JP5190442B2 - 電界放出素子の作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、電界放出素子、及びその作製方法、並びにその電界放出素子を有する電界放
出表示装置に関する。

現在、主流の陰極線管（ＣＲＴ）に代わる画像表示装置として、平面型（フラットパネ
ル形式）の表示装置が検討されている。このような平面型の表示装置として、液晶表示装
置（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセンス表示装置（ＥＬＤ）、プラズマ表示装置（ＰＤ
Ｐ）が挙げられる。また、電界効果によって放出される電子を利用して電子線励起発光す
る表示装置、いわゆる電界放出表示装置（フィールドエミッションディスプレイ、ＦＥＤ
）も提案されており、動画像の表示性能の高さと低消費電力特性の観点から注目を集めて
いる。

ＦＥＤは、カソード電極を有する第１の基板と、蛍光体層を付したアノード電極を有す
る第２の基板とが対向して配置され、両基板が封止部材で封着されたものであり、両基板
と接着部材との間の閉空間は、高い真空に保持されている。カソード電極から放出された
電子が、この閉空間を移動してアノード電極に付された蛍光体層を励起させ発光させて画
像表示を得ている。

ＦＥＤは、電極の分類からニ極管型、三極管型、四極管型とに分類できる。二極管型Ｆ
ＥＤは、第１基板の表面にはストライプ状のカソード電極が形成され、第２の基板の表面
にはストライプ状のアノード電極が形成されおり、カソード電極とアノード電極とは、数
μｍ〜数ｍｍの距離を介して直交している。カソード電極とアノード電極との真空空間を
経た交点において、〜１０ｋＶの電圧を印加することにより、電極間で電子が放出される
。この電子が、アノード電極に付された蛍光体層まで到達し、蛍光体を励起し、発光して
画像を表示する。

三極管型ＦＥＤは、カソード電極が形成された第１基板上に、絶縁膜を介してカソード
電極と直交しているゲート電極が形成されている。カソード電極及びゲート電極は、スト
ライプ状またはマトリクス状になっており、これらの絶縁膜を介した交点部分には、電子
源である電子放出部が形成されている。カソード電極とゲート電極とに電圧を印加するこ
とにより、電子放出部から電子を放出させる。この電子が、ゲート電極よりも高電圧が印
加された第２基板のアノード電極に引き寄せられ、アノード電極に付された蛍光体層を励
起し、発光して画像を表示する。

四極管型ＦＥＤは、三極管型ＦＥＤのゲート電極とアノード電極との間に、ドットごと
に開口部を有する板状又は薄膜状の収束電極が形成されており、該収束電極によって電子
放出部から放出された電子を各ドットごとに収束させて、アノード電極に付された蛍光体
層を励起し、発光して画像を表示する。

カソード電極上に電子を放出する電子放出部を設けたものが電界放出素子である。なお
、電界放出素子は、絶縁膜を介してカソード電極を覆設したゲート電極を有していてもよ
い。現在、電界放出表示装置の電界放出素子には、様々な構造が提案されている。具体的
には、スピント型電界放出素子、表面型電界放出素子、エッジ型電界放出素子、ＭＩＭ（
Metal-Insulator-Metal）素子等がある。

スピント型電界放出素子は、カソード電極上に形成された円錐形の電子放出部を有した
電界放出素子である。他の電界放出素子と比較して（１）電界の集中が最も大きいゲート
電極の中央領域に配置される構造のため、電子引出し効率が高い、（２）電界放出素子の
配列を正確にパターン描画することが可能であり、電界分布が最適配置しやすく、引き出
し電流の面内均一性が高い、（３）電子の放出方向性が整っている、等の利点が挙げられ
る。

従来のスピント型電界放出素子としては、金属を蒸着して円錐形の電界放出素子を形成
したもの(特許文献１)、ＭＯＳＦＥＴを用いて円錐形の電子放出部を形成したもの(特許
文献２)等がある。

特許文献１に開示された電界放出素子の作製工程を図２８を用いて示す。図２８（Ａ）
に示すように、ガラス基板１１０１上に形成されたストライプ状のカソード電極１１０２
上に、層間絶縁膜１１０３及びゲート電極１１０４を形成する。

次に、図２８（Ｂ）に示すように、ゲート電極１１０４と層間絶縁膜１１０３とをエッ
チングして開口部１１０５を形成する。次に、ゲート電極層に対してアルミニウムを斜め
蒸着することにより、ゲート電極の開口端に庇状にはりだした剥離層１１０６を形成する
。

次に、図２８（Ｃ）に示すように、基板の全面にモリブデン等の金属膜を垂直に蒸着す
ると、庇状の剥離層１１０６に金属層１１０７が堆積し、開口部１１０５が縮小されるの
で、開口部１１０５の底面、すなわちカソード電極１１０２で堆積される金属物は、次第
に開口部の中央付近を通過するものに限られる。この結果、開口部底部には円錐形の堆積
物１１０８が形成され、この円錐形の堆積物が電子放出部となる。

次に、図２８（Ｄ）に示すように、ゲート電極１１０４下方の層間絶縁膜１１０３をウ
エットエッチングして、ゲート電極が層間絶縁膜の上部からはりだした形状１１０９に形
成する。

しかし、均一な寸法の庇状の剥離層を斜め蒸着により形成することは困難であり、何等
かの面内バラツキやロット間バラツキは避けられない。しかも、大型の蒸着装置が必要と
されること、スループットが低下すること、大面積に形成された剥離層を除去する際に、
その残渣がカソード電極または電界放出素子の汚染の原因となり、表示装置の製造歩留ま
りを低下させるといった問題もある。

一方、特許文献２に開示された電界放出素子は、ＭＯＳＦＥＴ型を用いたものであり、
半導体基板を用いている。このため、基板の大きさに制限があり、大量生産が困難でスル
ープットが低下するという問題点がある。

特開２００２−１７５７６４号公報（第１１頁、第９図、第１０図） 特開平１１−１０２６３７号公報（第３−４頁、第１図参照）。

本発明は、上記問題点を鑑みなされたものであり、安価で大面積の基板を用い、生産性
を向上させることが可能な工程により、電界放出素子を形成することを目的とする。

本発明は、絶縁性表面を有する基板上に半導体膜を形成し、該半導体膜に第1の処理を
加えて凸部を有する結晶性半導体膜を形成することを特徴とする。第1の処理は、半導体
膜にレーザ光照射する。又は、半導体膜に金属元素を添加し、該金属元素を半導体膜の結
晶粒界に析出（偏析）させた後、半導体元素を含む雰囲気で加熱処理する。

本発明は、絶縁性を有する基板上に形成された半導体膜にパルス発振のレーザ光を照射
して、電界放出素子の電子放出部を形成することを特徴とする。なお、本発明で形成され
る電子放出部は、電界放出素子のカソード電極表面に形成されており、カソード電極と電
子放出部とは、同一の半導体膜で形成されている。該工程で作製される電子放出部の形状
は円錐形である。また、本発明で用いることが可能なパルス発振のレーザ光の波長は、１
００〜６００ｎｍであり、レーザ光の照射条件は、レーザ光のエネルギー密度が、３００
〜７００mJ/cm²、照射パルス回数が３０〜４００回である。

また、本発明は、絶縁性を有する基板上に形成された半導体表面に金属元素を添加し、
該金属元素を半導体膜の結晶粒界に凝集させた後、半導体元素を含む雰囲気で加熱し電界
放出素子の電子放出部を形成することを特徴とする。なお、本発明で形成される電子放出
部は、電界放出素子のカソード表面に形成されており、カソード電極と電子放出部とは、
同一の半導体膜で形成されている。また、該工程により形成される電界放出部は、ウィス
カー状である。なお、ウィスカー状とは、ひげ状のことであり、即ち針状又は極細繊維の
凝集体をいう。

本発明において、金属元素を半導体膜の結晶粒界に凝集させる工程としては、加熱（サ
ーマルアニール法）又はレーザ照射（レーザ結晶化法）が挙げられる。また、半導体膜に
金属元素を添加する方法としては、塗布法、スパッタリング法、CVD法等が挙げられる。

このような本発明の要旨に基づく本発明の電界放出素子及びその作製方法は、以下に示
す構成を包含することができる。

本発明は、絶縁性を有する基板上に形成されたカソード電極と、前記カソード電極表面
に形成された凸形状の電子放出部とを有し、前記カソード電極と前記電子放出部とは、同
一の結晶性半導体膜で形成されていることを特徴とする。電子放出部の形状は、円錐形又
はウィスカー状である。なお、前記カソード電極は、面状であっても、ストライプ状であ
ってもよい。

又、本発明は、絶縁性を有する基板上に形成されたストライプ状のカソード電極と、前
記カソード電極及び基板上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜に形成されたゲート電極と
、前記ゲート電極と前記絶縁膜を貫通しカソード電極が露出された開口部と、前記開口部
において、カソード電極表面上に形成された凸形状である電子放出部とを有し、前記電子
放出部は前記カソード電極と同一の結晶性半導体膜で形成されていることを特徴とする。
電子放出部の形状は、円錐形又はウィスカー状である。なお、前記半導体膜は、ｎ型の導
電性を有する。

又、本発明は、絶縁性を有する基板上に形成されたストライプ状のソース配線と、ソー
ス領域及びドレイン領域を含む結晶性半導体膜と、前記結晶性半導体膜及び基板上に形成
された絶縁膜と、前記絶縁膜に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極と前記絶縁膜を
貫通して結晶性半導体膜が露出された開口部と、前記開口部において、カソード表面上に
形成された凸形状である電子放出部とを有し、前記電子放出部は、前記半導体膜のドレイ
ン領域であって、前記ソース電極は、前記結晶性半導体膜のソース領域と接していること
を特徴とする。電子放出部の凸形状は、円錐形又はウィスカー状である。なお、前記結晶
性半導体膜のソース領域及びドレイン領域は、ｎ型の導電性を有する。また、前記ソース
配線と前記ゲート電極とは、絶縁膜を介して交差している。

本発明は、絶縁性を有する基板上に半導体膜を形成したのち、前記半導体膜にレーザ光
を照射して円錐形の凸部（電子放出部）を形成することを特徴とする。なお、絶縁性を有
する基板上にストライプ形状の半導体膜を形成したのち、前記半導体膜にレーザ光を照射
し凸部（電子放出部）を形成してもよい。

又、本発明は、絶縁性を有する基板上にストライプ形状の半導体膜を形成し、前記半導
体膜及び前記基板上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上にストライプ形状のゲート電極を形
成した後、前記ゲート電極及び前記絶縁膜の一部を除去して前記半導体膜を露出させた後
、レーザ光を前記半導体膜に照射して円錐形の凸部（電子放出部）を形成することを特徴
とする。なお、前記半導体膜には、ｎ型を付与する不純物を添加する。

又、本発明は、絶縁性を有する基板上に、ストライプ形状の第１の導電膜を形成し、前
記ストライプ形状の第１の導電膜の間に第１の絶縁膜を形成した後、前記第１の導電膜及
び前記第１の絶縁膜上に半導体膜を形成し、前記半導体膜を所望の形状にエッチングした
後、第２の絶縁膜を前記所望の形状の半導体膜上に形成し、前記第２の絶縁膜上に第２の
導電膜を形成したのち、前記第２の導電膜及び前記第２の絶縁膜の一部を除去して前記半
導体膜を露出させた後、レーザ光を前記半導体膜に照射して円錐形の凸部（電子放出部）
を形成することを特徴とする。

又、本発明は、絶縁性を有する基板上に、半導体膜を形成し、前記半導体膜を所望の形
状にエッチングした後、第１の絶縁膜を前記所望の形状の半導体膜上に形成し、前記第１
の絶縁膜上に導電膜を形成し、前記導電膜及び前記第1の絶縁膜上に、第２の絶縁膜を形
成し、前記第２の絶縁膜及び前記第１の絶縁膜の一部を除去して前記半導体膜を露出させ
た後、前記露出された半導体膜の一方に接するソース電極を形成し、レーザ光を照射して
前記半導体膜の露出部の他方に円錐形の凸部（電子放出部）を形成することを特徴とする
。

なお、前記半導体膜を所望の形状にエッチングした後、半導体膜の一部にｎ型を付与す
る不純物を添加してソース領域及びドレイン領域を形成する。

また、前記レーザ光の波長は、１００〜６００ｎｍのパルス発振のレーザ光であり、レ
ーザ光のエネルギー密度は、３００〜７００mJ/cm²であって、照射パルス回数が３０〜４
００回である。レーザ光の照射する際の雰囲気は、酸素を１％以上含むことが望ましい。

本発明の電子放出部に用いる半導体膜は、シリコンを有するものであり、シリコンゲル
マニウム（Ｓｉ_1-xＧｅ_x：０＜ｘ＜１、代表的には、x=0.001〜0.05）でもよい。

本発明の電界放出素子の作製方法は、絶縁性を有する基板上に半導体膜を形成し、前記
半導体膜に金属元素を添加し、第１の処理により前記半導体膜を結晶化する共に、該結晶
化された半導体膜の結晶粒界において前記金属元素又は金属珪化物を偏析させたのち、半
導体元素を含む気体雰囲気で第２の処理により、前記偏析した金属元素又は金属珪化物表
面においてウィスカー状の電子放出部を作製することを特徴とする。

なお、前記金属元素を添加する方法は、塗布法、PVD法、CVD法である。また、前記第１
の処理は、３００〜６５０℃の加熱又はレーザ光照射である。また、前記半導体元素を含
む気体の代表例は、シラン、又はジシラン、トリシランのような珪素を含む気体である。
また、前記第２の処理は、４００〜６５０℃の加熱である。さらに、前記半導体膜にｎ型
を付与する不純物を添加する。なお、前記金属元素は、Au、Al、Li、Mg、Ni、Co、Pt又は
Feの金属元素である。

