JPH01128332A - 電界放出デバイス形成方法および該方法による前記電界放出デバイス - Google Patents
電界放出デバイス形成方法および該方法による前記電界放出デバイスInfo
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- JPH01128332A JPH01128332A JP63222199A JP22219988A JPH01128332A JP H01128332 A JPH01128332 A JP H01128332A JP 63222199 A JP63222199 A JP 63222199A JP 22219988 A JP22219988 A JP 22219988A JP H01128332 A JPH01128332 A JP H01128332A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J21/00—Vacuum tubes
- H01J21/02—Tubes with a single discharge path
- H01J21/06—Tubes with a single discharge path having electrostatic control means only
- H01J21/10—Tubes with a single discharge path having electrostatic control means only with one or more immovable internal control electrodes, e.g. triode, pentode, octode
- H01J21/105—Tubes with a single discharge path having electrostatic control means only with one or more immovable internal control electrodes, e.g. triode, pentode, octode with microengineered cathode and control electrodes, e.g. Spindt-type
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/304—Field-emissive cathodes
- H01J1/3042—Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
- H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（１）発明の分野
本発明は、電界放出方法によシ冷陰極から電子を放出す
る真空およびガス充填弁デバイス、すなわち電界放出デ
バイス、を形成する方法、および該方法による前記電界
放出デバイスに関するものである。
る真空およびガス充填弁デバイス、すなわち電界放出デ
バイス、を形成する方法、および該方法による前記電界
放出デバイスに関するものである。
（２）従来の技術
この３０年間で、最も特殊な電子用途を除き、真空弁デ
バイステクノロジーは全て半導体デバイステクノロジー
に取って代わられ念。それには多くの理由がある。例え
ば、真空弁デバイスよシ半導体デバイスの方が動作速度
が速く、信願性が高いことや、非常に小型で製造費が安
いことなどが挙げられる。また、特にかなシ多量の陰極
加熱電力を必要とする熱電子真空装置と比較した場合、
電力消費量がはるかに少ないということもある。
バイステクノロジーは全て半導体デバイステクノロジー
に取って代わられ念。それには多くの理由がある。例え
ば、真空弁デバイスよシ半導体デバイスの方が動作速度
が速く、信願性が高いことや、非常に小型で製造費が安
いことなどが挙げられる。また、特にかなシ多量の陰極
加熱電力を必要とする熱電子真空装置と比較した場合、
電力消費量がはるかに少ないということもある。
しかしながら、少なくともある一点では真空弁デバイス
の方がソリッドステート（半導体〕物質を基板とするデ
バイスよりもはるかに秀れていることが判つ次。すなわ
ち、真空弁デバイスが極端な状態、例えば高温と低温と
いうような相反する状態に晒された場合、その影響が非
常に少ないことである。有効な半導体のバンドギャップ
は必ず１ｅ’Ｖ程度でアシ、他の多くのインターバンド
励起はこれよシ低いため、室温よシはんの少し高い温度
で真性キャリアが励起される。これは、半導体デバイス
の特性および性能を著しく改変する。更に、半導体の構
造体特性を決定するトラップ（捕獲の中心）およびその
他の欠陥状態についての電子の占有は非常に温度に感応
しやすい。半導体デバイスが更に小型化され、集積密度
が高くなるにつれて、前記の問題は一層重大化する。
の方がソリッドステート（半導体〕物質を基板とするデ
バイスよりもはるかに秀れていることが判つ次。すなわ
ち、真空弁デバイスが極端な状態、例えば高温と低温と
いうような相反する状態に晒された場合、その影響が非
常に少ないことである。有効な半導体のバンドギャップ
は必ず１ｅ’Ｖ程度でアシ、他の多くのインターバンド
励起はこれよシ低いため、室温よシはんの少し高い温度
で真性キャリアが励起される。これは、半導体デバイス
の特性および性能を著しく改変する。更に、半導体の構
造体特性を決定するトラップ（捕獲の中心）およびその
他の欠陥状態についての電子の占有は非常に温度に感応
しやすい。半導体デバイスが更に小型化され、集積密度
が高くなるにつれて、前記の問題は一層重大化する。
それに対し、前記真空デバイスはそのような問題にあま
りわずられされない。熱電子および電界放出プロセスを
左右する伝導電子密度は温度に影響されず、しかも前記
