JPH0395889A - Electron-emitting element of field emission type - Google Patents
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Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は電界放出型電子放出素子に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application fields] The present invention relates to a field emission type electron emitting device.
［従来の技術］
従来、電子放出素子としては熱陰極型電子放出素子が多
く用いられていたが、熱電極を利用した電子放出は加熱
によるエネルギーロスが大きいこと、予備加熱が必要で
あること等の問題点を有していた。[Prior Art] Conventionally, hot cathode type electron-emitting devices have often been used as electron-emitting devices, but electron emission using a hot electrode has problems such as large energy loss due to heating and the need for preheating. It had the following problems.
これらの問題点を解決するため玲陰極型の電子放出素子
がいくつか提案されており、その中に局部的に高電界を
発生させ、電界放出により電子放出を行なわせる電界効
果型の電子放出素子がある。To solve these problems, several cathode-type electron-emitting devices have been proposed, including a field-effect electron-emitting device that generates a locally high electric field and emits electrons by field emission. There is.
第７図は上記の電界放出型の電子放出素子の一例を示す
概略的部分断面図であり、第８図（ａ）〜（ｄ）はその
製造方法を説明するための概略的工程図である。FIG. 7 is a schematic partial cross-sectional view showing an example of the above-mentioned field emission type electron-emitting device, and FIGS. 8(a) to (d) are schematic process diagrams for explaining the manufacturing method thereof. .
第７図に示すように、Ｓｉ等の基体７０１上にＭｏ（モ
リブデン）等により形成された点状電子放出部７０Ｂを
設け、この電子放出部７０８を中心として開口部が設け
られたＳｉＯ２等の絶縁層７０２が形成ざれ、この上に
前記円錐形状の尖頭部の近傍にその端部が形成された引
き出し電極７０９が設けられている。As shown in FIG. 7, point-like electron emitting portions 70B made of Mo (molybdenum) or the like are provided on a substrate 701 made of Si or the like, and a dotted electron emitting portion 70B made of Mo (molybdenum) or the like is provided on a substrate 701 such as SiO2 or the like with an opening formed around the electron emitting portion 708. An insulating layer 702 is formed, and an extraction electrode 709 is provided thereon, the end of which is formed near the conical point.
このような構造の電子放出素子において、基体７０１と
引き出し電極７０９との間に電圧を印加すると、電界強
度の強い尖頭部から電子が放出される。In the electron-emitting device having such a structure, when a voltage is applied between the base 701 and the extraction electrode 709, electrons are emitted from the tip where the electric field strength is strong.
上記電子放出素子は、次のような工程で作成される。The electron-emitting device described above is manufactured through the following steps.
■まず、第８図（ａ）に示すように、Ｓｉ等の基体７０
１の上にＳｉ０２酸化膜等の絶縁層７０２を形成する。■First, as shown in FIG. 8(a), a substrate 70 of Si etc.
An insulating layer 702 such as a Si02 oxide film is formed on the substrate 1.
■電子ビーム蒸着等によりＭｏ層７０９を形成する。(2) Form a Mo layer 709 by electron beam evaporation or the like.
■Ｐ Ｍ Ｍ Ａ （ ｐｏｌｙ− ｍｅｔｈｙｌ−
ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）等の電子線レジストを、ス
ビンコート法を用いてＭｏ層７０９上に塗布する。■PMMA (poly- methyl-
An electron beam resist such as methacrylate (methacrylate) is applied onto the Mo layer 709 using a subin coating method.
■電子ビームを照射してパターニングを行った後イソプ
ロビルアルコール等で電子線レジストを部分的に除去す
る。■After patterning by electron beam irradiation, the electron beam resist is partially removed using isopropyl alcohol or the like.
■ＭＯ層７０９を選択的にエッチングして第１の開口部
６０３を形成する。(2) The MO layer 709 is selectively etched to form a first opening 603.
■電子線レジストを完全に除去したのち、弗化水素酸を
用いて絶縁層７０２をエッチングして第２の開口部７０
４を形成する。■After completely removing the electron beam resist, the insulating layer 702 is etched using hydrofluoric acid to form the second opening 70.
form 4.
