JPH04138636A - 電界放出陰極 - Google Patents
電界放出陰極Info
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- JPH04138636A JPH04138636A JP2261892A JP26189290A JPH04138636A JP H04138636 A JPH04138636 A JP H04138636A JP 2261892 A JP2261892 A JP 2261892A JP 26189290 A JP26189290 A JP 26189290A JP H04138636 A JPH04138636 A JP H04138636A
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Landscapes
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- Micromachines (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
本発明は、陽極との間に電界を印加して電子を放出させ
る電界放出電極（別名、冷陰極）に関する。
る電界放出電極（別名、冷陰極）に関する。
従来、電界放出陰極は、半導体装置の製造と同様の微細
加工技術によって、第２図に示すように、導電性基板と
しての高不純物濃度（低抵抗）のシリコン基板１上に円
錐形状のカソードコーン２を設けると共に、そのカソー
ドコーン２の少なくとも一部を囲むように絶縁層３を設
け、その絶縁層３の上面にカソードコーン２の先端部分
に臨むように放出電子流制御用のゲート電極４を設けて
構成されている。そして、カソードコーン２の材質とし
て、従来では、モリブデンが用いられている（Ｃ，Ａ、
５ｐｌｎｄｔ、 １．Ｂｒｏｄｌｅ、 Ｌ、Ｈｕｍ
ｐｈｒｅｙ、 ａｎａ Ｅ、Ｒ。 Ｗｅｓｔｅｒｂｅｇ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＡｐｐＨ
ｅｄＰｙｓ１ｃｓ、 ｖｏｌ、４７゜ＮＯ，１２，ｌ）
、５２４８ ）。
加工技術によって、第２図に示すように、導電性基板と
しての高不純物濃度（低抵抗）のシリコン基板１上に円
錐形状のカソードコーン２を設けると共に、そのカソー
ドコーン２の少なくとも一部を囲むように絶縁層３を設
け、その絶縁層３の上面にカソードコーン２の先端部分
に臨むように放出電子流制御用のゲート電極４を設けて
構成されている。そして、カソードコーン２の材質とし
て、従来では、モリブデンが用いられている（Ｃ，Ａ、
５ｐｌｎｄｔ、 １．Ｂｒｏｄｌｅ、 Ｌ、Ｈｕｍ
ｐｈｒｅｙ、 ａｎａ Ｅ、Ｒ。 Ｗｅｓｔｅｒｂｅｇ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＡｐｐＨ
ｅｄＰｙｓ１ｃｓ、 ｖｏｌ、４７゜ＮＯ，１２，ｌ）
、５２４８ ）。
ところが、カソーコーンの材質としてのモリブデンは、
５ａｃｈｔｌｅｒによる（Ｔｒａｎｓ ３０１ Ｉｎｔ
ｅｒｎＶａｃｕｕｍ Ｃｏｎｇｒ、、 １９６５． ｖ
ｏｌ、１． ｐ、４１）データから、気体吸着のし易い
材料であり、気体を吸着すると電界放出時にマイクロデ
ィスチャージを発生し、時間的に電流が変化するゆらぎ
を惹起して放出電流を不安定にすることが知られている
（Ｔ、ＩＥＥ Ｊａｐａｎ。 ＶＯｌ、１１０−Ａ、 ＮＯ，６，−９０Ｐ、３５６）
。 また、モリブデンによるカソードコーンでは、円錐基部
の直径が１μｍ以下と小さくなり、この電界放出陰極を
バイポーラもしくはＭＯＳ型のシリコンデバイス或はマ
イクロマシンと組み合せた構造に用いる際、シリコン基
板１との間の接触電気抵抗がかなり大きくなる。 この接触電気抵抗が大きくなると、電流を多く流す場合
にその接触電気抵抗部で電圧降下が発生するので、より
大きな電圧を印加しなければならなくなる。また、この
とき、電子放出の速度分布に関して、接触電気抵抗部の
影響による分布の拡大（電子の速度のバラツキの拡大）
が起こることも知られている（Ｃ，Ａ、５ｐ１ｎｄｔ
ＮＡＳＡ−ＣＲ−１５９５７０または１．Ｂｒｏｄｌｅ
ＩＥＤＭ ８９１）、５２１ ）。 そこで本発明は、カソードコーンについて改良を施して
前記した問題を解決した電界放出陰極を提供せんとする
ものである。
５ａｃｈｔｌｅｒによる（Ｔｒａｎｓ ３０１ Ｉｎｔ
ｅｒｎＶａｃｕｕｍ Ｃｏｎｇｒ、、 １９６５． ｖ
ｏｌ、１． ｐ、４１）データから、気体吸着のし易い
材料であり、気体を吸着すると電界放出時にマイクロデ
ィスチャージを発生し、時間的に電流が変化するゆらぎ
を惹起して放出電流を不安定にすることが知られている
（Ｔ、ＩＥＥ Ｊａｐａｎ。 ＶＯｌ、１１０−Ａ、 ＮＯ，６，−９０Ｐ、３５６）
。 また、モリブデンによるカソードコーンでは、円錐基部
