JPH0256822A

JPH0256822A - 電子放出素子の製造方法

Info

Publication number: JPH0256822A
Application number: JP63210445A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Nomura; 一郎野村; Tetsuya Kaneko; 哲也金子; Yoshikazu Sakano; 坂野　嘉和; Toshihiko Takeda; 俊彦武田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-05-02
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1990-02-26
Anticipated expiration: 2009-11-02
Also published as: JPH0687392B2

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］本発明は電子放出素子に関し、更に詳しくは表面伝導形
電子放出素子の製造方法に関する。

［開示の概要］本明細書及び図面は、表面伝導形電子放出素子の製造方
法において、一対の電極間に微粒子を含む簿膜導電体を
設け１通電加熱を施し電子放出部を形成することにより
、島構造のパテツキや素子劣化等を改善する技術を開示
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　エリンンン（Ｎ−１゜Ｅｌｉｎ
ｓｏｎ）等によって発表された冷陰極素子が知られてい
る。［ラジオ　エンジニアリング　エレクトロンフィジ
イツス（Ｒａｄｉｏ　Ｅｎｇ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ。

Ｐｈｙｓ、）第１Ｏ巻、１２９０〜１２９６頁、　　１
９６５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、一般には表面伝導形電子放出
素子と呼ばれている。

この表面伝導形電子放出素子としては、前記エリンソン
等により開発された５ｎＯｚ（Ｓｂ）薄膜を用いたもの
、Ａｕ薄膜によるもの［ジー゛ディトマー“スイン　ソ
リド　フィルムス”（Ｇ、　Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈ１
ｎ　５ｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ”）、９巻、３１７頁、　
（１９７２年）　］　、　ＩＴＯ薄ｌｌ！ｌＫよるもの
［エム　ハートウェル　アンド　シージーフォンスタッ
ド“アイイーイーイートランス”イーディーコンフアレ
ン（Ｍ、　Ｈａｒｔｗｅｌｌ　ａｎｄ　Ｃ，Ｇ、Ｆｏｎ
ｓｔａｄ：　　“Ｉ！ＥＥ　Ｔｒａｎｓ。

ＥＤ　Ｃｏｎｆ、”）５１９頁、　　（１９７５年）］
、カーボン薄膜によるもの［荒木久他：“真空”、第２
６巻、第１号、２２頁、　　（１９８３年）］などが報
告されている。

これらの表面伝導形電子放出素子の典型的な素子構成を
第５図に示す、同図において、１および２は電気的接続
を得るための電極、３は電子放出材料で形成される薄膜
、４は基板、５は電子放出部を示す。

従来、これらの表面伝導形電子放出素子においては、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１と電極２の間に電圧を印加する事により、薄膜３
に通電し、これにより発生するジュール熱で薄膜３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５を形成することにより電子放
出機能を得ている。

なお、電気的に高抵抗状態とは、薄膜３の一部に０．５
ト■〜５終層の亀裂を有し、且つ亀裂内が所謂島構造を
有する不連続状８膜をいう、島構造とは一般に数十へか
ら数終■径の微粒子が基板４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いう。

従来１表面伝導形電子放出素、子は上述高抵抗不連続膜
に電極１．２により電圧を印加し、素子表面に電流を流
すことにより、上述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する課題］しかしながら、上記の様な従来の通電加熱によるフォー
ミング処理によって製造された電子放出素子には、次の
ような問題点があった。

ｌ）電子放出部となる島構造の設計が不可能なため、素
子の改良が難しく、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。

３）フォーミング工程の際に生じるジュール熱が大きい
ため、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、　５ｎ０２、ＩＴＯ等に限定さ
れ仕事関数の小さい材料が使えないため、大電流を得る
ことができない。

以上のような問題点があるため、表面伝導形電子放出素
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。

本発明は、上記の様な従来例の欠点を除去した新規な電
子放出素子の製造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明は対向する電極間に微粒子を含む薄膜導電体を設
け、この薄膜導電体に通電加熱（フォーミング）を施し
、上述島構造を有する不連続状態膜を形成して電子放出
部とすることにより、上記目的を達成するものである。

本発明における島構造の微粒子は薄膜導電体内に含まれ
る微粒子と同一であり、この微粒子が電子放出部となる
。また、この微粒子はガスディポジション法や分散塗布
法等により電極間に分散される。

［作　用］微粒子を含む薄膜導電体は、通電加熱により熱分解され
、電極間には微粒子希ミが形成されることになる。この
方法によれば、フォーミング時の熱量を少なくすること
ができるため、膜割れや基板割れを防止することができ
る。また、島材の選択が可能となり、且つ島構造の形成
が安定するため、制御性もより向上させることができる
。

