JPH03252025A - プレーナ型冷陰極の製造方法 - Google Patents

プレーナ型冷陰極の製造方法

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JPH03252025A
JPH03252025A JP2049770A JP4977090A JPH03252025A JP H03252025 A JPH03252025 A JP H03252025A JP 2049770 A JP2049770 A JP 2049770A JP 4977090 A JP4977090 A JP 4977090A JP H03252025 A JPH03252025 A JP H03252025A
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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電子源に用いる微小曲率半径の尖端部分を有す
るプレーナ型冷陰極に関するものであa従来の技術 従来から薄膜電界放出型の冷陰極は数多く報告されてい
も その中でも第4図(特開昭63−274047号公
報に開示)に示すようなプレーナ型冷陰極ζ&  80
V以上の引き出し電圧で電子放出が起こるとされていも
 この冷陰極は第5図に示すように絶縁体基板23の表
面に冷陰極24と引き出し電極25をお互い対向させて
構成されていも 引き出し電極に対向する冷陰極の端面
にはFIBを用いたサブミクロンオーダの微細加工技術
により、微小曲率半径の尖端部を有する多数の凸状部2
6が形成されていも この冷陰極に設けられた凸状部の
尖端部と引き出し電極の間隔は0.1μmであa この
ように構成された冷陰極と引き出し電極間に80v以上
の電圧を印加すると、冷陰極の尖端部の曲率半径が小さ
いたべ 凸状部尖端部には2xlO’V/cnnの強電
界が発生し尖端部から電界電子放出が起こも 発明が解決しようとする課題 前記のプレーナ型冷陰極は前述のような特徴を有してい
る力(冷陰極の尖端部の曲率半径を極力小さくし かつ
サブミクロンオーダの間隔で電極を形成しなければなら
な(〜 しかし 現状のとこへ 従来のホトエツチング
技術を使った微細加工法でi友 0.7μm程度が限度
となっていも 従って、これ以下の微細加工を行なうた
めにζ戴FIB等のマスクレスエツチング技術を用いる
必要があa しかし この技術では大面積の冷陰極を形
成するのは困難であり、また製造工程のコスト面からも
実用化には適していなL% 課題を解決するための手段 基板表面に冷陰極材料を成膜し 前記冷陰極材料表面に
冷陰極材料と異なる材料を用いて、従来のホトエツチン
グ技術により尖端部を有する形状の薄膜を形成し 前記
薄膜をレジスト膜として等方性エツチング技術を用いて
、サイドエツチングの深さ力(少なくともレジスト膜尖
端部の曲率半径以上となるように冷陰極材料をエツチン
グすることで、 0.1μm以下の曲率半径の尖端部を
有する平板形状の冷陰極を形成すも さらに 上記の方
法で製造された微小曲率半径を有するプレーナ型冷陰極
尖端部下部の絶縁体基板の一部を、等方性エツチング技
術を用いて除去することにより、庇状の先端形状を有す
る冷陰極を形成すも作用 上記の製造方法において、 レジスト膜として用いる薄
膜の尖端部分は従来の微細加工技術により形成されるた
べ 曲率半径は0.1μm以上であ4等方性エツチング
技術を用いると、レジスト膜下部の冷陰極尖端部11[
レジスト膜尖端部の両側からサイドエツチングされるた
数 エツチング深さが少なくともレジスト膜尖端部の曲
率半径以上となるようにサイドエツチングすれ(−L 
レジスト膜下部に形成された冷陰極の少なくとも上面の
尖端部分!よ 非常に微小な曲率半径となり、さら番こ
サイドエツチングを続けることで下面の尖端部分も非常
に微小なム さらに 冷陰極尖端部分の膜厚方向の曲率
に関してL 一方の主面力(突出した形状になっている
た数 突出部分の曲率(よ非常番こ微小になム この手
法によれ&i FIB等のサブミクロンオーダの微細加
工技術を用0なくとL従来のホトエツチング技術を用0
て、0.1μm以下の曲率半径を有する冷陰極力く形成
され 製造コスト面でも著しく有利なプレーナ型冷陰極
となもこのようにして形成された冷陰極とそれ番こ対向
して設けられた引き出し電極間番こ電圧を印加すると、
電極間隔が1μm以上でも前記冷陰極尖端部分こ&よ強
電界が発生し 低電圧での動作力(可能なプレーナ型冷
陰極が得られも 実施例 第1図に本発明の実施例のプレーナ型冷陰極の斜視図を
示す。平板状冷陰極1の尖端部2が0.1μm以下の曲
率半径を有しており、一方の主面の尖端部3が突出した
形状になっていも 第2図ζよ上記冷陰極4と、それに
対向して設けた引き出し電極5の配置図であa 画電極
はそれぞれ絶縁体基板6の上に形成され 先端部が庇状
7の形状を有していも これらの電極間に 引き出し電
極側を高電位として電圧を印加すれば 電極間隔が1μ
m以上でk 冷陰極尖端部には強電界が発生し電界電子
放出を行わせることが可能となム本実施例で用いたプレ
ーナ型冷陰極の製造プロセスを第3図(a)〜(c)に
示i−,Si基板の表面に絶縁層として熱酸化により厚
さ1μmのSiO2膜8を形成機 この5ins膜8の
表面に厚さ0.2.umのWSie膜9を形成すも こ
のWSieJ[9の表面にホトリソグラフィー技術によ
って尖端部10を有するレジスト膜11およびそれに対
向したレジスト膜12を形成する(第3図a)。
形成されたレジスト膜11の尖端部10の曲率半径は0
.5μm程度であム 次にこの基板をフッ硝酸に浸漬し
てWSi黛膜9を適当な時間等方性エツチングすること
でサイドエッチを行1.%  レジスト膜11の尖端部
13下部に微小曲率半径の尖端部14を有し かつ一方
の主面15が突出した形状の薄膜状冷陰極16およびそ
れに対向する引き出し電極17を同時に形成する(第3
図b)。本実施例では300人程度の曲率半径の尖端部
15を有する冷陰極が形成された 次へ 冷陰極表面に
残っているレジスト膜18を除去し この基板をバッフ
ァエッチ溶液(HFI容とNH4F6容の混合液)に浸
漬して5ins膜19を等方性エツチングし 冷陰極と
引き出し電極先端部下部に凹部20を形成し 画電極先
端部を庇状にする(第3図C)。
このように構成した冷陰極21と引き出し電極22間に
50〜70Vの電圧を印加すると、冷陰極の突出した面
の尖端部には10’V/cm以上の強電界が発生し 尖
端部から電界電子放出が起こな抵 電極材料と絶縁材料
の組合せ、WSigと5ideに限られるものではなく
、電極材料としてW、Mo、WeC,NbC,HfC等
高融点 低仕事関数でかつバッファエッチ溶液に難溶の
材料および絶縁体基板材料としてガラス板等バッファエ
ッチ溶液に溶解する材料を組合せることが可能であ4 また 本実施例では レジスト膜材料に1よ 従来のホ
トレジスト材料を使用した力(冷陰極材料表面に5id
eや5isNaを堆積後 これらの材料をホトエツチン
グしてレジスト膜として使用してもよし−これらの材料
をレジスト膜として使用すれば サイドエツチング量を
1μm以上にすることも可能となム 本実施例の製造方法を用いて複数個の冷陰極を引き出し
電極に対向させた構成の電子源を作製すれば 個々の冷
陰極に特性状のバラツキがあっても全体としては平均化
された特性となり安定した電子源が得られも 発明の効果 本発明によれ(f、、FIB等を利用したサブミクロン
オーダの微細加工技術を用いなくとL  O,1μm以
下の曲率半径を有する冷陰極尖端部を均一に再現性よく
形成することが可能となり、 100V以下の低電圧で
電界電子放出を起こす電子源が得られも この電子源を
用いることで、低コストで高速スイッチング素子や画像
表示装置の製造が可能となム
【図面の簡単な説明】
第1図Cヨ  本発明の実施例のプレーナ型冷陰極の斜
視図 第2図1友 本発明の実施例における冷陰極と引
き出し電極の配置医 第3図法 本発明の実施例におけ
るプレーナ型冷陰極の製造プロセスの説明医 第4図1
よ 従来のプレーナ型冷陰極の斜視図であも