■次に、第８図（ｂ）に示゜すように、回転軸Ｘを中心
として基体７０１を回転させながら、一定の角度θ傾斜
させてＡＪ：ＬをＭｏ層７０９の上面に蒸着させてＡＩ
ｌ層７０５を形成する。このとき前記ＭＯ層７０９の測
面部にもＡＪ２が蒸着ざれるので、この蒸着量を制御す
ることにより、第１の開口部７０３の直径を任意に小さ
くすることができる。■Next, as shown in FIG. 8(b), while rotating the base 701 around the rotation axis X, AJ:L is deposited on the upper surface of the Mo layer 709 while tilting it at a certain angle θ. AI
An l layer 705 is formed. At this time, AJ2 is also deposited on the surface area of the MO layer 709, so by controlling the amount of deposition, the diameter of the first opening 703 can be made arbitrarily small.
次に、第８図（Ｃ）に示すように、基体７０１に対して
垂直にＭＯを電子ビーム蒸着等によって蒸着する。この
ときＭｏはＡｎ層７０５上および基体７０１上だけでな
＜ＡＪ２層７０５の側面にも堆積されるので、第１の開
口部７０３の直径はＭｏ層７０６の積層に伴って段々小
さくなっていく。この第１の開口部７０３の直径の減少
に伴って基体に堆積されていく蒸着物（Ｍｏ）の蒸着範
囲も小さくなっていくために、基体７０１上には略円錐
形状の電極１８が形威される。Next, as shown in FIG. 8(C), MO is deposited perpendicularly to the base 701 by electron beam evaporation or the like. At this time, Mo is deposited not only on the An layer 705 and the base 701 but also on the side surfaces of the AJ2 layer 705, so the diameter of the first opening 703 gradually becomes smaller as the Mo layer 706 is stacked. . As the diameter of the first opening 703 decreases, the deposition area of the evaporated material (Mo) that is deposited on the base body also becomes smaller, so that a substantially conical electrode 18 is formed on the base body 701. be done.
最後に、第８図（ｄ）に示すように、堆積したＭｏ層７
０６およびＡｎ層７０５を除去することにより、電界放
出型電子放出素子が形威される。Finally, as shown in FIG. 8(d), the deposited Mo layer 7
By removing 06 and the An layer 705, a field emission type electron emitting device is formed.
［発明が解決しようとする課題］
しかし、上記従来例では電界形成空間および電子放出部
を作製工程で斜め蒸着等の技術を用いるため、３ミクロ
ン以下の微細な電界放出型電子放出素子を作製すること
ができなかった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional example described above, a technique such as oblique evaporation is used in the manufacturing process of the electric field forming space and the electron emitting part, so a fine field emission type electron emitting device of 3 microns or less is manufactured. I couldn't.
［課題を解決するための手段］
本発明の第１の要旨は、絶縁性材料により形成された基
体の表面に設定した任意のレーストラック型形状の周囲
に沿って集束イオンビームを照射することにより、該基
体中にイオン注入領域を形成し、
該基体に化学的エッチング処理を施すことにより前記イ
オン注入領域を除去して底部にライン状の突起を有する
電界形成空間を形成し、該ライン状の突起を導電性材料
で被覆することによりライン状電子放出部を形威し、
前記基体の表面の前記電界形成空間以外の部分を導電性
材料で被覆することにより、前記ライン状電子放出部と
電界を形成する引出し電極を形威したことを特徴とする
電界放出型電子放出素子に存在する．
本発明の第２の要旨は、表面に絶縁体層を有し、半導体
材料または導電性材料により形成された基体の表面に設
定した任意のレーストラック型形状の周囲に沿って集束
イオンビームを照射することにより該基体中にイオン注
入領域を形威し、
該基体に化学的エッチング処理を施すことにより前記イ
オン注入領域を除去して底部にライン状の突起を有する
電界形成空間を形成し、該ライン状の突起を導電性材料
で被覆することによりライン状電子放出部を形成し
前記基体の表面の前記電界形成空間以外の部分を導電性
材料で被覆することにより、前記ライン状電子放出部と
電界を形成する引出し電極を形成したことを特徴とする
電界放出型電子放出素子に存在する。[Means for Solving the Problems] The first gist of the present invention is to irradiate a focused ion beam along the periphery of an arbitrary racetrack shape set on the surface of a base formed of an insulating material. , an ion-implanted region is formed in the base, and the ion-implanted region is removed by chemically etching the base to form an electric field forming space having a line-shaped protrusion at the bottom; By covering the protrusion with a conductive material, a line-shaped electron emitting part is formed, and by covering a portion of the surface of the base body other than the electric field forming space with a conductive material, the line-shaped electron emission part and the electric field are formed. exists in a field emission type electron-emitting device characterized by an extraction electrode that forms a The second gist of the present invention is to irradiate a focused ion beam along the periphery of an arbitrary racetrack shape set on the surface of a substrate made of a semiconductor material or a conductive material and having an insulating layer on the surface. By doing so, an ion implantation region is formed in the base body, and by performing a chemical etching treatment on the base body, the ion implantation region is removed to form an electric field forming space having a line-shaped protrusion at the bottom. A line-shaped electron-emitting part is formed by covering a line-shaped protrusion with a conductive material, and a part of the surface of the base body other than the electric field forming space is formed with a conductive material. It exists in a field emission type electron emitting device characterized by forming an extraction electrode that forms an electric field.
