JPH0574327A - Electron emitter - Google Patents

Electron emitter

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JPH0574327A
JPH0574327A JP3308692A JP3308692A JPH0574327A JP H0574327 A JPH0574327 A JP H0574327A JP 3308692 A JP3308692 A JP 3308692A JP 3308692 A JP3308692 A JP 3308692A JP H0574327 A JPH0574327 A JP H0574327A
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cathode
electron
insulating layer
emitting device
wedge
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Akira Kaneko
彰 金子
Toru Sugano
亨 菅野
Keiko Morishita
啓子 森下
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To provide an electron emitting element which can be manufactured easily and can improve the yield rate and the reliability and can get a high electron beam by suppressing the spread of the electron beam. CONSTITUTION:A base electrode 12 is made on an insulating substrate 11. A plurality of cathode 13 are made radially in the specified sections of base electrode 12. Each cathode 12 is made to have edges 14, and have a wedge part whose width changes gradually, and especially so that the wedge-shaped top 15 may turn in the center direction. An insulating layer 16 and a control electrode 17 are made in order leaving a specified interval with the cathode 13. Electric rays are concentrated to the cathode 13, especially, to the wedge- shaped top 15 by applying voltage between the cathode 13 and the control electrode 17, whereby an electron beam is emitted.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【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、各種電子ビーム装置の発生源と
して利用することができる電子放出素子に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting device which can be used as a source of various electron beam devices such as an electron microscope, an electron beam exposure device and a CRT.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、微細加工技術の進展に伴い、加熱
を必要としない電子放出素子、いわゆる冷陰極、特に、
微小冷陰極に関する研究開発が活発になってきており、
幾つかあるタイプの中で、電界放出型の電子放出素子が
よく研究されている。電界放出型の電子放出素子は、電
子を放出させるために陰極の先端の曲率が数百nm以下
となるように針状加工し、この陰極先端に107 V/c
m程度の強電界を集中させることにより電子放出を行わ
せるように構成されている。この電界放出型の電子放出
素子は、(1)電流密度が高い、(2)陰極を加熱する
必要がないので、電力消費が非常に少ないなどの特徴を
有する。
2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of fine processing technology, electron-emitting devices that do not require heating, so-called cold cathodes, especially,
Research and development on micro cold cathodes have become active,
Field emission type electron-emitting devices have been well studied among several types. The field emission type electron-emitting device is needle-shaped so that the tip of the cathode has a curvature of several hundreds nm or less in order to emit electrons, and the cathode tip has a voltage of 10 7 V / c.
Electrons are emitted by concentrating a strong electric field of about m. This field emission type electron-emitting device has features such as (1) high current density, and (2) very low power consumption because it is not necessary to heat the cathode.

【0003】上記電界放出型の電子放出素子として、例
えば、Journalof applied Physics, Vol39, No7, P350
4, 1968 (ジャーナル・オブ・アプライド・フィジック
ス、39巻、7号、3504ページ、1968年)に記
載されている構成が知られている。図10(a)は上記
従来の電子放出素子の製造途中の状態を示す断面図、図
10(b)は上記従来の電子放出素子の製造完成状態を
示す断面図である。
Examples of the field emission type electron-emitting device include, for example, Journal of applied Physics, Vol39, No7, P350.
4, 1968 (Journal of Applied Physics, 39, No. 7, p. 3504, 1968) is known. FIG. 10A is a sectional view showing a state in which the conventional electron-emitting device is being manufactured, and FIG. 10B is a sectional view showing a completed state of the conventional electron-emitting device.

【0004】図10(a)に示すように、まず、電気絶
縁基板101上に導電性膜102、絶縁層103および
導電性膜104を適当なマスクを用いて順次蒸着し、複
数のアレイ状に配列した空洞105を作製する。次い
で、この空洞105の開口部を適当な物質106の回転
斜め蒸着によって漸次閉じさせつつ、この開口部真上よ
り陰極材料107を正蒸着することにより、空洞105
内において導電性膜102上に先端側が次第に細くなる
陰極エミッタ突起108を形成する。最後に、物質10
6を除去することにより、図10(b)に示すように電
子放出素子を作製することができる。
As shown in FIG. 10A, first, a conductive film 102, an insulating layer 103 and a conductive film 104 are sequentially deposited on an electrically insulating substrate 101 using a suitable mask to form a plurality of arrays. An array of cavities 105 is created. Next, the opening of the cavity 105 is gradually closed by rotary oblique vapor deposition of a suitable substance 106, and the cathode material 107 is vapor-deposited directly above the opening to form the cavity 105.
Inside, a cathode emitter protrusion 108 whose tip side is gradually thin is formed on the conductive film 102. Finally, substance 10
By removing 6, the electron-emitting device can be manufactured as shown in FIG.

【0005】以上の構成において、以下、その動作つい
て説明する。導電性膜104が正、導電性膜102が負
となるように電源109を接続し、陰極エミッタ突起1
08の陰極材料107で定まる所定の電圧以上の電圧を
印加することにより、電界が集中する陰極エミッタ突起
108より電子を放出させることができる。
The operation of the above arrangement will be described below. The power supply 109 is connected so that the conductive film 104 is positive and the conductive film 102 is negative, and the cathode emitter projection 1
By applying a voltage equal to or higher than a predetermined voltage determined by the cathode material 107 of No. 08, electrons can be emitted from the cathode emitter protrusion 108 where the electric field is concentrated.

【0006】また、上記電子放出素子をアレイ状に配列
し、平面ディスプレイに応用した試みもある(ジャパン
・ディスプレイ’86、P512)。
There is also a trial in which the electron-emitting devices are arranged in an array and applied to a flat display (Japan Display '86, P512).

【0007】また、従来の電子放出素子の他の例とし
て、特願平2−133397号に記載された構成が知ら
れている。図11(a)〜(c)は上記従来の電子放出
素子を示し、図11(a)は平面図、図11(b)およ
び(c)はそれぞれ図11(a)のD−D線およびE−
E線に沿う断面図である(なお、図11(a)の平面図
には、理解しやすいように図11(b)、(c)に対応
する一部に同方向の斜線を付している。)。
As another example of the conventional electron-emitting device, the structure described in Japanese Patent Application No. 2-133397 is known. 11 (a) to 11 (c) show the conventional electron-emitting device, FIG. 11 (a) is a plan view, and FIGS. 11 (b) and 11 (c) are lines D-D and FIG. 11 (a), respectively. E-
11 is a cross-sectional view taken along line E (in the plan view of FIG. 11A, a part corresponding to FIGS. 11B and 11C is hatched in the same direction for easy understanding). .).

