JPH02139843A - Electric field radiational type three-polar element and its manufacture - Google Patents
Electric field radiational type three-polar element and its manufactureInfo
- Publication number
- JPH02139843A JPH02139843A JP63292610A JP29261088A JPH02139843A JP H02139843 A JPH02139843 A JP H02139843A JP 63292610 A JP63292610 A JP 63292610A JP 29261088 A JP29261088 A JP 29261088A JP H02139843 A JPH02139843 A JP H02139843A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cathode
- anode
- tip
- insulating substrate
- gate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 11
- 230000005684 electric field Effects 0.000 title abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 abstract description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 1
- 230000005610 quantum mechanics Effects 0.000 abstract 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[概要コ
電界放射型3優素子に係り、特に集積化に適した電界放
射型3極素子に関し、
カソード、ゲート、およびアノードを極めて微小な隙間
を隔ててかつ素子ごとに均一に形成して特性の安定化お
よび高密度化を実現すると共に、素子間の配線を容易に
行なって高集積化を実現することができる電界放射型3
極素子およびその製造方法を提供することを目的とし、
絶縁性基板上に形成され、指向方向が前記絶縁性基板の
面とほぼ平行な尖端部を有するカソードと、前記絶縁性
基板上に形成され、前記カソードの尖端部と対面して設
けられたアノードと、前記カソードと前記アノードとの
間の前記絶縁性基板上に形成され、前記カソードから前
記アノードへの電子の流れを制御するゲートとを有する
ように構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding the three major field emission type elements, particularly regarding the field emission type triode element suitable for integration, the cathode, gate, and anode are separated by an extremely small gap and each element is Field emission type 3, which can be uniformly formed to achieve stable characteristics and high density, as well as easy wiring between elements to achieve high integration.
The object of the present invention is to provide a pole element and a method for manufacturing the same, comprising: a cathode formed on an insulating substrate and having a pointed end whose orientation direction is substantially parallel to the surface of the insulating substrate; , an anode provided facing the tip of the cathode, and a gate formed on the insulating substrate between the cathode and the anode to control the flow of electrons from the cathode to the anode. Configure to have.
[産業上の利用分野コ
本発明は、電界放射型3N!素子およびその一ン坦方法
に係り、特に集積化に適した電界放射型3極素子および
その製造方法に関する。[Industrial Field of Application] The present invention is a field emission type 3N! The present invention relates to an element and a flattening method thereof, and particularly to a field emission type triode element suitable for integration and a method for manufacturing the same.
[従来の技術]
一般に、電子に電位障壁以上のエネルギーを与えてその
電子を固体から外部に放射させる場合、その方式には、
熱電子放射、光電子放射、電界放射等がある。[Prior Art] Generally, when giving electrons energy greater than the potential barrier and emitting the electrons from a solid to the outside, the method is as follows:
These include thermionic radiation, photoelectron radiation, and field radiation.
この中で、電界放射は、カソード(陰極)表面で電界強
度が大きくなると電位障壁の幅が薄くなり、固体内の電
子は量子力学的なトンネル効果により、電位障壁を抜は
出て、外部に電界放射される。そしてこの電界放射を利
用して、トランジスタ的な動作を行なう素子が作製され
ている。Among these, field emission occurs when the electric field strength increases at the surface of the cathode (cathode), the width of the potential barrier becomes thinner, and electrons within the solid escape through the potential barrier due to quantum mechanical tunneling effect and are emitted to the outside. Electric field is radiated. Utilizing this field emission, elements that operate like transistors have been fabricated.
従来の電界放射を利用した素子は、第4図に示されるよ
うに、絶縁性基板24上に設けられたカソード26は、
絶縁性基板24と垂直方向に尖端部を立てている電子銃
28を有している。そしてカソード26の平坦部上には
、絶縁層30を介してゲート32が設けられ、カソード
26の電子銃28の尖端部を取り囲んでいる。また、カ
ソード26の電子銃28、の尖端部上力には、一定の空
間を隔てて、アノード(陽極)34が設けられている。In the conventional device using electric field radiation, as shown in FIG. 4, the cathode 26 provided on the insulating substrate 24 is
It has an electron gun 28 whose tip is perpendicular to the insulating substrate 24. A gate 32 is provided on the flat part of the cathode 26 with an insulating layer 30 interposed therebetween, and surrounds the tip of the electron gun 28 of the cathode 26 . Further, an anode (anode) 34 is provided above the tip of the electron gun 28 of the cathode 26 with a certain space in between.
そしてこのように3電極を有する電界放射型3極素子を
多数配列することによって、集積化している。In this way, by arranging a large number of field emission type tripole elements each having three electrodes, the device is integrated.