［作用］
本発明は、結晶材料の所定位置に集束イオンビームを照
射してイオン注入領域を形成し、次いで化学的エッチン
グ処理を施して前記イオン注入領域の所定領域を除去す
ることにより、電界形成空間を形成したので、電界放出
型電子放出素子を作製することができる。[Operation] The present invention forms an ion implantation region by irradiating a focused ion beam onto a predetermined position of a crystal material, and then performs a chemical etching process to remove a predetermined region of the ion implantation region, thereby forming an electric field. Since the space is formed, a field emission type electron emitting device can be manufactured.
［実施例］
（実施例１）
第１図は本実施例に係る電界放出型電子放出素子の製造
方法を説明するための図である．図において、（ａ）〜
（ｄ）は断面図であり、（ａ′）〜（ｄ′）は斜視図で
ある。基体１ｏ１としては絶縁体の単結晶であるイット
リウム・鉄・ガーネット（ＹＩＧ）等を用いることがで
きるが、本実施例ではＹＩＧを用いた。また基体の面方
向は（１１１）とした。[Example] (Example 1) FIG. 1 is a diagram for explaining a method of manufacturing a field emission type electron-emitting device according to this example. In the figure, (a) ~
(d) is a sectional view, and (a') to (d') are perspective views. As the substrate 1o1, a single crystal of an insulator such as yttrium-iron-garnet (YIG) can be used, and in this embodiment, YIG was used. Further, the surface direction of the substrate was set to (111).
■先ず第１図（ａ）および（＆′）に示したように、０
．１μｍφ以下に集束した１ ６０ＫｅＶのＢｅ２＋イ
オンビーム１０２により、ＹＩＧ基体１０１にイオン注
入を行なった。イオン注入量は、電極配線空間部を形成
する部分（図中、１０３）においては４Ｘ１０”イオン
／ ｃ ｍ ”とし、電界形成空間部を形成する部分（
図中、１０４）においては２Ｘ１０”イオン／ ｃ ｍ
２とした。また、電界形成空間部を形成する部分のイ
オン注入は、所定位置の半径０．２μｍの半円の間に１
μｍ直線部を有するレーストラック型形状の周囲に沿っ
て行った。注入されたＢｅは試料１０１内部で散乱し、
第１図（ａ）に示したような水滴型の注入領域１０５を
形威した。■First, as shown in Figure 1 (a) and (&'), 0
．． Ion implantation was performed into the YIG substrate 101 using a 160 KeV Be2+ ion beam 102 focused to 1 μm or less. The amount of ion implantation was 4×10 ions/cm in the part forming the electrode wiring space (103 in the figure), and the amount of ion implantation in the part forming the electric field forming space (103 in the figure).
In the figure, at 104), 2X10” ions/cm
It was set as 2. In addition, the ion implantation in the part forming the electric field forming space was carried out at a predetermined position between a semicircle with a radius of 0.2 μm.
The test was carried out along the periphery of a racetrack type shape having a μm straight section. The injected Be is scattered inside the sample 101,
A water droplet-shaped injection region 105 as shown in FIG. 1(a) was formed.
