JPH05314891A - 電界放出冷陰極およびその製造方法 - Google Patents
電界放出冷陰極およびその製造方法Info
- Publication number
- JPH05314891A JPH05314891A JP11863792A JP11863792A JPH05314891A JP H05314891 A JPH05314891 A JP H05314891A JP 11863792 A JP11863792 A JP 11863792A JP 11863792 A JP11863792 A JP 11863792A JP H05314891 A JPH05314891 A JP H05314891A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- emitter
- metal layer
- accumulated
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
- H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/304—Field-emissive cathodes
- H01J1/3042—Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type
Abstract
(57)【要約】
【目的】製作し易く、再現性が良く、均一性が良く、安
定性、信頼性の高い電界放出冷陰極を実現する。 【構成】本発明においては、厚さを高精度で制御した薄
膜エミッタを両側あるいは片側の支持層とともに基板と
垂直に形成している。
定性、信頼性の高い電界放出冷陰極を実現する。 【構成】本発明においては、厚さを高精度で制御した薄
膜エミッタを両側あるいは片側の支持層とともに基板と
垂直に形成している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、微細加工技術を用いて
製作する電界放出冷陰極およびその製造方法に関する。
製作する電界放出冷陰極およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は微細加工技術を用いて製作する冷
陰極の中でスピントタイプと呼ばれる従来の冷陰極の断
面図である。半導体基板３１の上に先端が尖ったエミッ
タ３２および絶縁層３３、ゲート３４が作られている。
制御電極となるゲート３４には、エミッタ３２およびこ
れと同じ電位の半導体基板３１を基準として正の電圧が
印加されている。エミッタ３２の先端は極めて鋭く作ら
れているので、この部分には高い電界が加わり、ゲート
３４に印加された電圧に応じた量の電子がエミッタ３２
の先端から放出される。１個のエミッタ３２から放出さ
れる電流は多くても１０〜５０μＡ程度であるので、平
面上に多数のエミッタ３２を並べて必要な電子ビーム電
流を得る。半導体基板３１、エミッタ３２、絶縁層３
３、ゲート３４で陰極３５が構成され、陰極３５と対面
してアノード３６が置かれている。陰極３５とアノード
３６の間は真空に保たれ、陰極３５から放出された電子
は正の電圧が印加されたアノード３６に達する。
陰極の中でスピントタイプと呼ばれる従来の冷陰極の断
面図である。半導体基板３１の上に先端が尖ったエミッ
タ３２および絶縁層３３、ゲート３４が作られている。
制御電極となるゲート３４には、エミッタ３２およびこ
れと同じ電位の半導体基板３１を基準として正の電圧が
印加されている。エミッタ３２の先端は極めて鋭く作ら
れているので、この部分には高い電界が加わり、ゲート
３４に印加された電圧に応じた量の電子がエミッタ３２
の先端から放出される。１個のエミッタ３２から放出さ
れる電流は多くても１０〜５０μＡ程度であるので、平
面上に多数のエミッタ３２を並べて必要な電子ビーム電
流を得る。半導体基板３１、エミッタ３２、絶縁層３
３、ゲート３４で陰極３５が構成され、陰極３５と対面
してアノード３６が置かれている。陰極３５とアノード
３６の間は真空に保たれ、陰極３５から放出された電子
は正の電圧が印加されたアノード３６に達する。
【０００３】図３は微細加工技術を用いて製作する冷陰
極の中で横型タイプの冷陰極の断面図である。図３にお
いては、エミッタ３２、ゲート３４、横アノード３７は
絶縁基板上に作られており、線状になったエミッタ３２
の先端から放出されたシート状の電子ビームは横アノー
ド３７あるいはアノード３６に達する。
極の中で横型タイプの冷陰極の断面図である。図３にお
いては、エミッタ３２、ゲート３４、横アノード３７は
絶縁基板上に作られており、線状になったエミッタ３２
の先端から放出されたシート状の電子ビームは横アノー
ド３７あるいはアノード３６に達する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図２に示すスピントタ
イプの陰極は、高さ約１μｍの金属エミッタ３２を形成
するのに、ゲート３４となる金属膜に開けられた穴を通
して、金属を蒸着法によって堆積していき同時に先端が
極めて尖鋭になるように工夫している。このような製作
法は従来の半導体プロセスとは異なった技術であり、製