しかし、こうした電界放射型3極素子が多数配列された
集積回路は、カソード26、ゲート32、およびアノー
ド34が絶縁性基板24と垂直方向に配置されているた
め、下面のカソード26、このカソード26の電子銃2
8の尖端部の周囲のゲート32、および上面のアノード
34を、素子ごとに均一でしかも極めて微小な隙間を隔
てて形成しなければならず、技術的に極めて大きな困難
があった。However, in an integrated circuit in which a large number of such field emission type triode elements are arranged, the cathode 26, the gate 32, and the anode 34 are arranged perpendicularly to the insulating substrate 24. electron gun 2
The gate 32 around the apex of the device 8 and the anode 34 on the top surface had to be formed uniformly for each device with extremely small gaps between them, which was technically extremely difficult.
また、こうした電界放射型3極素子により例えば多段論
理回路を構成する場合、素子間の配線において、上面の
アノード34と下面のカソード26との間に多数の信号
線が配線されなければならず、工数が掛かるのみならず
、技術的にも困難であった。Furthermore, when configuring a multi-stage logic circuit using such field emission type three-pole elements, for example, a large number of signal lines must be wired between the anode 34 on the upper surface and the cathode 26 on the lower surface in the wiring between the elements. Not only was it time-consuming, but it was also technically difficult.
[発明が解決しようとする課題]
このように、上記従来の電界放射型3極索子の集積回路
においては、下面のカソード、このカソードの電子銃の
尖端部の周囲のゲート、および上面のアノードを、基板
と垂直方向に極めて微小な隙間を隔てて形成し、かつ素
子ごとに均一に形成することは、技術的に極めて困難で
ある。また、上記従来の電界放射型3極素子間の配線に
おいて、上面のアノード12と下面のカソード6との間
に多数の信号線を基板と垂直方向に配線することは、工
数が掛かるのみならず、技術的にも困難であった。[Problems to be Solved by the Invention] As described above, in the above-mentioned conventional field emission type triode integrated circuit, the cathode on the bottom surface, the gate around the tip of the electron gun of this cathode, and the anode on the top surface. It is technically extremely difficult to form these with extremely small gaps in the direction perpendicular to the substrate and to form them uniformly for each element. In addition, in the wiring between the conventional field emission type triode elements described above, wiring a large number of signal lines between the anode 12 on the top surface and the cathode 6 on the bottom surface in a direction perpendicular to the substrate not only requires a lot of man-hours. , it was also technically difficult.
従って、上記従来の電界放射型3極素子の集積回路は、
全ての素子の特性を均一して安定化させ、また高密度化
および高集積化を実現することが困錐であるという問題
があった。Therefore, the above-mentioned conventional field emission type triode element integrated circuit is as follows:
There has been a problem in that it is difficult to make the characteristics of all elements uniform and stable, and to achieve high density and high integration.
そこで本発明は、カソード、ゲート、およびアノードを
極めて微小な隙間を隔ててかつ素子ごとに均一に形成し
て特性の安定化および高密度化を実現すると共に、素子
間の配線を容易に行なって高集積化を実現することがで
きる電界放射型3極素子およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。Therefore, the present invention realizes stable characteristics and high density by forming cathodes, gates, and anodes uniformly for each element with extremely small gaps between them, and also facilitates wiring between elements. It is an object of the present invention to provide a field emission type triode element that can achieve high integration and a method for manufacturing the same.
また、絶縁性基板上に導電層を形成する第1の工程と、
前記導電層を選択的にエツチングして、指向方向が前記
絶縁性基板の面とほぼ平行な尖端部を有するカソードと
、前記カソードの尖端部と対面するアノードと、前記カ
ソードと前記アノードとの間に配置され前記カソードか
ら前記アノードへの電子の流れを制御するゲートとを形
成する第2の工程とを有することを特徴とする電界放射
型3極素子の製造方法によって達成される。Further, a first step of forming a conductive layer on the insulating substrate,
a cathode formed by selectively etching the conductive layer and having a tip whose orientation direction is substantially parallel to the surface of the insulating substrate; an anode facing the tip of the cathode; and a gap between the cathode and the anode. and a second step of forming a gate disposed in the cathode to control the flow of electrons from the cathode to the anode.
