JPH01112633A - 電子放出素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は冷陰極形の電子放出素子に関するものである。

［従来の技術］ 従来、簡単な構造で電子の放出が得られる素子として、
例えば、エム　アイ　エリンソン（Ｌｌ。

Ｅｌｉｎｓｏｎ）等によって発表された冷陰極素子が知
られている［ラジオ　エンジニアリング　エレクトロン
　フィジックス（Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇ、　Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ。

Ｐｈ２ｇ、）第１Ｏ巻、　１２９０〜１２９Ｇ頁、　１
９６５年］。

これは、基板上に形成された小面積の薄膜に。

膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる
現象を利用するもので、一般には表面伝導形放出素子と
呼ばれている。

この表面伝導形放出素子としては、前記エリンソン等に
より開発された５ｎ０２（Ｓｂ）ｆｌ膜を用いたもの、
ＡｕＱ膜によるもの［ジー、ディトマー“シン　ソリッ
ド　フィルムス”（Ｇ、Ｄｉｔｔ＋ａｅｒ　：”Ｔｈ１
ｎ　５ｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ”）、第９巻、３１７頁、
（１９７２年）　］　　、　ＩＴＯ薄膜によるもの［エ
ム　ハートウェル　アンド　シー　ジー　フォンスタッ
ド“アイイー　イー　イー　トランスパイ−デイ、−コ
ン７　（Ｍ、　Ｈａｒｔｗｅｌｌ　ａｎｄ　Ｃ，Ｇ−Ｆ
ｏｎｓｔａｄ：　“ＩＥＥＥＴｒａｎｓ、　ＥＤ　Ｃｏ
ｎｆ、　”　）５１９頁、　（１９７５年）］、カーボ
ン薄膜によｎもの［荒木久他：“真空”、第２６巻、第
１号、２２頁、　（１９８３年）］などが報告されてい
る。

これらの表面伝導形放出素子の典型的な素子構成を第３
図に示す。第３図において、１１および１２は電気的接
続を得るための電極、１３は電子放出材料で形成される
薄膜、１４は電子放出部、１５は基板を示す。

従来、これらの表面伝導形放出素子においては、電子放
出を行なう前にあらかじめフォーミングと呼ばれる通電
加熱処理によって電子放出部を形成する。即ち、前記電
極１１と電極１２の間に一定の電圧、あるいは時間的に
一定の割合で増加する電圧を印加することにより、Ｆｊ
膜１３に通電し、これにより発生するジュール熱で薄膜
１３を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的
に高抵抗な状態にした電子放出部１４を形成することに
より電子放出機能を得ている。

電子放出材料としては、５ｎ０２．　Ｉｎ２Ｏ３，Ｐｂ
Ｏ。

ＩＴＯ等の金属酸化物、Ａｕ、　Ａｇ等の金属、カーボ
ン、その他各種の半導体が使用されている。

［発明が解決しようとしている問題点コしかしながら、
従来の表面伝導形電子放出素子においては、第３図に示
す如くＨ型素子のネック形状の薄膜１３内に電子放出部
１４が形成され電子の放出位置となっているが、素子毎
にｇ膜の作成条件やフォーミングの条件が微妙に異なる
ためにネック形状部中での電子放出部の位置は制御出来
ない。またネック形状部の大きさは少なくとも０、Ｉ　
Ｘｏ、１ｍｍ２程度もあるため、電子放出素子として応
用する場合に、電子の制御系に過大な負荷となっていた
。

加えて、フォーミング時にはネック形状の部位全体が高
温となるために、生成した電子放出部具外の部分の膜ま
で、特にマイナス電極の側がひどく劣下しており、歩留
り、再現性、寿命を悪化させる要因となっていた。

また第３図のようにＨ型にしなくては、すなわちネック
形状の部位を設けなくては電子放出部が形成され得なか
った。したがつそ素子１つが、電子放出部のみの大きさ
に比べて１０数倍もの大きさになるので、素子を集積化
するに当って大きな問題となっていた。

本発明の目的はこの様な従来の欠点を解決し、薄膜の所
望の位置に電子放出部を形成し、フォーミング時の膜の
劣下を軽減させることで素子設計の自由度を増し歩留り
を向上させることである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、電子放出部を有する薄膜を基板上に設けた電
子放出素子において、薄膜が、金属酸化物からなる薄膜
と低融点金属からなる薄膜とを基板上に併設したもので
あることを特徴とする電子放出素子に係るものである。

