JPH06223706A - 冷陰極素子およびその製造方法 - Google Patents
冷陰極素子およびその製造方法Info
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- JPH06223706A JPH06223706A JP963193A JP963193A JPH06223706A JP H06223706 A JPH06223706 A JP H06223706A JP 963193 A JP963193 A JP 963193A JP 963193 A JP963193 A JP 963193A JP H06223706 A JPH06223706 A JP H06223706A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J3/02—Electron guns
- H01J3/021—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
- H01J3/022—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source with microengineered cathode, e.g. Spindt-type
-
- H—ELECTRICITY
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- H01J29/00—Details of cathode-ray tubes or of electron-beam tubes of the types covered by group H01J31/00
- H01J29/02—Electrodes; Screens; Mounting, supporting, spacing or insulating thereof
- H01J29/04—Cathodes
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】構造が簡単で、組立が簡単で、精度が高く、小
型の電子銃を構成することができる冷陰極を実現する。 【構成】本発明においては、微小冷陰極群を構成する第
１の絶縁層およびゲート電極の上に微小冷陰極群に共通
の開口を有し、かつ第１の絶縁層より厚い第２の絶縁体
と金属層を作る。これにより、多数の微小冷陰極から放
出された電子から電子ビームを形成する。この陰極を製
造するには、ゲート電極を含む冷陰極チップと厚い絶縁
体と金属層で構成された構造体を独立に作り、両者の位
置を高精度合わせ、接合することによって一体化し、一
つの部品とする。
型の電子銃を構成することができる冷陰極を実現する。 【構成】本発明においては、微小冷陰極群を構成する第
１の絶縁層およびゲート電極の上に微小冷陰極群に共通
の開口を有し、かつ第１の絶縁層より厚い第２の絶縁体
と金属層を作る。これにより、多数の微小冷陰極から放
出された電子から電子ビームを形成する。この陰極を製
造するには、ゲート電極を含む冷陰極チップと厚い絶縁
体と金属層で構成された構造体を独立に作り、両者の位
置を高精度合わせ、接合することによって一体化し、一
つの部品とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子放出源となる冷陰
極、特に多数の微小冷陰極から放出される電子をひとつ
の電子ビームに形成する電極を微小冷陰極と同一基板上
に備えた冷陰極素子およびその製造方法に関する。
極、特に多数の微小冷陰極から放出される電子をひとつ
の電子ビームに形成する電極を微小冷陰極と同一基板上
に備えた冷陰極素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来のＣＲＴ（陰極線管）用電子
銃の熱陰極の代わりに通常の電界放射冷陰極を使用した
電子銃の主要部の構造である。冷陰極３１の表面には冷
陰極チップ３５が取り付けられ、対向するＧ３電極３４
との間にＧ１電極３２、Ｇ２電極３３が配置されてい
る。Ｇ１電極３２には冷陰極３１に対し負の電圧が印加
されている。Ｇ２電極３３には冷陰極３１に対し数１０
０Ｖの正の電圧が印加されている。Ｇ３電極３４には冷
陰極３１に対し数ｋＶの正の電圧が印加されている。冷
陰極チップ３５に所定の電圧を印加するとここから電子
が放出され、Ｇ１電極３２、Ｇ２電極３３、Ｇ３電極３
で作られた電界分布に従って、電子ビーム３６が形成さ
れる。
銃の熱陰極の代わりに通常の電界放射冷陰極を使用した
電子銃の主要部の構造である。冷陰極３１の表面には冷
陰極チップ３５が取り付けられ、対向するＧ３電極３４
