JPH04328222A

JPH04328222A - 電子放出構造および製造方法

Info

Publication number: JPH04328222A
Application number: JP4044884A
Authority: JP
Inventors: Wolfgang M Feist; ヴォルフガング・エム・フェイスト
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1991-03-01
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1992-11-17
Also published as: KR920019215A; CA2060809A1; EP0501785A3; EP0501785A2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子放出構造および製
造方法に関し、特に電界を生じる電子放出構造およびか
かる構造を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】当技術において周知の通り、電界を用い
て電子放出を生じさせることは、例えば、１９７３年８
月２８日発行のＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ等の米国特許第３
，７５５，７０４号「電界放出カソード構造およびかか
る構造を用いる装置（Ｆｉｅｌｄ　　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ
　　Ｃａｔｈｏｄｅ　　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　　Ａｎ
ｄ　　Ｄｅｖｉｃｅｓ　　Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　　Ｓｕ
ｃｈ　　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）」に提案されている。この特許に示されるように、冷陰極は、先端部を持つ円
錐形状の電子放出構造を提供することにより形成される
。導電性のゲート電極装置が、円錐の先端部から電子放
出を生じて制御するようにこの先端部に近接して配置さ
れる。電界は、この電子放出構造および隔てられたアノ
ード間にある電位を印加することにより生じる。この電
界は、電子が先端部から放出されアノードにより集めら
れる充分な強さを持つ円錐の先端部に集中される。

【０００３】また周知のように、カソードの如き先端部
のアレイを用いて平坦パネル・ディスプレイを構成する
ことが示唆される。このような平坦パネル・ディスプレ
イに対するアノード・ディスプレイ・スクリーンは、従
来の陰極線管（ＣＲＴ）により構成することができ、ガ
ラス層の内面に固定された薄い光学的に透明な電極を含
む。この電極は、電子の衝突に応答して可視光の如き光
エネルギを放出する発光手段、例えば蛍光物質で覆われ
ている。典型的には、放出された電子は、チップに接近
して取付けられるのが典型的である蛍光物質でコーティ
ングされたアノード・スクリーンのピクセルを照射する
ため、要求される最大輝度に応じて、典型的には５００
ボルト乃至１０Ｋボルト間の電位によりアノードに対し
て加速される。

【０００４】電子放出構造の先端部を提供するため、気
化された金属、例えばモリブデンの高度にコリメートさ
れたビームが、微小な空洞上のミクロン・サイズの開口
を持つ金属膜を有する基板に垂直に当たる。第２のビー
ム、例えば酸化アルミニウム蒸気が基板に対して同時に
、しかし非常に浅い角度で当たる。この蒸発プロセスの
間、基板はその中心軸の周囲に回転される。正味の効果
は、金属コーン（カソード電極）がモリブデン蒸気ビー
ムにより微小空洞内に形成される間、開口が複合材料（
モリブデンおよび酸化アルミニウム）の被着により徐々
に塞がれることである。コーンを囲んで開口を塞ぐこの
複合材料は、選択的な化学エッチングにより後で除去さ
れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】明らかなように、ディ
スプレイとして使用可能な充分な大きさ（例えば、約７
６．２×７６．２ｍｍ（３×３インチ）以上）の面域に
わたる均一なエミッタを得るために、蒸気ビームは高度
にコリメートされねばならない、即ち、このビームはか
なりな距離、典型的には７０ｃｍ以上の距離から被着さ
れねばならない。Ｓｐｉｎｄｔ等により記載されたプロ
セスは、複雑である上に、このプロセスを生じるため必
要な装置は、特に有効寸法を持つディスプレイの場合は
高価となる。

【０００６】楔型構造の鋭利なエッジ部がゲート電極に
隣接して基板からアノードに向って上方へ延長する楔型
構造の如き電界放出デバイスを作ることもまた公知であ
る。例えば、共に１９８９年に英国のＢａｔｈにおける
「第２回Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ　　Ｖａｃ．Ｍｉｃｒ
ｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」で発表された、Ｊ．Ｐ．Ｓ
ｐａｌｌａｓ等の「Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ　　Ｓｉ
ｌｉｃｏｎ−ＳｔｒｉｐＦｉｅｌｄ　　Ｅｍｉｔｔｅｒ
　　Ａｒｒａｙ」およびＲ．Ｂ．Ｍａｒｃｕｓ等の「Ｓ
ｉｍｕｌａｔｉｏｎ　　ａｎｄ　　Ｄｅｓｉｇｎ　　ｏ
ｆ　　Ｆｉｅｌｄ　　Ｅｍｉｔｔｅｒｓ」を参照された
い。このような楔型エミッタは、対比し得るサイズのコ
ーン・エミッタに勝る幾つかの利点を提供することが提
案されている。第１に、この文献に記載された処理法は
楔型チップを円錐チップで得ることができるものより遥
かに大きな非常に高い曲率で作ることを可能にする。第
２に、真空マイクロエレクトリックス用途、例えば真空
電界トランジスタなどにおける如き電子放出の点ソース
が不要である用途において、楔型エミッタは、放出デバ
イスの支持のため得られる基板表面積の大きな部分を用
いる利点を提供する。第３に、楔のより多くの量即ち体
積により楔から熱をより容易に発散でき、またこのため
、温度上昇は対比し得るコーン・エミッタにおけるより
も遥かに小さい。

【０００７】それにも拘わらず、コーン・チップ・エミ
ッタよりも優れた性能の可能性にも拘わらず、楔型エミ
ッタはコーン・エミッタと同じ製造上の問題および技術
的問題を共に有する。即ち、いずれの方法によっても、
このようなエミッタのアレイ上の全ての放出チップまた
は楔部に均一性を確保することは難しい。このため、こ
れらのデバイスの製造上の歩留まりは一般によくない。

【０００８】

【課題を解決するための手段】従って、本発明のこのよ
うな背景を念頭において、本発明の目的は、改善された
電子放出構造および製造方法を提供することである。

【０００９】この目的および他の目的は、本発明によれ
ば、エッジを持つ導電性材料シートを含む電子放出構造
により達成される。このような構成により、電子の放出
は導電性シート材のエッジから生じることができる。こ
のような構造は、チップ部分を持つ楔およびコーンの従
来技術の試みより製造が簡単である。

【００１０】従来技術の試みにおける他の１つの問題は
、チップまたは楔部からの電子放出の最大電流密度が一
般に比較的低いことである。低い電流密度は、電界放出
、特に電流密度がこのような構造を内蔵するディスプレ
イの強さ、およびこのような構造を用いる真空マイクロ
エレクトリック・デバイスの利得、電力および変換効率
に大きく影響することになる。チップおよび楔部の方法
によれば、電界放出が電界の強さおよびエミッタの仕事
関数に非常に大きく依存し、これが更に巨視的および微
視的寸法の幾何学的形状の細部、表面の条件（即ち、表
面の不規則性、吸収されたガス、酸化物層、表面汚染）
、および電界放出材料を構成する決勝の配向に依存する
故に、電界放出は低くなる。例えば、微小な電界放出チ
ップの表面条件および幾何学的特質は、アノードが密に
嵌合された真空エンベロープ内に置かれる組立て中、ま
た表面の汚染を脱離させかつ電界が誘起した原子的移動
により変化し得る顕微鏡的なチップ形状を安定化させる
のに役立つ、その活性化サイクルの間に変化を受ける。これらのチップはまた、更なる原子的移動およびイオン
の衝突の故に、その使用寿命における変化に曝される。同様に、楔部も同様な問題を有する。

【００１１】本発明によれば、電子エミッタとして使用
される導電性材料シートのエッジの巨視的および微視的
条件は、チップまたは楔型のエミッタより制御が容易で
ある。このようなエッジは、以後の製造過程において変
化を受けにくい。更に、導電性材料シートのエッジは、
放出構造の製造中に汚染を受けにくい。

【００１２】本発明の更に別の特質によれば、電子放出
構造は、開口が画成された導電性材料の第１の層と、こ
の第１の層から隔てられた導電性材料の第２の層とを含
んでいる。このような構成により、第１の層と結合する
ある電圧の電位は、第１の層における開口の周縁部から
の電子の流れを生じる。電圧電位はまた、電子の流れの
速度を制御するための第２の電極と接続される。