[課題を解決するための手段]
上記課題は、絶縁性基板上に形成され、指向方向が前記
絶縁性基板の面とほぼ平行な尖端部を有するカソードと
、前記絶縁性基板上に形成され、前記カソードの尖端部
と対面して設けられたアノードと、前記カソードと前記
アノードとの間の前記絶縁性基板上に形成され、前記カ
ソードから前記アノードへの電子の流れを制御するゲー
トとを有することを特徴とする電界放射型3極素子によ
って達成される。[Means for Solving the Problems] The above-mentioned problems include: a cathode formed on an insulating substrate and having a tip whose orientation direction is substantially parallel to the surface of the insulating substrate; an anode provided facing the tip of the cathode; and a gate formed on the insulating substrate between the cathode and the anode to control the flow of electrons from the cathode to the anode. This is achieved by a field emission type triode element characterized by the following.
[作 用]
すなわち本発明は、電界放射型3極素子のカソード、ア
ノード、およびゲートを絶縁性基板上の同一平面内に横
形に配置することによって、カソード、ゲート、および
アノードを極めて微小な隙間を隔ててかつ素子ごとに均
一に形成することができると共に、また素子間の配線も
容易に行なうことができる。[Function] That is, the present invention arranges the cathode, anode, and gate of a field emission type triode element horizontally in the same plane on an insulating substrate, thereby allowing the cathode, gate, and anode to be spaced with extremely small gaps. It is possible to uniformly form each element with a distance between them, and also to easily perform wiring between elements.
[実施例]
以下、本発明を図示する実施例に基づいて具体的に説明
する。[Example] The present invention will be specifically described below based on an illustrative example.
第1図(a>および(b)は、それぞれ本発明の一実施
例による電界放射型3極素子を示す平面図およびそのA
−A線断面図である。FIGS. 1(a) and 1(b) are a plan view showing a field emission type triode element according to an embodiment of the present invention, and FIG.
-A sectional view.
例えば不純物を多く含まないシリコン、GaAsやシリ
コン上にシリコン酸化膜をつけたものやシリコン酸化膜
やサファイア等からなる絶縁性基板2上に設けられたカ
ソード4は、指向方向が絶縁性基板2の面とほぼ平行な
くさび形の尖端部をもった電子銃6を有している。この
電子銃6のくさび形の尖端部は、電子の放射部として、
曲率半径が100A以下と鋭く尖っている。For example, the cathode 4 provided on the insulating substrate 2 made of silicon, GaAs, silicon oxide film on silicon, silicon oxide film, sapphire, etc. that does not contain many impurities, has an orientation direction that is similar to that of the insulating substrate 2. It has an electron gun 6 having a wedge-shaped tip that is substantially parallel to the plane. The wedge-shaped tip of the electron gun 6 serves as an electron emission part.
It is sharp with a radius of curvature of 100A or less.
そして同じく絶縁性基板2上に、カソード4の電子銃6
の尖端部の指向性方向にその尖端部と幅50Aの空間を
隔てて、アノード8が設けられている。また、カソード
4とアノード8との間の同じく絶縁性基板2上には、カ
ソード4の電子銃6の尖端部を挟むようにゲート10が
設けられている。Similarly, on the insulating substrate 2, an electron gun 6 of the cathode 4 is placed.
An anode 8 is provided with a space of width 50A separated from the tip in the direction of directivity of the tip. Furthermore, a gate 10 is provided on the same insulating substrate 2 between the cathode 4 and the anode 8 so as to sandwich the tip of the electron gun 6 of the cathode 4 .
そしてこれらカソード4、アノード8およびゲート10
の3電極は、それぞれ厚さ100人の導電層からなり、
例えば白金(Pt)、金(Au)、パラジウム(Pd)
等の貴金属からなる金属層であってもいいし、不純物を
添加されたシリコン層であってもよく、またシリコン表
面に前記の貴金属膜のコーティングを施したものを用い
てもよい。And these cathode 4, anode 8 and gate 10
The three electrodes each consist of a 100-layer conductive layer,
For example, platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd)
It may be a metal layer made of a noble metal such as, a silicon layer to which an impurity is added, or a silicon layer coated with the noble metal film mentioned above on the silicon surface.
また、カソード4の電子銃6の尖端部近傍の絶縁性基板
2表面に消12が形成されていて、カソード4の電子I
a6の尖端部、この電子銃6の尖端部に最短のアノード
8の一部領域、および電子銃6の尖端部に最短のゲート
1oの端部が、それぞれ絶縁性基板2に対し7て一定の
間隙をもって設けられている。これは、カソード4の電
子銃6の尖端部から放射される電子の放射効率を高める
ためである。Further, an eraser 12 is formed on the surface of the insulating substrate 2 near the tip of the electron gun 6 of the cathode 4, and the electron I of the cathode 4 is
The tip of a6, the part of the anode 8 that is the shortest to the tip of the electron gun 6, and the edge of the gate 1o that is the shortest to the tip of the electron gun 6 are each at a constant 7 with respect to the insulating substrate 2. It is provided with a gap. This is to increase the radiation efficiency of electrons emitted from the tip of the electron gun 6 of the cathode 4.