との間にＧ１電極３２、Ｇ２電極３３が配置されてい
る。Ｇ１電極３２には冷陰極３１に対し負の電圧が印加
されている。Ｇ２電極３３には冷陰極３１に対し数１０
０Ｖの正の電圧が印加されている。Ｇ３電極３４には冷
陰極３１に対し数ｋＶの正の電圧が印加されている。冷
陰極チップ３５に所定の電圧を印加するとここから電子
が放出され、Ｇ１電極３２、Ｇ２電極３３、Ｇ３電極３
で作られた電界分布に従って、電子ビーム３６が形成さ
れる。
【０００３】従来の一般的な冷陰極チップの構造は図６
に示すごとく基板３９上にエミッタ群が形成され、各エ
ミッタ４２の周囲に絶縁層４０が形成され、その上にゲ
ート電極４１が形成されている。エミッタ４２の先端は
極めて鋭利に作られており、このすぐ近くにはこれを取
り囲むようにゲート電極４１が位置している。このた
め、エミッタ４２に対しゲート電極４１に数１０Ｖ以上
の電圧を印加すると、エミッタ４２の先端には極めて高
い電界が加わるので、エミッタ４２の先端からは電子が
放出される。一個のエミッタ４２とその周辺のゲート電
極４１で一個の微小冷陰極３８を構成し、微小冷陰極３
８を冷陰極チップ３５の表面に多数並べることによって
冷陰極チップ３５の全面から電子が放出される。
に示すごとく基板３９上にエミッタ群が形成され、各エ
ミッタ４２の周囲に絶縁層４０が形成され、その上にゲ
ート電極４１が形成されている。エミッタ４２の先端は
極めて鋭利に作られており、このすぐ近くにはこれを取
り囲むようにゲート電極４１が位置している。このた
め、エミッタ４２に対しゲート電極４１に数１０Ｖ以上
の電圧を印加すると、エミッタ４２の先端には極めて高
い電界が加わるので、エミッタ４２の先端からは電子が
放出される。一個のエミッタ４２とその周辺のゲート電
極４１で一個の微小冷陰極３８を構成し、微小冷陰極３
８を冷陰極チップ３５の表面に多数並べることによって
冷陰極チップ３５の全面から電子が放出される。
【０００４】放出された電子の一部すなわち冷陰極チッ
プ３５の中央部から放出された電子はＧ１電極３２、Ｇ
２電極３３、Ｇ３電極３４で作られた電界分布に従っ
て、電子ビーム３６が形成される。他方、冷陰極チップ
３５の周辺部から放出された電子は負の電圧が印加され
たＧ１電極３２によって反射され、ゲート電極４１に達
する。
プ３５の中央部から放出された電子はＧ１電極３２、Ｇ
２電極３３、Ｇ３電極３４で作られた電界分布に従っ
て、電子ビーム３６が形成される。他方、冷陰極チップ
３５の周辺部から放出された電子は負の電圧が印加され
たＧ１電極３２によって反射され、ゲート電極４１に達
する。
【０００５】図７は３極管構造の微小冷陰極を示す（特
開平１−３００５５８）。３極管構造の冷陰極チップ３
５は、基板４３、エミッタ４４、第１絶縁層４５、ゲー
ト電極４６、第２絶縁層４７、コレクタ電極４８で構成
されている。図６の冷陰極チップと同様に電流はエミッ
タ４４とゲート電極４６の間に印加した電圧によって取
出しコレクタ電極４８は電子ビームの加速、補集等のた
めに使用する。
開平１−３００５５８）。３極管構造の冷陰極チップ３
５は、基板４３、エミッタ４４、第１絶縁層４５、ゲー
ト電極４６、第２絶縁層４７、コレクタ電極４８で構成
されている。図６の冷陰極チップと同様に電流はエミッ
タ４４とゲート電極４６の間に印加した電圧によって取
出しコレクタ電極４８は電子ビームの加速、補集等のた
めに使用する。
【０００６】図８は平板型画像表示装置の構造を示す
（特開平３−２２３２９）。複数の微小冷陰極４２から
ゲート電極４１、電子ビーム引き出し電極５３を介して
放出された電子は絶縁基板４９とガラスプレート５１の
間に置かれた集束電極５０により集束され、小さいスポ
ットを形成する。集束電極５０は真空耐圧強度改善を目
的とした絶縁支柱５２によって絶縁基板４９とガラスプ
レート５１の間に固定される。
（特開平３−２２３２９）。複数の微小冷陰極４２から
ゲート電極４１、電子ビーム引き出し電極５３を介して
放出された電子は絶縁基板４９とガラスプレート５１の
間に置かれた集束電極５０により集束され、小さいスポ
ットを形成する。集束電極５０は真空耐圧強度改善を目
的とした絶縁支柱５２によって絶縁基板４９とガラスプ
レート５１の間に固定される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図５に示す構造の電子
銃においては、電子は陰極の全面にわたって冷陰極チッ
プ３５のゲート電極４１（図６）に印加した正の電圧に
よって引き出されるので、周辺部のエミッタ４２より放
出された電子は負の電圧が印加されたＧ１電極３２によ
って反射され、ゲート電極４１に達する。この結果、ゲ
