JPH0197354A - 電子放出素子およびその製造方法 - Google Patents
電子放出素子およびその製造方法Info
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- JPH0197354A JPH0197354A JP62255068A JP25506887A JPH0197354A JP H0197354 A JPH0197354 A JP H0197354A JP 62255068 A JP62255068 A JP 62255068A JP 25506887 A JP25506887 A JP 25506887A JP H0197354 A JPH0197354 A JP H0197354A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01J1/316—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode having an electric field parallel to the surface, e.g. thin film cathodes
-
- 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
- H01J9/027—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of thin film cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2329/00—Electron emission display panels, e.g. field emission display panels
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は電子放出素子詳しくは表面伝導型電子放出素子
に関するものである。
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(M、LEIinson
)等によって発表された冷陰極素子が知られている。
例えば、エムアイエリンソン(M、LEIinson
)等によって発表された冷陰極素子が知られている。
[ラノオ エンジニアリング エレクトロン フイシイ
ツス(Radio Eng、E]ectron、Ph
ys、)第10巻、1290〜1296頁、1965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像を
利用するもので、一般には表面伝導型放出素子と呼ばれ
ている。
ツス(Radio Eng、E]ectron、Ph
ys、)第10巻、1290〜1296頁、1965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像を
利用するもので、一般には表面伝導型放出素子と呼ばれ
ている。
この表面伝導型放出素子としては、前記エリンソン等に
より開発されたSnO2(Sb)薄膜を用いたもの、A
u薄膜によるもの[ソー・ディトマー“スイン ソリド
フィルムス”’ (G 、 D i t t m e
r・“T h i n S o ] i d F
i ] m s ” ) 、 9巻、317頁、
(1972年)]、ITO薄膜によるもの[エム ハー
トウェルアント イートランス″イーディーコンファレン( M 、 H
a r t w c I Iand C.G.Fo
nstad : ”TEEE Trans.EDCo
nf,”) 5部9頁, (]、9975年]、カー
ボン薄膜によるもの[荒木久他.“真空″,第第2券2
2頁,(1983年)]などが報告されている。
より開発されたSnO2(Sb)薄膜を用いたもの、A
u薄膜によるもの[ソー・ディトマー“スイン ソリド
フィルムス”’ (G 、 D i t t m e
r・“T h i n S o ] i d F
i ] m s ” ) 、 9巻、317頁、
(1972年)]、ITO薄膜によるもの[エム ハー
トウェルアント イートランス″イーディーコンファレン( M 、 H
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nstad : ”TEEE Trans.EDCo
nf,”) 5部9頁, (]、9975年]、カー
ボン薄膜によるもの[荒木久他.“真空″,第第2券2
2頁,(1983年)]などが報告されている。
これらの表面伝導型放出素子の典型的な素子構成を第1
2図に示す。同第12図において、18および19は電
気的接続を得る為の電極、20は電子放出材料で形成さ
れる薄膜、17は基板、21は電子放出部を示す。
2図に示す。同第12図において、18および19は電
気的接続を得る為の電極、20は電子放出材料で形成さ
れる薄膜、17は基板、21は電子放出部を示す。
従来、これらの表面伝導型放出素子に於いては、電子放
出を行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
18と電極19の間に電圧を印加する事により、薄膜2
0に通電し、これにより発生ずるジュール熱で薄膜20
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21を形成することにより
電子放出機能を得ている。
出を行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
18と電極19の間に電圧を印加する事により、薄膜2
0に通電し、これにより発生ずるジュール熱で薄膜20
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21を形成することにより
電子放出機能を得ている。
上述、電気的に高抵抗状態とは、薄膜20の一部に0.