そしてまた、これらのカソード4、アノード8およびゲ
ート10間の空間は、例えば真空状態にされているか、
あるいはヘリウム(He)、アルゴン(Ar、)ネオン
(Ne)等の不活性ガスを充填した状態にされている。Also, the space between the cathode 4, anode 8, and gate 10 is, for example, in a vacuum state, or
Alternatively, it is filled with an inert gas such as helium (He), argon (Ar), or neon (Ne).
これは、カソード4の電子銃6の尖端部から放射される
電子が、カソード4とアノード8とのの空間で、気体の
分子と衝突したりしないように、あるいは衝突しても気
体の分子がイオン化されないよう6;するためである、
このようにして、カソード4の電子銃6の尖端部から放
射される電子によってイオン化されない状態に機密され
ている。This is to prevent the electrons emitted from the tip of the electron gun 6 of the cathode 4 from colliding with gas molecules in the space between the cathode 4 and anode 8, or to prevent the gas molecules from colliding even if they collide. This is to prevent ionization6;
In this way, the cathode 4 is kept in a state where it is not ionized by the electrons emitted from the tip of the electron gun 6.
次に動作を述べる。Next, the operation will be described.
いま、カソード4を接地してアノード8に5〜10Vの
正の電圧を印加すると、カソード4の電子銃6の鋭く尖
端部とアノード8との間の幅50人という極めて狭い空
間においては、電位勾配の急な電界が生じ、カソード4
の電子は旦子力学的なトンネル効果により、カソード4
の電子銃6の鋭く尖端部から幅の薄い電位IIa壁を抜
は出て外部に電界放射され、アノード8に達する。こう
して、カソード4からアノード8に極めて高速の電子流
が流れる。Now, when the cathode 4 is grounded and a positive voltage of 5 to 10 V is applied to the anode 8, in the extremely narrow space of 50 people in width between the sharp tip of the electron gun 6 of the cathode 4 and the anode 8, the potential An electric field with a steep gradient is generated, and the cathode 4
The electrons reach the cathode 4 due to mechanical tunneling effect.
The electron beam exits from the sharp tip of the electron gun 6 through the thin potential IIa wall, radiates an electric field to the outside, and reaches the anode 8. In this way, a very high speed electron current flows from the cathode 4 to the anode 8.
また、カソード4とアノード8との間に、カソード4の
電子銃6の尖端部を挟むように設けられたゲート10は
、ゲート10に印加される電圧によって、カソード4か
らアノード8に流れる電子流を制御する。Further, a gate 10 provided between the cathode 4 and the anode 8 so as to sandwich the tip of the electron gun 6 of the cathode 4 allows the electron flow to flow from the cathode 4 to the anode 8 by a voltage applied to the gate 10. control.
このようにして、カソード4、アノード8およびゲート
10の3電極によって、トランジスタ的な動作を超高速
で行なうことができる。In this way, the three electrodes of cathode 4, anode 8, and gate 10 can perform transistor-like operations at extremely high speed.
また、このような電界放射型3極素子を多数配列するこ
とにより、例えば多段論理回路を構成する集積回路を形
成することができる。このとき、本実施例による電界放
射型3極素子は、カソード4、アノード8およびゲート
10が絶縁性基板2上の同一平面内に横形に配置されて
いるから、素子間の複雑な配線を容易に行なうことがで
きる。Furthermore, by arranging a large number of such field emission type triode elements, it is possible to form, for example, an integrated circuit constituting a multi-stage logic circuit. At this time, in the field emission type triode element according to this embodiment, since the cathode 4, anode 8, and gate 10 are arranged horizontally in the same plane on the insulating substrate 2, complicated wiring between the elements can be easily performed. can be done.
次に、本発明の一実施例による電界放射型3極素子の製
造方法を、第2図に示す工程図を用いて説明する。Next, a method of manufacturing a field emission type triode element according to an embodiment of the present invention will be explained using the process diagram shown in FIG.
絶縁性基板2上の所定の場所に消14を形成する(第2
図(a>参照)。続いて、この消14内に例えばアルミ
ニウム(Aj)等の充填剤16を充填した後、絶縁性基
板2および充填剤1.6が一つのフラットな表面を形成
するようにする。なお、この充填剤16はAJ!に限ら
ず、後の工程においてこの上に導電層を形成することが
できる強度を有し、かつその導電層にダメージを与える
ことなく容易に除去されるものであればよい(第2図(
b)参照)。Form the eraser 14 at a predetermined location on the insulating substrate 2 (second
Figure (see a>). Subsequently, a filler 16 such as aluminum (Aj), for example, is filled into the tube 14 so that the insulating substrate 2 and the filler 1.6 form one flat surface. Note that this filler 16 is AJ! Any material may be used as long as it has the strength to form a conductive layer thereon in a later step and can be easily removed without damaging the conductive layer (see Figure 2).
b)).