ート電極４１は加熱され、ゲート電極４１の変形やガス
放出による放電等が発生し、陰極の劣化や破壊が発生す
る可能性がある。これを防ぐために、Ｇ１電極３２の中
央部の穴と冷陰極チップ３５のエミッタ４２が分布する
領域とを一致させるか、Ｇ１電極３２の中央部の穴より
も冷陰極チップ３８のエミッタ４２が分布する領域を小
さくする方法をとる必要がある。いずれにしても冷陰極
３１、冷陰極チップ３５とＧ１電極３２の位置を電子銃
の組み立て時に高い精度で合わせる必要がある。
銃においては、電子は陰極の全面にわたって冷陰極チッ
プ３５のゲート電極４１（図６）に印加した正の電圧に
よって引き出されるので、周辺部のエミッタ４２より放
出された電子は負の電圧が印加されたＧ１電極３２によ
って反射され、ゲート電極４１に達する。この結果、ゲ
ート電極４１は加熱され、ゲート電極４１の変形やガス
放出による放電等が発生し、陰極の劣化や破壊が発生す
る可能性がある。これを防ぐために、Ｇ１電極３２の中
央部の穴と冷陰極チップ３５のエミッタ４２が分布する
領域とを一致させるか、Ｇ１電極３２の中央部の穴より
も冷陰極チップ３８のエミッタ４２が分布する領域を小
さくする方法をとる必要がある。いずれにしても冷陰極
３１、冷陰極チップ３５とＧ１電極３２の位置を電子銃
の組み立て時に高い精度で合わせる必要がある。
【０００８】図７では、エミッタ４４、ゲート電極４５
の他に第３の電極であるコレクタ電極４８を基板４３上
に集積化している。しかし、この構造では、コレクタ電
極４８は多数のエミッタ４４から放出された電子をひと
つの電子ビームに成形するためには使用できない。さら
に、第２絶縁層４７を厚くできないため、ゲート電極４
６とコレクタ電極４８の間の静電容量が大きくなり、ゲ
ート電極４６を高い周波数で変調することは困難であ
る。また、ＣＶＤなどの通常の堆積法によって絶縁層を
形成する場合には、膜厚はたかだか数μｍ迄しか実現で
きず（特開平３−２３６１４４）、このような厚さの絶
縁層の上に形成した電極では多数の微小冷陰極を放出さ
れた電子を制御することはできない。
の他に第３の電極であるコレクタ電極４８を基板４３上
に集積化している。しかし、この構造では、コレクタ電
極４８は多数のエミッタ４４から放出された電子をひと
つの電子ビームに成形するためには使用できない。さら
に、第２絶縁層４７を厚くできないため、ゲート電極４
６とコレクタ電極４８の間の静電容量が大きくなり、ゲ
ート電極４６を高い周波数で変調することは困難であ
る。また、ＣＶＤなどの通常の堆積法によって絶縁層を
形成する場合には、膜厚はたかだか数μｍ迄しか実現で
きず（特開平３−２３６１４４）、このような厚さの絶
縁層の上に形成した電極では多数の微小冷陰極を放出さ
れた電子を制御することはできない。
【０００９】図８の構成においては、個別の電子ビーム
が加速され相当の距離を走行した後に集束電極５０によ
り集束作用を受け蛍光面において微小なスポットを形成
するものである。本特許で対象にしている進行波管やク
ライストロンに必要な微小径できわめて長い電子ビーム
を形成することはできず、ＣＲＴに必要な電子放出面付
近の電界を形成することができない。また、図８では、
集束電極５０とは絶縁支柱５２とは一体構造となるよう
に製作されるが、これと平板型画像表示装置を構成する
他の部品とは装置の組立て時に組み合わせている。した
がって、装置の組み立て時に集束電極５０と他の電極と
を高い精度で位置合わせをする必要がある。
が加速され相当の距離を走行した後に集束電極５０によ
り集束作用を受け蛍光面において微小なスポットを形成
するものである。本特許で対象にしている進行波管やク
ライストロンに必要な微小径できわめて長い電子ビーム
を形成することはできず、ＣＲＴに必要な電子放出面付
近の電界を形成することができない。また、図８では、
集束電極５０とは絶縁支柱５２とは一体構造となるよう
に製作されるが、これと平板型画像表示装置を構成する
他の部品とは装置の組立て時に組み合わせている。した
がって、装置の組み立て時に集束電極５０と他の電極と
を高い精度で位置合わせをする必要がある。
【課題を解決するための手段】本発明においては、冷陰
極チップ３５のゲート電極４６および絶縁層４０の上に
厚い絶縁体と金属層で構成された構造体を作り、陰極の
電子放出面から例えば陰極半径にほぼ等しい距離程度離
れた位置に第２の金属層を作る。この陰極を製造するに
は、ゲート電極４６を含む冷陰極チップと厚い絶縁体と
金属層で構成された構造体を独立に作り、両者を高精度
で位置合わせを行い、接合することによって一体化し、
一つの部品とする。
極チップ３５のゲート電極４６および絶縁層４０の上に
