JPH05504021A - 封止型電界放出素子 - Google Patents

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】 封止型電界放出素子 本発明は、一般的に電界放出素子（ｆｉｅｌｄ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｄｅｖｉｃ ｅｓ）に関し、更に詳しくは非平面的な（ｎｏｎ−ｐ　ｌ　ａｎａ　ｒ）形状を 具現化する電界放出素子に関する。

背景技術 電界放出現象はよく知られている。真空管技術では、加熱した陰極を設けること によって誘起される電子放出に一般的に依存していた。最近は、ソリッド・ステ ート素子が提案され、ここでは電子放出作用は冷陰極（ｃｏｌｄ　ｃａｔｈｏｄ ｅ）と関連して発生する。後者の技術の利点は電磁パルス現象に対する抵抗性を 有する。

ソリッド・ステート電界放出素子の予期されている利点にもかかわらず、現在こ の技術の広汎な適用を妨げる多くの問題点に直面している。１つの問題は、この ような素子の製作に信頼性のないことに関する。これらの素子の最近の非平面的 な構成では、エミッタ・コーンを顕微鏡レベルで構成する必要がある。このよう なコーンを相当量、層の上に層を堆積する工程によって製作することは、今日の 製造上の能力に対する大きな挑戦である。明らかに製作がより容易である平面的 な（ｐｌａｎａｒ）構成の素子も、また提案されている。しかしこのような平面 的な構成は、必ずしも全ての所望の用途に適しているわけではない。

したがって、公知の製造技術を使用して容易に製作することができ、種々の用途 に適用するのに適した電界放出素子に対する必要性が存在する。

発明の開示 これらの必要性及びその他の必要性は、ここに開示する電界放出素子を提供する ことによって実質的に満足される。

本発明によって構成される電界放出素子は概略的に、陽極と、この陽極の周囲に 配置された陰極とを有する。

本発明の１つの実施例では、陰極は陽極に対して軸方向に変位している。

本発明の更に他の実施例では、ゲートもまた陽極の周囲に配置され、陽極と陰極 の両方に対して軸方向に変位している。

本発明の更に他の実施例では、陰極に設けられた縁部（ｅ　ｄ　ｇ　ｅ）によっ て、この縁部に近接する増強した電界によって誘起される電子放出がサポートさ れる。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明によって構成した電界放出素子の側部断面図である。

第２Ａ図と第２Ｂ図は、本発明の２つの実施例の上部平面図である。

第３図は、共通の基板上に本発明によって構成した複数の電界放出素子の縮小側 面図である。

発明を実施するための最良の形態 第１図に示すように、一般的に本発明によって構成された電界放出素子を参照番 号１００で示す。素子（１００）は、シリコン、石英または他の絶縁材料によっ て構成される支持基板（１０１）を有する。異なった実施例では、この層に導電 材料を使用することも適当であるかも知れない。

前記のように絶縁層を使用する場合には、表面に適当な導電経路を設け、以下で 説明するように素子の陽極に電気的に結合し、この素子の意図した用途をサポー トしてもよい。

この場合にはポリイミド物質等で構成された他の絶縁層（１０２）を支持層（１ ０１）の上に堆積する。次に適当なエツチング法を使用して、この第２の絶縁層 （１０２）に空洞（１０３）を形成する。この空洞（１０３）は、該空洞と結合 して位置し、支持基板（１０１）の上に形成された導電経路にアクセスするよう に十分に深く延びるのが好ましい。

次に適当な金属被膜工程によって、第２絶縁層（１０，２）の上に導電層（１０ ４）を加える。この金属被膜層（１０４）はゲートを構成する。この工程の間に 、空洞（１０３）の内部にも金属被膜層を堆積し、この金属被膜層は素子（１０ ０）の陽極（１０６）を形成する。

次に空洞（１０３）の内部に適当なマスク材料を堆積して陽極（１０６）を保護 し、他の絶縁層（１０７）をゲート層（１０４）の上に堆積するかまたは成長さ せる。これに続いて、他の金属被膜層（１０８）を堆積する。次に他の絶縁層（ １０９）を付は加えることもできる。

次に適当なエツチング工程を使用して、最後の金属被膜層（１０８）と最後の絶 縁層の側部を工、ｙチングによって除去する。このエツチング工程は、異方性的 にエツチングするように計算された工程でなければならない。この工程によって 、傾斜面を有する露出した金属被膜面（１１０）と比較的明確に構成された縁部 （１１１）が形成される。

