JPH04118829A - Electron emission device - Google Patents

Electron emission device

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Publication number
JPH04118829A
JPH04118829A JP2337953A JP33795390A JPH04118829A JP H04118829 A JPH04118829 A JP H04118829A JP 2337953 A JP2337953 A JP 2337953A JP 33795390 A JP33795390 A JP 33795390A JP H04118829 A JPH04118829 A JP H04118829A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control electrode
cathode material
material layer
electron
electron beam
Prior art date
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Pending
Application number
JP2337953A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Kaneko
彰 金子
Susumu Sugano
菅野 享
Kaoru Tomii
冨井 薫
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2337953A priority Critical patent/JPH04118829A/en
Publication of JPH04118829A publication Critical patent/JPH04118829A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain an electron beam of high quality and of high precision by causing an electric field to be concentrated on an edge portion of a cathode material layer and using a first control electrode to cause the electron beam to be so directed as not to advance toward second control electrodes, thereby causing a centrally directing force to be produced. CONSTITUTION:A cathode material layer 2 and first and second control electrodes 5, 7 are connected to a power supply such that the layer 2 is negative and the electrodes 5, 7 are positive. A voltage having a level higher than a prescribed level determined depending upon the cathode material layer 2 is applied between both the electrodes, thereby causing an electric field to be concentrated onto edge portions 4 of the layer 2 and thereby causing electrons to be emitted out into an ambient vacuum zone from the edge portions 4. The electron thus liberated into the vacuum zone has its orbit determined along a line of electric force having a voltage which is determined depending upon the first control electrode 5, second control electrode 7 and cathode material layer 2. Therefore, while no provision of the first control electrode 5 results in the moving of the emitted electron beam toward the second control electrode 7, i.e., spreading or scattering thereof, provision of the first control electrode 5 causes a centrally directing force to be produced toward a center of the electron emission device, namely, suppresses the spreading of the electron beam, thereby enabling increase in quality of the electron beam.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電子顕微鏡、電子ビーム露光装置、CRT等
、各種電子ビーム応用装置の電子発生源として利用する
ことができる電子放出素子忙関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an electron-emitting device that can be used as an electron source for various electron beam application devices such as electron microscopes, electron beam exposure devices, and CRTs. .

従来の技術 従来、電子顕微鏡、電子ビーム露光装置、CRT等にお
ける電子発生源として、熱電子を放出する熱陰極が用い
られている。しかし、熱陰極は陰極自体を加熱する加熱
手段を必要とし、また、加熱に伴うエネルギー損失が生
じるなどの問題がある。そこで、近年、加熱を必要とし
ない電子放出素子、いわゆる冷陰極に関する研究が行わ
れ、いくつかのタイプの電子放出素子が掃案されている
2. Description of the Related Art Conventionally, a hot cathode that emits thermoelectrons has been used as an electron generation source in an electron microscope, an electron beam exposure device, a CRT, and the like. However, hot cathodes require heating means to heat the cathode itself, and there are also problems such as energy loss due to heating. Therefore, in recent years, research has been conducted on electron-emitting devices that do not require heating, so-called cold cathodes, and several types of electron-emitting devices have been developed.

例えば、PN接合に逆バイアス電圧を印加し、電子なだ
れ降伏現象を起こさせて素子外へ電子を放出させるよう
忙した電子放出素子、または、金属層−絶縁体層−金属
層の3層構造で、上記両金属層に電圧を印加することに
より、トンネル効果で絶縁体層を透過してきた電子を金
属層表面から素子外へ放出させるMIM型の電子放出素
子、または、電界集中の生じやすい形状に形成した金属
に対し、電圧を印加して局所的に高密度な電界を発生さ
せ、金属から素子外へ電子を放出させる電界放出型の電
子放出素子などがある。
For example, an electron-emitting device in which a reverse bias voltage is applied to a PN junction to cause an electron avalanche breakdown phenomenon to emit electrons out of the device, or a three-layer structure consisting of a metal layer, an insulator layer, and a metal layer. , an MIM-type electron-emitting device that emits electrons that have passed through the insulating layer due to a tunnel effect to the outside of the device from the surface of the metal layer by applying a voltage to both metal layers, or a shape that tends to cause electric field concentration. There is a field emission type electron-emitting device, which applies a voltage to a formed metal to locally generate a high-density electric field, and causes the metal to emit electrons to the outside of the device.

これらの電子放出素子のうち、電界放出型の場合、電子
放出のため、陰極エミッタ先端に10v/(2)程度の
強電界が集中するように、その先端の曲率が数百血以下
となるように針状加工されている。
Among these electron-emitting devices, in the case of field-emission type devices, the curvature of the tip is made to be less than a few hundred meters so that a strong electric field of about 10 V/(2) is concentrated at the tip of the cathode emitter for electron emission. It is processed into a needle shape.

