JPH05151886A - 電界放出型３極管素子及びその製造方法 - Google Patents
電界放出型３極管素子及びその製造方法Info
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- JPH05151886A JPH05151886A JP31438691A JP31438691A JPH05151886A JP H05151886 A JPH05151886 A JP H05151886A JP 31438691 A JP31438691 A JP 31438691A JP 31438691 A JP31438691 A JP 31438691A JP H05151886 A JPH05151886 A JP H05151886A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 放出電流密度が高くかつ耐久性の高い電界放
出型３極管素子及びその製造方法を提供する。 【構成】 シリコン基板10上にはアノード電極であるモ
リブデン層11が積層されており、モリブデン層11の上に
は電気的に絶縁な第１の絶縁層である二酸化シリコン層
12が積層されている。更に、二酸化シリコン層12の上に
は第２の電極層であるモリブデン層13が積層され、モリ
ブデン層13の上には電気的に絶縁な第２の絶縁層である
二酸化シリコン層14が積層されている。そして、二酸化
シリコン層14の上にはカソード電極であるモリブデン層
15が積層されている。二酸化シリコン層12とモリブデン
層13と二酸化シリコン層14とモリブデン層15とを貫通す
る鋸歯形状の溝16が複数形成されている。この際、溝16
によって隔てられたモリブデン層15の頂点部17が電子放
出部として動作する。
出型３極管素子及びその製造方法を提供する。 【構成】 シリコン基板10上にはアノード電極であるモ
リブデン層11が積層されており、モリブデン層11の上に
は電気的に絶縁な第１の絶縁層である二酸化シリコン層
12が積層されている。更に、二酸化シリコン層12の上に
は第２の電極層であるモリブデン層13が積層され、モリ
ブデン層13の上には電気的に絶縁な第２の絶縁層である
二酸化シリコン層14が積層されている。そして、二酸化
シリコン層14の上にはカソード電極であるモリブデン層
15が積層されている。二酸化シリコン層12とモリブデン
層13と二酸化シリコン層14とモリブデン層15とを貫通す
る鋸歯形状の溝16が複数形成されている。この際、溝16
によって隔てられたモリブデン層15の頂点部17が電子放
出部として動作する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電界放出の原理により
電子を放出する電界放出型３極管素子及びその製造方法
に関する。
電子を放出する電界放出型３極管素子及びその製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】電界放出型３極管素子は、例えば微小３
極管や薄型表示素子等の構成要素として考案されたもの
で、縦型（円錐形状）電界放出型３極管素子の動作及び
製造方法は、スタンフォード リサーチ インスティチ
ュート（Stanford Research Institute ）のシー．エ
ー．スピント（C.A.Spindt）らによるジャーナル オブ
アプライド フィジックス（ Journal of Applied Phy
sics）の第47巻、12号、5248〜5263頁（1976年12月）に
発表された研究報告により公知であり、エイチ．エフ．
グレイ（H. F. Gray) 等によって米国特許第4,307,507
号及び第4,513,308 号に開示されている。
極管や薄型表示素子等の構成要素として考案されたもの
で、縦型（円錐形状）電界放出型３極管素子の動作及び
製造方法は、スタンフォード リサーチ インスティチ
ュート（Stanford Research Institute ）のシー．エ
ー．スピント（C.A.Spindt）らによるジャーナル オブ
アプライド フィジックス（ Journal of Applied Phy
sics）の第47巻、12号、5248〜5263頁（1976年12月）に
発表された研究報告により公知であり、エイチ．エフ．