【００１３】本発明の更に他の特質によれば、電子放出
構造の第２の層は、第１の層に設けられた開口と整合関
係に配置される開口を有する。電位は第２の層の開口の
周縁部間に置かれて電子の流れの速度を制御する。一実
施例においては、この電子の流れは第２の層の第１の開
口にあるが、別の実施例では、電子の流れは第２の層内
の開口を越えて生じる。

【００１４】本発明の更に他の実施例によれば、前記第
１および第２の導電性層から隔てられた導電性材料の第
３の層が設けられ、この第３の導電性層は、第１および
第２の導電性層に設けられた開口と実質的に整合されて
配置された開口を有する。このような構成によれば、電
位はこの第３の層にも加えられて第１の層から放出され
電子の流れを収束する。

【００１５】これらの構成により、従来技術のチップ状
および楔状の電子放出構造は、電子が周縁部、望ましく
は開口の周縁部から放出される構造と置換されて、これ
により製造上の諸問題およびチップ状および略々楔状の
電子放出構造と関連する変化および劣化を軽減する。

【００１６】本発明の別の特徴によれば、電子放出構造
を形成する方法は、導電性材料の第１のシートを形成し
、この第１のシートから隔てて導電性材料の第２のシー
トを形成するステップからなる。望ましい実施例によれ
ば、前記シートの第１のシートは開口を有し、前記シー
トの第２のシートは、この第１のシートの開口の周縁部
からの電界放出を制御するように配置される。

【００１７】このような構成によれば、電界電子放出構
造はそのカソードをコーンとして形成することなく作ら
れる。このような構成は、チップ構造を提供するため絶
縁材料および金属材料を同時に一緒に被着する必要を軽
減する。

【００１８】本発明の上記の特徴およびその利点につい
ては、添付図面に関して以降の詳細な記述を読めばよく
理解されよう。

【００１９】

【実施例】図１において、電子放出装置１０は、アノー
ド構造１４から隔てられた電子放出構造１２を含み、そ
の間に介在する間隙が実質的に排気された状態で示され
る。電子放出構造１２は、第２の導電層３２から隔てら
れた第１の導電層２８からなり、この層２８、３２は略
々円形の開口３４が貫通して配置される。アノード構造
１４は、導電性材料からなる。導電層２８、３２および
アノード１４に加えられる電圧に応答して、電子ビーム
が導電層２８、３２およびアノード１４間の電位差によ
り導電層２８、３２の一方の周縁部から生じる。このた
め、開口３４内の導電層２８、３２の周縁部の１つは、
電子放出構造のカソード電極を提供する。任意に、導電
層２８、３２の周縁部の他の一方は、電子放出構造１２
の制御電極即ち格子電極として使用される。

【００２０】図１の実施例について更に詳細に考察すれ
ば、放出構造１２は、導電層２４、２８、３２に加えて
、電気的絶縁層２２、２６、３０、および任意の基板即
ち支持層２０を含む。ここで、基板２０は、典型的には
従来の集積回路技術において使用された種類のシリコン
・ウエーハである。あるいはまた、基板２０は、以下に
述べる構造を支持し得る他のどんな材料でもよい。もし
以下に述べる構造が基板２０なしに支持され得るならば
、基板２０は省くことができる。更に、基板２０はまた
導電性である。本例では、任意の絶縁層２２、例えば二
酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が基板２０上に被着されて、そ
の上に成長あるいは被着し得る。層２２は、例えば厚さ
が８０００Å（０．８μｍ）である。制御電圧または基
準電圧を提供する導電層２４は層２２上に被着され、こ
れは例えば厚さが３０００Åのモリブデンである。本発
明の少なくとも１つの実施例においては、導電層２４は
制御電極として働き、重なる開口を設けた層の１つはカ
ソード電極に対する接続部として働き、他の層は収束電
極として働く。基準電圧（または制御信号）は、信号リ
ード５４を介して層２４と接続することができる。

【００２１】絶縁層２６、例えば８０００Åの厚さを持
つＳｉＯ２が、層２４上に被着される。絶縁層２６上に
被着された導電層２８は、例えば厚さが３０００Åのモ
リブデンからなり、これは少なくとも１つの実施例にお
いて、この層の周縁部、本例では開口３４の縁部に対し
てある電圧を接続する導電性面を提供して電子の放出を
生じる。本発明の少なくとも１つの他の実施例において
は、層２８は制御電極として働く。このため、層２８は
、必要に応じてカソードまたは制御電圧と接続するため
信号リード５０と接続される。

【００２２】絶縁層３０、例えば８０００Åの厚さを持
つＳｉＯ２は、導電層２８に重なる。例えば厚さが３０
００Åのモリブデンからなる絶縁層３０上に被着された
導電層３２は、少なくとも１つの実施例において、本発
明の電子放出装置１０における制御電極として働く。本
発明の少なくとも１つの他の実施例においては、層３２
はカソード電極に対する接続部として働く。層３２は、
必要に応じて、制御電圧またはカソード電圧に対して接
続するため信号リード５２と接続される。

【００２３】放出構造１２に設けられた層２６、２８、
３０および３２の各々は、全体的に３４で示された多数
の開口を有し、各開口３４は本例では図示の如く層２６
、２８、３０および３２を貫通して延長している。開口
３４は、円形状に示され、これは望ましい形態であるが
、楕円、方形などの他の形状も可能である。本例では円
形開口および一般開口は、電子放出エッジを提供するた
め好適ではあるが、図１１Ａに関して以下に述べるよう
に、導電性シートのエッジを使用することも可能である
。更に、導電層は連続的なシートである必要はなく、代
わりに領域を密閉することにより電子放出が生じ得る開
口の周縁部を提供する導電性材料のループでもよい。

【００２４】開口３４は、例えば１〜２μｍ間にあり、
第２の僅かに大きな直径で絶縁層３０、２６を通して第
１の直径で導電層３２、２８を貫通して延長する。絶縁
層３０、２６が導電層３２、２８に対してアンダーカッ
トされる程度は、例えば０．５μｍである。このため、
本発明の少なくとも１つの実施例においては、導電層２
８の環状の周縁面が開口３４内に延長して、導電層３２
に加えられる電圧の制御下で、開口３４を経て上方にア
ノード構造１４まで略々均一に分散して流れる電子ビー
ムの形成のための比較的鋭いエッジを提供することが判
る。更に、本発明の少なくとも１つの他の実施例では、
導電層３２の環状の周縁面が開口３４内に延長して、導
電層２８に加えられた電圧の制御下でアノード構造１４
に向けて上方へ略々均一に分散して流れる電子ビームの
形成のための比較的鋭いエッジを提供することが判る。

【００２５】導電層２４、２８、３２は、これまで例え
ばモリブデンとして例示的に記述した。実際には、これ
らの導電層は広範囲の材料から作ることもできる。一般
に、これらの材料が耐熱性を呈しかつ高い伝導率、比較
的低い仕事関数の特性を持ち、隣接する層に対して良好
な接着性を有することが望ましい。使用が可能な更に耐
熱性の金属の事例は、モリブデン、タングステン、チタ
ンおよびタンタルを含む。これらの金属は、実質的に低
い仕事関数を呈するように六ホウ化ランタン（ＬａＢ６
）の如きセラミック材料で覆うことができる。層２４、
２８、３２として使用される材料はまた、超伝導体であ
る導電性セラミックからなるでもよい。

【００２６】次に図２において、平坦パネル・ディスプ
レイに使用される図１の装置の変更例が示される。電子
放出装置１１０は、アノード構造１１４から隔てられた
電子放出構造１１２を含み、介在する間隙１１３が排気
されている。電子放出構造１１２は、第２の複数の略々
平行な導体１３２ａ、１３２ｂ、、、から隔てられた第
１の複数の略々平行な導体１２８ａ、１２８ｂ、、、と
、導体１２８ａ、１２８ｂ、、、を貫通して形成された
多数の略々円形の開口１３４とを有する。アノード構造
１１４は、更に述べるように、支持部１４０とエレクト
ロルミネッセンス物質層１４４との間に介挿される導電
層１４２を含む。