［実施例］実施例１第１図は本発明における電子放出素子の構成図であって
、通電加熱前の状態を示したものである。

図中、６は、ガラスもしくは石英等の基板、９は微粒子
を含む薄膜導電体膜、７および８は前記薄膜導電体膜９
に電流を流すための電極である。

次に、本実施例における電子放出素子の製造方法を説明
する。

■　石英の基板６表面の脱脂及び洗浄を行う。

■　基板６の表面に、通常よく用いられる真空成膜プロ
セスとフォトリソプロセスにより、旧の電極７．８を形
成する。電極材としては、−船釣な導電性材料、Ａｕ、
Ｐｔ＋　Ａｇ等の金属の他。

５ｎ０２．　ＩＴＯ等の酸化物導電性材料でも使用でき
る。電極７．８の厚みは数１０ＯＡから数１程度が適当
であるが、この数値に限るものではない、また電極間隔
りの寸法は電極対向間隔が数Ｊ＆ｓから数１００μ層が
適当であり、本実施例においては５１とした。一方、間
隔幅Ｗは数糾層から数ｍｍ程度が適当であり１本実施例
においては５００μｍとした。ただし、このＬおよびＷ
の寸法は、いずれも上記数値に限るものではない。

■　次に前記■で得た電極ギャップ部へ微粒子を塗布し
薄膜導電体膜９を形成する。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等から成る有機溶剤に
、微粒子及び微粒子の分散を促進する添加剤を加え、攪
拌等により微粒子の分散液を調整する。この微粒子分散
液を資料表面にディッピングやスピンコード等の方法に
より塗布し、溶媒等が蒸発する温度、例えば２５０℃で
１０分程度仮焼成を行う、これにより微粒子が電極間隔
り中の絶縁基板６の表面に配置される。もちろん微粒子
は試料全面に配置されるが、電子放出に際し電極間隔り
部具外の微粒子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、また、微粒子の配置密度は塗布
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。

本実施例における微粒子材料としては、粒径１０００Ａ
以下のＳｎＯ２微粒子を用いたが、これ以外の材料を用
いることもできる。具体的には、ＬａＢ６＋ＣｅＢｂ＊
　ＹＢａ＋　ＧｄＢａなどの硼化物、　Ｔｉｅ、　Ｚｒ
Ｃ，ＨｆＣ。

ＴａＣ，ＳｉＣ，Ｗｅなどの炭化物、　Ｔｉｅ、　Ｚｒ
Ｎ、　ＨｆＮなどの窒化物、Ｎｂ、　Ｎｏ、　Ｒｈ、　
Ｈｆ、　Ｔａ、　Ｉｆ、　Ｒｅ、　Ｉｒ、　Ｐｔ。

Ｔｉ、　Ａｕ、　Ａｇ、　Ｃｕ、　Ｃｒ、　Ａｊ）、　
Ｇｏ、旧、　Ｆｅ、　Ｐｂ、　Ｐｄ。

Ｃｓ、　Ｂａなどの金属、１ｎ２０：＋、　５ｕ０２．
５ｂ２０：＋などの金属酸化物、Ｓｉ、　Ｇｅなどの半
導体、カーボン、ＡｇＭｇ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。

本実施例における分散液としては、微粒子（ＳｎＯｚ、
　１．０ｇ）　、有機溶媒（ｌｌ［ＥＫ　　（メチルエ
チルケトン）ニジクロヘキサン＝　３　：　１　、１３
００ｃｃ　）の各材料をガラスピーズと共にペイントシ
ェーカーで２４時間攪拌し、分散液とした。

本実施例における、薄膜導電体膜９は、上記分散液を一
般に良く用いられるデイピング法やスピナー法等の分散
塗布法により形成した。この時シート抵抗が数１０にΩ
以下の抵抗値になるように形成した。

■　次に、真空度Ｉ　Ｘ　１Ｏ−５Ｔｏｒｒの環境にお
いて、電極７．８に電圧を印加し、薄膜導電体膜９に通
電する。電圧を上昇させると、薄膜導電体膜９に流れる
電流が増加し、電極７．８間の薄膜導電体ｓ９がジュー
ル熱により破壊する（フォーミング工程）、このような
フォーミング工程後の素子の概略を第２図に示す、第２
図において、　１０はフォーミング工程により形成され
たＳｎＯ２微粒子を島とする不連続膜である。

以上の工程により作製された素子を１０−’丁ｏｒｒ以
上の真空下に置き、先に述べたように電極７．８間に電
圧を印加し、素子上面に設けられた引き出し電極（図示
せず）で電子を引き出したところ、安定した電子放出が
確認された。

