JPH04106834A - 電界放出デバイスの製造方法 - Google Patents

電界放出デバイスの製造方法

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JPH04106834A
JPH04106834A JP2226116A JP22611690A JPH04106834A JP H04106834 A JPH04106834 A JP H04106834A JP 2226116 A JP2226116 A JP 2226116A JP 22611690 A JP22611690 A JP 22611690A JP H04106834 A JPH04106834 A JP H04106834A
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JP
Japan
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metal
substrate
forming
film
field emission
Prior art date
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Pending
Application number
JP2226116A
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English (en)
Inventor
Muneki Ran
蘭 宗樹
Koichi Ishii
石井 浩市
Chizuru Fujiwara
藤原 ちづる
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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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、微小な電界放出デバイスの製造方法に関し、
さらに詳しくは電界放出陰極及び三極管の製造方法に関
する。
〈従来の技術〉 第3図1第4図は従来より提案されている電界放出陰極
の製造方法を示す断面図である。
はじめに第3図の製造工程について簡単に説明する。
工程(1) シリコン基板20上に厚さ1,5μm程度の絶縁膜(S
i02)21を形成するとともに厚さ0゜5μm程度の
第1の金属11!22を形成し、この第1の金属膜22
をエツチングして直径2μm程度の微小な穴23を形成
する。
次に第1の金属膜22をマスクとして微小な穴23の下
に露出しな絶縁1!21のエッチジグを行って基板20
の面を露出させる。
(a)図繋照 工程(2) 第1の金属膜22を含む基板20上に第2の金属(A1
等)膜24を蒸着する。なお、第2の金属の蒸着に際し
ては穴23の中心軸を回転させながら角度φの方向から
金属粒子を飛来させる。
(b)図参照 工程(3) 第3の金属(MO)膜を蒸着により付着させ。
穴の底に円錐状の突起26を形成する。
(c)図参照 工程(4) 第1の金属膜上の第2.第3の金属膜24,25を除去
する。        (d)図参照次に第4図の製造
方法について説明する。
工程(1) シリコン基板20上に絶縁膜(SiO□)を形成し、所
定の形状にエツチングを行う。
(a)図参照 工程(2) 次にシリコンの異方性エツチング液を用いてエツチング
を行い、絶縁膜の下に突起25を形成する。     
        (b)図参照工程3) 突起25を含む基板20上に金属rm<w>を付着する
上記の製造方法によれば微細な陰極を得ることができる
〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、この様な電界電子放出陰極の先端の放出電界
強度は印加電圧(V)と先端径(R)の比(V/R)に
近似できる為、先端を尖鋭に加工できれば印加電圧も低
いもので済む、しかしながら、上記従来技術においては
金属薄膜の蒸着やSiの異方性エツチングでピラミッド
状の突起を作り、そのピラミッドの表面にWをコーティ
ングにより付着させているので先端の尖鋭化には限界が
あるという問題があった。 また、陰極には仕事関数が
低く高融点を有するWが適しているが、Wは比較的に電
気的抵抗が大きいので突起全体をWとした場合抵抗分に
よる電圧降下を補うように電子放出の為の電圧を高くし
なければならないという問題があり1第4図に示すもの
ではWの下部がSiのため抵抗分もあり、放熱性も悪い
という問題があった。
本発明は上記従来技術の問題を解決するために成された