【0008】図11(a)〜(c)に示すように、ガラ
ス等からなる絶縁基板111の上に導電性物質からなる
ベース電極112が形成され、ベース電極112の上に
このベース電極112から電流が供給される陰極材料層
113が形成されている。この陰極材料層113として
は、仕事関数が低く、かつ高融点の材料、例えば、Si
C、ZrC、TiC、Mo、W等が用いられている。陰
極材料層113は中心より四方に延びる十字状で、エッ
ジ部113aを有するように断面において矩形、若しく
は台形に形成され、かつ平面における幅wが先端側から
中心側に至るに従い、0から所定の大きさまで徐々に直
線的に変化する形状に設定されている。ベース電極11
2上の陰極材料層113の下側外縁部と陰極材料層11
3の形成されていない部分には絶縁層114が形成され
ている。陰極材料層113の周囲には、この陰極材料層
113に対し、所定の間隔をおいて絶縁層115と制御
電極116が絶縁層114の上に順次形成されている。
絶縁層115はAl2 3 、SiO2 等からなり、陰極
材料層113の厚さと同等以上の厚さに形成され、制御
電極116は陰極材料層113から電子を引き出すため
のものであり、金属等で形成されている。
As shown in FIGS. 11A to 11C, a base electrode 112 made of a conductive material is formed on an insulating substrate 111 made of glass or the like, and the base electrode 112 is formed on the base electrode 112. A cathode material layer 113 to which an electric current is supplied is formed. As the cathode material layer 113, a material having a low work function and a high melting point, for example, Si
C, ZrC, TiC, Mo, W, etc. are used. The cathode material layer 113 has a cross shape extending in all directions from the center and is formed in a rectangular shape or a trapezoidal shape in cross section so as to have an edge portion 113a. The shape is set to gradually change linearly up to the size. Base electrode 11
2 and the lower outer edge of the cathode material layer 113 and the cathode material layer 11
An insulating layer 114 is formed on the portion where 3 is not formed. An insulating layer 115 and a control electrode 116 are sequentially formed on the insulating layer 114 around the cathode material layer 113 at predetermined intervals with respect to the cathode material layer 113.
The insulating layer 115 is made of Al 2 O 3 , SiO 2 or the like and is formed to a thickness equal to or larger than the thickness of the cathode material layer 113, and the control electrode 116 is for extracting electrons from the cathode material layer 113. Etc.

【0009】以上の構成において、以下、その動作につ
いて説明する。陰極材料層113が負、制御電極116
が正となるように両者の間に電圧を印加すると、陰極材
料層113のエッジ部113aに電気力線が集中し、強
電界となる。このとき、陰極材料層113および制御電
極116の幅が場所によって徐々に変わっているので、
電界強度も変化することになる。したがって、作製時に
陰極材料層113および制御電極116のパターン精度
にバラツキが生じても、電子放出するのに必要な電界強
度となる陰極材料層113のエッジ部は必ず存在し、そ
のため、安定した電子放出特性を得ることができる。
The operation of the above arrangement will be described below. Cathode material layer 113 is negative, control electrode 116
When a voltage is applied between the two so that the value becomes positive, the lines of electric force are concentrated on the edge portion 113a of the cathode material layer 113, resulting in a strong electric field. At this time, since the widths of the cathode material layer 113 and the control electrode 116 gradually change depending on places,
The electric field strength will also change. Therefore, even if the pattern accuracy of the cathode material layer 113 and the control electrode 116 varies during fabrication, the edge portion of the cathode material layer 113 that provides the electric field strength necessary for electron emission always exists, and therefore stable electron emission is achieved. Emission characteristics can be obtained.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例のうち、前者の構成では、複数のアレイ状の空洞1
05内に陰極エミッタ突起108を作製する際、回転斜
蒸着と真上からの正蒸着を同時に行うことが必要であ
り、この同時蒸着の制御を正確に行うことは非常に困難
であるという問題があった。
However, of the above-mentioned conventional examples, the former configuration has a plurality of array-shaped cavities 1.
When forming the cathode emitter projection 108 in the substrate 05, it is necessary to simultaneously perform the rotary oblique vapor deposition and the direct vapor deposition from directly above, and it is very difficult to accurately control this simultaneous vapor deposition. there were.

【0011】一方、後者の構成では、陰極材料層113
から放出された電子ビームが外側に広がってしまい、電
子ビームの質を低下させてしまうという問題があった。
On the other hand, in the latter configuration, the cathode material layer 113
There is a problem that the electron beam emitted from the electron beam spreads outward and the quality of the electron beam is deteriorated.

【0012】本発明は、上記従来技術の問題を解決する
ものであり、容易に製造することができ、したがって、
歩留まりを向上させることができると共に、信頼性を向
上させることができ、また、陰極部から放出される電子
ビームの広がりを抑えて質の高い電子ビームを得ること
ができるようにした電子放出素子を提供することを目的
とするものである。
The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art and can be easily manufactured.
An electron-emitting device capable of improving yield and reliability and suppressing a spread of an electron beam emitted from a cathode portion to obtain a high-quality electron beam. It is intended to be provided.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の技術的手段は、絶縁基板と、この絶縁基板上
に形成されたベース電極と、このベース電極上の所定の
部分において放射状に形成され、エッジ部を有し、少な
くとも一部の幅が徐々に変化する楔状部分を有する複数
の陰極部と、この陰極部の少なくとも楔状部分と所定の
間隔をおいて形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成
され、上記陰極部から電子を引き出すための制御電極と
を備えたものである。
The technical means of the present invention for achieving the above object is to provide an insulating substrate, a base electrode formed on the insulating substrate, and a radial pattern at a predetermined portion on the base electrode. A plurality of cathode portions each having an edge portion and having a wedge-shaped portion whose width gradually changes, and an insulating layer formed at a predetermined interval from at least the wedge-shaped portion of the cathode portion. , And a control electrode for extracting electrons from the cathode portion, which is formed on the insulating layer.

【0014】上記目的を達成するための本発明の他の技
術的手段は、絶縁基板と、この絶縁基板上に形成された
ベース電極と、このベース電極上の所定の部分において
順次放射状に形成された陰極接続部およびその上のエッ
ジ部を有し、少なくとも一部の幅が徐々に変化する楔状
部分を有する複数の陰極部と、この陰極部の少なくとも
楔状部分と所定の間隔をおいて形成された絶縁層と、こ
の絶縁層上に形成され、上記陰極部から電子を引き出す
ための制御電極とを備えたものである。
Another technical means of the present invention for attaining the above object is to form an insulating substrate, a base electrode formed on the insulating substrate, and a predetermined portion on the base electrode sequentially in a radial pattern. A plurality of cathode portions each having a wedge-shaped portion having a gradually changing width and a cathode connection portion and an edge portion on the cathode connection portion; and at least a predetermined interval with the wedge-shaped portion of the cathode portion. And an insulating layer, and a control electrode formed on the insulating layer for extracting electrons from the cathode portion.

【0015】上記目的を達成するための本発明の更に他
の技術的手段は、上記各技術的手段において、陰極部か
ら電子を引き出すための制御電極上に形成された絶縁層
と、この絶縁層上に形成され、引き出された電子を絞る
ための制御電極とを備えたものである。
Still another technical means of the present invention for achieving the above object is, in each of the above technical means, an insulating layer formed on a control electrode for extracting electrons from a cathode portion, and the insulating layer. And a control electrode for squeezing the extracted electrons formed thereon.

【0016】そして、上記のいずれの技術的手段におい
ても、陰極部の表面側が裏面側より広くなり、表面側端
縁が断面鋭角のエッジ部となる逆メサ形状に形成し、ま
た、陰極接続部を用いた場合には、陰極部の裏面側が表
面側より広くなり、裏面側端縁が断面鋭角のエッジ部と
なるメサ形状に形成するのが好ましい。
Further, in any of the above technical means, the cathode side is formed in a reverse mesa shape in which the front surface side is wider than the back surface side, and the front surface side edge is an edge portion with an acute cross section, and the cathode connecting portion. In the case of using, the back surface side of the cathode portion is wider than the front surface side, and the back surface side edge is preferably formed in a mesa shape having an edge portion with an acute cross section.

