JPH02239537A - 電子放出素子 - 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、例えば、電子顕微鏡、電子ビーム露光装置、
ＣＲＴ等、各種電子ビーム応用装置の電子発生源として
利用することができる電子放出素子（冷陰極）に関する
。

従来の技術 従来、電子顕微鏡、電子ビーム露光装置、ＣＲＴ等の電
子ビーム応用装置における電子発生源として、熱電子放
出する熱陰極が用いられてきた。

しかし、このような熱陰極を用いると、加熱手段を必要
とし、加熱によるエネルギーロスを生じるなどの問題が
あった。そこで、近時、加熱によらないで電子を放出す
る電子放出素子、いわゆる冷陰極に関する研究が行われ
、数種類の構成の電子放出素子が提案されてきた。例え
ば、ＰＮ接合の逆バイアス電圧を印加し、電子なだれ降
伏現象を起こさせ、素子外へ電子を放出させるものや、
電界集中の生じやすい形状の金属に対し、電圧を印加し
て局所的に高密度な電界を発生させ、金属から素子外へ
電子を放出させる電界効果型や、金属層一絶縁体層一金
属層の構成で、上記２つの金属間に電圧を印加すること
により、トンネル効果で絶縁体層を通過してきた電子を
金属層から素子外へ放出させるＭＩＭ型等の電子放出素
子が提案されてきた。

上記電子放出素子のうち、ＭＩＭ型電子放出素子につい
て図面を診照しながら更に詳しく説明する。第６図に示
すように金属層６１上に薄い絶縁体層６２と薄い金属層
６３が順次積層されて形成されている。そして、電源６
４によって金属層６３の仕事関数より大きな電圧を金属
層６１および金属層６３に印加することによう【、絶縁
体層６２をトンネルした電子のうち、真空準位より大き
なエネルギーを有するものが金属層６３０表面から電子
６５として放出される。なお、電子６５の高い放出効率
を得るためには、絶縁体層６２を絶縁破壊が生じない範
囲で、しかも、金属層６３を電流が十分流れる範囲で、
各々可能な限り薄く形成することが望ましい。

このＭＩＭ型電子放出素子の具体例としては、載された
構成が提案されている。第７図に示す例では、基板７１
上の一部に金属層７２が形成され、基板７１および金属
層７２上に絶縁体層７３が形成され、絶縁体層７３上に
金属層７２と直交方向に金属層７４が形成されている。

そして、金属層７４を正にして金属層７４と金属層７２
との間に電圧を印加することにより、両者の交差する領
域から電子を放出させることができる。また、第８図に
示す例では、基板８１の一部に溝８１ａが形成され、こ
の溝８１ａ中に金属層８２が形成され、基板８１および
金属層８２」二に絶縁体層８３が形成され、絶縁体層８
３上に金属層８２と直交方向に金属層澗が形成されてい
る。そして、金属層刈を正にして金属層８４と金属層８
２との間に電圧を印加することにより、両者の交差する
領域から電子を放出させることができる。

発明が解決しようとする課題 しかし、上記従来のＭＩＭ型の電子放出素子のうち、第
７図に示す構成では、トンネルによって電子が透過する
薄い絶縁体層７３および電子が放出される薄い金属層７
４が基板７１と金属層７２とからなる凹凸面上に形成さ
れているため、凹凸の側面でエミッシヲンロスを生じ、
また、段差部分での亀裂による導通不良を生じ、更には
金属層７４が薄いため、リード線の接続が困難であるな
どの課題があった。一方、第８図に示す構成では、上記
課題を解決することはできるが、基板８１の溝８１ａ内
に金属層８２を蒸着等により隙間なく、かつ、基板８１
と同一平面となるように形成するのが極めて困難であり
、また、その電子放出領域が四角形状に限定されるなど
の課題があった。

本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するもの
であり、側面からのエミッションロスを防止することが
でき、したがって、エミッンヨン効率を向上させること
ができ、また、任意の形状の電子放出領域を得ることが
できるようにした電子放出素子を提供し２、また、上記
目的に加えて亀裂による導通不良を防止することができ
、更に金属層とリード線とを簡単に接続することができ
るようにした電子放出素子を提供することを目的とする
ものである。

課題を解決するだめの手段 上記目的を達成するための本発明の技術的解決手段は、
一部に突出部が形成された導電体と、この導電体の突出
部側に突出端面を除いて形成された厚い絶縁体層と、上
記突出端面側に上記厚い絶縁体層の内側で形成された薄
い絶縁体層と、上記厚い絶縁体層および薄い絶縁体層上
に形成された金属層を備えたものである。

または、基板と、この基板上に突出された導電体と、こ
の導電体の側面に形成された厚い絶縁体層と、上記導電
体の突出端面側に上記厚い絶縁体層の内側で形成された
薄い絶縁体層と、上記基板、厚い絶縁体層および薄い絶
縁体層上に形成された金属層を備えたものである。