【００２７】少なくとも１つの実施例においては、導体
１２８ａ、１２８ｂ、、、導体１３２ａ、１３２ｂ、、
、および導電層１４２に対して信号リード１５０ａ、１
５０ｂ、、、１５２ｌ、１５２ｂ、、、および１５４を
介してそれぞれ加えられる電位の結果として生じる静電
作用力が、電子光線を開口１３４内の対応する導体１２
８ａ、１２８ｂ、、、の本例では周縁部１２７からアノ
ード構造１１４の隣接面部に対して引出し、この電子放
出が本例では導体１３２ａ、１３２ｂ、、、と１２８ａ
、１２８ｂ、、、との間に加えられる信号の制御下に置
かれる。このため、本例では、導体１３２ａ、１３２ｂ
が放出構造１１２の制御（または、格子）電極として働
くが、導体１２８ａ、１２８ｂ、、、の周縁部はカソー
ドとして働く。このように、アノード構造１１４は、本
例では、電気エネルギを電子衝撃から可視光エネルギへ
変換するエレクトロルミネッセンス・コーティング１４
４を含む。上記の構成においては、基準電圧は信号リー
ド１５４を介して層１２４と結合される。

【００２８】本文に開示された実施例においては、アノ
ード構造と放出構造との間の間隙は、望ましくは約１０
−９トールの圧力に実質的に抜気される。しかし、電子
が移動する経路がガス分子を通る平均自由行程と比較し
て小さくなるようにアノード構造が放出構造に密接して
配置される電子放出装置の場合は、このような真空度は
必要でない。

【００２９】複数の導体ストライプ１２８、１３２はそ
れぞれ、材料層（図示せず）をパターン化するか、ある
いはこの材料をパターン化領域にストライプとして被着
することにより提供される。複数のストライプ１２８、
１３２は各々、例えば厚さが３０００Åのモリブデンか
らなり、これは本発明の電子放出装置１１０におけるカ
ソード電極に対する接続部として働く。個々のストライ
プ１２８ａ、１２８ｂは、本例では厚さが８０００Åの
二酸化ケイ素の絶縁層１２６上に被着される。複数のス
トライプ１２８は、その間で図２の斜め左方から斜め右
方に延長する間隙１２９ａ、、、により相互に電気的に
絶縁された複数の平行ストライプとして提供される。複
数のストライプ１２８の各ストライプ１２８ａ、１２８
ｂ、、、は、個々にアドレス指定可能なカソード電圧と
接続するため、それぞれ個々の信号リード１５０ａ、１
５０ｂ、、、と接続されている。

【００３０】例えば８０００Åの厚さを持つＳｉＯ２で
ある電気的絶縁層１３０は複数のストライプ１２８上に
重なり、更にその個々の平行なストライプ１２８ａ、１
２８ｂ、、、間の間隙１２９ａ、、、を充填する。複数
の導体ストライプ１３２は、前述の如く、略々絶縁層１
３０上に配置され、この複数のストライプ１３２は、例
えば厚さが３０００Åのモリブデンである。この場合、
複数のストライプ１３２は、本発明の電子放出装置１１
０における制御電極として働く。複数の平行なストライ
プ１３２は、図示の如く、その間の間隙１３１ａ、、、
により相互に有効に絶縁されている。複数のストライプ
１３２の各ストライプ１３２ａ、１３２ｂ、、、は、個
々にアドレス指定可能な制御電圧と接続するため、個々
の信号リード１５２ａ、１５２ｂ、、、とそれぞれ接続
されている。

【００３１】層１２６、１３０、ならびに電子放出構造
１１２の複数のストライプ１２８、１３２の選択された
部分は、それぞれこれらの層１３０、１２６および複数
のストライプ１３２、１２８を貫通して延長する多数の
開口１３４を有する。開口１３４は、平行なストライプ
１３２ａ、１３２ｂ、、、との平行なストライプ１２８
ａ、１２８ｂ、、、の交点、即ち個々のアドレス指定可
能なカソードおよび制御電極の交点に配置される。開口
１３４は、複数のストライプ１２８、１３２を介する例
えば１〜２μｍ間の第１の直径を有し、本例では直径が
１μｍ大きな絶縁層１３０、１２６を通る第２の僅かに
大きな直径を有する。このため、ストライプ１２８ａ、
１２８ｂの環状の周縁面１２７ａが開口１３４内に延長
して、制御電極１３２に加えられる電圧の制御下で開口
１３４の全部を経てアノード電極１４２に向かって上方
に略々均一に分散状態に流れる電子ビームの形成のため
の鋭いエッジを提供することが判る。

【００３２】例えば０．５〜２．０ｍｍだけ電子放出構
造１１２から隔てられたアノード構造１１４は、例えば
ガラスの光学的に透明な基板層１４０を含み、この層に
対して導電層１４２が被着される。導電層１４２は、イ
ンジウム−スズ−酸化物（ＩＴＯ）の如き光学的に透明
な材料であることが望ましく、またあるいは、層１４２
は、光学的に略々透明になるように充分に薄いアルミニ
ウム、金またはプラチナの如き金属からなる。エレクト
ロルミネッセンス材料、例えば発光リンからなる層１４
４は、層１４２上にコーティングすることができる。

【００３３】次に図３Ａおよび図３Ｂにおいて、本発明
による開口１３４の構成を示す上で役立つ電子放出構造
１１２の一部が示される。図２により示される簡単な破
断面はストライプ１３２ａ、１３２ｂ、、、とのストラ
イプ１２８ａ、１２８ｂ、、、の各交点に僅かに１つの
開口１３４を示すが、図３Ａおよび図３Ｂの各図は、こ
のような複数のストライプ１２８、１３２の対応する複
数の交点のそれぞれに配置された複数の開口１３４から
なる構成を示唆する。図３Ａに示された開口１３４の構
成は矩形状のアレイを示唆するが、このような構成が本
発明に対する限定とする意図はない。ストライプ１３２
ａ、１３２ｂ、、、とのストライプ１２８ａ、１２８ｂ
、、、の各交点における開口１３４の構成は、カソード
構造の特定の用途に従って選定される。例えば、ディス
プレイにおいて使用されるアノード構造（図示せず）の
対向面上の蛍光体の特定な構成は、交差するストライプ
および開口１３４の位置の正確な配置に影響を及ぼすこ
とになる。

【００３４】図４〜図１７Ｂは、本発明の電子放出装置
の種々の実施例を示す。

【００３５】まず図４によれば、図４の実施例は、形態
が図２のそれと対応しており、その電子放出構造１１２
は図３Ａおよび図３Ｂにも示される。図４の電子放出装
置は、導電層１２４、ストライプ１２８ａ、１３２ａ、
電気的絶縁層１２２、１２６、１３０、および基板１２
０を含み、放出構造１１２を構成している。アノード構
造１１４は、基板１４０、導電層１４２およびエレクト
ロルミネッセンス・コーティング１４４を含む。放出構
造１１２の開口１３４は、全ての層およびストライプを
介して導電層１２４まで延長している。

【００３６】ストライプ１２８ａは、ストライプ１２８
ａの開口１３４における周縁部１２７、即ち電子放出が
開口１３４内で生じるカソード電極に対する接続を提供
する。ストライプ１２８ａは、開口１３４から離れた例
えば３０００Å（０．３０μｍ）の比較的薄い部分１２
８ａ’と、開口１３４の付近の例えば２００〜１０００
Å（０．０２〜０．１０μｍ）の比較的薄い部分１２８
ａ”とを含む。面積のより広い部分にわたるストライプ
１２８ａの厚い厚さの部分１２８ａ’は、接触領域にお
けるその導電性および機械的強度を増す。２００Åの如
くできるだけ薄いストライプ１２８ａの薄い部分１２８
ａ”は、最適の電子放出密度特性を生じるため鋭いエッ
ジの放出面１２７を提供する。環状面１２７は、以下に
述べる処理法により更に鋭くすることができ、これは図
示の如く面１２７に対してテーパ部を提供することにな
る。

【００３７】図５に示される電子放出装置２１０の実施
例は、導電層２２４、２２８、２３２、絶縁層２２２、
２２６、２３０、および基板２２０を含み、放出構造２
１２を構成する。アノード構造２１４は、基板２４０、
導電層２４２、およびエレクトロルミネッセンス・コー
ティング２４４を含む。電子放出構造２１２の開口２３
４は、全ての層を経て導電層２２４まで延長する。