5μm〜5μmの亀裂を有し、且つ亀裂内が所謂島構造
を有する不連続状態膜を云う。島構造とは一般に数十穴
から数μm径の微粒子が基板17にあり、各微粒子は空
間的に不連続で電気的に連続な膜を云う。
5μm〜5μmの亀裂を有し、且つ亀裂内が所謂島構造
を有する不連続状態膜を云う。島構造とは一般に数十穴
から数μm径の微粒子が基板17にあり、各微粒子は空
間的に不連続で電気的に連続な膜を云う。
従来、表面伝導型電子放出素子は」二連高抵抗不連続膜
に電極1.8. 19により電圧を印加し、素子表面
に電流を流すことにより、」一連微粒子より電子放出せ
しめるものである。
に電極1.8. 19により電圧を印加し、素子表面
に電流を流すことにより、」一連微粒子より電子放出せ
しめるものである。
〔発明が解決しようとしている問題点〕しかしながら、
上記の様な従来の通電加熱によるフォーミンク処理は、
本質的には通電のジュール熱による膜の部分的な破壊又
は変質そのものなので、以下のような欠点があった。
上記の様な従来の通電加熱によるフォーミンク処理は、
本質的には通電のジュール熱による膜の部分的な破壊又
は変質そのものなので、以下のような欠点があった。
1)電子放出部となる島構造の設計が不可能な為、素子
の改良が難しく、素子間のバラツキも生じやすい。
の改良が難しく、素子間のバラツキも生じやすい。
2)島構造の寿命が短かく且つ安定性が悪く、また外界
の電磁波ノイズにより素子破壊も生じやすい。
の電磁波ノイズにより素子破壊も生じやすい。
3)フォーミンク工程の際に生じるジュール熱が大きい
為、基板が破壊しやすくマルチ化が難しい。
為、基板が破壊しやすくマルチ化が難しい。
4)島の材料が金、銀、SnO2、ITO等に限定され
仕事関数の小さい材料が使えない為、犬電流を得ること
ができない。
仕事関数の小さい材料が使えない為、犬電流を得ること
ができない。
5)素子製造にフォーミング工程を有する為に素子形状
が限定される。
が限定される。
以上のような問題点があるため、表面伝導型放出素子は
、素子構造が簡単であるという利点があるにもかかわら
ず、産業上積極的に応用されるには至っていなかった。
、素子構造が簡単であるという利点があるにもかかわら
ず、産業上積極的に応用されるには至っていなかった。
本発明は、上記の様な従来例の欠点を除去するためにな
されたものであり、前記の如き従来のフォーミングと呼
ばれる処理を施すことな(、フォーミンク処理により得
られる電子放出素子と同等以」二の品質を有し、特性の
ばらつきが少なく、しかも特性の制御が可能であり、か
つ電子放出部の位置も制御できる新規な構造を有する電
子放出素子を提供することを目的とするものである。
されたものであり、前記の如き従来のフォーミングと呼
ばれる処理を施すことな(、フォーミンク処理により得
られる電子放出素子と同等以」二の品質を有し、特性の
ばらつきが少なく、しかも特性の制御が可能であり、か
つ電子放出部の位置も制御できる新規な構造を有する電
子放出素子を提供することを目的とするものである。
さらに、前述従来例の問題点を解決するばかりでなく、
電極間に印加する電圧を低下せしめ、放出電流密度を向
上せしめる電流放出素子を提供する。
電極間に印加する電圧を低下せしめ、放出電流密度を向
上せしめる電流放出素子を提供する。
〔問題点を解決する為の手段および作用〕本発明は、対
向する電極間に半導体層が形成されており、さらに該半
導体層上に微粒子が分散配置されている素子構造に特徴
を有している電子放出素子を提供するものである。
向する電極間に半導体層が形成されており、さらに該半
導体層上に微粒子が分散配置されている素子構造に特徴
を有している電子放出素子を提供するものである。
本発明の電子放出素子において、該電極間に電圧を印加
することにより、半導体中に電流を流すと、導電性の微
粒子より電子が放出されるのである。
することにより、半導体中に電流を流すと、導電性の微
粒子より電子が放出されるのである。
ただし、現在のところ、本発明において電極間に電流が
流れるメカニズムは解明されていないが、半導体膜の表
面を流れる説、または半導体体中に存在する不純物準位
のホッピング説などが考えられる。
流れるメカニズムは解明されていないが、半導体膜の表
面を流れる説、または半導体体中に存在する不純物準位
のホッピング説などが考えられる。
上述したように本発明の素子構造をとることにより、前
述従来例の問題点を解決するばかりでな(、低電力で高
密度の放出電流が得られる電子放出素子を提供できる。
述従来例の問題点を解決するばかりでな(、低電力で高
密度の放出電流が得られる電子放出素子を提供できる。
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
第1図は、本発明による電子放出素子の第一実施形態を
示す平面図である。
示す平面図である。