真空デバイスは、犬なる仕事関数という点で障害がある
ため、その熱作用には少なくとも１． ＯＯＯｏにの温
度が必要である。ま次、既に受入れられている半導体デ
バイスの最重要利点、すなわちその集積能力と安価な製
造費とは、そのソリッドステート性ではなく、その小型
化によって大いにもたらされたものであることが周知で
ある。もしミクロンサイズの真空デバイスができれば、
環境の影響を受けに＜＜、シかも現在の半導体デバイス
と同じくらい小型で、高速の真空デバイスがつくられる
ことになる。事実、真空における究極の電子速度は光速
である几め、半導体デバイスよシ更に高速で作動する真
空デバイスがつくられる可能性もある。一方、半導体デ
バイスのそれは、散乱、または７オノン放出によって、
かなシ低速度に制限されている。
りわずられされない。熱電子および電界放出プロセスを
左右する伝導電子密度は温度に影響されず、しかも前記
真空デバイスは、犬なる仕事関数という点で障害がある
ため、その熱作用には少なくとも１． ＯＯＯｏにの温
度が必要である。ま次、既に受入れられている半導体デ
バイスの最重要利点、すなわちその集積能力と安価な製
造費とは、そのソリッドステート性ではなく、その小型
化によって大いにもたらされたものであることが周知で
ある。もしミクロンサイズの真空デバイスができれば、
環境の影響を受けに＜＜、シかも現在の半導体デバイス
と同じくらい小型で、高速の真空デバイスがつくられる
ことになる。事実、真空における究極の電子速度は光速
である几め、半導体デバイスよシ更に高速で作動する真
空デバイスがつくられる可能性もある。一方、半導体デ
バイスのそれは、散乱、または７オノン放出によって、
かなシ低速度に制限されている。
最近性なわれた熱電子デバイスによる仕事量によれば、
電界放出効果が温度の影響全党けにくいことから、電界
放出デバイスはよシ有効であることが確かめられたよう
である。
電界放出効果が温度の影響全党けにくいことから、電界
放出デバイスはよシ有効であることが確かめられたよう
である。
本出願人は、−陰極、格子および陽極構造体を基板上に
形成し、前記構造体が同一平面上におるようにすると共
に、前記基板とほぼ並列に電子が流れるようにした真空
デバイス形成方法を既に提案している。そのようなデバ
イスは容易に製造できるが、電子経路が長いという欠点
がある。このことは、結果的に、デバイスの動作効率を
低減させる。更に、平坦な電極構成では比較的低い記録
密度しか得られない次め、前記デバイスの大規模な集積
は制限される。
形成し、前記構造体が同一平面上におるようにすると共
に、前記基板とほぼ並列に電子が流れるようにした真空
デバイス形成方法を既に提案している。そのようなデバ
イスは容易に製造できるが、電子経路が長いという欠点
がある。このことは、結果的に、デバイスの動作効率を
低減させる。更に、平坦な電極構成では比較的低い記録
密度しか得られない次め、前記デバイスの大規模な集積
は制限される。
（３）発明の概要
本発明の目的は、高記録密度が達成可能な改良型電界放
出デバイスを提供することにある。
出デバイスを提供することにある。
本発明によれば、基板に陰極の本体を形成する段階と、
それ全弁して前記陰極の本体が見える開口をその中に有
する電気絶縁層を前記基板上に形成する段階と、前記開
口を可溶性の材料でできた栓でふさぐ段階と、前記絶縁
層上に前記栓に渡って延びる導電物質の細片を形成する
段階と、および前記導電片の下側から前記栓全溶解し、
前記陰極の本体から間隔を置いて位置決めされ比前記開
口にかかる導電片の一部を残して陽極として作動させる
段階とから成る電界放出デバイスを形成する方法が提供
される。
それ全弁して前記陰極の本体が見える開口をその中に有
する電気絶縁層を前記基板上に形成する段階と、前記開
口を可溶性の材料でできた栓でふさぐ段階と、前記絶縁
層上に前記栓に渡って延びる導電物質の細片を形成する
段階と、および前記導電片の下側から前記栓全溶解し、
前記陰極の本体から間隔を置いて位置決めされ比前記開
口にかかる導電片の一部を残して陽極として作動させる
段階とから成る電界放出デバイスを形成する方法が提供
される。
前記基板と前記導電片との間には導電層を設けてもよい
が、その場合前記導電層には該導電層を貫通する開口が
設けられ、該開口と前記絶縁層の開口とがほぼ同軸とな
るようにし、それによってその開口回夛の前記導電層の
端部が制御電極として作動するようになっている。
が、その場合前記導電層には該導電層を貫通する開口が
設けられ、該開口と前記絶縁層の開口とがほぼ同軸とな
るようにし、それによってその開口回夛の前記導電層の
端部が制御電極として作動するようになっている。
本発明によれば、更に、基板と、該基板に形成される陰
極の本体と、前記基板上に設けられると共に、それを介
して前記陰極の本体が見える開口を備えた電気絶縁層と
、および前記絶縁層によって支持され次導電片であって
、前記開口に渡って延びると共に、前記陰極本体から間
隔をとって置かれ、陽極として作動する前記導電片とか
ら成る電界放出デバイスが提供される。
極の本体と、前記基板上に設けられると共に、それを介
して前記陰極の本体が見える開口を備えた電気絶縁層と
、および前記絶縁層によって支持され次導電片であって
、前記開口に渡って延びると共に、前記陰極本体から間
隔をとって置かれ、陽極として作動する前記導電片とか
ら成る電界放出デバイスが提供される。
但し、前記陰極の本体は前記絶縁層を破壊しないような
陰極／陽極電圧でそこから電界誘起電子を放出するよう
に構成されている。
陰極／陽極電圧でそこから電界誘起電子を放出するよう
に構成されている。
本発明によって達成される個々のデバイスの小型化によ
シ、直径１０Ｉｙｒ１の単一のシリコンウェーハ上に１