【００３８】図５の実施例の構造は、カソード電極に対
する接続部として働く導電層２２８が全体に均一な厚さ
である点で、図４の構造とは異なる。例えば、層２２８
は厚さが３００Å（０．０３μｍ）である。図５の実施
例における層２２８の形態は、図４の実施例に勝る簡単
な製造プロセスの利点を提供するが、他方のある性能特
性を欠く。カソード電極として働く開口２３４内の導電
層２２８の導電層２２８の薄い環状面２２７は、以下に
述べる処理技術により更に鋭く作ることができ、面２２
７に対してテーパ形状を呈する。更に、導電層２２８、
２３２もまた個々にアドレス指定可能なストライプを提
供するようにパターン化できることが判るであろう。

【００３９】図６に示される電子放出装置３１０の実施
例は、導電層３２４、３２８、３３２、絶縁層３２２、
３２６、３３０、および基板３２０を含み、放出構造３
１２を構成する。このアノード構造３１４は、基板３４
０、導電層３４２、およびエレクトロルミネッセンス・
コーティング３４４を含む。電子放出構造３１２におけ
る開口３３４は、全ての層を経て導電層３２４まで延長
している。

【００４０】図６の実施例の構造は図４のそれと類似す
るが、この構造は、導電層３３２上に配置されて、これ
から例えば０．８μｍのＳｉＯ２層である絶縁層３６２
で隔てられた、例えば０．３μｍのモリブデン層である
別の導電層３６０を含んでいる。層３６０および３６２
は、層３２６、３２８、３３０、３３２を貫通してこれ
と整合された開口３３４に対して実質的に同じである開
口を含む。導電層３６０と接続された信号リード３５８
に電位を適当に与えることにより、層３６０は、開口３
３４により形成されたシリンダから外側に向いた電子を
引付けることにより電子ビーム３３６の改善された収束
を生じる。

【００４１】図７に示される電子放出装置５１０の実施
例は、導電層５２４、５２８、５３２、絶縁層５２２、
５２６、５３０、および基板５２０を含み、放出構造５
１２を構成する。アノード構造５１４は、基板４０、導
電層４２、およびエレクトロルミネッセンス・コーティ
ング５４４を含む。電子放出構造５１２の開口５３４は
、全ての層を通って導電層５２４まで延長している。

【００４２】図７の実施例の構造は、制御電極として機
能する導電層５３２の開口５３４がカソード電極として
働く導電層５２８を介して開口５３４よりも直径が大き
い点で、図４の構造とは異なる。例えば、開口５３４乃
至層５３２は、例えば層５２８の開口５３４よりも１μ
ｍ大きい。このような構成により、カソード電極から放
出されるより少ない電子は制御電極に引寄られ、電子放
出システムの全体効率が改善される。

【００４３】図８に示される電子放出装置６１０の実施
例は、導電層６２４、６２８、６３２、絶縁層６２２、
６２６、６３０、および基板６２０を含み、電子放出構
造６１２を構成する。アノード構造６１４は、基板６４
０、導電層６４２、およびエレクトロルミネッセンス・
コーティング６４４を含む。電子放出構造６１２の開口
６３４は、全ての層を通って導電層６２４まで延長して
いる。

【００４４】図８の実施例の構造は、これまでのべてき
た実施例とは著しく異なる。この実施例においては、上
部導電層６３２はカソード電極に対する接続部として働
くが、下部導電層６２８は制御電極として働く。導電層
６２８、６３２、６４２に対して信号リード６５０、６
５２、６５６上の電位を適当に加えることにより、電子
は開口６３４内の層６３２の周縁面６３３から引寄せら
れ、アノード構造６１４に向けて加速される。この実施
例においては、導電層６３２即ち電子放出層は、層６２
８より薄いことが望ましく、例えば、層６３２は厚さが
０．０３μｍであり、層６２８は厚さが０．３μｍであ
る。

【００４５】図９に示される電子放出装置７１０の実施
例は、導電層７２４、７２８、絶縁層７２２、７２６、
および基板７２０を含み、電子放出構造７１２を構成す
る。アノード構造７１４は、基板７４０、導電層７４２
、およびエレクトロルミネッセンス・コーティング７４
４を含んでいる。電子放出構造７１２の開口７３４は、
層７２８、７２６を通って導電層７２４まで延長してい
る。

【００４６】本実施例においては、開口を設けた導電層
７２８は、カソード電極に対する接続部として働くが、
開口を設けない導電層７２４は、制御電極として働く。それぞれ導電層７２８、７２４、７４２と接続された信
号リード７５０、７５４、７５６に対して適当な電位を
加えることにより、電子が開口７３４内の層７２８の周
縁面７２７から引寄せられて、アノード構造７１４に対
して加速される。本実施例においては、カソードと制御
電極を分離する絶縁層７２６の厚さは、面７２７から導
電層７４２への所要の電子の流れ７３６を生じるように
、これまで開示されたものから調整されねばならない。

【００４７】図１０において、図９の構造の第１の変更
例である実施例が示される。この実施例においては、導
電層７２８’の開口の直径は、絶縁層７２６’における
対応する開口７３４’より大きい。この実施例の望まし
い動作モードにおいては、端子７５０、７５４で加えら
れる電位差の結果として誘起した電界により、電子が導
電層７２８’の周縁面７２７’から引寄せられる。この
ため、絶縁層７２６’内の電界が電子の電界放出を生じ
るに充分であることが判る。この実施例は、図９の構造
の第２の変更例である図１１の実施例を導き、これにお
いては絶縁層７２６”は開口が設けられていない。端子
７５０、７５４で加えられた電位差により誘起された絶
縁層７２６”における電界は、導電層７２８”の周縁面
７２７”からの電子の電界放出を結果として生じる。

【００４８】図９、図１０、図１１の実施例の導電層７
２８、７２８’、７２８”は、それぞれ図示の如く、例
えば図４の層１２８ａの厚さが段状を呈してこれに関し
て述べた利点を提供することが判るであろう。

【００４９】図１２において、図７の実施例の全体的構
造は同じであるが、動作モードが図９の実施例と類似す
る実施例が示される。図１２の実施例においては、開口
のない導電層８２４は制御電極として働き、開口のある
導電層８２８はカソード電極に対する接続部として働き
、開口のある導電層８３２は収束層として働いて、周縁
面８２７からアノード構造８１４への電子の流れのパタ
ーンを改善する。

【００５０】例えば、カソードからの電子の電界放出を
生じ、アノードに対する電界放出電子の電流を生じるた
め幾つかの電極に電位を印加することは、下記の如くで
ある。制御電極層１３２ａが放出構造１１２の頂部層で
ある図４の第１の実施例においては、アノード構造１１
４の導電層１４２がエミッタ層１２８ａに関して＋１２
００ボルトに設定され、制御電極層１３２ａは１００乃
至３００ボルト間、例えばエミッタ層１２８ａに関して
＋１３５ボルトに設定される。同様に、エミッタ層６３
２が放出構造６１２の頂部層である図８の第２の実施例
においては、アノード構造６１４の導電層６４２がエミ
ッタ層６３２に対して＋１２００ボルトに設定され、エ
ミッタ層６３２に対する制御電極層６２８の電位は、＋
１００乃至＋３００ボルトの範囲内にあり、例えば＋１
３５ボルトである。

【００５１】更に、カソードが中間層８２８として設け
られた図１２に示される如き実施例において、その上部
層８３２は装置のアノードを提供するよう配置できるこ
とを理解すべきである。即ち、電界放出電極を層８３２
に引寄せるため比較的高い正の電位が端子８５０および
８５２間に加えられるが、下側の層８２４に対しては、
層８２８の周縁部８２７からの電子の放出を制御する電
位が加えられる。更にまた、層８３２は、図示の如く開
口電極が層８３２上に配置されたパターン化層として設
けることができ、あるいはまた連続した非パターン層と
して設けることもできる。この特定の構造は、真空マイ
クロエレクトロニック・マイクロ波タイプのデバイスに
も応用される。更に、図１２にも示されるように、構造
８１４は層８４４上に配置された誘電コーティング（図
示せず）も有し、また構造８１４はよりコンパクトなデ
ィスプレイ要素（図示せず）を提供するため直接層８３
２上に置くこともできる。