この最後の金属被膜層（１０８）は素子（１００）の陰極を構成し、縁部（１１ １）は不連続な形状を構成し、この不連続形状は素子（１００）の動作に有利な 電界増強特性に貢献する。

また、エツチング工程またはリフト・オフ工程を使用して、空洞（１０３）の内 部に堆積した材料を取り除き、再び陽極（１０６）を露出してもよい。次に角度 の低い気相堆積工程を使用し、この構造（１００）の頂部に、酸化アルミまたは 酸化ケイ素のような適当な絶縁層（１１２）を堆積し、これによって封止型の素 子を製作する。後者の堆積工程は真空中で行われるのが好ましく、その結果、空 洞（１０３）は、真空になり、これは再び素子の予期した動作に有利に作用する 。

このように構成し、陰極（１０８）と陽極（１０６）に適当な電位を供給すれば 、［主として陰極（１０８）の縁部（１１１）が示す形状の不連続性によって］ 電子（１１３）が放出され、これは陽極（１０６）に向けて移動する。

周知の方法によってゲート（１０４）を適当に制御することによって、この流れ を一般的に調整することができる。

素子（１００）の他の実施例では、この素子と関連する中間金属被膜層（１０４ ）と絶縁層（１０７）を省くことができる。この結果、ダイオードのような２電 極素子が得られる。

特定の用途如何によって、空洞（１０３）を円形（第２ａ図参照）、矩形（第２ ｂ図参照）、またはいずれか複数の側部を有する他のチェンバ（ｃｈａｍｂｅｒ ）として形成してもよい。重要なことは、これらの実施例のいずれの場合でも、 陽極（１０６）の周囲に陰極（１０８）を配置することである。これらの特定の 実施例では、陰極はまた陽極に対して軸方向に変位し、第１図に示す電極が３つ の素子の場合には、陽極の周囲にゲートを配置し、このゲートはまた残りの２つ の電極に対し軸方向に変位している。

第３図を参照して、この素子（１００）の重要な利点を説明する。上述したよう な電界放出素子は、顕微鏡レベルで構成される。その結果、支持基板（１０１） は、一般的には厳密な平面にはならない。その代りに、第３図で一般的に示すよ うに、表面にばらつきが発生し得るし、また発生する。これら変動する表面摂動 によって、第２素子（３０２）の陽極（１０６）と比較した場合、第１素子（３ ０１）の陽極（１０６）のレベルと第２素子（３０２）の陽極（１０６）のレベ ルの間に垂直方向の変位（Ｂ）を生ずる。同様に、第２素子（３０２）の陽極（ １０６）のレベルと第３素子（３０３）の陽極（１０６）のレベルの間に、別の 変位（Ｃ）か存在する。

これらの当然発生するばらつきにもかかわらず、各素子（３０１，３０２および ３０３）の陰極の縁部（１１１）と陽極（１０６）の間の距離は、実質的に等し い（Ａ）ままである。素子間のこのような対応は、各素子および複数の素子全体 としての予測可能な性能に寄与する所大である。

同時に、これらの素子は、公知の金属被膜、酸化物の成長、エツチングおよび気 相堆積の諸技術を使用して容易に製作することか可能である。

第２Ａ図 要約書 ソリッド・ステート電界放出素子（１００）が開示され、この電界放出素子は、 陽極（１０６）の周囲に配置され、この陽極に対して軸方向に変位した陰極（１ １１）を有する。この素子自体は封止型で製造が容易であり、量産された場合に 、相互と比較して類似の動作特性を有する。

国際調査報告

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．Ａ）陽極（１０６）；および Ｂ）前記陽極の周囲に配置された陰極（１１１）；を具備することを特徴とする 電界放出素子。
2. ２．前記陰極は、前記陽極に対して軸方向に変位していることを更に特徴とする 請求の範囲第１項記載の電界放出素子。
3. ３．ゲート（１０４）が前記陽極の周囲に配置されることを更に特徴とする請求 の範囲第１項記載の電界放出素子。
4. ４．前記陽極、ゲートおよび陰極は、それぞれ相互に対して軸方向に変位してい ることを更に特徴とする請求の範囲第３項記載の電界放出素子。
5. ５．複数の電界放出素子（３０１、３０２および３０３）によって構成される電 子素子に於いて、前記各電界放出素子は： Ａ）陽極（１０６）；および Ｂ）陰極（１１１）； を含み、前記各電界放出素子について、前記陽極はその関連する陰極から実質的 に第１の値（Ａ）に等しい距離だけ離れて位置し、全ての陽極は相互に実質的同 一平面ではないことを特徴とする電子素子。