JPH04109539A - 真空管 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は電子源より放出された電子の流れを制御するこ
とで、増幅、発振作用を持つ真空管及び表示作用を持つ
表示装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来平面基板上に平面状に構成されている真空管として
は、電子源（以下カソード）と電子の流れを制御する電
極（以下ゲート）と電子を集める電８１（以下コレクタ
）がそれぞれ単層で独立に同一基板上に構成されている
三極真空管が知られている（米国特許第４８２７１７７
号明細書）。

また多数の電子放出源を同一基板上に有する構成におい
ては、カソード、ゲート、コレクタが直線状にほぼ同一
の厚さで互いに平行になるように配置されていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記従来例では、ゲート及びコレクタの配
置がカソードより放出された電子の発散を考慮してなさ
れていないため、カソードより放出された電子の一部だ
けがケートによって制御され、真空管の特性の一つであ
る相互コンダクタンスが小さく良好な増幅及び発振作用
が得られにくかった。

また、カソード、ゲート、コレクタを直線状に配置した
ため、多数のカソードを用いる構成では一つの能動素子
領域が縦長になるため、基板上に集積化する際にレイア
ウト上の制約や結線上の制約が生じるという問題があっ
た。

また、蛍光体を用いて表示を行なう表示装置も、蛍光面
をコレクタとみなせば、広い意味での真空管装置となり
上述と同様の問題かあった。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明の真空管
によれば同一基板上のコレクタ、カソード、ゲートの配
置においてコレクタを中心としてその周囲にゲートを設
け、このゲートの周囲にカソードを構成し、さらにコレ
クタ、ゲート、カソードが順に層構成となるように絶縁
層で隔てられるように構成することにより、電子が外周
から内側に向かって放出され、中心部のコレクタで集め
られるようにしたものである。

また、本発明の表示装置によれば蛍光体及び同一基板上
のカソード、ゲート′（グリッド）の配置において基板
外部の蛍光体を中心として基板上にゲートを設け、この
ゲートの周囲にカソードを構成し、さらにゲート、カソ
ードが層構成となるように絶縁層で隔てられるように構
成することにより、電子が外周から内側に向かって放出
され、基板外部の蛍光体に衝突するようにしたものであ
る。

以下、−例として本発明の真空管の動作を第７図を用い
て説明するが、本発明の表示装置の動作もコレクタを蛍
光体とみなせば同様の動作となる。

第７図では、カソードとして電界により電子が放出する
ように加工された鋭角形状電極４ａ（以下、ティップと
いう）とティップ４に電界をかけるための引き出し電Ｍ
１３を用いた１つの電界放出電子源を用いている。引き
出し電ＦｊＬ３とティップ４ａの間に高い電圧８をかけ
ることにより、ティップ４の先端の鋭い場所より電子が
放出される。この時の電界と放出電流の関係はファウラ
ーノルドハイムの式に従って放出される。電子の電流密
度はティップ４ａの先端の曲率半径が小さければ小さい
ほど高く、引き出し電極３とティップ４ａの間の距離を
近づけることによっても電子の放出電流密度が高くなる
。ティップ４ａの先端より放出された電子はある立体角
を持って発散するが、例えば第７図に示すように引き出
し電極３をティップ４ａよりも低い場所に形成すること
で、放出される電子のベクトルをほぼすべて基板に対し
て垂直下向ぎにすることが出来る。さらに、カソード及
びゲート電極２とコレクタ’ｔｉｌも異なる高さになる
ように異なる面上に形成することで、カソードより放出
された電子が確実にゲート電極２上部を通過しコレクタ
電極１に集められるようにした。これによりコレクタ電
極１に集められる電子の数が増大するだけでなくゲート
電、ｔｉ！ｉ２により制御される電子の数が増えたため
相互コンダクタンスが犬ぎくなり、増幅、発振作用が向
上した。

またコレクタ電ｉ１を中心としてゲート電極２及びカソ
ード電極（３と４）をコレクタ電極の周囲に配置するこ
とで、集積化に適する大きさに能動素子を形成すること
が出来るため、配線や素子の配置において自由度の大き
いものとなった。これにより浮遊の容量成分を減らすこ
とが出来たので、より高速なスイッチングを行なうこと
が可能となった。

