JPH07130283A - Electron emission element and its manufacture - Google Patents
Electron emission element and its manufactureInfo
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- JPH07130283A JPH07130283A JP29242693A JP29242693A JPH07130283A JP H07130283 A JPH07130283 A JP H07130283A JP 29242693 A JP29242693 A JP 29242693A JP 29242693 A JP29242693 A JP 29242693A JP H07130283 A JPH07130283 A JP H07130283A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、画像表示装置、光プリ
ンタあるいは照明ランプ等に電子源として用いられる電
子放出素子、特に電界放出現象を利用した電子放出素子
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting device used as an electron source in an image display device, an optical printer, an illumination lamp or the like, and more particularly to an electron-emitting device utilizing the field emission phenomenon.
【０００２】[0002]
【従来の技術】通常の状態において物体表面から外へ電
子を取り出すためには、その物体表面の仕事関数に相当
するエネルギーを与えてやる必要がある。これは、仕事
関数分のエネルギー障壁が存在するためである。2. Description of the Related Art In order to take out electrons from the surface of an object in a normal state, it is necessary to apply energy corresponding to the work function of the surface of the object. This is because there is an energy barrier for the work function.
【０００３】物体表面にエネルギーを与えるために、よ
く知られている例では、物体表面をある程度以上の高温
に加熱する。この熱により運動エネルギーが増大された
電子は前記のエネルギー障壁を越えて物体表面から外へ
と飛び出す。これが、いわゆる熱電子放出と称されるも
のであり、そして放出された電子は熱電子と称されてい
る。また、この電子を放出する陰極を熱陰極と称してい
る。In order to apply energy to the surface of an object, in a well-known example, the surface of the object is heated to a high temperature above a certain level. The electrons, the kinetic energy of which has been increased by this heat, jump out of the surface of the object over the energy barrier. This is what is called so-called thermoelectron emission, and the emitted electrons are called thermoelectrons. The cathode that emits this electron is called a hot cathode.
【０００４】ところが、前記のように高温に加熱しなく
ても、物体表面に対して電界をかけると前記のエネルギ
ー障壁の幅が電界に応じて次第に狭くなり、特に電界強
度が約１０7 Ｖ／ｃｍ以上の強電界であれば、電子はい
わゆるトンネル効果によって前記のエネルギー障壁を突
破して物体表面から外へ放出される。However, even if it is not heated to a high temperature as described above, when an electric field is applied to the surface of an object, the width of the energy barrier becomes gradually narrower according to the electric field, and especially the electric field strength is about 10 7 V / In the case of a strong electric field of cm or more, the electrons break through the energy barrier by the so-called tunnel effect and are emitted from the surface of the object.
【０００５】これが、いわゆる電界放出又は強電界放出
と称されているものであり、放出された電子は電界放出
電子又は強電界放出電子と称されている。また、この電
子と陰極のことを、前記の熱電子と熱陰極に対して、そ
れぞれ冷電子と冷陰極と称することもある。This is what is called field emission or strong field emission, and the emitted electrons are called field emission electrons or strong field emission electrons. Further, the electron and the cathode may be referred to as a cold electron and a cold cathode, respectively, as opposed to the hot electron and the hot cathode.
【０００６】この電界放出現象は、前記のような熱電子
放出とは原理が異なるものであり、工業的応用を検討し
た場合には、その原理の違いに起因した数々の優れた特
長を有していることが知られている。This field emission phenomenon has a principle different from that of thermionic emission as described above, and has a number of excellent features due to the difference in principle when industrial application is examined. It is known that
【０００７】まず、電場はポアソンの方程式に支配され
ているため、突起があるとその先端に電界が集中する。
すなわち、突起形状を用いれば比較的低電圧で電界放出
を起こすことができ、これを電子源として利用すること
ができる。First, since the electric field is governed by Poisson's equation, if there is a protrusion, the electric field concentrates at the tip.
That is, if the projection shape is used, field emission can be generated at a relatively low voltage, and this can be used as an electron source.
【０００８】そして、電界放出現象を利用した電子源と
しての電子放出素子には、代表的な例の一つとして、書
籍：Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ，４７（１９７６）ｐｐ．５２４８−５２６３に
記載された文献に示された、図１６に示すようなものが
ある。この素子は、円形の穴を持つゲート２と円錐状、
すなわちコーン状に形成されたエミッタ１とを有してい
る。このような電子放出素子を以下ではコーン形電子放
出素子と呼ぶことにする。このコーン形電子放出素子
は、鋭利に尖ったエミッタ１の先端から効率よく電子を
放出することができ、優れた電気的特性を発揮できると
いう特長を有している。図中、符号３は絶縁層、そして
符号４は基板を示している。As a typical example of an electron-emitting device as an electron source utilizing the field-emission phenomenon, a book: Journal of Applied Phys is available.
ics, 47 (1976) pp. There is the one shown in FIG. 16 which is shown in the document described in 5248-5263. This device consists of a gate 2 with a circular hole and a cone,
That is, it has an emitter 1 formed in a cone shape. Hereinafter, such an electron-emitting device will be referred to as a cone-type electron-emitting device. This cone-shaped electron-emitting device has a feature that electrons can be efficiently emitted from the sharply pointed tip of the emitter 1 and excellent electrical characteristics can be exhibited. In the figure, reference numeral 3 indicates an insulating layer, and reference numeral 4 indicates a substrate.
【０００９】なお、例えば書籍：Ｊａｐａｎ Ｄｉｓｐ
ｌａｙ ’８６， ｐｐ．５１２−５１５に記載された
文献によれば、上記のコーン形電子放出素子を多数個マ
トリクス状に配置し、これを蛍光体を塗布したアノード
電極に対向させた構造の画像表示素子が、既に開発され
ている。[0009] For example, the book: Japan Disp
lay '86, pp. According to the document described in No. 512-515, an image display device having a structure in which a large number of the above cone-shaped electron-emitting devices are arranged in a matrix and is opposed to an anode electrode coated with a phosphor has already been developed. Has been done.
【００１０】またこの他にも、例えば書籍：電気通信学
会技術報告ＥＤ９１−１３４ ｐｐ．１７−２２の記載
によれば、図１７に示す構成の電子放出素子も既に提案
されている。この素子は、平板状で円形のエミッタ１の
外縁すなわちエッジに電界を集中させる方式のものであ
り、そのエミッタ１の形状の故に製造技術が上記のコー
ン形電子放出素子に比べて簡単であるという優れた特長
を有している。この電子放出素子を以下ではエッジ形電
子放出素子と呼ぶことにする。In addition to the above, for example, the book: Technical Report of the Institute of Electrical Communication, ED91-134 pp. According to the description of 17-22, an electron-emitting device having the configuration shown in FIG. 17 has already been proposed. This device is of a type in which an electric field is concentrated on the outer edge, that is, the edge of a flat and circular emitter 1, and because of the shape of the emitter 1, the manufacturing technique is simpler than that of the cone-type electron-emitting device. It has excellent features. Hereinafter, this electron-emitting device will be referred to as an edge-type electron-emitting device.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
コーン形電子放出素子（図１６）では、ゲート２の穴を
直径１μｍ程度の小ささで多数個均一にしかも非常に高
精度に形成することが必要であるものの、その製造には
きわめて高度な技術を要し、その上に手間もかかるとい
う問題があった。また、完成した電子放出素子に関し、
エミッタ１が破損してショートを起こし易いという問題
があった。However, in the above cone-shaped electron-emitting device (FIG. 16), it is possible to form a large number of holes of the gate 2 with a diameter of about 1 μm uniformly and with extremely high precision. Although required, there was a problem in that extremely high technology was required for its production, and in addition, it was troublesome. Regarding the completed electron-emitting device,
There is a problem that the emitter 1 is easily damaged and a short circuit is likely to occur.
【００１２】また、上記のエッジ形電子放出素子（図１
７）では、エミッタ１の形状の故にそのエミッタのエッ
ジへの電界集中があまり大きくなく、そのためコーン形
（図１６）に比べて高電圧を印加する必要があり、電気
的特性がコーン形程には優れていないという問題があっ
た。Further, the above-mentioned edge type electron-emitting device (see FIG.
In 7), the electric field concentration on the edge of the emitter is not so large due to the shape of the emitter 1, and therefore it is necessary to apply a high voltage compared to the cone type (FIG. 16), and the electrical characteristics are the same as those of the cone type. Had the problem of not being excellent.
【００１３】本発明は、上記の問題点を解消するために
成されたものであって、電子放出素子に関して、コーン
形電子放出素子（図１６）のように特に高精度の製造技
術を必要としないこと、完成した電子放出素子内の各要
素の破損によるショートの発生を起き難くすること、さ
らにエッジ形電子放出素子（図１７）よりも優れた電気
的特性並びに電子放出に関する均一性及び安定性を達成
することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above problems, and requires a particularly high-precision manufacturing technique for the electron-emitting device like the cone type electron-emitting device (FIG. 16). Not to do so, it is difficult to cause a short circuit due to breakage of each element in the completed electron-emitting device, and more excellent electrical characteristics and uniformity and stability regarding electron emission than the edge-type electron-emitting device (FIG. 17). To achieve.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項１記載の電子放出素子は、基板上に形成され
ていて強電界の下で電子を放出するエミッタと、絶縁層
を挟んでそのエミッタの近傍に設けられていてそのエミ
ッタに電界を印加するゲートとを有する電子放出素子で
ある。そして、上記ゲートにはエミッタに対応する位置
に開口部が形成されており、上記エミッタは上からみて
上記開口部の中に配置され、かつ、該エミッタは、上記
ゲート開口部縁端に沿って２個の角を有する複数の張出
し部を、上記ゲート開口部の中心から放射状に備えてい
る。According to another aspect of the present invention, there is provided an electron-emitting device in which an insulating layer is sandwiched between an emitter which is formed on a substrate and emits electrons under a strong electric field. And an electron-emitting device having a gate provided near the emitter and applying an electric field to the emitter. An opening is formed in the gate at a position corresponding to the emitter, the emitter is arranged in the opening when viewed from above, and the emitter extends along the edge of the gate opening. A plurality of overhanging portions having two corners are provided radially from the center of the gate opening.
【００１５】また、請求項２記載の電子放出素子では、
ゲートは概略円形または多角形状に形成される。またエ
ミッタは、上記ゲートを上からみて取り囲むように形成
され、かつ、上記ゲートの縁端に近接して２個の角を有
しつつ上記ゲートの中心に向かって求心状に形成された
複数個の張出し部を備えている。Further, in the electron-emitting device according to claim 2,
The gate is formed in a substantially circular or polygonal shape. A plurality of emitters are formed so as to surround the gate when viewed from above, and are formed in a centripetal shape toward the center of the gate while having two corners close to the edge of the gate. It is equipped with an overhanging part.