■続いて、試料を室温のりん酸中に浸すことによって、
その注入領域のみを選択的にエッチングし、第１図（ｂ
）および（ｂ′）に示したような、電界形成空間１０６
、電極配線空間１０７および前記所定位置の試料表面か
ら深さ０．５μｍの位置に先端の尖ったライン状の突起
１０８を形成した。■Subsequently, by immersing the sample in phosphoric acid at room temperature,
Only the implanted region is selectively etched, as shown in FIG. 1(b).
) and (b'), the electric field forming space 106
A linear protrusion 108 with a sharp tip was formed at a depth of 0.5 μm from the electrode wiring space 107 and the sample surface at the predetermined position.
■次に、試料表面に垂直方向から例えばタングステン（
Ｗ）を厚さ０．２μｍ真空蒸着することにより、第１図
（Ｃ）および（Ｃ′）に示したように、引出し電極１０
９、電極配線１１０およびライン状電子放出ｌｉ１１
１を同時に形成した。■Next, for example, tungsten (
By vacuum-depositing W) to a thickness of 0.2 μm, the extraction electrode 10 is formed as shown in FIGS. 1(C) and (C′).
9. Electrode wiring 110 and line electron emission li11
1 was formed simultaneously.
この状態で電極配線１１０と引出し電極１０９との間に
３０Ｖの電圧を印加すると、ライン状電子放出部から５
ｍＡ以上の電子放出が得られた．
■この素子の電子放出特性向上のために、第１図（ｄ）
、（ｄ′）に示したように、基体１０１の表面に、垂直
方向から、仕事関数の低い材料としてＬａＢ６１１２を
、厚さ２００人となるように真空蒸着した。When a voltage of 30V is applied between the electrode wiring 110 and the extraction electrode 109 in this state, 5
Electron emission of more than mA was obtained. ■In order to improve the electron emission characteristics of this device, as shown in Figure 1(d)
, (d'), LaB6112 as a material with a low work function was vacuum-deposited vertically onto the surface of the substrate 101 to a thickness of 200 nm.
このようにして作威した電界放出型電子放出素子のｔ極
配線と引出し電極とに２５Ｖの電圧を印加したところ、
ライン状電子放出部から１０ｍＡ以上の電子放出が得ら
れた。すなわち、仕事関数の低い材料で表面を被覆する
ことにより、引出し電圧の低下あるいは、同じ引出し電
圧における放出電流の増大が得られた。仕事関数の低い
材料としては、ＬａＢ．以外では、ＳｍＢ，等のホウ化
物あるいはＴｉｃ，ＺｒＣ等の炭化物が有効であった。When a voltage of 25V was applied to the t-pole wiring and the extraction electrode of the field emission type electron-emitting device created in this way,
Electron emission of 10 mA or more was obtained from the linear electron emitting portion. That is, by coating the surface with a material with a low work function, it was possible to lower the extraction voltage or increase the emission current at the same extraction voltage. As a material with a low work function, LaB. Other than that, borides such as SmB and carbides such as Tic and ZrC were effective.
第２図は、上述のイオン照射に使用した試料イオンビー
ム走査装置の概略構成を示す模式的説明図である。FIG. 2 is a schematic explanatory diagram showing the schematic configuration of the sample ion beam scanning device used for the above-mentioned ion irradiation.
以下、本装置によるイオンビームの操作方法について、
詳細に説明する。The following describes how to operate the ion beam using this device.
Explain in detail.
■Ａｕ−Ｓｉ−Ｂｅ液体金属イオン源２０１より電界放
出したイオンビームを電気的コンデンサレ：／ ス２
０ ２ テＸ束シ、ａｘＢｉｆ分１器２０３Ｑ必要な種
のみを分離する。■The ion beam field-emitted from the Au-Si-Be liquid metal ion source 201 is connected to an electric condenser.
0 2 Separate only the necessary seeds.
■その後、対物レンズ２０４で再び集束し、コンピュー
タ制御によりイオンビームを偏向してターゲット２０７
に照射する。■Then, the ion beam is focused again by the objective lens 204 and deflected by computer control to the target 207.
irradiate.