［実施例］ 第１図は本発明の特徴を最もよく表わす図面であり、同
図に於て１はコレクタ電極、２はゲート電極、３は引き
出し電極、４は電子放出電極、５は絶縁性の基板であり
、第１図のＡ−Ａにおける断面は第２図に示されており
、真空管として動作させる場合の電源の結線は第７図に
示すものと同じである。

本実施例の真空管は石英による絶縁基板５上にＮｉにッ
ケル）を２００ｏ人蒸着し、ホトリソグラフィー技術を
用いてパターンを形成した後、硝酸セリウム系のエツチ
ング液を用いて余分なＮｉを除去しコレクタ電極１を形
成した。次に５ｉｎ２による絶縁層６−１をスパッタを
用いて蒸着し５０００人の厚さにした。次に５ｉＮ（チ
ッ化シリコン）膜７−１を熱ＣＶＤ１００Ｏ人でたい積
した後にホトリソグラフィー技術を用いて５ｉＮｉにパ
ターンを形成し、ＣＦ、を用いてドライエツチングを行
うことでゲートＮ８ｉ２のためのドーナツ形状の穴を形
成し、同じレジストを用いて、Ｎｉを蒸着することでセ
ルファラインにゲート電極２を形成した。このゲート電
極２を作るための行程をくり返して引き出し１Ｈ８ｉ３
、及び電子放出電極４を形成した。電子放出型ｉ４には
Ｗ（タングステン）を用いて電子線リソグラフィー技術
を用いてティップ先端の曲率半径が０．１μｍになるよ
うに電子線レジストを用いて描画しＣＦ４でエツチング
し、微細な電子放出電極４を形成した。次に引き比し電
極３の内径とほぼ同一の大きさのパターンをホトリソグ
ラフィー技術を用いて形成し、５ｉ０２とＳｉＮのフッ
酸系ウェットエツチング液とＣＦ４のドライエツチング
のエツチングレシオな用いて順にエツチングすることで
コレクタ電極１上部のＳ　ｉ　０２及びＳｉＮ層を取り
除き、第１図に示す真空管を形成した。

なお、コレクタ電極１、ゲート電極２、引き出し電極３
としてＮｉを用い、電子放出電極４としてＷを用いたが
、本素子の構成においては、これらの材料だけに限定さ
れるものではなく、また絶縁層も５ｉｎ２やＳｉＮの材
料に限定されるものではない。

次に本素子の動作について説明する。本素子を１Ｏ−６
Ｐａ以下の真空にて電子放出電極４と引き出し電極３と
の間にバイアスをかけ、引き出し電８ｉ３を正電位とす
る電界放出の原理に基き電子放出型＆４の先端部より電
子が放出される。この時、放出された電子の全てが一つ
の方向に揃って放出されるわ番プではなく、ある程度の
広がりをもって放出される。

この広がりによる真空管特性の悪化を防ぐために、引き
出し電８１ｉ３を電子放出電極４の水平方向よりやや下
に設置することで放出された電子のほとんどがゲート電
極２及びコレクタ電極１へと導かれる。電子がゲート電
極２を通過する際にゲートにかける電位を正にすると電
子は加速されてコレクタ電極１に到達し、負電位とする
と減速されてコレクタ電極１に達する電子の数が減少す
ることを利用して増幅、発振作用を確実に行なえるよう
になった。本実施例では電子源として電界放出型の電子
源を複数個用いることで、電子放出電流が安定でかつ比
較的容易なプロセスで真空管を構成することが可能とな
った。

第３図、第４図は本発明の第２の実施例を示したもので
ある。

第３図は製造途中段階における真空管の断面を示し、第
４図は製造最終段階における真空管の断面を示している
。

本実施例における第３図ではコレクタ電極１、ゲート電
極２、引き田し電ｆｉ３、及び電子放出電極４を前述の
ホトリソ技術及びエツチング技術を用いて形成し、Ｓｉ
Ｏ□による眉間絶縁だけを用いて順に堆積したものであ
る。それぞれの材料は第１の実施例と同じである。次に
電子放出電極４を第１の実施例と同様の方法で形成した
後にコレクタ電極１の外径と同程度のマスクを用いて、
コレクタ電極１上部が開口されるようにレジストを形成
し、電極層２，３及び絶縁層６−１゜６−２．６−３を
ウェットエツチングにて除去し、最終的に第４図に示さ
れるような断面図を持つ真空管を形成した。本実施例の
真空管によれば、製造の工程を大幅に減少でき、コスト
ダウンが可能となった。