本発明の電子放出部に用いる半導体膜は、シリコンを有するものであり、シリコンゲル
マニウム（Ｓｉ_1-xＧｅ_x：０＜ｘ＜１、代表的には、x=0.001〜0.05）でもよい。

本発明に用いる第１の基板、即ちカソード電極を有する基板は、少なくとも表面が絶縁
性材料から構成されていればよく、代表的には、バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノシ
リケートガラスなど無アルカリガラスと呼ばれ市販されているガラス基板、石英基板、サ
ファイア基板、表面に絶縁膜が形成された半導体基板、表面に絶縁膜が形成された金属基
板などである。また、第２の基板、すなわち、蛍光体層を付したアノード電極を有する基
板としては、透光性を有する部材から構成されていればよく、代表的には、バリウムホウ
ケイ酸ガラスやアルミノシリケートガラスなど無アルカリガラスと呼ばれ市販されている
ガラス基板、石英基板、サファイア基板、有機樹脂基板等を挙げることができる。

本発明により、電界放出表示装置の電界放出素子の作製工程において、複雑な工程を経
ずとも電界放出素子を形成することが可能となり、ロット間のバラツキを避けることがで
きる。すなわち、生産性を向上させることが可能となる。また、複雑な工程を経ずとも、
安価で大面積の基板、代表的にはガラス基板を用いて、電界放出素子を形成することが可
能となるため、コスト削減が可能となる。また、半導体膜の結晶化条件によって結晶粒界
を制御することができるため、結晶粒界に形成される電子放出部の密度を制御することが
可能となる。

（Ａ）本発明に係る電界放出表示装置の表示用パネルを説明する斜視図。 （Ｂ）、（Ｃ）本発明に係る電界放出素子の作製工程を説明する断面図。 本発明に係る電界放出表示装置の表示用パネルを説明する斜視図。 本発明に係る電界放出素子の作製工程を説明する断面図。 本発明に係る電界放出素子の作製工程を説明する断面図 本発明に係る電界放出表示装置の表示用パネルを説明する斜視図。 本発明に係る電界放出素子の作製工程を説明する断面図 本発明に係る電界放出表示装置の表示用パネルを説明する斜視図。 本発明に係る電界放出素子の作製工程を説明する断面図 本発明に係る電界放出表示装置の表示用パネルを説明する斜視図。 本発明に係る電界放出素子の作製工程を説明する断面図。 本発明に係る電界放出表示装置の表示用パネルを説明する斜視図。 本発明に係る電界放出素子の作製工程を説明する断面図。 本発明により作製したカソード電極の表面を表す図。 本発明により作製したカソード電極の断面を表す図。 本発明に係る電界放出表示装置の表示用パネルを説明する斜視図。 本発明に係る電界放出素子の作製工程を説明する断面図。 本発明に係る電界放出素子の作製工程を説明する断面図。 本発明に係る電界放出素子の作製工程を説明する断面図 本発明に係る電界放出表示装置の表示用パネルを説明する斜視図。 本発明に係る電界放出素子の作製工程を説明する断面図 本発明に係る電界放出表示装置の表示用パネルを説明する斜視図。 本発明に係る電界放出素子の作製工程を説明する断面図 本発明に係る電界放出表示装置の表示用パネルを説明する斜視図。 本発明に係る電界放出素子の作製工程を説明する断面図 本発明に係る電界放出表示装置の表示用パネルを説明する斜視図。 本発明に係る電界放出素子の作製工程を説明する断面図。 三重点の密度を示す図。 電界放出素子の従来の作製方法の一例を説明する図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多く
の異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱すること
なくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従っ
て、本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、ゲート電極を設けずに、単にカソード電極上に電子源である電子放
出部を設けた構造を有する電界放出素子、すなわち二極管型ＦＥＤの電界放出素子、及び
その電界放出素子を有する表示装置を示す。具体的には、第１の基板及び第２の基板それ
ぞれにおいて、基板全面にカソード電極及び蛍光体層を付したアノード電極が面状に形成
されており、かつカソード電極表面に電子放出部が設けられている電界放出素子、及びそ
の電界放出素子を有する表示装置の作製工程を示す。なお、電子放出部の形状は、円錐形
である。

図１（Ａ）は、本実施の形態の表示用パネルの斜視図である。第1の基板１００上に半
導体膜で形成された面状のカソード電極１０２と、第２の基板１０３上に形成された面状
のアノード電極１０４とが形成されている。カソード電極の表面において、電子放出部１
０５が形成されている。

図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のホ−ホ‘の断面図である。図１（Ｂ）を用いて、本実施の
形態の電界放出素子の作製方法を示す。

図１（Ｂ）に示すように、第１の基板１００上に絶縁膜１０１を形成する。絶縁膜によ
り、ナトリウム（Ｎａ）などガラス基板に微量に含まれるアルカリ金属が拡散するのを防
ぐことができる。第１の絶縁膜上に公知の方法（ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等）より半導体膜１
０２を形成する。

第１の基板としては、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、表面に絶縁膜が形成さ
れた半導体基板、表面に絶縁膜が形成された金属基板などを用いることができる。基板の
大きさは、任意であるが６００ｍｍ×７２０ｍｍ、６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、１０００ｍ
ｍ×１２００ｍｍ、１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ、１１５０ｍｍ×１３００ｍｍ、１５０
０ｍｍ×１８００ｍｍ、１８００ｍｍ×２０００ｍｍ、２０００ｍｍ×２１００ｍｍ、２
２００ｍｍ×２６００ｍｍ、または２６００ｍｍ×３１００ｍｍのような大面積基板を用
いることができる。また、半導体膜は、非晶質半導体膜でも結晶性半導体膜でも構わない
。結晶性半導体膜は、公知の結晶化方法（レーザ結晶化法、ラピッドサーマルアニール法
（ＲＴＡ）、ファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、または結晶化を助長する金属元
素を用いた熱結晶化法等）により非晶質半導体膜を結晶化して形成することができる。ま
た、半導体膜の膜厚は０．０３〜０．３μｍの範囲とすることが望ましいが、かかる範囲
に限定するものではない。また、導電性を高めるために半導体膜にｎ型を付与する不純物
元素を添加することが好ましい。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、
典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いることができる。

次に、半導体膜にレーザ光１１０を照射して半導体膜に凸部を形成し、電子放出部１０
５を形成する。このときのレーザ光は、半導体膜に吸収される波長域、即ち波長１００〜
６００nmであるパルス発振又は連続発振のレーザ光を適用する。このときの凸部は、円錐
形である。

レーザー発振器としては、気体レーザー発振器、固体レーザー発振器、金属レーザ発振
器が適用される。気体レーザ発振器としては、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｎ₂等を使用したレーザ発振
器、またはＫｒＦ，ＸｅＣｌ、Ｘｅ等のエキシマレーザ発振器を適用する。固体レーザー
発振器としてはＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈ
ｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶を使ったレーザー発振器を適用する。金
属レーザ発振器としては、銅蒸気レーザー発振器もしくはヘリウム−カドミウムレーザ発
振器を適応することができる。なお、固体レーザ発振器から発せられるレーザ光において
は、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。レーザ光の照射条件を、
繰り返しパルス周波数５〜３００Hz、照射パルスエネルギー密度１００〜９００mJ/cm²、
好ましくは３００〜７００mJ/cm²で、照射パルス回数３０〜４００として、レーザ光照射
を行うと、底面の直径が、３００ｎｍ以下、好ましくは、５０〜３００ｎｍ、さらに好ま
しくは、６０〜２００ｎｍであり、高さ（すなわち、底面と頂点との差）が、１５０〜４
００ｎｍである凸部を５〜３０／μｍ²形成することができる。レーザ光の照射する際の
雰囲気は、酸素を１％以上含むことが望ましい。

図１３は、本実施の形態により作製した電界放出表示装置の電子放出部の上面をＳＥＭ
により観察したものである。図１４（A）は、同様の試料の断面を走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ：Scanning Electron Microscopy）により観察したものであり、図１４（Ｂ）は、図
１４（A）を模式的に表したものである。図１４（Ｂ）の領域aは、基板であるガラス基板
、領域b及び領域cは、絶縁膜である酸窒化珪素膜、領域ｄは半導体膜、領域eは、炭素膜
である。領域ｄの底面（上面から見たばあい、ほぼ平坦な領域）がカソード電極であり、
この表面上の凸部が電子放出部であって、これらが、電界放出素子を形成している。なお
、本試料においては、絶縁膜は積層構造であり、領域ｂは窒素含有量が酸素含有量よりも
多い又は同程度の第１酸窒化シリコン膜であり、領域ｃは、酸素含有量が窒素含有量より
も多い第２酸窒化シリコン膜である。また、領域eの炭素膜は、ＳＥＭによる観察をしや
すくするために成膜したものである。

この試料を作製するためにはＸｅＣｌレーザ光を用い、レーザ光照射条件は、エネルギ
ー密度を４８５mJ／cm²、周波数３０Hz、照射パルス回数を６０回とした。領域ｄでは、
底面の直径が８０〜２００μｍ、高さ(円錐体の底面と頂点との高低差)が２５０〜３５０
ｎｍの円錐体が形成されてる。このときの密度は、１０／μｍ²である。図１４から、半
導体膜(領域ｄ)は、凸部を形成していることが分かる。

以上の工程により、カソード電極及びその表面に形成された円錐体の電子放出部からな
る電界放出素子を形成することができる。

なお、本実施の形態で作製したカソード電極の表面に形成された電子放出部の表面に、
金属元素薄膜を成膜してもよい。このときの、金属元素薄膜には、タングステン、ニオブ
、タンタル、モリブデン、クロム、アルミニウム、銅、金、銀、チタン、ニッケル等の金
属元素を含む薄膜を用いることができる。

また、半導体膜１０２と絶縁膜１０１との間に、金属元素膜によるカソード電極を形成
してもよい。カソード電極としては、タングステン、ニオブ、タンタル、モリブデン、ク
ロム、アルミニウム、銅、金、銀、チタン、ニッケル等の金属元素、またはこれらの金属
元素を含む合金、あるいはこれらの金属元素を有する化合物（代表的には、窒化タンタル
、窒化チタン等の窒化物、タングステンシリサイド、ニッケルシリサイド、モリブデンシ
リサイド等のシリサイド等）を用いることができる。

次に、図１（Ａ）に示すように、第２の基板１０３に公知の手法により蛍光体層１０６
を形成し、その上に膜厚０．０５〜０．１μｍの導電膜を形成し、アノード電極１０４を
形成する。該導電膜には、アルミニウム、ニッケル、銀等の金属元素からなる薄膜、また
は、ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ₂Ｏ₃）
―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透明導電膜を公知の手法により成膜し、公知のパタ
ーニング技術を用いることもできる。

蛍光体層は、赤色蛍光体層、青色蛍光体層、緑色蛍光体層からなる。アノード電極は、
各蛍光体層上に形成されていてもよい。アノード電極となる導電膜に、アルミニウム、ニ
ッケル、銀等の金属元素からなる薄膜、またはこれらの金属元素を含む合金薄膜を用いた
場合、蛍光体の発光を第２の基板側へ反射させるため、表示画面の輝度を向上させること
ができる。

本実施の形態により形成した第１の基板と第２の基板とを封止部材で接着し、基板と封
止部材とで囲まれた部分を減圧し電界放出表示装置の表示用パネルを形成する。

第１の基板１００に形成されたカソード電極１０２は、カソード電極駆動回路に接続さ
れており、第２の基板１０３に形成されたアノード電極１０４はアノード電極駆動回路に
接続されている。カソード電極駆動回路及びアノード電極駆動回路は、第１の基板上の外
延部に形成することができる。また、ＩＣチップ等の外付け回路を用いることもできる。
カソード電極駆動回路からカソード電極を通じて相対的に負電圧が印加され、アノード電
極にはアノード電極駆動回路から相対的に正電圧が印加される。これらの電圧印加によっ
て生じた電界に応じ、電子放出部の先端から量子トンネル効果に基づき電子が放出され、
アノード側に誘導される。この電子が、アノード電極に形成された蛍光体層に衝突するこ
とにより、蛍光体層が励起されて発光し表示を得ることができる。
以上の工程により、電界放出表示装置を形成する。

以上の工程により、カソード電極及びその表面に形成された円錐形の電子放出部を有す
る電界放出素子、及びそれを有する電界放出表示装置を形成することができる。

本実施の形態により、複雑な工程を経ずとも電界放出素子を形成することができる。ま
た、安価で大面積の基板を用いて電界放出素子を形成することができる。この電界放出素
子を用いて液晶表示装置の面光源または電飾用装置となるエリアカラーの表示装置を作製
することが可能であり、複雑な工程を経ずとも面光源又は表示装置を作製することができ
る。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１と同様に二極管型ＦＥＤの電界放出素子、及びその電
界放出素子を有する電界放出表示装置を示す。具体的には、第１の基板上に形成されたス
トライプ状のカソード電極と、第２の基板に形成されたストライプ状のアノード電極とが
交差している点において、電子放出部が形成されている電界放出素子、及びその電界放出
素子を有する電界放出表示装置について図２及び図３を用いて述べる。なお、本実施の形
態では、電子放出部の作製工程に、実施の形態１で述べた電子放出部の作製工程を適応し
おり、電子放出部は円錐状である。