次いで、絶縁性基板2および充填剤16上に、厚さ10
0への導電層18を形成する(第2図(C)参照)、続
いて、この導電層18上にレジスト20を塗布した後、
電子ビームを用いたリングラフィにより、所定の形状に
パターニングする。Then, on the insulating substrate 2 and the filler 16, a layer with a thickness of 10
After forming a conductive layer 18 to 0 (see FIG. 2(C)) and then coating a resist 20 on this conductive layer 18,
It is patterned into a predetermined shape by phosphorography using an electron beam.
このレジスト20のパターンは、第1図(a)の平面図
に示したような、後の工程において形成するカソード、
アノードおよびゲートの形状およびこれらの配置に対応
するパターンである(第2図(d)参照)。The pattern of this resist 20 is similar to that of the cathode formed in a later step, as shown in the plan view of FIG. 1(a).
This pattern corresponds to the shape and arrangement of the anode and gate (see FIG. 2(d)).
次いで、レジスト20をマスクとして導電層18のエツ
チングを行ない、カソード4、アノード8およびゲート
10を形成する。そしてこのとき、カソード4は曲率半
径が300A以下の鋭い尖端部をもった電子銃6を有し
、カソード4の電子銃6の尖端部とこの尖端部の指向方
向に位置するアノード8との幅は50人となり、またゲ
ート10はカソード4とアノード8との間にカソード4
の電子銃6の尖端部を挟むように配置される。さらにま
た、カソード4の電子銃6の尖端部、この電子銃6の尖
端部に最短のアノード8の一部領域、および電子銃6の
尖端部に最短のゲート10の端部が、それぞれ充填剤1
6上に位置する(第2図(e)参照)。Next, the conductive layer 18 is etched using the resist 20 as a mask to form the cathode 4, anode 8, and gate 10. At this time, the cathode 4 has an electron gun 6 having a sharp tip with a radius of curvature of 300A or less, and the width between the tip of the electron gun 6 of the cathode 4 and the anode 8 located in the pointing direction of this tip. 50 people, and gate 10 has cathode 4 between cathode 4 and anode 8.
are arranged so as to sandwich the tip of the electron gun 6. Furthermore, the tip of the electron gun 6 of the cathode 4, a part of the anode 8 that is the shortest to the tip of the electron gun 6, and the end of the gate 10 that is the shortest to the tip of the electron gun 6 are filled with filler. 1
6 (see FIG. 2(e)).
次いで、充填剤16を除去して再び講12を形成する。Next, the filler 16 is removed and the column 12 is formed again.
この溝12によって、カソード4の電子銃6の尖端部、
この電子銃6の尖端部に最短のアノード8の一部領域、
および電子銃6の尖端部に最短のゲート10の端部が、
それぞれ絶縁性基板2に対して一定の間隙をもって設け
られることになる(第2図(f)参照)。This groove 12 allows the tip of the electron gun 6 of the cathode 4 to
A part of the shortest anode 8 at the tip of the electron gun 6,
And the end of the gate 10 that is the shortest to the tip of the electron gun 6 is
Each of them is provided with a certain gap from the insulating substrate 2 (see FIG. 2(f)).
次いで、図示はしないが、多数配列された電界放射型3
極素子の素子間の複雑な配線を容易に行ない、例えば多
段論理回路を構成する集積回路を形成する。そしてカソ
ード4、アノード8およびゲート10間の空間を、例え
ば真空状態にしたり、あるいは不活性ガスを充填した状
態にしたりすることにより、カソード4の電子銃6の尖
端部から放射される電子によってイオン化されない状態
に機密する。Next, although not shown, a large number of field emission types 3 are arranged.
Complex wiring between elements of a pole element can be easily performed to form an integrated circuit constituting, for example, a multi-stage logic circuit. Then, the space between the cathode 4, anode 8, and gate 10 is ionized by electrons emitted from the tip of the electron gun 6 of the cathode 4, for example, by making it a vacuum state or filling it with an inert gas. will not be kept confidential.