厚い絶縁体と金属層で構成された構造体を作り、陰極の
電子放出面から例えば陰極半径にほぼ等しい距離程度離
れた位置に第２の金属層を作る。この陰極を製造するに
は、ゲート電極４６を含む冷陰極チップと厚い絶縁体と
金属層で構成された構造体を独立に作り、両者を高精度
で位置合わせを行い、接合することによって一体化し、
一つの部品とする。
【００１０】
【作用】電子銃組み立て時に冷陰極チップとＧ１電極の
位置合わせを行なう方法と比較して、高い精度を実現で
きるので、電子ビームの形成に強い影響を与える電子放
出部付近の電界分布を高精度で作れ、特性の良い電子ビ
ームを形成できる。さらに、電子銃の構造が簡単になる
ため、小型化が可能になり、組み立てが簡単になる。さ
らに、多数の微小冷陰極からの放出電子を陰極付近でま
とめてひとつの電子ビームに形成できるため、大電流・
高電流密度の電子ビームが実現できる。
位置合わせを行なう方法と比較して、高い精度を実現で
きるので、電子ビームの形成に強い影響を与える電子放
出部付近の電界分布を高精度で作れ、特性の良い電子ビ
ームを形成できる。さらに、電子銃の構造が簡単になる
ため、小型化が可能になり、組み立てが簡単になる。さ
らに、多数の微小冷陰極からの放出電子を陰極付近でま
とめてひとつの電子ビームに形成できるため、大電流・
高電流密度の電子ビームが実現できる。
【００１１】また、多数の冷陰極チップを含むウェハと
多数の開口をもつ厚い絶縁体と金属層で構成された構造
体を接合し、この後これらを切り離すことにより、同時
に多数の冷陰極素子を製造できる。これによって組立て
工数を大幅に削減することが可能となる。
多数の開口をもつ厚い絶縁体と金属層で構成された構造
体を接合し、この後これらを切り離すことにより、同時
に多数の冷陰極素子を製造できる。これによって組立て
工数を大幅に削減することが可能となる。
【００１２】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明
する。
する。
【００１３】図１は本発明の第１の実施例示す電子銃主
要部の構造図である。これはＣＲＴのように、電子レン
ズによって小さなスポットを形成する用途に使用される
電子銃である。図１において、１は冷陰極、２はＧ１電
極、３はＧ２電極、４はＧ３電極、５は冷陰極素子、６
は電子ビーム、７は基板、８は絶縁層、９はゲート電
極、１０はエミッタ、１１は絶縁体、１２は微小冷陰
極、１３は冷陰極チップである。冷陰極チップ１３は基
板７、絶縁層８、ゲート電極９、エミッタ１０で構成さ
れ、冷陰極素子５は冷陰極チップ１３、Ｇ１電極２、絶
縁体１１で構成されている。微小冷陰極１２は、エミッ
タ１０、ならびにゲート電極９と絶縁層８に開けられた
同心円の孔で構成される。
要部の構造図である。これはＣＲＴのように、電子レン
ズによって小さなスポットを形成する用途に使用される
電子銃である。図１において、１は冷陰極、２はＧ１電
極、３はＧ２電極、４はＧ３電極、５は冷陰極素子、６
は電子ビーム、７は基板、８は絶縁層、９はゲート電
極、１０はエミッタ、１１は絶縁体、１２は微小冷陰
極、１３は冷陰極チップである。冷陰極チップ１３は基
板７、絶縁層８、ゲート電極９、エミッタ１０で構成さ
れ、冷陰極素子５は冷陰極チップ１３、Ｇ１電極２、絶
縁体１１で構成されている。微小冷陰極１２は、エミッ
タ１０、ならびにゲート電極９と絶縁層８に開けられた
同心円の孔で構成される。
【００１４】この電子銃を動作させるには、例えば、冷
陰極１、基板７およびエミッタ１０を同電位にしこれら
を基準として、Ｇ１電極２に直流の−４０Ｖ、Ｇ２電極
３に直流の５００Ｖ、Ｇ３電極に直流の７ｋＶを印加
し、ゲート電極９には直流の８０Ｖの電圧を印加する。
電子ビームの電流値を制御するためには、制御電圧をゲ
ート電極９に重畳する。
陰極１、基板７およびエミッタ１０を同電位にしこれら
を基準として、Ｇ１電極２に直流の−４０Ｖ、Ｇ２電極
３に直流の５００Ｖ、Ｇ３電極に直流の７ｋＶを印加
し、ゲート電極９には直流の８０Ｖの電圧を印加する。
電子ビームの電流値を制御するためには、制御電圧をゲ
ート電極９に重畳する。
【００１５】エミッタ１０の先端は極めて鋭利に作られ
ており、ゲート電極９はエミッタ１０の先端のすぐ近く
にあるので、エミッタ１０の先端には高い電界が印加さ
れ、ここから電子が電界放出される。多数のエミッタ１
０から放出された電子はＧ１電極２、Ｇ２電極３、Ｇ３
電極４で構成された電界分布によって電子ビーム６が形
成される。絶縁体１１の厚さは１０〜数１００μｍ程度
であるので、絶縁体１１の上に作られたＧ１電極３とゲ
ート電極９あるいは基板７との間の静電容量は十分小さ