同図においてガラス等の基板1上に電圧印加用の低抵抗
体からなる電極2および3が微小間隔をおいて設けられ
、その間に微粒子5が分散された不連続な電子放出部4
が形成されている。6は少なくとも電極間隔部4に形成
された半導体層である。
体からなる電極2および3が微小間隔をおいて設けられ
、その間に微粒子5が分散された不連続な電子放出部4
が形成されている。6は少なくとも電極間隔部4に形成
された半導体層である。
また不図示であるが、電子放出部の上面に間隔を取って
、放出された電子を引き出す為の引き出し電極を設けで
ある。真空中で電極2,3間に電圧を印加する(この電
圧をVfとする)ことにより、電極間に電流が流れ(I
f)、引き出し電極を+側として電圧を印加すると、電
子放出部4よりほぼ紙面に垂直方向に電子を放出するも
のである。(この電子放出の電流をIeとする。) 第2図は第1図のAB力方向模式的断面図である。
、放出された電子を引き出す為の引き出し電極を設けで
ある。真空中で電極2,3間に電圧を印加する(この電
圧をVfとする)ことにより、電極間に電流が流れ(I
f)、引き出し電極を+側として電圧を印加すると、電
子放出部4よりほぼ紙面に垂直方向に電子を放出するも
のである。(この電子放出の電流をIeとする。) 第2図は第1図のAB力方向模式的断面図である。
同図において、基板1上の微粒子は粒径が数10人〜数
μmで、さらに各微粒子間の間隔が数10人〜数μmの
範囲内で形成されるとよい。
μmで、さらに各微粒子間の間隔が数10人〜数μmの
範囲内で形成されるとよい。
本発明で用いられる微粒子の材料は非常に広い範囲にお
よび通常の金属、半金属、半導体といった導電性材料の
ほとんど全てを使用可能である。なかでも低仕事関数で
高融点かつ低蒸気圧という性質をもつ通常の陰極材料や
、また従来のフォーミング処理で表面伝導型電子放出素
子を形成する薄膜材料や、2次電子放出係数の大きな材
料などが好適である。
よび通常の金属、半金属、半導体といった導電性材料の
ほとんど全てを使用可能である。なかでも低仕事関数で
高融点かつ低蒸気圧という性質をもつ通常の陰極材料や
、また従来のフォーミング処理で表面伝導型電子放出素
子を形成する薄膜材料や、2次電子放出係数の大きな材
料などが好適である。
こうした材料から必要とする目的に応じて適宜材料を選
んで微粒子として用いることにより、所望の電子放出素
子を形成することができる。
んで微粒子として用いることにより、所望の電子放出素
子を形成することができる。
具体的にはLaB6. CeB6 、 YB4 、
GdB4などの硼化物、T i C、Z r C、
Hf C、T a C、S i C。
GdB4などの硼化物、T i C、Z r C、
Hf C、T a C、S i C。
Weなどの炭化物、TiN、ZrN、HfNなどの窒化
物、Nb、 Mo、 Rh、 Hf、 Ta、 W、
Re、 Ir。
物、Nb、 Mo、 Rh、 Hf、 Ta、 W、
Re、 Ir。
Pt、 Ti、 Au、 Ag、 Cu、 Cr、
AA、 Co、 Ni。
AA、 Co、 Ni。
Fe、Pb、Pd、Cs、Baなどの金属、In203
1Sn02.Sb203などの金属酸化物、Si、 G
eなどの半導体、カーボン、Ag Mgなどを一例とし
て挙げることができる。なお本発明は上記材料に限定さ
れるものではない。
1Sn02.Sb203などの金属酸化物、Si、 G
eなどの半導体、カーボン、Ag Mgなどを一例とし
て挙げることができる。なお本発明は上記材料に限定さ
れるものではない。
さらにまた、本発明では、上述の材料のうち、異なる物
質を選び、目的に応じて少なくとも2種以−にの異なる
物質の微粒子を分散させてもよい。
質を選び、目的に応じて少なくとも2種以−にの異なる
物質の微粒子を分散させてもよい。
次に第1図で示した素子の製造方法を以丁に示す。
第3図■〜■に各製造工程中の素子断面図を示しである
3、 ■ガラス、セラミック等から成る基板1の表面の脱脂及
び洗浄を行う。
3、 ■ガラス、セラミック等から成る基板1の表面の脱脂及
び洗浄を行う。
■■で得た基板1の」二に真空堆積法及びフ第1・リソ
エツチング法またはリフトオフ法、あるいは印刷法等に
より電極2,3を形成する。
エツチング法またはリフトオフ法、あるいは印刷法等に
より電極2,3を形成する。
電極材としては一般的な導電性材料、A u 、 P
t 。
t 。
Ag等の金属の他、Sn02.ITO等の酸化物導電性
材料でも使用できる。
材料でも使用できる。
電極2,3の厚みは数100人から数μm程度が適当で
あるが、この数値に限るものではない。
あるが、この数値に限るものではない。
また、電極間隔L(つまり4の部分にあたる)の寸法は
電極対向間隔が100人から数10 li mが適当で
あり、間隔幅Wは数μmから数mm程度が適当である。
電極対向間隔が100人から数10 li mが適当で