【００５２】次に図１３〜図１５に関して、別の構造７
１２’’’（図１５）および電界放出デバイスの製造方
法について述べる。特に、図１３において、図１０およ
び図１１に関して全般的に述べる如き基板７２０は、そ
の第１の面上に、本例では典型的には３０００Åの厚さ
を持つ二酸化ケイ素からなり、その上に３０００Åの厚
さを持つ層７２４と有するモリブデンの如き耐熱性のあ
る導体材料の層７２４を載置した層７２２が載置されて
いる。０．８ミクロンの厚さを持つ二酸化ケイ素の層７
２６が、層７２４上に載置されている。層７２２の如き
異なる絶縁性の材料のエッチ・ストップ層７７０が、二
酸化ケイ素層７２６上に載置されている。本例では、エ
ッチ・ストップ層７７０は、窒化ケイ素の如き材料から
なり、例えば５００乃至８００Åの厚さに被着されてい
る。エッチ・ストップ層７７０上には、本例ではこれも
モリブデンからなる第２の導電層７７２が載置されてい
る。本例では層７２６と同じ材料、即ち二酸化ケイ素か
らなる第２の誘電層７７４は、層７７２上に載置されて
いる。層７７４の材料が層７７０の材料とは異なり、こ
れにより層７７０を持つものがエッチ・ストップ層７７
として働くため、層７７２、７７４に対して選択的なエ
ッチャントの使用を可能にすることに注意すべきである
。

【００５３】マスキング層（図示せず）は、層７７４上
に載置され、層７７４の選択的な下部を露呈する開口（
図示せず）を提供するようにパターン化されている。従って、層７７４は、層７７４に急な縦方向の側壁部を
持つ開口７７４ａを提供するため反応性イオン・エッチ
ングされる。下側層７７２の露呈部分もまた、層７７２
に急な縦方向の側壁部を有する開口７７２ａを提供する
ため反応性イオン・エッチングされ、これにより図１３
に関して全体的に示される如き構造を提供する。

【００５４】次に図１４において、モリブデンの第３の
層７７６が、それぞれ層７７２、７７４を介して設けら
れた開口７７２ａ、７７４ａを介して層７７４上に載置
される。モリブデン層７７６は、本例では３０００Åの
厚さを有する。

【００５５】次に図１５において、先に述べた如き構造
が、本文に述べた如き全てのステップと同様に、平行板
の方向性の反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）システ
ムに配置される。このようなエッチングは、層７７６の
縦方向部分で食刻を行うように方向性エッチングを生じ
るため使用される。層７７４もまたフッ化水素酸を用い
て除去され、層７７２および層７７６の部分７７６’（
図１４）を残す。この反応性イオン・エッチング法は縦
方向に食刻することが望ましいため、小さな突条即ち高
くなった縁部の環状部７７６’が、開口７７２ａの層７
７２の周縁部に沿って層７７６に残る。

【００５６】上記の構造は、改善された電界放出特性を
生じることが望ましい電界放出構造を提供するものとし
て示される。即ち、この構造は、先の実施例の多くと一
致する如き環状体を提供し、本例では環状体７７２’が
高くなった縁部７７６’を有する。更に、このような構
造は、例えば、開口７７２ａにより提供される層７７２
の環状部分に高くなった環状面としてこの小さな高くな
った縁部即ち耳状の部分が生じる安定点まで正規電界放
出の間、電界放出電極の各部が食刻されるように、前記
構造部に充分な電圧を加えることにより、図１０または
図１１に関して述べた上記の構造のどれかを提供するこ
とによっても作ることができる。

【００５７】図１６において、図２に示された形式のも
のでよい電子放出装置を含む平坦パネル・ディスプレイ
４００の断面図のスケッチが誇張された尺度で示される
。平坦パネル・ディスプレイ４００の電子放出装置は、
図２に更に詳細に示される放出構造１１２、およびこれ
も図２に更に詳細に示されるアノード構造１１４を含む
。

【００５８】図２に示されるように、アノード構造１１
４は、例えばガラスから作られた光学的に透明な基板１
４０を含む。薄い電極層１４２、例えばインジュウム−
スズ−酸化物が、ガラス基板１４０の内面に固定され、
例えば発光する蛍光体であるエレクトロルミネッセンス
物質層１４４が電極層１４２上にコーティングされる。エミッタ構造１１２は、典型的にはガラスから作られた
ベース基板４０２の内面に固定されている。

【００５９】アノード構造１１４およびベース基板４０
２は、エミッタ構造１１２が、封止装置４０６により基
板１４０および４０２の内面に固定されるスペーサ要素
４０４によりアノード構造１１４から離間されかつこれ
に対して正確に位置決めされる。本例においては、アノ
ード構造１１４は、例えば、０．５〜２．０ｍｍだけエ
ミッタ構造１１２から隔てられる。スペーサ要素４０４
は、例えばガラス、セラミックまたは金属から作られ、
封止装置４０６は基板１４０、４０２の材料に対してこ
のようなスペーサ要素４０４を封止するため適当に選択
される。スペーサ要素４０４および封止装置４０６によ
り基板１４０および４０２間に提供されたシールは、腔
部４０８が有効に抜気されることを可能にするに充分で
ある。

【００６０】図２に示される如き信号リード１５０ａ、
１５０ｂ、、、および１５２ａ、１５２ｂ、、、に与え
られる行および列の制御電圧、ならびに図２に示される
如き信号リード１５４上の基板導電層１２４に与えられ
る基準電圧は、多数の信号リード４１２を介してコント
ローラおよび電源４１０からエミッタ構造１１２に対し
て接続され、この信号リードはスペーサ要素４０４の下
方を抜気された腔部４０８に延び、また接触装置４１４
を介してエミッタ構造１１２との電気的接触を形成する
。同様に、アノード電圧は、スペーサ要素４０４の周囲
で腔部４０８内に通る信号リード４１６を介して電源４
１０からアノード電極層１４２に接続されている。

【００６１】次に図１７Ａにおいて、一般に上記の図１
乃至図１６におけるカソードとして使用され、あるいは
このような構造を使用するどんなデバイスにおけるカソ
ードとしても使用できる本発明によるカソード構造が示
される。図１７Ａに示される如きカソードは、増幅器、
トランジスタ、真空管などの如き真空マイクロエレクト
ニック・デバイスに使用することもできる。本例では、
本発明のカソードは、各々が形成された開口９０２と全
体的に呼ばれる１つ以上の開口９０２１、９０２２、９
０２３、、、を有する導電層９００と全体的に呼ばれる
導電層９００１、９００２、９００３、、、を含む。端
子装置９０４１、９０４２、９０４３、、、に選択的に
与えられ、それぞれ層９００１、９００２、９００３と
接続される電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、、、は、開口９０２
内の導電層９００の周縁部からの電子放出を生じ、この
電子は更に大きな正の電位＋Ｖに加速される。

【００６２】次に図１７Ｂにおいて、本例では電界の電
子放出のための１つあるいはそれ以上のエッジ９２２を
持つ導電材料からなるシート９２０が、誘電層９２６上
に載置された状態で示される。電位は、端子９２４を介
して層９２０と接続される。エッジ９２２からの電界放
出電子は、更に高い正の電位＋Ｖに加速される。エッジ
９２２は、上記の如くこれからの電子の電界放出を集中
させるため鋭いエッジであることが望ましい。

【００６３】以下の項は、本発明の原理による電子放出
装置を製造する方法を開示する。この方法は、本文に開
示される最も複雑な構造、即ち図６の実施例に関するも
ので、この記述から、当業者にはず４乃至図５および図
７乃至図１７Ｂの比較的複雑でない実施例を取得するた
めプロセスを変更する方法は明らかであろう。