０ ないし１０もの多数のデ、バイスを設けることがで
きる。よって、直接、抵抗的に、または容量的に結合さ
れたデバイスの配列によシ、大規模な集積が達成される
。
シ、直径１０Ｉｙｒ１の単一のシリコンウェーハ上に１
０ ないし１０もの多数のデ、バイスを設けることがで
きる。よって、直接、抵抗的に、または容量的に結合さ
れたデバイスの配列によシ、大規模な集積が達成される
。
次に、添付の図面を参照しながら本発明の一実施態様に
ついて説明する。
ついて説明する。
（４） 実施例
第１図および第２図全説明する。電界放出デバイスを製
造する方法において、前記方法は、まず、シリコン基板
から突き出たピラミッド型陰極本体を形成する段階から
成る。前記陰極本体の尖頭形は、前記陰極からの電界誘
起放出を助長する。前記陰極本体は、まず基板１に薄い
二酸化ケイ素の層を生じ、矩形のパッド領域をマスキン
グし、次いで前記二酸化ケイ素層の非マスキング部分を
エツチングで取シ除き、前記陰極本体のすぐ上の所望の
位置に二酸化ケイ素の矩形バンド２全残すことによって
、形成される。このパッドは、従来の結晶エツチングを
利用して、前記シリコン基板の後続の湿潤エツチング用
マスクとして作用する。この方法によって、一般にピラ
ミッド型の尖塔本体３が前記基板の残存部分４から突き
出几状態で残される。
造する方法において、前記方法は、まず、シリコン基板
から突き出たピラミッド型陰極本体を形成する段階から
成る。前記陰極本体の尖頭形は、前記陰極からの電界誘
起放出を助長する。前記陰極本体は、まず基板１に薄い
二酸化ケイ素の層を生じ、矩形のパッド領域をマスキン
グし、次いで前記二酸化ケイ素層の非マスキング部分を
エツチングで取シ除き、前記陰極本体のすぐ上の所望の
位置に二酸化ケイ素の矩形バンド２全残すことによって
、形成される。このパッドは、従来の結晶エツチングを
利用して、前記シリコン基板の後続の湿潤エツチング用
マスクとして作用する。この方法によって、一般にピラ
ミッド型の尖塔本体３が前記基板の残存部分４から突き
出几状態で残される。
次いで、前記パッド２が７フ化水素酸で除去される。
前記ケイ素は、それ自体陰極として利用するのに適して
いるが、耐火タングステンもしくはモリブデンなどの金
属の薄層や複数の金属層から成る合成層５（第３図参照
）で被覆するのが望ましい。前記金属層ま次は合成層５
は、陰極の本体３上に置かれ、その後マスキングによシ
成形され、細片２７によって陰極の本体５と接続する結
合パッド領域６（第１３図参照）を残して非マスキング
部分がエツチングで除去される。また前記層５は、前記
陰極の本体上に置かれる前にマスキングを行ない、その
マスクで余分な金属を除去することによって、そのよう
に構成されてもよい。この金属陰極層５は陰極本体の電
界誘起電子放出を増大し、汚染を防ぐと共に、−層機械
的に安定した放出面を提供する。
いるが、耐火タングステンもしくはモリブデンなどの金
属の薄層や複数の金属層から成る合成層５（第３図参照
）で被覆するのが望ましい。前記金属層ま次は合成層５
は、陰極の本体３上に置かれ、その後マスキングによシ
成形され、細片２７によって陰極の本体５と接続する結
合パッド領域６（第１３図参照）を残して非マスキング
部分がエツチングで除去される。また前記層５は、前記
陰極の本体上に置かれる前にマスキングを行ない、その
マスクで余分な金属を除去することによって、そのよう
に構成されてもよい。この金属陰極層５は陰極本体の電
界誘起電子放出を増大し、汚染を防ぐと共に、−層機械
的に安定した放出面を提供する。
前記結合パッド領域６は、それによって陰極に電気バイ
アス電位を印加できる低抵抗手段を提供する。
アス電位を印加できる低抵抗手段を提供する。
次に、前記金属層５上には化学蒸着法にょシ絶縁誘電層
７（第４図参照）が付着される。前記層は、例えば厚さ
１〜２μｍ（マイクロ）のドープされ次ホウリン酸塩ケ
イ酸ガラス（ＢＰ８Ｇ）で被覆され次厚さ１２〜１５μ
ｍのドープされていないＢＰＳＧ層から成るのが望まし
い。そのような層は、初めは非平面状であるが、９００
℃ないし９５０℃の蒸気炉で前記デバイスが加熱される
ことによシ、ある程度表面が平滑化される。
７（第４図参照）が付着される。前記層は、例えば厚さ
１〜２μｍ（マイクロ）のドープされ次ホウリン酸塩ケ
イ酸ガラス（ＢＰ８Ｇ）で被覆され次厚さ１２〜１５μ
ｍのドープされていないＢＰＳＧ層から成るのが望まし
い。そのような層は、初めは非平面状であるが、９００
℃ないし９５０℃の蒸気炉で前記デバイスが加熱される
ことによシ、ある程度表面が平滑化される。
あるいはまた、もしくは更に、レジストまたはスピンオ
ンガラス材のような補足的な平面化被覆剤と被制御エツ
チングバック技術とを利用して平面化を達成してもよい
。前記平面化被覆のエツチング速度が下層のＢＰＳＧ層
のそれと整合すると表面の平面化が達成される。前記エ
ツチングの間、特に陰極の本体が金属被覆されていない
ような場合には、陰極の先端８がエツチング用試薬に晒
されないようにしなければならない◇これは、晒される
ことによって前記先端の鋭意が除去され、それによシ陰
極の放出特性が劣化するためである。
ンガラス材のような補足的な平面化被覆剤と被制御エツ
チングバック技術とを利用して平面化を達成してもよい
。前記平面化被覆のエツチング速度が下層のＢＰＳＧ層
のそれと整合すると表面の平面化が達成される。前記エ
ツチングの間、特に陰極の本体が金属被覆されていない
ような場合には、陰極の先端８がエツチング用試薬に晒
されないようにしなければならない◇これは、晒される
ことによって前記先端の鋭意が除去され、それによシ陰
極の放出特性が劣化するためである。
次に、前記陰極本体の先端と同一平面上にある制御格子
が形成される。前記ＢＰ８Ｇ層７の上にはポリシリコン