の直径が１μｍ以下と小さくなり、この電界放出陰極を
バイポーラもしくはＭＯＳ型のシリコンデバイス或はマ
イクロマシンと組み合せた構造に用いる際、シリコン基
板１との間の接触電気抵抗がかなり大きくなる。 この接触電気抵抗が大きくなると、電流を多く流す場合
にその接触電気抵抗部で電圧降下が発生するので、より
大きな電圧を印加しなければならなくなる。また、この
とき、電子放出の速度分布に関して、接触電気抵抗部の
影響による分布の拡大（電子の速度のバラツキの拡大）
が起こることも知られている（Ｃ，Ａ、５ｐ１ｎｄｔ
ＮＡＳＡ−ＣＲ−１５９５７０または１．Ｂｒｏｄｌｅ
ＩＥＤＭ ８９１）、５２１ ）。 そこで本発明は、カソードコーンについて改良を施して
前記した問題を解決した電界放出陰極を提供せんとする
ものである。
このために第１の発明は、導電性基板の上にカソードコ
ーンを設け、該カソードコーンの少なくとも一部を囲む
ように絶縁層を設け、該絶縁層の上に上記カソードコー
ンの先端部分に臨むようにゲート電極を設けて構成した
電界放出陰極において、上記カソードコーンの先端部分
を白金、パラジウム、イリジウム、ロジウムまたはそれ
らを含む合金で形成した。 第２の発明は、シリコン基板の上にカソードコーンを設
け、該カソードコーンの少なくとも一部を囲むように絶
縁層を設け、該絶縁層の上に上記カソードコーンの先端
部分に臨むようにゲート電極を設けて構成した電界放出
陰極において、上記シリコン基板と上記カソードコーン
との界面にシリサイド層を介在させて構成した。
ーンを設け、該カソードコーンの少なくとも一部を囲む
ように絶縁層を設け、該絶縁層の上に上記カソードコー
ンの先端部分に臨むようにゲート電極を設けて構成した
電界放出陰極において、上記カソードコーンの先端部分
を白金、パラジウム、イリジウム、ロジウムまたはそれ
らを含む合金で形成した。 第２の発明は、シリコン基板の上にカソードコーンを設
け、該カソードコーンの少なくとも一部を囲むように絶
縁層を設け、該絶縁層の上に上記カソードコーンの先端
部分に臨むようにゲート電極を設けて構成した電界放出
陰極において、上記シリコン基板と上記カソードコーン
との界面にシリサイド層を介在させて構成した。
本発明では、カソードコーンの先端部分が白金、パラジ
ウム、イリジウム、ロジウムまたはそれらを含む合金で
形成されるので、その部分の気体吸着が少なくなり、放
出電子が安定化する。また、カソードコーンとシリコン
基板との界面にシリサイド層が介在するので、その部分
の接触電気抵抗が少なくなり、電圧降下が低下して、電
子の速度分布の拡大が防止できる。
ウム、イリジウム、ロジウムまたはそれらを含む合金で
形成されるので、その部分の気体吸着が少なくなり、放
出電子が安定化する。また、カソードコーンとシリコン
基板との界面にシリサイド層が介在するので、その部分
の接触電気抵抗が少なくなり、電圧降下が低下して、電
子の速度分布の拡大が防止できる。
以下、本発明の実施例について説明する。第１図はその
一実施例の電界放出陰極の構造を示す断面図である。第
２図において説明したものと同一のものには同一の符号
を付した。 本実施例では、符号５で示す円錐形状のカソードコーン
の先端部５ａに白金属元素（白金、パラジウム、イリジ
ウム、ロジウムのいずれか、またはそれらを含む合金）
を用い、中間部５ｂに金（Ａｕ）等の導体を用い、底部
５Ｃを上記と同様の白金属元素として、その底部５ｃと
シリコン基板１との界面をシリサイド化しそこにシリサ
イド層を形成している。このシリサイド化はデポジショ
ン時の温度（例えば１００℃）で行なう。 上記先端部５ａの白金属元素は、仕事関数が大きく電界
放出用の陰極としては適当でないと従来では考えられて
いたが、この白金属元素はモリブデンに比べて気体の吸
着熱が小さく、気体が吸着し難いという性質をもつ。す
なわち、第３図に示すヨウニ、ｏ２、Ｃ２Ｈ４、Ｎ２、
ＮＨ３、Ｎ２のガスに対して、パラジウム（Ｐｄ）、ロ
ジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）は
モリブデン（ＭＯ）に比べてその吸着熱が低い。 底部分５ｃとシリコン基板１とのシリサイド化された界
面（シリサイド層）は、高不順物濃度のシリコン基板に
対してそのシリサイドのバリアバイトが小さく、低接触
電気抵抗となるので、そこでの電圧降下を小さくするこ
とができる。 中間部５ｂは、底部５Ｃのシリサイド部分が先端部５ａ
まで達しないようにする（達すると、抵抗が大きくなり
融点が低下し形状が経時変化する。 ためのものであり、シリサイド化しないような導体が使
用されている。 以上から、真空中においてゲート電極４とカソードコー
ン５の先端との間にバイアスを加え、同時にカソードコ
ーン５の先端と陽極との間に高電界を印加すると、電子