【００６４】この製造方法の開示は、放出構造３１２を
作るためのプロセスの記述に限定されよう。導電性材料
層およびエレクトロルミネッセンス物質をガラス基板上
に固定することを含むアノード構造３１４を作るプロセ
スは、従来の陰極線管（ＣＲＴ）の製造技術に追従する
。更に、放出構造３１２およびアノード構造３１４を抜
気が可能なチャンバ内に密封するプロセスもまた周知と
考えられる。平坦パネル・ディスプレイ内のカソードの
使用に関するもの以外の用途については、構造の正確な
詳細については当業者には明らかであろう。例えば、電
界電子放出を生じるため、従来のチップまたは楔状カソ
ードを本発明における如きエッジまたは開口を持つ導電
性材料のシートまたは層で置換することは簡単な方法で
あろう。

【００６５】更に、本文に述べるプロセスは、一般に金
属層の選択的部分をエッチングすることによりパターン
化する手法に基く。パターン化されたレジスト層に金属
を被着し、パターン化層を残すためこのレジストを除去
する如き別の手法を使用することも可能である。

【００６６】次に図１８において、電子放出構造３１２
（図６）を作るプロセスは、その入手可能性および取扱
いの容易性の故に、望ましくはシリコン、即ち半導体材
料の基板３２０用材料のウェーハを提供することを含む
。あるいはまた、基板３２０は、ガラス、セラミックま
たはサファイアの如き絶縁材料からなる。基板３２０の
重要な特性は、これがその上に被着するための非常に平
坦かつ平滑な面を有することである。基板３２０は、製
造される構造部の残部を支持するために設けられる。このため、この基板は金属でもよく、あるいは結果とし
て得る構造が充分な構造的一体性を持つならば取除くこ
ともできる。

【００６７】例えば厚さが０．２乃至１．０μｍのＳｉ
Ｏ２の層３２２は、本例では、シリコン・ウェーハ基板
３２０の平滑面に取付けられる。標準的なシリコン技術
を用いて、層３２２を周知の酸化炉内で成長させてもよ
く、あるいは被着してもよい。

【００６８】仕事関数、抵抗性および特に以降の処理に
対する、および結果として得たデバイスの作動中安定性
を含む適当な特性を有する金属の層３２４は、例えば蒸
着あるいはスパッタリングの如き周知の手法を用いて被
着される。適当な金属の事例は、金、プラチナ、および
モリブデン、タングステン、チタン、タンタルなどの更
に耐熱性のある金属を含む。本例では、例えば、０．１
乃至０．３μｍの厚さのモリブデンの層３２４がＳｉＯ
２層３２２上に被着される。モリブデン層３２４は、蒸
着またはスパッタリング・デポジションにより被着する
ことができ、後者のプロセスはその強い接着性のため選
好される。モリブデン層３２４をパターン化し、接触パ
ッドを形成し、あるいは他の回路機能のため基板３２０
を使用することを可能にすることが要求されるならば、
フォトレジストを層３２４の露出面に適当にコーティン
グすることもでき、またデバイスを典型的には標準的な
湿式化学エッチングまたは反応性イオン・エッチングに
より食刻することもできる。あるいはまた、パターン化
層を提供するため、「リフト・オフ」処理を使用するこ
とも可能である。ここまで組立てられた構造を、炉、例
えば商業的な短時間熱アニール（ＲＴＡ）装置内に置き
、迅速にに、典型的には毎秒５０〜１００℃の平均速度
で約１０００℃まで加熱し、この温度で約１０秒間保持
し、次いで冷却させる。この加熱過程が導電性の薄膜層
の抵抗値を減じる傾向を有し、本例ではモリブデン層の
以降の各金属デポジション後に、本例のプロセスで反復
されることが望ましいことが判った。あるいはまた、こ
のＲＴＡプロセスの工程は、モリブデンの全ての層が被
着された後に行うこともできる。

【００６９】次に図１９において、例えば厚さが０．８
μｍのＳｉＯ２の層３２６が、標準的な低圧化学気相成
長（ＬＰＣＶＤ）法により約３８０℃で層３２４上に被
着される。

【００７０】次いで、層３２６は、任意にマスクされ食
刻されて、下側のモリブデン層３２４と関連する接触パ
ッド（図示せず）に接近するウインドウを提供する。

【００７１】層３２６上には、金属本例ではモリブデン
の例えば０．１〜０．３μｍの厚さの層３２８が被着さ
れている。層３２８は、望ましくはスパッタリング・デ
ポジションあるいは蒸着によりＳｉＯ２層３２６上に被
着される。層３２８は、開口３３４（図６）が最終的に
位置決めされる略々円形の領域３７５を露出するためパ
ターン化されるフォトレジストの層３７２でマスクされ
る。本例では、このような露出された各円形領域３７５
は、開口３３４（図６）の直径より大きな２〜５μｍの
直径を有する。

【００７２】次に図２０において、モリブデン層３２８
が標準的な湿式化学エッチングまたは反応性イオン・エ
ッチングを用いて食刻されて、モリブデンをこれら領域
から除去する。フォトレジスト層３７２（図１９）が除
去され、厚さが０．０１〜０．０３μｍのモリブデンの
別の層３２８ａがスパッタ蒸着されて厚さが僅かに厚い
層部分３２８’を、また開口３３４の最終的位置を囲む
前に食刻された領域に非常に薄い層部分３２８”を提供
する。次に、層３２８（図３Ａに示される如き）を含む
ストライプおよび各ストライプに対する接触パッド（図
示せず）をパターン化するためモリブデン層３２８がフ
ォトレジスト（図示せず）によりマスクされ、標準的な
湿式化学エッチングまたは反応性イオン・エッチングを
用いて食刻されてこのようなパターンをモリブデンに形
成する。

【００７３】前項のプロセスは、図５、図８、図９、図
１０または図１１の実施例に対しては妥当しないことが
理解されよう。図５の実施例の典型的な場合においては
、例えば厚さが０．０３μｍのモリブデンの薄い層２２
８が、望ましくはスパッタリング・デポジションにより
、あるいは蒸着によりＳｉＯ２層２２６上に被着される
。次に、モリブデン層２２８は、湿式化学エッチングま
たは反応性イオン・エッチングを用いて層２２８を含む
ストライプ（図２に示される如き）および各ストライプ
毎の接触パッド（図示せず）をパターン化するためフォ
トレジストによりマスクされて食刻されて、モリブデン
にこのようなパターンを形成する。

【００７４】次に、図６、特に図２０の構造において実
施される全般的なプロセスの記述において、厚さが例え
ば０．８μｍのＳｉＯ２の層３３０が、典型的に標準的
な低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）により約３８０℃で
層３２８上に被着される。

【００７５】次いで、層３３０はマスクされて、下側の
モリブデン層３２４、３２８と関連する接触パッド（図
示せず）に接近するウインドウを提供するため食刻され
る。

【００７６】厚さが例えば０．１〜０．３μｍのモリブ
デンの層３３２が、望ましくはスパッタリング・デポジ
ションにより、あるいは蒸着によってＳｉＯ２層３３０
上に被着される。層３３２は、層３３２を含むストライ
プ（図２に示される如き）および各ストライプ毎の接触
パッド（図示せず）をパターン化するためフォトレジス
トによりマスクされ、湿式化学エッチングまたは反応性
イオン・エッチングを用いて食刻されてモリブデン層３
３２に所望のパターンを形成する。

【００７７】厚さが例えば０．８μｍのＳｉＯ２の層３
６２が、典型的には標準的な低圧化学気相成長（ＬＰＣ
ＶＤ）法により約３８０℃で層３３２上に被着される。

【００７８】次に、層３６２はマスクされて、下側のモ
リブデン層３２４、３２８、３３２と関連する接触パッ
ド（図示せず）に接近するウインドウを提供するため食
刻される。

【００７９】厚さが例えば０．１〜０．３μｍのモリブ
デンの層３６０が、望ましくはスパッタリング・デポジ
ションにより、あるいは蒸着によってＳｉＯ２層３６２
上に被着される。次いで、層３６０は、湿式化学エッチ
ングまたは反応性イオン・エッチングを用いてこの層を
パターン化して接触パッド（図示せず）を形成するため
マスクされて食刻されて、モリブデンにこのようなパタ
ーンを形成する。明らかに、層３６２および３６０のデ
ポジションを生じるステップは、図４乃至図５、図７乃
至図９、図１０乃至図１２、および図１７Ａ、図１７Ｂ
の実施例に対しては要求されない。