このように本実施例による電界放射型3極素子の製造方
法によれば、電子ビームによるリングラフィ技術を用い
ているために、極めて微小の曲率半径の尖端部をもった
カソード4の電子銃6の寸法やカソード4の電子銃6の
尖端部とアノード8との微小な幅等を微細かつ緻密に作
製することができると共に、これらの寸法等を素子間に
おいて均一に作製することができる。従って、超高速で
動作する電界放射型3Igi!素子の高密度化を実現す
ることができると共に、特性を安定化することができる
。As described above, according to the method for manufacturing a field emission type triode element according to this embodiment, since the phosphorography technique using an electron beam is used, the electron gun 6 of the cathode 4 has a tip with an extremely small radius of curvature. The dimensions of the electron gun 6 and the minute width between the tip of the electron gun 6 of the cathode 4 and the anode 8 can be made fine and precise, and these dimensions can be made uniform among the elements. Therefore, the field emission type 3Igi that operates at ultra-high speed! It is possible to realize higher density of the element and to stabilize the characteristics.
また、カソード4、アノード8およびゲート10を絶縁
性基板2上の同一平面内に横形に配置して形成するため
に、素子間の複雑な配線を容易に行なうことができる。Further, since the cathode 4, anode 8, and gate 10 are horizontally arranged and formed in the same plane on the insulating substrate 2, complicated wiring between elements can be easily performed.
従って、電界放射型3極素子の集積回路を高集積化する
ことができる。Therefore, the integrated circuit of the field emission type triode element can be highly integrated.
なお、本実施例による電界放射型3極素子の製造方法に
おいては、絶縁性基板2上に形成した溝14内に充填剤
16を充填し、その上にカソード4、アノード8および
ゲート10を形成した後に、再び充填剤16を除去して
消12を形成する方法を取っているが、最初の消14を
形成することなく絶縁性基板2上にカソード4、アノー
ド8およびゲート10を形成した後に、レジストの塗布
およびバターニングを行ない、カソード4、アノード8
、ゲート10およびこのレジストをマスクとするエツチ
ングを行なって、消12を形成する方法を用いてもよい
。In the method for manufacturing a field emission type triode element according to this embodiment, a filler 16 is filled in a groove 14 formed on an insulating substrate 2, and a cathode 4, an anode 8, and a gate 10 are formed thereon. After that, the filler 16 is removed again to form the filler 12, but after forming the cathode 4, anode 8, and gate 10 on the insulating substrate 2 without forming the first filler 14. , resist coating and buttering are performed, and the cathode 4 and anode 8 are
, a method may be used in which etching is performed using the gate 10 and this resist as a mask to form the gate 12.
次に、本発明の他の実施例による電界放射型3極素子お
よびそのの製造方法を、第3図を用いて説明する。Next, a field emission type triode element according to another embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described with reference to FIG.
第3図(a)および(b)は、それぞれ本発明の他の実
施例による電界放射型3極素子を示す平面図およびその
B−B線断面図である。FIGS. 3(a) and 3(b) are a plan view and a sectional view taken along the line B--B of a field emission type triode element according to another embodiment of the present invention, respectively.
第2図に示される上記実施例における導電層18として
不純物を添加した結晶軸<100>のシリコン層を用い
る。そしてカソード、アノードおよびゲートを形成する
際に、カソードとして、まず、島状の正四角形を形成す
る0次いで、この島状の正四角形のシリコン層を、K
OHを含む異方性アルカリエツチング液によってエツチ
ングすると、第3図に示されるように、正四角形のシリ
コン層の側面に(111)面が露出し、角錐台状のシリ
コン層が形成される。そしてこのシリコン層の角錐台の
底面の角をカソードの電子銃の先端として利用する。A silicon layer doped with impurities and having a crystal axis <100> is used as the conductive layer 18 in the above embodiment shown in FIG. When forming the cathode, anode, and gate, the cathode is first formed into an island-like square silicon layer.
When etched with an anisotropic alkaline etching solution containing OH, the (111) plane is exposed on the side surface of the square silicon layer, forming a truncated pyramidal silicon layer, as shown in FIG. The bottom corner of the truncated pyramid of this silicon layer is used as the tip of the cathode electron gun.
すなわち、第3図において、絶縁性基板2上に設けられ
た角錐台状のシリコン層からなるカソード22は、角錐
台の底面の角を尖端部とする電子銃を有している。そし
てカソード22の電子銃の尖端部の指向方向に、その尖
端部と幅50Aの空間を隔ててアノード8が設けられ、
またカソード22とアノード8との間に、カソード22
の電子銃の尖端部を挟むようにゲート10が設けられて
いる。That is, in FIG. 3, a cathode 22 made of a truncated pyramid-shaped silicon layer provided on an insulating substrate 2 has an electron gun whose tip is the corner of the bottom surface of the truncated pyramid. An anode 8 is provided in the pointing direction of the tip of the electron gun of the cathode 22, separated from the tip by a space of width 50A,
Further, between the cathode 22 and the anode 8, the cathode 22
A gate 10 is provided to sandwich the tip of the electron gun.