または、上記いずれの構成においても、金属層表面が同
一平面になるように形成したものである。

作用 したがって、本発明によれば、電子放出部の絶縁体層を
薄く形成すると共に、側面の絶縁体層を厚く形成してい
るので、側面からのエミッションロスを防止することが
でき、しかも、電子放出領域となる導電体の突出部を任
意形状に形成することができる。

また、金属層表面を同一平面としているので、段差部分
における金属層の亀裂を防止することができ、更に電子
放出領域付近以外の金属層を厚く形成することができる
。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

まず、本発明の第１の実施例について説明する。

第１図および第２図（ａ）〜（ｆｌは本発明の第１の実
施例における電子放出素子を示し、第１図は概略断面図
、第２図（ａｌ〜山は製造工程の概略断面図である。

第１図に示すように導電体１１はその中央部に突出部ｌ
２が形成されている。導電体１１の突出部１２側には突
出端面な除いた突出部１１の側面と突出部１１以外の所
定の部分に厚い絶縁体層１３が形成され、突出部工２の
突出端面側には厚い絶縁体層１３の内側で薄い絶縁体層
１４が形成されている。厚い絶縁体層１３と薄い絶縁体
層１４の上に薄い金属層１５が形成されている。そして
、導電体１１と金属層１５にそれぞれリード線（図示省
略）が接続され、導電体Ｉ１と金属層１５の重なった領
域が電子放出領域１６となっている。第１図に示す例で
は、導電体１１の背面に基板を備えていないが、第２図
（ｆ）に示すように導電体１１の背面に必要に応じて基
板２０を備えてもよい。

次に第２図（ａ）〜（ｆｌを参照しながら基板２０を備
えた上記第１の実施例の電子放出素子の製造工程につい
ズ説明する。

まず、第２図（ａ）に示すように、例えばガラス製の基
板２０上に導電体１１として、例えばＡＩ，　Ｐｔ，　
Ｍｏ、Ｔａ，　Ａｇ，　Ｗ，　Ｃｒ等からなる金属を、
例えば蒸着法、スバノタ法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法等によ
り膜厚０．１〜１μｍに形成した。次に導電体１１の中
央部上に通常のフォトリングラフィ技術によってレジス
ト２１を形成した。次に第２図（ｂｌに示すように例え
ばイオンミーリング法、湿式エッチング法等により導電
体１１におけるレジスト層２１で被覆された以外の部分
を例えば０．０５〜０．５μｍ程度エノチングした。次
に第２図（Ｃｌに示すように導電体ｌ１における上記エ
ッチング部分を例えば陽極酸化等の方法で酸化し、導電
体１１の突出部１２を形成すると共に、この突出部１２
の側面と突出部１２以外の部分に厚い絶縁体層１３を形
成した。次に第２図（ｄｌに示すようにレジスト２１を
除去し、第２図（ｅ）に示すように突出部１２の突出端
面側を例えば陽極酸化等の方法で酸化し、厚い絶縁体層
ｌ３の内側で薄い絶縁体層ｌ４を形成した。その後、第
２図（ｆｌに示すように厚い絶縁体層１３および薄い絶
縁体層１４上に金属層１５とし゜Ｃ、例えばＡｙ，　Ａ
Ｉ、Ｍｏ，　Ｗ等をｉｉ法、スハクタ法、ＣＶＤ法、Ｍ
ＢＥ法等により形成し、本発明実施例の電子放出素子を
製造した。

次に上記実施例の動作について説明する。

金属層１５に正、導電体１１に負の電圧を印加すること
により、薄い絶縁体層１４に強電界が形成され、導電体
１１より電子を引き出し、薄い絶縁体層１４の中をトン
ネル現象によって薄い金属層１５に電子を透過させ、金
属層ｌ５の仕事関数以上のエネルギーを持った電子を金
属層１５における電子放出領域１６より放出させること
ができる。

そして、上記のように側面の絶縁体層１３を厚く形成し
ているので、側面からのエミッシジンロスがなくなり、
エミッション効率が良くなった。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第３図は本発明の第２の実施例における電子放出素子を
示す概略断面図である。

本実施例においては、第３図に示すように金属層１５が
、薄い絶縁体層１４と厚い絶縁体層１３における導電体
１１の突出部１２の側面を覆う突出端部の土に薄く形成
され、上記以外の厚い絶縁体層１３上に厚く形成され、
表面が同一平面になるように形成されたものであり、そ
の他の構成は上記第１の実施例と同様である。