【００８０】＃（めいさい１５５２あ）次に、図２１に
おいて、開口３３４（図６）が層３６０、３６２、３３
２、３３０、３２８および３２６を経て層３２４まで設
けられ、電子放出構造３１２（図６）を提供する。本例
では、開口３３４は一連のエッチング工程により設けら
れる。このプロセスの最初のステップは、層３６０上に
マスキング層３７４を提供することである。本例では、
マスキング層３７４は、例えば厚さがエッチング工程に
耐え得る２．０〜２．２μｍである充分な厚さのフォト
レジストのコーティングである。このマスキング層３７
４は、本例では例えば１〜２μｍの開口３３４の直径を
実質的に画成する開口を提供するようにパターン化され
る。

【００８１】開口３３４は、層３６２、３６０、３３２
、３３０、３２８および３２６の露出部分を除去するこ
とにより提供される。本例では、エッチャント・ガスが
提供されて、各層が露出する時この各層を選択的に食刻
する標準的な反応性イオン・エッチング法が使用される
。エッチャントから保護されるべき層３６２の領域を覆
うフォトレジスト層の食刻を避けるためできるだけ迅速
に全食刻工程を完了することが望ましい。

【００８２】組立体は、従来の反応性イオン・エッチン
グ・チャンバ内に置かれ、適当なエッチャント・ガスが
これに流れように圧送される。エッチャント・ガスの１
つの要件は、これらのガスが選択性を有すること、即ち
モリブデンまたはＳｉＯ２のいずれか一方の良好な食刻
選択性を提供し、これにより各層の全面域にわたりこの
層の均一なエッチングを保証することである。本例では
、モリブデン層に用いられるエッチャントは塩素に基く
プラズマ、例えば塩素と酸素ガスの混合物であり、Ｓｉ
Ｏ２層に対するエッチャントは塩素に基くガス、例えば
ＣＨＦ３である。この食刻工程中、各層が食刻されるに
伴い、チャンバに送られるエッチャント・ガスはその後
露出される層を食刻するように切換えられる。

【００８３】この工程が完了し、開口３３４がモリブデ
ン層３２４まで設けられると、層３６０上に残ったフォ
トレジストが除去され、組立体は典型的にはフッ化水素
酸（ＨＦ）を用いる湿式食刻プロセスに曝されて、モリ
ブデン層３２８、３３２、３６０の下方のＳｉＯ２層３
２６、３３０、３６２をそれぞれ典型的には０．５μｍ
だけアンダーカットし、これにより図６で先に示した如
き構造を提供する。

【００８４】上記のエッチング・プロセス、特にモリブ
デン層の略々円形状の開口のエッチングにおいては、こ
の層のエッチングは通常開口の中心部が最も早く、下方
から上方へ進む。従って、モリブデン層３２８の食刻の
進行を注意深く監視することにより、テーパ状面３２７
（図６）が形成されることが判る。このような監視は、
終端点検出の過程により、即ちチャンバ内の反応ガスと
関連する特性的なスペクトル放出の強さを評価すること
により行われる。第２の監視プロセスは、構造３１２の
機能開口３３４内の層３２８の各部から離れるも厚さが
相当する層３２８上の面域からのレーザ反射を含む。こ
のレーザ反射監視は、層３２８の反射を評価して、層３
２８の食刻が終了する瞬間を決定する。最後に、モリブ
デン層３２８の食刻の進行の監視は、経験および食刻時
間に基く連続的な視覚的検査を含む。面３２７上の鋭利
なエッジを形成するための更に別の方法は、化学的エッ
チングまたは電気化学的エッチングを含む。

【００８５】本発明の原理については特に図面の例示的
な構造に関して提示したが、このような例示的構造から
の種々の変更が本発明の実施において可能であることが
認められよう。本発明の範囲は、本文に開示された構造
に限定されるものではなく、頭書の特許請求の範囲の趣
旨により諮られるべきものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理による電子放出構造の一部を示す
部分破断斜視図である。

【図２】平坦パネル・ディスプレイにおいて使用される
図１の装置の変更例を示す図である。

【図３】Ａは、図２の装置の電子放出構造を示す平面図
である。Ｂは、図２の装置の電子放出構造を示す断面図
である。

【図４】第１の実施例による電子放出構造の一部を示す
断面図である。

【図５】第２の実施例による電子放出構造の一部を示す
断面図である。

【図６】第３の実施例による電子放出構造の一部を示す
断面図である。

【図７】第４の実施例による電子放出構造の一部を示す
断面図である。

【図８】第５の実施例による電子放出構造の一部を示す
断面図である。

【図９】第６の実施例による電子放出構造の一部を示す
断面図である。

【図１０】第７の実施例による電子放出構造の一部を示
す断面図である。

【図１１】第８の実施例による電子放出構造の一部を示
す断面図である。

【図１２】第９の実施例による電子放出構造の一部を示
す断面図である。

【図１３】別の実施例を作る際のステップを示す断面図
である。

【図１４】別の実施例を作る際のステップを示す断面図
である。

【図１５】別の実施例を作る際のステップを示す断面図
である。

【図１６】図２の装置を含む平坦パネル・ディスプレイ
・システムを示す断面概略図である。

【図１７】Ａは、導電層の開口の周縁部からの電子の電
界放出を示すカソード構造の斜視図である。Ｂは、導電
層の縁部からの電子の電界放出を示す別のカソード構造
の斜視図である。