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁体基板上に冷陰極と引き出し電極をお互いに
    対向させて配置し、前記冷陰極と引き出し電極間に電圧
    を印加することにより、前記冷陰極から電界電子放出を
    起こさせるように構成したプレーナ型冷陰極において、
    前記冷陰極が、尖端部を有する平板形状を有しており、
    前記冷陰極の少なくとも一方の主面の尖端部が0.1μ
    m以下の曲率半径であり、かつ一方の主面の尖端部が他
    方の主面の尖端部より突出した形状に形成されているこ
    とを特徴とするプレーナ型冷陰極。
  2. (2)絶縁体基板の表面に前記基板とは異なる材料から
    なる冷陰極材料を成膜し、前記冷陰極材料表面に前記冷
    陰極材料と異なる材料で尖端部を有する形状のレジスト
    膜を形成し、等方性エッチング技術を用いて、前記冷陰
    極材料のサイドエッチングの深さが少なくとも前記レジ
    スト膜尖端部の曲率半径以上となるように前記冷陰極材
    料をエッチングし、0.1μm以下の曲率半径を有し、
    かつ上面より下面が突出した形状の冷陰極尖端部を形成
    し、さらに少なくとも形成された前記冷陰極尖端部上部
    の前記レジスト膜および下部の前記絶縁体基板材料を除
    去することを特徴とするプレーナ型冷陰極の製造方法。
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