グレイ（H. F. Gray) 等によって米国特許第4,307,507
号及び第4,513,308 号に開示されている。
【０００３】図１０及び１１に、一般的な円錐形状電界
放出型３極管素子を示す。ここで、図１０は素子数個の
平面図、図１１は図１０の線Ｄ−Ｄの断面図である。
放出型３極管素子を示す。ここで、図１０は素子数個の
平面図、図１１は図１０の線Ｄ−Ｄの断面図である。
【０００４】この電界放出型３極管素子は、高さ約１μ
ｍの円錐形状電子放出部電極（カソード電極）32が、金
属又は半導体材料で形成された基板電極31の上に形成さ
れ、電子放出部電極32と電気的に絶縁された基板電極31
の上には第１の絶縁層33を挟んだゲート電極34、さらに
この上に第２の絶縁層35を挟んだアノード電極36が積層
された三極構造を有する。このような構成において、電
子放出部電極32とゲート電極34との間及び電子放出部電
極32とアノード電極36との間に電圧を印加すると、その
間に高電界が発生し、電界放出の原理によって電子放出
部電極32の先端領域37より電子が放出される。
ｍの円錐形状電子放出部電極（カソード電極）32が、金
属又は半導体材料で形成された基板電極31の上に形成さ
れ、電子放出部電極32と電気的に絶縁された基板電極31
の上には第１の絶縁層33を挟んだゲート電極34、さらに
この上に第２の絶縁層35を挟んだアノード電極36が積層
された三極構造を有する。このような構成において、電
子放出部電極32とゲート電極34との間及び電子放出部電
極32とアノード電極36との間に電圧を印加すると、その
間に高電界が発生し、電界放出の原理によって電子放出
部電極32の先端領域37より電子が放出される。
【０００５】また、電界放出型３極管素子の素子の動作
電圧を下げるために、素子構成及びカソード電極形状の
最適化が行われてきた。その一つとして、横型電界放出
型３極管素子の動作及び製造方法が金子氏らによって松
下技研株式会社等で行われ、平成２年度電子情報通信学
会秋期全国大会予稿集ＳＣ−８−４等に発表された研究
によって公知である。
電圧を下げるために、素子構成及びカソード電極形状の
最適化が行われてきた。その一つとして、横型電界放出
型３極管素子の動作及び製造方法が金子氏らによって松
下技研株式会社等で行われ、平成２年度電子情報通信学
会秋期全国大会予稿集ＳＣ−８−４等に発表された研究
によって公知である。
【０００６】図１２、１３及び１４に横型電界放出型３
極管素子の一例を示す。ここで図１２は素子数個の平面
図、図１３は図１２のＨ領域に示した素子１個の拡大平
面図、図１４は図１３の線Ｅ−Ｅの１素子の断面図であ
る。横型電界放出型３極管素子は、ガラス等の基板41上
に、鋸歯形状の縁部を有するカソード電極42と、同様な
鋸歯形状の縁部を有する絶縁層43を挟んだゲート電極44
とが、ｙ＝約１μｍの微小間隔を隔てて対向している素
子である。このような構造の素子は、鋸歯形状の頂点部
分47から電子放出が起こる。
極管素子の一例を示す。ここで図１２は素子数個の平面
図、図１３は図１２のＨ領域に示した素子１個の拡大平
面図、図１４は図１３の線Ｅ−Ｅの１素子の断面図であ
る。横型電界放出型３極管素子は、ガラス等の基板41上
に、鋸歯形状の縁部を有するカソード電極42と、同様な
鋸歯形状の縁部を有する絶縁層43を挟んだゲート電極44
とが、ｙ＝約１μｍの微小間隔を隔てて対向している素
子である。このような構造の素子は、鋸歯形状の頂点部
分47から電子放出が起こる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】縦型電界放出型３極管
素子は素子の集積化が容易であり、単位面積当たりの電
界放出点の数を多くできるため、放出電流密度を大きく
することができる。しかしながら、素子の動作電圧（カ
ソード電極からの電子放出に要するカソード電極とゲー
ト電極との間の電圧）が高く、各素子のカソード電極で
の電子放出が一点に集中しやすく、動作時に素子の破壊
が起こりやすいという構造上の問題点があり、素子の耐
久性も低い。
素子は素子の集積化が容易であり、単位面積当たりの電
界放出点の数を多くできるため、放出電流密度を大きく
することができる。しかしながら、素子の動作電圧（カ