■ターゲット２０７は、移動自在なステージ装置２０５
のステージ２０６を、ステージ装置２０５に付設された
移動手段によって、ＸＹ面内を自在に移動ざれて所望位
置にセットざれる。なお、第２図に於いて、２０８はＳ
ＥＩ，２０９はファラデーカップである．
第２図の装置を用いた場合のイオン注入条件は、例えば
、ＳｉまたはＢｅイオンをＹＩＧの（１１１）基体に垂
直に照射する場合には、加速電圧４０〜８０ＫＶ、ビー
ム径０．１μｍとすればよい．
第３図及び第４図はそれぞれＢｅ１Ｓｉの集束イオンビ
ームの注入量またはイオンの加速電圧を変化させてＢｅ
又はＳＬを注入し、注入領域の所定領域を室温のりん酸
によりエッチングして除去した場合のエッチング深さを
示したものである，
第３図および第４図からわかるように、電界形成空間お
よび電極配線空間の大きさは集束イオンビームの加速電
圧、イオン注入量、イオン種により任意に設定すること
ができる。■The target 207 is a movable stage device 205
The stage 206 is freely moved within the XY plane by a moving means attached to the stage device 205 and set at a desired position. In addition, in Figure 2, 208 is S
EI, 209 is a Faraday cup. The ion implantation conditions when using the apparatus shown in Fig. 2 are, for example, when irradiating Si or Be ions perpendicularly to a YIG (111) substrate, the acceleration voltage is 40 to 80 KV and the beam diameter is 0.1 μm. Bye. Figures 3 and 4 show Be1Si by changing the implantation amount of the Be1Si focused ion beam or the ion acceleration voltage, respectively.
The figure shows the etching depth when SL is implanted and a predetermined region of the implanted region is etched and removed using phosphoric acid at room temperature. The size of the electrode wiring space can be arbitrarily set depending on the acceleration voltage of the focused ion beam, the ion implantation amount, and the ion species.
（実施例２）
第５図は、基体としてＳｉを３Ｘ１０”イ才ン／ ｃ
ｍ ２ ドーブしたＮ形ＧａＡｓ半導体！＃結晶を用い
た電界放出型電子放出素子の製造方法を説明するための
断面図である。(Example 2) Figure 5 shows a 3×10” diameter/c
m 2 doped N-type GaAs semiconductor! FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a field emission type electron-emitting device using #crystal.
■先ず、第５図（ａ）に示したように、基体５０１上に
真空蒸着法により形威した厚さ０．２μｍのＳｉｎ２膜
５０２の所定位置に設定した半径０．２μｍの半円の間
にｌμｍ直線部を有するレーストラック型形状の内側に
、０．１ μｍφに集束した８０ＫｅＶのＡ ｕ ２＊
イオンビーム５０３を８Ｘ１０”イオン／ ｃ ｍ ”
で照射し、スバッタエッチングにより除去した。■First, as shown in FIG. 5(a), between a semicircle with a radius of 0.2 μm set at a predetermined position of a Sin2 film 502 with a thickness of 0.2 μm formed on a substrate 501 by vacuum evaporation. 80 KeV A u 2* focused to 0.1 μmφ inside the racetrack shape with lμm straight section at
Ion beam 503 8X10” ions/cm”
and removed by sputter etching.
■次いで、第５図（ｂ）で示したように、０．１μｍφ
以下に集束した１６０ｋｅ■のＳｉ”イオンビーム５０
４を、２Ｘ１０′６イオン／ ｃ ｍ ”の注入量で、
上記レーストラック型形状の内刺０．０５μｍの位置に
沿って注入し、水滴状の注入領域５０５を形成した。■Next, as shown in Figure 5(b), 0.1μmφ
160ke■ Si” ion beam focused on 50
4 with an implantation dose of 2×10'6 ions/cm'',
Injection was performed along the position of the inner prick of 0.05 μm in the racetrack shape to form a water droplet-shaped injection region 505.
■続いて試料を７０℃に加熱した塩酸中に侵すことによ
り、イオン注入領域のみが選択的にエッチングし、第５
図（Ｃ）に示したように、電界形成空間５０６および先
端の尖ったライン状の突起５０７を形成した。■Subsequently, by immersing the sample in hydrochloric acid heated to 70°C, only the ion-implanted region is selectively etched, and the fifth
As shown in Figure (C), an electric field forming space 506 and a linear protrusion 507 with a pointed tip were formed.