くすることができる。多数の冷陰極を制御するのに必要
な絶縁体の厚さは電子銃の設計によるが、陰極半径程度
が目安となり、直径２００μｍの陰極では約１００μｍ
の厚さが必要になる。
ており、ゲート電極９はエミッタ１０の先端のすぐ近く
にあるので、エミッタ１０の先端には高い電界が印加さ
れ、ここから電子が電界放出される。多数のエミッタ１
０から放出された電子はＧ１電極２、Ｇ２電極３、Ｇ３
電極４で構成された電界分布によって電子ビーム６が形
成される。絶縁体１１の厚さは１０〜数１００μｍ程度
であるので、絶縁体１１の上に作られたＧ１電極３とゲ
ート電極９あるいは基板７との間の静電容量は十分小さ
くすることができる。多数の冷陰極を制御するのに必要
な絶縁体の厚さは電子銃の設計によるが、陰極半径程度
が目安となり、直径２００μｍの陰極では約１００μｍ
の厚さが必要になる。
【００１６】たとえばＧ３電極４と冷陰極素子５との間
の距離が短い場合や、Ｇ３電極４の電圧が高い場合に
は、絶縁層１１の厚さは厚くなり、最大限陰極直径の２
倍程度までの範囲で選ばれる。一方、Ｇ３電極４と冷陰
極素子５との間の距離が長い場合や、Ｇ３電極４の電圧
が低い場合には、絶縁層１１の厚さは薄くでき、最小限
陰極直径の１／３倍程度までの範囲に設定される。
の距離が短い場合や、Ｇ３電極４の電圧が高い場合に
は、絶縁層１１の厚さは厚くなり、最大限陰極直径の２
倍程度までの範囲で選ばれる。一方、Ｇ３電極４と冷陰
極素子５との間の距離が長い場合や、Ｇ３電極４の電圧
が低い場合には、絶縁層１１の厚さは薄くでき、最小限
陰極直径の１／３倍程度までの範囲に設定される。
【００１７】撮像管用の電子銃も図１とほぼ同様の構成
となる。
となる。
【００１８】図２は本発明の第２の実施例を示す電子銃
主要部の構造図である。これは進行波管やクライストロ
ンのように、比較的大きな電流を取出し、一定直径で長
い電子ビーム６を形成する電子銃である。図２におい
て、Ｇ１電極２は一般にウェーネルト電極といわれ、絶
縁体１１は電子ビーム６に面する部分が傾斜しておりこ
の斜面部にもＧ１電極２が作られている。Ｇ１電極２に
は、エミッタ１０あるいはゲート電極９と同電位あるい
は独立の負の電位が印加される。図には示さないが、電
子ビーム６の進行方向と同じ方向あるいは逆の方向に磁
力線が加えられ、電子ビーム６はエミッタ９から出発し
てＧ２電極３を越えるまでに加速されるとともに、磁力
線とＧ１電極２の負の電位の作用を受け直径が減少し、
その後一定の直径に形成される。
主要部の構造図である。これは進行波管やクライストロ
ンのように、比較的大きな電流を取出し、一定直径で長
い電子ビーム６を形成する電子銃である。図２におい
て、Ｇ１電極２は一般にウェーネルト電極といわれ、絶
縁体１１は電子ビーム６に面する部分が傾斜しておりこ
の斜面部にもＧ１電極２が作られている。Ｇ１電極２に
は、エミッタ１０あるいはゲート電極９と同電位あるい
は独立の負の電位が印加される。図には示さないが、電
子ビーム６の進行方向と同じ方向あるいは逆の方向に磁
力線が加えられ、電子ビーム６はエミッタ９から出発し
てＧ２電極３を越えるまでに加速されるとともに、磁力
線とＧ１電極２の負の電位の作用を受け直径が減少し、
その後一定の直径に形成される。
【００１９】このように本発明においては、ゲート電極
９、エミッタ１０とＧ１電極２とを一体化しているた
め、電子ビーム６の速度が比較的遅く、電子ビーム６の
形成に強く影響を与える冷陰極１付近において高い精度
の電界を形成できるので、品質の良い電子ビーム６を作
ることができる。
９、エミッタ１０とＧ１電極２とを一体化しているた
め、電子ビーム６の速度が比較的遅く、電子ビーム６の
形成に強く影響を与える冷陰極１付近において高い精度
の電界を形成できるので、品質の良い電子ビーム６を作
ることができる。
【００２０】図３は本発明の第３の実施例を示す電子銃
主要部の構造図である。この電子銃は主に計測あるいは
加工用に使用されるもので、一定エネルギーの電子ビー
ムを生成することができ、Ｇ１電極２にはエミッタ１０
に対し正の電圧を印加する。エミッタ１０の高さおよび
ゲート電極９の高さと開口径を適当に選定することによ
り、電子ビーム電流値は主にエミッタ１０とゲート電極
９の間の電圧で設定され、Ｇ１電極２の高さすなわち絶
縁体１１の厚さおよびＧ１電極２の開口の直径を適当に
選ぶことにより電子ビーム速度は主にエミッタ１０とＧ
１電極２の間に印加した電圧で設定される。特に、図に
は示されていないが、Ｇ１電極２の右側にある電極の電
位にかかわらずにＧ１電極２を通り抜ける電子ビームの
速度をＧ１電極２の電位のみで設定するためには、絶縁