ソード電極からの電子放出に要するカソード電極とゲー
ト電極との間の電圧）が高く、各素子のカソード電極で
の電子放出が一点に集中しやすく、動作時に素子の破壊
が起こりやすいという構造上の問題点があり、素子の耐
久性も低い。
【０００８】これに対して横型電界放出型３極管素子
は、縦型電界放出型３極管素子と比較して動作電圧が低
いという特徴を有するが、構造上単位面積当たりの電子
放出点が少ないために放出電流密度が低いという問題点
がある。
は、縦型電界放出型３極管素子と比較して動作電圧が低
いという特徴を有するが、構造上単位面積当たりの電子
放出点が少ないために放出電流密度が低いという問題点
がある。
【０００９】従って、本発明は、放出電流密度が高くか
つ耐久性の高い電界放出型３極管素子及びその製造方法
を提供するものである。
つ耐久性の高い電界放出型３極管素子及びその製造方法
を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、第１の
電極層としての基板電極と、該基板電極上に積層された
第１の絶縁層と、該第１の絶縁層の上に積層された第２
の電極層と、該第２の電極層の上に積層された第２の絶
縁層と、該第２の絶縁層の上に積層された第３の電極層
と、第１の絶縁層と第２の電極層と第２の絶縁層と第３
の電極層とを貫通する溝とを備えた電界放出型３極管素
子が提供される。
電極層としての基板電極と、該基板電極上に積層された
第１の絶縁層と、該第１の絶縁層の上に積層された第２
の電極層と、該第２の電極層の上に積層された第２の絶
縁層と、該第２の絶縁層の上に積層された第３の電極層
と、第１の絶縁層と第２の電極層と第２の絶縁層と第３
の電極層とを貫通する溝とを備えた電界放出型３極管素
子が提供される。
【００１１】また、好ましくは、溝の平面形状は鋸歯形
状である。
状である。
【００１２】さらに、本発明によれば、第１の電極層を
含む基板上に、平面形状が鋸歯形状であるマスクパター
ンを転写して凸型形状のマスクパターンを形成し、該マ
スクパターンが形成された基板上に第１の絶縁層と第２
の電極層と第２の絶縁層と第３の電極層とを順次積層
し、マスクパターンを除去することにより第１の絶縁層
と第２の電極層と第２の絶縁層と第３の電極層とを貫通
する溝を形成する電界放出型３極管素子の製造方法が提
供される。
含む基板上に、平面形状が鋸歯形状であるマスクパター
ンを転写して凸型形状のマスクパターンを形成し、該マ
スクパターンが形成された基板上に第１の絶縁層と第２
の電極層と第２の絶縁層と第３の電極層とを順次積層
し、マスクパターンを除去することにより第１の絶縁層
と第２の電極層と第２の絶縁層と第３の電極層とを貫通
する溝を形成する電界放出型３極管素子の製造方法が提
供される。
【００１３】
【作用】第１の電極層と第３の電極層との間及び第２の
電極層と第３の電極層との間にそれぞれ所定の電圧を印
加すると、電界放出の原理に基づいて第３の電極層から
電子が放出される。この際、電子放出が起こるのは、鋸
歯形状の溝によって隔てられた対向する第３の電極層の
頂点部からである。
電極層と第３の電極層との間にそれぞれ所定の電圧を印
加すると、電界放出の原理に基づいて第３の電極層から
電子が放出される。この際、電子放出が起こるのは、鋸
歯形状の溝によって隔てられた対向する第３の電極層の
頂点部からである。
【００１４】
【実施例】本発明による電界放出型３極管素子の実施例
について図面を参照して説明する。
について図面を参照して説明する。
【００１５】図１は本発明に係る電界放出型３極管素子
の一実施例の素子数個の平面図、図２は図１のＦ領域の
素子一個の拡大平面図、図３は図２の線Ａ−Ａの素子断
面図である。
の一実施例の素子数個の平面図、図２は図１のＦ領域の
素子一個の拡大平面図、図３は図２の線Ａ−Ａの素子断
面図である。
【００１６】図３に示すように、シリコン基板10上には
シリコン基板10と電気的に接続されたアノード電極であ
るモリブデン層11が積層されており、モリブデン層11の
上には電気的に絶縁な第１の絶縁層である二酸化シリコ
ン層（ＳｉＯ2 ）12が積層されている。更に、二酸化シ
リコン層12の上には第２の電極層であるモリブデン層13
が積層され、モリブデン層13の上には電気的に絶縁な第
２の絶縁層である二酸化シリコン層14が積層されてい