あり、間隔幅Wは数μmから数mm程度が適当である。
しかしこの寸法に限るものではない。
■ 次に■て得た電極キャップ部へ微粒子1oを塗布す
る。塗布には微粒子の分散液を用いる。
る。塗布には微粒子の分散液を用いる。
酢酸ブチルやアルコール、ケトン等から成る有機溶媒に
微粒子及び微粒子の分散を促進する有機バインダーを加
え、撹拌等により微粒子の分散液を調整する。有機バイ
ンダーとしては、ブチラール、アクリル、塩化酢酸ビニ
ル、フェノール、ナイロン、ポリエステル、ウレタンが
もちいられる。
微粒子及び微粒子の分散を促進する有機バインダーを加
え、撹拌等により微粒子の分散液を調整する。有機バイ
ンダーとしては、ブチラール、アクリル、塩化酢酸ビニ
ル、フェノール、ナイロン、ポリエステル、ウレタンが
もちいられる。
ここで、例えば微粒子の分散液の調整を記す。
の材料をガラスビーズと共にペインI・シェーカにて3
hr撹拌し分散液とした。
hr撹拌し分散液とした。
この微粒子分散液を試料表面にディッピングやスピンコ
−1・等の方法により塗布し、溶媒等が蒸発、かつ有機
バインダーが炭素化し半導体層となるような温度、例え
ば250℃で10分程度焼成を行う。この焼成により半
導体層6及び微粒子5は電極間■7に配置される。もち
ろん半導体層6及び微粒子5は試料全面に配置されるが
、電子放出に際し電極間隔り部具外の半導体層6及び微
粒子5は実質的に電圧が印加されないため、何ら支障を
きたさない。半導体層6の厚み及び微粒子5の配置密度
は塗布条件及び微粒子分散液の調整により変化し、これ
に合わせて電極間隔りに流れる電流量も変化する。
−1・等の方法により塗布し、溶媒等が蒸発、かつ有機
バインダーが炭素化し半導体層となるような温度、例え
ば250℃で10分程度焼成を行う。この焼成により半
導体層6及び微粒子5は電極間■7に配置される。もち
ろん半導体層6及び微粒子5は試料全面に配置されるが
、電子放出に際し電極間隔り部具外の半導体層6及び微
粒子5は実質的に電圧が印加されないため、何ら支障を
きたさない。半導体層6の厚み及び微粒子5の配置密度
は塗布条件及び微粒子分散液の調整により変化し、これ
に合わせて電極間隔りに流れる電流量も変化する。
■で得た電極ギャップ部へ微粒子5を分散させる方法と
しては、上述の塗布形成の他にも、例えば有機金属化合
物の溶液を基板上に塗布した後、熱分解によって金属粒
子を形成する手法もある。
しては、上述の塗布形成の他にも、例えば有機金属化合
物の溶液を基板上に塗布した後、熱分解によって金属粒
子を形成する手法もある。
具体例には
の材料で溶液を調整する。このPd有機金属化合物溶液
を塗布した後、加熱をほどこすとPdの微粒子5及び半
導体層6を得ることがてきる。
を塗布した後、加熱をほどこすとPdの微粒子5及び半
導体層6を得ることがてきる。
半導体層6は焼成により得られる炭素が主な構成材とな
る膜である。これは、電気比抵抗が1×10−3Ω・c
m程度以上の半導体層である。
る膜である。これは、電気比抵抗が1×10−3Ω・c
m程度以上の半導体層である。
上記の工程により得られた試料においては、半導体層6
の厚みは微粒子5の粒径より小さ(なる。
の厚みは微粒子5の粒径より小さ(なる。
すなわち、微粒子5は半導体層6に埋まっているものの
、突出した部分を有するように固定されている構造とな
っている。(第2図) 以上説明してきた例では、微粒子5が半導体層6より突
出した構造であった。ここで、この素子の表面へ更に有
機バインダー溶液のみを塗布、焼成して得られる炭素膜
で微粒子5を被覆すると、第4図のように微粒子5が半
導体層6に包含された構造とすることができる。
、突出した部分を有するように固定されている構造とな
っている。(第2図) 以上説明してきた例では、微粒子5が半導体層6より突
出した構造であった。ここで、この素子の表面へ更に有
機バインダー溶液のみを塗布、焼成して得られる炭素膜
で微粒子5を被覆すると、第4図のように微粒子5が半
導体層6に包含された構造とすることができる。
また、塗布溶液内の炭素と微粒子の比率を変化させ、炭
素をより多くし、また塗布量も増すことによって第5図
のように微粒子5が半導体層6に包含、又は少なくとも
一部が半導体層よりも突出した構造にすることもできる
。
素をより多くし、また塗布量も増すことによって第5図
のように微粒子5が半導体層6に包含、又は少なくとも
一部が半導体層よりも突出した構造にすることもできる
。
上記述べてきた素子では半導体層6を微粒子5の配置と
同工程で行うために製造工程が簡易になるという特徴を
有している。
同工程で行うために製造工程が簡易になるという特徴を
有している。
また、半導体層6は炭素以外の材料すなわち塗布法や印
刷法及び焼成によって得られる半導体材料、、例えばS
i、 Ge、 Se等を含んだ溶液から作製することも
できる。従ってこれらの材料溶液の調整及び塗布、焼成