体１１の厚さを十分な値にしなければならない。また、
Ｇ１電極２の電位の影響をより確実にするため、絶縁体
１１の開口部の側面の一部もＧ１電極としている。
主要部の構造図である。この電子銃は主に計測あるいは
加工用に使用されるもので、一定エネルギーの電子ビー
ムを生成することができ、Ｇ１電極２にはエミッタ１０
に対し正の電圧を印加する。エミッタ１０の高さおよび
ゲート電極９の高さと開口径を適当に選定することによ
り、電子ビーム電流値は主にエミッタ１０とゲート電極
９の間の電圧で設定され、Ｇ１電極２の高さすなわち絶
縁体１１の厚さおよびＧ１電極２の開口の直径を適当に
選ぶことにより電子ビーム速度は主にエミッタ１０とＧ
１電極２の間に印加した電圧で設定される。特に、図に
は示されていないが、Ｇ１電極２の右側にある電極の電
位にかかわらずにＧ１電極２を通り抜ける電子ビームの
速度をＧ１電極２の電位のみで設定するためには、絶縁
体１１の厚さを十分な値にしなければならない。また、
Ｇ１電極２の電位の影響をより確実にするため、絶縁体
１１の開口部の側面の一部もＧ１電極としている。
【００２１】冷陰極素子５を製作するには図４に示すよ
うに、冷陰極チップ１３と、Ｇ１電極２を表面に形成し
た絶縁体１１とを接着させる。冷陰極チップ１３は、従
来から良く知られた方法で作成する。すなわち、シリコ
ンの基板７の表面を熱酸化して絶縁層８を作り、この上
にポリシリコンのゲート電極９を堆積する。次にリソグ
ラフィーとエッチング手法により、ゲート電極９および
絶縁層８に孔を開け、蒸着法によりこの上に金属を堆積
させると孔の中には先端が先鋭になったエミッタ１０が
形成される。この後、ゲート電極９上の金属を除去する
と冷陰極チップ１３ができる。一方、絶縁体１１にはパ
イレックスガラスのような絶縁体を研磨して所定の厚さ
に加工し、多数の微小冷陰極１２が作られた電子放出部
に相当する位置に開口を形成する。この絶縁体１１の上
にＧ１電極２となる金属を被着させる。冷陰極チップ１
３と、Ｇ１電極２を形成した絶縁体１１とを接着させ一
体化するには、陽極接合法（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａ
ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．
１０，ｐｐ３９４６，１９６９や特開昭６３−２２９８
６３号公報を参照）を用いる。すなわち、３００〜４０
０℃の温度中で、パイレックスガラスに付けたＧ１電極
２とポリシリコンのゲート電極９の間に約３００Ｖの直
流電圧をＧ１電極が負になる極性で印加し、適当な圧力
のもとで１分間以上両者を接触させる。なお、図４には
１個の冷陰極素子を製作する状況を示しているが、複数
の冷陰極素子あるいはウェハー毎にまとめて接合するこ
とも可能である。Ｇ１電極を被着させたパイレックスガ
ラスは半導体製作用のレチクルと全く同じ構造であるか
ら、冷陰極チップ１３と絶縁体１１との位置合わせは密
着露光におけるマスクの位置合わせのようにマスク合わ
せ用のパターンあるいは冷陰極チップ１３と絶縁体１１
の上に作られたパターンをガイドにして両者の位置を合
わせれば、極めて高い精度で組み立てることができる。
うに、冷陰極チップ１３と、Ｇ１電極２を表面に形成し
た絶縁体１１とを接着させる。冷陰極チップ１３は、従
来から良く知られた方法で作成する。すなわち、シリコ
ンの基板７の表面を熱酸化して絶縁層８を作り、この上
にポリシリコンのゲート電極９を堆積する。次にリソグ
ラフィーとエッチング手法により、ゲート電極９および
絶縁層８に孔を開け、蒸着法によりこの上に金属を堆積
させると孔の中には先端が先鋭になったエミッタ１０が
形成される。この後、ゲート電極９上の金属を除去する
と冷陰極チップ１３ができる。一方、絶縁体１１にはパ
イレックスガラスのような絶縁体を研磨して所定の厚さ
に加工し、多数の微小冷陰極１２が作られた電子放出部
に相当する位置に開口を形成する。この絶縁体１１の上
にＧ１電極２となる金属を被着させる。冷陰極チップ１
３と、Ｇ１電極２を形成した絶縁体１１とを接着させ一
体化するには、陽極接合法（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａ
ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．
１０，ｐｐ３９４６，１９６９や特開昭６３−２２９８
６３号公報を参照）を用いる。すなわち、３００〜４０
０℃の温度中で、パイレックスガラスに付けたＧ１電極
２とポリシリコンのゲート電極９の間に約３００Ｖの直
流電圧をＧ１電極が負になる極性で印加し、適当な圧力