【００１６】また、請求項３記載の電子放出素子では、
ゲートはエミッタの上に絶縁層を挟んで積層されてお
り、該ゲートには開口部が形成される。そして上記エミ
ッタは、そのゲートの開口部の縁端に沿って２個の角を
有しつつ上記ゲートの中心に向かって求心状に形成され
た複数個の張出し部を備えている。Further, in the electron-emitting device according to claim 3,
The gate is laminated on the emitter with an insulating layer in between, and an opening is formed in the gate. The emitter is provided with a plurality of overhanging portions which are centripetal toward the center of the gate and which have two corners along the edge of the opening of the gate.
【００１７】ここにいう角とは、形状の如何を問わず、
先端が鋭く尖った立体的な突出部分のことであり、これ
を備えた張出し部というのは、例えば、図１又は図４に
示すような２個の角１０ａ又は１０ｃを備えた長方形状
の張出し部１１ａ又は１１ｃや、図２に示すような２個
の角１０ｂを備えた先端が円弧状に丸みを帯て突出する
ほぼ長方形状の張出し部１１ｂや、あるいは図６又は図
８に示すような２個の角１０ｄ又は１０ｅを備えた先端
が円弧状に丸みを帯びて窪んだ状態のほぼ長方形状の張
出し部１１ｄ又は１１ｅ等のような形状が考えられる。The term "corner" as used herein refers to any shape,
It is a three-dimensional protruding portion with a sharp tip, and the overhanging portion provided with this is, for example, a rectangular overhanging portion having two corners 10a or 10c as shown in FIG. 1 or 4. Part 11a or 11c, or a substantially rectangular overhanging part 11b having two corners 10b as shown in FIG. 2 and a rounded end protruding in an arc shape, or as shown in FIG. 6 or FIG. A shape such as a substantially rectangular overhanging portion 11d or 11e in which the tip having two corners 10d or 10e is rounded and recessed in an arc shape is conceivable.
【００１８】また、請求項１６に記載した電子放出素子
の製造方法、特に請求項１及び請求項２に記載の電子放
出素子の製造に好適な製造方法は、基板上にエミッタの
概略形状又はゲート形状を形成し、さらに基板上に絶縁
層及びゲート用膜又はエミッタ用膜を形成し、その後、
概略形状のエミッタを、２個の角を備えた複数個の張出
し部を放射状又は求心状に並べた形状へと加工すること
を特徴としている。A method of manufacturing an electron-emitting device according to a sixteenth aspect, particularly a method suitable for manufacturing an electron-emitting device according to the first and second aspects of the present invention, is a schematic shape of an emitter or a gate on a substrate. Form a shape, further form an insulating layer and a film for gate or emitter on the substrate, and then
The general shape of the emitter is characterized in that it is processed into a shape in which a plurality of overhanging portions having two corners are arranged in a radial or centripetal manner.
【００１９】また、請求項１７に記載した電子放出素子
の製造方法、特に請求項３に記載の電子放出素子の製造
に好適な製造方法は、求心状に配列されるエミッタの張
出し部の原形となる放射状張出し部を基板上に形成し、
さらに基板及びその放射状張出し部の上に絶縁層及びゲ
ート用膜を形成し、その後、ゲート用膜、絶縁層及びエ
ミッタ用放射状張出し部の各層を貫通する穴を開けるこ
とにより、開口部を有するゲート及び複数の求心状に配
列されたエミッタ張出し部を形成することを特徴として
いる。A method of manufacturing an electron-emitting device according to a seventeenth aspect, particularly a manufacturing method suitable for manufacturing an electron-emitting device according to the third aspect of the present invention, is to use the original shape of the protruding portions of the emitters arranged in a centripetal manner. Forming a radial overhang on the substrate,
Further, an insulating layer and a gate film are formed on the substrate and the radial overhanging portion, and then a hole having an opening is formed by making a hole through each layer of the gate film, the insulating layer and the radial overhanging portion for the emitter. And forming a plurality of centripetally arranged emitter protrusions.
【００２０】エミッタの張出し部を形成する際には、２
段階のフォトエッチングを用いるのが望ましい。すなわ
ち、張出し部の縦の境界及び横の境界の形成ためにそれ
ぞれ独立のフォトリソグラフィとエッチングを用いるこ
とにより、角の鋭いエミッタ形状が得られる。またこの
場合、ゲートがエミッタ張出し部と同様の形状に加工さ
れてしまうと、エミッタに電界をかける効果が弱くなっ
てしまう。そこで、エミッタを所望の張出し部形状に加
工するときにゲートが加工されない工夫が重要となる。
そのための方法として、例えば、ゲート上にエッチング
保護層、例えばＡｌ、レジスト等を付けておいたり、あ
るいはエミッタ加工の一部をゲート成膜前に行う等の方
法が考えられる。When forming the projecting portion of the emitter, 2
It is desirable to use a staged photoetch. That is, by using independent photolithography and etching for forming the vertical boundary and the horizontal boundary of the overhang, an emitter shape with sharp corners can be obtained. Further, in this case, if the gate is processed into the same shape as the emitter extension, the effect of applying an electric field to the emitter becomes weak. Therefore, it is important to devise a method in which the gate is not processed when the emitter is processed into a desired overhang portion shape.
As a method therefor, for example, an etching protection layer such as Al or a resist may be provided on the gate, or a part of the emitter processing may be performed before the gate film formation.
【００２１】また、請求項４又は請求項５に記載の電子
放出素子のようにエミッタ又はゲートをエッチングスト
ッパ層の上に設けるようにした電子放出素子に関して
は、請求項１８及び請求項１９に記載のように、まず基
板上にエッチングストッパ層を形成し、そのエッチング
ストッパ層の上にエミッタ又はゲートを形成することに
より電子放出素子を製造できる。Further, as for the electron-emitting device according to claim 4 or 5, an electron-emitting device in which an emitter or a gate is provided on an etching stopper layer is described in claim 18 and claim 19. As described above, the electron emission device can be manufactured by first forming the etching stopper layer on the substrate and then forming the emitter or the gate on the etching stopper layer.
【００２２】さらに、請求項１記載の電子放出素子を製
造するに際して、請求項２０に記載のように、エミッタ
用膜の上に保護膜を形成し、エミッタ及びゲートを所定
形状に形成した後にその保護膜を除去することができ
る。Furthermore, in manufacturing the electron-emitting device according to claim 1, as described in claim 20, after forming a protective film on the emitter film and forming the emitter and the gate in a predetermined shape, the protective film is formed. The protective film can be removed.
【００２３】[0023]
【作用】従来のエッジ形電子放出素子（図１７）はいわ
ば２次元的な突起であり、これはコーン形電子放出素子
（図１６）に比較して電界集中が弱い。これに対して本
発明の電子放出素子では、エミッタの形状をエッジ形
（図１７）のような単純な円ではなく、図１、２、４、
６、８に示すような、２個の角１０ａ〜１０ｅを備えた
張出し部１１ａ〜１１ｅを放射状又は求心状に配列させ
て構成してある。ここで各角１０ａ〜１０ｅを１個ずつ
見れば、それらは３つの平面を側面とする３面体すなわ
ち３次元突起であり、その頂点への電界集中が起こり易
く、その結果、コーン形（図１６）と同様に良好な電気
的特性を有する電子放出素子が得られる。The conventional edge-type electron-emitting device (FIG. 17) is, so to speak, a two-dimensional protrusion, which has a weaker electric field concentration than the cone-type electron-emitting device (FIG. 16). On the other hand, in the electron-emitting device of the present invention, the shape of the emitter is not a simple circle like the edge shape (FIG. 17),
As shown in FIGS. 6 and 8, overhang portions 11a to 11e having two corners 10a to 10e are arranged in a radial or centripetal manner. If each of the corners 10a to 10e is seen here, they are three-sided bodies having three planes as side surfaces, that is, three-dimensional projections, and electric field concentration is likely to occur at their vertices, resulting in a cone shape (FIG. An electron-emitting device having good electric characteristics can be obtained.
【００２４】また、エッジ形（図１７）に関しては、円
形エッジのどの点から電子放出が起こるかは微妙な形状
や表面状態の違いで決まるものであり、それが均一性や
安定性に問題を残していた。これに対して本発明では、
電子の放出点がエミッタの張出し部の角に確定してお
り、電子の放出に関する均一性及び安定性の改善に大き
な効果がある。電子放出点は１個の張出し部あたり２個
の角、すなわち２点であるから、４個の張出し部を持つ
エミッタならば８点、ｎ個の張出し部ならば２ｎ点とな
り、集積密度の向上にも役立つ。With respect to the edge shape (FIG. 17), from which point on the circular edge the electron emission occurs is determined by a subtle difference in shape and surface state, which causes problems in uniformity and stability. I had left. On the other hand, in the present invention,
The emission point of the electron is fixed at the corner of the projecting portion of the emitter, which has a great effect on the improvement of the uniformity and stability of the emission of the electron. The number of electron emission points is two corners per protrusion, that is, two points. Therefore, an emitter having four protrusions has 8 points, and n protrusions has 2n points, which improves the integration density. Also useful for.
【００２５】以上のように本発明の電子放出素子では、
エミッタの形状が平面であるので、エッジ形（図１７）
の特長である作製が容易であるという利点を得ることが
できる。そして同時に、２個の角を備えた複数の張出し
部を放射状又は求心状に並べることによってエミッタが
形成されるので、電界がそれらの角に集中し、そのため
良好な電気的特性を持った電子放出素子を得ることがで
きる。また、電子放出点が角に確定することにより、従
来のエッジ形（図１７）に比べて電子放出点に関する均
一性及び安定性を改善できる。As described above, in the electron-emitting device of the present invention,
Edge shape because the emitter shape is flat (Fig. 17)
It is possible to obtain the advantage that the manufacturing is easy, which is a feature of the above. At the same time, the emitter is formed by arranging a plurality of overhanging portions having two corners in a radial or centripetal manner, so that the electric field is concentrated in those corners, and thus electron emission having good electrical characteristics is performed. An element can be obtained. Further, by defining the electron emission points as corners, it is possible to improve the uniformity and stability of the electron emission points as compared with the conventional edge shape (FIG. 17).