【0017】上記のいずれの技術的手段においても、複
数の陰極部の楔状先端部をある中心方向に向けるのが好
ましく、また、少なくとも陰極部の周囲において絶縁層
との間のベース電極表面を絶縁層で被覆するのが好まし
い。
In any of the above technical means, it is preferable to direct the wedge-shaped tips of the plurality of cathode portions toward a certain center, and to insulate the base electrode surface between the insulating layer and at least the periphery of the cathode portions. It is preferably coated with layers.

【0018】[0018]

【作用】したがって、本発明によれば、陰極部と制御電
極の間に電圧を印加することにより、陰極部の楔状部分
に電気力線が集中し、強電界となるので、電子を放出す
ることができ、このとき、複数の陰極部を放射状に配置
し、これらの陰極部の少なくとも楔状部分と所定の間隔
をおいて制御電極を配置しているので、電子ビームの広
がりを抑えることができる。また、薄膜作製技術で簡単
に作製することができる。
Therefore, according to the present invention, when a voltage is applied between the cathode portion and the control electrode, the lines of electric force are concentrated in the wedge-shaped portion of the cathode portion and a strong electric field is generated, so that electrons are emitted. At this time, since the plurality of cathode portions are radially arranged and the control electrode is arranged at a predetermined distance from at least the wedge-shaped portions of these cathode portions, the spread of the electron beam can be suppressed. Further, it can be easily manufactured by a thin film manufacturing technique.

【0019】[0019]

【実施例】【Example】

(実施例1)以下、本発明の第1の実施例について図面
を参照しながら説明する。
(First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】図1(a)は本発明の第1の実施例におけ
る電子放出素子の平面図、図1(b)は図1(a)のA
−A線に沿う断面図である(なお、図1(a)の平面図
には、理解しやすいように図1(b)に対応する一部に
同方向の斜線を付している。)。
FIG. 1 (a) is a plan view of an electron-emitting device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is A in FIG. 1 (a).
1 is a cross-sectional view taken along line A (note that in the plan view of FIG. 1A, a part corresponding to FIG. 1B is hatched in the same direction for easy understanding). ..

【0021】図1(a)、(b)に示すように、ガラ
ス、セラミックス等からなる絶縁基板11の上にAl、
Au、Mo、Cr、Ta等からなるベース電極12が形
成され、ベース電極12上の所定の部分において陰極部
13が放射状配置で複数個(図示例では6個)形成され
ている。この陰極部13の材料としては、Mo、W、Z
rC、LaB6 等が用いられ、それぞれエッジ部14を
有し、少なくともその一部の幅が徐々に変化する、いわ
ゆる楔状の部分を有するように形成され、特に、各楔状
先端部15が中心のある一点の方向に向くように形成さ
れている。陰極部13の周囲でこの陰極部13から所定
の間隔をおいて絶縁基板11、ベース電極12上にSi
2 、Al2 3、Si3 4 等からなる絶縁層16が
形成され、絶縁層16上に陰極部13から電子を引き出
すためのCr、Mo、W等からなる制御電極17が形成
されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, Al is formed on an insulating substrate 11 made of glass, ceramics or the like.
A base electrode 12 made of Au, Mo, Cr, Ta or the like is formed, and a plurality of cathode parts 13 (six in the illustrated example) are formed in a radial arrangement on a predetermined portion of the base electrode 12. The material of the cathode portion 13 is Mo, W, Z.
rC, LaB 6, etc. are used, each of which has an edge portion 14, and is formed to have a so-called wedge-shaped portion in which at least a part of the width thereof gradually changes. It is formed so as to face a certain point. The insulating substrate 11 and the base electrode 12 are covered with Si on the periphery of the cathode portion 13 at a predetermined distance from the cathode portion 13.
An insulating layer 16 made of O 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 or the like is formed, and a control electrode 17 made of Cr, Mo, W or the like for extracting electrons from the cathode portion 13 is formed on the insulating layer 16. ing.

【0022】以上の構成において、以下、その動作につ
いて説明する。ベース電極12、すなわち、陰極部13
が負、制御電極17が正となるように両者の間に電圧を
印加すると、陰極部13のエッジ部14、特に、楔状先
端部15に電気力線が集中し、強電界となる。そして、
所定の電界以上になると、トンネル現象によって電子が
主に楔状先端部15から真空中に透過し、電子が放出さ
れる。また、シミュレーションの結果、電気力線の方向
は各陰極部13の楔状先端部15の方向の成分を持って
いることがわかっており、更に、上記のように各陰極部
13の楔状先端部15の方向がある中心方向に向くよう
に形成しているので、各楔状先端部15から放出された
電子は、それらの中心方向に放出される。したがって、
本実施例における電子放出素子から放出された電子ビー
ムは、外側に広がることのない、向心性のある質の高い
電子ビームとなる。
The operation of the above configuration will be described below. Base electrode 12, that is, cathode portion 13
When a voltage is applied between the negative electrode and the control electrode 17 so that the voltage is negative and the control electrode 17 is positive, the lines of electric force are concentrated on the edge portion 14 of the cathode portion 13, particularly on the wedge-shaped tip portion 15, and a strong electric field is formed. And
When the electric field exceeds a predetermined electric field, the electrons are mainly transmitted through the wedge-shaped tip 15 into the vacuum due to the tunnel phenomenon, and the electrons are emitted. Further, as a result of the simulation, it has been found that the direction of the lines of electric force has a component in the direction of the wedge-shaped tip portion 15 of each cathode portion 13, and further, the wedge-shaped tip portion 15 of each cathode portion 13 as described above. The electrons are emitted from each wedge-shaped tip portion 15 because they are formed so as to face a certain central direction. Therefore,
The electron beam emitted from the electron-emitting device in the present embodiment is a centripetal and high-quality electron beam that does not spread to the outside.

【0023】次に、図1(a)、(b)に示した上記第
1の実施例の電子放出素子の一製造方法について図2
(a)〜(e)に示す製造工程説明用の断面図を参照し
ながら説明する。
Next, a method of manufacturing the electron-emitting device of the first embodiment shown in FIGS. 1A and 1B will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to the cross-sectional views for explaining the manufacturing process shown in (a) to (e).

【0024】まず、図2(a)に示すように、ガラス等
からなる絶縁基板11の上にAl、Ta、Cr等の導電
性物質からなるベース電極12を真空蒸着、あるいはス
パッター等の方法で所定の膜厚に形成し、続いてベース
電極12の上にMo、W、ZrC、TiC等からなる陰
極材料層18を同様にして所定の膜厚に形成する。更
に、陰極材料層18の上にAl、Sn、Ti、SiO2
等からなるリフトオフ材19を同様にして後述の絶縁層
16の膜厚より厚く形成して被覆する。このリフトオフ
材19は金属、若しくは絶縁物を用いることができ、後
述のプロセスにおいて、陰極材料層18のエッチング加
工時に耐え、また、これを除去するときに他の材料を腐
食しないような材料であればよい。
First, as shown in FIG. 2A, a base electrode 12 made of a conductive material such as Al, Ta, and Cr is vacuum-deposited or sputtered on an insulating substrate 11 made of glass or the like. The cathode material layer 18 made of Mo, W, ZrC, TiC or the like is similarly formed to have a predetermined film thickness on the base electrode 12. Further, Al, Sn, Ti, SiO 2 is formed on the cathode material layer 18.
Similarly, the lift-off material 19 made of, for example, is formed thicker than the film thickness of the insulating layer 16 described later and is covered. The lift-off material 19 may be a metal or an insulator, and may be a material that withstands during the etching process of the cathode material layer 18 in the process described later and does not corrode other materials when removing it. Good.

