JPH0371529A - 電界放出電極の製造方法 - Google Patents
電界放出電極の製造方法Info
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- JPH0371529A JPH0371529A JP1206552A JP20655289A JPH0371529A JP H0371529 A JPH0371529 A JP H0371529A JP 1206552 A JP1206552 A JP 1206552A JP 20655289 A JP20655289 A JP 20655289A JP H0371529 A JPH0371529 A JP H0371529A
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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］
本発明は発光型表示装置、プリンタヘッド、多極電子装
置などに利用される電子源のうち、電界効果による電子
放出が可能な電界放出電極の製造方法に関する。
置などに利用される電子源のうち、電界効果による電子
放出が可能な電界放出電極の製造方法に関する。
［従来の技術］
従来の電界放出電極の製造方法として、スピンド（Ｃ，
Ａ、５ｐｉｎｄｔ）らがジャーナル・オブ・アプライド
・フィジックス（Ｊ、 Ａ、 Ｐ）、ｖｏｌ、４７
、Ｎｏ、 １２（１９７６）に発表した方法が知られ
ている。この方法はシリコン基板上に絶縁膜と引出し電
極用の金属膜を積層し、金属膜および絶縁膜を開口した
のち、この開口をマスクとしてシリコン基板上にモリブ
デンなどの金属をスパッタ法などにより堆積させ、尖頭
電極を形成する方法である。
Ａ、５ｐｉｎｄｔ）らがジャーナル・オブ・アプライド
・フィジックス（Ｊ、 Ａ、 Ｐ）、ｖｏｌ、４７
、Ｎｏ、 １２（１９７６）に発表した方法が知られ
ている。この方法はシリコン基板上に絶縁膜と引出し電
極用の金属膜を積層し、金属膜および絶縁膜を開口した
のち、この開口をマスクとしてシリコン基板上にモリブ
デンなどの金属をスパッタ法などにより堆積させ、尖頭
電極を形成する方法である。
［発明が解決しようとする課Ｍ］
しかし前述した従来技術による電界放出電極の製造方法
は、以下に述べるいくつかの問題点をもつ。
は、以下に述べるいくつかの問題点をもつ。
すなわち、まず特に大きな平面基板上に一面にわたって
尖頭１！極を形成する場合、スパッタあるいは蒸着など
の方法では線源からみた基板に仰角が生じ、基板の中心
付近と周辺付近で尖頭電極の錘軸の基板面に対する角度
が異なり、この結果電子放出の電圧あるいは電流密度に
分布が生じてしまう。また金属のスパッタ形成の後に尖
頭電極を露出するために金属のエツチング工程が必要で
あるが、このとき不用な金属と同時に尖頭電極までがエ
ツチングされてしまうため、工程のむずかしさと歩留ま
りの確保が問題となる。さらに開口をマスクとして鐘状
の尖頭電極を形成する場合、線源の金属の種類が限定さ
れ、特に仕事関数の小さな金属を使用したいとき尖頭電
極の形成が不可能になる問題点があった。
尖頭１！極を形成する場合、スパッタあるいは蒸着など
の方法では線源からみた基板に仰角が生じ、基板の中心
付近と周辺付近で尖頭電極の錘軸の基板面に対する角度
が異なり、この結果電子放出の電圧あるいは電流密度に
分布が生じてしまう。また金属のスパッタ形成の後に尖
頭電極を露出するために金属のエツチング工程が必要で
あるが、このとき不用な金属と同時に尖頭電極までがエ
ツチングされてしまうため、工程のむずかしさと歩留ま
りの確保が問題となる。さらに開口をマスクとして鐘状
の尖頭電極を形成する場合、線源の金属の種類が限定さ
れ、特に仕事関数の小さな金属を使用したいとき尖頭電
極の形成が不可能になる問題点があった。
そこで本発明は上述した従来技術の問題点を克服するた
めのもので、その目的とするところは、大面積基板ある
いは非平面基板上にも均一で歩留まりの高い尖頭電極を
形成できる電界放出ｉ！極の製造方法を提供するところ
にある。
めのもので、その目的とするところは、大面積基板ある
いは非平面基板上にも均一で歩留まりの高い尖頭電極を
形成できる電界放出ｉ！極の製造方法を提供するところ
