JPH02278681A

JPH02278681A - 電子装置

Info

Publication number: JPH02278681A
Application number: JP2046025A
Authority: JP
Inventors: Rosemary A Lee; ローズマリー　アン　リー; William M Lovell; ウィリアム　マーティン　ロヴェル
Original assignee: General Electric Co PLC; General Electric Co
Current assignee: General Electric Co PLC; General Electric Co
Priority date: 1989-03-01
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1990-11-14
Also published as: GB8904648D0; EP0385764A1; US4973378A; GB2228822A

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］本発明は電子装置の製造方法及び電子装置それ自体に関
する。特に、この装置は電界放出（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓ
ｓ４ｏｎ）装置である。

［従来技術］近年、カソードの寸法及びアノード／カフ−１間隔が数
ミクロン程度の電界放出装置の製造への関心が大きくな
ってきている。この種装置のある形式のものを製造する
場合、結晶や金属層の不要部分をエツチングにより除去
して、所要ピラミッド形にすることによって、複数のピ
ラミッド形カソードからなる構成体を形成する。次に、
゛［シ面金属アノード層を形成し、カソードから離し、
絶縁する。このアノード層は連続層でもよ（、あるいは
小領域に分割して、個々のアノード又はアノード群にし
てもよい。

［発明の要約］本発明の目的は電界放出装置の新規な製造方法を提供す
ることにある。また、別な目的は新規な電界放出装置の
構造を提供することにある。

すなわち、本発明の第１態様によれば、少なくとも一つ
の導電性尖頭体が突出している第１基体からなる第１電
極構造体を用意し、少なくとも一部つの導電性尖頭体が突出している第２基体からなる第２
電極構造体を用意し、該第１電極構造体に対して該第２
電極構造体を反転させ、そして該基体間に空間を介在さ
せ、かつ各構造体の各尖頭体を該空間に延設させた状態
で、両電極構造体を接合することをガス充填する電子放
出装置の製造方法が提供される。

また、本発明の第２態様によれば、相互に反転し、それ
ぞれが少なくとも一つの導電性尖頭体を突出させている
２つの電極構造体からなり、間に空間を介在させ、かつ
各構造体の各尖頭体を該空間に延設させた状態で、該構
造体を接合した電界放出装置が提供される。

本発明では、第２構造体の各尖頭体端部が第１構造体の
各尖頭体端部に直線状に配列するように、両構造体の尖
頭体の端部を位置決めしてもよく、各構造体の各尖頭体
を対応する構造体の基体の一部に対向させてもよい。

［好適な実施態様の説明］以下、例示のみを目的として、本発明の好ましい実施態
様を添付図面について説明する。

第１　（ａ）　−１（ｈ）図は、本発明による第１の電
界放出装置の製造方法における第１段階を概略的に示す
図であり、第２図は、第１図方法によって形成した電極構造を示す
概略平面図であり、第３（ａ）図及び第３（ｂ）図は、該製造方法における
第２段階を示す概略図であり、そして第４図は本発明に
よる第２の電界放出装置の製法における後段を示す概略
図である。

まづ、第１　（ａ）図について説明すると、高度にドー
ピングしたｎ形シリコン基体２に厚さか２μｍのニオブ
層１をスパッタリングする。レジスト層３−第１　（ｂ
）図−をニオブ層１にデボンッション処理し、マスク４
を介してレジスト層の紫外線に露光する。レジスト層を
形成し、不要部分を除いて、エツチング用マスクパッド
５を形成する。

次に、ＳＦ６／ＣＩ　２１０．を使用する反応性イオン
エツチングによりニオブ層１をエツチングし、パッド５
の下にカラム６を残す一第１　（ｄ）図。

次に、カラム状部からパッド５を外し、ＳＦ。

／　Ｎ　２を使用する反応性イオンエツチングによって
全体をエツチングして、カラムを非常に鋭い尖頭形電極
チップ７にする一第２（ｅ）図。

電極チップ間隔は１０μｍ以下（好ましくは１μｍ）で
あるが、１０μｍ以上でもよい。

エツチングした層１に、次に、厚さが３μｍのドーピン
グ処理した二酸化シリコンの誘電体層８をデポジノショ
ン処理し、そしてこの層８に厚さか１０００人の金属層
９をデポジッション処理する。この金属層９は、例えば
、アルミニウム層であればよい。この金属蒸着層９にレ
ジスト層１０をデポジッション処理する。中心に矩形開
口を備えた矩形マスク１１をレジスト層１０に設ける第
１　（ｆ）図。マスク１１を介してレジスト層１０を紫
外線に露光してから、レジスト層の不要領域をエツチン
グにより除去して、装置周囲にレジスト材料からなる矩
形フレーム１３−第１（ｇ）図−を残す。