【0025】次に、図2(b)に示すように、上記陰極
部13のパターンでやや大きい相似形となるホトレジス
ト20をリフトオフ材19上に形成する。このとき、形
成される複数の陰極部13の楔状先端部15が、ある中
心方向に向くようなパターンとしておく。そして、この
ホトレジスト20を保護膜として、リフトオフ材19お
よび陰極材料層18をホトレジスト20と同一のパター
ンにエッチング加工する。次に、図2(c)に示すよう
に、陰極材料層18のみをエッチングし、リフトオフ材
19より所定量だけ小さいパターンに加工して陰極部1
3を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, a photoresist 20 having a somewhat large similar shape with the pattern of the cathode portion 13 is formed on the lift-off material 19. At this time, the wedge-shaped tip portions 15 of the plurality of cathode portions 13 to be formed are formed in a pattern so as to face a certain central direction. Then, using the photoresist 20 as a protective film, the lift-off material 19 and the cathode material layer 18 are etched into the same pattern as the photoresist 20. Next, as shown in FIG. 2C, only the cathode material layer 18 is etched and processed into a pattern smaller than the lift-off material 19 by a predetermined amount to form the cathode portion 1.
3 is formed.

【0026】次に、図2(d)に示すように、ホトレジ
スト20を除去し、SiO2 、Al 2 3 等からなる絶
縁層16およびCr、Mo、W等の金属からなる制御電
極17をスパッター法により順次上方から全面に形成す
る。ベース電極12と絶縁層16および絶縁層16と制
御電極17との密着性を向上させるため、全体を加熱す
る場合には、この工程に入る前に上記のようにホトレジ
スト20を除去しておくことにより、これが分解して試
料を汚さないようにすることができる。
Next, as shown in FIG.
Stroke 20 is removed, SiO2, Al 2O3And the like
Edge layer 16 and a control electrode made of a metal such as Cr, Mo, W
The poles 17 are sequentially formed on the entire surface from above by a sputtering method.
It The base electrode 12 and the insulating layer 16 and the insulating layer 16 and the control
To improve the adhesion with the control electrode 17, heat the whole
If this is the case, please refer to the above
By removing the strike 20, it will be disassembled and tested.
You can keep the charges clean.

【0027】最後に、図2(e)に示すように、リフト
オフ材19を除去することにより、リフトオフ材19の
上の絶縁層16および制御電極17も同時に除去され、
陰極部13を露出させてエッジ部14、楔状先端部15
を形成すると共に、この陰極部13を所定の間隔をおい
て囲むように絶縁層16、制御電極17を形成すること
ができる。
Finally, as shown in FIG. 2 (e), by removing the lift-off material 19, the insulating layer 16 and the control electrode 17 on the lift-off material 19 are also removed at the same time,
The cathode part 13 is exposed to expose the edge part 14 and the wedge-shaped tip part 15.
The insulating layer 16 and the control electrode 17 can be formed so as to surround the cathode portion 13 with a predetermined interval.

【0028】(実施例2)以下、本発明の第2の実施例
について図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0029】図3(a)は本発明の第2の実施例におけ
る電子放出素子の平面図、図3(b)は図3(a)にお
けるB−B線に沿う断面図である(なお、図3(a)の
平面図には、理解しやすいように図3(b)に対応する
一部に同方向の斜線を付している。)。
FIG. 3A is a plan view of the electron-emitting device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a sectional view taken along the line BB in FIG. 3A. In the plan view of FIG. 3A, a part corresponding to FIG. 3B is shaded in the same direction for easy understanding.

【0030】本実施例において、上記第1の実施例と同
一部分については同一符号を付してその説明を省略し、
異なる構成について説明する。本実施例の特徴とすると
ころは、図3(a)、(b)に示すように、複数の陰極
部13を囲む外周の制御電極17上に絶縁層21が形成
され、更に、絶縁層21上に引き出された電子を絞るた
めの制御電極22が形成された点にある。
In the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
The different configuration will be described. The feature of this embodiment is that, as shown in FIGS. 3A and 3B, the insulating layer 21 is formed on the control electrode 17 on the outer periphery surrounding the plurality of cathode portions 13, and the insulating layer 21 is further formed. The point is that the control electrode 22 for narrowing down the extracted electrons is formed.

【0031】本実施例によれば、制御電極22に電圧を
印加して陰極部13から放出された電子を更に絞ること
により、非常に質の高い電子ビームとすることができ
る。
According to the present embodiment, by applying a voltage to the control electrode 22 and further squeezing the electrons emitted from the cathode portion 13, a very high quality electron beam can be obtained.

【0032】(実施例3)以下、本発明の第3の実施例
について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 3) A third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0033】図4は本発明の第3の実施例における電子
放出素子を示し、図1(b)と同様の断面図である。
FIG. 4 shows an electron-emitting device according to the third embodiment of the present invention and is a sectional view similar to FIG. 1 (b).

【0034】本実施例において、上記第1の実施例と同
一部分については同一符号を付してその説明を省略し、
異なる構成について説明する。本実施例の特徴とすると
ころは、図4に示すように、陰極部13の表面23側が
裏面24側に比べて広くなり、表面23側端縁が断面鋭
角のエッジ部14となる、いわゆる逆メサ形状に形成さ
れた点にある。
In this embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
The different configuration will be described. As shown in FIG. 4, the feature of the present embodiment is that the front surface 23 side of the cathode portion 13 is wider than the back surface 24 side, and the edge on the front surface 23 side is the edge portion 14 having an acute cross section, that is, the so-called reverse. It is a point formed in a mesa shape.

【0035】本実施例によれば、陰極部13のエッジ部
14および陰極先端部15を断面鋭角となる逆メサ形状
に形成しているので、エッジ部14、特に、楔状先端部
15における電界の集中度を増加させることができる。
したがって、低電圧で動作させ、電子放出特性を向上さ
せることができる。
According to the present embodiment, since the edge portion 14 and the cathode tip portion 15 of the cathode portion 13 are formed in the inverted mesa shape having an acute angle in section, the electric field at the edge portion 14, particularly the wedge-shaped tip portion 15, is generated. The degree of concentration can be increased.
Therefore, it is possible to operate at a low voltage and improve the electron emission characteristics.

【0036】次に、図4に示した上記第3の実施例の電
子放出素子の一製造方法について図5(a)〜(e)に
示す製造工程説明用の断面図を参照しながら説明する。
Next, a method of manufacturing the electron-emitting device according to the third embodiment shown in FIG. 4 will be described with reference to the sectional views for explaining the manufacturing process shown in FIGS. ..