のもとで１分間以上両者を接触させる。なお、図４には
１個の冷陰極素子を製作する状況を示しているが、複数
の冷陰極素子あるいはウェハー毎にまとめて接合するこ
とも可能である。Ｇ１電極を被着させたパイレックスガ
ラスは半導体製作用のレチクルと全く同じ構造であるか
ら、冷陰極チップ１３と絶縁体１１との位置合わせは密
着露光におけるマスクの位置合わせのようにマスク合わ
せ用のパターンあるいは冷陰極チップ１３と絶縁体１１
の上に作られたパターンをガイドにして両者の位置を合
わせれば、極めて高い精度で組み立てることができる。
【００２２】この方法によればゲート電極９から十分離
れた位置にＧ１電極２を配置できるので、多数の微小冷
陰極１２が集合した面積の大きな電子放出部からの電子
を電子ビームに形成できる。
れた位置にＧ１電極２を配置できるので、多数の微小冷
陰極１２が集合した面積の大きな電子放出部からの電子
を電子ビームに形成できる。
【００２３】なお、冷陰極チップ１３と絶縁体１１とを
接合するのに、陽極接合法の代わりに、絶縁体１１の下
部とＧ１電極９の上部に金を付けて金と金の接合を利用
しても同様の効果が得られる。
接合するのに、陽極接合法の代わりに、絶縁体１１の下
部とＧ１電極９の上部に金を付けて金と金の接合を利用
しても同様の効果が得られる。
【００２４】なお、絶縁体１１にあけた開口の内側を階
段状にするかあるいは傾斜させて、この上にＧ１電極２
を形成しても同様の効果が得られることは明らかであ
る。
段状にするかあるいは傾斜させて、この上にＧ１電極２
を形成しても同様の効果が得られることは明らかであ
る。
【００２５】また、実施例では電子放出源として電界放
出型素子を示したが、周知のＭＩＭ型素子、ＰＮ接合型
素子等を用いても良いことは明らかである。
出型素子を示したが、周知のＭＩＭ型素子、ＰＮ接合型
素子等を用いても良いことは明らかである。
【００２６】さらに、単一の冷陰極から複数の電子ビー
ムを取り出す場合であっても、各電子ビームが複数の微
小冷陰極から放出される電子をまとめて形成される場合
には本特許が適用される。
ムを取り出す場合であっても、各電子ビームが複数の微
小冷陰極から放出される電子をまとめて形成される場合
には本特許が適用される。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の陰極素子
によれば、電子放出部と電子ビーム形成電極の間の軸方
向ならびに半径方向の誤差を１／５から１／１０程度に
改善できるので、電子ビームの性能に与える影響が大き
い電子放出部付近の電界が高精度で形成できるので、リ
ップルや歪みの少ない高性能の電子ビームが形成され
る。さらに、電子銃の電極数を一つ減らすことができる
ので、電子銃の構造が簡単になり、電子銃更にこの電子
銃を使用した電子管あるいは電子装置の小型化が可能に
なる。
によれば、電子放出部と電子ビーム形成電極の間の軸方
向ならびに半径方向の誤差を１／５から１／１０程度に
改善できるので、電子ビームの性能に与える影響が大き
い電子放出部付近の電界が高精度で形成できるので、リ
ップルや歪みの少ない高性能の電子ビームが形成され
る。さらに、電子銃の電極数を一つ減らすことができる
ので、電子銃の構造が簡単になり、電子銃更にこの電子
銃を使用した電子管あるいは電子装置の小型化が可能に
なる。
【００２８】また、エミッタから放出された電子の殆ど
は電子ビームの成分になるため、冷陰極特にゲート電極
に戻る電子は極めて少ない。このため、ゲート電極の加
熱に伴うゲート電極の変形やガス放出による放電等のた
めの冷陰極の劣化や破壊の発生が防止できる。
は電子ビームの成分になるため、冷陰極特にゲート電極
に戻る電子は極めて少ない。このため、ゲート電極の加
熱に伴うゲート電極の変形やガス放出による放電等のた
めの冷陰極の劣化や破壊の発生が防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す電子銃冷陰極付近
の構造を示す断面図。
の構造を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施例を示す電子銃冷陰極付近
の構造を示す断面図。
の構造を示す断面図。
【図３】本発明の第３の実施例を示す電子銃冷陰極付近
の構造を示す断面図。
の構造を示す断面図。
【図４】本発明の複合冷陰極チップの製造方法を説明す
るための斜視図。
るための斜視図。
【図５】従来の熱陰極を冷陰極に置き換えた電子銃の概
念図。
念図。
【図６】従来の冷陰極チップの構造を示す断面図。
【図７】従来の３極管構造の微小冷陰極の構造を示す断
面図。
面図。
【図８】平板型画像表示装置の断面図。