条件を選ぶことによって所望の特性の半導体層を得るこ
とができる。これらの半導体層によっても、微粒子の配
置を同一工程で行えるという特徴を有している。
刷法及び焼成によって得られる半導体材料、、例えばS
i、 Ge、 Se等を含んだ溶液から作製することも
できる。従ってこれらの材料溶液の調整及び塗布、焼成
条件を選ぶことによって所望の特性の半導体層を得るこ
とができる。これらの半導体層によっても、微粒子の配
置を同一工程で行えるという特徴を有している。
又、本発明の電子放出素子は第6図に示す構造を有する
電子放出素子でもよい。
電子放出素子でもよい。
第7図1)〜4)に第6図に示す電子放出素子の製造工
程を説明する。素子断面図を順に示し、以下製造方法例
を述べる。
程を説明する。素子断面図を順に示し、以下製造方法例
を述べる。
■)カラス、セラミック等から成る基板1の表面の脱脂
及び洗浄を行う。
及び洗浄を行う。
2)1)で得た基板1の上に真空堆積法、又は塗布、又
は印刷法及び焼成法によって得られる半導体層7を形成
する。
は印刷法及び焼成法によって得られる半導体層7を形成
する。
上記半導体層は真空堆積法で得られるアモルファスシリ
コン半導体膜や結晶化シリコン半導体膜、化合物半導体
膜、さらには塗布法や印刷法及び焼成によって得られる
半導体膜等が使用できる。
コン半導体膜や結晶化シリコン半導体膜、化合物半導体
膜、さらには塗布法や印刷法及び焼成によって得られる
半導体膜等が使用できる。
例えばプラスマCVD法等で得られる水素化アモルファ
スシリコン(A−8i:H)半導体層とすることができ
る。該半導体層の膜厚は50人から10μmぐらいであ
る。
スシリコン(A−8i:H)半導体層とすることができ
る。該半導体層の膜厚は50人から10μmぐらいであ
る。
3)電極2,3を第3図の■と同様にして設ける。
4)微粒子5を第3図■と同様にして設ける。
但し、塗布溶液中の炭素量を極力減らすか、またはゼロ
とすることにより、電極間隔部りつまり電子放出部4に
形成される炭素膜半導体層の厚みを少なくすることが好
ましい。すなわち電極間隔部りに流れる電流Ifを極力
半導体層7と微粒子5に流すことによって半導体層7の
効果をより引き出すことができるからである。
とすることにより、電極間隔部りつまり電子放出部4に
形成される炭素膜半導体層の厚みを少なくすることが好
ましい。すなわち電極間隔部りに流れる電流Ifを極力
半導体層7と微粒子5に流すことによって半導体層7の
効果をより引き出すことができるからである。
また、該構造を有する素子では蒸着可能な微粒子も使用
可能であり、該蒸着可能な材料については、基板温度等
の蒸着条件の制御やマスク蒸着等の蒸着的手法によって
微粒子を形成することができる。
可能であり、該蒸着可能な材料については、基板温度等
の蒸着条件の制御やマスク蒸着等の蒸着的手法によって
微粒子を形成することができる。
上記1)〜4)で得られる電子放出素子は、半導体層と
微粒子の形成が別工程であるために、半導体層の形成条
件の自由度が大きくなる。したがって半導体層7の特性
を調整することがより可能になる。
微粒子の形成が別工程であるために、半導体層の形成条
件の自由度が大きくなる。したがって半導体層7の特性
を調整することがより可能になる。
例えば、半導体形成時に不純物ドープ量を変化させ、適
当な形成条件を選べば、半導体層7の電気抵抗を容易に
調整することができる。したがって素子に流れる電子1
fiの調整ができるようになり、素子の駆動電圧の調整
が可能になるという特徴を有する。
当な形成条件を選べば、半導体層7の電気抵抗を容易に
調整することができる。したがって素子に流れる電子1
fiの調整ができるようになり、素子の駆動電圧の調整
が可能になるという特徴を有する。
さらに本発明の電子放出素子は半導体層6もしくは7の
かわりに基板自体を半導体基板としてもよい。
かわりに基板自体を半導体基板としてもよい。
第8図にこの時の素子断面図を示す。半導体基板8とし
ては、所望の特性を有する基板材、例えばSiウェハー
等を用いることができる。また所望の特性の半導体層を
得る方法として半導体基板又は絶縁体基板へのイオン注
入等を用いることができる。
ては、所望の特性を有する基板材、例えばSiウェハー
等を用いることができる。また所望の特性の半導体層を
得る方法として半導体基板又は絶縁体基板へのイオン注
入等を用いることができる。
この方法では同一平面上の所望な部分のみの比抵抗を調
整できる。このため電子放出素子を高密度集積化した場
合、隣接素子間のリーク電流を小さくできクロストーク
を減少させることができる。さらに同一平面上であるた
めに、電極の段差上のステップカバレージ不良による断
線等の欠陥が発生しないという特徴を有している。
整できる。このため電子放出素子を高密度集積化した場
合、隣接素子間のリーク電流を小さくできクロストーク