図２は、本実施の形態の表示用パネルの斜視図である。第1の基板２００上に半導体膜
で形成されたストライプ状のカソード電極２０２と、第２の基板２０３に形成されたスト
ライプ状のアノード電極２０７とがある間隔を介して交差している点において、電子放出
部２０５が形成されている。なお、図２においては、カソード電極とアノード電極との交
点には、ひとつの円錐形の電子放出部が形成されているが、これは模式的に表したもので
あって、複数の電子放出部を形成してもよい。

図３は、図２のイ−イ‘の断面図である。図３を用いて、本実施の形態のカソード電極
及び電子放出部の作製方法を示す。なお、図２と同じ部分は同じ符号を用いて示す。

実施の形態１と同様に、第１の基板２００上に第１の絶縁膜２０１を形成したのち、公
知の方法（ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等）より半導体膜３０１を形成する。また、このとき、導
電性を高めるために半導体膜にｎ型を付与する不純物元素を添加することが好ましい。ｎ
型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（
Ａｓ）を用いることができる。

次に、カソード電極を形成する部分にレジストマスク３０２を形成した後、半導体膜を
エッチングしてストライプ状の半導体膜２０２を形成する。（図３（Ｂ））

次に、ストライプ状の半導体膜２０２にレーザ光３１０を照射して半導体膜表面に凸部
を形成し、円錐形の電子放出部２０５を形成する。このときのレーザ光は、半導体膜に吸
収される波長域、即ち波長１００〜６００nmであるパルス発振のレーザー光を適用する。

レーザー発振器としては、気体レーザー発振器、固体レーザー発振器、金属レーザ発振
器が適用される。気体レーザ発振器としては、CO、CO₂、Ｎ₂等を使用したレーザ発振器、
またはＫｒＦ，ＸｅＣｌ、Ｘｅ等のエキシマレーザ発振器を適用する。固体レーザー発振
器としてはＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、
Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶を使ったレーザー発振器を適用する。金属レ
ーザ発振器としては、銅蒸気レーザー発振器もしくはヘリウム−カドミウムレーザ発振器
を適応することができる。なお、固体レーザ発振器から発せられるレーザ光においては、
基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。レーザ光の照射条件を、繰り
返しパルス周波数５〜３００Hz、照射パルスエネルギー密度１００〜９００mJ/cm²、好ま
しくは３００〜７００mJ/cm²で、照射パルス回数３０〜４００として行う。レーザ光を照
射する際の雰囲気は、酸素を１％以上含むことが望ましい。以上の工程により、底面の直
径が、５０〜３００ｎｍ、好ましくは、８０〜２００ｎｍであり、高さ（すなわち、底面
と頂点との差）が、１５０〜４００ｎｍである凸部を５〜３０／μｍ²形成することがで
きる。以上の工程により、電界放出表示装置の電界放出素子を形成することができる。

なお、本実施の形態で作製したカソード電極表面上に形成された電子放出部の表面に、
金属元素薄膜を成膜してもよい。このときの、金属元素薄膜には、タングステン、ニオブ
、タンタル、モリブデン、クロム、アルミニウム、銅、金、銀、チタン、又はニッケルの
金属元素を含む薄膜を用いることができる。

また、半導体膜２０２と絶縁膜２０１との間に、ストライプ状の金属元素膜によるカソ
ード電極を形成してもよい。このときは、ストライプ状の金属元素膜によるカソード電極
は、半導体膜と平行に形成される。カソード電極としては、タングステン、ニオブ、タン
タル、モリブデン、クロム、アルミニウム、銅、金、銀、チタン、又はニッケルの金属元
素、若しくはこれらの金属元素を含む合金、あるいはこれらの金属元素化合物（代表的に
は、窒化タンタル、窒化チタン等の窒化物、タングステンシリサイド、ニッケルシリサイ
ド、モリブデンシリサイド等のシリサイド等）を用いることができる。

次に、図２に示すように、第２の基板２０３に公知の手法により蛍光体層２０６を形成
し、その上に膜厚０．０５〜０．１μｍの導電膜を形成して、ストライプ状のアノード電
極２０７を形成する。該導電膜には、実施の形態１と同様の導電膜を適応することができ
る

蛍光体層は、赤色蛍光体層、青色蛍光体層、緑色蛍光体層からなり、これらの蛍光体層
１組でひとつのピクセルとなる。なお、各蛍光体層の間に、コントラストを高めるためブ
ラックマトリクスを形成することが好ましい。アノード電極は、各蛍光体層上に形成され
ていてもよく、また、赤色蛍光体層、青色蛍光体層、及び緑色蛍光体層からなるピクセル
上に形成されていてもよい。

本実施の形態により形成した第１の基板と第２の基板とを封止部材で接着し、基板と封
止部材とで囲まれた部分を減圧し電界放出表示装置の表示用パネルを形成する。

本実施の形態における駆動方法は、パッシプ型の駆動方法である。第１の基板２００に
形成されたカソード電極２０２は、カソード電極駆動回路に接続されており、第２の基板
２０３に形成されたアノード電極２０７はアノード電極駆動回路に接続されている。カソ
ード電極駆動回路及びアノード電極駆動回路は、第１の基板上の外延部に形成することが
できる。また、ＩＣチップ等の外付け回路用いることもできる。カソード電極駆動回路か
らカソード電極を通じで相対的に負電圧が印加され、アノード電極にはアノード電極駆動
回路から相対的に正電圧が印加される。これらの電圧印加によって生じた電界に応じ、電
子放出部の先端から量子トンネル効果に基づき電子が放出され、アノード電極に誘導され
る。この電子が、アノード電極に形成された蛍光体層に衝突することにより、蛍光体層が
励起されて発光し表示を得ることができる。
以上の工程により、電界放出表示装置を形成する。

以上の工程により、カソード電極及びその表面に形成された円錐形の電子放出部を有す
る電界放出素子、及びそれを有する表示装置を形成する。

本実施の形態により、複雑な工程を経ずとも大面積の基板上に電界放出素子、及びそれ
を有する表示装置を形成することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２と異なる工程によって実施の形態２と同様の電界放出
素子を作製する方法について、図４を用いて説明する。なお、図４は、図２のイ−イ‘の
断面図である。また、図２と同じ部分は同じ符号を用いて示す。

実施の形態１と同様に、第１の基板２００上に第１の絶縁膜２０１を形成したのち、公
知の方法（ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等）より半導体膜４０１を形成する。また、このとき、導
電性を高めるために半導体膜にｎ型を付与する不純物元素を添加することが好ましい。ｎ
型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（
Ａｓ）を用いることができる。

次に、半導体膜４０１にレーザ光４１０を照射して半導体膜表面に凸部を形成し、円錐
形の電子放出部４０５を形成する。このときのレーザ光及びレーザ光の照射条件は、実施
の形態２と同様である。

次に、カソード電極を形成する部分に公知のフォトリソグラフィー工程によりレジスト
マスク４０２を形成した後(図４（Ｃ）)、半導体膜をエッチングして、表面上に電子放出
部４０５を有しかつストライプ状のカソード電極を形成する。（図４（Ｄ））。

以上の工程により、カソード電極及びその表面に形成された円錐形の電子放出部からな
る電界放出素子及びそれを有する電界放出表示装置を形成する。

本実施の形態により、複雑な工程を経ずとも大面積の基板上に電界放出素子及びそれを
有する電界放出表示装置を形成することができる

（実施の形態４）
本実施の形態では、三極管型ＦＥＤの電界放出素子、及びそれを有する電界放出表示装
置について、図５及び図６を用いて説明する。なお、本実施の形態で述べる電界放出素子
は、（１）ストライプ状にエッチングされ、かつｎ型の導電性を有する半導体膜で形成さ
れるカソード電極、（２）層間絶縁膜を介してカソード電極と交差するゲート電極、（３
）ゲート電極及び絶縁膜の開口部において、カソード電極の表面に形成された凸部の電子
放出部、を含む。

図５は、本実施の形態の表示用パネルの斜視図である。第１の基板５０１上に半導体膜
で形成されたストライプ状のカソード電極５０２と、ストライプ状であって、かつ該カソ
ード電極と直交しているゲート電極５０３が形成されている。カソード電極とゲート電極
とは、絶縁膜（図示しない。）を介して形成されているため、それぞれは絶縁されている
。カソード電極と、ゲート電極との交点には開口部５０７が形成されており、該開口部に
おいてカソード電極の表面に円錐形の電子放出部５０８が形成されている。第２の基板５
０５には蛍光体層５１０とアノード電極５１１とが形成されている。

図６は、図５のロ−ロ‘の断面図である。図６を用いて、本実施の形態の電界放出素子
の作製方法を示す。

図６（A）に示すように、基板５０１上に第１の絶縁膜６０１を形成する。第１の絶縁
膜により、ガラス基板に微量に含まれるアルカリ金属が拡散するのを防ぐことができる。
第１の絶縁膜上に公知の方法（ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等）より半導体膜を形成する。このと
きの、半導体膜の膜厚は０．０３〜０．３μｍの範囲にとすることが望ましいが、かかる
範囲に限定するものではない。

なお、半導体膜は、非晶質半導体膜でも結晶性半導体膜でもよい。結晶性半導体膜は、
公知の結晶化方法（レーザ結晶化法、ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法
、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）により非晶質半導体膜を結晶化して
形成することができる。

この後、カソード電極を形成する部分に、公知のフォトリソグラフィー工程によりレジ
ストマスクを形成した後、露出している半導体膜をドライエッチング法又はウエットエッ
チング法によりエッチングし、ストライプ状の半導体膜５０２を形成する。なお、半導体
膜５０２は、後にカソード電極となる。

次に、カソード電極である半導体膜上に第２の絶縁膜６０２を形成する。第２の絶縁膜
としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素、ＳＯＧ(スピンオングラス、
代表的にはシロキサンポリマー) 、アクリル、ポリイミド、ポリイミドアミド、またはベ
ンゾシクロブテンを単層又は積層して形成することができる。このときの第２の絶縁膜の
膜厚は、０．５〜２μｍであり、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、塗布法、スクリーン印刷法等の公
知の方法を用いて作製する。

次に、導電性を高めるために半導体膜５０２にｎ型を付与する不純物元素を添加する。
ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素
（Ａｓ）を用いることができる。なお、ｎ型不純物を添加する工程は、第２の絶縁膜６０
２を形成する前でもよい。

次に、導電膜６０３を形成する。導電膜としては、タングステン、ニオブ、タンタル、
モリブデン、クロム、アルミニウム、銅、金、銀、チタン、又はニッケル等の金属元素の
薄膜、もしくは、これらの金属元素を含む合金を用いる。導電膜６０３に上に、公知のフ
ォトリソグラフィー工程によりレジストマスクを形成してエッチング処理を施し、導電膜
の不要な部分を除去し、ストライプ状のゲート電極を形成する。

次に、図６（Ｂ）に示すように、カソード電極とゲート電極とが第２の絶縁膜６０２を
介して交差する領域において、開口部５０７を形成する。公知のフォトリソグラフィー工
程により、所望の形状にレジストマスクを形成した後、ゲート電極と第２の絶縁膜とを任
意の形状にエッチングして半導体膜を露出させ、開口部５０７を形成する。

次に、レーザ光６１０を照射して半導体膜に凸部を形成し、電子放出部５０８を形成す
る。(図６（Ｃ）)。このときのレーザ光は、半導体膜に吸収される波長域、即ち波長１０
０〜６００nmであるパルス発振のレーザー光を適用する。レーザー発振器としては、気体
レーザー発振器、固体レーザー発振器、金属レーザ発振器が適用される。気体レーザ発振
器としては、CO、CO₂、Ｎ₂等を使用したレーザ発振器、またはＫｒＦ，ＸｅＣｌ、Ｘｅ等
のエキシマレーザ発振器を適用する。固体レーザー発振器としてはＹＡＧ、ＹＶＯ₄、Ｙ
ＬＦ、ＹＡｌＯ₃などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをド
ープした結晶を使ったレーザー発振器を適用する。金属レーザ発振器としては、銅蒸気レ
ーザー発振器もしくはヘリウム−カドミウムレーザ発振器を適応することができる。なお
、固体レーザ発振器から発せられるレーザ光においては、基本波の第２高調波〜第４高調
波を適用するのが好ましい。また、レーザ光の照射する際の雰囲気は、酸素を１％以上含
むことが望ましい。レーザ光の照射条件を、繰り返しパルス周波数５〜３００Hz、照射パ
ルスエネルギー密度１００〜９００mJ/cm²、好ましくは３００〜７００mJ/cm²で、照射パ
ルス回数３０〜４００として行うことにより、底面の直径が、５０〜３００ｎｍ、好まし
くは、８０〜２００μｍであり、高さ（すなわち、底面と頂点との差）が、１５０〜４０
０ｎｍである凸部を５〜３０／μｍ²形成することができる。

この後、図６（Ｄ）に示すように、ウエットエッチングのような等方性エッチングを行
い、ゲート電極下方の第２の絶縁膜を除去して、第２の絶縁膜より庇状にはりだしている
ゲート電極を形成することが好ましい。

なお、本実施の形態で作製した電子放出部５０８の表面に、金属元素薄膜を成膜しても
よい。このときの、金属元素薄膜には、タングステン、ニオブ、タンタル、モリブデン、
クロム、アルミニウム、銅、金、銀、チタン、ニッケル等の金属元素を含む薄膜を用いる
ことができる。

また、図５において、カソード電極とゲート電極との交点５０９においては、２×２個
の電子放出部が記載されているがこれに限られるものはなく、多数の電子放出部が形成さ
れていても良い。また、ひとつの開口部において複数の電子放出部が形成されていてもよ
い。