層？（第５図参照）が置かれ、次いで前記層９はそのシ
ート抵抗を低減するようにドープされる。次いで前記層
９をエツチングで成形し、陰極を取シ囲む矩形７レーム
１０と細片１２ｔ″介して前記フレーム１０と接続する
結合パッド領域１１とを形成する（第６図および第１４
図参照）。前記ポリシリコン層９のフレーム１０には陰
極５の先端８回シに対称を成す開口１５が設けられてい
る。前記フレーム１０ｔ−マスクに使用して、陰極本体
回シの前記ＢＰＳＧ層７の領域１４（第７図参照）がフ
ッ化水素酸浸液を用いてエツチング除去される。同時に
、前記陰極結合パッド領域１１上からは前記ＢＰＳＧ層
が除去される。
が形成される。前記ＢＰ８Ｇ層７の上にはポリシリコン
層？（第５図参照）が置かれ、次いで前記層９はそのシ
ート抵抗を低減するようにドープされる。次いで前記層
９をエツチングで成形し、陰極を取シ囲む矩形７レーム
１０と細片１２ｔ″介して前記フレーム１０と接続する
結合パッド領域１１とを形成する（第６図および第１４
図参照）。前記ポリシリコン層９のフレーム１０には陰
極５の先端８回シに対称を成す開口１５が設けられてい
る。前記フレーム１０ｔ−マスクに使用して、陰極本体
回シの前記ＢＰＳＧ層７の領域１４（第７図参照）がフ
ッ化水素酸浸液を用いてエツチング除去される。同時に
、前記陰極結合パッド領域１１上からは前記ＢＰＳＧ層
が除去される。
次いで、前記デバイスのクリーニングが行なわれ、ドー
プされていないＢＰＳＧ層とドープされ７′ｃＢＰＳＧ
層とから成る別の合成層１５（第８図参照）が付着され
、平面化される。必要ならば、前記表面を上記のように
被制御エツチングで更に平滑化してもよい。
プされていないＢＰＳＧ層とドープされ７′ｃＢＰＳＧ
層とから成る別の合成層１５（第８図参照）が付着され
、平面化される。必要ならば、前記表面を上記のように
被制御エツチングで更に平滑化してもよい。
次いで、陰極の先端８上に対称的に設けられた開口１７
を有するレジスト層１６（第９図参照）によって、前記
層１５がマスキングされる。
を有するレジスト層１６（第９図参照）によって、前記
層１５がマスキングされる。
前記開口１７はポリシリコン格子層９内の開口１５よシ
小さいことが望ましい。
小さいことが望ましい。
次いで、乾燥エツチングならびに湿潤エツチングの両方
法を利用して、前記層１５ｔ−下方へ通シ抜け、陰極本
体５へと延びるトンネル（リフトシャフト）１８が形成
され、陰極先端回シのポリシリコン格子層９の端部ｔ−
露出する。同時−に、前記層１５が前記格子および陰極
結合パッド領域６ならびに１１から除去される。
法を利用して、前記層１５ｔ−下方へ通シ抜け、陰極本
体５へと延びるトンネル（リフトシャフト）１８が形成
され、陰極先端回シのポリシリコン格子層９の端部ｔ−
露出する。同時−に、前記層１５が前記格子および陰極
結合パッド領域６ならびに１１から除去される。
次いで前記レジスト層１６を除去し、前記デバイスが再
びクリーニングされる。更にその表面上には、厚いレジ
スト層または光感知ポリイミド層が付着される。前記レ
ジスト被覆技術の最適化と、レジスト物質の選択、すな
わちその固体の内容ならびに粘性の選択と、および前記
ベーキング手続きの制御とによって、平面化された層が
つくられる。前記表面の平面度を改良し、かつ前記格子
層９と後で形成される陽極との間に必要な間隔を設ける
には、多くの被覆剤を必要とする。次いで、マスクを利
用して、前記トンネル１８内を充填する、レジストでで
き九円形の栓１９がリトグラフ的に形成される。
びクリーニングされる。更にその表面上には、厚いレジ
スト層または光感知ポリイミド層が付着される。前記レ
ジスト被覆技術の最適化と、レジスト物質の選択、すな
わちその固体の内容ならびに粘性の選択と、および前記
ベーキング手続きの制御とによって、平面化された層が
つくられる。前記表面の平面度を改良し、かつ前記格子
層９と後で形成される陽極との間に必要な間隔を設ける
には、多くの被覆剤を必要とする。次いで、マスクを利
用して、前記トンネル１８内を充填する、レジストでで
き九円形の栓１９がリトグラフ的に形成される。
前記層１５上の枠部分の直径は、その層内の開口の直径
よｐ犬である。
よｐ犬である。
次いで、例えば１μｍの厚さを有する金属層２０が蒸着
法、またはスパッタＩＪ ７グ法で前記層１５および栓
１９上に付着される。必要な陽極部分のリトグラフ的マ
スキングに続き、乾燥エツチングが行なわれ、陽極片２
１が形成される（第１２図および第１５図参照）。前記
陽極片の幅は、該陽極片の相対する端部２２，２５で前
記層を露出するようになっている。前記動作の間、金属
結合パッドが結合パッド領域６および１１上に形成され
る。
法、またはスパッタＩＪ ７グ法で前記層１５および栓
１９上に付着される。必要な陽極部分のリトグラフ的マ
スキングに続き、乾燥エツチングが行なわれ、陽極片２
１が形成される（第１２図および第１５図参照）。前記
陽極片の幅は、該陽極片の相対する端部２２，２５で前
記層を露出するようになっている。前記動作の間、金属
結合パッドが結合パッド領域６および１１上に形成され
る。
次いで、残シのレジスト物質を層１５上から取シ除くと
共に前記デバイスを発煙硝酸に浸すことによシ、端部２
２および２５の間隙を介してレジスト栓１９が陽極の下
から取シ除かれる。
共に前記デバイスを発煙硝酸に浸すことによシ、端部２
２および２５の間隙を介してレジスト栓１９が陽極の下
から取シ除かれる。
その結果、第１２図に示すように、陽極片２１がトンネ
ル１８に橋絡するようになる。前記陽極片２１は自己支
持形である。前記陽極片の支持されていない間隙は、例
えばα４〜５μｍである。
ル１８に橋絡するようになる。前記陽極片２１は自己支
持形である。前記陽極片の支持されていない間隙は、例