【0037】まず、図5(a)に示すように、ガラス等
からなる絶縁基板11の上にCr、Ta、In2 3
の導電性物質からなるベース電極12を真空蒸着、ある
いはスパッター等の方法で所定の膜厚に形成し、続いて
ベース電極12の上にMo、W等からなる陰極材料層1
8を同様にして所定の膜厚に形成する。更に、陰極材料
層18の上にAl、Sn、Ti、SiO2 等からなるリ
フトオフ材19を同様にして後述の絶縁層16の膜厚よ
り厚く形成して被覆する。このリフトオフ材19は金
属、若しくは絶縁物を用いることができ、後述のプロセ
スにおいて、陰極材料層18のエッチング加工時に耐
え、また、これを除去するときに他の材料を腐食しない
ような材料であればよい。
First, as shown in FIG. 5A, a base electrode 12 made of a conductive material such as Cr, Ta, In 2 O 3 is vacuum-deposited or sputtered on an insulating substrate 11 made of glass or the like. Of the cathode material layer 1 made of Mo, W or the like on the base electrode 12 by the method
8 is similarly formed to have a predetermined film thickness. Further, a lift-off material 19 made of Al, Sn, Ti, SiO 2 or the like is formed on the cathode material layer 18 in the same manner as the lift-off material 19 so as to have a thickness larger than that of an insulating layer 16 which will be described later and is coated. The lift-off material 19 may be a metal or an insulator, and may be a material that withstands during the etching process of the cathode material layer 18 in the process described later and does not corrode other materials when removing it. Good.

【0038】次に、図5(b)に示すように、上記陰極
部13の所定のパターンでやや大きい相似形となるホト
レジスト20をリフトオフ材19上に形成する。このと
き、形成される複数の陰極部13の楔状先端部15が、
ある中心方向に向くようなパターンとしておく。そし
て、このホトレジスト20を保護膜として、リフトオフ
材19をホトレジスト20と同一のパターンにエッチン
グ加工し、続いてこのエッチング加工されたリフトオフ
材19をマスクとして、陰極材料層18をエッチング加
工する。この陰極材料層18の加工においては、例え
ば、まず、反応性イオンエッチング(RIE)法によ
り、異方性エッチングの条件で、かつイオン化されたラ
ジカル分子が陰極材料層18の表面に対し、斜めに入射
されるような配置にし、基板11等を回転させながらエ
ッチングする。これにより、陰極材料層18の背面側が
狭くなる逆メサ形状に形成することができる。次に、R
IEのエッチング条件を等方性のエッチング条件に変え
てエッチングを行うことにより、図5(c)に示すよう
に、陰極材料層18をリフトオフ材19より所定量だけ
小さいパターンに加工して陰極部13を形成することが
できる。
Next, as shown in FIG. 5B, a photoresist 20 having a similar pattern with a predetermined pattern of the cathode portion 13 is formed on the lift-off material 19. At this time, the wedge-shaped tip portions 15 of the plurality of cathode portions 13 formed are
The pattern should be oriented toward a certain center. Then, using the photoresist 20 as a protective film, the lift-off material 19 is etched into the same pattern as the photoresist 20, and then the cathode material layer 18 is etched using the etched lift-off material 19 as a mask. In the processing of the cathode material layer 18, for example, first, by reactive ion etching (RIE), the ionized radical molecules are obliquely inclined to the surface of the cathode material layer 18 under anisotropic etching conditions. The arrangement is such that it is incident, and etching is performed while rotating the substrate 11 and the like. As a result, the cathode material layer 18 can be formed in an inverted mesa shape in which the back side is narrowed. Then R
By changing the IE etching condition to an isotropic etching condition and performing the etching, the cathode material layer 18 is processed into a pattern smaller than the lift-off material 19 by a predetermined amount as shown in FIG. 13 can be formed.

【0039】次に、図5(d)に示すように、ホトレジ
スト20を除去し、SiO2 、Al 2 3 等からなる絶
縁層16およびCr、Nb、Mo等の金属からなる制御
電極17を真空蒸着法、スパッター法等により順次上方
から全面に形成する。
Next, as shown in FIG.
Stroke 20 is removed, SiO2, Al 2O3And the like
Control of edge layer 16 and metal such as Cr, Nb, Mo
The electrode 17 is sequentially moved upward by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like.
From the entire surface.

【0040】最後に、図5(e)に示すように、リフト
オフ材19を除去することにより、リフトオフ材19の
上の絶縁層16および制御電極17を同時に除去し、陰
極部13を露出させて陰極部13を所定の間隔をおいて
囲むように絶縁層16および制御電極17を形成するこ
とができる。
Finally, as shown in FIG. 5E, the lift-off material 19 is removed to simultaneously remove the insulating layer 16 and the control electrode 17 on the lift-off material 19 to expose the cathode portion 13. The insulating layer 16 and the control electrode 17 can be formed so as to surround the cathode portion 13 at a predetermined interval.

【0041】(実施例4)以下、本発明の第4の実施例
について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 4) A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0042】図6(a)は本発明の第4の実施例におけ
る電子放出素子の平面図、図6(b)は図6(a)にお
けるC−C線に沿う断面図である。
FIG. 6A is a plan view of an electron-emitting device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a sectional view taken along the line CC of FIG. 6A.

【0043】本実施例において、上記第1の実施例と同
一部分については同一符号を付してその説明を省略し、
異なる構成について説明する。
In this embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
The different configuration will be described.

【0044】本実施例の特徴とするところは、図6
(a)、(b)に示すように、ベース電極12上の所定
の部分において、Au、Cr、C、Si、Ge等からな
る陰極接続部25およびこの陰極接続部25の上のM
o、W、ZrC、LaB6 等からなる陰極部26が順次
放射状に複数個(図示例では6個)形成され、各陰極部
26の裏面30側が表面29側に比べて広くなり、裏面
30側端縁が断面鋭角のエッジ部27となる、いわゆる
メサ形状に形成され、楔状先端部28を含むエッジ部2
7が陰極接続部25の側方に突出されて空中に浮くよう
に形成された点にある。
The feature of this embodiment is that FIG.
As shown in (a) and (b), at a predetermined portion on the base electrode 12, a cathode connecting portion 25 made of Au, Cr, C, Si, Ge or the like and M on the cathode connecting portion 25.
A plurality of cathode parts 26 (six in the illustrated example) are sequentially formed in a radial pattern from o, W, ZrC, LaB 6, etc., and the back surface 30 side of each cathode part 26 is wider than the front surface 29 side, and the back surface 30 side The edge portion 2 is formed in a so-called mesa shape whose edge is an edge portion 27 having an acute angle in section and includes a wedge-shaped tip portion 28.
7 is formed so as to project to the side of the cathode connecting portion 25 and float in the air.

