型電子源６に直流電圧Ｖｐｓを印加することにより電界放射型電子源６、つまりカソードから電子ｅ- が放射され、アノード電極１９と金属薄膜５との間に印加されるアノード電圧Ｖａにより加速されるので、アノード電極１９とカソードとの間にアノード電流Ｉａが流れる。アノード電流Ｉａの大きさは、グリッド２０を負極としてグリッド２０とオーミック電極２との間に印加する直流電圧Ｖｇの値を変化させて制御する。
なお、三極管タイプの固体真空デバイスについて説明したが、多極管タイプであってもよい。
【０１００】
このような実施の形態６に係る固体真空デバイスでは、実施の形態１ないし実施の形態３のいずれかに記載の電界放射型電子源６と陽極１９とが真空容器中に配設されてなるものとしたので、電界放射型電子源６が冷陰極を構成し、従来の熱電子を利用した熱陰極を有する固体真空デバイスのように加熱手段を設ける必要がなく、小型化が可能であり、また、陰極物質の蒸発や劣化を抑制することができ、長寿命の固体真空デバイスを実現することができる。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、少なくとも珪素を含む材料ガスを１６００〜２０００℃の温度範囲に加熱した高融点金属に吹き付けて前記高融点金属と前記材料ガスとの反応を利用する化学気相成長法を用いて、結晶化率が８０％以上である多孔質ポリシリコン層を２００℃〜５５０℃の範囲に加熱した導電性基板上に８ｍＴｏｒｒ以上の成膜圧力で直接形成する工程と、前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化する工程と、前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層上に金属薄膜よりなる電極を形成する工程と、を有するようにしたので、従来のようにポリシリコン層を形成してから陽極酸化法を用いて多孔質化するという２段階の工程をふまずに、導電性基板上に直接多孔質ポリシリコン層を形成することができ、かつ、低温で多孔質ポリシリコン層を形成でき、さらに、低温で酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を形成でき、導電性基板として単結晶シリコン板等の半導体基板のほかにガラス基板などに導電性膜を形成した基板等を使用することができ、大面積化基板上に低コストで電界放射型電子源を製造できる。また、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができ、より安定して高効率で電子を放出する電界放射型電子源を製造できる。さらに、導電性基板として、ガラス基板やプラスチック基板に導電性膜を形成した基板や、金属基板などを用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。また、多孔質ポリシリコン層を形成する際の高融点金属のシリサイド化、多孔質ポリシリコン層を酸化する際の高融点金属の酸化や高融点金属の蒸発による重金属の混入を防止することができるとともに、６００℃以下の低温で容易に多孔度の高いポリシリコン層を形成することが可能となり、導電性基板としてガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板を用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。
【０１０３】
本発明の請求項２に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層は、アモルファスシリコン成分と結晶シリコン成分とが混在した層であり、前記結晶化率は、前記結晶シリコン成分が前記多孔質ポリシリコン層に占める割合とするようにしたので、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができる。
【０１０８】
本発明の請求項３に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記高融点金属は、タングステンまたはタンタル、モリブデンであるようにしたので、多孔質ポリシリコン層への重金属の混入をラザフォード後方散乱分光法(ＲＢＳ)の検出限界である１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることが可能となる。
【０１１０】
本発明の請求項４に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の酸素含有量は０．５％以上であるようにしたので、絶縁性が高くなり、多孔質ポリシリコン層上に形成された金属薄膜電極に電圧を印加した際に、多孔質ポリシリコン層に電界が集中し、低電圧で電子を放出する電界放射型電子源を製造できる。
【０１１６】
本発明の請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、少なくとも珪素を含む材料ガスを１６００〜２０００℃の温度範囲に加熱した高融点金属に吹き付けて前記高融点金属と前記材料ガスとの反応を利用する化学気相成長法を用いて、結晶化率が８０％以上である多孔質ポリシリコン層を２００℃〜５５０℃の範囲に加熱した導電性基板上に８ｍＴｏｒｒ以上の成膜圧力で直接形成する工程と、前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化する工程と、前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層上にドットパターン状の絶縁層を形成する工程と、前記ドットパターン状の絶縁層を用いて前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層にエッチングを施すことによりエミッタを形成する工程と、前記エミッタ上にゲート電極とゲート絶縁層とを形成する工程と、前記ドットパターン状の絶縁層より上部を除去して開口部を形成する工程と、を有するようにしたので、酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を用いてエミッタを形成でき、従来の金属エミッタや単結晶のシリコンエミッタに比べてエミッタ先端に電界が集中しやすく、低電圧でエミッタ先端部分より電子を放射させる電界放射型電子源を製造できるとともに、かつ、低温で多孔質ポリシリコン層を形成でき、さらに、低温で酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層を形成でき、導電性基板として単結晶シリコン板等の半導体基板のほかにガラス基板などに導電性膜を形成した基板等を使用することができ、大面積化基板上に低コストで電界放射型電子源を製造できる。また、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができ、より安定して高効率で電子を放出する電界放射型電子源を製造できる。さらに、導電性基板として、ガラス基板やプラスチック基板に導電性膜を形成した基板や、金属基板などを用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。また、多孔質ポリシリコン層を形成する際の高融点金属のシリサイド化、多孔質ポリシリコン層を酸化する際の高融点金属の酸化や高融点金属の蒸発による重金属の混入を防止することができるとともに、６００℃以下の低温で容易に多孔度の高いポリシリコン層を形成することが可能となり、導電性基板としてガラス基板などに導電性膜を形成した基板や金属基板を用いることができ、低コストで大面積基板上に電界放射型電子源を製造できる。