えばα４〜５μｍである。
次いで、０２灰化ま之は紫外線発生オゾンを利用して、
トンネル１８ならびに関連する層の壁がりＩＪ−ニング
され、有機残滓が全て取シ除かれる。
トンネル１８ならびに関連する層の壁がりＩＪ−ニング
され、有機残滓が全て取シ除かれる。
このように形成された前記デバイスは、格子および陰極
から間隔を置いて設けられた陽極とその間に設けちれた
開路とから成る垂直構成の三極管である。しかしながら
、格子層９と絶縁層１５とを取シ除き、ダイオード構成
にしてもよいことが判る。また、陽極を設ける前に一つ
以上の追加の絶縁層および電極層を付着させ、多格子構
成にしてもよい。次いで、連続する前記絶縁層および電
極層の両開口をずらし、陰極と陽極間に何らの直線視線
路も形成されないようにしてもよい。これは、陰極のイ
オンボンバードメントを防止するのに有用である。
から間隔を置いて設けられた陽極とその間に設けちれた
開路とから成る垂直構成の三極管である。しかしながら
、格子層９と絶縁層１５とを取シ除き、ダイオード構成
にしてもよいことが判る。また、陽極を設ける前に一つ
以上の追加の絶縁層および電極層を付着させ、多格子構
成にしてもよい。次いで、連続する前記絶縁層および電
極層の両開口をずらし、陰極と陽極間に何らの直線視線
路も形成されないようにしてもよい。これは、陰極のイ
オンボンバードメントを防止するのに有用である。
上記デバイス内のトンネル１８は密閉されていないため
（陽極片２１の端部２２および２３における開口によシ
）、前記デバイスにはその動作の九めの補助的排気環境
が必要である。しかしながら、前記間隙を閉鎖すればこ
の必要性はなくなる。前記間隙の閉鎖は、陽極およびそ
の下層の絶縁層１５上に、例えばアルミニウムのような
別の金属層２４（第１６図参照〕全真空の環境で付着す
ることによって達成される。
（陽極片２１の端部２２および２３における開口によシ
）、前記デバイスにはその動作の九めの補助的排気環境
が必要である。しかしながら、前記間隙を閉鎖すればこ
の必要性はなくなる。前記間隙の閉鎖は、陽極およびそ
の下層の絶縁層１５上に、例えばアルミニウムのような
別の金属層２４（第１６図参照〕全真空の環境で付着す
ることによって達成される。
次いで、マスキングとエツチングで前記層２４が成形さ
れ、陽極が再び区定されると共に、前記結合パッドの相
互隔絶と陽極からの隔絶とが達成される。
れ、陽極が再び区定されると共に、前記結合パッドの相
互隔絶と陽極からの隔絶とが達成される。
上記実施例では、単一の陰、極、格子ならびに陽極構成
セットになっているが、単一の基板上に多数のそのよう
な構成セットを同時に形成してもよいことが判る。前記
金属層５、格子層９および陽極層２０が前記デバイスの
全領域に渡って連続するようにするだけでそのような構
成セラトラ容易に並列接続し、所望の電流定格を得るこ
とができる。また、そのような層を分割し、多数の別個
のダイオード、ま次は三極管を得てもよいが、この場合
前記ダイオード、または二極管は、通常の集積回路にお
けるように、相互接続で集積され、それによって種々の
回路を製造することができる。更に、それ自身の真空環
境が完備された前記トンネルを密閉できることによシ、
前記デバイスは、追加の真空チャンバー金側ら必要とせ
ずに、通常の集積回路で容易に集積することができる。
セットになっているが、単一の基板上に多数のそのよう
な構成セットを同時に形成してもよいことが判る。前記
金属層５、格子層９および陽極層２０が前記デバイスの
全領域に渡って連続するようにするだけでそのような構
成セラトラ容易に並列接続し、所望の電流定格を得るこ
とができる。また、そのような層を分割し、多数の別個
のダイオード、ま次は三極管を得てもよいが、この場合
前記ダイオード、または二極管は、通常の集積回路にお
けるように、相互接続で集積され、それによって種々の
回路を製造することができる。更に、それ自身の真空環
境が完備された前記トンネルを密閉できることによシ、
前記デバイスは、追加の真空チャンバー金側ら必要とせ
ずに、通常の集積回路で容易に集積することができる。
上記実施例では陰極本体の組立に際しエッチング特性を
有するシリコン基板が利用され九が、エツチングを利用
して円錐形の陰極本体が得られる金属製、またはドープ
され九半導体材ならば何を利用してもよい。特に、サフ
ァイア基板、′！！たけ単一の水晶タングステン基板上
に付着されたシリコンを利用して、前記陰極本体を同様
にエツチングしてもよい。この場合、個々のデバイスが
絶縁サファイア基板を介して隔絶されるという潜在的な
利点もある。
有するシリコン基板が利用され九が、エツチングを利用
して円錐形の陰極本体が得られる金属製、またはドープ
され九半導体材ならば何を利用してもよい。特に、サフ
ァイア基板、′！！たけ単一の水晶タングステン基板上
に付着されたシリコンを利用して、前記陰極本体を同様
にエツチングしてもよい。この場合、個々のデバイスが
絶縁サファイア基板を介して隔絶されるという潜在的な
利点もある。
上記実施例によって、夫々が単一の格子電極と陽極とに
関連する単一の陰極本体から成る一つ以上のデバイスが
提供される。しかしながら、前記デバイスは単一の格子
電極と単一の陽極とに関連する複数の陰極本体によって
構成されていてもよいし、あるいはまた、複数の陰極本
体と、該陰極本体の各々、または陰極本体のグループ毎
に一つずつある複数の格子電極と、および前記陰極の本
体全体と関連する単一の陽極とによって構成されていて
もよい。
関連する単一の陰極本体から成る一つ以上のデバイスが
提供される。しかしながら、前記デバイスは単一の格子
電極と単一の陽極とに関連する複数の陰極本体によって
構成されていてもよいし、あるいはまた、複数の陰極本
体と、該陰極本体の各々、または陰極本体のグループ毎