【００２６】[0026]
【実施例】（電子放出素子の第１実施例） 図１は、本発明に係る電
子放出素子の第１実施例を示している。この実施例で
は、ゲート２に多角形状の開口部、例えば正方形状の開
口部Ｔが形成され、その開口部Ｔの下にエミッタ１が形
成されている。図では１個の開口部Ｔが示されている
が、実際には、ゲート２にほぼ一定の間隔で複数個の開
口部Ｔが形成される。エミッタ１は、ゲート２に対して
ほぼ平行に形成されていて、さらに４個の張出し部１１
ａを９０゜の角度間隔で放射状に、すなわち十字形状に
配列することによって形成されている。各張出し部１１
ａのゲート２に近い先端位置にはそれぞれ２個の角１０
ａが設けられている。これらの角１０ａは、それを微視
的に見れば、３つの平面を互いに接合した３面体、すな
わち三角錐形状の３次元突起であり、その頂点は鋭く尖
っている。ゲート２とエミッタ１との間に電界を印加す
ると、エミッタ１から、特に各角１０ａから電子が放出
される。ゲート２の開口部Ｔは開放部分を持たない枠形
状であって、その開口部Ｔの縁端は各張出し部１１ａの
先端に沿って位置している。すなわち、各張出し部１１
ａが延びる方向と開口部Ｔの縁端とは互いにほぼ直交し
ている。Embodiment (First Embodiment of Electron-Emitting Element) FIG. 1 shows a first embodiment of the electron-emitting element according to the present invention. In this embodiment, a polygonal opening, for example, a square opening T is formed in the gate 2, and the emitter 1 is formed below the opening T. Although one opening T is shown in the drawing, in reality, a plurality of openings T are formed in the gate 2 at substantially constant intervals. The emitter 1 is formed substantially parallel to the gate 2 and further has four protruding portions 11
It is formed by arranging a at radial intervals of 90 °, that is, in a cross shape. Each overhanging part 11
There are two corners 10 at each of the tip positions near the gate 2 of a.
a is provided. When viewed microscopically, these corners 10a are trihedrons in which three planes are joined to each other, that is, three-dimensional protrusions in the shape of a triangular pyramid, and the vertices are sharply pointed. When an electric field is applied between the gate 2 and the emitter 1, electrons are emitted from the emitter 1, especially from each corner 10a. The opening T of the gate 2 has a frame shape having no open portion, and the edge of the opening T is located along the tip of each protruding portion 11a. That is, each overhanging portion 11
The direction in which a extends and the edge of the opening T are substantially orthogonal to each other.
【００２７】（第１実施例の電子放出素子の製造方法）
図１に示す電子放出素子を製造するための製造方法の一
実施例を図３に模式的に示す。この製造方法では、ま
ず、導電性を有するＳｉ（シリコン）によって形成され
た基板４を用意する。この基板４は、エミッタへ電流を
流すためのエミッタ配線を兼ねている。この基板４上
に、後にエミッタ１（図１）となるＷ（タングステン）
膜１’をスパッタ処理によって厚さ０．２μｍに成膜す
る（ａ）。その後、エミッタの概略形状、本実施例では
正方形のレジストパターン５を周知のパターン形成方法
によって形成し（ｂ）、さらに、ＳＦ6 ガスを用いた反
応性イオンエッチングによってエミッタ用膜（Ｗ）１’
及び基板（Ｓｉ）４をエッチングしてエミッタ概形
１’’を形成する（ｃ）。このとき、基板（Ｓｉ）４の
方がエミッタ用膜（Ｗ）１’よりもエッチングされ易い
ため、エミッタ概形１’’がひさし状に張り出した形状
となる。 (Method for Manufacturing Electron-Emitting Element of First Embodiment)
An embodiment of a manufacturing method for manufacturing the electron-emitting device shown in FIG. 1 is schematically shown in FIG. In this manufacturing method, first, the substrate 4 made of conductive Si (silicon) is prepared. The substrate 4 also serves as an emitter wiring for supplying a current to the emitter. On this substrate 4, W (tungsten) which will later become the emitter 1 (FIG. 1) is formed.
The film 1'is formed into a film having a thickness of 0.2 μm by sputtering (a). Thereafter, a schematic shape of the emitter, in this embodiment, a square resist pattern 5 is formed by a known pattern forming method (b), and further, reactive ion etching using SF 6 gas is performed to form the emitter film (W) 1 ′.
Then, the substrate (Si) 4 is etched to form an emitter shape 1 ″ (c). At this time, since the substrate (Si) 4 is more easily etched than the emitter film (W) 1 ', the emitter general shape 1''has a canopy-like shape.
【００２８】次に、工程（ｄ）で示すように、レジスト
パターン５を残したままで、絶縁層３としてＳｉＯX を
０．５μｍの厚さで蒸着する。そしてその上にゲート用
膜２’としてＮｂを０．４μｍ、さらにエッチングスト
ッパ層としてＡｌを０．０５μｍ、その保護層としてＭ
ｏを０．０５μｍの厚さで順次蒸着する。この状態から
レジスト５を除去することにより、エミッタ概形１’’
上に付いた絶縁層材料３及びゲート用膜２’をリフト・
オフする（ｅ）。図（ｉ）は図（ｅ）の上面図を示して
いる。Next, as shown in step (d), SiO x is vapor-deposited with a thickness of 0.5 μm as the insulating layer 3 with the resist pattern 5 left. Then, Nb is 0.4 μm as a gate film 2 ′, Al is 0.05 μm as an etching stopper layer, and M is used as a protective layer thereof.
O is vapor-deposited in order of thickness of 0.05 μm. By removing the resist 5 from this state, the emitter outline 1 ″
Lift the insulating layer material 3 and the gate film 2'on top
Turn off (e). Figure (i) shows a top view of Figure (e).
【００２９】さらに、放射状のエミッタ１（図１）を加
工するための放射形状、すなわち十字形状のレジストパ
ターン６を周知のパターン形成方法によって形成し
（ｆ，ｊ）、ＳＦ6 を用いた反応性イオンエッチングに
よってエミッタ概形１’’及び基板４をエッチングし
て、所望形状の張出し部１１ａ（図１）を備えたエミッ
タ１を形成する（ｇ）。このとき、ゲート用膜２’に対
するエッチングはその内部に含まれるＡｌ層で停止する
ため、ゲート用膜２’の形状は変化しない。Further, a radial shape, ie, a cross-shaped resist pattern 6 for processing the radial emitter 1 (FIG. 1) is formed by a well-known pattern forming method (f, j), and the reactivity using SF 6 is used. The emitter shape 1 ″ and the substrate 4 are etched by ion etching to form the emitter 1 having the overhanging portion 11a (FIG. 1) having a desired shape (g). At this time, since the etching for the gate film 2 ′ is stopped at the Al layer contained therein, the shape of the gate film 2 ′ does not change.
【００３０】その後、レジストパターン６を除去し、さ
らにゲート用膜２’に含まれるＡｌ層をリン硝酸を用い
たウエットエッチングによって除去し、そしてさらにフ
ォトリソグラフィ及びＳＦ6 を用いた反応性イオンエッ
チングによってゲート用膜２’を電極として作用するゲ
ート２とゲート配線部とに加工する。ゲート２は図示の
通りにエミッタ１の近傍に位置していてエミッタ１に電
界を印加する部分であり、ゲート配線部とはそのゲート
電極へ電圧を印加するための導電部として作用する部分
である。便宜上、ゲート配線部の図示は省略してある。After that, the resist pattern 6 is removed, the Al layer contained in the gate film 2'is removed by wet etching using phosphoric nitric acid, and further, photolithography and reactive ion etching using SF 6 are performed. The gate film 2'is processed into the gate 2 acting as an electrode and the gate wiring portion. The gate 2 is located in the vicinity of the emitter 1 as shown in the drawing, and is a portion that applies an electric field to the emitter 1. The gate wiring portion is a portion that acts as a conductive portion for applying a voltage to the gate electrode. . For convenience of illustration, the illustration of the gate wiring portion is omitted.
【００３１】最後に、緩衝フッ酸で絶縁層３を軽くエッ
チング、例えば３０秒〜１０分、好ましくは３分のエッ
チングを行うことにより、ゲート２を絶縁層３からひさ
し状に張り出させて図１に示すような目標とする電子放
出素子が完成する（ｈ）。Finally, the insulating layer 3 is lightly etched with buffered hydrofluoric acid, for example, for 30 seconds to 10 minutes, preferably for 3 minutes, so that the gate 2 is projected from the insulating layer 3 in a canopy shape. A target electron-emitting device as shown in 1 is completed (h).
【００３２】（電子放出素子の第２実施例）図２は、本
発明に係る電子放出素子の第２実施例を示している。こ
の実施例では、ゲート２に例えば円形状の開口部Ｅが形
成され、その円形開口部Ｅの下にエミッタ１が形成され
ている。この開口部Ｅも実際には一定の間隔で複数個形
成される。エミッタ１は、ゲート２に対してほぼ平行に
形成されていて、さらに６個の張出し部１１ｂを６０゜
の角度間隔で放射状に配列することによって形成されて
いる。各張出し部１１ｂのゲート２に近い先端位置にも
それぞれ２個の角１０ｂが設けられている。これらの角
１０ｂも、微視的には３つの平面を互いに接合して成る
３面体、すなわち３次元突起であり、その頂点は鋭く尖
っている。この実施例でも、ゲート２の開口部Ｅの縁端
はエミッタ１の先端を取り囲む枠形状に形成され、そし
て、各張出し部１１ｂが延びる方向と開口部Ｅの縁端の
接線方向とは互いにほぼ直交している。 (Second Embodiment of Electron-Emitting Element) FIG. 2 shows a second embodiment of the electron-emitting element according to the present invention. In this embodiment, for example, a circular opening E is formed in the gate 2, and the emitter 1 is formed below the circular opening E. Actually, a plurality of openings E are also formed at regular intervals. The emitter 1 is formed substantially parallel to the gate 2, and is further formed by arranging six overhang portions 11b radially at an angular interval of 60 °. Two corners 10b are also provided at the tip end positions of each overhanging portion 11b close to the gate 2. Microscopically, these corners 10b are also trihedral bodies formed by joining three flat surfaces to each other, that is, three-dimensional projections, and their vertices are sharply pointed. Also in this embodiment, the edge of the opening E of the gate 2 is formed in a frame shape surrounding the tip of the emitter 1, and the extending direction of each overhanging portion 11b and the tangential direction of the edge of the opening E are substantially parallel to each other. They are orthogonal.
【００３３】この第２実施例の電子放出素子は、第１実
施例の電子放出素子を製造するための製造方法、すなわ
ち図３に示した製造方法と同じ方法によって作製でき
る。The electron-emitting device of the second embodiment can be manufactured by the manufacturing method for manufacturing the electron-emitting device of the first embodiment, that is, the same manufacturing method as shown in FIG.