このレジストフレーム１３は、金属層９の不要中心領域
及び誘電体層８をエツチングするさいに使用する。従っ
て、誘電体材料の対応するフレーム部１５によって支持
した、金属層９の矩形フレーム部分１４は装置構造体の
周囲に保持されることになる。次に、エツチングにより
レジスト材料のフレーム１３を除去する。フレーム部１
４と１５の合わせた高さは電極チップ７より２μｍ高く
することができる。

第２図は、このようにして形成した電極構造体１６の概
略図である。７つの電極チップからなる電極構造体を図
示しであるが、電極構造体１６の電極チップ数は任意の
所望数でよい。

電界放出装置の第２製造段階を示す第３（ａ）図につい
て説明すると、第２電極構造体１７−電極構造体１７と
同じ−を、これら構造体の金属フレーム部］／Ｉを接触
させながら、電極構造体１６にこれとは逆の状態で設け
る。

次に、装置を加熱して、金属フレーム部を溶融し、一体
層１８にする。すなわち、２つの電極構造体１６及び１
７を接合し、かつ電極チップ７を含む空間１９をシール
する一第３（ｂ）図。この接合操作時に、装置を真空エ
ンクロージャー内に設置しておくと、シールされた空間
１８を排気できる。あるいは、該操作をガス雰囲気中で
行ってもよく、この場合には、所望の低いガス圧で空間
１９にガスを充填できる。

２つの電極構造体の電極チップは、第３（ｂ）図に示す
ように配列してもよく、あるいは、２つの電極構造体を
一緒にした時に、各構造体のチップが対応する構造体の
チップ間の間隙に位置するようにチップの位置を設定し
てもよい。一方のチップと他方のチップとの間の間隙は
１０μｍ以下であればよいが、好ましいのは約１μｍで
ある。

第４図には、別な電界放出装置の構成を示す。

２つの電極構造体２０及び２１は」−記と同様な方法で
形成するが、この場合には、電極チップ２２をニオブ層
２３側部の一方に寄せて設ける。従って、各構造体の実
質的に平坦な領域２４の層はチップ群と、誘電体層２６
及び金属フレーム層２７との間に延長することになる。

構造体２１は構造体２０に対して１８０°回転させて、
構造体２０に反転セットする。従って、各構造体のチッ
プ２０は対応する構造体の平面領域２／Ｉの方に位ｉｉ
’ｉ″する。次に、前と同様にして、構造体を接合して
、間に排気又はガス充填空間を形成する。しかし、この
場合、両構造体のニオブ層は第１実施態様に比較すると
、その間隔は狭い。というのは、一方の構造体のチップ
２２と他方の構造体の平面領域２４との間の間隙は第１
実施態様における両構造体間の間隙に相当するからであ
る。このため、第２実施態様では、第４　（ｂ）図に示
すように、両構造体の一方のみにフレーム２５を８投け
る共に、この構造体の金属フレーム層２７を対応する構
造体のニオブ層に直接接合するのが好ましい。

上記各実施態様では、多くの変更が可能である。これら
実施態様では、電極チップをニオブ層から構成している
が、別な金属、例えばシリコン、ロジウム、モリブデン
、金、ニッケルやタングステン、あるいは金属化合物や
半導体物質等からなる層で構成することも可能である。

層をエツチングしてチップを形成するためには、任意の
適当な湿式又は乾式エツチング法、例えばプラズマエツ
チング、反応性イオンエツチング、イオンビームミリン
グ、反応性イオンミリング等を使用できる。またいずれ
の場合にも、基体として、別な半導体物質や単結晶金属
が使用できる。またさらに、誘電体層には別な材料も適
用でき、そして金属蒸着層には任意の適当な金属も適用
できる。

上記各電界放出装置では、それぞれの基体を介して各組
のチップを電気的に接続できるので、両構造体に電位差
を与えることができる。すなわち、一方を他方に対して
ネガティブ・バイアスできる。電位差が十分大きな場合
には、場合に応じて、ネガティブ・バイアス構造体のチ
ップから他方の構造体のチップ又は平面領域に電界放出
を起こすことができる。各装置の各電極構造体が電極チ
ップを備えているので（換言すれば、装置は対称的なの
で）、バイアスを逆にすると、電流が装置内を反対方向
に流れる。

本発明装置は、例えば、精巧な電子機器を保１獲するサ
ージアレスター（ｓｕｒｇｅ　ａｒｒｃｓＬｅｒ）とし
て使用することができる。このような装置は、保護すべ
き機器両端に接続するが、これは、電圧サージを受取る
と、導電性になり、従って作動して、機器を損傷するサ
ージを短絡する。

このような装置にとって本質的ことは、サージが損傷を
引起こす前に、動作を直ちに開始することである。従来
のサージアレスターは動作が比較的鈍い。というのは、
イオン化ガスの放電開始に依存しているからである。