造装置、製造工程等に特別の設計が必要になる。さら
に、このような陰極では、取り出される電流の量はエミ
ッタ３２の先端の曲率半径や高さに強く依存するが、極
めて微細な先端を再現性良くまたは均一に製作するのは
困難である。
イプの陰極は、高さ約１μｍの金属エミッタ３２を形成
するのに、ゲート３４となる金属膜に開けられた穴を通
して、金属を蒸着法によって堆積していき同時に先端が
極めて尖鋭になるように工夫している。このような製作
法は従来の半導体プロセスとは異なった技術であり、製
造装置、製造工程等に特別の設計が必要になる。さら
に、このような陰極では、取り出される電流の量はエミ
ッタ３２の先端の曲率半径や高さに強く依存するが、極
めて微細な先端を再現性良くまたは均一に製作するのは
困難である。
【０００５】図３に示す横型の陰極は、従来の半導体製
作技術が適用できる利点はあるがエミッタ３２の先端に
おける電界を十分強くすることが難しく、ゲート３４と
エミッタ３２との間に高い電圧を印加する必要があり、
十分な電流を取り出すことが出来ない。さらに、この陰
極から放出された電流をアノード３６の位置においた蛍
光体に当てようとした場合、エミッタ３２から横方向に
放出された電子ビームを直角に曲げる必要があるが、電
極電圧の変化等によって電子ビームが当たる蛍光体の位
置が変化し、安定なディスプレイ装置を実現するのは困
難になる。
作技術が適用できる利点はあるがエミッタ３２の先端に
おける電界を十分強くすることが難しく、ゲート３４と
エミッタ３２との間に高い電圧を印加する必要があり、
十分な電流を取り出すことが出来ない。さらに、この陰
極から放出された電流をアノード３６の位置においた蛍
光体に当てようとした場合、エミッタ３２から横方向に
放出された電子ビームを直角に曲げる必要があるが、電
極電圧の変化等によって電子ビームが当たる蛍光体の位
置が変化し、安定なディスプレイ装置を実現するのは困
難になる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の電界放出冷陰極
は、導電性あるいは半導電性の基板あるいは絶縁体平板
とこの上に作った導電性あるいは半導電性膜で構成され
た基板と、前記基板上に積層した絶縁層と、前記絶縁層
の上に積層した第１の金属層と、前記基板ならびに前記
第１の金属層と垂直あるいは垂直に近い角度をなし、前
記基板と接触し、前記第１の金属層ならびに前記絶縁層
に設けられた欠損部において前記第１の金属層と接触せ
ずに交差する第２の金属層とで構成される。すなわち、
厚さを高精度で制御した薄膜を基板と垂直に形成してエ
ミッタとして、線状の電子放出源を形成している。
は、導電性あるいは半導電性の基板あるいは絶縁体平板
とこの上に作った導電性あるいは半導電性膜で構成され
た基板と、前記基板上に積層した絶縁層と、前記絶縁層
の上に積層した第１の金属層と、前記基板ならびに前記
第１の金属層と垂直あるいは垂直に近い角度をなし、前
記基板と接触し、前記第１の金属層ならびに前記絶縁層
に設けられた欠損部において前記第１の金属層と接触せ
ずに交差する第２の金属層とで構成される。すなわち、
厚さを高精度で制御した薄膜を基板と垂直に形成してエ
ミッタとして、線状の電子放出源を形成している。
【０００７】
【作用】本発明においては、シート状の電子ビームを形
成するエミッタの先端の形状を再現性、均一性良く製作
できる。このため、特性の再現性、均一性が良く、ゲー
ト電圧に対するエミッション電流の変化の割合が大きい
陰極を実現できる。さらに、エミッション電流の方向が
基板と垂直方向であるので、ディスプレイに適用すれば
安定で、精度の良い装置を実現できる。
成するエミッタの先端の形状を再現性、均一性良く製作
できる。このため、特性の再現性、均一性が良く、ゲー
ト電圧に対するエミッション電流の変化の割合が大きい
陰極を実現できる。さらに、エミッション電流の方向が
基板と垂直方向であるので、ディスプレイに適用すれば
安定で、精度の良い装置を実現できる。
【０００８】
【実施例】図１（ａ）は本発明の一実施例の製造工程を
示す断面図である。まず、（ａ）に示すように絶縁基板
１の上に共通導電体を堆積する。ついで、垂直面を得る
ために必要な酸化膜３を堆積してＲＩＥにより垂直にエ
ッチング加工する。ついで、（ｂ）に示すようにエミッ
タとなる電極を形成するために、導電体４を３層重ねて
堆積する。この３層のうち真中の導電体がエミッタ層５
となり残りの２つは支持層６である。エミッタとして機
能する材料には、白金や、タングステン、モリブデンな
どが利用できる。支持層は、エッチングによって一部を
除去するため、エミッタとは化学的に異なった性質の材
料の組合せを利用する必要がある。中心のエミッタは数
十から数百オングストロームの薄い薄膜を利用するた
め、ＭＢＥなどを利用して堆積を行なう。ついて、
（ｃ）に示すように酸化膜７を堆積して平坦化処理を行
なう。次に（ｄ）に示すように研磨によって不要な電極
領域を除去し、導電体薄膜断面８が基板表面に現われる
ようにする。次に、（ｅ）に示すように断面の領域にマ
スク９をパターニングする。このマスクは犠牲層として
機能するため、他の材料に干渉せずに除去できる材料、
例えばレジストチタン、金、アルミニウムなどが利用で