【００３４】（電子放出素子の第３実施例）図４は、本
発明に係る電子放出素子の第３実施例を示している。こ
の実施例では、ゲート２に多角形状の開口部、例えば正
方形状の開口部Ｔが形成され、その開口部Ｔの下にエミ
ッタ１が形成されている。このエミッタ１は、ゲート２
に対してほぼ平行に形成されていて、さらに４個の張出
し部１１ｃを９０゜の角度間隔で放射状に、すなわち十
字形状に配列することによって形成されている。各張出
し部１１ｃのゲート２に近い先端位置にはそれぞれ２個
の角１０ｃが設けられている。これらの角１０ｃも、３
つの平面を互いに接合した３面体、すなわち三角錐形状
の３次元突起であり、その頂点は鋭く尖っている。 Third Embodiment of Electron-Emitting Device FIG. 4 shows a third embodiment of the electron-emitting device according to the present invention. In this embodiment, a polygonal opening, for example, a square opening T is formed in the gate 2, and the emitter 1 is formed below the opening T. This emitter 1 is gate 2
Is formed substantially in parallel with, and is further formed by arranging four overhang portions 11c radially at an angular interval of 90 °, that is, in a cross shape. Two corners 10c are provided at the tip end positions of each overhanging portion 11c close to the gate 2. These corners 10c are also 3
It is a trihedron in which two flat surfaces are joined to each other, that is, a three-dimensional projection having a triangular pyramid shape, and its apex is sharply pointed.
【００３５】この第３実施例が図１に示した第１実施例
と異なる点は、エミッタ１の材料として基板４と異なる
特別の材料を使うことなく、基板と同じ材料、例えばＳ
ｉを使ってエミッタ１を形成したことである。The third embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the emitter 1 is made of the same material as the substrate, for example, S without using a special material different from the substrate 4.
That is, the emitter 1 is formed by using i.
【００３６】（第３実施例の電子放出素子の製造方法）
図４に示す電子放出素子を製造するための製造方法の一
実施例を図５に模式的に示す。この製造方法は、基本的
には図３に示した製造方法と同じであり、異なる点は、
エミッタ用金属膜の成膜工程を省くことによって、エミ
ッタ１（図４）を基板４の材料と同じＳｉを用いて形成
するようにしたことである。 (Method for Manufacturing Electron-Emitting Element of Third Embodiment)
An embodiment of a manufacturing method for manufacturing the electron-emitting device shown in FIG. 4 is schematically shown in FIG. This manufacturing method is basically the same as the manufacturing method shown in FIG.
This is because the emitter 1 (FIG. 4) is formed using the same Si as the material of the substrate 4 by omitting the step of forming the emitter metal film.
【００３７】具体的に説明すれば、まず、導電性を有す
るＳｉによって形成された基板４を用意し、その上にエ
ミッタの概略形状、本実施例では正方形のレジストパタ
ーン５を周知のパターン形成方法によって形成する
（ａ）。そして、ＳＦ6 ガスを用いた反応性イオンエッ
チングによって基板４をエッチングしてエミッタ概形
１’’を形成する（ｂ）。More specifically, first, a substrate 4 made of conductive Si is prepared, and a general shape of the emitter, a square resist pattern 5 in this embodiment, is formed on the substrate 4, which is a well-known pattern forming method. (A). Then, the substrate 4 is etched by reactive ion etching using SF 6 gas to form a general emitter shape 1 ″ (b).
【００３８】次に、工程（ｃ）で示すように、レジスト
パターン５を残したままで、絶縁層３としてＳｉＯX を
０．５μｍの厚さで蒸着する。そしてその上にゲート用
膜２’としてＮｂを０．４μｍ、エッチングストッパ層
としてＡｌを０．０５μｍ、その保護層としてＭｏを
０．０５μｍの厚さで順次蒸着する。この状態からレジ
スト５を除去することにより、エミッタ概形１’’上に
付いた絶縁層材料３及びゲート用膜２’をリフトオフす
る（ｄ）。図（ｈ）は図（ｄ）の上面図を示している。Next, as shown in step (c), SiO x is vapor-deposited with a thickness of 0.5 μm as the insulating layer 3 while leaving the resist pattern 5 left. Then, Nb of 0.4 μm as a gate film 2 ′, Al of 0.05 μm as an etching stopper layer, and Mo of 0.05 μm as a protective layer thereof are sequentially deposited thereon. By removing the resist 5 from this state, the insulating layer material 3 and the gate film 2'on the emitter outline 1 '' are lifted off (d). Figure (h) shows the top view of Figure (d).
【００３９】さらに、放射形状のエミッタ１（図４）を
加工するための放射形状、すなわち十字形状のレジスト
パターン６を形成し（ｅ，ｉ）、ＳＦ6 を用いた反応性
イオンエッチングによってエミッタ概形１’’をエッチ
ングして、所望形状の張出し部１１ｃ（図４）を備えた
エミッタ１を形成し、さらにレジストパターン６を除去
する（ｆ）。Further, a resist pattern 6 having a radial shape, that is, a cross shape for processing the radial emitter 1 (FIG. 4) is formed (e, i), and the emitter outline is formed by reactive ion etching using SF 6. The shape 1 ″ is etched to form the emitter 1 having the overhang 11c (FIG. 4) having a desired shape, and the resist pattern 6 is removed (f).
【００４０】レジストパターン６の除去後、ゲート用膜
２’に含まれるエッチングストッパ層（Ａｌ）をリン硝
酸を用いたウエットエッチングによって除去し、フォト
リソグラフィ及びＳＦ6 を用いた反応性イオンエッチン
グによってゲート用膜２’を電極として作用するゲート
２とゲート配線部とに加工する。そして最後に、緩衝フ
ッ酸で絶縁層３を軽くエッチングしてゲート２を絶縁層
３からひさし状に張り出させ、これにより図４に示した
ような目標とする電子放出素子が完成する（ｇ）。[0040] After the resist pattern 6 is removed, an etching stopper layer included in the gate layer 2 'of the (Al) is removed by wet etching using phosphoric acid, the gate by reactive ion etching using photolithography and SF 6 The film 2'is processed into the gate 2 and the gate wiring portion which act as electrodes. Finally, the insulating layer 3 is lightly etched with buffered hydrofluoric acid so that the gate 2 is projected from the insulating layer 3 in an eaves-shape, thereby completing the target electron-emitting device as shown in FIG. 4 (g). ).
【００４１】（電子放出素子の第４実施例）図６は、本
発明に係る電子放出素子の第４実施例を示している。こ
の実施例では、ゲート２が円形状に形成され、エミッタ
１がそのゲート２のまわりに形成されている。このエミ
ッタ１は、ゲート２に対してほぼ平行に形成されてい
て、さらに４個の張出し部１１ｄを９０゜の角度間隔で
ゲート２を中心とする求心状に配列することによって形
成されている。各張出し部１１ｄのゲート２に近い先端
位置にはそれぞれ２個の角１０ｄが設けられている。こ
れらの角１０ｄも、微視的に見て、３つの平面を互いに
接合した３面体、すなわち３次元突起として構成され、
その頂点は鋭く尖っている。ゲート２は、正方形その他
の多角形状とすることもできる。 Fourth Embodiment of Electron-Emitting Element FIG. 6 shows a fourth embodiment of the electron-emitting element according to the present invention. In this embodiment, the gate 2 is formed in a circular shape and the emitter 1 is formed around the gate 2. The emitter 1 is formed substantially in parallel with the gate 2, and is further formed by arranging four overhanging portions 11d at an angular interval of 90 ° in a centripetal manner with the gate 2 as the center. Two corners 10d are provided at the tip end positions of each overhanging portion 11d close to the gate 2. Microscopically, these corners 10d are also configured as a trihedron in which three flat surfaces are joined to each other, that is, a three-dimensional projection,
Its apex is sharp. The gate 2 may have a square or other polygonal shape.
【００４２】（第４実施例の電子放出素子の製造方法）
図６に示す電子放出素子を製造するための製造方法の一
実施例を図７に模式的に示す。この製造方法では、ま
ず、ゲート配線を兼ねる導電性のＳｉ基板４を準備し、
その基板４上に、後にゲート２（図６）となるゲート用
膜（Ｎｂ）２’を真空蒸着で厚さ０．２μｍに成膜する
（ａ）。その後、円形状のゲート２を形成するための円
形のレジストパターン５を周知のパターン形成方法によ
って形成し（ｂ）、ＳＦ6 を用いた反応性イオンエッチ
ングによってゲート用膜２’及び基板４をエッチングし
て円形のゲート２を形成する（ｃ）。 (Method of Manufacturing Electron-Emitting Element of Fourth Embodiment)
FIG. 7 schematically shows an embodiment of a manufacturing method for manufacturing the electron-emitting device shown in FIG. In this manufacturing method, first, a conductive Si substrate 4 also serving as a gate wiring is prepared,
On the substrate 4, a gate film (Nb) 2'which will later become the gate 2 (FIG. 6) is formed by vacuum vapor deposition to have a thickness of 0.2 μm (a). Thereafter, a circular resist pattern 5 for forming the circular gate 2 is formed by a known patterning method (b), etching the gate layer 2 'and the substrate 4 by reactive ion etching using SF 6 To form a circular gate 2 (c).
【００４３】次に、レジストパターン５を残したまま
で、絶縁層３としてＳｉＯX を０．５μｍ蒸着し、さら
にエミッタ用膜１’としてＮｂを０．１μｍ、Ｍｏを
０．２μｍ順次蒸着する（ｄ）。図（ｈ）は図（ｄ）の
上面図を示している。さらに、求心形状のエミッタ１
（図６）を加工するための十字形状のレジストパターン
６を形成し（ｅ，ｉ）、そしてＳＦ6 を用いた反応性イ
オンエッチングによってエミッタ用膜１’のＭｏ及びＮ
ｂ並びに基板（Ｓｉ）４をエッチングし、さらにレジス
トパターン６及びレジストパターン５を周知の除去方法
によって除去する（ｆ）。なお、エミッタ用膜１’及び
基板４のエッチング時、ゲート（Ｎｂ）２はレジストパ
ターン５に保護されてエッチングされない。Next, with the resist pattern 5 left as it is, SiO x is deposited by 0.5 μm as the insulating layer 3, and Nb is deposited by 0.1 μm and Mo is deposited by 0.2 μm in sequence as the emitter film 1 ′ (d). ). Figure (h) shows the top view of Figure (d). Furthermore, centripetal emitter 1
A cross-shaped resist pattern 6 for processing (FIG. 6) is formed (e, i), and Mo and N of the emitter film 1 ′ are formed by reactive ion etching using SF 6.
b and the substrate (Si) 4 are etched, and the resist pattern 6 and the resist pattern 5 are removed by a known removal method (f). During the etching of the emitter film 1 ′ and the substrate 4, the gate (Nb) 2 is protected by the resist pattern 5 and is not etched.