本発明による真空装置は電極間隔が非常に狭く、従って
、電子の流れが妨害されない真空内を通る電子の流れに
依存するものである。このため、極めて高速な動作速度
が実現できる。

以」二説明したように、電極構造体間のシールした空間
は排気できるか、ガス充填できる。後者の場合には、電
極チップからの電界放出により、力゛スがイオン化し、
電流が装置内を流れる。

）１′導体装置に比較して、本発明装置は動作が非常に
速く、攻撃的な環境における可使時間は長い。

【図面の簡単な説明】

第１　Ｃａ）−１（ｈ）図は、本発明による第１の電界
放出装置の製造方法における第１段階を概略的に示す図
であり、第２図は、第１図方法によって形成した電極構造を示す
概略平面図であり、第３（ａ）図及び第３（ｂ）図は、該製造方法における
第２段階を示す概略図であり、そして第４図は本発明に
よる第２の電界放出装置の製法における後段を示す概略
図である。１はニオブ層、２はシリコン基体、３はレジスト層、４
はマスク、５はマスクパッド、６はカラム、７は電極チ
ップ、８は誘電体層、９は金属層、１０はレジスト層、
１１は矩形マスク、１２は中心矩形開口、１３は矩形フ
レーム、１／Ｉは矩形フレーム部、１５はフレーム部、
１６は電極構遺体、１７は第２電極構造体、１８は単層、は空間である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも一つの導電性尖頭体（７、２２）が突
出している第１基体（２）からなる第１電極構造体（１
６、２０）を用意し、少なくとも一つの導電性尖頭体が
突出している第２基体からなる第２電極構造体（１７、
２１）を用意し、該第１電極構造体に対して該第２電極
構造体を反転させ、そして該基体間に空間（１９、２８
）を介在させ、かつ各構造体の各尖頭体を該空間に延設
させた状態で、両電極構造体を接合することを特徴とす
る電子放出装置の製造方法。
（２）各基体に設けた導電性物質の層（１、２３）から
各導電体（７、２２）を形成した請求項第１項記載の方
法。
（３）各導電体の所要位置にある導電性物質層（１、２
３）にマスク用パッド（５）をデポジッション処理し、
そして該層をエッチングして、パッドの下に該尖頭体を
形成することによって、該層（１、２３）から各導電体
（７、２２）を形成する請求項第２項記載の方法。
（４）湿式エッチング法により層（１、２３）をエッチ
ングして、導電体（７、２２）を形成する請求項第３項
記載の方法。
（５）乾式エッチング法により層（１、２３）をエッチ
ングして、導電体（７、２２）を形成する請求項第３項
記載の方法。
（６）湿式エッチング法の後に乾式エッチング法を行う
ことにより層（１、２３）ををエッチングして、導電体
（７、２２）を形成する請求項第３項記載の方法。
（７）乾式エッチングがプラズマエッチング、反応性イ
オンエッチング、イオンビームエッチング、又は反応性
イオンビームエッチングである請求項第５項又は第６項
記載の方法。
（８）乾式エッチングがＳＦ＿６／Ｃｌ＿２／Ｏ＿２中
で行うプラズマエッチング法である請求項第７項記載の
方法。
（９）乾式エッチングがＳＦ＿６／Ｎ＿２中で行う反応
性イオンエッチング法である請求項第７項記載の方法。
（１０）該層（１、２３）が半導体、金属又は金属化合
物からなる請求項第７項記載の方法。
（１１）該層（１、２３）がニオブ、シリコン、ロジウ
ム、モリブデン、金、ニッケル又はタングステンからな
る請求項第１０項記載の方法。
（１２）該層（１、２３）が単結晶ニッケル、タングス
テン又はロジウムからなる請求項第１１項記載の方法。
（１３）少なくとも一つの電極構造体（１６、１７、２
０、２１）の周囲に誘電体物質のフレーム（１５、２６
）を形成して、これを電極構造体間のスペーサとして使
用する工程を含む請求項第１〜１２項のいずれか１項に
記載の方法。
（１４）誘電体物質の各フレーム（１５、２６）に金属
層（１４、２７）を設け、接合工程で使用する請求項第
１３項記載の方法。
（１５）各フレームの金属層（１４、２７）がアルミニ
ウムからなる請求項第１４項記載の方法。
（１６）第１電極構造体（１６）の各尖頭体（７）が第
２電極構造体の各尖頭体に実質的に直線状に配列してい
る請求項第１〜１５項いずれか１項に記載の方法。
（１７）各電極構造体の各尖頭体（２２）が他方の電極
構造体の実質的に平坦な領域（２４）に対向している請
求項第１〜１５項のいずれか１項に記載の方法。
（１８）該基体（２）間の空間（１９、２８）を排気す
る請求項第１〜１７項のいずれか１項に記載の方法。
（１９）該基体（２）間の空間（１９、２８）をガス充
填する請求項第１〜１７項のいずれか１項に記載の方法
。