本実施例によれば、上記第１の実施例と同様に側面の絶
縁体層１３を厚く形成しているので、側面からのエミソ
ションロスハナ＜ナり、エミノション効率が良くなった
外、金属層ｌ５に段差をなくしているので、亀裂による
導通不良がなくなり、また、金属層１５が肉厚部を有す
るので、リード線の接続が簡単になった。

次に本発明の第３の実施例について説明する。

第４図は本発明の第３の実施例における電子放出素子を
示す概略断面図である。

本実施例においては、第４図に示すようＫ基板４１の中
央部に導電体４２が突出されている。突出した導電体４
２の側面には厚い絶縁体層４３が形成され、導電体４２
の突出端面側は陽極酸化等の方法で酸化され、厚い絶縁
体層４３の内側で薄い絶縁体層４４が形成されている。

基板４１と厚い絶縁体層４３と薄い絶縁体層４４の所定
の部分に薄い金属層４５が形成されている。そして、導
電体４２と金属層４５にそれぞれリード線（図示省略）
が接続され、導電体４２と金属層４５の重なった領域が
電子放出領域４６となっている。

本実施例の電子放出素子は、上記第１の実施例における
導電体１１をエソチングした後の製造工程と同様の方法
で製造することができる。

本実施例によれば、上記第１の実施例と同様、側面の絶
縁体４３を厚く形成しているので、側面からのエミノシ
ョンロスカナくナリ、エミノション効率が良くなった。

次に本発明の第４の実施例について説明する。

第５図は本発明の第４の実施例における電子放出素子を
示す概略断面図である。

本実施例においては、第５図に示すように金属層４５が
、薄い絶縁体層４４と厚い絶縁体層４３上に薄く形成さ
れ、基板４１上に厚く形成され、表面が同一平面となる
ように形成されたものであり、その他の構成は上記第３
の実施例と同様である。

本実施例によれば、上記第３の実施例と同様、側面の絶
縁体４３を厚く形成しているので、側面からのエミッシ
ョンロスカナくナリ、エミッション効率が良くなった外
、上記第２の実施例と同様、金属層４５に段差をなくし
ているので、亀裂による導通不良がなくなり、また、金
属層４５が肉厚部を有するので、リード線の接続が簡単
になった。

なお、上記第１〜第４の実施例においては、電子放出素
子を単体として構成した場合について説明したが、アレ
ー状に構成しても同様の作用効果を得ることができる。

発明の効果 以」二述べたように本発明によれば、電子放出部の絶縁
体層を薄く形成すると共に、側面の絶縁体層を厚く形成
しているので、側面からのエミンションロスを防止する
ことができ、したがって、エミ５ノション効率を向上さ
せることができる。また電子放出領域となる導電体の突
出部を任意形状に形成することができるので、任意形状
の電子放出領域を得ることができる。

また、金属層表面を同一平面としているので、段差部分
における金属層の亀裂を防止することができ、導通不良
をなくすることができる。また、電子放出領域付近以外
の金属層を厚ぐ形成するこどができるので、リード線の
接続が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図ｒａｌ〜ｌｆｌは本発明の第１の実
施例における電子放出素子を示し、第１図は概略断面図
、第２図ｆａｌ〜げ）は製造工程の概略断面図、第３図
、第４図、第５図はそれぞれ本発明の第２、第３、第４
の実施例における電子放出素子を示す概略断面図、第６
図、第７図、第８図はそれぞれ従来の電子放出素子を示
す概略断面図である。 １１・・・導電体、ｌ２・・・突出部、１３・・・厚い
絶縁体層、１４・・・薄い絶縁体層、１５・・・金属層
、工６・・・電子放出領域、２０・・・基板、４１・・
・基板、４２・・・導電体、４３・・・厚い絶縁体層、
必・・・薄い絶縁体層、４５・・・金属層、４６・・・
電子放出領域。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝ほがｌ名第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 ｔ６ｔテ広エ傾城 第 図 第 図 ■ ■ ■ ■ ■ ゝ７１慕版 第 図 ＼ ｅ３ｉ基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）一部に突出部が形成された導電体と、この導電体
   の突出部側に突出端面を除いて形成された厚い絶縁体層
   と、上記突出端面側に上記厚い絶縁体層の内側で形成さ
   れた薄い絶縁体層と、上記厚い絶縁体層および薄い絶縁
   体層上に形成された金属層を備えた電子放出素子。
2. （２）金属層表面が同一平面になるように形成された請
   求項１記載の電子放出素子。
3. （３）基板と、この基板上に突出された導電体と、この
   導電体の側面に形成された厚い絶縁体層と、上記導電体
   の突出端面側に上記厚い絶縁体層の内側で形成された薄
   い絶縁体層と、上記基板、厚い絶縁体層および薄い絶縁
   体層上に形成された金属層を備えた電子放出素子。
4. （４）金属層表面が同一平面になるように形成された請
   求項３記載の電子放出素子。