に一つずつある複数の格子電極と、および前記陰極の本
体全体と関連する単一の陽極とによって構成されていて
もよい。
上記説明は、電界放出デバイスを排気されたチャンバー
内に有する、またはトンネル１８が排気され、層２４で
密閉されてそのようなチャンバーを必要としない前記電
界放出デバイスに関するものである。また、前記デバイ
スをガス充填チャンバー内で作動してもよいし、前記ト
ンネル１８′ｔ−ガス充填し、次いで密閉してもよい。
内に有する、またはトンネル１８が排気され、層２４で
密閉されてそのようなチャンバーを必要としない前記電
界放出デバイスに関するものである。また、前記デバイ
スをガス充填チャンバー内で作動してもよいし、前記ト
ンネル１８′ｔ−ガス充填し、次いで密閉してもよい。
その時、初期放出が依然電界誘起され、それによって前
記デバイス内でガス放電が生ずることもある。やはシ多
数の格子層と、関連する絶縁層とを設けてもよいが、ガ
ス充填装置の場合、連続する格子の開口をずらし、イオ
ンボンバードメントラ低減する上記方法は、−層重要と
なる。
記デバイス内でガス放電が生ずることもある。やはシ多
数の格子層と、関連する絶縁層とを設けてもよいが、ガ
ス充填装置の場合、連続する格子の開口をずらし、イオ
ンボンバードメントラ低減する上記方法は、−層重要と
なる。
次に、第１７図について説明する。スイッチ装［２５は
、上記の如く、多数の真空、またはガス充填装置を組み
込んでいるが、実際には送信線の構造体に組み込まれて
いる。この場合、基板２６には１行以上の陰極本体２７
が設けられている。細片格子線２８は、開口を有する絶
縁層２９により陰極本体から絶縁されている。
、上記の如く、多数の真空、またはガス充填装置を組み
込んでいるが、実際には送信線の構造体に組み込まれて
いる。この場合、基板２６には１行以上の陰極本体２７
が設けられている。細片格子線２８は、開口を有する絶
縁層２９により陰極本体から絶縁されている。
タングステンなどでできた細長い陽極層５０は、前記格
子線に支持層を付着し、該支持層に前記陽極層を付着し
次後前記支持層金溶解して、前記格子線から隔絶される
。ガス充填装置の場合、前記陽極の下側に絶縁層金膜け
てもよい。この場合前記絶縁層は、ガス放電が陰極本体
の先端から離れ九ところに閉じ込められるように選択的
に形成することができる。
子線に支持層を付着し、該支持層に前記陽極層を付着し
次後前記支持層金溶解して、前記格子線から隔絶される
。ガス充填装置の場合、前記陽極の下側に絶縁層金膜け
てもよい。この場合前記絶縁層は、ガス放電が陰極本体
の先端から離れ九ところに閉じ込められるように選択的
に形成することができる。
前記スイッチ装置の形成には二通りの方法がある。図の
左側に示すように、陰極構造体２６゜２７に陽極層３０
を接続して非トリガースイッチを形成するか、または図
の右側に示すように、絶縁層２９′ｔ−介して前記陽極
層を陰極構造体から絶縁してトリガースイッチを形成す
るかのいずれでもよい。
左側に示すように、陰極構造体２６゜２７に陽極層３０
を接続して非トリガースイッチを形成するか、または図
の右側に示すように、絶縁層２９′ｔ−介して前記陽極
層を陰極構造体から絶縁してトリガースイッチを形成す
るかのいずれでもよい。
トリガースイッチ構成の場合、スイッチしようとする信
号が陽極および陰極間に接続される。
号が陽極および陰極間に接続される。
格子層２８と陰極構造体２６．２７との間には電源５２
からの電圧が印加され、陰極から格子への電界放出が開
始され、その結果生じた電流によシ信号経路が閉じられ
る。前記陽極／格子間隙の大きさ（すなわち層３１の厚
さ）と格子線の幅とがほぼ等しくなるように設計するこ
とによって、送信線の実効インピーダンスを約５００に
することができる。
からの電圧が印加され、陰極から格子への電界放出が開
始され、その結果生じた電流によシ信号経路が閉じられ
る。前記陽極／格子間隙の大きさ（すなわち層３１の厚
さ）と格子線の幅とがほぼ等しくなるように設計するこ
とによって、送信線の実効インピーダンスを約５００に
することができる。
非トリガースイッチの場合は、陽極と陰極の構造体が相
互接続され、事実上中心格子線口シの外装を形成する。
互接続され、事実上中心格子線口シの外装を形成する。
この場合、陽極、陰極ならびに格子構造体の幅と、およ
び陽極／格子ならびに格子／陰極間の間隔とは互いに全
て類似してお９、はぼ５０Ωのインピーダンスを発生す
ることが望ましい。前記非トリガースイッチは、格子電
極と、および組み合わされた外側陽極／陰極構造体との
間に印加される信号であって、陰極本体２７および格子
電極間に電界放出を開始するのに十分な大きさを有する
前記信号に依存する。
び陽極／格子ならびに格子／陰極間の間隔とは互いに全
て類似してお９、はぼ５０Ωのインピーダンスを発生す
ることが望ましい。前記非トリガースイッチは、格子電
極と、および組み合わされた外側陽極／陰極構造体との
間に印加される信号であって、陰極本体２７および格子
電極間に電界放出を開始するのに十分な大きさを有する
前記信号に依存する。
第１８図には、上記スイッチよシ高い電流処理能力を有
する、別のトリガースイッチ構成が示しである。この場
合、絶縁支持層３３は、その主要表面の一つに付着され
た陽極層３４を有する。前記支持層３５の反対側表面上
には導電線５５が形成される。次いで、レーザもしくは
エツチング、またはその他の腐食方法によって、前記層
３３を通シ、陽極層３４へと下降する穴３６が形成され
る。
する、別のトリガースイッチ構成が示しである。この場
合、絶縁支持層３３は、その主要表面の一つに付着され
た陽極層３４を有する。前記支持層３５の反対側表面上
には導電線５５が形成される。次いで、レーザもしくは