【0045】本実施例によれば、陰極部26のエッジ部
27および陰極先端部28を断面鋭角となるメサ形状に
形成しているので、エッジ部27、特に、楔状先端部2
8における電界の集中度を増加させることができる。し
たがって、低電圧で動作させることができ、電子放出特
性を向上させることができる。また、陰極部26におけ
る電界の集中するエッジ部(楔状先端部28を含む)2
7を陰極接続部25の側方に突出させて空中に浮くよう
に形成しているので、不必要な部分への電界集中を低減
することができ、電子放出を安定化させることができ
る。また、陰極接続部25に半導体材料を用いることに
より、電子放出電流が増大したとき、この陰極接続部2
5で電圧降下を起こさせ、過大な電流放出による陰極部
の損傷を防止することができる。
According to this embodiment, the edge portion 27 and the cathode tip portion 28 of the cathode portion 26 are formed in a mesa shape having an acute cross section, so that the edge portion 27, in particular, the wedge-shaped tip portion 2 is formed.
The degree of concentration of the electric field at 8 can be increased. Therefore, it can be operated at a low voltage and the electron emission characteristics can be improved. In addition, the edge portion (including the wedge-shaped tip portion 28) 2 where the electric field is concentrated in the cathode portion 26
Since 7 is formed so as to project to the side of the cathode connecting portion 25 and float in the air, it is possible to reduce the electric field concentration on an unnecessary portion and stabilize the electron emission. Further, by using a semiconductor material for the cathode connecting portion 25, when the electron emission current increases, the cathode connecting portion 2
5, a voltage drop can be caused, and damage to the cathode portion due to excessive current emission can be prevented.

【0046】次に、図6(a)、(b)に示した上記第
4の実施例における電子放出素子の一製造方法につい
て、図7(a)〜(e)に示す製造工程説明用の断面図
を参照しながら説明する(なお、各図は図6(a)のC
−C線に相当する断面図である。)。
Next, a method of manufacturing the electron-emitting device in the fourth embodiment shown in FIGS. 6A and 6B will be described with reference to FIGS. 7A to 7E. A description will be given with reference to cross-sectional views (note that each figure is C in FIG. 6A).
It is a sectional view corresponding to the -C line. ).

【0047】まず、図7(a)に示すように、ガラス、
Al2 3 、セラミックス等からなる基板11の上に、
Cr、Pt、In2 3 、Ta等からなるベース電極1
2、Au、C、Cr、Si、Ge等からなる陰極接続部
材料層31、Mo、W等からなる陰極材料層32および
Al、SiO2 等からなるリフトオフ材19を例えば、
真空蒸着、あるいはスパッタ等の方法により順次形成す
る。
First, as shown in FIG. 7A, glass,
On the substrate 11 made of Al 2 O 3 or ceramics,
Base electrode 1 made of Cr, Pt, In 2 O 3 , Ta, etc.
2, a cathode connection material layer 31 made of Au, C, Cr, Si, Ge, etc., a cathode material layer 32 made of Mo, W, etc., and a lift-off material 19 made of Al, SiO 2, etc.
The layers are sequentially formed by a method such as vacuum deposition or sputtering.

【0048】次に、図7(b)に示すように、リフトオ
フ材19の上に通常のリソグラフィー技術を用い、上記
陰極部26のパターンでやや大きい相似形となるホトレ
ジスト20を形成し、このレジスト20をマスクとして
リフトオフ材19をエッチング加工し、続いてこのエッ
チング加工されたリフトオフ材19をマスクとし、例え
ば、CF4 系ガスによるリアクティブ・イオン・エッチ
ングにより、陰極材料層32をリフトオフ材19のパタ
ーンよりやや小さくなるように加工し、陰極部26を形
成する。この陰極部26の加工の際、等方性エッチング
の条件で行うことにより、裾が広がった、すなわち、表
面29より裏面30の方が広くなるメサ形状に形成し、
裏面側端縁に断面鋭角のエッジ部27を有し、先端裏面
側に尖鋭な楔状先端部28(図6(a)、(b)参照)
を有するように加工することができる。したがって、陰
極接続部材料層31として、CF4 系ガスでエッチング
されない材料を用いる必要がある。
Next, as shown in FIG. 7B, a photoresist 20 is formed on the lift-off material 19 by using an ordinary lithography technique so as to have a somewhat large similar shape with the pattern of the cathode portion 26, and this resist is formed. The lift-off material 19 is etched using 20 as a mask, and then the lift-off material 19 thus etched is used as a mask, and the cathode material layer 32 is removed from the lift-off material 19 by reactive ion etching with CF 4 gas, for example. The cathode portion 26 is formed by processing so as to be slightly smaller than the pattern. When the cathode portion 26 is processed under the condition of isotropic etching, a hem is widened, that is, a mesa shape in which the back surface 30 is wider than the front surface 29 is formed.
An edge portion 27 having an acute cross-section is provided on the back surface side edge, and a sharp wedge-shaped tip portion 28 is provided on the tip back surface side (see FIGS. 6A and 6B).
Can be processed to have. Therefore, it is necessary to use, as the material layer 31 for the cathode connection portion, a material that is not etched by the CF 4 -based gas.

【0049】次に、図7(c)に示すように、リフトオ
フ材19および陰極部26をマスクとし、例えば、Cl
2 系ガスを用いて陰極接続部材料層31を陰極部26の
パターンよりやや小さくなるようにエッチング加工する
ことにより、陰極接続部25を形成し、陰極部26の楔
状先端部28を含むエッジ部27を陰極接続部25の側
方へ突出させて空中に浮かせる。したがって、陰極材料
層32として、Cl2 系ガスでエッチングされない材料
を用いる必要がある。
Next, as shown in FIG. 7C, the lift-off material 19 and the cathode portion 26 are used as a mask and, for example, Cl is used.
The cathode connecting portion 25 is formed by etching the cathode connecting portion material layer 31 using a 2 system gas so as to be slightly smaller than the pattern of the cathode portion 26, and the edge portion including the wedge-shaped tip portion 28 of the cathode portion 26 is formed. 27 is projected to the side of the cathode connecting portion 25 and floated in the air. Therefore, it is necessary to use, as the cathode material layer 32, a material that is not etched by the Cl 2 -based gas.

【0050】次に、図7(d)に示すように、ホトレジ
スト20を除去し、SiO2 、Al 2 3 、Si3 4
等からなる絶縁層16およびMo、W、Cr、Nb等か
らなる制御電極17を上方から順次蒸着等の方法により
全面に形成する。
Next, as shown in FIG.
Stroke 20 is removed, SiO2, Al 2O3, Si3NFour
Insulating layer 16 composed of etc. and Mo, W, Cr, Nb, etc.
The control electrode 17 consisting of
Form on the entire surface.

【0051】最後に、図7(e)に示すように、リフト
オフ材19をその上の絶縁層16および制御電極17と
共にリフトオフにより除去することにより、陰極部26
を露出させ、この陰極部26から所定の間隔をおいて絶
縁層16、制御電極17を形成した本実施例の電子放出
素子を製造することができる。
Finally, as shown in FIG. 7E, the lift-off material 19 is removed by lift-off together with the insulating layer 16 and the control electrode 17 on the lift-off material 19, so that the cathode portion 26 is removed.
It is possible to manufacture the electron-emitting device of the present embodiment in which the insulating layer 16 and the control electrode 17 are formed with the cathode layer 26 exposed at a predetermined distance.

【0052】このように陰極接続部25を介在させて陰
極部26を形成することにより、両者に互いに異なる材
料を用いることができ、したがって、上記のような製造
方法により陰極部26を所望の形状に容易に加工するこ
とができる。
By forming the cathode portion 26 with the cathode connecting portion 25 interposed in this way, different materials can be used for both, and therefore the cathode portion 26 can be formed into a desired shape by the above manufacturing method. Can be easily processed.