この電界放出型の電子放出素子は、一般に次のよような
長所を有する。
This field emission type electron-emitting device generally has the following advantages.

(1)電流密度が高い。(1) High current density.

(2)陰極を加熱する必要がないので電力消費が非常に
少ない。
(2) There is no need to heat the cathode, so power consumption is extremely low.

(3)  点(ポイント)および線(ライン)電子線源
として使用することができる。
(3) Can be used as point and line electron beam sources.

上記電界放出型の電子放出素子として、例えば、ジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジックス、39巻、7号
、3504頁、1968年(Journal of A
ppliedPhysics、 Vol、39、N00
7、P 3504.1968) K 記載すれているよ
うな構成が知られている。第6図(alは上記従来の電
子放出素子の製造途中の状態を示す断面図、第6図(b
lは従来の電子放出素子の製造完成状態を示す断面図で
ある。
As the above-mentioned field emission type electron-emitting device, for example, the one described in Journal of Applied Physics, Vol. 39, No. 7, p. 3504, 1968 (Journal of A
ppliedPhysics, Vol, 39, N00
7, P 3504.1968) K A configuration as described is known. FIG. 6 (al is a cross-sectional view showing the state of the conventional electron-emitting device in the middle of manufacturing, FIG. 6 (b)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional electron-emitting device in a completed state.

第6図(a)に示すように、まず、電気絶縁性基板10
1の上に導電性膜102、絶縁層103および導電性膜
104を順次蒸着し、その後リソグラフィー技術を用い
て導電性膜104および絶縁層103をエツチング除去
して空洞105の開口部を適当な物質106の回転斜蒸
着により漸次間じさせつつ、この開口部真上より陰極材
料107を正蒸着することにより、空洞105内におい
て導電性膜102上に先端側が次第に細くなる陰極エミ
ッタ突起108を形成する。最後に、物質106を除去
することにより、第6図(b)に示すように電子放出素
子を作製することができる。
As shown in FIG. 6(a), first, an electrically insulating substrate 10
A conductive film 102, an insulating layer 103, and a conductive film 104 are sequentially deposited on 1, and then the conductive film 104 and the insulating layer 103 are etched away using lithography technology, and the opening of the cavity 105 is filled with a suitable material. A cathode emitter protrusion 108 is formed on the conductive film 102 in the cavity 105 by gradually thinning the cathode material 107 from directly above the opening while gradually spacing it by rotating oblique evaporation 106. . Finally, by removing the substance 106, an electron-emitting device can be manufactured as shown in FIG. 6(b).

そして、導電性膜104が正、導電性膜102が負とな
るように電源109を接続し、陰極エミッタ突起108
の陰極材料107で定まる所定の電圧以上の電圧を印加
することにより、電界が集中する陰極エミッタ突起10
Bより電子を放出させることができる。
Then, a power source 109 is connected so that the conductive film 104 is positive and the conductive film 102 is negative, and the cathode emitter protrusion 108
By applying a voltage higher than a predetermined voltage determined by the cathode material 107 of the cathode emitter protrusion 10, the electric field is concentrated.
Electrons can be emitted from B.

また、上記電子放出素子をアレー化し、平面デイスプレ
ィに応用した試みもある(ジャパン・デイスプレィ ′
86、P512)。
There are also attempts to make the above electron-emitting devices into arrays and apply them to flat displays (Japan Display'
86, P512).

従来の電子放出素子の他の例として、本発明者等により
先に出願した特願平1−330740号に記載された構
成が知られている。第7図は上記従来の電子放出素子を
示す斜視図である。
As another example of the conventional electron-emitting device, the structure described in Japanese Patent Application No. 1-330740 previously filed by the present inventors is known. FIG. 7 is a perspective view showing the conventional electron-emitting device.

第7図に示すように、電気絶縁性基板111の上に陰極
材料層112と、この陰極材料層112を挾む絶縁体層
113とが形成され、絶縁体層113の上に制御電極1
14が形成されている。
As shown in FIG. 7, a cathode material layer 112 and an insulator layer 113 sandwiching the cathode material layer 112 are formed on an electrically insulating substrate 111, and a control electrode 1 is formed on the insulator layer 113.
14 is formed.

そして、制御電極114が正、陰極材料層112が負と
なるように電源(図示省略)を接続し、両者の間に所定
の電圧以上の電圧を印加することにより、制御電極11
3に対向する陰極材料層112のエツジ部115に電界
を集中させ、このエツジ部115より電子を放出させる
ことができる。
Then, by connecting a power source (not shown) so that the control electrode 114 is positive and the cathode material layer 112 is negative, and applying a voltage higher than a predetermined voltage between the two, the control electrode 11
By concentrating an electric field on the edge portion 115 of the cathode material layer 112 facing 3, electrons can be emitted from this edge portion 115.