エツチング、またはその他の腐食方法によって、前記層
３３を通シ、陽極層３４へと下降する穴３６が形成され
る。
次いで上記の陰極／格子構造体と同じ陰極／格子構造体
３７を反転し、その陰極本体３９がその陽極層の方に向
くようにすると共に、その格子層３８が前記導電線３５
と結合するようにする。陽極層３４と格子層５８とによ
って、マイクロストリップ送信線を夫々有する接地平面
とトラックとが構成される。陰極本体３９からの電界誘
起電子放出は、陰極−格子電圧で制御される。前記穴３
６内に放出された電子によって、格子層および陽極層間
に低インピーダンスの信号経路が与えられる。
３７を反転し、その陰極本体３９がその陽極層の方に向
くようにすると共に、その格子層３８が前記導電線３５
と結合するようにする。陽極層３４と格子層５８とによ
って、マイクロストリップ送信線を夫々有する接地平面
とトラックとが構成される。陰極本体３９からの電界誘
起電子放出は、陰極−格子電圧で制御される。前記穴３
６内に放出された電子によって、格子層および陽極層間
に低インピーダンスの信号経路が与えられる。
第１図乃至第１２図は本発明による電界放出デバイスの
各製造段階における略断面図全示し、第１５図は前記デ
バイスの陰極金属層の略平面図を示し、第１４図および
第１５図は前記デバイスに陽極層を付着する前と付着し
た後の略平面図を示し、第１６図は別型式の本発明によ
る電界放出デバイスの略断面図であり、第１７図はスイ
ッチ装置を形成する本発明による多数の電界放出デバイ
スの部分的略断面図であり、かつ第１８図は別型式のス
イッチ装置の略断面図である。 図中、１は基板、２は矩形パッド、５は陰極の本体、５
は金属または合成層、６および１１は結合パッド領域、
７はＢＰＳＧ層、８は陰極の先端、９は格子層、１０は
フレーム、１２は細片、１３は開口、１４は前記ＢＰＳ
Ｇ層の一領域、１５は別のＢＰＳＧ層、１６はレジスト
層、１７は開口、１８はトンネル、１９はレジスト栓、
２０は金属陽極層、２１は陽極片、２２および２３は前
記陽極片の端部、２４は別の金属層、２５はスイッチ装
置、２６は前記スイッチ装置の基板、２７は同陰極本体
、２８は同細片格子線、２９は同絶縁層、３０は同陽極
層、３２は同電源、３３は同絶縁支持層、３４は同陽極
層、３５は同導電線、３６は同ピット、３７は類似の陰
極／格子構造体、３８は同格子層、３９は同陰極本体を
、夫々示す。 特許出願人 ザ ゼネラル エレクトリックカンパニ
ー、ピー、エル、シー。 口面の、ンｉ：１．ｉ’＝Ｓｉこ変更なし）フ
各製造段階における略断面図全示し、第１５図は前記デ
バイスの陰極金属層の略平面図を示し、第１４図および
第１５図は前記デバイスに陽極層を付着する前と付着し
た後の略平面図を示し、第１６図は別型式の本発明によ
る電界放出デバイスの略断面図であり、第１７図はスイ
ッチ装置を形成する本発明による多数の電界放出デバイ
スの部分的略断面図であり、かつ第１８図は別型式のス
イッチ装置の略断面図である。 図中、１は基板、２は矩形パッド、５は陰極の本体、５
は金属または合成層、６および１１は結合パッド領域、
７はＢＰＳＧ層、８は陰極の先端、９は格子層、１０は
フレーム、１２は細片、１３は開口、１４は前記ＢＰＳ
Ｇ層の一領域、１５は別のＢＰＳＧ層、１６はレジスト
層、１７は開口、１８はトンネル、１９はレジスト栓、
２０は金属陽極層、２１は陽極片、２２および２３は前
記陽極片の端部、２４は別の金属層、２５はスイッチ装
置、２６は前記スイッチ装置の基板、２７は同陰極本体
、２８は同細片格子線、２９は同絶縁層、３０は同陽極
層、３２は同電源、３３は同絶縁支持層、３４は同陽極
層、３５は同導電線、３６は同ピット、３７は類似の陰
極／格子構造体、３８は同格子層、３９は同陰極本体を
、夫々示す。 特許出願人 ザ ゼネラル エレクトリックカンパニ
ー、ピー、エル、シー。 口面の、ンｉ：１．ｉ’＝Ｓｉこ変更なし）フ
Claims (23)
- （１）電界放出デバイス形成方法において、前記方法は
陰極の本体を基板上に形成する段階と、それを介して前
記陰極の本体が見える開口を備えた電気絶縁層を前記陰
極の本体上に形成する段階と、前記開口に溶解性の材料
でできた栓を充填する段階と、前記栓に渡つて延びる導
電材の細片を前記絶縁層上に形成する段階と、および前
記導電片の下側から前記栓を溶解し、前記開口に掛かる
、前記陰極の本体から間隔を置いて備えられた前記導電
片の一部を残し、陽極として作動させる段階とから成る
ことを特徴とする上記電界放出デバイス形成方法。 - （２）特許請求の範囲第１項に記載の電界放出デバイス
形成方法において、前記陰極の本体は基板の厚さの一部
を選択的にエッチングで除去することによつて形成され
ることを特徴とする上記電界放出デバイス形成方法。 - （３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の電解
放出デバイス形成方法において、前記陰極の本体は前記
基板から離れた方向に先細になつていることを特徴とす
る上記電界放出デバイス形成方法。 - （４）特許請求の範囲の前記いずれか一項に記載の電界
放出デバイス形成方法において、前記絶縁層の付着に先
立ち前記陰極の本体上には少なくとも一つの金属層が付
着されることを特徴とする上記電界放出デバイス形成方
法。 - （５）特許請求の範囲の前記いずれか一項に記載の電界
放出デバイス形成方法において、前記栓は光感知材でで
きていることを特徴とする上記電界放出デバイス形成方
法。 - （６）特許請求の範囲の前記いずれか一項に記載の電界
放出デバイス形成方法において、前記基板と前記導電片
との間には導電層が形成され、前記基板および前記導電
片から絶縁されて制御電極として作動することを特徴と
する上記電界放出デバイス形成方法。 - （７）特許請求の範囲第６項に記載の電界放出デバイス