このような電界放射型3極素子は、カソード22の電子
銃の尖端部が三角錐の先端状に尖っているため、上記実
施例におけるカソード4の電子銃6の尖端部がくさび形
に尖っているのと比較すると、カソード22の電子銃の
尖端部から放射される電子の放射効率は、上記実施例の
それよりも高くなる。In such a field emission type triode element, since the tip of the electron gun of the cathode 22 is pointed in the shape of a triangular pyramid, the tip of the electron gun 6 of the cathode 4 in the above embodiment is pointed in the shape of a wedge. The radiation efficiency of electrons emitted from the tip of the electron gun of the cathode 22 is higher than that of the above embodiment.
なお、本実施例においてはカソード22としてシリコン
層を用いているが、このシリコン表面に例えばPt、A
u、Pd等の貴金属膜のコーティングを施したものを用
いてもよい。In this embodiment, a silicon layer is used as the cathode 22, but the surface of this silicon is coated with Pt, Al, etc.
A material coated with a noble metal film such as u or Pd may also be used.
[発明の効果]
以上のように本発明によれば、電界放射型3N2素子の
カソード、アノード、およびゲートを絶縁性基板上の同
一平面内に横形に配置することによって、カソード、ゲ
ート、およびアノードを極めて微小な隙間を隔てて形成
することができると共に、また素子間の配線も容易に行
なうことができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, by arranging the cathode, the anode, and the gate of the field emission type 3N2 element laterally within the same plane on the insulating substrate, the cathode, the gate, and the anode can be formed with extremely small gaps between them, and wiring between elements can be easily performed.
これによって、超高速で動作する電界放射型3極素子の
特性を安定化することができると共に、高密度化および
高集積化を実現することができる。This makes it possible to stabilize the characteristics of the field emission type triode element that operates at ultra-high speed, and to achieve higher density and higher integration.
第1図は本発明の一実施例による電界放射型3極素子を
示す図、
第2図は本発明の一実施例による電界放射型3極素子の
製造方法を示す工程図、
第3図は本発明の他の実施例による電界放射型3極素子
を示す図、
第4図は従来の電界放射型3極素子を示す図である。
8.34・・・・・・アノード、
10.32・・・・・・ゲート、
12、 14・・・・・・溝、
16・・・・・・充填材、
18・・・・・・導電層、
20・・・・・・レジスト、
30・・・・・・絶縁層。
図において、
2.24・・・・・・絶縁性基板、
4.22.26・・・・・・カソード、6.28・・・
・・・電子銃、
z
本χ明の一実施例!;、1う電界放射型3極素子を示す
肥厚 1 図
12′
本発明の他の実施例による電界放射型3層素子を示す図
第3図
極索千の裂過方法を示す工程図
第2図FIG. 1 is a diagram showing a field emission type triode element according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a process diagram showing a method for manufacturing a field emission type triode element according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing a field emission type triode element according to another embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a conventional field emission type triode element. 8.34... Anode, 10.32... Gate, 12, 14... Groove, 16... Filler, 18... Conductive layer, 20...Resist, 30...Insulating layer. In the figure, 2.24...Insulating substrate, 4.22.26...Cathode, 6.28...
