JPH04206124A

JPH04206124A - 電子放出素子の製造方法

Info

Publication number: JPH04206124A
Application number: JP2332413A
Authority: JP
Inventors: Toru Kanno; 管野　亨; Akira Kaneko; 彰金子
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-07-28

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、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の製造方法に関する。

従来の技術従来、電子顕微鏡、ＣＲＴ等の電子ビーム応用装置の電
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手段を必要
とし、また、加熱に伴うエネルギー損失を生じるなどの
問題があった。そこで、近年、加熱を必要としない電子
放出素子、いわゆる冷陰極の使用が試みられると共に、
これに関する研究が行われ、いくつかのタイプの電子放
出素子が提案されている。

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
にした電子放出素子、まだは、金灰層−絶縁体層−金属
層の３層構造で、上記両金属層間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通過してきた電子を
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。このうち、電界放出型の電子放出素
子は、電流密度が高く、電力消費が高く、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
きるなどの長所を有している。

従来、この電界放出型の電子放出素子およびその製造方
法として、第４図に示すような特開昭５１−１３２０７
３号公報に記載され、また、第５図に示すような（ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィ、　り又シン←、４７巻、１２号、５２４８頁、１９７６年）　
（Ｊ。

Ａｐｐｌ、Ｐｂ）’ｓ、、ｖｏ１．４７．Ｎｏ、１２．
ｐ５２４８．１９７６）に記載されたものが知られてい
る。

第４図（ａ）〜（ｅ）は従来の一例の電子放出素子の製
造順序説明用の概略断面図である。

まず、第４図（ａ）に示すように、Ｓｉからなる基板５
１の上に熱酸化法によりＳｉＯ２からなる絶縁層５２を
形成し、次に、絶縁層５２の上にＭｏからなる電子引出
し用のゲート電極５３を蒸着法により膜状に形成する。

次に、第４図（ｂ）に示すように、ゲート電極５３の上
にレジスト膜５４を円形孔５５を有するように形成し、
このレジスト膜５４をマスクとしてゲート電極５３と絶
縁層５２をエツチングし、円形孔５６．５７を形成する
。その際、絶縁層５２の円形孔５７の直径はゲート電極
５３の円形孔５６の直径よりやや大きくなるように設定
する。次に、第４図（ｃ）図に示すように、基板５１に
対し、垂直方向から蒸着法によりＭｏ層５８を堆積させ
た後、レジスト膜５４を除去する。これにより、円形孔
５７内には幅の狭い溝５９が閉環に形成される。この状
態で、第４図（ｄ）に示すように、溝５９から基板５１
をエツチングすることにより、先端の鋭いエミッタ突起
６ｏを形成することができ、最後にＭｏ層５８を除去す
ることにより、第４図（ｅ）に示すような電子放出素子
を作製することができる。

第５図（ａ）は従来の他の例の電子放出素子の製造途中
の状態を示す概略断面図、第５図（ｂ）は上記電子放出
素子の完成状態を示す概略断面図である。

第５図（ａ）に示すように、まず、絶縁基板６１の上に
導電性膜６２、絶縁層６３および導電性膜（制御電極層
）６４を適当なマスクを用いて順次蒸着し、その後、リ
ソグラフィー技術を用いて導電性膜６４および絶縁層６
３をエツチング除去して空洞６５が複数のアレイ状に配
列となるように作製する。次いで、この空洞６５の開口
部をＡＩ等の適当な物質６６によ　“る回転斜め蒸着に
よシ漸次閉じさせつつ、この開口部真上より陰極材料６
７を正蒸着することにより、空洞６５内において導電性
膜６２上に先端側が次第に細くなるエミッタ突起６８を
形成する。最後に物質６６を除去することによシ、第５
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。