にある。
［課題を解決するための手段］
（］、） 本発明の電界放出電極の製造方法は、導電体
と該導電体表面に形成された角錐または円錐構造をもつ
尖頭電極とからなるｌＩ３極と、該尖頭電極の錐軸をほ
ぼ対称軸とする開口をもつ引出し電極とからなる電界放
出電極の製造方法として、導電体を形成する工程と、前
記導電体表面の尖頭電極位置に保護膜を形成する工程と
、前記導電体の表面より不純物を拡散して前記導電体の
表面付近を絶縁体に変質する工程と、前記絶縁体表面に
引出し電極を形成する工程と、前記保護膜を選択的に除
去する工程とを含むことを特徴とする。
と該導電体表面に形成された角錐または円錐構造をもつ
尖頭電極とからなるｌＩ３極と、該尖頭電極の錐軸をほ
ぼ対称軸とする開口をもつ引出し電極とからなる電界放
出電極の製造方法として、導電体を形成する工程と、前
記導電体表面の尖頭電極位置に保護膜を形成する工程と
、前記導電体の表面より不純物を拡散して前記導電体の
表面付近を絶縁体に変質する工程と、前記絶縁体表面に
引出し電極を形成する工程と、前記保護膜を選択的に除
去する工程とを含むことを特徴とする。
（２） 本発明の電界放出電極の製造方法は、前記導電
体を熱酸化可能な金属材料として、絶縁体に変質する工
程に熱酸化工程を含むことを特徴とする。
体を熱酸化可能な金属材料として、絶縁体に変質する工
程に熱酸化工程を含むことを特徴とする。
［実施例］
本発明の電界放出電極の製造方法を実施例に基づきさら
に詳述する。
に詳述する。
〈実施例１〉
第１図は本発明の第一の実施例を説明するもので、金属
の熱酸化を利用した電界放出電極の製造方法に沿った基
板の断面概略図である。第１図（ａ）は導電体を形成し
た後の断面図である。平面ガラス基板１上にスパッタ法
により厚さ３０００Ａのタングステン（Ｗ）ｆ）ｌｊｌ
Ｋ２および厚さ１μｍのタンタル（Ｔａ）１１１３を積
層する。Ｗｆｉ膜およびＴａｉ膜が導電体となる。第１
図（ｂ）は保護膜を形成した後の断面図である。保護膜
４はＴａ薄膜の表面にスパッタ法により厚さ５０００Ａ
のシリコン酸化膜を堆積した後、フォトエツチング工程
により尖頭電極の位置に直径約１．５μｍの円形状に選
択的に残して形成する。このとき保護膜が逆テーバにな
るようにエツチングすることが望ましい。第１図（ｃ）
は導電体を絶縁体に変質した後の断面図である。保護膜
まで形成した基板を酸化炉内にセットし、酸素が流れて
いる状態で基板温度を４００℃以上に加熱し、一定時間
保持すると図のような構造が形成される。すなわち保護
膜が存在しないＴａ薄膜表面より酸素が浸入し、Ｔａは
酸化されて絶縁性のＴａ２０５に変質する。酸化時間を
適当に選ぶと、保護膜の下部にＴａ金属よりなる円錐状
の尖頭電極６が形成され、そのほかはＴａ２０５の絶縁
体５となる。Ｔａ薄膜が酸化されると体積の増加が起こ
り、絶縁体５が盛り上がるため保護膜は湾曲する。第１
図（ｄ）は引出し電極を形成した後の断面図である。引
出し電極７は蒸着法により厚さ２００ＯＡのニッケル（
Ｎｉ）ｇｉｇ（を堆積して形成する。このとき保護膜の
庇によって保護股上のＮｉｇＩｆｉと絶縁体上のＮｉ薄
膜は切り離されて堆積している。第１図（ｅ）は完成さ
れた電界放出電極の断面図である。
の熱酸化を利用した電界放出電極の製造方法に沿った基
板の断面概略図である。第１図（ａ）は導電体を形成し
た後の断面図である。平面ガラス基板１上にスパッタ法
により厚さ３０００Ａのタングステン（Ｗ）ｆ）ｌｊｌ
Ｋ２および厚さ１μｍのタンタル（Ｔａ）１１１３を積
層する。Ｗｆｉ膜およびＴａｉ膜が導電体となる。第１
図（ｂ）は保護膜を形成した後の断面図である。保護膜
４はＴａ薄膜の表面にスパッタ法により厚さ５０００Ａ
のシリコン酸化膜を堆積した後、フォトエツチング工程
により尖頭電極の位置に直径約１．５μｍの円形状に選
択的に残して形成する。このとき保護膜が逆テーバにな
るようにエツチングすることが望ましい。第１図（ｃ）
は導電体を絶縁体に変質した後の断面図である。保護膜
まで形成した基板を酸化炉内にセットし、酸素が流れて
いる状態で基板温度を４００℃以上に加熱し、一定時間
保持すると図のような構造が形成される。すなわち保護
膜が存在しないＴａ薄膜表面より酸素が浸入し、Ｔａは
酸化されて絶縁性のＴａ２０５に変質する。酸化時間を