がカソードコーン５から陽極に向けて放出されるが、そ
の電子電流は安定化し、高電流時でもカソードコーン５
とシリコン基板１との間の接触電気抵抗による電圧降下
は小さくなり、電子の速度分布の拡大を防ぐことができ
る。 実験では、パラジウムをカソードコーン５に用いた電界
放出陰極で、７×７アレイ（４９個の電界放出電極群）
のものから、１００μ八程度の放出電流が得られており
、また白金を使用した場合には４００μＡ以上の放出電
流が得られた。 なお、白金属元素としては、上記した白金、パラジウム
、イリジウム、ロジウムの他に、オスミニウム、ルテニ
ウムがあるが、これらは酸素に対して反応（酸化）し易
いので、カソードコーン用の材質としては適当でない。
一実施例の電界放出陰極の構造を示す断面図である。第
２図において説明したものと同一のものには同一の符号
を付した。 本実施例では、符号５で示す円錐形状のカソードコーン
の先端部５ａに白金属元素（白金、パラジウム、イリジ
ウム、ロジウムのいずれか、またはそれらを含む合金）
を用い、中間部５ｂに金（Ａｕ）等の導体を用い、底部
５Ｃを上記と同様の白金属元素として、その底部５ｃと
シリコン基板１との界面をシリサイド化しそこにシリサ
イド層を形成している。このシリサイド化はデポジショ
ン時の温度（例えば１００℃）で行なう。 上記先端部５ａの白金属元素は、仕事関数が大きく電界
放出用の陰極としては適当でないと従来では考えられて
いたが、この白金属元素はモリブデンに比べて気体の吸
着熱が小さく、気体が吸着し難いという性質をもつ。す
なわち、第３図に示すヨウニ、ｏ２、Ｃ２Ｈ４、Ｎ２、
ＮＨ３、Ｎ２のガスに対して、パラジウム（Ｐｄ）、ロ
ジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）は
モリブデン（ＭＯ）に比べてその吸着熱が低い。 底部分５ｃとシリコン基板１とのシリサイド化された界
面（シリサイド層）は、高不順物濃度のシリコン基板に
対してそのシリサイドのバリアバイトが小さく、低接触
電気抵抗となるので、そこでの電圧降下を小さくするこ
とができる。 中間部５ｂは、底部５Ｃのシリサイド部分が先端部５ａ
まで達しないようにする（達すると、抵抗が大きくなり
融点が低下し形状が経時変化する。 ためのものであり、シリサイド化しないような導体が使
用されている。 以上から、真空中においてゲート電極４とカソードコー
ン５の先端との間にバイアスを加え、同時にカソードコ
ーン５の先端と陽極との間に高電界を印加すると、電子
がカソードコーン５から陽極に向けて放出されるが、そ
の電子電流は安定化し、高電流時でもカソードコーン５
とシリコン基板１との間の接触電気抵抗による電圧降下
は小さくなり、電子の速度分布の拡大を防ぐことができ
る。 実験では、パラジウムをカソードコーン５に用いた電界
放出陰極で、７×７アレイ（４９個の電界放出電極群）
のものから、１００μ八程度の放出電流が得られており
、また白金を使用した場合には４００μＡ以上の放出電
流が得られた。 なお、白金属元素としては、上記した白金、パラジウム
、イリジウム、ロジウムの他に、オスミニウム、ルテニ
ウムがあるが、これらは酸素に対して反応（酸化）し易
いので、カソードコーン用の材質としては適当でない。
以上のように本発明によれば、カソードコーンの先端部
分に白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム又はそれ
らを含む合金を使用するので、気体吸着が少なく、放出
電流が安定化する。またシリコン基板に接する底部分に
シリサイド層を介在するので、その部分が低抵抗化し、
大電流放出時の電圧降下が少な（、電子放出の速度分布
の拡大を小さくすることができる。
分に白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム又はそれ
らを含む合金を使用するので、気体吸着が少なく、放出
電流が安定化する。またシリコン基板に接する底部分に
シリサイド層を介在するので、その部分が低抵抗化し、
大電流放出時の電圧降下が少な（、電子放出の速度分布
の拡大を小さくすることができる。
第１図は本発明の一実施例の電界放出陰極の断面図、第
２図は従来の電界放出陰極の断面図、第３図は各種材料
の気体との吸着熱と酸化物の生成熱の特性を示す図であ
る。 １・・・シリコン基板、２−・・カソードコーン、３・
・・絶縁層、４・・・ゲート電極、５・・・カソードコ
ーン、５ａ・・・先端部、５ｂ・・・中間部、５ｃ・・
・底部。 代理人 弁理士 長 尾 常 明
２図は従来の電界放出陰極の断面図、第３図は各種材料
の気体との吸着熱と酸化物の生成熱の特性を示す図であ
る。 １・・・シリコン基板、２−・・カソードコーン、３・
・・絶縁層、４・・・ゲート電極、５・・・カソードコ
ーン、５ａ・・・先端部、５ｂ・・・中間部、５ｃ・・