従来のフォーミングによる素子の作成においては、全く
電子放出を示さないものや、数ｌＯ％も特性がばらつく
例が多かったが、この方法によって作成した素子では、
素子間のばらつきが非常に小さく２４ｖの電圧印加で平
均放出電流１．２ｇＡ（±ｌＯ％）が安定に得られた。

しかも、この特性を１０時間以上も維持し、寿命の点で
も向上していることがわかった。また微粒子径や塗布条
件を変化させると、それぞれの条件に応じて放出電流の
異なる素子が再現良く作製できた。

また、フォーミング工程の際に発生するジュール熱も従
来と比べ数分の一程度であり、基板や電極に破損のない
素子が作製できた。

実施例２第３図は１本発明の第２の実施例における電子放出素子
の構成図であって、通電加熱前の状態を示したものであ
る９図中、　１１は本実施例における微粒子を含む薄膜
導電体膜である。他の構成は前記実施例１と同様であり
、基板６上に電極７．８を形成する。このとき、電極間
隔りは５Ｉ＆１１、電極幅ＷはｌＯ■■とした。

次に、超微粒子の製膜法として広く知られているガスデ
ボジシ璽ン法（「粉体と工業Ｊ　Ｖｏｌ、１９゜Ｎｏ、
５．１９８７）により、０．１１以下の銀微粒子で薄膜
導電体１１１１を形成する。ガスディポジシ、ン法は、
粒径が０．１Ｈ以下のきわめて小さな粒子による製膜が
可能であり、材料としては、銀以外に金、銅、ニッケル
など様々な金属材料により製膜できる。薄膜導電体膜１
！の幅Ｗは２−雪に形成した。

次に、実施例１と同様にフォーミング工程後、第４図に
示すように電子放出素子を形成した。第４図において、
　１２はフォーミング工程により形成された＃ｌ微粒子
を島とする不連続膜である。

上述した電子放出素子において、実施例１と同様に特性
を評価したところ、同様な結果が得られた。

また、実施例１の分散塗布法による電子放出素子はその
製造時に有機溶剤が介在しているが１本実施例における
電子放出素子は、微粒子のみで素子が製造できる。一般
に、素子に残存する有機溶剤は、素子を駆動したときに
次のような問題を引き起こすものと考えられている。

■　有機溶剤が分解し、ハイドロカーボン等の炭化物質
が表面上に析出し、特性を劣化させる。

■　有機溶剤が分解イオン化し、このイオンが電子放出
部に衝突、することにより、電子放出特性を劣化させる
。

本実施例のガスディポジション法によって形成された素
子は、分散塗布法によってつくられた素子に比べてこの
ような欠点がなく、良好な特性が得られた。

実施例３前記実施例１で説明した素子において、微粒子材料とし
てＳｎ０２とＡｕを混合した微粒子分散液を用いた。混
合割合はモル比でＡｕ　：　５ｎ０２＝　２　：　１と
した。他の構成及び作製手順は実施例１と同様である。

本実施例では、　５ｎ０２が電子放出に係る微粒子とな
り、　Ａｕが電極間の導電を得るための微粒子となる。

本素子は、フォーミング前の素子抵抗が低く。

フォーミング時の素子電圧を低くすることができるため
、フォーミングによる素子劣化を最小限に抑えることが
できる。また、本実施例の素子は、下記表１に示すよう
に実施例１の素子に比べ、同じ放出電流を得る場合の素
子電圧を低くすることができた。

表　　１［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、対向する電極間
に微粒子を含む薄膜導電体を設け、この薄膜導電体に通
電加熱（フォーミング）を施し、前記微粒子による不連
続膜を形成することにより１次のような効果が得られる
。

１）島構造の設計が可能となり、素子間のバラツキも従
来に比べ非常に少なくすることができる。

２）島構造の寿命を向上させ、且つ安定した放出電流が
得られる。

３）膜割れや、基板割れを生じにくい。

４）不連続膜の島の材料の選択が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は第１の実施例を示す図、第３図及び
第４図は第２の実施例を示す図、第５図は素子の典型的
な構成図である。１．２，７．８・・・電極

Claims

【特許請求の範囲】１、一対の電極間に微粒子を含む薄膜導電体膜を設け、
該薄膜導電体に通電加熱を施すことにより、電子放出部
を形成する電子放出素子の製造方法。２、薄膜導電体が導電性微粒子を含む膜である第１項記
載の電子放出素子の製造方法。３、微粒子をガスディポジション法によって電極間に分
散させた第１項記載の電子放出素子の製造方法。４、微粒子を塗布によって電極間に分散させた第１項記
載の電子放出素子の製造方法。５、薄膜導電体がすくなくとも電子放出に係る微粒子と
、前記一対の電極間に電流を流す微粒子との混合微粒子
からなる第１項記載の電子放出素子の製造方法。