を減少させることができる。さらに同一平面上であるた
めに、電極の段差上のステップカバレージ不良による断
線等の欠陥が発生しないという特徴を有している。
第9図は本発明の更に他の電子放出素子を説明する断面
図である。各材料構成は前述の通りであるが、製造工程
上、半導体層9を電極2,3と微粒子5を形成後に形成
し、微粒子5を半導体層9で包含、固定させる。その後
、エツチングにより半導体層表面を削り取り、微粒子5
を半導体層より突出させた状態で固定する構造である。
図である。各材料構成は前述の通りであるが、製造工程
上、半導体層9を電極2,3と微粒子5を形成後に形成
し、微粒子5を半導体層9で包含、固定させる。その後
、エツチングにより半導体層表面を削り取り、微粒子5
を半導体層より突出させた状態で固定する構造である。
第1O図国〜同に第9図に示す電子放出素子の製造工程
を説明する素子断面図を順に示し、以下、製造方法例を
述べる。
を説明する素子断面図を順に示し、以下、製造方法例を
述べる。
国ガラス、セラミックス等から成る、基板1の表面の脱
脂及び、洗浄を行う。
脂及び、洗浄を行う。
目電極2,3を第3図■と同様にして設ける。
[用微粒子5を第3図■(好ましくは分散液に有機バイ
ンダーを含まないものがよい)と同様にして設ける。
ンダーを含まないものがよい)と同様にして設ける。
1何 半導体層9を電極間隔部りの近傍に形成する。
この時、一般に半導体層は微粒子5の表面にも堆積し、
微粒子5の粒径で凸部を作るように堆積する。
微粒子5の粒径で凸部を作るように堆積する。
[ul flで得られた半導体層9の凸部表面を主にエ
ツチングする。例えば試料を斜めにセツティングした状
態でイオンミーリンク等を行うことにより半導体層9の
凸部表面かエツチングされる。すると、エツチングされ
た部分は半導体層9から微粒子5が一部突出した形で露
出し、かつ、半導体層9で固定された構造となる。
ツチングする。例えば試料を斜めにセツティングした状
態でイオンミーリンク等を行うことにより半導体層9の
凸部表面かエツチングされる。すると、エツチングされ
た部分は半導体層9から微粒子5が一部突出した形で露
出し、かつ、半導体層9で固定された構造となる。
またエツチング工程を行わなければ微粒子5が半導体層
9に包含された構造となる。
9に包含された構造となる。
以上説明してきた各実施例はいずれも平面基板」−に形
成された電極間隔部に半導体及び微粒子を配置した例で
あったが、本発明はこれらの形状に限られるものではな
い。
成された電極間隔部に半導体及び微粒子を配置した例で
あったが、本発明はこれらの形状に限られるものではな
い。
例えば第11図に示す形状の電子放出素子でもよい。こ
れは基板10上の絶縁層]1の段差部を隔てて、電極]
2 、 +−3が形成されており電極間隔部14は、
前述実施例とは異なり垂直方向に形成されている。ここ
へ第3図に示した工程と同様にして半導体層]5と微粒
子J6を配置すれば、電極間隔部が垂直方向を向いた表
面伝導形電子放出素子が作製される。
れは基板10上の絶縁層]1の段差部を隔てて、電極]
2 、 +−3が形成されており電極間隔部14は、
前述実施例とは異なり垂直方向に形成されている。ここ
へ第3図に示した工程と同様にして半導体層]5と微粒
子J6を配置すれば、電極間隔部が垂直方向を向いた表
面伝導形電子放出素子が作製される。
以下、実施例によりさらに詳しく説明する。
実施例】
第1図の構成において、ソーダガラス基板1上に厚み約
100人の焼成有機物から得た炭素膜で半導体層6を形
成した。該半導体層中には直径数100人のパラジウム
が分散しである。
100人の焼成有機物から得た炭素膜で半導体層6を形
成した。該半導体層中には直径数100人のパラジウム
が分散しである。
又、電極2,3は厚み1000人、間隔0.8μm、幅
300μn]でptで形成した。
300μn]でptで形成した。
上記作製された素子の電極2,3間に電圧を印加すると
電流I[が半導体層6及び微粒子5を介して流れ、引き
出し電極を+側として電圧を印加すると安定した電子放
出が確認された。
電流I[が半導体層6及び微粒子5を介して流れ、引き
出し電極を+側として電圧を印加すると安定した電子放
出が確認された。
本実施例において作製した半導体を有する電子放出素子
と従来技術であるフォーミングを必要とするITO材か
ら成る表面伝導形電子放出素子との特性例を比較して表
1に示す。放出電流のゆらぎは]Xl0−3Hz以下の
放出電流量の変化量△■eを放出である。
と従来技術であるフォーミングを必要とするITO材か
ら成る表面伝導形電子放出素子との特性例を比較して表
1に示す。放出電流のゆらぎは]Xl0−3Hz以下の
放出電流量の変化量△■eを放出である。
表 1
※寿命:放出電流が50%以下になる期間表1から明ら
かなように本実施例の表面伝導形電子放出素子は安定で
寿命が長く、駆動電圧が低く、放出電流が大きい特性を