また、半導体膜５０２と第１の絶縁膜６０１との間にストライプ状で半導体膜に接して
いる金属元素膜をカソード電極として形成してもよい。カソード電極としては、実施の形
態１と同様のものを用いることができる。

以上の工程により、第１の基板上に円錐形の電子放出部を有する電界放出素子を形成す
ることができる。

図５に示すように、第２の基板５０５に公知の手法により蛍光体層５１０を形成し、そ
の上に膜厚０．０５〜０．１μｍのアノード電極５１１を形成する。アノード電極は、ア
ルミニウム、ニッケル、銀等の金属元素からなる薄膜、または、ＩＴＯ（酸化インジウム
酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ₂Ｏ₃）―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）等の透明導電膜を公知の手法により成膜する。本実施の形態では、アノード電極は、
ストライプ状、矩形型のマトリクス状、またはシート状でもよい。蛍光体層は、赤色蛍光
体層、青色蛍光体層、緑色蛍光体層からなり、これらの蛍光体層１組でひとつのピクセル
とする。なお、各蛍光体層の間に、コントラストを高めるためブラックマトリクス５１２
を形成することが好ましい。また、アノード電極となる導電膜に、アルミニウム、ニッケ
ル、銀等の金属元素からなる薄膜、またはこれらの金属元素を含む合金薄膜を用いた場合
、蛍光体の発光を第２の基板側へ反射させるため、表示画面の輝度を向上させることがで
きる。

本実施の形態により形成した第１の基板と第２の基板とを封止部材で接着し、基板と封
止部材とで囲まれた部分を減圧し、電界放出表示装置の表示用パネルを形成する。

本実施の形態における駆動方法は、パッシプ型の駆動方法である。カソード電極５０２
は、カソード電極駆動回路に接続されており、ゲート電極５０３はゲート電極駆動回路に
接続されており、アノード電極５１１はアノード電極駆動回路に接続されている。ゲート
電極駆動回路、カソード電極駆動回路及びアノード電極駆動回路は、第１の基板上の外延
部に形成することができる。また、ＩＣチップ等の外付け回路用いることもできる。カソ
ード電極駆動回路からカソード電極を通じで相対的に負電圧（例えば、0ｋV）が印加され
、ゲート電極には、ゲート電極駆動回路から相対的に正電圧（例えば、50V）が印加され
る。これらの電圧印加によって生じた電界に応じ、凸部の先端から量子トンネル効果に基
づき電子が放出される。アノード電極には、アノード電極駆動回路により、ゲート電極に
印加される正電圧よりも高い電圧（例えば、5ｋV）が印加され、電子放出部から放出され
た電子を、アノード電極に形成された蛍光体層に誘導する。該電子が蛍光体層に衝突する
ことにより、蛍光体層が励起され発光し表示を得ることができる。なお、本実施の形態に
おいて、第１の基板上に、電界放出素子と同時に、カソード電極駆動回路及びゲート電極
駆動回路を形成することも可能である。

以上の工程により、電界放出表示装置を形成する。

本実施の形態により、複雑な工程を経ずとも大面積の基板上に電界放出素子、及びそれ
を有する電界放出表示装置を形成することができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、三極管型ＦＥＤの電界放出素子、及びそれを有する電界放出表示装
置について、図７、図８を用いて説明する。本実施の形態で述べる電界放出素子は、（１
）ソース領域及びドレイン領域を有し、かつ所望の形状にエッチングされた半導体膜、（
２）半導体膜のソース領域に接するストライプ状にエッチングされたソース配線、（３）
絶縁膜を介してソース配線と交差し、半導体膜のソース領域及びドレイン領域の間のキャ
リア濃度を制御するゲート電極、（４）ゲート電極及び絶縁膜の開口部において、半導体
膜のドレイン領域表面に形成された凸形状の電子放出部、を含む。なお、本実施の形態に
おいて、ゲート電極は、くし型である。また、本実施の形態において、カソード電極は少
なくともドレイン領域を含む。

図７は、本実施の形態の表示用パネルの斜視図である。第１の基板７０１上には、スト
ライプ状のソース配線７０２と、該ソース配線に接して形成され、かつ所望の形状のエッ
チングされた半導体膜７０３と、絶縁膜（図示しない。）を介して、該ソース配線７０２
と直交しており、かつ、くし型であるゲート電極７０４とを有する。なお、半導体膜は、
ゲート電極に覆設されている。半導体膜７０３のソース配線と接していない領域を露出さ
せるための開口部７０５が、ゲート電極及び絶縁膜を介して形成されている。また、開口
部には、半導体膜のドレイン領域の表面に円錐形の電子放出部７０６が形成されている。

実施の形態４に示すように、第２の基板７０７には蛍光体層７０８とアノード電極７０
９とが形成されている。

図８は、図７のハ−ハ‘の断面図である。図８を用いて、本実施の形態の電界放出素子
の作製方法を示す。

図８（A）に示すように基板７０１上に第１の導電膜を形成したのち、レジストマスク
を用いてストライプ状のソース配線７０２を形成する。次に、第１の絶縁膜を形成した後
、絶縁膜をＣＭＰ等で研磨して平坦化しながらソース配線を露出しながら、該ソース配線
間を絶縁膜８０１で埋め込む。絶縁膜及８０１びソース配線７０２上に、公知の方法（Ｃ
ＶＤ法、ＰＶＤ法等）より半導体膜を形成する。この後、半導体膜をエッチングして、所
望の形状の半導体膜７０３を形成する。基板としては、ガラス基板、石英基板、サファイ
ア基板、表面に絶縁膜が形成された半導体基板、表面に絶縁膜が形成された金属基板など
を用いることができる。基板の大きさは、任意であるが６００ｍｍ×７２０ｍｍ、６８０
ｍｍ×８８０ｍｍ、１０００ｍｍ×１２００ｍｍ、１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ、１１５
０ｍｍ×１３００ｍｍ、１５００ｍｍ×１８００ｍｍ、１８００ｍｍ×２０００ｍｍ、２
０００ｍｍ×２１００ｍｍ、２２００ｍｍ×２６００ｍｍ、または２６００ｍｍ×３１０
０ｍｍのような大面積基板を用いることができる。また、第１の基板上にソース配線を形
成する前に、ナトリウム（Ｎａ）などガラス基板に微量に含まれるアルカリ金属をブロッ
キングするための絶縁膜を形成してもよい。

次に、図８（Ｂ）に示すように、半導体膜７０３及び絶縁膜８０１上に第２の絶縁膜８
０２を形成する。第２の絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素
、ＳＯＧ(スピンオングラス、代表的にはシロキサンポリマー) 、アクリル、ポリイミド
、ポリイミドアミド、またはベンゾシクロブテンを単層又は積層して作製することができ
る。このときの第２の絶縁膜の膜厚は、０．５〜２μｍであり、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、塗
布法、スクリーン印刷法等の公知の方法を用いて作製する。

次に、第２の導電膜８０３を形成する。第２の導電膜としては、実施の形態４の導電膜
(図６（Ａ）の導電膜６０３）と同様の金属元素の薄膜、もしくは、これらの金属元素を
含む合金を用いることができる。導電膜８０３にレジストマスクを形成してパターニング
を行い、導電膜８０３の不要な部分を除去し、ソース配線と、半導体膜７０３及び第２の
絶縁膜８０２を介して交差し、且つくし型の導電膜（ゲート電極）を形成する。

次に、図８（C）に示すように、ソース領域及びドレイン領域となる領域を形成する。
ソース配線上の導電膜（ゲート電極）及び第２の絶縁膜と、電子放出部を形成する領域（
半導体膜において、ソース配線と接する領域から、所定の間隔をあけた領域）上の導電膜
(ゲート電極)及び第２の絶縁膜とをエッチングして、開口部７０５を形成すると共に及び
カソード電極上の半導体膜(ソース領域)８０４を露出させる。

次に、レーザ光を照射して半導体膜に凸部を形成し、電子放出部７０６を形成する。こ
のときのレーザ光は、半導体膜に吸収される波長域、即ち波長１００〜６００nmであるパ
ルス発振のレーザー光を適用する。レーザー発振器としては、気体レーザー発振器、固体
レーザー発振器、金属レーザ発振器が適用される。気体レーザ発振器としては、CO、CO₂
、Ｎ₂等を使用したレーザ発振器、またはＫｒＦ，ＸｅＣｌ、Ｘｅ等のエキシマレーザ発
振器を適用する。固体レーザー発振器としてはＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃など
の結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶を使った
レーザー発振器を適用する。金属レーザ発振器としては、銅蒸気レーザー発振器もしくは
ヘリウム−カドミウムレーザ発振器を適応することができる。なお、固体レーザ発振器か
ら発せられるレーザ光においては、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ま
しい。また、レーザ光の照射する際の雰囲気は、酸素を１％以上含むことが望ましい。レ
ーザ光の照射条件を、繰り返しパルス周波数５〜３００Hz、照射パルスエネルギー密度１
００〜９００mJ/cm²、好ましくは３００〜７００mJ/cm²で、照射パルス回数３０〜４００
として行うことにより、底面の直径が、５０〜３００ｎｍ、好ましくは、８０〜２００μ
ｍであり、高さ（すなわち、底面と頂点との差）が、１５０〜４００ｎｍである凸部を５
〜３０／μｍ²形成することができる。

こののち、ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素を添加してソース領域
７１０およびドレイン領域７０６を形成する。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に
属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いることができる。

この後、図８（Ｄ）に示すように、ウエットエッチングのような等方性エッチングをお
こない、ゲート電極下方の第２の絶縁膜を除去して、第２の絶縁膜より庇状にはりだして
いるゲート電極８０５を形成することが好ましい。

なお、本実施の形態で作製した電子放出部７０６の表面に、金属元素薄膜を成膜しても
よい。このときの、金属元素薄膜には、タングステン、ニオブ、タンタル、モリブデン、
クロム、アルミニウム、銅、金、銀、チタン、ニッケル等の金属元素を含む薄膜を用いる
ことができる。

また、図７において、開口部７０５には、一つの電子放出部が記載されているが、これ
は模式的に表したものであって、多数の電界放出素子が形成されていても良い。

以上の工程により、ソース領域及びドレイン領域を有する半導体膜、半導体膜のソース
領域に接するソース配線、ゲート電極、及び半導体膜のドレイン領域の表面に形成された
円錐形の電子放出部を有する電界放出素子を形成する。なお、電界放出素子のＯＮ、ＯＦ
Ｆをより正確に制御するために、各電界放出素子に薄膜トランジスタやダイオード等のス
イッチング素子を別途設けてもよい。

上記の工程により形成した第１の基板と、実施の形態４と同様の工程により形成した第
２の基板とを封止部材で接着し、基板と封止部材とで囲まれた部分を減圧し電界放出表示
装置の表示用パネルを形成する。

ソース配線７０２は、ソース配線駆動回路に接続されており、ゲート電極７０４はゲー
ト電極駆動回路に接続されており、アノード電極７０９はアノード電極駆動回路に接続さ
れている。ゲート電極駆動回路、ソース配線駆動回路、及びアノード電極駆動回路は、第
１の基板上の外延部に形成することができる。また、ＩＣチップ等の外付け回路用いるこ
ともできる。ソース配線は、半導体膜のソース領域に接しており、ドレイン領域は電界放
出素子を形成している。ゲート電極駆動回路からゲート電極に正の電圧を印加すると、ソ
ース領域とドレイン領域との間のチャネル形成領域にキャリアが発生し、ドレイン領域の
電子放出部から電子が放出される。アノード電極には、アノード電極駆動回路により、ゲ
ート電極に印加される正電圧よりも高い電圧が印加され、電子放出部から放出された電子
を、アノード電極に形成された蛍光体層に誘導する。該電子が蛍光体層に衝突することに
より、蛍光体層が励起されて発光し表示を得ることができる。なお、本実施の形態におい
て、第１の基板上に、電界放出素子と同時に、ソース配線駆動回路及びゲート電極駆動回
路形成することも可能である。

以上の工程により、電界放出表示装置を形成する。

本実施の形態により、複雑な工程を経ずとも大面積の基板上に電界放出素子、及びそれ
を有する電界放出表示装置を形成することができる。

本実施の形態で形成される電界放出表示装置は、各画素においてスイッチング素子のド
レイン領域に電子放出部が形成されている。このため、各画素において、電子の放出を制
御することが可能であるため、高精細な表示装置を形成することができる。

（実施の形態６）
本実施の形態では、実施の形態５とは異なった作製方法によって、三極管型ＦＥＤの電
界放出素子及びそれを有する電界放出表示装置について、図９及び図１０を用いて説明す
る。本実施の形態で述べる電界放出素子は、（１）ソース領域及びドレイン領域を有し、
かつ所望の形状にエッチングされた半導体膜、（２）半導体膜のソース領域に接するスト
ライプ状にエッチングされたソース配線、（３）絶縁膜を介してソース配線に交差し、半
導体膜のソース領域及びドレイン領域の間のキャリア濃度を制御するゲート電極、（４）
ゲート電極及び絶縁膜の開口部において、半導体膜のドレイン領域表面に形成された凸形
状の電子放出部、を含む。なお、本実施の形態において、ゲート電極は、ストライプ状で
ある。また、本実施の形態において、カソード電極は少なくともドレイン領域を含む。

図９は、本実施の形態の表示用パネルの斜視図である。第１の基板９０１上には、スト
ライプ状のソース配線９０２と、該ソース配線に接して形成され、かつ所望の形状にエッ
チングされた半導体膜９０３と、該ソース配線９０２と直交する方向にストライプ状に形
成されたゲート電極９０４とを有する。なお、半導体膜９０３のソース配線と接していな
い領域を露出させるための開口部９０５が、ゲート電極及び絶縁膜を介して形成されてい
る。また、開口部には、半導体膜のドレイン領域の表面に円錐形の電子放出部９０６が形
成されている。なお、本実施の形態と、実施の形態５とに開示された電界放出素子とは、
第１基板に形成されたゲート電極の形状が異なる。