る。そして、二酸化シリコン層14の上にはカソード電極
であるモリブデン層15が積層されている。図１中、ｍは
鋸歯形状部分の鋸歯の高さであり、例えば本実施例では
ｍ＝５μｍである。また、ｎは鋸歯形状部分の隣り合う
頂点間の距離であり、例えば本実施例ではｎ＝５μｍで
ある。
シリコン基板10と電気的に接続されたアノード電極であ
るモリブデン層11が積層されており、モリブデン層11の
上には電気的に絶縁な第１の絶縁層である二酸化シリコ
ン層（ＳｉＯ2 ）12が積層されている。更に、二酸化シ
リコン層12の上には第２の電極層であるモリブデン層13
が積層され、モリブデン層13の上には電気的に絶縁な第
２の絶縁層である二酸化シリコン層14が積層されてい
る。そして、二酸化シリコン層14の上にはカソード電極
であるモリブデン層15が積層されている。図１中、ｍは
鋸歯形状部分の鋸歯の高さであり、例えば本実施例では
ｍ＝５μｍである。また、ｎは鋸歯形状部分の隣り合う
頂点間の距離であり、例えば本実施例ではｎ＝５μｍで
ある。
【００１７】二酸化シリコン層12とモリブデン層13と二
酸化シリコン層14とモリブデン層15とを貫通する鋸歯形
状の溝16が、図１に示すように形成されている。また、
この鋸歯形状の溝16は、後述するようにモリブデン層11
上に複数形成されている。この際、溝16によって隔てら
れた対向するモリブデン層15の頂点部17が電子放出部と
して動作する。図３において、ｕは溝16の幅であり、例
えば本実施例では１μｍである。
酸化シリコン層14とモリブデン層15とを貫通する鋸歯形
状の溝16が、図１に示すように形成されている。また、
この鋸歯形状の溝16は、後述するようにモリブデン層11
上に複数形成されている。この際、溝16によって隔てら
れた対向するモリブデン層15の頂点部17が電子放出部と
して動作する。図３において、ｕは溝16の幅であり、例
えば本実施例では１μｍである。
【００１８】このような、微小間隔を隔てて対向した積
層構造電界放出素子構造において、各積層部のカソード
電極であるモリブデン層15とアノード電極であるモリブ
デン層11との間及びカソード電極であるモリブデン層15
とゲート電極であるモリブデン層13との間に電圧を印加
すると、積層部の各鋸歯形状部分の頂点部17、即ちカソ
ード電極であるモリブデン層15の先端部分の夫々から電
子放出が起こる。このように、溝16の両側の鋸歯形状部
分の各頂点部17が電子放出部となるので、従来の横型電
界放出型３極管素子と比較すると、素子アレイ一列当た
りの電子放出部の数が２倍となり、単位面積当たりの放
出電流密度が大きくなる。
層構造電界放出素子構造において、各積層部のカソード
電極であるモリブデン層15とアノード電極であるモリブ
デン層11との間及びカソード電極であるモリブデン層15
とゲート電極であるモリブデン層13との間に電圧を印加
すると、積層部の各鋸歯形状部分の頂点部17、即ちカソ
ード電極であるモリブデン層15の先端部分の夫々から電
子放出が起こる。このように、溝16の両側の鋸歯形状部
分の各頂点部17が電子放出部となるので、従来の横型電
界放出型３極管素子と比較すると、素子アレイ一列当た
りの電子放出部の数が２倍となり、単位面積当たりの放
出電流密度が大きくなる。
【００１９】次に、図を参照して上記実施例の電界放出
型３極管素子の製造方法について説明する。
型３極管素子の製造方法について説明する。
【００２０】図４は、電界放出型３極管素子の製造工程
を示す側面断面図である。
を示す側面断面図である。
【００２１】厚さ約１ｍｍのシリコン（Ｓｉ）基板10上
に、モリブデン金属を０．５μｍ程度の厚さに全面電子
ビーム蒸着を行い、基板電極（アノード電極）11とし、
その上に厚さ約２〜３μｍのレジストを塗布し、電子ビ
ーム又は紫外線により露光をしレジストにマスクパター
ンの転写を行い、転写パターンを基板電極11上に形成
し、図４（Ａ）に示すレジスト層17が形成された構造を
得る。
に、モリブデン金属を０．５μｍ程度の厚さに全面電子
ビーム蒸着を行い、基板電極（アノード電極）11とし、
その上に厚さ約２〜３μｍのレジストを塗布し、電子ビ
ーム又は紫外線により露光をしレジストにマスクパター
ンの転写を行い、転写パターンを基板電極11上に形成
し、図４（Ａ）に示すレジスト層17が形成された構造を