本発明によれば、薄膜の金属酸化物側をマイナス極、低
融点金属側をプラス極として直流電圧を印加し薄膜に電
流を流すと、ネック形状部の温度が上がる。そこで、金
属酸化物と低融点金属との２材料の融点が異なることか
ら、その境界線の所に熱的ストレスが加わり、そこに微
細な亀裂が生じ、電気的に高抵抗になり電子放出′部が
形成されるのである。

また、２つの薄膜の境界線はフォトリソグラフィーの技
術を用いれば１０ＩＬｍの精度で制御することが出来る
ので、所望の位置に電子放出部を持った電子放出素子が
得られる。

本発明において、金属酸化物としては、Ｓｎ０２　。

ＩＴＯ等が使用できる。低融点金属は、使用する金属酸
化物よりも低融点のもので通常融点が１５０℃〜６５０
℃程度のＩｎ、　Ｓｎ、　Ｂｉ、　Ｐｂ、　Ｚｎ、　Ｓ
ｂ。

ＡＲ及びこれらの合金等が使用できる。

電極部材としては特に限定することなく通常用いられて
いる広範囲のものが使用でき、例えばＮｉ、　Ｐｔ、　
Ａｌ２．　Ｃｕ、　Ａｕ等の通常の金属やその他の導伝
性部材を使用することができる。

基板も、通常使用されているものを用いることかでき、
石英基板、青板ガラス基板、アルミナ基板、シリコン基
板等が使用できる。

［実施例］ 第１図は本発明に係る電子放出素子の概略図であり、第
１−（ａ）図は電子放出素子の平面図、第１−（ｂ）図
は電子放出素子の断面図である。

図中、１，２は電気的接続を得るための電極。

３は金属酸化物の８膜、４は電子放出部、５は低融点金
属の薄膜、６は基板である。

素子作成時には電極１をマイナス極、電極２をプラス極
として電圧を印加しフォーミングを行う。あらかじめネ
ック形状部中の所望の位置に薄膜３と薄膜５の境界線が
来るようにフォトリソグラフィーの技術を用いて成膜し
ておくとフォーミング時に、そこに熱的ストレスが発生
し微細な亀裂が生じ、電子放出部が形成された。

従来の素子では、フォーミング時のマイナス極側の膜の
劣下が激しく、このことが素子の安定性、寿命の短さ等
の原因であると考えられて来た。だが本発明によれば、
マイナス極側に金属酸化物を用い、プラス極側に低融点
金属を用いているため、一般に低融点金属より金属酸化
物の方が融点が高いので、マイナス極側の膜が劣下する
前にプラス極側の低融点金属膜が溶けて、亀裂が生じ電
子放出部が形成される。この結果、薄膜の材料として金
属酸化物にＩＴＯ、低融点金属にｐｂを使用したとき、
素子の寿命が１０％延びた。

また、従来は第３図に示す如くＨ型の素子形状にしなく
ては電子放出部が得られなかったが、本発明によれば第
２図に示す様な棒状の素子形状でも電子放出部を形成す
ることが出来た。従って本発明は、素子の面積が少なく
て済むので素子の集積化を容易にするものである。

加えて、薄膜の材料として金属酸化物にＩＴＯ１低融点
金属にｐｂを使用したとき、電子放出の効率が２０〜３
０％向上し、フォーミング時の電力を２０％少なくする
ことが出来た。

［発明の効果］ 以上説明した様に本発明の電子放出素子では、金属酸化
物と低融点金属の２つの電子放出材料を基板上に並べる
様にして素子を構成しているため、従来１０１ｔ＋ａの
オーダーでしか制御できなかった通電放向に対する電子
放出部の位置を、フォトリソグラフィーの技術を用いて
、２材料の境界線を指定することで、１０μｍのオーダ
ーで精度良く、再現性良く制御できる。その結果、素子
の電子放出の効率が増し、低電力でフォーミング出来る
様になり１歩留りを良くする効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）、（ｂ）は本発明に係る電子放出素子の概
略平面図及び断面図、第２図は本発明に係るＨ型構造で
ない電子放出素子の概略平面図、第３図は従来の電子放
出素子の概略平面図である。 １．２，１１．１２・・・電極、 ３・・・金属酸化物から成る薄膜。 ４．１４・・・電子放出部、 ５・・・低融点金属から成る薄膜、 ６．１５・・・基板、 １３・・・電子放出材料から成る薄膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電子放出部を有する薄膜を基板上に設けた電子放出
   素子において、薄膜が、金属酸化物からなる薄膜と低融
   点金属からなる薄膜とを基板上に併設したものであるこ
   とを特徴とする電子放出素子。 ２）金属酸化物からなる薄膜はマイナス極側であり、低
   融点金属からなる薄膜はプラス極側であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の電子放出素子。