実施の形態４に示すように、第２の基板９０７には、蛍光体層９０８とアノード電極９
０９とが形成されている。

図１０は、図９のニ−ニ‘の断面図である。図１０を用いて、本実施の形態の電界放出
素子の作製方法を示す。

実施の形態５と同様に、第１の基板９０１上に、ソース配線９０２、第１の絶縁膜１０
０１、所望の形状の半導体膜９０３を形成する。なお、第１の基板上にソース配線を形成
する前に、ナトリウム（Ｎａ）などガラス基板に微量に含まれるアルカリ金属をブロッキ
ングするための絶縁膜を形成してもよい。

次に、半導体膜９０３にレジストマスク(図示しない。)を形成した後、ｎ型を付与する
不純物元素として１５族に属する元素を添加してソース領域１００２およびドレイン領域
１００３を形成する。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的には
リン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いることができる。

次に、図１０（Ｂ）に示すように、実施の形態５と同様に、半導体膜９０３及び第１の
絶縁膜上に第２の絶縁膜１００４及び導電膜１００５を形成する。第２の絶縁膜１００４
及び導電膜１００５はそれぞれ、実施の形態４又は実施の形態５の材料を適宜採用するこ
とができる。

次に、図１０（C）に示すように、レジストマスク(図示しない。)を用いて、ストライ
プ状のゲート電極９０４となる導電膜を形成する。この後、ドレイン領域上に形成された
ゲート電極となる導電膜及び第２の絶縁膜１００４をエッチングして、半導体膜の一部を
露出させ、開口部９０５を形成すると共に、ゲート電極９０４を形成する。

次に、実施の形態５と同様に、半導体膜にレーザ光を照射して半導体膜に凸部を形成し
、電子放出部９０６を形成する。このときのレーザ光及びレーザ光の照射条件は、実施の
形態５に記載のものを適宜採用することができる。

この後、図１０（D）に示すように、ウエットエッチングのように等方性エッチングを
おこない、ゲート電極下方の第２の絶縁膜を除去して、第２の絶縁膜より庇状にはりだし
ているゲート電極１００４を形成することが好ましい。

なお、本実施の形態で作製したドレイン領域（電子放出部）９０６の表面に、金属元素
薄膜を成膜してもよい。このときの、金属元素薄膜には、タングステン、ニオブ、タンタ
ル、モリブデン、クロム、アルミニウム、銅、金、銀、チタン、ニッケル等の金属元素を
含む薄膜を用いることができる。

また、図９において、開口部９０５には、一つの電子放出部が、記載されているがこれ
は模式的に表したものであり、多数の電子放出部が形成されていても良い。

以上の工程により、第１の基板に電界放出素子を形成することができる。なお、電界放
出素子のＯＮ、ＯＦＦをより正確に制御するために、各電界放出素子に薄膜トランジスタ
やダイオード等のスイッチング素子を別途設けてもよい。

上記の工程により形成した第１の基板と、実施の形態４と同様の工程により形成した第
２の基板とを封止部材で接着し、基板と封止部材とで囲まれた部分を減圧して電界放出表
示装置の表示用パネルを形成する。

この後、実施の形態７と同様の工程により、電界放出表示装置を形成する。

以上の工程により、ソース領域及びドレイン領域を有する半導体膜、半導体膜のソース
領域に接するソース配線、ゲート電極、及び半導体膜のドレイン領域の表面に形成された
円錐形の電子放出部を有する電界放出素子、及びそれを有する電界放出表示装置を形成す
る。

本実施の形態により、複雑な工程を経ずとも大面積の基板上に電界放出素子を形成する
ことができる。本実施の形態で形成される電界放出表示装置は、各画素においてスイッチ
ング素子のドレイン領域に電子放出部が形成されている。このため、各画素において、電
子の放出を制御することが可能であるため、高精細な表示装置を形成することができる。

（実施の形態７）
次に、三極管型ＦＥＤの電界放出素子及びそれを有する電界放出表示装置について、図１
１及び図１２を用いて説明する。ここで述べる電界放出素子は、（１）ソース領域及びド
レイン領域を有し、所望の形状にエッチングされた半導体領域、（２）半導体領域のソー
ス領域に接するソース配線、（３）絶縁膜を介してソース配線に交差し、半導体膜のソー
ス領域及びドレイン領域の間のキャリア濃度を制御するゲート電極及びゲート配線、（４
）ゲート電極及び絶縁膜の開口部において、かつ半導体領域のドレイン領域表面に形成さ
れる凸形状の電子放出部を含む。

実施の形態４と同様に、第２の基板１８０５には、蛍光体層１８０６とアノード電極１
８０７とが形成されている。

図１２は、図１１のホ−ホ‘の断面図である。図１２を用いて、本実施の形態の電界放
出素子の作製方法を示す。

図１２（Ａ）に示すように、実施の形態１と同様に第１の基板１８００上に第１の絶縁
膜を１８１１形成する。次に、実施の形態１で述べたような公知の手法により結晶性半導
体膜を形成し、この一部をエッチングして所望の形状の半導体領域（図１１の領域１８０
１）を形成する。

次に第２の絶縁膜１８１２を公知の手法で形成する。第２の絶縁膜は、珪素と酸素を主
成分とする膜（酸化ケイ素膜、窒化酸化ケイ素膜、酸化窒化珪素膜等）で形成する。

次に、第１の導電膜を形成する。第１の導電膜としては、実施の形態４の導電膜６０３
と同様の材料で形成することができる。次に、第１の導電膜にレジストマスクを形成して
パターニングを行い、不要な部分を除去し、ゲート電極１８０２を形成する。次に、ゲー
ト電極をマスクとして結晶性半導体膜の一部に、ｎ型を付与する不純物を添加してソース
領域及びドレイン領域１８０１ａ、１８０１ｂを形成する。

次に、図１２（Ｂ）に示すように、第３の絶縁膜１８２１を形成する。第３の絶縁膜と
しては、実施の形態４で示される第２の絶縁膜６０２と同様の材料を用いて形成すること
ができる。

次に、第３の絶縁膜１８２１及び第２の絶縁膜１８１１の一部をエッチングし、第２の
導電膜を成膜する。次に、第２の導電膜を所望の形状にエッチングしてソース配線８０３
を形成する。

次に、図１２（Ｃ）に示すように、第３の絶縁膜上に第４の絶縁膜１８３１を成膜した
後、第４の絶縁膜、第３の絶縁膜、及び第２の絶縁膜の一部をエッチングして、半導体領
域の一部を露出する。

次に、実施の形態５と同様に、半導体膜にレーザ光を照射して半導体膜に凸部を形成し、
電子放出部１８０４を形成する。このときのレーザ光及びレーザ光の照射条件は、実施の
形態５に記載のものを適宜採用することができる。

なお、図１１においては、図１２で示される第１の絶縁膜１８１１、第２の絶縁膜１８１
２、第３の絶縁膜１８２１、第４の絶縁膜１８３１は省略している。

また、電界放出素子のＯＮ、ＯＦＦをより正確に制御するために、各電界放出素子に
薄膜トランジスタやダイオード等のスイッチング素子を別途設けてもよい。また、絶縁膜
、例えば第３の絶縁膜１８２１又は第４の絶縁膜１８３１上に、電子放出部から放出され
る電子量を制御するための制御電極を設けても良い。この構造により、電子放出量の安定
性及び制御性を高めることが可能である。さらには、本実施の形態では、電界放出素子を
トップゲート構造を用いて記載したが、これに限られず、ボトムゲート構造でも同様に電
界放出素子を形成することができる。

上記の工程により形成した第１の基板と、実施の形態４と同様の工程により形成した第
２の基板５０５とを封止部材で接着し、基板と封止部材とで囲まれた部分を減圧して電界
放出表示装置の表示用パネルを形成する。

この後、実施の形態５と同様の工程により、電界放出表示装置を形成する。

以上の工程により、ソース領域及びドレイン領域を有する半導体膜、半導体膜のソース
領域に接するソース配線、ゲート電極、及び半導体膜のドレイン領域の表面に形成された
円錐形の電子放出部を有する電界放出素子、及びそれを有する電界放出表示装置を形成す
る。

本実施の形態により、複雑な工程を経ずとも大面積の基板上に電界放出素子を形成す
ることができる。本実施の形態で形成される電界放出表示装置は、各画素においてスイッ
チング素子のドレイン領域に電子放出部が形成されている。このため、各画素において、
電子の放出を制御することが可能であるため、高精細な表示装置を形成することができる
。

（実施の形態８）
本実施の形態では、ゲート電極を設けずに、単にカソード電極上に電子源である電子放
出部を設けた構造を有する電界放出素子、すなわち二極管型ＦＥＤの電界放出素子、及び
その電界放出素子を有する表示装置を示す。具体的には、第１の基板及び第２の基板それ
ぞれにおいて、基板全面にカソード電極及び蛍光体を付したアノード電極が面状に形成さ
れており、かつカソード電極表面に電子放出部が設けられている電界放出素子、及びその
電界放出素子を有する表示装置の作製工程を示す。なお、電子放出部は、ウィスカー状で
ある。

図１５は、本実施の形態の表示用パネルの斜視図である。第１の基板２１００上に半導
体膜で形成された面状のカソード電極２１０２と、第２の基板２１０３に形成された面状
のアノード電極２１０４とが形成されている。カソード電極の表面において、ウィスカー
状の電子放出部２１０５が形成されている。

図１６は、図１５のへ−へ‘の断面図である。図１６を用いて、本実施の形態の電界放
出素子の作製方法を示す。

図１６（A）に示すように、第１の基板２１００上に絶縁膜１５０１を形成する。絶縁
膜により、ナトリウム（Ｎａ）などガラス基板に微量に含まれるアルカリ金属が拡散する
のを防ぐことができる。絶縁膜上に公知の方法（ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等）より非晶質半導
体膜１５０２を形成する。第１の基板としては、ガラス基板、石英基板、サファイア基板
、表面に絶縁膜が形成された半導体基板、表面に絶縁膜が形成された金属基板などを用い
ることができる。基板の大きさは、任意であるが６００ｍｍ×７２０ｍｍ、６８０ｍｍ×
８８０ｍｍ、１０００ｍｍ×１２００ｍｍ、１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ、１１５０ｍｍ
×１３００ｍｍ、１５００ｍｍ×１８００ｍｍ、１８００ｍｍ×２０００ｍｍ、２０００
ｍｍ×２１００ｍｍ、２２００ｍｍ×２６００ｍｍ、または２６００ｍｍ×３１００ｍｍ
のような大面積基板を用いることができる。

次いで、この非晶質半導体膜１５０２を結晶化させる。結晶化方法は公知の方法（レー
ザ結晶化法、ラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ）、ファーネスアニール炉を用いた熱
結晶化法、または結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）を用いることができ
る。本実施の形態では、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法により非晶質半導
体膜１５０２を結晶化する。非晶質半導体膜に対して結晶化を助長する金属元素１５０３
を全面に添加し、加熱処理を行う。ここでは結晶化を助長する金属元素として、Au、Al、
Li、Mg、Ni、Co、Pt又はFeを用い、金属元素を1ｐｐｍ〜１００ｐｐｍ含有する溶液、こ
こではニッケル元素を５ｐｐｍ含有する溶液をスピンコーティング法により塗布する。こ
の後、５００〜６５０℃で１〜１２時間加熱する。なお、金属元素を含む溶液を塗布する
代わりに、金属元素薄膜を成膜しても良い。半導体膜の膜厚は０．０３〜０．３μｍの範
囲にとすることが望ましいが、かかる範囲に限定するものではない。加熱により、非晶質
半導体膜が結晶化され結晶性半導体膜２１０２が形成されると共に、結晶粒界（以下、三
重点と示す。なお、結晶粒界は、三重点だけでなく、四重点、又は多重点であってもよい
。）に、Au、Al、Li、Mg、Ni、Co、Pt又はFeの金属元素もしくはこれらの金属元素で形成
される金属珪化物１５０７が析出する（図１６（Ｂ））。なお、結晶粒界は、結晶化条件
、例えば結晶化温度、膜中の水素濃度等によって制御することが可能である。すなわち、
結晶粒界を制御することによって、電子放出部であるウィスカー密度を制御することがで
きる。また、第１の加熱処理の後に、結晶性半導体膜にレーザ光を照射してもよい。

次に、結晶性半導体膜１５０６及び偏析した金属元素又は金属珪化物表面を水素化した
後、半導体元素を含むガスを用いて熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法によりウィスカー状
の電子放出部２１０５を形成する。なお、電子放出部の根元、又は先端には、金属元素又
は金属珪化物が凝集する。本実施の形態においては、０．１％のシランガス雰囲気で加熱
することで、金属元素または金属珪化物を触媒として金属元素または金属珪化物表面にお
いて気相中の半導体元素、例えばシリコンが凝集し結晶化して、ウィスカー状２１０５の
電子放出部が形成される。なお、電子放出部の根元とは、カソード電極と電子放出部とが
接している部分、即ち金属元素又は金属珪化物１５０７が析出する結晶粒界である。（図
１６（Ｄ））。

なお、導電性を高めるために結晶性半導体膜中には、ｎ型を付与する不純物元素が添加
されていることがすることが好ましい。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する
元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いることができる。