【００４４】レジストパターン６及びレジストパターン
５の除去後、フォトリソグラフィ及びＳＦ6 を用いた反
応性イオンエッチングによりエミッタ用膜１’を電極と
してのエミッタ１とエミッタ配線部１ａとに加工する。
そして最後に、エミッタ１の先端がゲート２へ向けて絶
縁層３から張り出すように緩衝フッ酸で絶縁層３を軽く
エッチングして目標とする電子放出素子が完成する
（ｇ）。[0044] After removal of the resist pattern 6 and the resist pattern 5 is processed into the emitter 1 and the emitter wiring portion 1a of the electrode emitter layer 1 'by reactive ion etching using photolithography and SF 6.
Finally, the insulating layer 3 is lightly etched with buffered hydrofluoric acid so that the tip of the emitter 1 projects from the insulating layer 3 toward the gate 2 to complete the target electron-emitting device (g).
【００４５】（電子放出素子の第５実施例）図８は、本
発明に係る電子放出素子の第５実施例を示している。こ
の実施例では、ゲート２が円形状の開口部Ｅを有する形
状に形成され、エミッタ１がそのゲート２の下に形成さ
れている。このエミッタ１は、ゲート２に対してほぼ平
行に形成されていて、さらに４個の張出し部１１ｅを９
０゜の角度間隔でゲート開口部Ｅを中心とする求心状に
配列することによって形成されている。各張出し部１１
ｅのゲート開口部Ｅに近い先端位置にはそれぞれ２個の
角１０ｅが設けられている。これらの角１０ｅも、３つ
の平面を互いに接合した３面体、すなわち３次元突起と
して構成され、その頂点は鋭く尖っている。ゲート２の
開口部は正方形その他の多角形状とすることもできる。 (Fifth Embodiment of Electron-Emitting Element) FIG. 8 shows an electron-emitting element according to a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, the gate 2 is formed in a shape having a circular opening E, and the emitter 1 is formed below the gate 2. The emitter 1 is formed substantially parallel to the gate 2 and further has four protruding portions 11e.
It is formed by arranging in a centripetal manner centered on the gate opening E at an angular interval of 0 °. Each overhanging part 11
Two corners 10e are provided at the tip positions of the e near the gate opening E. These corners 10e are also configured as a trihedron in which three planes are joined to each other, that is, as a three-dimensional projection, and the apex thereof is sharply pointed. The opening of the gate 2 may be square or other polygonal shape.
【００４６】（第４実施例の電子放出素子の製造方法）
図８に示す電子放出素子を製造するための製造方法の一
実施例を図９に模式的に示す。この製造方法では、ま
ず、絶縁性の石英によって形成された基板４を準備し、
その基板４上に、後にエミッタ１（図８）となるＷ膜、
すなわちエミッタ用膜１’をスパッタによって厚さ０．
２μｍに成膜する（ａ）。その後、エミッタ１の求心形
状の元になる形、この実施例では十字形状のレジストパ
ターン６を形成し（ｂ，ｈ）、さらにＳＦ6 を用いた反
応性イオンエッチングによってエミッタ用膜１’をエッ
チングして求心状のエミッタ張出し部１１ｅの原形とな
る十字形状の放射状張出し部１’’を形成する（ｃ，
ｉ）。このとき、エミッタ配線部の加工も行う。次に、
レジストパターン６を除去した後、絶縁層３としてＳｉ
ＯX を厚さ０．５μｍ、さらにゲート用膜２’としてＮ
ｂを厚さ０．４μｍで順次に蒸着する（ｄ）。 (Method of Manufacturing Electron-Emitting Element of Fourth Embodiment)
An embodiment of a manufacturing method for manufacturing the electron-emitting device shown in FIG. 8 is schematically shown in FIG. In this manufacturing method, first, a substrate 4 formed of insulating quartz is prepared,
On the substrate 4, a W film which will later become the emitter 1 (FIG. 8),
That is, the emitter film 1'is sputtered to a thickness of 0.
A film having a thickness of 2 μm is formed (a). Thereafter, the shape underlying the centripetal shape of the emitter 1, in this embodiment to form a resist pattern 6 cross-shaped (b, h), further etching the emitter layer 1 'by reactive ion etching using SF 6 To form a cross-shaped radial overhanging portion 1 ″ which is the original shape of the centripetal emitter overhanging portion 11e (c,
i). At this time, the emitter wiring portion is also processed. next,
After removing the resist pattern 6, Si is used as the insulating layer 3.
O x has a thickness of 0.5 μm, and N is used as the gate film 2 ′.
b is sequentially deposited with a thickness of 0.4 μm (d).
【００４７】次に、ゲート用膜２’、絶縁層３及び十字
形状のエミッタ概形１’’の上に円形の開口部を開ける
ための円形開口部を備えたレジストパターン５を形成し
（ｅ，ｊ）、さらにＳＦ6 を用いた反応性イオンエッチ
ングによってゲート用膜２’、絶縁層ＳｉＯX 、エミッ
タ概形１’’及び石英基板４の全てをエッチングし、さ
らにレジストパターン５を除去する（ｆ）。レジストパ
ターン５の除去後、フォトリソグラフィ及びＳＦ6 を用
いた反応性エッチングによってゲート用膜２’を電極と
してのゲート２とゲート配線部とに加工し、そして最後
に、緩衝フッ酸によって絶縁層３及び石英基板４を軽く
エッチング、例えば１分〜２０分、好ましくは５分間エ
ッチングして目標とする電子放出素子が完成する
（ｇ）。Next, a resist pattern 5 having a circular opening for opening a circular opening is formed on the gate film 2 ', the insulating layer 3 and the cross-shaped emitter shape 1 "(e). , J), and further, the gate film 2 ′, the insulating layer SiO x , the emitter outline 1 ″, and the quartz substrate 4 are all etched by reactive ion etching using SF 6 , and the resist pattern 5 is further removed ( f). After removing the resist pattern 5, the gate film 2 ′ is processed into the gate 2 as an electrode and the gate wiring portion by photolithography and reactive etching using SF 6 , and finally, the insulating layer 3 is formed by buffer hydrofluoric acid. Then, the quartz substrate 4 is lightly etched, for example, 1 minute to 20 minutes, preferably 5 minutes to complete the target electron-emitting device (g).
【００４８】図１、図２、図４、図６、そして図８に示
した電子放出素子に関し、蛍光体を塗布した透明電極付
きガラス基板を対向させ、その状態でゲート２とエミッ
タ１との間に電界を印加したところ、エミッタ１からの
電子放出及び蛍光体の発光を確認した。With respect to the electron-emitting devices shown in FIGS. 1, 2, 4, 6, and 8, glass substrates with transparent electrodes coated with phosphors are opposed to each other, and the gate 2 and the emitter 1 are placed in this state. When an electric field was applied between them, electron emission from the emitter 1 and emission of the phosphor were confirmed.
【００４９】（電子放出素子の第６実施例）図１０は、
本発明に係る電子放出素子の第６実施例を示している。
この実施例を矢印Ａ方向から見た場合の外観形状は図１
に示す実施例と同じである。この実施例が図３（ｈ）に
示す第１実施例と異なる点は、エミッタ１がエッチング
ストッパ層７及びエミッタ基体８の上に設けられること
である。エミッタ基体８の材質は特定のものに限定され
ないが、それをＳｉ等の電気抵抗性の材料によって形成
して安定化抵抗の役割を持たせることができる。 Sixth Embodiment of Electron-Emitting Element FIG.
6 shows a sixth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
The external shape of this embodiment as seen from the direction of arrow A is shown in FIG.
Is the same as the embodiment shown in FIG. This embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 3H in that the emitter 1 is provided on the etching stopper layer 7 and the emitter base 8. Although the material of the emitter substrate 8 is not limited to a particular material, it can be formed of an electrically resistive material such as Si to serve as a stabilizing resistor.
【００５０】（第６実施例の電子放出素子の製造方法）
図１０に示す電子放出素子を製造するための製造方法の
一実施例を図１２に模式的に示す。この製造方法では、
まず、導電性のＳｉによって基板４を形成する。この基
板４はエミッタ配線１ａを兼ねている。この基板４上に
エッチングストッパ層７としてＡｌを０．０５μｍ成膜
し、続いてエミッタ基体用膜８’としてＳｉを０．２５
μｍ成膜し、そしてエミッタ用膜１’としてＷを０．２
μｍ成膜する（ａ）。 (Method for Manufacturing Electron-Emitting Element of Sixth Embodiment)
An embodiment of a manufacturing method for manufacturing the electron-emitting device shown in FIG. 10 is schematically shown in FIG. In this manufacturing method,
First, the substrate 4 is formed of conductive Si. The substrate 4 also serves as the emitter wiring 1a. On this substrate 4, 0.05 μm of Al is formed as an etching stopper layer 7, and subsequently 0.25 of Si is formed as an emitter substrate film 8 ′.
.mu.m film is formed, and W is used as the emitter film 1 '.
A film having a thickness of μm is formed (a).
【００５１】次に、レジスト５をエミッタの概略形状に
パターニングし、ＳＦ6 による反応性イオンエッチング
でエミッタ概形１’’及びエミッタ基体概形８’’を加
工する。Ａｌによって形成されたエッチングストッパ層
７はエッチングされないので、縦方向のエッチングはエ
ミッタ基体概形（Ｓｉ）８’’までで停止する。横方向
に関しては、エミッタ用膜（Ｗ）１’のサイドエッチは
小さく、一方、エミッタ基体用膜（Ｓｉ）８’のサイド
エッチは大きいので、エミッタ基体概形（Ｓｉ）８’’
がエミッタ概形（Ｗ）１’’よりも大きく削られ、よっ
てエミッタ概形１’’がひさし状に飛び出した形にな
る。このひさしの長さはエッチング時間によって自由に
制御でき、よって設計通りの形状を容易に得ることがで
きる（ｂ）。続いて、ウェットエッチングにより、エミ
ッタ概形１’’に対応する部分以外の部分のエッチング
ストッパ層（Ａｌ）７を除去しておく（ｃ）。但し、エ
ッチングストッパ層は除去せず残したままでも良い。Next, the resist 5 is patterned into a general shape of the emitter, and the rough emitter 1 ″ and the rough emitter body 8 ″ are processed by reactive ion etching with SF 6 . Since the etching stopper layer 7 formed of Al is not etched, the vertical etching is stopped up to the emitter substrate general shape (Si) 8 ″. In the lateral direction, the side etching of the emitter film (W) 1 ′ is small, while the side etching of the emitter substrate film (Si) 8 ′ is large, so that the emitter substrate general shape (Si) 8 ″ is formed.