きる。次に（ｆ）に示すように再びＲＩＥによって、酸
化膜を除去し、電極の垂直構造を得る。次に（ｇ）に示
すように制御電極を得るために、酸化膜１０と制御電極
１１を構成する導電体を堆積する。電極にはタングステ
ンなどを用いると良い。次に（ｈ）に示すようにマスク
となっている材料のみを除去できるエッチング液を利用
して、エミッタの上にある酸化膜１２と導電体の層１３
を除去する。そして、エミッタを構成している３種の導
電体の内支持層のみを僅かにエッチングして取り除く。
最後に（ｉ）に示すように、エミッタの周りにある不要
な酸化膜１４を除去するためにエッチングを行なうと、
中心に先端が鋭利なエミッタを有し、両横を導電体で補
強したエミッタ１５が得られる。
示す断面図である。まず、（ａ）に示すように絶縁基板
１の上に共通導電体を堆積する。ついで、垂直面を得る
ために必要な酸化膜３を堆積してＲＩＥにより垂直にエ
ッチング加工する。ついで、（ｂ）に示すようにエミッ
タとなる電極を形成するために、導電体４を３層重ねて
堆積する。この３層のうち真中の導電体がエミッタ層５
となり残りの２つは支持層６である。エミッタとして機
能する材料には、白金や、タングステン、モリブデンな
どが利用できる。支持層は、エッチングによって一部を
除去するため、エミッタとは化学的に異なった性質の材
料の組合せを利用する必要がある。中心のエミッタは数
十から数百オングストロームの薄い薄膜を利用するた
め、ＭＢＥなどを利用して堆積を行なう。ついて、
（ｃ）に示すように酸化膜７を堆積して平坦化処理を行
なう。次に（ｄ）に示すように研磨によって不要な電極
領域を除去し、導電体薄膜断面８が基板表面に現われる
ようにする。次に、（ｅ）に示すように断面の領域にマ
スク９をパターニングする。このマスクは犠牲層として
機能するため、他の材料に干渉せずに除去できる材料、
例えばレジストチタン、金、アルミニウムなどが利用で
きる。次に（ｆ）に示すように再びＲＩＥによって、酸
化膜を除去し、電極の垂直構造を得る。次に（ｇ）に示
すように制御電極を得るために、酸化膜１０と制御電極
１１を構成する導電体を堆積する。電極にはタングステ
ンなどを用いると良い。次に（ｈ）に示すようにマスク
となっている材料のみを除去できるエッチング液を利用
して、エミッタの上にある酸化膜１２と導電体の層１３
を除去する。そして、エミッタを構成している３種の導
電体の内支持層のみを僅かにエッチングして取り除く。
最後に（ｉ）に示すように、エミッタの周りにある不要
な酸化膜１４を除去するためにエッチングを行なうと、
中心に先端が鋭利なエミッタを有し、両横を導電体で補
強したエミッタ１５が得られる。
【０００９】図１に示す実施例においては、絶縁基板１
の上に共通導電体２を重ねる構造を示したが、直接、金
属基板あるいは半導体基板上に作ることも出来る。さら
に、面状に陰極を実現するためには、図１に示す構造を
繰り返した構造にすれば良い。また、ある程度の長さの
単位陰極構造を縦、横に並べることによって、面状の陰
極とすることも可能である。
の上に共通導電体２を重ねる構造を示したが、直接、金
属基板あるいは半導体基板上に作ることも出来る。さら
に、面状に陰極を実現するためには、図１に示す構造を
繰り返した構造にすれば良い。また、ある程度の長さの
単位陰極構造を縦、横に並べることによって、面状の陰
極とすることも可能である。
【００１０】ここでは、薄膜の線状になったエッジがら
シート状の電子ビームを取り出す方法を示したが、エミ
ッタ先端をジグザグあるいは鋸歯状にして連続した点か
らエミッションを取り出したり、エミッタの先端を櫛歯
状にして連続した短い線からエミッションを取り出すよ
うにしても本発明の思想が適用されることは明らかであ
る。
シート状の電子ビームを取り出す方法を示したが、エミ
ッタ先端をジグザグあるいは鋸歯状にして連続した点か
らエミッションを取り出したり、エミッタの先端を櫛歯
状にして連続した短い線からエミッションを取り出すよ
うにしても本発明の思想が適用されることは明らかであ
る。
【００１１】酸化膜３、酸化膜７、酸化膜１４の代わり
にほかの材料を利用してもエチッグの選択性があれば同
様の効果を得ることが出来る。また、エミッタの両側に
支持体を置かずに片側だけに支持体を取り付けても同様
の効果を得ることができる。
にほかの材料を利用してもエチッグの選択性があれば同
様の効果を得ることが出来る。また、エミッタの両側に
支持体を置かずに片側だけに支持体を取り付けても同様
の効果を得ることができる。
【００１２】
【発明の効果】本発明の製造方法を利用すると、ＭＢＥ
を用いて数オングストロームから数百オングストローム
の薄膜を容易に製作できるので、先端が非常に鋭利でし
かも均一で再現性の良いエミッタを得ることが出来る。
エミッタの両側あるいは片側を導電体で挟み込んで支持
しているため、非常に薄い薄膜が、安定に垂直に保たれ
る。通常の半導体プロセスと全くコンパチビリティを保
ったまま製造できるため大面積化に有利である。先端の
みを尖らせ、他の部分を太くすることが可能なため、耐
熱性が高く、機械的強度が強いので、安定性の良いエミ
ッタを得ることが出来る。
を用いて数オングストロームから数百オングストローム