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来例のうち、前者においては、空
洞105内に陰極エミッタ突起108を作製する際、回
転斜蒸着と真上から行う正蒸着を同時に行っているが、
この同時蒸着の制御を正確に行うことは非常に困難であ
る。
Problems to be Solved by the Invention However, in the former of the above conventional examples, when producing the cathode emitter protrusion 108 in the cavity 105, rotary oblique evaporation and forward evaporation performed from directly above are performed at the same time.
It is very difficult to accurately control this simultaneous vapor deposition.

また、後者においては、前者に比べ、製造が容易で、歩
留まりよく製造することができる利点を有するが、陰極
112 K対し、所定の大きさの正電位を与える制御電
極114が陰極112の両性側で、しかも、陰極112
より高い位置に配置されているため、陰極112より引
出された電子ビームが外側忙広がる傾向になり、電子ビ
ームの質が低下するという問題があった。
In addition, the latter has the advantage that it is easier to manufacture and can be manufactured at a higher yield than the former, but the control electrode 114 that provides a positive potential of a predetermined magnitude with respect to the cathode 112 K is placed on the amphoteric side of the cathode 112. Moreover, the cathode 112
Since the cathode 112 is disposed at a higher position, the electron beam extracted from the cathode 112 tends to spread outward, resulting in a problem that the quality of the electron beam deteriorates.

本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するもの
であり、質が高く、高精細な電子ビームを得ることがで
き、また、歩留まりよく製造することができ、信頼性を
向上させることができるようにした電子放出素子を提供
し、また、電子ビームを容易に、かつ安定して引出すこ
とができるようにした電子放出素子を提供することを目
的とするものである。
The present invention solves the problems of the prior art as described above, and makes it possible to obtain a high-quality and high-definition electron beam, as well as to manufacture with a high yield and improve reliability. It is an object of the present invention to provide an electron-emitting device that can easily and stably extract an electron beam.

課題を解決するだめの手段 上記目的を達成するための本発明の技術的解決手段は、
第1に、絶縁性基板と、この絶縁性基板の上に形成され
たエツジ部を有する陰極材料層と、この陰極材料層の上
に形成された絶縁体層と、この絶縁体層の上に形成され
た第1の制御電極と、これら陰極材料層、絶縁体層およ
び第1の制御電極の外側で上記絶縁性基板上に形成され
た絶縁体層およびこの絶縁体層の上に形成され、上記第
1の制御電極と電気的に接続された第2の制御電極とを
備えたものである。
Means for solving the problem The technical solution of the present invention for achieving the above object is as follows:
First, an insulating substrate, a cathode material layer having an edge portion formed on the insulating substrate, an insulator layer formed on the cathode material layer, and an insulator layer formed on the insulator layer. a first control electrode formed, an insulator layer formed on the insulating substrate outside the cathode material layer, the insulator layer and the first control electrode, and an insulator layer formed on the insulator layer; The device includes a second control electrode electrically connected to the first control electrode.

第2に、第1の制御電極と第2の制御電極との電気的接
続が、陰極材料層と絶縁性基板の所定の部分の上に形成
された絶縁体層上の電気的接続部を介してなされるもの
である。
Second, the electrical connection between the first control electrode and the second control electrode is via an electrical connection on an insulator layer formed on the cathode material layer and a predetermined portion of the insulating substrate. It is something that can be done.

第3に、第1の制御電極と第2の制御電極との電気的接
続が、陰極材料層と、この陰極材料層上に形成された絶
縁体層と、絶縁性基板上に形成された絶縁体層と、陰極
材料層の外側に所定の間隔をおいて形成された絶縁体層
を通り、絶縁された電気的接続部を介してなされるもの
である。
Third, the electrical connection between the first control electrode and the second control electrode is made through a cathode material layer, an insulator layer formed on this cathode material layer, and an insulator formed on an insulating substrate. This is done through an insulated electrical connection through an insulator layer formed at a predetermined distance on the outside of the cathode material layer and the cathode material layer.

第4に、上記第1の技術的解決手段において、上記第2
の制御電極の上に形成された絶縁体層と、この絶縁体層
の上に形成された引出し電極を備えたものである。
Fourthly, in the first technical solution, the second
An insulator layer is formed on the control electrode, and an extraction electrode is formed on the insulator layer.