Is cut more than the emitter general shape (W) 1 ″, so that the emitter general shape 1 ″ has a canopy-like shape. The length of this eaves can be freely controlled by the etching time, so that the designed shape can be easily obtained (b). Then, the etching stopper layer (Al) 7 in the portion other than the portion corresponding to the emitter outline 1 ″ is removed by wet etching (c). However, the etching stopper layer may be left without being removed.
【００５２】次に、レジスト５を残したままで、絶縁層
３としてＳｉＯX を０．４μｍ、ゲート用膜２’として
Ｎｂを０．３μｍ、エッチングストッパ層としてＡｌを
０．０５μｍ、その保護層としてＭｏを０．０５μｍ、
それぞれ蒸着する（ｄ）。その後、レジスト５を除去す
ることにより、エミッタ概形１’’上に付着した不要部
分を取り去る（ｅ）。Next, with the resist 5 left as it is, SiO x is 0.4 μm as the insulating layer 3, Nb is 0.3 μm as the gate film 2 ′, Al is 0.05 μm as the etching stopper layer, and its protective layer is used. Mo is 0.05 μm,
Each is vapor-deposited (d). After that, the resist 5 is removed to remove the unnecessary portion adhering to the emitter outline 1 ″ (e).
【００５３】続いて、十字形のレジスト６を形成し
（ｆ，ｋ）、ＳＦ6 による反応性イオンエッチングでエ
ミッタ概形１’’を十字形に加工して放射状のエミッタ
１を形成する（ｇ）。このとき、ゲート用膜２’は内包
するエッチングストッパ層（Ａｌ）によって保護される
ので、エッチングされない。その後、レジスト６を除去
した後、電極として働くゲート２をパターニングし
（ｈ）、最後に緩衝フッ酸で絶縁層３（ＳｉＯX ）を軽
くエッチングして目標とする電子放出素子が完成する
（ｉ）。Subsequently, a cross-shaped resist 6 is formed (f, k), and the emitter outline 1 ″ is processed into a cross by reactive ion etching with SF 6 to form a radial emitter 1 (g). ). At this time, since the gate film 2'is protected by the included etching stopper layer (Al), it is not etched. Then, after removing the resist 6, the gate 2 which functions as an electrode is patterned (h), and finally the insulating layer 3 (SiO x ) is lightly etched with buffer hydrofluoric acid to complete the target electron-emitting device (i). ).
【００５４】なお、ゲート２上のエッチングストッパ層
及び保護層の形成並びに十字パターニングを省略すれ
ば、ディスクエッジ形のフィールドエミッタとなる。If the formation of the etching stopper layer and the protective layer on the gate 2 and the cross patterning are omitted, a disk edge type field emitter is obtained.
【００５５】（第６実施例（図１０）の電子放出素子の
別の製造方法）図１２に示した製造方法の改良法とし
て、保護層を用いる場合について説明する。図１２にお
ける各材料膜の形成工程（ａ）において、エミッタ用膜
（Ｗ）１’を蒸着した後に、その上に保護層としてＭｏ
を０．２μｍ蒸着しておく。すると、図１２（ｅ）の工
程においてエミッタ概形１’’の上には図１４（ｅ）に
示すように保護層（Ｍｏ）１４が残る。この保護層１４
は、ゲート２のパターニング工程（図１２（ｈ））まで
保持され、この間、エミッタ概形１’’を外部の各種薬
品やゴミ等から保護する。そして、保護層１４をリン硝
酸で除去した後、緩衝フッ酸で絶縁層３を軽くエッチン
グして目標形状の電子放出素子を得る（図１２
（ｉ））。このとき、図１４（ｉ）に示すように、保護
層１４はエミッタ１の近傍から取り除かれている。 (Of the electron-emitting device of the sixth embodiment (FIG. 10))
Another Manufacturing Method) As a modified method of the manufacturing method shown in FIG. 12, a case of using a protective layer will be described. In the step (a) of forming each material film in FIG. 12, after the emitter film (W) 1 ′ is vapor-deposited, Mo is formed thereon as a protective layer.
Is vapor-deposited by 0.2 μm. Then, in the process of FIG. 12E, the protective layer (Mo) 14 remains on the emitter outline 1 ″ as shown in FIG. 14E. This protective layer 14
Is held until the patterning step of the gate 2 (FIG. 12 (h)), during which the emitter general shape 1 ″ is protected from various chemicals, dust and the like outside. Then, after removing the protective layer 14 with phosphoric nitric acid, the insulating layer 3 is lightly etched with buffered hydrofluoric acid to obtain an electron-emitting device having a target shape (FIG. 12).
(I)). At this time, as shown in FIG. 14I, the protective layer 14 is removed from the vicinity of the emitter 1.
【００５６】（電子放出素子の第７実施例及びその製造
方法）図１２に示した製造方法の改良法として、機械的
強度向上層を用いた場合について説明する。図１２にお
ける各材料膜の形成工程（ａ）においてエミッタ用膜
（Ｗ）１’を０．２μｍ蒸着する代わりに、図１５
（ａ）に示すように、機械的強度向上第１層１５として
Ｔｉを０．１μｍ、エミッタ用膜１’としてＷを０．１
μｍ、そして機械的強度向上第２層１６としてＴｉを
０．２μｍ蒸着しておく。ここで、機械的強度向上第２
層１６は、保護層１４の役割も兼ねている。こうする
と、図１２（ｅ）の工程においてエミッタ概形１’’の
上下両側には図１５（ｅ）に示すように機械的強度向上
第１層１５及び機械的強度向上第２層１６が残る。 (Seventh Example of Electron-Emitting Element and Its Manufacturing
Method) As a method for improving the manufacturing method shown in FIG. 12, a case where a mechanical strength improving layer is used will be described. Instead of depositing the emitter film (W) 1 ′ by 0.2 μm in the step (a) of forming each material film in FIG.
As shown in (a), Ti is 0.1 μm as the mechanical strength improving first layer 15 and W is 0.1 as the emitter film 1 ′.
Then, Ti is vapor-deposited as a second layer 16 having a mechanical strength of 0.2 μm. Here, the mechanical strength improvement second
The layer 16 also serves as the protective layer 14. Thus, in the step of FIG. 12E, the mechanical strength improving first layer 15 and the mechanical strength improving second layer 16 are left on the upper and lower sides of the emitter shape 1 ″ as shown in FIG. 15E. .
【００５７】この積層構造はゲート２のパターニング工
程（図１２（ｈ））まで保持され、この間、機械的強度
向上第２層１６はエミッタ概形１’’を外部の各種薬品
やゴミ等から保護する。そして、絶縁層３を緩衝フッ酸
で軽くエッチングするとき、機械的強度向上第１層５及
び第２層１６も緩衝フッ酸でエッチングされて図１５
（ｉ）で示すようにサイドエッチされる。機械的強度向
上層はエミッタ概形１’’及びエミッタ１の上下片側だ
けに設けるようにしても良い。This laminated structure is maintained until the patterning step of the gate 2 (FIG. 12 (h)), during which the mechanical strength improving second layer 16 protects the emitter general shape 1 '' from external chemicals and dust. To do. Then, when the insulating layer 3 is lightly etched with buffered hydrofluoric acid, the mechanical strength improving first layer 5 and the second layer 16 are also etched with buffered hydrofluoric acid.
Side-etched as shown in (i). The mechanical strength improving layer may be provided only on the emitter general shape 1 ″ and on the upper and lower sides of the emitter 1.
【００５８】（電子放出素子の第８実施例）図１１は、
本発明に係る電子放出素子の第８実施例を示している。
この実施例を矢印Ｂ方向から見た場合の外観形状は図６
に示す実施例と同じである。この実施例が図７（ｇ）に
示す実施例と異なる点は、ゲート２がエッチングストッ
パ層７及びゲート基体９の上に設けられることである。 (Eighth Embodiment of Electron-Emitting Element) FIG.
8 shows an eighth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
The external shape of this embodiment as viewed from the direction of arrow B is shown in FIG.
Is the same as the embodiment shown in FIG. This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 7G in that the gate 2 is provided on the etching stopper layer 7 and the gate substrate 9.
【００５９】（第８実施例の電子放出素子の製造方法）
図１１に示す電子放出素子を製造するための製造方法の
一実施例を図１３に模式的に示す。この製造方法では、
絶縁性の石英を用いて基板４を形成し、その基板４上に
ゲート配線２ａとしてＷを０．２μｍ成膜し、さらにパ
ターニングしておく。そして、その上にエッチングスト
ッパ層７としてＡｌを０．０５μｍ成膜し、続いてゲー
ト基体用膜９’としてＭｏを０．３μｍ、さらにゲート
用膜２’としてＮｂを０．３μｍ成膜する（ａ）。 (Method of Manufacturing Electron-Emitting Element of Eighth Embodiment)
FIG. 13 schematically shows an embodiment of a manufacturing method for manufacturing the electron-emitting device shown in FIG. In this manufacturing method,
A substrate 4 is formed by using insulating quartz, a W film having a thickness of 0.2 μm is formed on the substrate 4 as a gate wiring 2a, and further patterned. Then, an Al film having a thickness of 0.05 μm is formed thereon as an etching stopper layer 7, a Mo film having a thickness of 0.3 μm is further formed as a gate base film 9 ′, and a Nb film having a thickness of 0.3 μm is further formed as a gate film 2 ′ ( a).
【００６０】次に、希望するゲート形状にレジスト５を
パターニングし（ｂ）、ＳＦ6 による反応性イオンエッ
チングでゲート２及びゲート基体９を加工する（ｃ）。
エッチングストッパ層（Ａｌ）７はエッチングされない
ので、縦方向のエッチングはゲート基体（Ｍｏ）９まで
で停止する。ここで、リン硝酸のウェットエッチングに
よりゲート２に対応する部分以外の部分のエッチングス
トッパ層（Ａｌ）７を除去すると共にゲート基体９を細
くする（ｄ）。Next, the resist 5 is patterned into a desired gate shape (b), and the gate 2 and the gate substrate 9 are processed by reactive ion etching with SF 6 (c).
Since the etching stopper layer (Al) 7 is not etched, the vertical etching is stopped up to the gate substrate (Mo) 9. Here, the etching stopper layer (Al) 7 in the portion other than the portion corresponding to the gate 2 is removed by wet etching with phosphoric nitric acid, and the gate substrate 9 is thinned (d).