もので、陰極先端の尖鋭化をはかるとともに突起の内部
の@極材料として低抵抗で耐熱性と放熱性の良い金属を
用いることにより放射効率が高く1電流密度の高い電界
放射デバイスを提供することを目的とする。
く課題を解決するための手段〉 上記従来技術の問題を解決する為の本発明の構成は、請
求項1においてはシリコンからなる第1の基板上に異方
性エツチングにより複数の微細な錐状の穴を形成する工
程と、前記穴を含む基板上に仕事関数が低く高融点を有
する第1の金a薄膜を付着させる工程と、前記第1の金
属薄膜上に高導電率性と高熱伝導率性を有する第2の金
属を付着させて平坦化させる工程と、前記平坦化した第
2の金属を第2の基板に固着する工程と、前記第1の基
板をエッチングにより除去して前記第1の金属を露出さ
せる工程により電界放出陰極を作製したものであり。
請求項2においては前記工程に引続き、第1の金属を含
む基板上に第1の絶縁膜を形成して前記第1の金属の先
端がわずかに埋まる程度に#[する工程と、前記第1の
絶縁膜上に第1の電極層を形成するとともにレジストを
塗布し、前記第1の金属の先端が位置する部分のレジス
トを除去し。
前記第1の電極層に穴をあけるとともに前記レジストを
除去する工程と、前記穴を含む第1のS極層上に第2の
絶縁膜を形成するとともに前記第2の絶縁膜上に第3の
金属膜を形成する工程と、前記第3の金属膜を含む基板
上にレジストを塗布し前記第1の金属の先端が位置する
部分のレジストを除去し、前記第3の金属に穴を開ける
工程と前記第3の金属膜及び第1の@極層をマスクとし
て前記第1.第2の絶縁膜をエツチングして前記第1の
金属を露出させる工程と、前記第3の金属膜上に第2の
電極層を形成する工程を含んで三極管を形成したもので
ある。
く作用〉 上記の構成によれば、突起を形成するに際し始めにSi
基板に異方性エツチングにより穴を形成し、この穴にW
の薄膜を形成し7次に高導電率と高熱伝導率を有する金
属を形成した後Siを除去して突起を露出させている。
その結果、穴の先端は尖鋭であり、かつWの内部は高導
電率と高熱伝導率を有している。そのため放射効率が高
く放熱性か良い。
〈実施例〉 以下1図面に従い本発明を説明する。第1図(a)〜(
e)は本発明の一実施例であり電界放出陰極の概略製造
工程を示している。工程に従って説明する。
工程(1) Stからなる第1の基板に異方性エツチングにより多数
(例えば5000〜1oooo個)の穴2を形成する。
この穴は<100>基板の上に〈110〉方向に四辺を
揃えた正方形の面を異方性エツチングすることにより逆
ピラミッド状に例えば2〜5μm程度の深さに形成する
(a)図参照 工程(2) 逆ピラミッド状の穴2を含む基板1上に仕事関数が低く
高融点を有する第1の金属(例えばW)薄膜3をスパッ
タや蒸着等により0.5μm程度の厚さに付着させる。
     (b)図参照工程(3) 第1の金属薄膜3を電極(陰極)として高導電率性と高
熱伝導率性を有する第2の金属(例えばCu)をめっき
により例えば50〜100μm程度の厚さに付着させ、
その表面を平坦化する。
(c)図参照 工程(4) 平坦化しためっき面をCuまたはCuの金属面を有する
AINなど放熱効果の高い数mmの厚さの基板に溶接等
の方法で接合する。
次に第1の基板をフッ硝酸等によりエツチングして除去
し第1の金属と第2の金属からなる突起6を露出させる
。       (d)図参照工程(5) 突起部を含む基板表面をCF aやSPs等のガスによ
りRIE (反応制イオンエツチング)を行う、このR
IEは基板表面の平坦部のW膜を除去するとともに突起
部のWがわずかく0.2μm程度の厚さ)に残る程度に
行う(この工程5は必ずしも必要ではない)。
以上の工程により電界放出陰極が完成する。
次に三極管の製造方法について第2図を用いてその概略
工程を説明する。なお、電界放出陰極を作製するまでの
工程は同様なので重複する説明は省略する。
工程(6) 突起6を含む基板上にSiO2やSi、N4またはこれ
らの混成層からなる第1の絶縁膜7を2μm程度の厚さ
に形成し、この絶縁膜の上に第1の電極層8及びレジス
トを積層する。次に突起の上部に位置するレジストを除
去し2μm程度の微細穴を形成する。       (
a)図参照工程(7) レジストをマスクとしてエツチングを行い第1の電極に
穴10−を形成した後レジストを除去する。     
        (b)図参照工程(8) 第1の電極層を含む基板上に第1の絶縁膜と同様の材質
で第2の絶縁膜11を2μm程度の厚さに形成し、この
第2の絶縁膜上に第3の金属膜を形成しエツチングによ