作用 したがって、本発明忙よれば、陰極材料層と第1、第2
の制御電極との間に電圧を印加すると、陰極材料層のエ
ツジ部に電界を集中させて電子な放出させるが、このと
き、第1の制御電極により電子ビームが第2の制御電極
の方向に向かないように抑えて電子ビームの向心力を生
じさせることができ、電子ビームの広がりを抑えること
ができる。また、構成が簡単であるので、容易に製造す
ることができる。
Therefore, according to the present invention, the cathode material layer and the first and second
When a voltage is applied between the control electrode and the cathode material layer, an electric field is concentrated on the edge of the cathode material layer and electrons are emitted. At this time, the first control electrode directs the electron beam toward the second control electrode. The centripetal force of the electron beam can be generated by suppressing the electron beam so that it is not directed, and the spread of the electron beam can be suppressed. Moreover, since the structure is simple, it can be easily manufactured.

また、引出し電極を備えることにより、放出された電子
ビームに加速度を与えることができる。
Further, by providing an extraction electrode, acceleration can be applied to the emitted electron beam.

実施例 以下、本発明の実施例について図面を8照しながら説明
する。
EXAMPLES Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明の第1の実施例について説明する。First, a first embodiment of the present invention will be described.

第1図は本発明の第1の実施例における電子放出素子の
断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of an electron-emitting device according to a first embodiment of the present invention.

その構成は第1図に示すように、ガラス、セラミックス
等からなる絶縁性基板1の中央部にMo。
As shown in FIG. 1, its structure is such that Mo is placed in the center of an insulating substrate 1 made of glass, ceramics, etc.

Ta、 W、 ZrC,LaB@等からなる陰極材料層
2が形成され、この陰極材料層2の上にStow、 A
Itos。
A cathode material layer 2 made of Ta, W, ZrC, LaB@, etc. is formed, and on this cathode material layer 2 Stow, A
Itos.

5LNa等の絶縁体層3が形成されている。この絶縁体
層3は陰極材料層2のエツジ部4が露出するような大き
さに設定されている。絶縁体層3の上にはMo、 Ta
、 Cr、 AI、 Au等からなる第1の制御電極5
が形成されている。絶縁性基板1の外周部の上には陰極
材料層2、絶縁体層3および第1の制御電極5の外周に
対し、所定の間隔をおいてSio!、 Altos、 
5isNa等からなる絶縁体層6が形成され、この絶縁
体層6の上にMo、 Ta、 Cr、 AI。
An insulator layer 3 made of 5LNa or the like is formed. This insulator layer 3 is set to a size such that the edge portion 4 of the cathode material layer 2 is exposed. Mo, Ta are on the insulator layer 3.
, Cr, AI, Au, etc., the first control electrode 5
is formed. On the outer periphery of the insulating substrate 1, Sio! , Altos,
An insulator layer 6 made of 5isNa or the like is formed, and on this insulator layer 6 are made of Mo, Ta, Cr, AI.

Au等からなる第2の制御電極7が形成されている。A second control electrode 7 made of Au or the like is formed.

第1の制御電極5と第2の制御電極7とは電気的に接続
されている。
The first control electrode 5 and the second control electrode 7 are electrically connected.

この第1および第2の制御電極5および7の電気的接続
は、例えば、第2図の本発明の一実施例における電子放
出素子の平面図(第2図(a))および、その1−1′
断面図(第2図(b))に示すように(同一部位は同一
番号で示す。)、陰極材料層2の露出部の一部および陰
極材料層2とその周囲の絶縁体層6との間の絶縁性基板
1の露出部分の一部ニ5iOs、 Altos、 5i
sNa等からなる絶縁体層8が形成され、この絶縁体層
8の上にMo、 Ta、 Cr。
The electrical connection between the first and second control electrodes 5 and 7 can be seen, for example, in the plan view of the electron-emitting device in one embodiment of the present invention shown in FIG. 1′
As shown in the cross-sectional view (FIG. 2(b)) (the same parts are indicated by the same numbers), a part of the exposed part of the cathode material layer 2 and the connection between the cathode material layer 2 and the surrounding insulator layer 6 are shown. A part of the exposed part of the insulating substrate 1 between 5iOs, Altos, 5i
An insulator layer 8 made of sNa or the like is formed, and on this insulator layer 8 are made of Mo, Ta, Cr.

AI、 Au等からなる電気的接続部9が形成され、第
1の制御電極5と第2の制御電極7が電気的に接続され
ている。
An electrical connection portion 9 made of AI, Au, etc. is formed, and the first control electrode 5 and the second control electrode 7 are electrically connected.

以上の構成において、以下、その動作について説明する
The operation of the above configuration will be described below.