【００６１】次に、レジスト５を残したままで、絶縁層
３としてＳｉＯX を０．５μｍ、エミッタ用膜１’とし
てＮｂを０．２μｍ蒸着する（ｅ）。続いて、十字形の
レジスト６を形成し（ｆ，ｊ）、ＳＦ6 による反応性イ
オンエッチングによってエミッタ用膜１’及び絶縁層３
を十字状に加工して、求心形状のエミッタ１及び絶縁層
３を形成する（ｇ）。このとき、ゲート２はレジスト５
によって保護されていてエッチングされない。その後、
レジスト５を除去し（ｇ）、さらにエミッタ層１にエミ
ッタ配線１ａをパターニングし、最後に緩衝フッ酸で絶
縁層３を軽くエッチングして目標とする電子放出素子が
完成する（ｈ）。Next, with the resist 5 left as it is, SiO x is deposited by 0.5 μm as the insulating layer 3 and Nb is deposited by 0.2 μm as the emitter film 1 ′ (e). Subsequently, a cross-shaped resist 6 is formed (f, j), and the emitter film 1 ′ and the insulating layer 3 are formed by reactive ion etching with SF 6.
Is processed into a cross shape to form a centripetal emitter 1 and an insulating layer 3 (g). At this time, the gate 2 uses the resist 5
Protected by and not etched. afterwards,
The resist 5 is removed (g), the emitter wiring 1a is further patterned on the emitter layer 1, and finally the insulating layer 3 is lightly etched with buffer hydrofluoric acid to complete a target electron-emitting device (h).
【００６２】図１８は、本発明に係る電子放出素子のさ
らに他の実施例を示している。この電子放出素子は図１
に示した電子放出素子とほぼ同じ構成を有しており、異
なる点はゲート２に設けた開口部Ｔについての４つの隅
部Ｋが丸みを帯びていることである。この丸みは、多く
の場合、開口部Ｔを形成する際に製造上の理由から必然
的に形成されるものであるが、このような隅部の丸みを
積極的に形成するようにしても一向に差し支えない。FIG. 18 shows still another embodiment of the electron-emitting device according to the present invention. This electron-emitting device is shown in FIG.
It has almost the same structure as the electron-emitting device shown in FIG. 3 except that the four corners K of the opening T provided in the gate 2 are rounded. In many cases, this roundness is inevitably formed when the opening T is formed for manufacturing reasons, but even if such roundness of the corner is positively formed, it is unidirectional. It doesn't matter.
【００６３】以上に説明した実施例は製造方法や材料を
限定するものではなく、例えば図８に示す電子放出素子
を製造するための図９に示す製造方法、特にそのエミッ
タの加工工程において、エミッタ用膜の成膜後にそれを
フォトエッチングする代わりに、先に陰画のレジストパ
ターンを形成しておいて、エミッタ用膜の成膜後にその
レジストパターンをリフトオフしてもよい。また、例え
ばエミッタには、Ｗ、Ｍｏ以外に、Ｔａ、Ｎｂ等の金
属、Ｓｉ等の半導体又はＴｉＮ等の窒化物等が使用でき
る。エッチングストッパ層にはＡｌ以外にＣｒも使用で
きる。また、基板４やエミッタ１は必ずしもエミッタ配
線を兼ねる必要はなく、絶縁基板上にエミッタ配線を施
した後にエミッタ電極層を形成してもよい。このこと
は、ゲート配線についても同様である。The embodiment described above does not limit the manufacturing method and the material. For example, in the manufacturing method shown in FIG. 9 for manufacturing the electron-emitting device shown in FIG. Instead of photoetching the film for use after forming the film, a negative resist pattern may be formed first and the resist pattern may be lifted off after forming the film for emitter. Further, for example, in addition to W and Mo, a metal such as Ta or Nb, a semiconductor such as Si, or a nitride such as TiN can be used for the emitter. In addition to Al, Cr can be used for the etching stopper layer. Further, the substrate 4 and the emitter 1 do not necessarily have to serve as the emitter wiring, and the emitter electrode layer may be formed after the emitter wiring is formed on the insulating substrate. The same applies to the gate wiring.
【００６４】[0064]
【発明の効果】本発明に係る電子放出素子によれば、エ
ミッタの形状が平面であるので、エッジ形電子放出素子
（図１７）の特長である作製が容易であるという利点を
得ることができる。しかも、エミッタが複数の張出し部
を放射状又は求心状に並べた形状を有するので、電界が
張出し部の２個の角に集中し、それ故、良好な電気的特
性を持った電子放出素子が得られる。また、電子放出点
が張出し部の角に確定するので、従来のエッジ形電子放
出素子（図１７）に比べて電子の放出に関して均一性及
び安定性を改善できる。さらに、電子を放出するエミッ
タが放射状又は求心状に形成されるので、電子放出点の
平面内での分布が特定点又は特定方向に偏ることなく均
一となる。According to the electron-emitting device of the present invention, since the shape of the emitter is flat, it is possible to obtain the advantage that the edge-type electron-emitting device (FIG. 17) is easy to manufacture. . Moreover, since the emitter has a shape in which a plurality of overhanging portions are arranged in a radial or centripetal form, the electric field concentrates on two corners of the overhanging portion, and therefore, an electron-emitting device having good electrical characteristics can be obtained. To be In addition, since the electron emission point is determined at the corner of the overhang portion, the uniformity and stability of electron emission can be improved as compared with the conventional edge-type electron emission device (FIG. 17). Further, since the emitters that emit electrons are formed in a radial or centripetal form, the distribution of electron emission points in the plane becomes uniform without being biased to a specific point or a specific direction.
【００６５】請求項４及び請求項５記載の電子放出素子
によれば、エミッタ又はゲートの下にエッチングストッ
パ層を埋め込んでおくことにより、次のような効果が得
られる。すなわち、エッチングストッパ層を設けない場
合には、基板の上に形成されるエミッタ又はゲートの高
さはエッチング量で決まるので、エッチング速度のバラ
ツキに起因して素子特性にバラツキが発生していた。こ
れに対し、エッチングストッパ層を下層に埋め込んだ状
態でエミッタまたゲートをエッチング加工すると、エミ
ッタ又はゲートの高さはエッチングストッパ層より上の
膜の厚さで決まり、エッチング速度のバラツキの影響を
受けない。これにより、エミッタ又はゲートの高さが均
一になり、素子特性が均一化する。According to the electron-emitting device of the fourth and fifth aspects, the following effects can be obtained by burying the etching stopper layer under the emitter or the gate. That is, when the etching stopper layer is not provided, the height of the emitter or gate formed on the substrate is determined by the etching amount, so that the element characteristics vary due to the variation in the etching rate. On the other hand, when the emitter or gate is etched with the etching stopper layer buried in the lower layer, the height of the emitter or gate is determined by the thickness of the film above the etching stopper layer and is affected by variations in the etching rate. Absent. As a result, the height of the emitter or gate becomes uniform, and the device characteristics become uniform.
【００６６】請求項１４記載の電子放出素子によれば、
エミッタ基体を安定化抵抗とすることにより、各素子の
特性のバラツキを補正することができ、素子特性の均一
性がさらに向上する。特に、抵抗が各素子ごとに分離し
ているため、仮に１つの素子で短絡が起こったとして
も、その素子だけの破壊で済み、近隣に影響を及ぼすこ
とがない。According to the electron-emitting device of claim 14,
By using the emitter substrate as a stabilizing resistor, variations in the characteristics of each element can be corrected, and the uniformity of element characteristics is further improved. In particular, since the resistors are separated for each element, even if a short circuit occurs in one element, only that element will be destroyed and there will be no influence on the neighborhood.
【００６７】請求項１５記載の電子放出素子又は請求項
２０記載の電子放出素子の製造方法によれば、機械的強
度向上層や保護層を設けることにより、作製工程中や完
成後のエミッタの破損を確実に防止できる。According to the method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 15 or the method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 20, by providing the mechanical strength improving layer and the protective layer, the emitter is damaged during or after the manufacturing process. Can be reliably prevented.
【００６８】[0068]
【図１】本発明に係る電子放出素子の第１実施例の要部
を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a main part of a first embodiment of an electron-emitting device according to the present invention.
【図２】本発明に係る電子放出素子の第２実施例の要部
を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a main part of a second embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
【図３】図１及び図２に示す電子放出素子を製造するた
めの製造方法の一実施例を示す工程図である。FIG. 3 is a process drawing showing an example of a manufacturing method for manufacturing the electron-emitting device shown in FIGS. 1 and 2.
【図４】本発明に係る電子放出素子の第３実施例の要部
を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a main part of a third embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
【図５】図４に示す電子放出素子を製造するための製造
方法の一実施例を示す工程図である。FIG. 5 is a process drawing showing an example of a manufacturing method for manufacturing the electron-emitting device shown in FIG.
【図６】本発明に係る電子放出素子の第４実施例の要部
を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a main part of a fourth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
【図７】図６に示す電子放出素子を製造するための製造
方法の一実施例を示す工程図である。FIG. 7 is a process drawing showing an example of a manufacturing method for manufacturing the electron-emitting device shown in FIG.
【図８】本発明に係る電子放出素子の第５実施例の要部
を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a main part of a fifth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
【図９】図８に示す電子放出素子を製造するための製造
方法の一実施例を示す工程図である。FIG. 9 is a process drawing showing an example of a manufacturing method for manufacturing the electron-emitting device shown in FIG.
【図１０】本発明に係る電子放出素子の第６実施例の要
部を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a main part of a sixth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
【図１１】本発明に係る電子放出素子の第８実施例の要
部を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing an essential part of an eighth embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
【図１２】図１０に示す電子放出素子を製造するための
製造方法の一実施例を示す工程図である。12 is a process chart showing an example of a manufacturing method for manufacturing the electron-emitting device shown in FIG.
【図１３】図１１に示す電子放出素子を製造するための
製造方法の一実施例を示す工程図である。13 is a process chart showing an example of a manufacturing method for manufacturing the electron-emitting device shown in FIG. 11. FIG.
【図１４】図１２に示す電子放出素子の製造方法の改変
例の要部を示す工程図である。14 is a process diagram showing a main part of a modified example of the method for manufacturing the electron-emitting device shown in FIG.
【図１５】本発明に係る電子放出素子の第７実施例の要
部及び図１２に示す電子放出素子の製造方法の他の改変
例の要部を示す工程図である。FIG. 15 is a process diagram showing a main part of a seventh embodiment of the electron-emitting device according to the present invention and a main part of another modification of the method for manufacturing the electron-emitting device shown in FIG.
【図１６】従来の電子放出素子、特にコーン形の電子放
出素子の一例の要部を破断して示す斜視図である。FIG. 16 is a perspective view in which a main part of an example of a conventional electron-emitting device, particularly a cone-shaped electron-emitting device is cut away.
