JPH0256822A - 電子放出素子の製造方法 - Google Patents
電子放出素子の製造方法Info
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- JPH0256822A JPH0256822A JP63210445A JP21044588A JPH0256822A JP H0256822 A JPH0256822 A JP H0256822A JP 63210445 A JP63210445 A JP 63210445A JP 21044588 A JP21044588 A JP 21044588A JP H0256822 A JPH0256822 A JP H0256822A
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Landscapes
- 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。
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。
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。
、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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
、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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
、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
。
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。
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。
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。
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
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 (1)
- 【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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21044588A JPH0687392B2 (ja) | 1988-05-02 | 1988-08-26 | 電子放出素子の製造方法 |
US07/345,173 US5023110A (en) | 1988-05-02 | 1989-05-01 | Process for producing electron emission device |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10757088 | 1988-05-02 | ||
JP63-107570 | 1988-05-02 | ||
JP21044588A JPH0687392B2 (ja) | 1988-05-02 | 1988-08-26 | 電子放出素子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0256822A true JPH0256822A (ja) | 1990-02-26 |
JPH0687392B2 JPH0687392B2 (ja) | 1994-11-02 |
Family
ID=26447592
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21044588A Expired - Lifetime JPH0687392B2 (ja) | 1988-05-02 | 1988-08-26 | 電子放出素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH0687392B2 (ja) |
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- 1988-08-26 JP JP21044588A patent/JPH0687392B2/ja not_active Expired - Lifetime
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