■さらに、基体表面に、垂直方向から、例えばＡｕ−Ｇ
ｅ合金等のＮ形ＧａＡｓにオーム性接合となる金を、厚
さが０．２μｍとなるように真空蒸着し、続いて４００
℃、３分間の熱処理によるアロイ化を行なった。これに
より、第５図（ｄ）に示したような引出し電極５０８お
よびライン状電子放出部５０９を形成した。■Furthermore, from the vertical direction, for example, Au-G
Gold, which will form an ohmic bond to N-type GaAs such as e-alloy, is vacuum-deposited to a thickness of 0.2 μm, and then
Alloying was performed by heat treatment at ℃ for 3 minutes. As a result, an extraction electrode 508 and a linear electron emitting portion 509 as shown in FIG. 5(d) were formed.
この状態でＧａＡｓ基体５０１と引出し電極５０８との
間に４０Ｖの電圧を印加することにより、ライン状電子
放出部５０９から５ｍＡ以上の電子放出が得られた。By applying a voltage of 40 V between the GaAs substrate 501 and the extraction electrode 508 in this state, electron emission of 5 mA or more was obtained from the linear electron emitting portion 509.
■この素子の電子放出特性向上のために、第５図（ｅ）
に示したように、試料表面に垂直方向から仕事関数の低
い材料、例えばＬａＢ６５１０を厚さ２００入となるよ
うに真空蒸着した。■In order to improve the electron emission characteristics of this device, as shown in Fig. 5(e)
As shown in Figure 3, a material with a low work function, such as LaB6510, was vacuum-deposited vertically onto the sample surface to a thickness of 200 mm.
このようにして作威した電界放出型電子放出素子のＧａ
Ａｓ基体と引出し電極との間に電圧３０Ｖ以上を印加し
たところ、ライン状電子放出部から１０ｍＡ以上の電子
放出が得られた。Ga of the field emission type electron-emitting device created in this way
When a voltage of 30 V or more was applied between the As substrate and the extraction electrode, electron emission of 10 mA or more was obtained from the linear electron emitting portion.
（実施例３）
第６図は本発明の電界放出形電子放出素子をマルチ化し
た一例を示す図であり、素子表面付近の一部の斜視図で
ある。(Embodiment 3) FIG. 6 is a diagram showing an example of a multi-layered field emission type electron-emitting device of the present invention, and is a perspective view of a portion near the surface of the device.
各材料および作製条件は、第１図の（ａ）．（ａ′）〜
（ｃ），（ｃ’） と同様である。The materials and manufacturing conditions are shown in FIG. 1(a). (a')~
This is the same as (c) and (c').
本実施例では、電子放出部のピッチを行ピッチ２．０μ
ｍ１列ピッチ１．２μｍとし、２行８列を１車位として
、２５０μｍ口の中に６４１＃位を形成した。In this example, the pitch of the electron emitting parts is set to a row pitch of 2.0μ.
The pitch of m1 rows was 1.2 μm, and 2 rows and 8 columns were set as 1 car position, and 641# was formed in a 250 μm opening.
引出し電極６０２と電子放出部６０３の全てに電圧４５
Ｖを印加したところ、放出電流密度として８０００Ａ／
ａｍ’が得られた。A voltage of 45 is applied to all of the extraction electrode 602 and the electron emission part 603.
When V was applied, the emission current density was 8000A/
am' was obtained.
なお、本実施例は引出し電極が一体となっており、それ
ぞれの電子放出部は電気的に独立している場合について
示したが、引出し電極はそれぞれ電気的に独立していて
も一体であってもよく、また、各電子放出部は電気的に
共通であってもよい。In this example, the extraction electrodes are integrated and each electron emitting part is electrically independent. However, even if the extraction electrodes are electrically independent, they are not integrated. Alternatively, each electron emitting section may be electrically common.
［発明の効果］
以上説明したように、集束イオンビームを結晶材料に照
射し、そのイオン注入した部分のみを化学的に除去する
ことにより、従来困難であった３ミクロン以下の、微細
な電界放出型電子放出素子を形成できる。[Effects of the invention] As explained above, by irradiating a crystal material with a focused ion beam and chemically removing only the ion-implanted portion, it is possible to achieve fine field emission of 3 microns or less, which was previously difficult. type electron-emitting devices can be formed.