得る。
【００２２】この際、転写されるマスクパターン全体の
形状の平面図を図５に、図５の線Ｂ−Ｂの断面図を図６
に示す。図５には、レジストにより転写され形成された
鋸歯形状の連続図形のレジスト層17の全体が示されてい
る。図６において、ｖはレジスト層17の幅であり、本実
施例ではｖ＝約１μｍであり、ｗは隣り合う鋸歯形状の
レジスト層間の間隙の幅であり、本実施例ではｗ＝約１
０μｍである。
形状の平面図を図５に、図５の線Ｂ−Ｂの断面図を図６
に示す。図５には、レジストにより転写され形成された
鋸歯形状の連続図形のレジスト層17の全体が示されてい
る。図６において、ｖはレジスト層17の幅であり、本実
施例ではｖ＝約１μｍであり、ｗは隣り合う鋸歯形状の
レジスト層間の間隙の幅であり、本実施例ではｗ＝約１
０μｍである。
【００２３】次に、熔融石英（ＳｉＯ2 ）蒸発源を用い
て電子ビーム蒸着を行い、約０．５μｍの二酸化シリコ
ン（ＳｉＯ2 ）絶縁層（第１絶縁層）12を、アノード電
極11上に積層し、図４（Ｂ）の構造を得た。さらに、モ
リブデン（Ｍｏ）蒸発源を用いて電子ビーム蒸着を行
い、約０．５μｍの第２の電極層（ゲート電極層）13を
第１絶縁層12上に積層して図４（Ｃ）の構造を得た。
て電子ビーム蒸着を行い、約０．５μｍの二酸化シリコ
ン（ＳｉＯ2 ）絶縁層（第１絶縁層）12を、アノード電
極11上に積層し、図４（Ｂ）の構造を得た。さらに、モ
リブデン（Ｍｏ）蒸発源を用いて電子ビーム蒸着を行
い、約０．５μｍの第２の電極層（ゲート電極層）13を
第１絶縁層12上に積層して図４（Ｃ）の構造を得た。
【００２４】次に、再度熔融石英（ＳｉＯ2 ）蒸発源を
用いて電子ビーム蒸着を行い、約０．５μｍの二酸化シ
リコン（ＳｉＯ2 ）絶縁層（第２絶縁層）14を、ゲート
電極層13上に積層し、図４（Ｄ）の構造を得た。また、
さらにモリブデン（Ｍｏ）蒸発源を用いて電子ビーム蒸
着を行い、約０．５μｍの第３の電極層（カソード電極
層）15を第２絶縁層14上に積層して図４（Ｅ）の構造を
得た。
用いて電子ビーム蒸着を行い、約０．５μｍの二酸化シ
リコン（ＳｉＯ2 ）絶縁層（第２絶縁層）14を、ゲート
電極層13上に積層し、図４（Ｄ）の構造を得た。また、
さらにモリブデン（Ｍｏ）蒸発源を用いて電子ビーム蒸
着を行い、約０．５μｍの第３の電極層（カソード電極
層）15を第２絶縁層14上に積層して図４（Ｅ）の構造を
得た。
【００２５】以上図４（Ｂ）〜（Ｅ）に示した製造過程
は、２源蒸着法を用いることで同一真空装置内で実施す
ることが可能である。即ち、蒸着源の一方を熔融石英
（ＳｉＯ2 ）蒸発源とし、他方をモリブデン（Ｍｏ）蒸
発源とし一層ごとに交互に蒸着を実施すればよい。
は、２源蒸着法を用いることで同一真空装置内で実施す
ることが可能である。即ち、蒸着源の一方を熔融石英
（ＳｉＯ2 ）蒸発源とし、他方をモリブデン（Ｍｏ）蒸
発源とし一層ごとに交互に蒸着を実施すればよい。
【００２６】最後に、基板全体を有機溶剤で洗浄する
と、レジスト部分が有機溶剤に溶け、レジスト上の余分
な積層堆積物（12ａ，13ａ，14ａ，15ａ）が除去され、
図４（Ｆ）に示すように幅約１μｍ（図中記号ｕで示
す）の溝16を有する積層構造の素子が形成される。尚、
フッ酸及びフッ化アンモニウム混合液によりエッチング
を行い、夫々の絶縁層のアンダーカットを行った。
と、レジスト部分が有機溶剤に溶け、レジスト上の余分
な積層堆積物（12ａ，13ａ，14ａ，15ａ）が除去され、
図４（Ｆ）に示すように幅約１μｍ（図中記号ｕで示
す）の溝16を有する積層構造の素子が形成される。尚、
フッ酸及びフッ化アンモニウム混合液によりエッチング
を行い、夫々の絶縁層のアンダーカットを行った。
【００２７】本実施例では、電極材料にモリブデンを用
いたがこれに限られるものではなく、タングステン
（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の他の金属を使用しても同様
な構造の電極を実現できる。また、基板電極として、シ
リコン半導体基板そのものを電極として用いてもよい。
いたがこれに限られるものではなく、タングステン
（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の他の金属を使用しても同様