【0053】なお、陰極部26の表面29側が裏面30
側より広くなる逆メサ形状に形成し、陰極部26の表面
側端縁のエッジ部(楔状先端部28を含む)27を尖鋭
化することにより、エッジ部27、特に、楔状先端部2
8における電界集中度を増し、低電圧で動作させると共
に、電子放出特性を向上させることができ、また、楔状
先端部28を含むエッジ部27を陰極接続部25の側方
に突出させて空中に浮くように形成することにより、不
必要な部分への電界集中が起こらず、電子放出素子動作
を安定させることができる。
The front surface 29 side of the cathode portion 26 is the back surface 30.
The edge portion 27 (particularly, the wedge-shaped tip portion 2) is formed by forming the inverted-mesa shape that is wider than the side and sharpening the edge portion (including the wedge-shaped tip portion 28) 27 of the edge on the surface side of the cathode portion 26.
8 can increase the degree of electric field concentration, operate at a low voltage, and improve the electron emission characteristic. Further, the edge portion 27 including the wedge-shaped tip portion 28 is projected to the side of the cathode connecting portion 25 to be in the air. By forming it so as to float, electric field concentration does not occur in an unnecessary portion, and the operation of the electron-emitting device can be stabilized.

【0054】(実施例5)以下、本発明の第5の実施例
について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 5) Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0055】図8は本発明の第5の実施例における電子
放出素子を示し、図1(b)と同様の断面図である。
FIG. 8 shows an electron-emitting device according to the fifth embodiment of the present invention and is a sectional view similar to FIG. 1 (b).

【0056】本実施例において、上記第1の実施例と同
一部分については同一符号を付してその説明を省略し、
異なる構成について説明する。本実施例の特徴とすると
ころは、図8に示すように、少なくとも陰極部13の周
囲において絶縁層16との間のベース電極12の表面が
絶縁層33で被覆された点にある。
In the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
The different configuration will be described. A feature of this embodiment is that the surface of the base electrode 12 between the insulating layer 16 and at least the periphery of the cathode portion 13 is covered with the insulating layer 33, as shown in FIG.

【0057】本実施例によれば、この絶縁層33により
ベース電極12の表面のリーク電流を減少させ、ベース
電極12と制御電極17との間の耐電圧を向上させるこ
とができる。
According to this embodiment, the insulating layer 33 can reduce the leak current on the surface of the base electrode 12 and improve the withstand voltage between the base electrode 12 and the control electrode 17.

【0058】(実施例6)以下、本発明の第6の実施例
について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 6) A sixth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0059】図9は本発明の第6の実施例における電子
放出素子を示し、図3(b)と同様の断面図である。
FIG. 9 shows an electron-emitting device according to the sixth embodiment of the present invention and is a sectional view similar to FIG. 3 (b).

【0060】本実施例において、上記第2の実施例と同
一部分については同一符号を付してその説明を省略し、
異なる構成について説明する。本実施例の特徴とすると
ころは、図9に示すように、少なくとも陰極部13の周
囲において絶縁層16との間のベース電極12の表面が
絶縁層33で被覆された点にある。
In this embodiment, the same parts as those in the second embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
The different configuration will be described. A feature of this embodiment is that, as shown in FIG. 9, the surface of the base electrode 12 between the insulating layer 16 and at least the periphery of the cathode portion 13 is covered with the insulating layer 33.

【0061】本実施例によれば、上記第5の実施例と同
様に、絶縁層33によりベース電極12の表面のリーク
電流を減少させ、ベース電極12と制御電極17との間
の耐電圧を向上させることができる。
According to the present embodiment, similarly to the fifth embodiment, the insulating layer 33 reduces the leak current on the surface of the base electrode 12 and increases the withstand voltage between the base electrode 12 and the control electrode 17. Can be improved.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、陰
極部と制御電極の間に電圧を印加することにより、陰極
部の楔状部分に電気力線が集中し、強電界となるので、
電子を放出することができ、このとき、複数の陰極部を
放射状に配置し、これらの陰極部の少なくとも楔状部分
と所定の間隔をおいて制御電極を配置しているので、電
子ビームの広がりを抑えることができる。したがって、
質の高い電子ビームを得ることができる。また、薄膜作
製技術で簡単に作製することができるので、歩留まりを
向上させることができると共に、信頼性を向上させるこ
とができる。
As described above, according to the present invention, by applying a voltage between the cathode portion and the control electrode, the lines of electric force are concentrated in the wedge-shaped portion of the cathode portion and a strong electric field is obtained.
Electrons can be emitted. At this time, a plurality of cathode portions are radially arranged, and at least a wedge-shaped portion of these cathode portions is provided with a control electrode at a predetermined interval, so that the spread of the electron beam can be increased. Can be suppressed. Therefore,
A high-quality electron beam can be obtained. Further, since it can be easily manufactured by the thin film manufacturing technique, the yield can be improved and the reliability can be improved.

【0063】また、陰極接続部を介在させて陰極部を形
成することにより、互いに異なる材料を用いることがで
き、したがって、陰極部を所望の形状に容易に加工する
ことができ、特に、陰極接続部に半導体材料を用いるこ
とにより、電子放出電流が増大したとき、この陰極接続
部で電圧降下を起こさせ、過大な電流放出による陰極部
の損傷を防止することができる。
By forming the cathode portion with the cathode connecting portion interposed therebetween, different materials can be used, and therefore, the cathode portion can be easily processed into a desired shape. In particular, the cathode connecting portion can be formed. By using a semiconductor material for the portion, when the electron emission current is increased, a voltage drop is caused at this cathode connection portion, and damage to the cathode portion due to excessive current emission can be prevented.

【0064】また、放出された電子ビームを第2の制御
電極で更に制御することにより、電子ビームの広がりを
更に効果的に抑えることができ、更に質の高い電子ビー
ムを得ることができる。
Further, by further controlling the emitted electron beam with the second control electrode, the spread of the electron beam can be suppressed more effectively, and a higher quality electron beam can be obtained.

【0065】また、陰極部の端縁が断面鋭角のエッジ部
となる逆メサ形状、若しくはメサ形状に形成し、尖鋭化
させることにより、電界集中度を増し、低電圧で動作さ
せることができると共に、電子放出特性を向上させるこ
とができる。また、陰極部における電界の集中するエッ
ジ部を側方に突出させて空中に浮かすように構成するこ
とにより、不必要な部分への電界集中が起こらず、動作
を安定させることができる。
Further, by forming the edge of the cathode portion into an inverted mesa shape in which the edge portion has an acute-angled edge portion or a mesa shape and sharpening it, the electric field concentration can be increased and the device can be operated at a low voltage. The electron emission characteristics can be improved. Further, the edge portion where the electric field is concentrated in the cathode portion is configured to be projected laterally and floated in the air, so that the electric field is not concentrated on an unnecessary portion and the operation can be stabilized.

【0066】また、特に、各陰極部の楔状先端部をある
中心方向に向けることにより、向心性の高い電子ビーム
を放出することができ、電子ビームの広がりを更に一層
効果的に抑えることができ、したがって、更に一層質の
高い電子ビームを得ることができる。
Further, in particular, by directing the wedge-shaped tip of each cathode part toward a certain central direction, an electron beam with high centripetality can be emitted, and the spread of the electron beam can be suppressed even more effectively. Therefore, a higher quality electron beam can be obtained.