の薄膜を容易に製作できるので、先端が非常に鋭利でし
かも均一で再現性の良いエミッタを得ることが出来る。
エミッタの両側あるいは片側を導電体で挟み込んで支持
しているため、非常に薄い薄膜が、安定に垂直に保たれ
る。通常の半導体プロセスと全くコンパチビリティを保
ったまま製造できるため大面積化に有利である。先端の
みを尖らせ、他の部分を太くすることが可能なため、耐
熱性が高く、機械的強度が強いので、安定性の良いエミ
ッタを得ることが出来る。
【図１】（ａ）〜（ｉ）は、本発明の一実施例の製造工
程を示す断面図である。
程を示す断面図である。
【図２】従来の冷陰極を示す断面図である。
【図３】従来の冷陰極の他の例を示す断面図である。
１ 絶縁基板 ２ 共通導電体 ３，７，１０，１２，１４ 酸化膜 ４，１３ 導電体 ５ エミッタ層 ６ 支持層 ８ 導電体薄膜断面 ９ マスク １１ 制御電極 １５，３２ エミッタ ３１ 半導体基板 ３３ 絶縁層 ３４ ゲート ３５ 陰極 ３６ アノード ３７ 横アノード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗山 敏秀 東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式 会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 導電性あるいは半導電性の基板あるいは
絶縁体平板とこの上に作った導電性あるいは半導電性膜
で構成された基板と、前記基板上に積層した絶縁層と、
前記絶縁層の上に積層した第１の金属層と、前記基板な
らびに前記第１の金属層と垂直あるいは垂直に近い角度
をなし、前記基板と接触し、前記第１の金属層ならびに
前記絶縁層に設けられた欠損部において前記第１の金属
層と接触せずに交差する第２の金属層とで構成されるこ
とを特徴とする電界放出冷陰極。 - 【請求項２】 前記第２の金属層の前記基板と接触する
部分に近い部分の片側あるいは両側を金属あるいは絶縁
物で挾んだことを特徴とする請求項１記載の電界放出冷
陰極。 - 【請求項３】 基板の上に部分的に基板と垂直あるいは
垂直に近い角度をなす側面を持つ構造体を作り、前記基
板の上および前記構造体の前記側面の上に単一あるいは
複数の金属層を堆積し、さらにこの上に充填膜を堆積し
た後、前記基板と平行となるように前記充填膜の上から
前記金属層断面が露出するまで研磨し、然るのちに前記
充填膜ならびに前記構造体を除去して前記第２の金属層
を得ることを特徴とする電界放出冷陰極の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11863792A JPH05314891A (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | 電界放出冷陰極およびその製造方法 |
| EP93103085A EP0569671A1 (en) | 1992-05-12 | 1993-02-26 | Field emission cold cathode and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11863792A JPH05314891A (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | 電界放出冷陰極およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05314891A true JPH05314891A (ja) | 1993-11-26 |
Family
ID=14741471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11863792A Withdrawn JPH05314891A (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | 電界放出冷陰極およびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0569671A1 (ja) |
| JP (1) | JPH05314891A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100302183B1 (ko) * | 1997-11-29 | 2001-11-22 | 김영남 | 전계방출표시소자의필드에미터어레이형성방법 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0783762A1 (en) * | 1994-09-30 | 1997-07-16 | Polaroid Corporation | Film recorder light source based on field emission cathode |
| DE19609234A1 (de) * | 1996-03-09 | 1997-09-11 | Deutsche Telekom Ag | Röhrensysteme und Herstellungsverfahren hierzu |