な構造の電極を実現できる。また、基板電極として、シ
リコン半導体基板そのものを電極として用いてもよい。
【００２８】本実施例による製造方法によれば、素子製
造過程において、エッチングは最後にレジスト部分を除
去した後のアンダーカットの際の一回で済み、従来の円
錐形状電界放出型３極管素子の製造方法等に比べ、カソ
ード電極の製造がはるかに容易である。また、電極の作
製ごとにエッチング又はリフトオフを繰り返す必要がな
く、積層構造の成膜過程において不純物混入等により汚
染される可能性が低く、従来の製法に比較してはるかに
容易にかつ精度よく素子作製が可能となる。本実施例に
より作製された素子の動作電圧は従来の横型電界放出型
３極管素子同様に低く、また素子一列当たりの電子放出
点の数が２倍であるため、電流密度も従来の横型電界放
出型３極管素子に比較して大きな値が得られ、実用的な
素子を供給できる。
造過程において、エッチングは最後にレジスト部分を除
去した後のアンダーカットの際の一回で済み、従来の円
錐形状電界放出型３極管素子の製造方法等に比べ、カソ
ード電極の製造がはるかに容易である。また、電極の作
製ごとにエッチング又はリフトオフを繰り返す必要がな
く、積層構造の成膜過程において不純物混入等により汚
染される可能性が低く、従来の製法に比較してはるかに
容易にかつ精度よく素子作製が可能となる。本実施例に
より作製された素子の動作電圧は従来の横型電界放出型
３極管素子同様に低く、また素子一列当たりの電子放出
点の数が２倍であるため、電流密度も従来の横型電界放
出型３極管素子に比較して大きな値が得られ、実用的な
素子を供給できる。
【００２９】次に、電界放出型３極管素子の第２の実施
例について説明する。図７に、電界放出型３極管素子の
第２の実施例の平面図を、図８に図７のＧ領域の拡大図
を、図９に図８の線Ｃ−Ｃの断面図を示す。
例について説明する。図７に、電界放出型３極管素子の
第２の実施例の平面図を、図８に図７のＧ領域の拡大図
を、図９に図８の線Ｃ−Ｃの断面図を示す。
【００３０】本実施例では、溝26の平面形状は、図７及
び図８に示すように、鋸歯形状ではなく電子放出部の先
端部分の頂点部27の頂角を、第１の実施例より鋭角にし
た波型形状である。
び図８に示すように、鋸歯形状ではなく電子放出部の先
端部分の頂点部27の頂角を、第１の実施例より鋭角にし
た波型形状である。
【００３１】図９から明らかなように、溝26によって分
割される積層部は、第１の実施例と同様な構造を有して
おり、シリコン基板20の上部には、アノード電極層21、
第１絶縁層22、ゲート電極層23、第２絶縁層24及びカソ
ード電極層25がこの順番で積層されている。図中、ｘは
溝26の幅であり、本実施例ではｘ＝約１μｍである。
尚、本電界放出型３極管素子は上記した製造方法によっ
て作製が可能である。
割される積層部は、第１の実施例と同様な構造を有して
おり、シリコン基板20の上部には、アノード電極層21、
第１絶縁層22、ゲート電極層23、第２絶縁層24及びカソ
ード電極層25がこの順番で積層されている。図中、ｘは
溝26の幅であり、本実施例ではｘ＝約１μｍである。
尚、本電界放出型３極管素子は上記した製造方法によっ
て作製が可能である。
【００３２】このような、微小間隔を隔てて対向した積
層構造電界放出素子構造において、各積層部のカソード
電極層25とアノード電極層21との間及びカソード電極層
25とゲート電極層23との間に電圧を印加すると、積層部
の各波型形状部分の頂点部２７、即ちカソード電極層２
５の先端部分の夫々から電子放出が起こる。このよう
に、溝26の両側の波型形状部分の各頂点部17が電子放出
部となるので、従来の横型電界放出型３極管素子と比較
すると、素子アレイ一列当たりの電子放出部の数が２倍
となり、単位面積当たりの放出電流密度が大きくなる。
さらに、積層部の各波型形状部分の頂点部27の頂角は第
１の実施例と比較するとより鋭角であるために、動作電
圧が低くなる。
層構造電界放出素子構造において、各積層部のカソード
電極層25とアノード電極層21との間及びカソード電極層
25とゲート電極層23との間に電圧を印加すると、積層部
の各波型形状部分の頂点部２７、即ちカソード電極層２
５の先端部分の夫々から電子放出が起こる。このよう