...An example of an electron gun, z book x Ming! 1. Thickening showing a field emission type three-pole element 1 Figure 12' Figure 3 showing a field emission type three-layer element according to another embodiment of the present invention. figure
Claims (1)
板の面とほぼ平行な尖端部を有するカソードと、 前記絶縁性基板上に形成され、前記カソードの尖端部と
対面して設けられたアノードと、 前記カソードと前記アノードとの間の前記絶縁性基板上
に形成され、前記カソードから前記アノードへの電子の
流れを制御するゲートと を有することを特徴とする電界放射型3極素子。 2、請求項1記載の装置において、前記カソードの尖端
部の下の前記絶縁性基板に溝が形成され、前記カソード
の尖端部が前記絶縁性基板に対して所定の間隙をもって
設けられていることを特徴とする3極素子。 3、請求項1または2記載の装置において、前記カソー
ドと前記アノードと前記ゲートとの間の空間が、前記カ
ソードから放射される電子によってイオン化されない状
態に機密されていることを特徴とする電界放射型3極素
子。 4、絶縁性基板上に導電層を形成する第1の工程と、 前記導電層を選択的にエッチングして、指向方向が前記
絶縁性基板の面とほぼ平行な尖端部を有するカソードと
、前記カソードの尖端部と対面するアノードと、前記カ
ソードと前記アノードとの間に配置され前記カソードか
ら前記アノードへの電子の流れを制御するゲートとを形
成する第2の工程と を有することを特徴とする電界放射型3極素子の製造方
法。 5、請求項4記載の方法において、前記カソードの尖端
部の下の前記絶縁性基板に溝を形成する工程を有するこ
とを特徴とする電界放射型3極素子の製造方法。[Scope of Claims] 1. A cathode formed on an insulating substrate and having a pointed end whose orientation direction is substantially parallel to the surface of the insulating substrate; and a pointed end of the cathode formed on the insulating substrate. and a gate formed on the insulating substrate between the cathode and the anode to control the flow of electrons from the cathode to the anode. Field emission type triode element. 2. In the device according to claim 1, a groove is formed in the insulating substrate below the tip of the cathode, and the tip of the cathode is provided with a predetermined gap from the insulating substrate. A three-pole element characterized by 3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that a space between the cathode, the anode, and the gate is kept confidential so that it is not ionized by electrons emitted from the cathode. type three-pole element. 4. A first step of forming a conductive layer on an insulating substrate; selectively etching the conductive layer to form a cathode having a tip whose orientation direction is substantially parallel to the surface of the insulating substrate; A second step of forming an anode facing the tip of the cathode and a gate disposed between the cathode and the anode to control the flow of electrons from the cathode to the anode. A method for manufacturing a field emission type triode element. 5. The method of manufacturing a field emission type triode element according to claim 4, further comprising the step of forming a groove in the insulating substrate below the tip of the cathode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63292610A JPH02139843A (en) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | Electric field radiational type three-polar element and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63292610A JPH02139843A (en) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | Electric field radiational type three-polar element and its manufacture |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02139843A true JPH02139843A (en) | 1990-05-29 |
Family
ID=17784025
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63292610A Pending JPH02139843A (en) | 1988-11-18 | 1988-11-18 | Electric field radiational type three-polar element and its manufacture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02139843A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2662543A1 (en) * | 1990-05-22 | 1991-11-29 | Amp Inc | ASSEMBLY FOR ESTABLISHING A SEPARABLE ELECTRICAL PATH BETWEEN A ZONE SITUATED ON A SUBSTRATE AND A ZONE LOCATED ON ANOTHER SUBSTRATE. |
-
1988
- 1988-11-18 JP JP63292610A patent/JPH02139843A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2662543A1 (en) * | 1990-05-22 | 1991-11-29 | Amp Inc | ASSEMBLY FOR ESTABLISHING A SEPARABLE ELECTRICAL PATH BETWEEN A ZONE SITUATED ON A SUBSTRATE AND A ZONE LOCATED ON ANOTHER SUBSTRATE. |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5666019A (en) | High-frequency field-emission device | |
US5192240A (en) | Method of manufacturing a microelectronic vacuum device | |
US5445550A (en) | Lateral field emitter device and method of manufacturing same | |
US5214346A (en) | Microelectronic vacuum field emission device | |
EP0501785A2 (en) | Electron emitting structure and manufacturing method | |
US6590322B2 (en) | Low gate current field emitter cell and array with vertical thin-film-edge emitter | |
JPH08227655A (en) | Electric field effect electron source and its production | |
KR20050071480A (en) | Barrier metal layer for a carbon nanotube flat panel display | |
WO1999040600A9 (en) | Gate electrode structure for field emission devices and method of making | |
WO2020042549A1 (en) | Field emission cathode electron source and array thereof | |
JPH02139843A (en) | Electric field radiational type three-polar element and its manufacture | |
CN109300750B (en) | Field emission cathode electron source, array and electron emission method | |
JPH04212236A (en) | Electric-field electron emitting device and manufacture thereof | |
KR20070012134A (en) | Electron emission device having a focus electrode and a fabrication method for thereof | |
US10734180B2 (en) | Field emission cathode structure for a field emission arrangement | |
JP3526344B2 (en) | Field emission device, electron emission source and flat display device using the field emission device, and method of manufacturing field emission device | |
JPH05314891A (en) | Field emission cold cathode and manufacture thereof | |
JP3086445B2 (en) | Method of forming field emission device | |
US6144145A (en) | High performance field emitter and method of producing the same | |
JP2614241B2 (en) | Electron beam generator | |
JP3499640B2 (en) | Field emission device | |
JP2003016918A (en) | Electron emitting element, electron source, and image forming device | |
JPH09223454A (en) | Structure of field-effect emission apparatus and manufacture thereof | |
RU2217837C2 (en) | Matrix screen using electron-reflection based field emission | |
JP3487230B2 (en) | Field emission electron source, method of manufacturing the same, and display device |