陰極材料層2が負、第1および第2の制御電極5および
7が正となるように電源(図示省略)に接続し、陰極材
料層2によって定まる所定の電圧以上の電圧を両者の間
に印加することにより、陰極材料層2のエツジ部4に電
界を集中させ、エツジ部4より電子を外部の真空中に放
出させる。真空中に放出された電子は、第1の制御電極
5、第2の制御電極7と陰極材料層2によって定まる電
圧の電気力線に沿ってその軌道が定まる。したがって、
第1の制御電極5がないと、その電気力線は第2の制御
電極7の方向、すなわち、電子放出素子の中心部より外
側に向く電気力線に沿った軌道となり、放出電子ビーム
が広がってしまうが、第1の制御電極5を備えることに
より、電子放出素子の中心部への向心力を生じ、電子ビ
ームの広がりを抑え、その質を向上させることができる
Connect to a power source (not shown) so that the cathode material layer 2 is negative and the first and second control electrodes 5 and 7 are positive, and a voltage higher than a predetermined voltage determined by the cathode material layer 2 is applied between them. By applying the electric field, the electric field is concentrated on the edge portion 4 of the cathode material layer 2, and electrons are emitted from the edge portion 4 into an external vacuum. The trajectory of the electrons emitted into the vacuum is determined along the lines of electric force of the voltage determined by the first control electrode 5, the second control electrode 7, and the cathode material layer 2. therefore,
Without the first control electrode 5, the lines of electric force would follow the direction of the second control electrode 7, that is, along the lines of electric force pointing outward from the center of the electron-emitting element, and the emitted electron beam would spread. However, by providing the first control electrode 5, it is possible to generate a centripetal force toward the center of the electron-emitting device, suppress the spread of the electron beam, and improve the quality of the electron beam.

なお、絶縁体層6および第2の制御電極7は上記実施例
では周囲を囲むように形成したが、陰極材料層2、絶縁
体層3および第1の制御電極5の両側を挾むように形成
してもよい。
Although the insulator layer 6 and the second control electrode 7 were formed to surround the periphery in the above embodiment, they were formed to sandwich the cathode material layer 2, the insulator layer 3, and the first control electrode 5 on both sides. You can.

次に、本発明の第3の実施例について説明する。Next, a third embodiment of the present invention will be described.

第3図(a)、 (b)は本発明の第3の実施例におけ
る電子放出素子を示し、第3図(alは平面図、第3図
1blは第3図(alのn −n’線に沿う断面図であ
る。
3(a) and 3(b) show an electron-emitting device according to a third embodiment of the present invention, FIG. 3 (al is a plan view, FIG. It is a sectional view along a line.

第3図(al、 (b)に示すように、絶縁性基板1は
その上に絶縁体層10を有し、絶縁体層10の中央部上
にリング状の陰極材料層2が形成され、陰極材料層2の
上および陰極材料層2の内側の絶縁体層10の露出部上
に絶縁体層3が形成されている。この絶縁体層3は陰極
材料層2のエツジ部4が露出するような大きさに設定さ
れている。絶縁体層3の上には第1の制御電極5が形成
されている。絶縁体層10の外周部の上には陰極材料層
2、絶縁体層3および第1の制御電極5の外周に対し、
所定の間隔をおいて絶縁体層6が形成され、この絶縁体
層6の上に第2の制御電極7が形成されている。
As shown in FIGS. 3(al) and (b), the insulating substrate 1 has an insulating layer 10 thereon, and a ring-shaped cathode material layer 2 is formed on the center of the insulating layer 10. An insulator layer 3 is formed on the cathode material layer 2 and on the exposed portion of the insulator layer 10 inside the cathode material layer 2. This insulator layer 3 has an exposed edge portion 4 of the cathode material layer 2. A first control electrode 5 is formed on the insulator layer 3. A cathode material layer 2 and an insulator layer 3 are formed on the outer periphery of the insulator layer 10. and the outer periphery of the first control electrode 5,
An insulator layer 6 is formed at predetermined intervals, and a second control electrode 7 is formed on this insulator layer 6.

そして、絶縁体層3、陰極材料層2、絶縁体層10およ
び絶縁体層6を通り、絶縁された電気的接続部11が形
成され、この電気的接続部11により第1の制御電極5
と第2の制御電極7が電気的に接続されている。
Then, an insulated electrical connection part 11 is formed through the insulator layer 3, cathode material layer 2, insulator layer 10, and insulator layer 6, and this electrical connection part 11 connects the first control electrode 5.
and the second control electrode 7 are electrically connected.

本実施例の各部に用いる材料および本実施例による動作
については上記第1の実施例と同様であるので、その説
明を省略する。
The materials used for each part of this embodiment and the operation of this embodiment are the same as those of the first embodiment, so the explanation thereof will be omitted.