第１図は本発明を実施した電界放出型電子放出素子の一
例の断面図及び斜視図。第２図は本発明を実施するのに
使用した集束イオンビーム走査装置の一例を示す概略構
成図、第３図およず第４図は夫々注入量に対するエッチ
ング深さを示したグラフ、ｙｓｓ図は本発明を実施した
他の例の断面図．第６図は本発明を実施したマルチ化素
子の斜視図、第７図は従来の電界放出型電子放出素子の
一例を示す概略的部分断面図、第８図は第７図に示した
電界放出型電子放出素子の製造方法を説明するための概
略的工程図である。
１０１・・・基体、１０２・・・集束イオンビーム、１
０５・・・イオン注入領域、１０６・・・電界形成空間
、１０７・・・電極配線空間、１０８・・・先端の尖っ
たライン状の突起、１０９・・・引出し電極、１１０・
・・電極配線、１１１・・・ライン状電子放出部、１１
２・・・仕事関数の低い材料、２０１・・・Ａｕ−Ｓｉ
−Ｂｅ液体金属イオン源、２０２・・・電気的コンデン
サレンズ、２０３・・・ＥＸＢ貿量分Ｍ器、２０４・・
・対物レンズ、２０５ステージ装置、２０７・・・ター
ゲット、２０８・・・ＳＥＩ、２０９・・・ファラデー
カップ、５０１・・・基体、５０２・・・ＳｉＯ２膜、
５０３−Ａｕ”イオンビーム、５０４・・・Ｓｉ２ゝイ
オンビーム、５０５・・・水７尚状の注入領域、５０６
・・・電界形成空間、５０７・・・先端の尖った点状の
突起、５０８・・・引出し電極、５０９・・・点状電子
放出部。
第
２
図
第
３
図
第
５
図
第
４
図
Ｓｉ注大量［イオン／ｃｍ２］
第
６
図
６０４FIG. 1 is a cross-sectional view and a perspective view of an example of a field emission type electron-emitting device embodying the present invention. Fig. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of a focused ion beam scanning device used to carry out the present invention, and Figs. 3 and 4 are graphs and yss diagrams showing etching depth versus implantation amount, respectively. is a sectional view of another example implementing the present invention. FIG. 6 is a perspective view of a multi-layer device embodying the present invention, FIG. 7 is a schematic partial cross-sectional view showing an example of a conventional field emission type electron-emitting device, and FIG. 8 is a field emission device shown in FIG. 7. FIG. 3 is a schematic process diagram for explaining a method for manufacturing a type electron-emitting device. 101...Base, 102...Focused ion beam, 1
05... Ion implantation region, 106... Electric field formation space, 107... Electrode wiring space, 108... Line-shaped projection with a pointed tip, 109... Extraction electrode, 110...
... Electrode wiring, 111 ... Line-shaped electron emission part, 11
2...Material with low work function, 201...Au-Si
-Be liquid metal ion source, 202... Electric condenser lens, 203... EXB trade volume M device, 204...
- Objective lens, 205 stage device, 207... target, 208... SEI, 209... Faraday cup, 501... base, 502... SiO2 film,
503-Au'' ion beam, 504...Si2'' ion beam, 505...Water 7-shaped implantation region, 506
. . . Electric field forming space, 507 . . . Point-like projection with a pointed tip, 508 . Fig. 2 Fig. 3 Fig. 5 Fig. 4 Fig. Si injection amount [ions/cm2] Fig. 6 Fig. 604
Claims (10)
た任意のレーストラック型形状の周囲に沿って集束イオ
ンビームを照射することにより、該基体中にイオン注入
領域を形成し、 該基体に化学的エッチング処理を施すことにより前記イ
オン注入領域を除去して底部にライン状の突起を有する
電界形成空間を形成し、 該ライン状の突起を導電性材料で被覆することによりラ
イン状電子放出部を形成し、 前記基体の表面の前記電界形成空間以外の部分を導電性
材料で被覆することにより、前記ライン状電子放出部と
電界を形成する引出し電極を形成したことを特徴とする
電界放出型電子放出素子。(1) By irradiating a focused ion beam along the periphery of an arbitrary racetrack shape set on the surface of a base formed of an insulating material, an ion implantation region is formed in the base; The ion-implanted region is removed by chemical etching to form an electric field forming space having a line-shaped protrusion at the bottom, and the line-shaped protrusion is covered with a conductive material to form a line-shaped electron emitting region. A field emission type characterized in that a part of the surface of the base body other than the electric field forming space is coated with a conductive material to form an extraction electrode that forms an electric field with the linear electron emitting part. Electron-emitting device.