１ 冷陰極 ２ Ｇ１電極 ３ Ｇ２電極 ４ Ｇ３電極 ５ 冷陰極素子 ６ 電子ビーム ７ 基板 ８ 絶縁層 ９ ゲート電極 １０ エミッタ １１ 絶縁体 １２ 微小冷陰極 １３ 冷陰極チップ １４ Ｇ１開口 ３１ 冷陰極 ３２ Ｇ１電極 ３３ Ｇ２電極 ３４ Ｇ３電極 ３５ 冷陰極チップ ３６ 電子ビーム ３８ 微小冷陰極 ３９ 基板 ４０ 絶縁層 ４１ ゲート電極 ４２ エミッタ ４３ 基板 ４４ エミッタ ４５ 第１絶縁層 ４６ ゲート電極 ４７ 第２絶縁層 ４８ コレクタ電極 ４９ 絶縁基板 ５０ 集束電極 ５１ ガラスプレート ５２ 絶縁支柱
Claims (5)
- 【請求項１】 エミッタ群が形成された基板と、前記エ
ミッタ群の各エミッタの周囲に形成された第１の絶縁層
と、前記第１の絶縁層上に形成され前記各エミッタに対
向配置された第１の電極層と、前記第１の電極層上に形
成され前記エミッタ群に共通の開口を有するとともに前
記第１の絶縁層よりも厚い第２の絶縁層と、前記第２の
絶縁層上に形成され前記エミッタ群に共通の開口を有す
る第２の電極層とを有することを特徴とする冷陰極素
子。 - 【請求項２】 前記第２の絶縁層の開口内面には傾斜部
または階段部が形成され、前記傾斜部または前記階段部
上に前記第２の電極層が延在していることを特徴とする
請求項１記載の冷陰極素子。 - 【請求項３】 前記第２の絶縁層は単一のガラス板で構
成されることを特徴とする請求項１記載の冷陰極素子。 - 【請求項４】 基板上にエミッタ群と第１の絶縁層と第
１の電極層とを有する微小陰極を形成して第１の部分を
得る工程と、前記エミッタ電極群に共通の開口を有する
第２の絶縁層の上に第２の電極層を形成した第２の部分
を独立に製作した後に、前記第１の部分と前記第２の部
分とを一体化する工程を有することを特徴とする冷陰極
素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記第１の部分と前記第２の部分の少な
くとも一方に位置あわせ用のパターンを形成し、前記パ
ターンをもとに前記第１の部分と前記第２の部分との位
置あわせを行い、一体化することを特徴とした請求項４
記載の冷陰極素子の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP963193A JP2653008B2 (ja) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | 冷陰極素子およびその製造方法 |
| US08/185,386 US5514847A (en) | 1993-01-25 | 1994-01-24 | Electron beam radiator with cold cathode integral with focusing grid member and process of fabrication thereof |
| US08/447,700 US5496199A (en) | 1993-01-25 | 1995-05-23 | Electron beam radiator with cold cathode integral with focusing grid member and process of fabrication thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP963193A JP2653008B2 (ja) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | 冷陰極素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06223706A true JPH06223706A (ja) | 1994-08-12 |
| JP2653008B2 JP2653008B2 (ja) | 1997-09-10 |
Family
ID=11725593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP963193A Expired - Fee Related JP2653008B2 (ja) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | 冷陰極素子およびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5514847A (ja) |
| JP (1) | JP2653008B2 (ja) |
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