示している。
かなように本実施例の表面伝導形電子放出素子は安定で
寿命が長く、駆動電圧が低く、放出電流が大きい特性を
示している。
実施例2
第6図の構成において、ガラス基板1上にプラズマCV
D法によりA−3i:H膜を2000人堆積し、半導体
層7とした。電極2,3は厚み1000人て間隔0,8
μm1幅300μmでPtて形成した。
D法によりA−3i:H膜を2000人堆積し、半導体
層7とした。電極2,3は厚み1000人て間隔0,8
μm1幅300μmでPtて形成した。
さらに、該電極間に、微粒子5として直径数100人の
Pdを分散配置した。
Pdを分散配置した。
Pd微粒子は有機パラジウム化合物をP(]金属換算比
率で0.3%程度含む酢酸ブチル溶液(奥野製薬工業製
キャタペーストCCP−4,230)を用いてスピンコ
ー1□ (300r p m 、 5回塗布)して25
0°Cて加熱処理した。本実施例において作製した半導
体を有する電子放出素子を実施例1と同様に評価したと
ころ、同様な電子放出を得ることができた。
率で0.3%程度含む酢酸ブチル溶液(奥野製薬工業製
キャタペーストCCP−4,230)を用いてスピンコ
ー1□ (300r p m 、 5回塗布)して25
0°Cて加熱処理した。本実施例において作製した半導
体を有する電子放出素子を実施例1と同様に評価したと
ころ、同様な電子放出を得ることができた。
実施例3
第9図の構成において、ガラス基板1上に電極2゜3を
厚みI 000人、間隔0.8μm、幅300μmてp
tで形成した。
厚みI 000人、間隔0.8μm、幅300μmてp
tで形成した。
微粒子を実施例2と同様に作成し、半導体層9として水
素化アモルファスシリコンをプラズマCVD法により約
500人の厚みで形成した。
素化アモルファスシリコンをプラズマCVD法により約
500人の厚みで形成した。
その後、イオンミーリングにより半導体層9の凸部をエ
ツチングした。
ツチングした。
以上の工程で作製された電子放出素子に実施例1と同様
な方法で評価したところ、同様な電子放出素子が得るこ
とがわかった。特に本実施例では、実施例2と異なり、
微粒子5を半導体層9で固定した電子放出素子では、第
2の実施例の効果の他に、電子放出が安定する傾向にあ
った。
な方法で評価したところ、同様な電子放出素子が得るこ
とがわかった。特に本実施例では、実施例2と異なり、
微粒子5を半導体層9で固定した電子放出素子では、第
2の実施例の効果の他に、電子放出が安定する傾向にあ
った。
以上、説明したように相対向する電極間に半導体層が形
成されており、さらに導電性の微粒子が該半導体層」二
もしくは層中に分散配置されている素子構造に特徴を有
する電子放出素子にすることで、従来フォーミング工程
を有する表面伝導形電子放出素子と比べつぎのような効
果がある。
成されており、さらに導電性の微粒子が該半導体層」二
もしくは層中に分散配置されている素子構造に特徴を有
する電子放出素子にすることで、従来フォーミング工程
を有する表面伝導形電子放出素子と比べつぎのような効
果がある。
■、微粒子が半導体に固定されている為、動作中に微粒
子が移動することな(、安定で寿命を延ばすのに効果が
ある。
子が移動することな(、安定で寿命を延ばすのに効果が
ある。
2、半導体の電気抵抗を制御することにより駆動電圧を
下げることができ、且つ放出電流の向上に効果がある。
下げることができ、且つ放出電流の向上に効果がある。
3、フォーミング工程がない為、素子を多数に集積化す
ることができる。
ることができる。
4、フォーミング工程がない為、素子形状が自由に設計
できる。
できる。
5、微粒子の密度を適当に調整することにより電子放出
効率を向上させるのに効果がある。
効率を向上させるのに効果がある。
第1図は本発明の電子放出素子を説明する一実施例平面
図、 第2図は第1図の素子の断面図、 第3図■〜■は第1図に示す電子放出素子の製造工程を
説明する図、 第4図及び第5図は他の本発明の電子放出素子を示す断
面図、 第6図、第8図、第9図、第11図は更に異なる本発明
の他の電子放出素子を示す断面図、第7図1)〜4)及
び第10図円〜同は、第6図及び第9図のそれぞれの素
子製造工程を示す断面図である。 第12図は従来例を説明する図である。 l・・・基板、 2,3・・・電極。 4・・・電子放出部、 5・・・微粒子、6.7・
・・半導体層、 8・・・基板、9・・・半導体層、
10・・・基板、11・・・絶縁体、 1
2.13・・・電極、14・・・電子放出部(電極間隔
部)、15・・・半導体層、 16・・・微粒子、
17・・・基板、 18.19・・・電極、2
0・・・薄膜、 21・・・電子放出素子。 第 3 図 γ 5 第9は 第78図 1霞 d′
図、 第2図は第1図の素子の断面図、 第3図■〜■は第1図に示す電子放出素子の製造工程を