適当に選ぶと、保護膜の下部にＴａ金属よりなる円錐状
の尖頭電極６が形成され、そのほかはＴａ２０５の絶縁
体５となる。Ｔａ薄膜が酸化されると体積の増加が起こ
り、絶縁体５が盛り上がるため保護膜は湾曲する。第１
図（ｄ）は引出し電極を形成した後の断面図である。引
出し電極７は蒸着法により厚さ２００ＯＡのニッケル（
Ｎｉ）ｇｉｇ（を堆積して形成する。このとき保護膜の
庇によって保護股上のＮｉｇＩｆｉと絶縁体上のＮｉ薄
膜は切り離されて堆積している。第１図（ｅ）は完成さ
れた電界放出電極の断面図である。
Ｎｉ薄膜の堆積の後に保護膜をエツチング除去する。保
護膜はシリコン酸化膜であり、弗酸系の工ッチング液に
より選択的にエツチング除去される。
護膜はシリコン酸化膜であり、弗酸系の工ッチング液に
より選択的にエツチング除去される。
このときリフトオフ効果により保護膜上に形成されてい
たＮｉ薄膜も除去される。この後、尖頭電極のまわりの
Ｔａ２０５絶縁体を選択的にエツチング除去し空間８を
形成する。Ｔａ２０５のエツチングは、保護膜を除去す
ることによってできた開口部より、酸性エツチング液を
用いておこなう。このときＴａ２０５のエツチング液に
よりＴａからなる尖頭電極およびＷからなる導電体がエ
ツチングされないことが重要である。エツチング方法と
してはこのほかにドライエツチング法が有望である。
たＮｉ薄膜も除去される。この後、尖頭電極のまわりの
Ｔａ２０５絶縁体を選択的にエツチング除去し空間８を
形成する。Ｔａ２０５のエツチングは、保護膜を除去す
ることによってできた開口部より、酸性エツチング液を
用いておこなう。このときＴａ２０５のエツチング液に
よりＴａからなる尖頭電極およびＷからなる導電体がエ
ツチングされないことが重要である。エツチング方法と
してはこのほかにドライエツチング法が有望である。
このようにして完成された電界放出電極は、尖頭電極の
先端から引出し電極の端面までの距離が０．８μｍであ
り、引出し電極を正電位としたとき電位差１００ｖで１
５μＡの電流が尖頭電極より引き出された。
先端から引出し電極の端面までの距離が０．８μｍであ
り、引出し電極を正電位としたとき電位差１００ｖで１
５μＡの電流が尖頭電極より引き出された。
〈実施例２〉
第２図は本発明の第二の実施例を説明するもので、実施
例１のうち保護膜形成後に導電体を一部エッチング除去
する工程を含む電界放出電極の製造方法に沿った基板の
断面概略図である。
例１のうち保護膜形成後に導電体を一部エッチング除去
する工程を含む電界放出電極の製造方法に沿った基板の
断面概略図である。
第２図（ａ）は保護膜の選択的な形成の後に、Ｔａ金属
を一部エッチング除去した後の断面図である。エツチン
グは保護膜４をマスクとし、酸性エツチング液を用いて
表面より０．３μｍまで除去している。このとき保護腹
下に突起状のＴａ金属３°が残される。第２図（ｂ）は
酸化法により絶縁体５を形成した後の断面図である。実
施例１の第１図（Ｃ）の絶縁体に比べ、保護膜低面を基
準とした絶縁体表面の高さが高くなっていることがわか
る。第２図（ｅ）は完成された電界放出電極の断面図で
ある。引出し電極７の先端と尖頭電極６の距離がより近
くになっていることがわかる。
を一部エッチング除去した後の断面図である。エツチン
グは保護膜４をマスクとし、酸性エツチング液を用いて
表面より０．３μｍまで除去している。このとき保護腹
下に突起状のＴａ金属３°が残される。第２図（ｂ）は
酸化法により絶縁体５を形成した後の断面図である。実
施例１の第１図（Ｃ）の絶縁体に比べ、保護膜低面を基
準とした絶縁体表面の高さが高くなっていることがわか
る。第２図（ｅ）は完成された電界放出電極の断面図で
ある。引出し電極７の先端と尖頭電極６の距離がより近
くになっていることがわかる。
これは絶縁体表面の高さが保、護Ｉ！低面の高さに近く
なったためである。この構造においては、より低い電圧
において、電子の電界放出が可能であった。
なったためである。この構造においては、より低い電圧
において、電子の電界放出が可能であった。
（実施例３〉
第３図は本発明の第三の実施例を説明するもので、実施
例１に示した電界放出電極の製造方法のにコート膜を形
成する工程を追加した電界放出電極の概略断面図である