第５図、第６図は本発明の第３の実施例を示す図であり
、蛍光体を用いて表示を行なう表示装置を示している。

ここで第５図は電子放出部とグリッドより構成される一
画素分の上面図、第６図は第５図のＡ−Ａ断面図を示し
ている。ここで１２はアパーチャーグリル、１１は蛍光
表示板を示している。

本実施例では前述の実施例と異なり、電子放出電極４が
絶縁性基板５に直接形成され、この電子放出部＆４より
も高い位置に引き出し電極３及びグリッド電極２′（真
空管のゲート電極に対応）を形成し、放出された電子が
効率よく基板外部に放出されるようにした。

放出された電子の軌道をグリッド電極２′によって収束
条件に制御し、蛍光表示板１１を光らせたり、発散条件
に制御し、電子をアパーチャーグリル１２に当てること
で見た目に電子の量が減ったようにすることでデイスプ
レーにおける階調表現を行うようにすることが出来た。

［発明の効果］ 以上説明したように、電子が基板に対して平行に出るよ
うな電子源を用いて真空管または表示装置を形成する時
に、電子の放出される方向が、完全に基板に対して平行
にならないように、引き出し電極、ゲート電極、コレク
タ電極または引き出し電極、グリッド電極の高さを変え
ることで効率良く放出された電子を利用し、電子管とし
ての特性を向上させる効果がある。特に三極真空管の構
成においては相互コンダクタンスの向上がある。

また素子全体を円形に配置することにより、集積基板に
おいて、レイアウト上の自由度が大きくなり、これによ
り配線の抵抗、浮遊容量等を減らしてより高速な動作が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例である真空管の上面図、
第２図は第１図におけるＡ−Ａ断面図、第３．４図は第
２の実施例である真空管の工程中の断面図、第５．６図
は第３の実施例である表示装置、第７図は電源の配置及
び動作原理を示す図である。 １・・・コレクタ電極、　　２・・・ゲート電極、２′
・・・グリッド電極、３・・・引き出し電極、４・・・
電子放出電極、　　４ａ・・・ティップ、５・・・絶縁
基板、 ６−１．　６−２．　６−３．　７−１．　７−２゜７
−３・・・絶縁層、 ８．９．１０，１３．１４・・・電源、１１・・・蛍光
表示板、 １２・・・アパーチャーグリル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、同一基板上に少なくとも１つの電子を放出する電子
   源と少なくとも１つの電子の流れを制御する電極と電子
   を受けとめる電極が絶縁層によって隔てられて層状に構
   成されていることを特徴とする真空管。 ２、電子を放出する電子源、電子の流れを制御する電極
   及び電子を受けとめる電極が円形状である特許請求の範
   囲第１項記載の真空管。 ３、電子を放出する電子源、電子の流れを制御する電極
   及び電子を受けとめる電極が同心円状に配置されている
   特許請求の範囲第２項記載の真空管。 ４、電子を放出する電子源が鋭角形状電極と引き出し電
   極によつて構成され、かつ、鋭角形状電極と引き出し電
   極が異なる平面上に構成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の真空管。 ５、最外周に電子を放出する電子源が構成されている特
   許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の真空管。 ６、蛍光体を用いて表示を行なう表示装置において、同
   一基板上に少なくとも１つの電子を放出する電子源と少
   なくとも１つの電子の流れを制御する電極が絶縁層によ
   って隔てられて層状に構成されていることを特徴とする
   表示装置。 ７、電子を放出する電子源、電子の流れを制御する電極
   が円形状である特許請求の範囲第６項記載の表示装置。 ８、電子を放出する電子源、電子の流れを制御する電極
   及び蛍光体が同心円状に配置されている特許請求の範囲
   第７項記載の表示装置。 ９、電子を放出する電子源が鋭角形状電極と引き出し電
   極によって構成され、かつ、鋭角形状電極と引き出し電
   極が異なる平面上に構成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第６項、第７項又は第８項記載の表示装置
   。 １０、最外周に電子を放出する電子源が構成されている
   特許請求の範囲第６項、第７項又は第８項記載の表示装
   置。