形成方法において、前記導電層は該導電層を貫通し、前
記絶縁層の開口とほぼ整合する開口を備えており、それ
によつてその開口回りの前記導電層の端部が前記制御電
極として作動することを特徴とする上記電界放出デバイ
ス形成方法。 - （８）特許請求の範囲第７項に記載の電界放出デバイス
形成方法において、夫々が別個の制御電極を形成する前
記複数の導電層は前記導電片が形成される前に設けられ
ることを特徴とする上記電界放出デバイス形成方法。 - （９）特許請求の範囲第８項に記載の電界放出デバイス
形成方法において、前記導電層を通る開口は互いに重畳
するが、相互にずれており、前記陽極および前記陰極の
本体間には何らの直線視線路も存在しないようになつて
いることを特徴とする上記電界放出デバイス形成方法。 - （１０）特許請求の範囲第６項から第９項に記載の電界
放出デバイス形成方法において、前記導電層は夫々ポリ
シリコンでできていることを特徴とする上記電界放出デ
バイス形成方法。 - （１１）特許請求の範囲第１０項に記載の電界放出デバ
イス形成方法において、前記ポリシリコンを付着した後
に該ポリシリコンのドーピングが行なわれることを特徴
とする上記電界放出デバイス形成方法。 - （１２）特許請求の範囲の前記いずれか一項に記載の電
界放出デバイス形成方法において、前記溶解された栓材
は前記導電片および前記絶縁層間の少なくとも一つの間
隙を介して前記開口を残すことを特徴とする上記電界放
出デバイス形成方法。 - （１３）特許請求の範囲第１２項に記載の電界放出デバ
イス形成方法において、栓の取り除かれた前記開口は排
気またはガス充填され、かつ前記間隙または前記各間隙
はその上に設けられる別の層で密閉され、前記真空また
はガスを保持することを特徴とする上記電界放出デバイ
ス形成方法。 - （１４）電界放出デバイスにおいて、前記装置は基板と
、該基板に形成される陰極の本体と、前記基板上に設け
られる電気絶縁層であつて、該電気絶縁層を貫通すると
共にそれを介して前記陰極の本体が見える開口を備えた
前記電気絶縁層と、および該絶縁層に支持された導電材
片であつて、前記開口に渡つて延びると共に前記陰極の
本体から間隔を置いて設けられ、陽極として作動する前
記導電材片とから成り、前記陰極の本体は前記絶縁層を
少しも破壊しないような陽極−陰極電圧でそこから電界
誘起電子を放出するように構成されていることを特徴と
する上記電界放出デバイス。 - （１５）特許請求の範囲第１４項に記載の電界放出デバ
イスにおいて、前記装置は前記基板および前記導電片間
に付着されると共にそこから絶縁され、制御電極として
作動する導電層を有することを特徴とする上記電界放出
デバイス。 - （１６）特許請求の範囲第１５項に記載の電界放出デバ
イスにおいて、前記導電層は該導電層を貫通し、前記電
気絶縁層内の開口とほぼ整合する開口を備えており、そ
れによつて前記開口回りの前記導電層の端部が前記制御
電極として作動することを特徴とする上記電界放出デバ
イス。 - （１７）特許請求の範囲第１６項に記載の電界放出デバ
イスにおいて、前記装置は前記基板と前記導電片間のス
タック内に間隔を置いて備えられ、夫々が制御電極とし
て作動する複数の導電層を有することを特徴とする上記
電界放出デバイス。 - （１８）特許請求の範囲第１７項に記載の電界放出デバ
イスにおいて、各導電層は前記陰極の本体と前記陽極と
の間を電子が流れる際それを介して前記電子が通過する
開口を有し、その場合前記スタック内の連続する開口は
互いに対してオフセットされ、前記陽極および前記陰極
の本体間に直線視線路を生じないようになつていること
を特徴とする上記電界放出デバイス。 - （１９）特許請求の範囲第１４項から第１８項に記載の
電界放出デバイスにおいて、前記陰極線の本体は前記基
板から離れた方向に先細になつていることを特徴とする
上記電界放出デバイス。 - （２０）特許請求の範囲第１４項から第１９項に記載の
電界放出デバイスにおいて、前記開口または前記各開口
には排気、またはガス充填が行なわれ、その中に前記真
空またはガスを密閉することを特徴とする上記電界放出
デバイス。 - （２１）基板と、該基板に形成される複数の陰極の本体
と、前記基板上に設けられる電気絶縁層であつて、該電
気絶縁層を貫通すると共にそれを介して前記陰極の本体
が見える複数の開口を備えた前記電気絶縁層と、該電気
絶縁層によつて支持され、制御電極として作動すると共
に前記絶縁層内の開口に対応する開口をその中に有する
導電材片と、および前記制御電極から間隔を置いて備え
られ、陽極として作動する導電材層とから成り、前記基
板、前記制御電極ならびに前記陽極は送信線の少なくと
も一部分を成すように採寸され、かつ間隔をとつて位置
決めされると共に前記陰極の本体は前記絶縁層を少しも
破壊しないような陰極制御電極の電圧でそこから電界誘
起電子が放出されるように構成されたスイッチ装置を有
することを特徴とする電界放出デバイス。 - （２２）特許請求の範囲第２１項に記載のスイッチ装置
において、前記陽極と前記陰極の本体は電気的に相互接
続され、それによつて前記制御電極および陽極／陰極回
路間に印加される、スイッチしようとする信号により前
記スイッチ装置が導電状態になることを特徴とする上記
電界放出デバイス。 - （２３）特許請求の範囲第２１項に記載の前記スイッチ
装置は、前記複数の陰極の本体が前記開口または前記各
開口と接続するように開口しており、それによつて前記
開口または前記各開口が前記接続する複数の陰極本体か
ら前記陽極への放出経路を提供するようになつている。 第２の絶縁層を有することを特徴とする上記電界放出デ
バイス。
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