に、溝26の両側の波型形状部分の各頂点部17が電子放出
部となるので、従来の横型電界放出型３極管素子と比較
すると、素子アレイ一列当たりの電子放出部の数が２倍
となり、単位面積当たりの放出電流密度が大きくなる。
さらに、積層部の各波型形状部分の頂点部27の頂角は第
１の実施例と比較するとより鋭角であるために、動作電
圧が低くなる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による電界
放出型３極管素子は、第１の電極層としての基板電極
と、該基板電極上に積層された第１の絶縁層と、該第１
の絶縁層の上に積層された第２の電極層と、該第２の電
極層の上に積層された第２の絶縁層と、該第２の絶縁層
の上に積層された第３の電極層と、第１の絶縁層と第２
の電極層と第２の絶縁層と第３の電極層とを貫通する溝
とを備え、さらに好ましくは、溝の平面形状が鋸歯形状
であり、溝によって隔てられた第３の電極層の頂点部が
電子放出部として動作するので、素子の動作電圧は従来
の横型電界放出型３極管素子同様に低く、また素子一列
当たりの電子放出点の数が２倍であるため、電流密度も
従来の横型電界放出型３極管素子に比較して大きな値が
得られる。
放出型３極管素子は、第１の電極層としての基板電極
と、該基板電極上に積層された第１の絶縁層と、該第１
の絶縁層の上に積層された第２の電極層と、該第２の電
極層の上に積層された第２の絶縁層と、該第２の絶縁層
の上に積層された第３の電極層と、第１の絶縁層と第２
の電極層と第２の絶縁層と第３の電極層とを貫通する溝
とを備え、さらに好ましくは、溝の平面形状が鋸歯形状
であり、溝によって隔てられた第３の電極層の頂点部が
電子放出部として動作するので、素子の動作電圧は従来
の横型電界放出型３極管素子同様に低く、また素子一列
当たりの電子放出点の数が２倍であるため、電流密度も
従来の横型電界放出型３極管素子に比較して大きな値が
得られる。
【図１】本発明に係る電界放出型３極管素子の一実施例
の要部平面図である。
の要部平面図である。
【図２】図１のＦ領域の拡大図である。
【図３】図２の線Ａ−Ａの断面図である。
【図４】本発明に係る電界放出型３極管素子の製造方法
の一実施例を示す側面断面図である。
の一実施例を示す側面断面図である。
【図５】図４に示した製造方法におけるアノード電極層
上に形成されたレジスト層の全体を示す平面図である。
上に形成されたレジスト層の全体を示す平面図である。
【図６】図５の線Ｂ−Ｂの断面図である。
【図７】本発明に係る電界放出型３極管素子の他の実施
例の平面図である。
例の平面図である。
【図８】図７のＧ領域の拡大図である。
【図９】図８の線Ｃ−Ｃの断面図である。
【図１０】従来の縦型電界放出型３極管素子の平面図で
ある。
ある。
【図１１】図１０の線Ｄ−Ｄの断面図である。
【図１２】従来の横型電界放出型３極管素子の要部平面
図である。
図である。
【図１３】図１２のＨ領域の拡大図である。
【図１４】図１３の線Ｅ−Ｅの断面図である。
10 シリコン基板 11 アノード電極層 12 第１絶縁層 13 ゲート電極層 14 第２絶縁層 15 カソード電極層 16 溝 17 電子放出部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦山 雅夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ヤープ株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 第１の電極層としての基板電極と、該基
板電極上に積層された第１の絶縁層と、該第１の絶縁層
の上に積層された第２の電極層と、該第２の電極層の上
に積層された第２の絶縁層と、該第２の絶縁層の上に積
層された第３の電極層と、前記第１の絶縁層と前記第２
の電極層と前記第２の絶縁層と前記第３の電極層とを貫
通する溝とを備えたことを特徴とする電界放出型３極管
素子。 - 【請求項２】 前記溝の平面形状が鋸歯形状であること
を特徴とする請求項１に記載の電界放出型３極管素子。 - 【請求項３】 第１の電極層を含む基板上に、平面形状
が鋸歯形状であるマスクパターンを転写して凸型形状の
マスクパターンを形成し、該マスクパターンが形成され
た前記基板上に第１の絶縁層と第２の電極層と第２の絶