発明が解決しようとする課題しかし、以上のような従来技術のうち、前者では、エミ
ッタ突起６０を形成する際、エツチングにより鋭い突起
を形成しているが、その形成を正確にエツチングで制御
するのは困難である。一方、後者では、エミッタ突起６
８を形成する際、回転斜め蒸着と正蒸着を同時に行って
いるが、この同時蒸着を正確に行うことは非常に困難で
ある。

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、微細加工技術を要することなく、簡単にエミッ
タ突起の形状を制御することができ、したがって、容易
に、しかも、歩留り良く製造することができるようにし
た電子放出素子の製造方法を提供することを目的とする
ものである。

課題を解決するだめの手段上記目的を達成するために、本発明の技術的解決手段は
、基板上に絶縁層を形成し、この絶縁層の上にゲート電
極となる金属層を形成し、この金属層の上の所定の部分
にレジスト層を形成し、このレジスト層をマスクとして
上記金属層の一部をエツチング除去して上記金属層を上
記レジスト層より所定の幅だけ狭くし、上記金属層をマ
スクとして上記絶縁層の一部をエツチング除去して上記
基板の一部を露出し、上記レジスト層の上方からエミッ
タとなる金属層を上記基板の露出部上に形成した後、レ
ジスト層を除去するようにしたものである。

そして、上記エミッタとなる金属層の形状を、その幅が
ほぼ一定となるストライプ状に形成し、または少なくと
もその一部の幅が徐々に変わる櫟状部分を有するように
形成することができる。

作用したがって、本発明によれば、エミッタを形成する際、
エミッタパターンをレジストのリフトオフにより形成す
るので、エミッタの形状を簡単に制御することができる
。

実施例以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施例における電子
放出素子の製造方法を示す各製造工程の櫃略断面図であ
る。

まず、第１図（ａ）に示すように、絶縁材から成る基板
１１の上に絶縁層１２を真空蒸着、スパッタ蒸着、ＣＶ
Ｄ等の方法で形成し、絶縁層１２の上に金属層１３を真
空蒸着、スパッタ蒸着、ＣＶＤ等の方法で形成する。次
に、第１図（ｂ）に示すように、金属層１３の上にレジ
スト層１４を所定のパターンで形成する。次に、第１図
（ｃ）に示すように、レジスト層１４をマスクとして金
属層１３をエツチングする。その際、金属層１３のパタ
ーンがレジスト層１４のパターンよりもある程度小さく
なるように茗イドエツチングする。次に、第１図（ｄ）
図に示すように、金属層１３をマスクにして絶縁層１２
をエツチングする。

その際、絶縁層１２のパターンが金属層１３のパターン
よりも０．１μｍ〜３μｍ程度小さくなるようにサイド
エツチングする。次に、第１図（ｅ）に示すように、レ
ジスト層１４の上方から金属層１５を真空蒸着、スパッ
タ蒸着、ＣＶＤ等の方法で形成し、その後、第１図（ｆ
）に示すように、レジスト層１４をその上の金属層１５
と共に除去することにより、基板１１上の金属層１５を
エミッタとし、絶縁層１２上の金属層１３をゲート電極
とする電子放出素子を作製することができる。

上記製造方法において、ゲート電極となる金属層１３を
サイドエツチングしてレジスト層１４よりも小さくした
のは、この金属層１３とエミッタとなる金属層１５との
接触を防止することと、実際にこの電子放出素子を動作
させたとき、後述するエミッタとなる金属層１５のエツ
ジ１５ａ１若しくは先端１５ｂから放出された電子がゲ
ート電極となる金属層１３に入る確率を少なくして電子
放出効率を向上させるためである。

上記製造方法により製造された電子放出素子の一例につ
いて第２図（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明するＯ第２図（ａ）は上記電子放出素子の平面図、第２図（ｂ
）は第２図（ａ）のｎｂ−ｎｂ線に沿う断面図である（
第２図（ａ）においては理解しやすくするため、第２図
（ｂ）と同様の斜線を付している。）。