材料により形成された基体の表面に設定した任意のレー
ストラック型形状の周囲に沿つて集束イオンビームを照
射することにより該基体中にイオン注入領域を形成し、 該基体に化学的エッチング処理を施すことにより前記イ
オン注入領域を除去して底部にライン状の突起を有する
電界形成空間を形成し、 該ライン状の突起を導電性材料で被覆することによりラ
イン状電子放出部を形成し 前記基体の表面の前記電界形成空間以外の部分を導電性
材料で被覆することにより、前記ライン状電子放出部と
電界を形成する引出し電極を形成したことを特徴とする
電界放出型電子放出素子。(2) A focused ion beam is irradiated along the periphery of an arbitrary racetrack shape set on the surface of a substrate formed of a semiconductor material or a conductive material and has an insulating layer on the surface. forming an ion implantation region in the substrate, removing the ion implantation region by chemically etching the substrate to form an electric field forming space having a line-shaped protrusion at the bottom, and making the line-shaped protrusion conductive; A linear electron emitting region is formed by coating with a material, and a portion of the surface of the base other than the electric field forming space is coated with a conductive material, thereby forming an extraction electrode that forms an electric field with the linear electron emitting region. A field emission type electron emitting device characterized in that:
ことを特徴とする請求項２に記載の電界放出型電子放出
素子。(3) The field emission type electron-emitting device according to claim 2, wherein the insulating layer is formed by vacuum deposition.
れたことを特徴とする請求項１〜３に記載の電界放出型
電子放出素子。(4) The field emission type electron-emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the linear electron-emitting portion is formed by vacuum deposition.
を特徴とする請求項１〜３に記載の電界放出型電子放出
素子。(5) The field emission type electron-emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the extraction electrode is formed by vacuum deposition.
空蒸着により同時に形成されたことを特徴とする請求項
１〜３に記載の電界放出型電子放出素子。(6) The field emission type electron-emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the linear electron-emitting portion and the extraction electrode are formed simultaneously by vacuum evaporation.
イオンビームの加速電圧、注入イオン量および／または
注入イオン種により制御されたことを特徴とする請求項
１〜６に記載の電界放出型電子放出素子。(7) Field emission according to any one of claims 1 to 6, wherein the depth and shape of the electric field forming space are controlled by the acceleration voltage of the focused ion beam, the amount of implanted ions, and/or the species of implanted ions. type electron-emitting device.
ための処理がなされていることを特徴とする請求項１〜
７に記載の電界放出型電子放出素子。(8) Claims 1 to 3 are characterized in that a treatment is performed to lower the work function of the line-shaped electron emitting section.
7. The field emission type electron-emitting device according to 7.
状電子放出部の表面を被覆することにより、前記ライン
状電子放出部の仕事関数を低下させていることを特徴と
する請求項８に記載の電界放出型電子放出素子。(9) The work function of the linear electron emitting portion is reduced by coating the surface of the linear electron emitting portion with a material having a lower work function than the base body. The field emission type electron-emitting device described above.
イン状電子放出部が複数個形成されていることを特徴と
する請求項１〜９に記載の電界放出型電子放出素子。(10) The field emission type electron-emitting device according to any one of claims 1 to 9, wherein a plurality of the electric field forming spaces and the linear electron-emitting portions are formed on a single substrate.
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP23393889A JP2790219B2 (en) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | Field emission type electron-emitting device |
| EP90117198A EP0416625B1 (en) | 1989-09-07 | 1990-09-06 | Electron emitting device, method for producing the same, and display apparatus and electron scribing apparatus utilizing same. |
| DE69025831T DE69025831T2 (en) | 1989-09-07 | 1990-09-06 | Electron emitting device; Manufacturing method of electron emitting device, manufacturing method thereof, and display device and electron beam writing device using this device. |
| US07/994,459 US5391956A (en) | 1989-09-07 | 1992-12-21 | Electron emitting device, method for producing the same and display apparatus and electron beam drawing apparatus utilizing the same |
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