次K、本発明の第4の実施例について説明する。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

第4図は本発明の第4の実施例における電子放出素子を
示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing an electron-emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.

本実施例忙おいては、上記第1の実施例と同一部分につ
いては同一符号を付してその説明を省略し、異なる構成
について説明する。第4図に示すように、第2の制御電
極7の上にSin、、 AI!01゜5iaNa等から
なる絶縁体層12が形成され、この絶縁体層12ノ上に
Mo、 Ta、 W、 Cr、 AI、 Au等からな
る引出し電極13が形成されている。
In this embodiment, the same parts as in the first embodiment are given the same reference numerals, and the explanation thereof will be omitted, and the different configurations will be explained. As shown in FIG. 4, there are Sin, AI! on the second control electrode 7. An insulator layer 12 made of 01°5iaNa or the like is formed, and an extraction electrode 13 made of Mo, Ta, W, Cr, AI, Au or the like is formed on this insulator layer 12.

以上の構成において、以下、その動作について説明する
The operation of the above configuration will be described below.

陰極材料層2が負、第1および第2の制御電極5および
7が正となるように電源(図示省略)に接続し陰極材料
層2によって定まる所定の電圧以上の電圧を両者の間に
印加することにより、陰極材料層2のエツジ部4に電界
を集中させ、エツジ部4より電子を外部の真空中に放出
させる。真空中に放出された電子は、上記第1の実施例
で説明したように、第1の制御電極5による働きで、電
子放出素子の中心部への向心力を生じ、広がりの抑えら
れた電子ビームとなる。ここで、陰極材料層2と第1お
よび第2の制御電極5および7の間が所定の電圧以下の
電圧印加であれば、電子は陰極材料層2から真空中へ放
出されないため、この両者の電圧を制御することにより
、電子の放出量を制御することができる。また、引出し
電極13を第1および第2の制御電極5および7より高
い電位にすることにより、真空中に放出された電子に電
子放出素子の上方への加速度を与えることができ、電子
放出素子外への電子ビームの広がりを抑え、かつ電子ビ
ームを容易に引出すことができる。
Connect to a power source (not shown) so that the cathode material layer 2 is negative and the first and second control electrodes 5 and 7 are positive, and a voltage higher than a predetermined voltage determined by the cathode material layer 2 is applied between them. By doing so, an electric field is concentrated on the edge portion 4 of the cathode material layer 2, and electrons are emitted from the edge portion 4 into an external vacuum. As explained in the first embodiment, the electrons emitted into the vacuum generate a centripetal force toward the center of the electron-emitting element due to the action of the first control electrode 5, resulting in an electron beam whose spread is suppressed. becomes. Here, if a voltage lower than a predetermined voltage is applied between the cathode material layer 2 and the first and second control electrodes 5 and 7, electrons will not be emitted from the cathode material layer 2 into the vacuum. By controlling the voltage, the amount of electrons emitted can be controlled. Furthermore, by setting the extraction electrode 13 at a higher potential than the first and second control electrodes 5 and 7, it is possible to give upward acceleration to the electron emitting device to the electrons emitted into the vacuum. The spread of the electron beam to the outside can be suppressed and the electron beam can be easily extracted.

次に、本発明の電子放出素子の具体例について第5図(
al〜(g)に示す製造工程説明用断面図を参照しなが
ら製造工程と共に説明する。
Next, a specific example of the electron-emitting device of the present invention is shown in FIG.
The manufacturing process will be explained with reference to the cross-sectional views shown in al to (g) for explaining the manufacturing process.