【0067】また、少なくとも陰極部の周囲において絶
縁層との間のベース電極表面を絶縁層で被覆することに
より、表面のリーク電流を減少させることができる。し
たがって、ベース電極と制御電極との間の耐電圧を向上
させることができる。
By covering the surface of the base electrode with the insulating layer at least around the cathode portion with the insulating layer, the surface leak current can be reduced. Therefore, the withstand voltage between the base electrode and the control electrode can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)は本発明の第1の実施例における電子放
出素子を示す平面図 (b)は同電子放出素子を示し、(a)のA−A線に沿
う断面図
1A is a plan view showing an electron-emitting device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA of FIG.

【図2】(a)〜(e)は本発明の第1の実施例におけ
る電子放出素子の製造工程説明用の断面図
2A to 2E are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of the electron-emitting device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】(a)は本発明の第2の実施例における電子放
出素子を示す平面図 (b)は同電子放出素子を示し、図3(a)のB−B線
に沿う断面図
3A is a plan view showing an electron-emitting device according to a second embodiment of the present invention, FIG. 3B is a sectional view taken along the line BB of FIG. 3A, showing the same electron-emitting device.

【図4】本発明の第3の実施例における電子放出素子を
示し、図1(b)と同様の断面図
FIG. 4 is a sectional view showing an electron-emitting device according to a third embodiment of the present invention, similar to FIG. 1 (b).

【図5】(a)〜(e)は本発明の第3の実施例におけ
る電子放出素子の製造工程説明用の断面図
5A to 5E are sectional views for explaining a manufacturing process of an electron-emitting device according to a third embodiment of the present invention.

【図6】(a)は本発明の第4の実施例における電子放
出素子を示す平面図 (b)は同電子放出素子を示し、(a)のC−C線に沿
う断面図
FIG. 6A is a plan view showing an electron-emitting device according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 6B is a sectional view taken along line CC of FIG. 6A showing the same electron-emitting device.

【図7】(a)〜(e)は本発明の第4の実施例におけ
る電子放出素子の製造工程説明用の断面図
7A to 7E are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of an electron-emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第5の実施例における電子放出素子を
示し、図1(b)と同様の断面図
FIG. 8 is a sectional view showing an electron-emitting device according to a fifth embodiment of the present invention, similar to FIG. 1 (b).

【図9】本発明の第6の実施例における電子放出素子を
示し、図3(b)と同様の断面図
FIG. 9 is a sectional view showing an electron-emitting device according to a sixth embodiment of the present invention, similar to FIG.

【図10】(a)は従来の電子放出素子の製造途中の状
態を示す断面図 (b)は同電子放出素子の製造完成状態を示す断面図
FIG. 10A is a cross-sectional view showing a state of the conventional electron-emitting device during manufacturing, and FIG. 10B is a cross-sectional view showing a completed state of the same electron-emitting device.

【図11】(a)は従来の他の例の電子放出素子を示す
平面図 (b)は同電子放出素子を示し、(a)のD−D線に沿
う断面図 (c)は同電子放出素子を示し、(a)のE−E線に沿
う断面図
11A is a plan view showing another conventional electron-emitting device, FIG. 11B is the same electron-emitting device, and FIG. 11A is a sectional view taken along the line D-D of FIG. Sectional drawing which shows an emission element and which follows the EE line of (a).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 絶縁基板 12 ベース電極 13 陰極部 14 エッジ部 15 楔状先端部 16 絶縁層 17 制御電極 21 絶縁層 22 制御電極 25 陰極接続部 26 陰極部 27 エッジ部 28 楔状先端部 33 絶縁層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Insulating substrate 12 Base electrode 13 Cathode part 14 Edge part 15 Wedge-like tip part 16 Insulating layer 17 Control electrode 21 Insulating layer 22 Control electrode 25 Cathode connecting part 26 Cathode part 27 Edge part 28 Wedge-like tip part 33 Insulating layer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁基板と、この絶縁基板上に形成され
たベース電極と、このベース電極上の所定の部分におい
て放射状に形成され、エッジ部を有し、少なくとも一部
の幅が徐々に変化する楔状部分を有する複数の陰極部
と、この陰極部の少なくとも楔状部分と所定の間隔をお
いて形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成され、上
記陰極部から電子を引き出すための制御電極とを備えた
電子放出素子。
1. An insulating substrate, a base electrode formed on the insulating substrate, a radial portion formed on a predetermined portion of the base electrode, having an edge portion, and at least a portion of the width gradually changing. A plurality of cathode portions having wedge-shaped portions, an insulating layer formed at a predetermined distance from at least the wedge-shaped portions of the cathode portion, and a control for extracting electrons from the cathode portions, which is formed on the insulating layer. An electron-emitting device having an electrode.
【請求項2】 絶縁基板と、この絶縁基板上に形成され
たベース電極と、このベース電極上の所定の部分におい
て順次放射状に形成された陰極接続部およびその上のエ
ッジ部を有し、少なくとも一部の幅が徐々に変化する楔
状部分を有する複数の陰極部と、この陰極部の少なくと
も楔状部分と所定の間隔をおいて形成された絶縁層と、
この絶縁層上に形成され、上記陰極部から電子を引き出
すための制御電極とを備えた電子放出素子。
2. An insulating substrate, a base electrode formed on the insulating substrate, a cathode connection portion radially formed in a predetermined portion on the base electrode, and an edge portion on the cathode connection portion. A plurality of cathode portions having a wedge-shaped portion of which the width gradually changes, and an insulating layer formed at least with a wedge-shaped portion of the cathode portion at a predetermined interval;
An electron-emitting device having a control electrode formed on the insulating layer for extracting electrons from the cathode portion.
【請求項3】 陰極部から電子を引き出すための制御電
極上に形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成され、
引き出された電子を絞るための制御電極を備えた請求項
1または2記載の電子放出素子。
3. An insulating layer formed on a control electrode for extracting electrons from the cathode part, and an insulating layer formed on the insulating layer,
The electron-emitting device according to claim 1, further comprising a control electrode for narrowing down the extracted electrons.
【請求項4】 陰極部の表面側が裏面側より広くなり、
表面側端縁が断面鋭角のエッジ部となる逆メサ形状に形
成された請求項1ないし3のいずれかに記載の電子放出
素子。
4. The front side of the cathode portion is wider than the back side,
4. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the edge on the front surface side is formed in an inverted mesa shape having an edge portion with an acute angle in section.
【請求項5】 陰極部の裏面側が表面側より広くなり、
裏面側端縁が断面鋭角のエッジ部となるメサ状に形成さ
れた請求項2または3記載の電子放出素子。
5. The back side of the cathode portion is wider than the front side,
The electron-emitting device according to claim 2 or 3, wherein the back-side edge is formed in a mesa shape with an edge portion having an acute cross section.
【請求項6】 複数の陰極部の楔状先端部がある中心方
向に向けられた請求項1ないし5のいずれかに記載の電
子放出素子。
6. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the wedge-shaped tip portions of the plurality of cathode portions are oriented toward the center.
【請求項7】 少なくとも陰極部の周囲において絶縁層
との間のベース電極表面が絶縁層で被覆されている請求
項1ないし6のいずれかに記載の電子放出素子。
7. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the base electrode surface between the insulating layer and at least the periphery of the cathode portion is covered with the insulating layer.
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