【図１８】図６の電子放出構造を作る際のステップを示
す断面図である。

【図１９】図６の電子放出構造を作る際のステップを示
す断面図である。

【図２０】図６の電子放出構造を作る際のステップを示
す断面図である。

【図２１】図６の電子放出構造を作る際のステップを示
す断面図である。

【符号の説明】

１０　　電子放出装置１２　　電子放出構造１３　　介在間隙１４　　アノード構造２０　　基板２２　　絶縁層２４　　導電層２６　　絶縁層２７　　周縁面２８　　第１の導電層３０　　絶縁層３２　　第２の導電層３４　　開口４０　　基板４２　　導電層５０　　信号リード５２　　信号リード５４　　信号リード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　電界電子放出構造用カソードにおいて
、エッジを有する導電性材料シートを設けてなるカソー
ド。
【請求項２】　　前記シートと接続されて前記エッジか
らの電子の流れを発生する手段を更に設ける請求項１記
載のカソード。
【請求項３】　　前記エッジが１つの領域の周囲に配置
される請求項１記載のカソード。
【請求項４】　　前記エッジが、前記シートの開口部分
を包囲する前記導電性材料シートのエッジ部分である請
求項１記載のカソード。
【請求項５】　　エッジ部分を有する導電性材料層と、
前記層と接続されて、該層のエッジ部分から電子の流れ
を発生するに充分な強さの電界を発生する手段とを設け
てなる組合わせ。
【請求項６】　　前記層に開口が配置され、前記層の前
記エッジ部分が前記層の開口の周縁部である請求項５記
載の組合わせ。
【請求項７】　　前記層が第１の層であり、更に前記第
１の層から隔てられた導電性材料の第２の層を含む請求
項６記載の組合わせ。
【請求項８】　　前記第１の層における開口の前記周縁
部からの前記電子流の速度を制御する手段を更に設ける
請求項７記載の組合わせ。
【請求項９】　　前記第１および第２の導電層間に配置
された絶縁層を更に設け、該絶縁層が、前記第１の導電
層に配置された開口と実質的に同心状に配置された開口
を有する請求項８記載の組合わせ。
【請求項１０】　　前記第１の導電層の開口が実質的に
円形である請求項６記載の組合わせ。
【請求項１１】　　導電性材料の前記第１の層が多数の
開口を有し、前記電界発生手段が、前記第１の層の多数
の開口の周縁部から多数の個々の電子流を生じさせる請
求項６記載の組合わせ。
【請求項１２】　　前記第２の導電層に開口が配置され
る請求項７記載の組合わせ。
【請求項１３】　　前記第１の層の前記開口、および前
記第２の層の開口が同心状の整列状態に配置される請求
項１２記載の組合わせ。
【請求項１４】　　前記第１および第２の層の開口の面
積が実質的に等しい請求項１３記載の組合わせ。
【請求項１５】　　前記電子流が前記第２の層の開口を
通る請求項１２記載の組合わせ。
【請求項１６】　　前記第１および第２の導電層間に固
定された絶縁層を更に設け、該絶縁層が、前記第１およ
び第２の導電層に配置された開口と実質的に同心状に配
置された開口を有する請求項１２記載の組合わせ。
【請求項１７】　　電子流を制御する手段が前記第２の
層と結合される請求項８記載の組合わせ。
【請求項１８】　　導電性材料の第３の層を更に設ける
請求項６記載の組合わせ。
【請求項１９】　　前記第３の層が、前記第１の導電層
に配置された開口と実質的に整列されて配置された開口
を有する請求項１８記載の組合わせ。
【請求項２０】　　前記第１の層の開口の周縁部からの
前記電子流の速度を制御する手段を更に設ける請求項１
９記載の組合わせ。
【請求項２１】　　前記第３の層が、前記第１および第
２の層間に配置される請求項２０記載の組合わせ。
【請求項２２】　　前記第１の層が、前記第２および第
３の層間に配置され、前記制御手段が更に、前記第３の
層と接続されて前記電子流を収束させる手段を含む請求
項２０記載の組合わせ。
【請求項２３】　　前記第１、第２および第３の導電層
が金属からなる請求項２０記載の組合わせ。
【請求項２４】　　前記第１、第２および第３の導電層
が耐熱性の金属からなる請求項２０記載の組合わせ。
【請求項２５】　　前記耐熱性の金属が、モリブデン、
タングステン、チタンおよびタンタルからなるグループ
から選定される請求項２４記載の組合わせ。
【請求項２６】　　前記金属がモリブデンである請求項
２３記載の組合わせ。
【請求項２７】　　前記第１の導電層の前記開口が実質
的に円形である請求項１４記載の組合わせ。
【請求項２８】　　前記第１の導電層の開口の前記周縁
部がテーパ状縁部面を有する請求項１４記載の組合わせ
。
【請求項２９】　　導電性材料の前記第１の層が、これ
を貫通する開口に近接する部分において比較的薄く、か
つ該開口から離れた部分において比較的厚い請求項６記
載の組合わせ。
【請求項３０】　　導電性材料の前記第１および第２の
層の各々は、多数の開口が形成され、前記電界発生手段
が、前記第１の層の多数の開口の周縁部から個々の電子
流を生じ、前記第２の層の対応する多数の開口の近接周
縁部が、電子流の速度を制御する前記手段と接続される
請求項１２記載の組合わせ。
【請求項３１】　　前記層と近接して配置されて前記層
から生じる前記電子流を集める手段を更に設ける請求項
５記載の組合わせ。
【請求項３２】　　前記電子流を集める手段を更に設け
る請求項７記載の組合わせ。
【請求項３３】　　第１の複数の実質的に平行な導体と
、前記第１の複数の導体から隔てられた第２の複数の実
質的に平行な導体とを設け、前記第１の層の前記導体が
前記第２の層の前記導体と整列状態にある部分を有し、
前記第１の複数の導体が、前記層の整列された部分にお
ける前記第１の複数の前記導体を貫通して設けられた開
口を有し、前記第１の層の前記導体と結合されて、前記
第１の複数の導体の開口の周縁部から電子流を生じる手
段と、前記第２の層の前記導体と結合されて、前記電子
流の速度を制御する手段とを設けてなる電子放出装置。
【請求項３４】　　前記第１の複数の第１の導体が、前
記第２の複数の第２の導体上に配置される請求項３３記
載の装置。
【請求項３５】　　前記第１および第２の複数の導体の
開口と整列されて配置された開口を有する前記第２の複
数の導体が、前記第１の複数の導体上に配置される請求
項３３記載の装置。
【請求項３６】　　前記第１の電極に近接して配置され
て、該第１の電極から生じる前記電子流を集める手段を
更に設ける請求項３３記載の装置。
【請求項３７】　　前記第１の層の開口が、前記絶縁層
の開口より直径が大きい請求項９記載の組合わせ。
【請求項３８】　　前記第１および第２の層間に配置さ
れた絶縁層を更に設ける請求項８記載の組合わせ。
【請求項３９】　　電子放出構造を作成する方法におい
て、（ａ）開口を有する導電性材料の第１の層を提供し
、（ｂ）前記第１の層から隔てられた導電性材料の第２
の層を提供するステップを含む方法。
【請求項４０】　　前記第２の層が開口を有する請求項
３９記載の方法。
【請求項４１】　　前記開口が前記層を貫通して形成さ
れる請求項４０記載の方法。
【請求項４２】　　前記第１および第２の導電層間に絶
縁層を提供するステップを更に含み、前記第１および第
２の層を貫通して形成された前記開口が前記絶縁層を貫
通して延長する請求項４１記載の方法。
【請求項４３】　　前記絶縁層に形成された開口が、前
記第１および第２の導電層に形成された開口と実質的に
整列され、かつ該開口より面積が大きい請求項４２記載
の方法。
【請求項４４】　　前記第２の導電層から隔てられた導
電性材料の第３の層を提供し、前記第１および第２の層
に開口を形成する前記ステップが、前記第３の層に開口
を形成することを含む請求項４３記載の方法。
【請求項４５】　　前記第１、第２および第３の導電層
が耐熱性金属である請求項４４記載の方法。
【請求項４６】　　前記第１、第２および第３の導電層
がモリブデンである請求項４４記載の方法。
【請求項４７】　　前記第１の導電層の前記開口が実質
的に円形である請求項３９記載の方法。
【請求項４８】　　第１の層を提供する前記ステップが
、貫通する開口に近接する部分において比較的薄く、か
つ該開口から離れた部分において比較的厚い層を提供す
ることを含む請求項３９記載の方法。
【請求項４９】　　第１の層を提供する前記ステップが
、（ｉ）前記導電性材料の比較的厚い層を提供し、（ｉ
ｉ）開口が形成される領域において前記導電性材料を取
除き、該取除かれた材料の領域が前記開口の領域を越え
、（ｉｉｉ）前記導電性材料の比較的薄い層を前記比較
的厚い層の上に提供するサブステップを含む請求項４８
記載の方法。
【請求項５０】　　開口を提供する前記ステップが、（
ｉ）開口が提供されるべき領域を露出させる如きパター
ンで前記第２の層の面をマスクし、（ｉｉ）前記第２の
層の前記面を、前記マスクされない領域における材料を
選択可能にエッチングするのに適するエッチャントに露
出させ、（ｉｉｉ）　前記開口が設けられるまで前記電
子放出構造の各層毎に適当なエッチャントを用いて前記
露出ステップを反復するサブステップを含む請求項４２
記載の方法。
【請求項５１】　　前記第１および第２の導電層に形成
された開口より大きな面積まで貫通する開口を拡大する
ように、前記絶縁層をエッチングするサブステップを更
に含む請求項５０記載の方法。
【請求項５２】　　前記第１の層を適当なエッチャント
に露出する前記サブステップが更に、開口における前記
第１の層の周縁部にテーパ状面を提供するサブステップ
を含む請求項５０記載の方法。
【請求項５３】　　開口における前記第１の層の周縁部
にテーパ状面を提供する前記サブステップが、前記第１
の層のエッチングの間終端点検出プロセスを含む請求項
５２記載の方法。
【請求項５４】　　第１の層を提供する前記ステップが
、第１の複数の実質的に平行な導体として前記第１の層
を提供することを含む請求項３９記載の方法。
【請求項５５】　　第２の層を形成する前記ステップが
、第２の複数の実質的に平行な導体として前記第２の層
を提供することを含み、前記第１の層の前記導体が前記
第２の層の前記導体と交差するも、これから電気的に分
離されており、開口を形成する前記ステップが、前記第
１および第２の層の前記導体の交差において前記第１お
よび第２の層を貫通して開口を形成することを含む請求
項５４記載の方法。
【請求項５６】　　前記第１および第２の層の導体の交
差において開口を形成する前記ステップが、各交差にお
いて多数の開口を形成することを含む請求項５５記載の
方法。