以上の工程により、ウィスカー状の電子放出部を形成することができる。また、カソー
ド電極及びその表面に形成されたウィスカー状の電子放出部を有する電界放出素子を形成
することができる。

なお、結晶性半導体膜２１０２と絶縁膜１５０１との間に、金属元素膜によるカソード
電極を形成してもよい。カソード電極としては、タングステン、ニオブ、タンタル、モリ
ブデン、クロム、アルミニウム、銅、金、銀、チタン、ニッケル等の金属元素、又はそれ
らを含む合金、あるいはこれらの金属元素化合物（代表的には、窒化タンタル、窒化チタ
ン等の窒化物、タングステンシリサイド、ニッケルシリサイド、モリブデンシリサイド等
のシリサイド等）を用いることができる。

次に、図１５に示すように、第２の基板２１０３に公知の手法により蛍光体層２１０６
を形成し、その上に膜厚０．０５〜０．１μｍの導電膜を形成して、アノード電極２１０
４を形成する。該導電膜には、アルミニウム、ニッケル、銀等の金属元素からなる薄膜、
または、ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ₂
Ｏ₃）―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透明導電膜を公知の手法により成膜する。ま
たは、この導電膜を公知のフォトリソグラフィー工程により所望の形状に加工してもよい
。

蛍光体層は、赤色蛍光体層、青色蛍光体層、緑色蛍光体層からなる。なお、複数の色の
蛍光体層を配列する場合、各蛍光体層の間に、コントラストを高めるためブラックマトリ
クスを形成することが好ましい。アノード電極となる導電膜に、アルミニウム、ニッケル
、銀等の金属元素からなる薄膜、またはこれらの金属元素を含む合金薄膜を用いた場合、
蛍光体の発光を第２の基板側へ反射させるため、表示画面の輝度を向上させることができ
る。

本実施の形態により形成した第１の基板と第２の基板とを封止部材で接着し、基板と封
止部材とで囲まれた部分を減圧し電界放出表示装置の表示用パネルを形成する。

第１の基板２１００に形成されたカソード電極２１０４は、カソード電極駆動回路に接
続されており、第２の基板２１０３に形成されたアノード電極２１０４はアノード電極駆
動回路に接続されている。カソード電極駆動回路及びアノード電極駆動回路は、第１の基
板上の外延部に形成することができる。また、ＩＣチップ等の外付け回路を用いることも
できる。カソード電極駆動回路からカソード電極を通じて相対的に負電圧が印加され、ア
ノード電極にはアノード電極駆動回路から相対的に正電圧が印加される。これらの電圧印
加によって生じた電界に応じ、電子放出部の先端から量子トンネル効果に基づき電子が放
出され、アノード側に誘導される。この電子が、アノード電極に形成された蛍光体層に衝
突することにより、蛍光体層が励起されて発光し表示を得ることができる。

以上の工程により、電界放出表示装置を形成する。

以上の工程により、カソード電極及びその表面に形成されたウィスカー状の電子放出部
を有する電界放出素子、及びそれを有する電界放出表示装置を形成することができる。

本実施の形態により、複雑な工程を経ずとも大面積基板上に電界放出素子を形成するこ
とができる。また、本実施の形態により、半導体膜の結晶化条件によって結晶粒界を制御
することができるため、結晶粒界に形成される電子放出部の密度を制御することが可能と
なる。さらに、大型の液晶表示装置の面光源または電飾用装置となるエリアカラーの表示
装置を複雑な工程を経ずとも作製することができる。

（実施の形態９）
本実施の形態では、実施の形態８と同様の二極管型ＦＥＤの電界放出素子について、別
の作製工程を示す。

図１７は、図１６と同様に図１５のへ−へ‘の断面図である。実施の形態８と同様に基
板１４００上に絶縁膜１４０１、非晶質半導体膜１４０２を順次形成する。次に、この非
晶質半導体膜１４０２を結晶化させる。本実施の形態では、結晶化方法にレーザ結晶化法
を用いる。気体レーザー発振器、固体レーザー発振器、又は金属レーザ発振器から発振さ
れたレーザ光１４０３を非晶質半導体膜１４０２に照射して結晶性半導体膜を形成する。
このときのレーザ光は、連続発振又はパルス発振のレーザ光を用いることができる。

次に、図１７（Ｂ）に示すように、次に、結晶性半導体膜１４０４に金属元素を添加す
る。本実施の形態では、結晶性半導体膜１４０４上に金属元素で構成される薄膜１４０５
を形成する。この金属元素としては、Au、Al、Li、Mg、Ni、Co、Pt又はFeを用いることが
可能である。本実施の形態では、金薄膜をスパッタ法により２〜５ｎｍ成膜する。この後
、４００〜６００℃で加熱すると、金属膜１４０５の金属元素または金属珪化物が結晶性
半導体膜の結晶粒界（三重点）の表面に偏析する（領域１４０６）。図１７（Ｃ）。なお
、レーザ光を用いて形成した結晶性半導体膜の結晶粒界の密度は、図２７に示すように、
レーザ照射条件によって異なる。図２７は、50ｎｍの非晶質シリコン膜にＸｅＣｌレーザ
を照射したときの三重点の密度を表す。レーザ光のエネルギー密度によって三重点の密度
が異なることが分かる。これらを制御することによって、電子放出部のウィスカーの密度
を制御することが可能である。

結晶性半導体膜及び偏析した金属元素または金属珪化物表面を水素化した後、半導体元
素を含むガスを用いて熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法によりウィスカー状の電子放出部
を形成する。本実施形態では、０．１％のシランガス雰囲気で４００〜６００℃で加熱す
ることで、偏析した金属元素または金属珪化物表面に気相中の半導体元素、例えばシリコ
ンが凝集し結晶化して、ウィスカー状の半導体膜1407が形成される。なお、電子放出部ウ
ィスカーの先端又は根元には、Au、Al、Li、Mg、Ni、Co、Pt又はFe金属元素又はこれらの
金属元素を有する金属珪化物１４０８が凝集している。（図１７（Ｄ））。

なお、結晶性半導体膜１４０４には、導電性を高めるためにｎ型を付与する不純物元素
を添加することが好ましい。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型
的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いることができる。

本実施の形態においても、実施の形態８と同様に半導体膜と絶縁膜との間に、金属元素
膜によるカソード電極を形成してもよい。

以上の工程により、カソード電極及びその表面に形成されたウィスカー状の電子放出部
からなる電界放出素子を形成することができる。本実施の形態により、半導体膜の結晶化
条件によって結晶粒界を制御することができるため、結晶粒界に形成される電子放出部の
密度を制御することが可能となる。また、大面積基板上に電界放出素子を形成することが
できる。

（実施の形態１０）
本実施の形態では、実施の形態８及び実施の形態９と同様にウィスカー状の電子放出部
を有する二極管型ＦＥＤの電界放出素子の作製工程を図１８を用いて示す。

図１８は、図１６及び図１７と同様に図１５のへ−へ‘の断面図である。 図１８（A
）に示すように、実施の形態８と同様に第１の基板１３００上に絶縁膜１３０１を形成し
たのち、非晶質半導体膜１３０２を形成する。次に、非晶質半導体膜１３０２に金属元素
を添加する。本実施の形態では、プラズマCVD法により非晶質半導体膜１３０２表面に２
〜５ｎｍの金属薄膜１３０３を形成する。本実施の形態では、金属薄膜として金薄膜を形
成する。金属元素としては、Au、Al、Li、Mg、Ni、Co、Pt又はFeを用いることが可能であ
る。

次に、非晶質半導体膜にレーザ光１３０５を照射して、非晶質半導体膜を結晶化して結
晶性半導体膜１３０６を形成する。このとき、結晶性半導体膜中の結晶粒界（三重点）の
表面には金属元素または金属珪化物１３０７が偏析する。（図１８（Ｂ））。このときの
レーザ光は、実施の形態９と同様のものを用いることができる。

次に、結晶性半導体膜１３０６及び偏析した金属元素または金属珪化物１３０７の表面
を水素化した後、半導体元素を含むガスを用いて熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法により
ウィスカー状の電子放出部を形成する。本実施の形態においては、０．１％のシランガス
雰囲気で加熱することで、金属元素または金属珪化物が触媒となって、偏析した金属元素
または金属珪化物表面において気相中の半導体元素、例えばシリコンが凝集し、結晶化し
て、ウィスカー状電子放出部１３０８が形成される結晶性半導体膜が形成される。なお、
電子放出部ウィスカーの先端又は根元には、Au、Al、Li、Mg、Ni、Co、Pt又はFeの金属元
素若しくはこれらの金属元素を有する金属珪化物１３０９が凝集している。 (図１８（C
）)。

なお、結晶性半導体膜１３０８には、導電性を高めるためにｎ型を付与する不純物元素
が添加されることが好ましい。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典
型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いることができる。

以上の工程により、ウィスカー状の電子放出部を形成することができる。

本実施の形態においても、実施の形態８と同様に半導体膜と絶縁膜との間に、金属元素
膜によるカソード電極を形成してもよい。
また、本実施の形態で作製した基板を第１の基板として、実施の形態８と同様に表示パ
ネルを作製することができる。

以上の工程により、カソード電極及びその表面に形成されたウィスカー状の電子放出部
からなる電界放出素子を形成する。本実施の形態により、半導体膜の結晶化条件によって
結晶粒界を制御することができるため、結晶粒界に形成される電子放出部の密度を制御す
ることが可能となる。また、複雑な工程を経ずとも、大面積基板上に電界放出素子を形成
することができる。

（実施の形態１１）
本実施の形態では、実施の形態８〜実施の形態１０と同様に二極管型ＦＥＤの電界放出
素子、及びその電界放出素子を有する表示装置を示す。具体的には、第１の基板上に形成
されたストライプ状のカソード電極と、第２の基板に形成されたストライプ状のアノード
電極とが交差している点において、電子放出部が形成されている電界放出素子及びそれを
有する電界表示装置について図１９及び図２０を用いて述べる。なお、本実施の形態では
、電子放出部の作製工程に、実施の形態８で述べた電子放出部の作製工程を適応しおり、
電子放出部はウィスカー状である。この工程に、実施の形態９又は実施の形態１０の工程
を適応してもよい。

図１９は、本実施の形態の表示用パネルの斜視図である。第1の基板１２００上に半導
体膜で形成されたストライプ状のカソード電極１２０２と、第２の基板１２０３に形成さ
れたストライプ状のアノード電極１２０７とが、ある間隔を介して交差している。この点
において、電子放出部１２０５が形成されている。なお、図１９においては、カソード電
極とアノード電極との交点には、ウィスカー状の電子放出部が形成されているが、これは
模式的に表したものであって、より多くの電子放出部を形成してもよい。

図２０は、図１９のト−ト’の断面図である。図２０を用いて、本実施の形態のカソー
ド電極及び電子放出部の作製方法を示す。なお、図１９と同じ部分は同じ符号を用いて示
す。

図２０（A）に示すように、実施の形態１０と同様に、第１の基板１２００上に絶縁膜
１２０１を形成し、公知の方法（ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等）より非晶質半導体膜１６０１を
形成したのちCVD法により２〜５ｎｍの金属薄膜１６０２を形成する。該金属薄膜には、A
u、Al、Li、Mg、Ni、Co、Pt又はFeで形成された薄膜を形成することができる。

こののち、レーザ光を照射して結晶性半導体膜を形成する。このとき、結晶性半導体膜
中の結晶粒界（三重点）の表面には金属元素または金属珪化物１６０７が偏析する。この
ときのレーザ光は、実施の形態９と同様のものを用いることができる(図２０（Ｂ）)。

次に、結晶性半導体膜をエッチングしてストライプ状の結晶性半導体膜１２０２を形成
する。なお、これらの工程に代えて、結晶性半導体膜をストライプ状にエッチングしてか
らレーザ光を照射して結晶粒界を形成しても良い。（図２０（Ｂ））。

次に、結晶性半導体膜１２０２及び偏析した金属元素または金属珪化物１６０７の表面
を水素化した後、半導体元素を含むガスを用いて熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法により
ウィスカー状の電子放出部を形成する。本実施の形態においては、０．１％のシランガス
雰囲気で４００〜６００℃で加熱することで、金属元素または金属珪化物と気相中の半導
体元素とが反応し結晶性半導体膜の粒界（三重点）の表面に、半導体元素がウィスカー状
に析出する。なお、電子放出部の先端又は根元には、Au、Al、Li、Mg、Ni、Co、Pt又はFe
金属元素若しくはこれらの金属元素を有する金属珪化物１６０８が凝集している。（図２
０（C））。

このとき、導電性を高めるために半導体膜にｎ型を付与する不純物元素を添加すること
が好ましい。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ
）または砒素（Ａｓ）を用いることができる。

次に、図１９に示すように、第２の基板１２０３に公知の手法により蛍光体層１２０６
を形成し、その上に膜厚０．０５〜０．１μｍの導電膜を形成して、ストライプ状のアノ
ード電極１２０７を形成する。該導電膜には、実施の形態８と同様の導電膜を適応するこ
とができる

蛍光体層は、赤色蛍光体層、青色蛍光体層、緑色蛍光体層からなり、これらの蛍光体層
１組でひとつのピクセルとなる。なお、各蛍光体層の間に、コントラストを高めるためブ
ラックマトリクスを形成することが好ましい。アノード電極は、各蛍光体層上に形成され
ていてもよく、また、赤色蛍光体層、青色蛍光体層、及び緑色蛍光体層からなるピクセル
上に形成されていてもよい。