縁層と第３の電極層とを順次積層し、前記マスクパター
ンを除去することにより前記第１の絶縁層と前記第２の
電極層と前記第２の絶縁層と前記第３の電極層とを貫通
する溝を形成することを特徴とする電界放出型３極管素
子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31438691A JP2752822B2 (ja) | 1991-11-28 | 1991-11-28 | 電界放出型３極管素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31438691A JP2752822B2 (ja) | 1991-11-28 | 1991-11-28 | 電界放出型３極管素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05151886A true JPH05151886A (ja) | 1993-06-18 |
| JP2752822B2 JP2752822B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=18052723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31438691A Expired - Lifetime JP2752822B2 (ja) | 1991-11-28 | 1991-11-28 | 電界放出型３極管素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2752822B2 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01300558A (ja) * | 1988-05-27 | 1989-12-05 | Agency Of Ind Science & Technol | 冷電子放出型能動素子及びその製造方法 |
| WO1991007771A1 (en) * | 1989-11-22 | 1991-05-30 | Motorola, Inc. | Cold cathode field emission device having an electrode in an encapsulating layer |
| JPH03190034A (ja) * | 1989-12-19 | 1991-08-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子放出素子とその製造方法 |
| JPH04109539A (ja) * | 1990-08-30 | 1992-04-10 | Canon Inc | 真空管 |
-
1991
- 1991-11-28 JP JP31438691A patent/JP2752822B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01300558A (ja) * | 1988-05-27 | 1989-12-05 | Agency Of Ind Science & Technol | 冷電子放出型能動素子及びその製造方法 |
| WO1991007771A1 (en) * | 1989-11-22 | 1991-05-30 | Motorola, Inc. | Cold cathode field emission device having an electrode in an encapsulating layer |
| JPH03190034A (ja) * | 1989-12-19 | 1991-08-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子放出素子とその製造方法 |
| JPH04109539A (ja) * | 1990-08-30 | 1992-04-10 | Canon Inc | 真空管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2752822B2 (ja) | 1998-05-18 |
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