。コートＪ［１９は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）をスパ
ッタ法により、特に尖頭電極の表面を覆うように、３０
００Ａ形成したものである。ＭｇＯは仕事関数が小さく
低電界で電子放出が可能である。このような目的でコー
ト膜として使用できる材料はＭｇＯの他に、Ｌｉ、Ｍｇ
％ Ｂａ、Ｃｓ、Ｔｈ、Ｔｈ０２、ＢａＳｒ○２、Ｔｈ
−Ｗ、あるいはこれらに類似する仕事関数の小さな金属
や金属酸化物が可能である。
例１に示した電界放出電極の製造方法のにコート膜を形
成する工程を追加した電界放出電極の概略断面図である
。コートＪ［１９は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）をスパ
ッタ法により、特に尖頭電極の表面を覆うように、３０
００Ａ形成したものである。ＭｇＯは仕事関数が小さく
低電界で電子放出が可能である。このような目的でコー
ト膜として使用できる材料はＭｇＯの他に、Ｌｉ、Ｍｇ
％ Ｂａ、Ｃｓ、Ｔｈ、Ｔｈ０２、ＢａＳｒ○２、Ｔｈ
−Ｗ、あるいはこれらに類似する仕事関数の小さな金属
や金属酸化物が可能である。
〈実施例４〉
第４図は本発明の第四の実施例を説明するもので、スト
ライブ電極を形成する工程を導入した電界放出電極の概
略斜視図である。
ライブ電極を形成する工程を導入した電界放出電極の概
略斜視図である。
導電体ストライブ電極２°を形成する工程は、導電体を
形成した後にフォトエツチング法により導電体を縦方向
のストライブに加工するものである。引出しストライブ
電極７′を形成する工程は、金属薄膜を形成した後で保
護膜を除去する前に、導電体ストライブ電極に直行する
よう横方向にバターニングするものである。このように
形成された電界放出電極は、それぞれ電圧の印加された
縦ストライプ電極と横ストライブ電極の交点において、
電子を放出するいわゆるマトリクス制御型の電界放出電
極となる。
形成した後にフォトエツチング法により導電体を縦方向
のストライブに加工するものである。引出しストライブ
電極７′を形成する工程は、金属薄膜を形成した後で保
護膜を除去する前に、導電体ストライブ電極に直行する
よう横方向にバターニングするものである。このように
形成された電界放出電極は、それぞれ電圧の印加された
縦ストライプ電極と横ストライブ電極の交点において、
電子を放出するいわゆるマトリクス制御型の電界放出電
極となる。
以上の実施例においては導電体としてＴａを使用したが
、本発明はこれに留まらず、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉなと
の金属やＳｉ、Ｇｅなとの半導体あるいはこれらを含め
た金属間化合物などが利用できる。また不純物の導入方
法として熱拡散法を用いたが、この他にイオン注入法な
どが適用できる。
、本発明はこれに留まらず、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉなと
の金属やＳｉ、Ｇｅなとの半導体あるいはこれらを含め
た金属間化合物などが利用できる。また不純物の導入方
法として熱拡散法を用いたが、この他にイオン注入法な
どが適用できる。
［発明の効果］
本発明による電界放出電極の製造方法は、以下に列記す
る格別なる発明の効果を有する。
る格別なる発明の効果を有する。
（１）基板全面にわたって均一性に優れた電界放出電極
が製造できる。
が製造できる。
（２）製造歩留まりが高い。
（３）導電体の形状を自由に変えるここにより、尖頭電
極と引出し電極の距離を自由にコントロールできるため
、低電圧化など特性の向上が可能である。
極と引出し電極の距離を自由にコントロールできるため
、低電圧化など特性の向上が可能である。
第１図は本発明の第一の実施例を説明するもので、金属
の熱酸化を利用した電界放出電極の製造方法に沿った基
板の断面概略図である。 第２図は本発明の第二の実施例を説明するもので、実施
例１のうち保護膜形成後に導電体を一部エッチング除去
する工程を含む電界放出電極の製造方法に沿った基板の
断面概略図である。 第３図は本発明の第三の実施例を説明するもので、実施
例１に示した電界放出電極の製造方法のにコート膜を形
成する工程を追加した電界放出電極の概略断面図である