第5図(a)に示すように、絶縁性基板1として、厚さ
1mmのガラス板を用い、まず、この絶縁性基板1の中
央部の上にMo、あるいはW等からなる陰極材料層2を
電子ビーム蒸着法、あるいはスパッター蒸着法により厚
さ200〜−400 nm、幅10〜50μm、長さ2
00μmに形成した。次に、第5図(blに示すように
、絶縁性基板1の露出部上および陰極材料層2の両側部
上にレジス目4のパターンを厚さ1.5μm、隙間′5
〜48μmに形成した。次に、第5図(clに示すよう
に、レジスト14および陰極材料層2の上方から、絶縁
体層3として5ins等を厚さ800nm〜1μm、第
1の制御電極5として導電体であるMo、あるいはCr
等を厚さ200〜400 nmK電子ビーム蒸着法、あ
るいはスパッター蒸着法で連続して形成した。次に、レ
ジスト14をリフト・オフすることにより、第5図(山
に示すように、陰極材料層2の上に絶縁体層3および第
1の制御電極5を形成した。次に、第5図(elに示す
ように、リソグラフィー技術を用い、第1の制御電極5
、陰極材料層2および絶縁性基板1の露出部の一部ヲ覆
つようにマスク15のパターンを幅12〜55μm、厚
さ2.5μmに形成した。次に、第5図山に示すように
、マスク15および絶縁性基板1の上方から絶縁体層6
として5insを800nm〜1μm1第2の制御電極
7として導電体であるMOlあるいはCrを厚さ200
〜400 nm、絶縁体層12として5ins等を80
0nm〜1μm1引出し電極13として導電体であるM
OlあるいはCrを200〜400 nmに電子ヒーム
蒸着法、あるいはスパッター蒸着法により連続して形成
した。その後、マスク15をリフト・オフすることによ
り、第5図(g)に示すように、第2の制御電極7およ
び引出し電極13を有する電子放出素子を作製した。上
記のようにして作製した電子放出素子を用い、螢光面上
に電子ビームを結像したところ、幅10〜55μm、長
さ2004mの良好な電子ビーム像が得られた。
As shown in FIG. 5(a), a glass plate with a thickness of 1 mm is used as the insulating substrate 1, and a cathode material layer 2 made of Mo, W, etc. is placed on the center of the insulating substrate 1. The thickness is 200 to -400 nm, the width is 10 to 50 μm, and the length is 2 by electron beam evaporation or sputter evaporation.
00 μm. Next, as shown in FIG.
It was formed to a thickness of ~48 μm. Next, as shown in FIG. 5 (cl), from above the resist 14 and the cathode material layer 2, an insulator layer 3 of 5ins or the like is formed to a thickness of 800 nm to 1 μm, and a first control electrode 5 is made of a conductive material such as Mo. , or Cr
etc. were continuously formed to a thickness of 200 to 400 nm by K electron beam evaporation or sputter evaporation. Next, by lifting off the resist 14, an insulator layer 3 and a first control electrode 5 were formed on the cathode material layer 2, as shown in FIG. As shown in the figure (el), the first control electrode 5 is
A pattern of a mask 15 was formed to have a width of 12 to 55 μm and a thickness of 2.5 μm so as to partially cover the exposed portions of the cathode material layer 2 and the insulating substrate 1. Next, as shown in FIG. 5, the insulating layer 6 is
5ins to 800nm to 1μm 1 The second control electrode 7 is made of conductor MOI or Cr with a thickness of 200 nm.
~400 nm, 5ins etc. as insulator layer 12 for 80
0 nm to 1 μm 1 M as a conductor as the extraction electrode 13
Ol or Cr was continuously formed to a thickness of 200 to 400 nm by electron beam evaporation or sputter evaporation. Thereafter, by lifting off the mask 15, an electron-emitting device having a second control electrode 7 and an extraction electrode 13 was produced as shown in FIG. 5(g). When an electron beam was imaged on a fluorescent surface using the electron-emitting device produced as described above, a good electron beam image with a width of 10 to 55 μm and a length of 2004 m was obtained.

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、陰極材料層と第1、
第2の制御電極との間に電圧を印加すると、陰極材料層
のエツジ部に電界を集中させて電子を放出させるが、こ
のとき、第1の制御電極により電子ビームが第2の制御
電極の方向に向かないように抑えて電子ビームの向心力
を生じさせることができ、電子ビームの広がりを抑える
ことができる。したがって、質が高く、高精細な電子ビ
ームを得ることができる。また、構成が簡単であるので
、容易に製造することができ、したがって、歩留まりを
向上させることができると共に、信頼性を向上させるこ
とができる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, the cathode material layer and the first,
When a voltage is applied between the second control electrode and the cathode material layer, the electric field is concentrated on the edge of the cathode material layer and electrons are emitted. At this time, the first control electrode directs the electron beam to the second control electrode. The centripetal force of the electron beam can be generated by suppressing the electron beam so that it is not directed in the same direction, and the spread of the electron beam can be suppressed. Therefore, a high-quality, high-definition electron beam can be obtained. Moreover, since the structure is simple, it can be manufactured easily, and therefore, the yield can be improved and reliability can be improved.

また、引出し電極を備えることにより、放出された電子
ビームに加速度を与えることができる。
Further, by providing an extraction electrode, acceleration can be applied to the emitted electron beam.