・底部。 代理人 弁理士 長 尾 常 明
Claims (2)
- （１）、導電性基板の上にカソードコーンを設け、該カ
ソードコーンの少なくとも一部を囲むように絶縁層を設
け、該絶縁層の上に上記カソードコーンの先端部分に臨
むようにゲート電極を設けて構成した電界放出陰極にお
いて、 上記カソードコーンの先端部分を白金、パラジウム、イ
リジウム、ロジウムまたはそれらを含む合金で形成した
ことを特徴とする電界放出陰極。 - （２）、シリコン基板の上にカソードコーンを設け、該
カソードコーンの少なくとも一部を囲むように絶縁層を
設け、該絶縁層の上に上記カソードコーンの先端部分に
臨むようにゲート電極を設けて構成した電界放出陰極に
おいて、 上記シリコン基板と上記カソードコーンとの界面にシリ
サイド層を介在させたことを特徴とする電界放出陰極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26189290A JP3017997B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 電界放出陰極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26189290A JP3017997B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 電界放出陰極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04138636A true JPH04138636A (ja) | 1992-05-13 |
| JP3017997B2 JP3017997B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=17368217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26189290A Expired - Fee Related JP3017997B2 (ja) | 1990-09-28 | 1990-09-28 | 電界放出陰極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3017997B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0547296A (ja) * | 1991-08-14 | 1993-02-26 | Sharp Corp | 電界放出型電子源及びその製造方法 |
| US5760536A (en) * | 1993-11-24 | 1998-06-02 | Tdk Corporation | Cold cathode electron source element with conductive particles embedded in a base |
| 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 |
| US5965972A (en) * | 1996-05-28 | 1999-10-12 | Nec Corporation | Field emission cold cathode with buried insulator layer |
-
1990
- 1990-09-28 JP JP26189290A patent/JP3017997B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0547296A (ja) * | 1991-08-14 | 1993-02-26 | Sharp Corp | 電界放出型電子源及びその製造方法 |
| 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 |
| US5760536A (en) * | 1993-11-24 | 1998-06-02 | Tdk Corporation | Cold cathode electron source element with conductive particles embedded in a base |
| US5965972A (en) * | 1996-05-28 | 1999-10-12 | Nec Corporation | Field emission cold cathode with buried insulator layer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3017997B2 (ja) | 2000-03-13 |
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