説明する図、 第4図及び第5図は他の本発明の電子放出素子を示す断
面図、 第6図、第8図、第9図、第11図は更に異なる本発明
の他の電子放出素子を示す断面図、第7図1)〜4)及
び第10図円〜同は、第6図及び第9図のそれぞれの素
子製造工程を示す断面図である。 第12図は従来例を説明する図である。 l・・・基板、 2,3・・・電極。 4・・・電子放出部、 5・・・微粒子、6.7・
・・半導体層、 8・・・基板、9・・・半導体層、
10・・・基板、11・・・絶縁体、 1
2.13・・・電極、14・・・電子放出部(電極間隔
部)、15・・・半導体層、 16・・・微粒子、
17・・・基板、 18.19・・・電極、2
0・・・薄膜、 21・・・電子放出素子。 第 3 図 γ 5 第9は 第78図 1霞 d′
Claims (14)
- (1)対向する電極間に半導体層が形成されており、該
半導体層の層中にもしくは層上に微粒子が分散配置され
ている素子構造を有することを特徴とする電子放出素子
。 - (2)前記微粒子が前記半導体層中に完全に包含されて
いる構造を有する特許請求の範囲第1項記載の電子放出
素子。 - (3)前記微粒子が前記半導体層中に1部含有され、か
つ1部露出している構造を有する特許請求の範囲第1項
記載の電子放出素子。 - (4)前記微粒子が硼化物、炭化物、窒化物、金属、金
属酸化物、半導体あるいはカーボンである特許請求の範
囲第1項記載の電子放出素子。 - (5)前記微粒子を塗布によって電極間に分散させた特
許請求の範囲第1項記載の電子放出素子。 - (6)前記微粒子を蒸着によって電極間に分散させた特
許請求の範囲第1項記載の電子放出素子。 - (7)前記微粒子を有機金属化合物の熱分解によって分
散させた特許請求の範囲第1項記載の電子放出素子。 - (8)基板上に対向する電極が形成され、該電極間に半
導体層が形成されており、該半導体層の層中もしくは層
上に微粒子が分散配置されている素子構造を有する特許
請求の範囲第1項記載の電子放出素子。 - (9)基板上に電極を形成する手段と該電極間に有機バ
インダー含有の微粒子分散液を塗布、焼成し、微粒子の
分散を行う手段を有する特許請求の範囲第8項記載の電
子放出素子。 - (10)前記有機バインダーがブチラール、アクリル、
塩化酢酸ビニル、フェノール、ナイロン、ポリエステル
、ウレタンである特許請求の範囲第9項記載の電子放出
素子。 - (11)基板上に半導体層を形成する手段と該半導体層
上に電極を形成する手段と該電極間に微粒子を分散する
手段とを有する特許請求の範囲第8項記載の電子放出素
子。 - (12)前記半導体層がアモルファスシリコン半導体、
結晶化シリコン半導体、あるいは化合物半導体の層であ
る特許請求の範囲第11項記載の電子放出素子。 - (13)前記半導体層の膜厚が50Åから10μmであ
る特許請求の範囲第11項記載の電子放出素子。 - (14)前記微粒子を絶縁層中に完全に包含させる手段
と、完全に包含されている微粒子をエッチングにより1
部絶縁層から露出させる手段とを有する特許請求の範囲
第1項記載の電子放出素子。
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---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1987
- 1987-10-09 JP JP25506887A patent/JPH07123023B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6184626B1 (en) | 1995-01-31 | 2001-02-06 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron beam apparatus and method of driving the same |
US6445114B1 (en) | 1997-04-09 | 2002-09-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electron emitting device and method of manufacturing the same |
US6827624B2 (en) | 1997-04-09 | 2004-12-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electron emission element and method for producing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07123023B2 (ja) | 1995-12-25 |
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