【０１１８】
本発明の請求項６に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層は、アモルファスシリコン成分と結晶シリコン成分とが混在した層であり、前記結晶化率は、前記結晶シリコン成分が前記多孔質ポリシリコン層に占める割合とするようにしたので、アモルファスシリコン成分が酸化あるいは窒化する際の構造緩和層としての役割を果たし、容易に多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化することができる。
【０１２３】
本発明の請求項７に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記高融点金属はタングステンまたはタンタル、モリブデンであるようにしたので、多孔質ポリシリコン層への重金属の混入をラザフォード後方散乱分光法(ＲＢＳ)の検出限界である１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることが可能となる。
【０１２５】
本発明の請求項８に記載の電界放射型電子源の製造方法によれば、請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法において、前記多孔質ポリシリコン層の酸素含有量は０．５％以上であるようにしたので、絶縁性が高くなり、多孔質ポリシリコン層上に形成された金属薄膜電極に電圧を印加した際に、多孔質ポリシリコン層に電界が集中し、低電圧で電子を放出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１及び実施の形態２に係る電界放射型電子源の製造工程を示す図である。
【図２】化学気相成長法を用いて形成されたポリシリコン層の結晶化率の基板温度依存性を示した図である。
【図３】ポリシリコン層のラマンスペクトルである。
【図４】大気中に放置したポリシリコン層の赤外吸収スペクトルである。
【図５】電界放射型電子源の電子放出特性を示す図である。
【図６】電界放射型電子源の電子放出特性を測定するための概略構成図である。
【図７】酸素含有量と成膜圧力との関係を示す図である。
【図８】実施の形態３に係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９】実施の形態４に係る平面発光装置を示す概略構成図である。
【図１０】実施の形態５に係るディスプレイ装置を示す概略構成図である。
【図１１】実施の形態６に係る固体真空デバイスを示す概略構成図である。
【図１２】従来の電界放射型電子源の製造工程断面図である。
【符号の説明】
１，２３．ｎ型シリコン基板
２，２４．オーミック電極
３，３ａ．多孔質ポリシリコン層
４，４ａ．酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層
５，２７．金属薄膜
６．電界放射型電子源
７．対向電極
８．導電性基板
９．絶縁層
１０．エミッタ
１１．ゲート絶縁層
１２．ゲート電極
１３．透明電極
１４．蛍光体
１５．透明板
１６．スペーサー
１７．Ｘマトリクスコントロール回路
１８．Ｙマトリクスコントロール回路
１９．アノード電極
２０．グリッド
２１，２２．封止材
２５．ノンドープポリシリコン層
２６ａ．酸化されたノンドープポリシリコン層
２６．酸化された多孔質ポリシリコン層
２６ａ．酸化された多孔質ポリシリコン層
２７．金属薄膜
Claims (8)
- 少なくとも珪素を含む材料ガスを１６００〜２０００℃の温度範囲に加熱した高融点金属に吹き付けて前記高融点金属と前記材料ガスとの反応を利用する化学気相成長法を用いて、結晶化率が８０％以上である多孔質ポリシリコン層を２００℃〜５５０℃の範囲に加熱した導電性基板上に８ｍＴｏｒｒ以上の成膜圧力で直接形成する工程と、
前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化する工程と、
前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層上に金属薄膜よりなる電極を形成する工程と、を有する、
ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。 - 請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法において、
前記多孔質ポリシリコン層は、アモルファスシリコン成分と結晶シリコン成分とが混在した層であり、
前記結晶化率は、前記結晶シリコン成分が前記多孔質ポリシリコン層に占める割合とする、
ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。 - 請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法において、
前記高融点金属は、タングステンまたはタンタル、モリブデンである、
ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。 - 請求項１に記載の電界放射型電子源の製造方法において、
前記多孔質ポリシリコン層の酸素含有量は０．５％以上である、
ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。 - 少なくとも珪素を含む材料ガスを１６００〜２０００℃の温度範囲に加熱した高融点金属に吹き付けて前記高融点金属と前記材料ガスとの反応を利用する化学気相成長法を用いて、結晶化率が８０％以上である多孔質ポリシリコン層を２００℃〜５５０℃の範囲に加熱した導電性基板上に８ｍＴｏｒｒ以上の成膜圧力で直接形成する工程と、
前記多孔質ポリシリコン層を酸化あるいは窒化する工程と、
前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層上にドットパターン状の絶縁層を形成する工程と、
前記ドットパターン状の絶縁層を用いて前記酸化あるいは窒化された多孔質ポリシリコン層にエッチングを施すことによりエミッタを形成する工程と、
前記エミッタ上にゲート電極とゲート絶縁層とを形成する工程と、
前記ドットパターン状の絶縁層より上部を除去して開口部を形成する工程と、を有する、
ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。 - 請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法において、
前記多孔質ポリシリコン層は、アモルファスシリコン成分と結晶シリコン成分とが混在した層であり、
前記結晶化率は、前記結晶シリコン成分が前記多孔質ポリシリコン層に占める割合とする、
ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。 - 請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法において、
前記高融点金属はタングステンまたはタンタル、モリブデンである、
ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。 - 請求項５に記載の電界放射型電子源の製造方法において、
前記多孔質ポリシリコン層の酸素含有量は０．５％以上である、
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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