本実施の形態で形成した第１の基板と第２の基板とを封止部材で接着し、基板と封止部
材とで囲まれた部分を減圧し電界放出表示装置の表示用パネルを形成する。

本実施の形態における駆動方法は、パッシプ型の駆動方法である。図１９において、第
1の基板１２００に形成されたカソード電極１２０２は、カソード電極駆動回路に接続さ
れており、第２の基板１２０３に形成されたアノード電極１２０７はアノード電極駆動回
路に接続されている。カソード電極駆動回路及びアノード電極駆動回路は、第１の基板上
の外延部に形成することができる。また、ＩＣチップ等の外付け回路を用いることもでき
る。カソード電極駆動回路からカソード電極を通じて相対的に負電圧が印加され、アノー
ド電極にはアノード電極駆動回路から相対的に正電圧が印加される。これらの電圧印加に
よって生じた電界に応じ、電子放出部の先端から量子トンネル効果に基づき電子が放出さ
れ、アノード電極に誘導される。この電子が、アノード電極に形成された蛍光体層に衝突
することにより、蛍光体層が励起されて発光し表示を得ることができる。
以上の工程により、電界放出表示装置を形成する。

以上の工程により、カソード電極及びその表面に形成されたウィスカー状の電子放出部
からなる電界放出素子を形成する。本実施の形態により、半導体膜の結晶化条件によって
結晶粒界を制御することができるため、結晶粒界に形成される電子放出部の密度を制御す
ることが可能となる。また、複雑な工程を経ずとも大面積基板上に電界放出素子を形成す
ることができる。

（実施の形態１２）
本実施の形態では、三極管型ＦＥＤの電界放出素子、及びそれを有する電界放出表示装
置について、図２１及び図２２を用いて説明する。なお、本実施の形態で述べる電界放出
素子は、（１）ストライプ状にエッチングされ、かつｎ型の導電性を有する半導体膜で形
成されるカソード電極、（２）絶縁膜を介してカソード電極と交差するゲート電極、（３
）ゲート電極及び絶縁膜の開口部において、カソード電極の表面に形成された凸部の電子
放出部、を含む。なお、本実施の形態では、電子放出部の作製工程に、実施の形態８を適
応しているが、実施の形態９又は実施の形態１０の工程を適応してもよい。この場合、電
子放出部はウィスカー状である。

図２１は、本実施の形態の表示用パネルの斜視図である。第１の基板１５０１上には、
半導体膜で形成されたストライプ状のカソード電極１５０２と、該カソード電極と直交し
ているストライプ状のゲート電極１５０３とが形成されている。なお、カソード電極とゲ
ート電極とは、絶縁膜（図示しない。）を介して、形成されている。カソード電極と、ゲ
ート電極との交点には開口部１５０７が形成されており、該開口部においてカソード電極
の表面にウィスカー状の電子放出部１５０８が形成されている。第２の基板１５０５には
蛍光体層１５１０とアノード電極１５１１とが形成されている。

図２２は、図２１のチ−チ‘の断面図である。図２２を用いて、本実施の形態の電界放
出素子の作製方法を示す。

図２２（A）に示すように、実施形態８と同様に第１の基板１５０１上に第１の絶縁膜
１７０１を形成する。第１の絶縁膜により、ガラス基板に微量に含まれるアルカリ金属が
拡散するのを防ぐことができる。第１の絶縁膜上に公知の方法（ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等）
より非晶質半導体膜１７０３を形成する。このときの、半導体膜の膜厚は０．０３〜０．
３μｍの範囲にとすることが望ましいが、かかる範囲に限定するものではない。次に非晶
質半導体膜１７０３表面にAu、Al、Li、Mg、Ni、Co、Pt又はFe含む溶液を塗布する。この
後、５００〜６５０℃に加熱して結晶性半導体膜を形成する。

この後、図２２（Ｂ）に示すようにカソード電極を形成する部分に、公知のフォトリソ
グラフィー工程によりレジストマスクを形成した後、結晶性半導体膜の一部をエッチング
し、ストライプ状のカソード電極である結晶性半導体膜１５０２を形成する。

次に、カソード電極である結晶性半導体膜１５０２上に第２の絶縁膜１７０５を形成す
る。第２の絶縁膜としては、実施の形態４と同様のものを用いることができる。

次に、導電性を高めるために半導体膜にｎ型を付与する不純物元素を添加する。ｎ型を
付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ
）を用いることができる。なお、ｎ型不純物を添加する工程は、第２の絶縁膜を形成する
前でもよい。

次に、導電膜１７０６を形成する。導電膜としては、実施の形態４と同様の物を用いる
ことができる。導電膜にレジストマスクを形成してパターニングを行い、導電膜の不要な
部分を除去し、ストライプ状のゲート電極を形成する。

次に、図２２（C）に示すように、ストライプ状のカソード電極とストライプ状のゲー
ト電極とが第２の絶縁膜を介して交差する領域において、開口部１５０７を形成する。所
望の形状に、レジストマスクを形成した後、ストライプ状のゲート電極と第２の絶縁膜と
を任意の形状にエッチングして半導体膜を露出させ、開口部１５０７を形成する。この工
程において、第２の絶縁膜が残存しないように結晶性半導体膜をオーバーエッチングする
。このため、結晶性半導体膜表面に偏析した金属元素または金属珪化物（図示しない）は
除去される。

次に、結晶性半導体膜表面に２〜５ｎｍのAu、Al、Li、Mg、Ni、Co、Pt又はFeで形成さ
れる金属薄膜１７０７を形成する。本実施の形態では、金薄膜を形成する。この後、レー
ザ光を照射すると、結晶粒界（三重点）に金属元素または金属珪化物１７１０が析出する
（図２２（D））。

次に、結晶性半導体膜及び結晶粒界の金属元素または金属珪化物表面を水素化処理した
後、半導体元素を含むガスを用いて熱ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法によりウィスカー状
の電子放出部を形成する。本実施の形態においては、０．１％のシランガス雰囲気で４０
０〜６００℃で加熱することで、金属元素または金属珪化物と気相中の半導体元素とが反
応し、ウィスカー状の結晶性半導体膜１５０８が形成される。なお、電子放出部の先端又
は根元には、Au、Al、Li、Mg、Ni、Co、Pt又はFe金属元素若しくはこれらを有する金属珪
化物１７１２が凝集している。

なお、図２１において、カソード電極とゲート電極との交点１５０９においては、２×
２個の開口部が記載されているがこれに限られるものはなく、一つの開口部又は多数の開
口部が形成されていても良い。

また、半導体膜１５０２と第１の絶縁膜１７０１との間にストライプ状で半導体膜に接
している金属元素膜をカソード電極として形成してもよい。カソード電極の材料としては
、実施の形態９と同様のものを用いることができる。

以上の工程により、第１の基板上にウィスカー状の電子放出部を有する電界放出素子を
形成することができる。

図１２に示すように、第２の基板１５０５に公知の手法により蛍光体層１５１０を形成
し、その上に膜厚０．０５〜０．１μｍのアノード電極５１１を形成する。アノード電極
は、アルミニウム、ニッケル、銀等の金属元素からなる薄膜、または、ＩＴＯ（酸化イン
ジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ₂Ｏ₃）―ＺｎＯ）、酸化亜鉛
（ＺｎＯ）等の透明導電膜を公知の手法により成膜する。本実施の形態では、アノード電
極は、ストライプ状、矩形型のマトリクス状、またはシート状でもよい。蛍光体層は、赤
色蛍光体層、青色蛍光体層、緑色蛍光体層からなり、これらの蛍光体層１組でひとつのピ
クセルとする。なお、各蛍光体層の間に、コントラストを高めるためブラックマトリクス
１５１２を形成することが好ましい。また、アノード電極となる導電膜に、アルミニウム
、ニッケル、銀等の金属元素からなる薄膜、またはこれらの金属元素を含む合金薄膜を用
いた場合、蛍光体の発光を第２の基板側へ反射させるため、表示画面の輝度を向上させる
ことができる。

本実施の形態で形成した第１の基板と第２の基板とを封止部材で接着し、基板と封止部
材とで囲まれた部分を減圧し、電界放出表示装置の表示用パネルを形成する。

本実施の形態における駆動方法は、パッシプ型の駆動方法である。カソード電極１５０
２は、カソード電極駆動回路に接続されており、ゲート電極１５０３はゲート電極駆動回
路に接続されており、アノード電極１５１１はアノード電極駆動回路に接続されている。
ゲート電極駆動回路、カソード電極駆動回路、及びアノード電極駆動回路は、第１の基板
上の外延部に形成することができる。また、ＩＣチップ等の外付け回路用いることもでき
る。カソード電極駆動回路からカソード電極を通じで相対的に負電圧（例えば、0ｋV）が
印加され、ゲート電極には、ゲート電極駆動回路から相対的に正電圧（例えば、50V）が
印加される。これらの電圧印加によって生じた電界に応じ、凸部の先端から量子トンネル
効果に基づき電子が放出される。アノード電極には、アノード電極駆動回路により、ゲー
ト電極に印加される正電圧よりも高い電圧（例えば、5ｋV）が印加され、電子放出部から
放出された電子を、アノード電極に形成された蛍光体層に誘導する。該電子が蛍光体層に
衝突することにより、蛍光体層が励起され発光し表示を得ることができる。なお、本実施
の形態において、第１の基板上に、電界放出素子と同時に、カソード電極駆動回路及びゲ
ート電極駆動回路形成することも可能である。

以上の工程により、電界放出表示装置を形成する。

本実施の形態により、複雑な工程を経ずとも大面積基板上に電界放出素子を形成するこ
とができる。また、半導体膜の結晶化条件によって結晶粒界を制御することができるため
、結晶粒界に形成される電子放出部の密度を制御することが可能となる。

（実施の形態１３）
本実施の形態では、三極管型ＦＥＤの電界放出素子及びそれを有する電界放出表示装置
について、図２３及び図２４を用いて説明する。本実施の形態で述べる電界放出素子は、
（１）ソース領域及びドレイン領域を有し、所望の形状にエッチングされた半導体膜、（
２）半導体膜のソース領域に接するストライプ状にエッチングされたソース配線、（３）
絶縁膜を介してソース配線と交差し、半導体膜のソース領域及びドレイン領域の間のキャ
リア濃度を制御するゲート電極、（４）ゲート電極及び絶縁膜の開口部において、半導体
膜のドレイン領域表面に形成された凸形状、即ちウィスカー状の電子放出部を含む。また
、本実施の形態において、カソード電極は少なくともドレイン領域を含む。

実施の形態４又は実施の形態１２に示すように、第２の基板１９０７には、蛍光体層１
９０８とアノード電極１９０９とが形成されている。

図２４は、図２３のリ−リ‘の断面図である。図２４を用いて、本実施の形態の電界放
出素子の作製方法を示す。

図２４（A）に示すように第１の基板１９０１上に第１の導電膜を形成したのち、レジ
ストマスクを用いてストライプ状のソース配線１９０２を形成する。第１の基板としては
、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、表面に絶縁膜が形成された半導体基板、表面
に絶縁膜が形成された金属基板などを用いることができる。基板の大きさは、任意である
が６００ｍｍ×７２０ｍｍ、６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、１０００ｍｍ×１２００ｍｍ、１
１００ｍｍ×１２５０ｍｍ、１１５０ｍｍ×１３００ｍｍ、１５００ｍｍ×１８００ｍｍ
、１８００ｍｍ×２０００ｍｍ、２０００ｍｍ×２１００ｍｍ、２２００ｍｍ×２６００
ｍｍ、または２６００ｍｍ×３１００ｍｍのような大面積基板を用いることができる。

次に、第１の絶縁膜を形成した後、絶縁膜をＣＭＰ等で研磨して平坦化しながらソース
配線を露出しながら、該配線間を絶縁膜２００１で埋め込む。絶縁膜２００１及びソース
配線１９０２上に、公知の方法（ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等）より非晶質半導体膜を形成する
。この後、非晶質半導体膜を公知の手法により結晶化したのちエッチングして、所望の形
状の結晶性半導体膜１９０３を形成する。なお、第１の基板上にソース配線を形成する前
に、ナトリウム（Ｎａ）などガラス基板に微量に含まれるアルカリ金属をブロッキングす
るための絶縁膜を形成してもよい。

次に、結晶性半導体膜１９０３にレジストマスク(図示しない。)を形成した後、ｎ型を
付与する不純物元素として１５族に属する元素を添加してソース領域２００２およびドレ
イン領域２００３を形成する。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典
型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いることができる。

次に、図２４（Ｂ）に示すように、半導体膜及び第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜２００
４を形成する。第２の絶縁膜としては、実施の形態１２と同様のものを用いることができ
る。

次に、第２の導電膜２００５を形成する。第２の導電膜としては、実施の形態１１の導
電膜(図２２（Ｂ）の領域１７０６)と同様のものを用いることができる。導電膜にレジス
トマスクを形成してパターニングを行い、導電膜の不要な部分を除去し、ソース配線と、
半導体膜及び第２の絶縁膜２００４を介して交差する第２の導電膜２００５を形成する。

次に、図２４（C）に示すように、ドレイン領域上に形成された第２の導電膜及び第２
の絶縁膜をエッチングして、半導体膜の一部を露出させ、開口部１９０５を形成すると共
に、ゲート電極１９０４を形成する。

次に、開口部１９０５の結晶性半導体膜表面及び第２の導電膜上に２〜５ｎｍのAu、Al
、Li、Mg、Ni、Co、Pt又はFeで形成される薄膜１９０７を形成した後、加熱する。この工
程により、半導体元素と金属元素とが溶融し、結晶粒界（三重点）に金属元素または金属
珪化物１９１０が析出する。（図２４（D））。