。 第４図は本発明の第四の実施例を説明するもので、スト
ライブ電極を形成する工程を導入した電界放出電極の概
略斜視図である。 １・・平面ガラス基板 ２・・タングステン薄膜 ３・・タンタル１膜 ４・・保護膜 ５・・絶縁体 ６・・尖頭電極 ７・・引出し電極 ８・・空間 ９・ ・コート膜 以上
の熱酸化を利用した電界放出電極の製造方法に沿った基
板の断面概略図である。 第２図は本発明の第二の実施例を説明するもので、実施
例１のうち保護膜形成後に導電体を一部エッチング除去
する工程を含む電界放出電極の製造方法に沿った基板の
断面概略図である。 第３図は本発明の第三の実施例を説明するもので、実施
例１に示した電界放出電極の製造方法のにコート膜を形
成する工程を追加した電界放出電極の概略断面図である
。 第４図は本発明の第四の実施例を説明するもので、スト
ライブ電極を形成する工程を導入した電界放出電極の概
略斜視図である。 １・・平面ガラス基板 ２・・タングステン薄膜 ３・・タンタル１膜 ４・・保護膜 ５・・絶縁体 ６・・尖頭電極 ７・・引出し電極 ８・・空間 ９・ ・コート膜 以上
Claims (2)
- （１）導電体と該導電体表面に形成された角錐または円
錐構造をもつ尖頭電極とからなる陰極と、該尖頭電極の
錐軸をほぼ対称軸とする開口をもつ引出し電極とからな
る電界放出電極の製造方法として、導電体を形成する工
程と、前記導電体表面の尖頭電極位置に保護膜を形成す
る工程と、前記導電体の表面より不純物を拡散して前記
導電体の表面付近を絶縁体に変質する工程と、前記絶縁
体表面に引出し電極を形成する工程と、前記保護膜を選
択的に除去する工程とを含むことを特徴とする電界放出
電極の製造方法。 - （２）前記導電体を熱酸化可能な金属材料として、絶縁
体に変質する工程に熱酸化工程を含むことを特徴とする
請求項１に記載の電界放出電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1206552A JPH0371529A (ja) | 1989-08-09 | 1989-08-09 | 電界放出電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1206552A JPH0371529A (ja) | 1989-08-09 | 1989-08-09 | 電界放出電極の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0371529A true JPH0371529A (ja) | 1991-03-27 |
Family
ID=16525279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1206552A Pending JPH0371529A (ja) | 1989-08-09 | 1989-08-09 | 電界放出電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0371529A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04312739A (ja) * | 1991-04-12 | 1992-11-04 | Fujitsu Ltd | 微小冷陰極の製造方法 |
| JPH0594760A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-16 | Futaba Corp | 電界放出素子 |
-
1989
- 1989-08-09 JP JP1206552A patent/JPH0371529A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04312739A (ja) * | 1991-04-12 | 1992-11-04 | Fujitsu Ltd | 微小冷陰極の製造方法 |
| JPH0594760A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-16 | Futaba Corp | 電界放出素子 |
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