り穴13を形成する(レジストによるマスク形成工程は
ここでは省略する)(c)図参照 工程(9) 第3の金属膜をマスクとして第1.第2の絶縁膜のエツ
チングを行って突起6の頂部を露出させる。次に第3の
金属膜の上にコレクタとなる第2の電極14を重ねる。
     (d)図参照なお、工程6.8で用いる絶縁
膜はポリマー等の高分子材料であっても良い。また1本
実施例では3極管を示したが電極14を複数個絶縁膜を
介して積層し、多極管としても良い、 〈発明の効果〉 以上実施例とともに具体的に説明した様に本発明によれ
ば、陰極先端の尖鋭化をはかるとともに突起の内部の電
極材料を低抵抗で耐熱性と放熱性の良い金属を用いたの
で、放射効率が高く、電流密度の高い電界放射デバイス
を実現することかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明の一実論例を示す概略製作工程
図、第3図1第4図は従来の概略製作工程例を示す図で
ある。 1・・・第1の基板、2・・・穴、3第1の金属膜、4
・・・第2の金属膜、5・・・第2の基板、6・・・突
起、7・・・第1の絶縁膜、8・・・第1の電極層、9
・・・レジスト、11・・・第2の絶縁膜、12・・・
第3の金属膜14・・・第2の電極。 第1図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)電界放出陰極の製造方法において、 (1)シリコンからなる第1の基板上に異方性エッチン
    グにより複数の微細な錐状の穴を形成する工程と、 (2)前記穴を含む基板上に仕事関数が低く高融点を有
    する第1の金属薄膜を付着させる工程と、 (3)前記第1の金属薄膜上に高導電率性と高熱伝導率
    性を有する第2の金属を付着させて平坦化させる工程と
    、 (4)前記平坦化した第2の金属を第2の基板に固着す
    る工程と、 (5)前記第1の基板をエッチングにより除去して前記
    第1の金属を露出させる工程と、を含むことを特徴とす
    る電界放出陰極の製造方法。 2)三極管の製造方法において、 (1)シリコンからなる第1の基板上に異方性エッチン
    グにより複数の微細な錐状の穴を形成する工程と、 (2)前記穴を含む基板上に仕事関数が低く高融点を有
    する第1の金属薄膜を付着させる工程と、 (3)前記第1の金属薄膜上に第2の金属を付着させて
    平坦化させる工程と、 (4)前記平坦化した第2の金属を第2の基板に固着す
    る工程と、 (5)前記第1の基板をエッチングにより除去して前記
    第1の金属を露出させる工程と、 (6)前記第1の金属を含む基板上に第1の絶縁膜を形
    成して前記第1の金属の先端がわずかに埋まる程度に堆
    積する工程と、 (7)前記第1の絶縁膜上に第1の電極層を形成し、前
    記第1の金属の先端が位置する部分に穴をあける工程と
    、 (8)前記穴を含む第1の電極層上に第2の絶縁膜を形
    成するとともに前記第2の絶縁膜上に第3の金属膜を形
    成する工程と、 (9)前記第1の金属の先端が位置する上方の前記第3
    の金属膜に穴をあける工程と、 (10)前記第3の金属膜及び第1の電極をマスクとし
    て前記第1、第2の絶縁膜をエッチングして前記第1の
    金属を露出させる工程と、 (11)前記第3の金属膜上に第2の電極層を形成する
    工程、 を含むことを特徴とする三極管の製造方法
JP2226116A 1990-08-28 1990-08-28 電界放出デバイスの製造方法 Pending JPH04106834A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08138530A (ja) * 1994-11-16 1996-05-31 Nec Corp 電界放出型電子銃及びその製造方法
US5844250A (en) * 1993-02-10 1998-12-01 Futaba Denshi Kogyo K.K, Field emission element with single crystalline or preferred oriented polycrystalline emitter or insulating layer
KR100616634B1 (ko) * 2004-10-21 2006-08-28 류선윤 백금 에미터를 이용한 전계 방출 표시 소자 및 백금에미터의 제조 방법

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