次に、図２４（E）に示すように、結晶性半導体膜及び結晶粒界に析出した金属元素また
は金属珪化物の表面を水素化した後、半導体元素を含むガスを用いて熱ＣＶＤ法又はプラ
ズマＣＶＤ法によりウィスカー状の電子放出部を形成する。本実施の形態においては、０
．１％のシランガス雰囲気で４００〜６００℃で加熱することで、金属元素または金属珪
化物と気相中の半導体元素とが反応し、ウィスカー状の結晶性半導体膜１９０６が形成さ
れる。なお、電子放出部の先端又は根元には、Au、Al、Li、Mg、Ni、Co、Pt又はFe金属元
素若しくはこれらを有する金属珪化物１９１１が凝集している。

以上の工程により、第１の基板に電界放出素子を形成することができる。なお、電界放
出素子のＯＮ、ＯＦＦをより正確に制御するために、各電界放出素子に薄膜トランジスタ
やダイオード等のスイッチング素子を別途設けてもよい。また、ゲート電極を、実施の形
態５のようにくし型としてもよい。

上記の工程により形成した第１の基板と、実施の形態１１と同様の工程により形成した
第２の基板とを封止部材で接着し、基板と封止部材とで囲まれた部分を減圧して電界放出
表示装置の表示用パネルを形成する。

この後、実施の形態５と同様の工程により、電界放出表示装置を形成する。

本実施の形態により、複雑な工程を経ずとも大面積基板上に電界放出素子を形成するこ
とができる。また、半導体膜の結晶化条件によって結晶粒界を制御することができるため
、結晶粒界に形成される電子放出部の密度を制御することが可能となる。さらに、本実施
の形態で形成される電界放出表示装置は、各画素においてスイッチング素子のドレイン領
域に電子放出部が形成されている。このため、各画素において、電子の放出を制御するこ
とが可能であるため、高精細な表示装置を形成することができる。

（実施の形態１４）
本実施の形態では、三極管型ＦＥＤの電界放出素子及びそれを有する電界放出表示装置に
ついて、図２５及び図２６を用いて説明する。ここで述べる電界放出素子は、（１）ソー
ス領域及びドレイン領域を有し、所望の形状にエッチングされた半導体領域、（２）半導
体領域のソース領域に接するソース配線、（３）絶縁膜を介してソース配線と交差し、半
導体膜のソース領域及びドレイン領域の間のキャリア濃度を制御するゲート電極及びゲー
ト配線、（４）ゲート電極及び絶縁膜の開口部において、かつ半導体領域のドレイン領域
表面にウィスカー状の電子放出部、を含む。

第２の基板２２０５には、実施の形態４又は実施の形態１２に示すように、蛍光体層２
２０６とアノード電極２２０７とが形成されている。

図２６は、図２５のヌ−ヌ‘の断面図である。図２６を用いて、本実施の形態の電界放
出素子の作製方法を示す。

図２６（Ａ）に示すように第１の基板２２００上に第１の絶縁膜を２２１１形成する。
次に実施の形態１で述べたような公知の手法により結晶性半導体膜を形成し、この一部を
エッチングして所望の形状の半導体領域（図２５の領域２２０１）を形成する。

次に、第２の絶縁膜２２１２を公知の手法で形成する。第２の絶縁膜２２１２は、珪素
と酸素を主成分とする膜（酸化ケイ素膜、窒化酸化ケイ素膜、酸化窒化珪素膜等）で形成
する。

次に、第１の導電膜を形成する。第１の導電膜としては、実施の形態４の第１の導電膜
６０３と同様の材料で形成することができる。次に、第１の導電膜にレジストマスクを形
成してパターニングを行い、不要な部分を除去し、ゲート電極２２０２を形成する。次に
、ゲート電極をマスクとして結晶性半導体膜の一部に、ｎ型を付与する不純物を添加して
ソース領域及びドレイン領域２２０１ａ、２２０１ｂを形成する。

次に、図２６（Ｂ）に示すように、第３の絶縁膜２２２１を形成する。第３の絶縁膜と
しては、実施形態４に示す第２の絶縁膜６０２と同様の材料で形成することができる。

次に、第３の絶縁膜２２２１及び第２の絶縁膜２２１１の一部をエッチングし、第２の
導電膜を成膜する。次に、この第２の導電膜を所望の形状にエッチングしてソース配線２
２０３を形成する。

次に、図２６（Ｃ）に示すように、第３の絶縁膜上に第４の絶縁膜２２３１を成膜した
後、第４の絶縁膜、第３の絶縁膜、及び第２の絶縁膜の一部をエッチングして、半導体領
域の一部を露出する。この後、公知の手法（ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等）により膜厚２〜５ｎ
ｍの金属薄膜２２３２を形成する。この金属元素としては、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ
）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）等を用いる
ことが可能である。本実施形態では、金薄膜を成膜する。

次に、図２６（Ｄ）に示すように、１００〜１１００度、好ましくは４００〜６５０度で
１〜５時間加熱して、結晶粒界（三重点）に金属元素または金属珪化物２２０８を析出す
る。

次に、図２６（Ｅ）に示すように、結晶性半導体膜及び結晶粒界に析出した金属元素また
は金属珪化物の表面を水素化した後、半導体元素を含むガスを用いて熱ＣＶＤ法又はプラ
ズマＣＶＤ法によりウィスカー状の電子放出部を形成する。本実施の形態においては、０
．１％のシランガス雰囲気で４００〜６００℃で加熱することで、金属元素または金属珪
化物と気相中の半導体元素とが反応し、ウィスカー状の結晶性半導体膜２２０４が形成さ
れる。なお、電子放出部の先端又は根元には、Au、Al、Li、Mg、Ni、Co、Pt又はFeの金属
元素若しくはこれらを有する金属珪化物２２０９が凝集している。

なお、図２５においては、図２６で示される第１の絶縁膜２２１１、第２の絶縁膜２２１
２、第３の絶縁膜２２２１、第４の絶縁膜２２３１は省略している。

また、電界放出素子のＯＮ、ＯＦＦをより正確に制御するために、各電界放出素子に薄
膜トランジスタやダイオード等のスイッチング素子を別途設けてもよい。また、絶縁膜、
例えば第３又は第４の絶縁膜上に、電子放出部から放出される電子量を制御するための制
御電極を設けても良い。この構造により、電子放出量の安定性及び制御性を高めることが
可能である。

本実施形態では、電界放出素子をトップゲート構造を用いて記載したが、これに限られず
、ボトムゲート構造でも同様に電界放出素子を形成することができる。

上記の工程により形成した第１の基板と、第２の基板２２０５とを封止部材で接着し、
基板と封止部材とで囲まれた部分を減圧して電界放出表示装置の表示用パネルを形成する
。

この後、実施の形態４または実施の形態１２に示すように、電界放出表示装置を形成す
る。

本実施の形態により、複雑な工程を経ずとも大面積基板上に電界放出素子を形成するこ
とができる。また、半導体膜の結晶化条件によって結晶粒界を制御することができるため
、結晶粒界に形成される電子放出部の密度を制御することが可能となる。さらに、本実施
の形態で形成される電界放出表示装置は、各画素においてスイッチング素子のドレイン領
域に電子放出部が形成されている。このため、各画素において、電子の放出を制御するこ
とが可能であるため、高精細な表示装置を形成することができる。

本実施例では、実施の形態２に基づいて円錐形の電子放出部を有する電界放出素子を形
成する工程を図３を用いて述べる。

まずはじめに、第１の基板２００に絶縁膜２０１を形成する。ここでは、ＳｉＨ₄、Ｎ
Ｈ₃、及びＮ₂Ｏを反応ガスとしてプラズマＣＶＤにより成膜され窒素含有量が酸素含有量
よりも多い又は同程度の第１酸窒化シリコン膜(膜厚５０ｎｍ)と、ＳｉＨ₄、及びＮ₂Ｏを
反応ガスとしてプラズマＣＶＤにより成膜され酸素含有量が窒素含有量よりも多い第２酸
窒化シリコン膜(膜厚１００ｎｍ)とを積層して形成する。

次に、半導体膜として減圧ＣＶＤ法を用いて膜厚５０ｎｍのアモルファスシリコン膜を
形成する。次に、アモルファスシリコン膜の導電性を高めるために、ｎ型を付与する不純
物元素を添加する。ここでは、ｎ型を付与する不純物元素として１×１０²⁰／cm³のリン
（Ｐ）を用い、ｎ型のアモルファスシリコン膜３０１を形成する。

次に、カソード電極を形成する部分にレジストマスク３０２を形成した後、エッチング
して不要な部分を除去し、ストライプ状のアモルファスシリコン膜２０２を形成する。次
いで、窒素雰囲気で５００℃１時間の加熱を行い、アモルファスシリコン膜の脱水素化を
行う。

次に、熱処理により表面に形成された酸化膜を除去した後、レーザ光を照射し、アモル
ファスシリコン膜に凸部を形成する。本実施例では、レーザ光にパルス発振のＸｅＣｌレ
ーザ光を用い、エネルギー密度を４８５mJ／cm²、周波数３０Hz、照射パルス回数を６０
回として結晶性シリコン膜にレーザ光を照射する。この結果、アモルファスシリコン膜全
面に、底面の直径が８０〜２００μｍ、高さ(円錐体の底面と頂点との高低差)が２５０〜
３５０ｎｍの円錐体が１０／μｍ²の密度で形成される。

以上の工程により、円錐形の電子放出部を形成することができる。

本実施例では、実施の形態４に基づいて円錐形の電子放出部を有する電界放出素子を形
成する工程を図６を用いて述べる。

まずはじめに、基板５０１上に絶縁膜６０１を形成する。絶縁膜は、実施例１と同様に
形成することができる。

次に、減圧ＣＶＤ法を用いて膜厚５０ｎｍのアモルファスシリコン膜を形成する。この
後、アモルファスシリコン膜を結晶化させ、結晶性シリコン膜を形成する。本実施例では
、アモルファスシリコン膜に、結晶化を助長する金属元素を全面に添加し、加熱処理を行
う。ここでは、結晶化を助長する金属元素としてニッケルを用い、ニッケルを５ｐｐｍ含
有する溶液を塗布する。次いで、５００℃１時間の加熱を行い、アモルファスシリコン膜
の脱水素化を行う。こののち、ランプ光源を用いるラピッドサーマルアニール法（以下、
ＲＴＡと示す。）、又は加熱された気体を用いるＲＴＡ（ガスＲＴＡ）を用い設定加熱温
度７４０℃で１８０秒のＲＴＡを行い、結晶性シリコン膜を形成する。この後、結晶性シ
リコン膜に添加した金属元素を除去する。

次に、結晶性シリコン膜の導電性を高めるために、ｎ型を付与する不純物元素を添加す
る。ここでは、ｎ型を付与する不純物元素として１×１０²⁰／cm³のリン（Ｐ）を用い、
ｎ型の結晶性シリコン膜を形成する。

次に、カソード電極を形成する部分にレジストマスク(図示しない。)を形成した後、エ
ッチングして不要な部分を除去し、ストライプ状の結晶性シリコン膜５０２を形成する。

次に、減圧ＣＶＤ法によりゲート絶縁膜となる第２の絶縁膜６０２を形成した後、ゲー
ト電極となる導電膜６０３を堆積する。本実施例では、第２の絶縁膜６０２として酸化シ
リコン膜を形成し、導電膜６０３として、タングステンからなる金属元素膜を形成する。
こののち、ドライエッチングによって、ストライプ状のゲート電極５０３を形成すると共
に開口部５０７を形成する。

次に、レーザ光６１０を照射し、結晶性シリコン膜に凸部を形成する。本実施例では、
レーザ光にパルス発振のＸｅＣｌレーザ光を用い、エネルギー密度を４８５mJ／cm²、周
波数３０Hz、照射パルス回数を６０回として結晶性シリコン膜にレーザ光を照射する。こ
の結果、結晶性シリコン膜全面に、底面の直径が８０〜２００μｍ、高さが２５０〜３５
０ｎｍの円錐体が１０／μｍ²の密度で形成形成される。

この後、第２の絶縁膜を等方的にエッチングし、ゲート電極の開口端を露出させる。

以上の工程により、円錐形の電子放出部を形成することができる。

Claims (5)

1. 絶縁性を有する基板上に、ストライプ状の第１の導電膜を形成し、
   前記第１の導電膜の間に第１の絶縁膜を成膜した後、前記第１の導電膜及び前記第１の絶縁膜上に半導体膜を成膜し、
   前記半導体膜を所望の形状に形成した後、第２の絶縁膜を成膜し、
   前記第２の絶縁膜上に第２の導電膜を成膜したのち、前記第２の導電膜及び前記第２の絶縁膜の一部を除去して前記半導体膜を露出させた後、前記半導体膜に金属元素を添加し、３００〜６５０℃の加熱又はレーザ光照射により前記半導体膜の結晶粒界において前記金属元素を偏析させ、
   半導体元素を含む気体雰囲気での４００〜６５０℃の加熱処理により、前記金属元素が偏析した領域表面においてウィスカー状の半導体膜の電子放出部を形成し、
   前記第１の導電膜と前記半導体膜は接していることを特徴とする電界放出素子の作製方法。
2. 請求項１において、前記金属元素を添加する方法は、塗布法、ＰＶＤ法、又はＣＶＤ法であることを特徴とする電界放出素子の作製方法。
3. 請求項１又は請求項２において、前記半導体元素を含む気体は、ポリシランを含むことを特徴とする電界放出素子の作製方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記半導体膜にｎ型を付与する不純物を添加することを特徴とする電界放出素子の作製方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、前記金属元素は、Ａｕ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔ又はＦｅの金属元素であることを特徴とする電界放出素子の作製方法。