本例においては、第１図（ｂ）に示すレジスト層１４が
一対配置され、これらの対向面がほぼ平行になるように
形成され、これに伴い、第２図（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、ゲート電極となる両側の金属層１３の対向面がほ
ぼ平行に形成され、エミッタとなる金属層１５が断面に
おいて矩形で幅が一定となり、上部両側縁にエツジ１５
ａを有するストライプ状に形成されている。

このような構成の電子放出素子の金属層（ゲート電極）
１３に正、金属層（エミッタ）（１５に負の電圧を印加
することにより、金属層１５のエツジ１５ａから均一に
効率よく電子を放出させることができ、放出された電子
ビームの広がりを抑えることができた。

上記製造方法により製造された電子放出素子の他の例に
ついて第３図（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。

第３図（ａ）は上記電子放出素子の平面図、第３図（ｂ
）は第３図（ａ）のｍｂ−ｍｂ線に沿う断面図である（
第３図（ａ）においては理解しやすくするため、第３図
（ｂ）と同様の斜線を付している。）。

本例においては、第１図（ｂ）に示すレジスト層１４の
空間が幅を徐々に直線状に変えて尖鋭部を有する、いわ
ゆる喫状となるように形成され、これに伴い、第３図（
ａ）、（ｂ）に示すように、エミッタとなる金属層１５
が幅を徐々に直線状に変えて尖鋭な先端１５ｂを有する
型状に形成され、ゲート電極となる金属層１３が金属層
１５の外方に対応する櫟状に凹入された形状に形成され
ている。

このような構成の電子放出素子の金属層（ゲート電極）
１３に正、金属層（エミッタ）１５に負の電圧を印加す
ることにより、金属層１５の先端１５ｂから効率よく電
子を放出させることができ、放出された電子ビームの広
が９を抑えることができた。

発明の詳細な説明したように本発明によれば、エミッタを形成する
際、エミッタパターンをレジストのリフトオフにより形
成するので、エミッタの形状を簡単に制御することがで
き、多数の陰極を配列させた陰極アレイを製造する場合
においても歩留まりよく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆ）は本発明の一実施例における電子
放出素子の製造方法を示す製造工程説明用の概略断面図
、第２図（ａ）、（ｂ）（−上記製造方法により製造さ
れた電子放出素子の一例を示し、同図（ａ）は平面図、
同図（ｂ）は同図（ａ）のｍｂ−ｍｂ線に沿う概略断面
図、第３図（ａ）、（ｂ）は上記製造方法により製造さ
れた電子放出素子の他の例を示し、同図（ａ）は平面図
、同図（ｂ）は同図（ａ）のｍｂ−ｍｂ線に沿う概略断
面図、第４図（ａ）〜（ｅ）は従来例における電子放出
素子の製造工程説明用の概略断面図、第５図（ａ）、（
ｂ）は従来の他の例における電子放出素子の製造工程説
明用の概略断面図である。１１・基板、１２・・・絶縁層、１３・・金属層（ゲー
ト電極）、１４・レジスト層、１５・金属層（エミッタ
）。代理人の氏名　弁理士　小鍜治　　明　ほか２名第１図第１図第２図／／第３図／／／Ｓ第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上に絶縁層を形成し、この絶縁層の上にゲー
ト電極となる金属層を形成し、この金属層の上の所定の
部分にレジスト層を形成し、このレジスト層をマスクと
して上記金属層の一部をエッチング除去して上記金属層
を上記レジスト層より所定の幅だけ狭くし、上記金属層
をマスクとして上記絶縁層の一部をエッチング除去して
上記基板の一部を露出し、上記レジスト層の上方からエ
ミッタとなる金属層を上記基板の露出部上に形成した後
、レジスト層を除去する電子放出素子の製造方法。
（２）エミッタとなる金属層の形状が、その幅をほぼ一
定とするストライプ状である請求項１記載の電子放出素
子の製造方法。
（３）エミッタとなる金属層の形状が、少なくともその
一部の輻を徐々に変える楔状部分を有する請求項１記載
の電子放出素子の製造方法。