したがって、電子ビームを容易に、かつ安定して引出す
ことができる。
Therefore, the electron beam can be easily and stably extracted.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の第1の実施例における電子放出素子の
断面図を示し、第2図(alは本発明の第2の実施例に
おける平面図、第2図(b)は第2図(alの■−1′
線に沿う断面図、第3図(a)は本発明の第3の実施例
における平面図、第3図(b)は第3図(atのト」′
線に沿う断面図、第4図は本発明の第4の実施例におけ
る電子放出素子を示す断面図、第5図(a3〜(g)は
本発明の実施例における電子放出素子の製造工程説明用
断面図、第6図ta>は従来の電子放出素子の製造途中
の状態を示す断面図、第6図(blはその製造完成状態
を示す断面図、第7図は従来の他の例における電子放出
素子を示す斜視図である。 1・・・絶縁性基板、2・・・陰極材料層、3・・・絶
縁体層、4・・・エツジ部、5・・・第1の制御電極、
6・・・絶縁体層、7・・・第2の制御電極、8・・・
絶縁体層、9・・・電気的接続部、10・・・絶縁体層
、11・・・電気的接続部、12・・・絶縁体層、13
・・・引出し電極。 代理人の氏名 弁理士 小鍜治  明 ほか2名第 図 第2図 7第2の制卸電極 第 図 (b) 絶縁体層 第 図 6絶縁体層 第 図 (b) 第 図 第 図 第 図
FIG. 1 shows a cross-sectional view of an electron-emitting device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. (■-1' of al
3(a) is a plan view of the third embodiment of the present invention, and FIG. 3(b) is a sectional view taken along the line of FIG.
4 is a cross-sectional view showing an electron-emitting device according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6(ta) is a sectional view showing a conventional electron-emitting device in a state in the middle of manufacturing, FIG. 6(bl) is a sectional view showing a completed manufacturing state, and FIG. It is a perspective view showing an electron-emitting device. 1... Insulating substrate, 2... Cathode material layer, 3... Insulator layer, 4... Edge part, 5... First control electrode ,
6... Insulator layer, 7... Second control electrode, 8...
Insulator layer, 9... Electrical connection part, 10... Insulator layer, 11... Electrical connection part, 12... Insulator layer, 13
...Extraction electrode. Name of agent: Patent attorney Akira Okaji and two others Figure 2 Figure 7 Second control electrode Figure (b) Insulator layer Figure 6 Insulator layer Figure (b) Figure Figure 7

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)絶縁性基板と、この絶縁性基板の上に形成された
エッジ部を有する陰極材料層と、この陰極材料層の上に
形成された絶縁体層と、この絶縁体層の上に形成された
第1の制御電極と、これら陰極材料層、絶縁体層および
第1の制御電極の外側で所定の間隔をおいて上記絶縁性
基板上に形成された絶縁体層およびこの絶縁体層の上に
形成され、上記第1の制御電極と電気的に接続された第
2の制御電極とを備えた電子放出素子。
(1) An insulating substrate, a cathode material layer having an edge portion formed on the insulating substrate, an insulator layer formed on the cathode material layer, and a cathode material layer formed on the insulator layer. an insulator layer formed on the insulating substrate at a predetermined interval outside the cathode material layer, the insulator layer and the first control electrode; An electron-emitting device comprising a second control electrode formed thereon and electrically connected to the first control electrode.
(2)第1の制御電極と第2の制御電極との電気的接続
が、陰極材料層と絶縁性基板の所定の部分の上に形成さ
れた絶縁体層上の電気的接続部を介してなされているこ
とを特徴とする請求項1記載の電子放出素子。
(2) The electrical connection between the first control electrode and the second control electrode is via an electrical connection on an insulator layer formed on the cathode material layer and a predetermined portion of the insulating substrate. The electron-emitting device according to claim 1, characterized in that:
(3)第1の制御電極と第2の制御電極との電気的接続
が、陰極材料層と、この陰極材料層上に形成された絶縁
体層と、絶縁性基板上に形成された絶縁体層と、陰極材
料層の外側に所定の間隔をおいて形成された絶縁体層を
通り、絶縁された電気的接続部を介してなされているこ
とを特徴とする請求項1記載の電子放出素子。
(3) The electrical connection between the first control electrode and the second control electrode is made through a cathode material layer, an insulator layer formed on the cathode material layer, and an insulator formed on an insulating substrate. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting device is made through an insulated electrical connection portion through an insulating layer formed at a predetermined interval on the outside of the cathode material layer. .
(4)第2の制御電極の上に形成された絶縁体層と、こ
の絶縁体層の上に形成された引出し電極を備えたことを
特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の電子放
出素子。
(4) The method according to any one of claims 1 to 3, further comprising an insulating layer formed on the second control electrode and an extraction electrode formed on the insulating layer. Electron-emitting device.
JP2337953A 1990-05-16 1990-11-30 Electron emission device Pending JPH04118829A (en)

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JP12724290 1990-05-16
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003016916A (en) * 2001-07-03 2003-01-17 Canon Inc Electron emitting element, electron source and image forming device

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