| JP3044603B2 (ja) * | 1997-01-08 | 2000-05-22 | 双葉電子工業株式会社 | 電界放出素子の製造方法 |
| US6485346B1 (en) * | 2000-05-26 | 2002-11-26 | Litton Systems, Inc. | Field emitter for microwave devices and the method of its production |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5170092A (en) * | 1989-05-19 | 1992-12-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electron-emitting device and process for making the same |
| US5055077A (en) * | 1989-11-22 | 1991-10-08 | Motorola, Inc. | Cold cathode field emission device having an electrode in an encapsulating layer |
-
1992
- 1992-05-12 JP JP11863792A patent/JPH05314891A/ja not_active Withdrawn
-
1993
- 1993-02-26 EP EP93103085A patent/EP0569671A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100302183B1 (ko) * | 1997-11-29 | 2001-11-22 | 김영남 | 전계방출표시소자의필드에미터어레이형성방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0569671A1 (en) | 1993-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2574500B2 (ja) | プレーナ型冷陰極の製造方法 | |
| US5828163A (en) | Field emitter device with a current limiter structure | |
| US5243252A (en) | Electron field emission device | |
| EP0501785A2 (en) | Electron emitting structure and manufacturing method | |
| US6899584B2 (en) | Insulated gate field emitter array | |
| JP3060928B2 (ja) | 電界放出カソードとその製造方法 | |
| US6084245A (en) | Field emitter cell and array with vertical thin-film-edge emitter | |
| JPH05314891A (ja) | 電界放出冷陰極およびその製造方法 | |
| US5584740A (en) | Thin-film edge field emitter device and method of manufacture therefor | |
| JP3526673B2 (ja) | 電子放出素子、電子放出素子アレイ、カソード板及びそれらの製造方法並びに平面表示装置 | |
| JP2737618B2 (ja) | 電界放出形電子源 | |
| JPH06162919A (ja) | 電界放出冷陰極素子 | |
| EP0724280A1 (en) | Method of fabricating a field-emission cold cathode | |
| JPH03295131A (ja) | 電界放出素子およびその製造方法 | |
| JP3407289B2 (ja) | 電子放出装置およびその駆動方法 | |
| US6319082B1 (en) | Method of making an electron emission device by anode oxidation | |
| JP3437007B2 (ja) | 電界放出陰極及びその製造方法 | |
| JP3460376B2 (ja) | 微少冷電子源の製造方法 | |
| JPH09223454A (ja) | 電界放出装置の構造と製造方法 | |
| JPH03295130A (ja) | 電子放出素子 | |
| JP3184890B2 (ja) | 電子放出素子及びその製造方法 | |
| JPH0787074B2 (ja) | 電子放出素子およびその製造方法 | |
| JP4141591B2 (ja) | 表示装置の製造方法 | |
| JP3405584B2 (ja) | 微小多極真空管の製造方法 | |
| KR100274793B1 (ko) | 선형 전계방출 이미터 및 그의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990803 |