【図１７】従来の電子放出素子、特にエッジ形の電子放
出素子の一例の要部を破断して示す斜視図である。FIG. 17 is a perspective view in which a main part of an example of a conventional electron-emitting device, particularly an edge-type electron-emitting device is cut away.
【図１８】本発明に係る電子放出素子のさらに他の実施
例の要部を示す斜視図である。FIG. 18 is a perspective view showing a main part of still another embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.
１ エミッタ １’ エミッタ用膜（加工前） １’’ エミッタ（加工途中） ２ ゲート ２’ ゲート用膜（加工前） ３ 絶縁層 ４ 基板 ５ レジストパターン（エミッタ概略形状及びゲー
ト加工用） ６ レジストパターン（エミッタ張出し部加工用） ７ エッチングストッパ層 ８ エミッタ基体 ８’ エミッタ基体用膜（加工前） ８’’ エミッタ基体（加工途中） ９ ゲート基体 ９’ ゲート基体用膜（加工前） １０ａ〜１０ｅ エミッタ張出し部の角 １１ａ〜１１ｅ エミッタの張出し部 １４ 保護層 １５ 機械的強度向上第１層 １６ 機械的強度向上第２層1 Emitter 1'Emitter film (before processing) 1 '' Emitter (during processing) 2 Gate 2'Gate film (before processing) 3 Insulating layer 4 Substrate 5 Resist pattern (for general emitter shape and gate processing) 6 Resist pattern (For processing the protruding portion of the emitter) 7 Etching stopper layer 8 Emitter substrate 8'Emitter substrate film (before processing) 8 '' Emitter substrate (during processing) 9 Gate substrate 9'Gate substrate film (before processing) 10a to 10e Emitter Corners 11a to 11e of overhanging portion Overhanging portion of emitter 14 Protective layer 15 First layer for improving mechanical strength 16 Second layer for improving mechanical strength
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金丸 正剛 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 石崎 守 東京都台東区台東一丁目５番１号 凸版印 刷株式会社内 (72)発明者 湊 孝夫 東京都台東区台東一丁目５番１号 凸版印 刷株式会社内 (72)発明者 吉田 兼紀 東京都台東区台東一丁目５番１号 凸版印 刷株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masago Kanamaru 1-4-1, Umezono, Tsukuba-shi, Ibaraki Electronic Technology Research Institute, Industrial Technology Institute (72) Inventor, Mamoru Ishizaki 1-1-5, Taito, Taito-ku, Tokyo No. Toppan Printing Co., Ltd. (72) Inventor Takao Minato 1-5-1 Taito, Taito-ku, Tokyo Toppan Printing Co., Ltd. (72) Inventor Kenki Yoshida 1-5-1 Taito, Taito-ku, Tokyo Toppan Printing Co., Ltd.
Claims (20)
子を放出するエミッタと、絶縁層を挟んでそのエミッタ
の近傍に設けられていてそのエミッタに電界を印加する
ゲートとを有する電子放出素子であって、 上記ゲートには上記エミッタに対応する位置に開口部が
形成されており、上記エミッタは上からみて上記開口部
の中に配置され、かつ、該エミッタは、上記ゲート開口
部縁端に沿って２個の角を有する複数の張出し部を、上
記ゲート開口部の中心から放射状に備えていることを特
徴とする電子放出素子。1. An electron having an emitter formed on a substrate and emitting an electron under a strong electric field, and a gate provided in the vicinity of the emitter with an insulating layer interposed therebetween and applying an electric field to the emitter. An emission device, wherein an opening is formed in the gate at a position corresponding to the emitter, the emitter is arranged in the opening when viewed from above, and the emitter is the gate opening. An electron-emitting device characterized in that a plurality of overhanging portions having two corners along the edge are radially provided from the center of the gate opening.
子を放出するエミッタと、絶縁層を挟んでそのエミッタ
の近傍に設けられていてそのエミッタに電界を印加する
ゲートとを有する電子放出素子であって、 上記ゲートは概略円形または多角形状に形成されてお
り、上記エミッタは上記ゲートを上からみて取り囲むよ
うに形成され、かつ、上記ゲートの縁端に近接して２個
の角を有しつつ上記ゲートの中心に向かって求心状に形
成された複数個の張出し部を備えていることを特徴とす
る電子放出素子。2. An electron having an emitter which is formed on a substrate and emits an electron under a strong electric field, and a gate which is provided in the vicinity of the emitter with an insulating layer interposed therebetween and applies an electric field to the emitter. In the emission device, the gate is formed in a substantially circular or polygonal shape, the emitter is formed so as to surround the gate when viewed from above, and the two corners are adjacent to the edge of the gate. An electron-emitting device having a plurality of overhanging portions formed in a centripetal shape toward the center of the gate.
子を放出するエミッタと、そのエミッタの近傍に設けら
れていてそのエミッタに電界を印加するゲートとを有す
る電子放出素子であって、 上記ゲートは上記エミッタの上に絶縁層を挟んで積層さ
れており、該ゲートには開口部が形成されており、そし
て上記エミッタは該開口部縁端に沿って２個の角を有し
つつ上記ゲートの中心に向かって求心状に形成された複
数個の張出し部を備えていることを特徴とする電子放出
素子。3. An electron-emitting device having an emitter formed on a substrate for emitting electrons under a strong electric field and a gate provided in the vicinity of the emitter for applying an electric field to the emitter. The gate is laminated on the emitter with an insulating layer sandwiched therebetween, the gate is formed with an opening, and the emitter has two corners along the edge of the opening. At the same time, the electron-emitting device is provided with a plurality of overhanging portions formed centripetally toward the center of the gate.
上に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電子
放出素子。4. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the emitter is provided on an etching stopper layer.
に設けられることを特徴とする請求項２記載の電子放出
素子。5. The electron-emitting device according to claim 2, wherein the gate is provided on the etching stopper layer.
れ、上記エミッタの材質がその基板の材質と同一である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つ
に記載の電子放出素子。6. The electron emission according to claim 1, wherein the substrate is made of a conductive material, and the material of the emitter is the same as the material of the substrate. element.
れ、上記エミッタの材質がその基板の材質と異なること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記
載の電子放出素子。7. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the substrate is made of a conductive material, and the material of the emitter is different from the material of the substrate.
れ、上記エミッタの材質がその基板の材質と異なること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記
載の電子放出素子。8. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the substrate is made of an insulating material, and the material of the emitter is different from the material of the substrate.
て形成されることを特徴とする請求項４記載の電子放出
素子。9. The electron-emitting device according to claim 4, wherein the etching stopper layer is made of metal.
とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の電
子放出素子。10. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the emitter is a metal.
れ、上記基板が半導体によって形成されることを特徴と
する請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の電子
放出素子。11. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the emitter is made of metal and the substrate is made of semiconductor.
成され、上記基板又はエミッタ基体よりも耐ドライエッ
チング特性が大きいことを特徴とする請求項１から請求
項３のいずれか１つに記載の電子放出素子。12. The electron emission according to claim 1, wherein the emitter is formed of a refractory metal and has a dry etching resistance higher than that of the substrate or the emitter base. element.
又はＴｉＮによって形成され、上記基板がＳｉによって
形成され、そして上記ゲートがＮｂ又はＭｏによって形
成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいず
れか１つに記載の電子放出素子。13. The emitter is W, Mo, Ta, Nb.
The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting device is formed of TiN, the substrate is formed of Si, and the gate is formed of Nb or Mo.
るエミッタ基体が、電気抵抗性の物質によって形成され
ることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１
つに記載の電子放出素子。14. The emitter substrate provided between the emitter and the substrate is formed of an electrically resistive material, as claimed in any one of claims 1 to 3.
An electron-emitting device according to item 6.
強度向上層を設けたことを特徴とする請求項１から請求
項３のいずれか１つに記載の電子放出素子。15. The electron emitting device according to claim 1, further comprising a mechanical strength improving layer provided on one side or both sides of the emitter.
素子を製造するための製造方法であって、基板上にエミ
ッタ又はゲートの概略形状を形成し、さらにその基板上
に絶縁層及びゲート又はエミッタ用膜を形成し、その
後、上記概略形状のエミッタを、２個の角を備えた複数
個の張出し部を放射状又は求心状に並べた形状へと加工
することを特徴とする電子放出素子の製造方法。16. A manufacturing method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 1, wherein a general shape of an emitter or a gate is formed on a substrate, and an insulating layer and a gate are further formed on the substrate. Alternatively, an emitter film is formed, and thereafter, the emitter having the above-described general shape is processed into a shape in which a plurality of overhanging portions having two corners are arranged in a radial or centripetal manner. Manufacturing method.
るための製造方法であって、求心状に配列されるエミッ
タの張出し部の原形となる放射状張出し部を基板上に形
成し、さらにその基板及びその放射状張出し部の上に絶
縁層及びゲート用膜を形成し、その後、ゲート用膜、絶
縁層及びエミッタ用放射状張出し部の各層を貫通する穴
を開けることにより、上記の開口部を有するゲート及び
複数の求心状に配列されたエミッタ張出し部を形成する
ことを特徴とする電子放出素子の製造方法。17. A manufacturing method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 3, wherein a radial overhanging portion, which is a prototype of the overhanging portion of the emitters arranged in centripetal form, is formed on the substrate, and An insulating layer and a gate film are formed on the substrate and its radial overhang, and then the above-mentioned opening is formed by making a hole through each layer of the gate film, the insulating layer, and the radial overhang for the emitter. A method of manufacturing an electron-emitting device, comprising forming a gate and a plurality of emitter overhangs arranged in a centripetal manner.
るための製造方法であって、基板上にエッチングストッ
パ層を形成する工程と、そのエッチングストッパ層の上
にエミッタ基体用膜及びエミッタ用膜を形成する工程
と、そして、エミッタ基体用膜及びエミッタ用膜にエッ
チングを施してエミッタ基体及びエミッタを形成する工
程とを有することを特徴とする電子放出素子の製造方
法。18. A manufacturing method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 4, wherein the step of forming an etching stopper layer on the substrate, and the film for the emitter substrate and the emitter are formed on the etching stopper layer. A method of manufacturing an electron-emitting device, comprising: a step of forming a film; and a step of forming an emitter substrate and an emitter by etching the emitter substrate film and the emitter film.
るための製造方法であって、基板上にエッチングストッ
パ層を形成する工程と、そのエッチングストッパ層の上
にゲート基体用膜及びゲート用膜を形成する工程と、そ
して、ゲート基体用膜及びゲート用膜にエッチングを施
してゲート基体及びゲートを形成する工程とを有するこ
とを特徴とする電子放出素子の製造方法。19. A manufacturing method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 5, wherein a step of forming an etching stopper layer on a substrate, and a gate substrate film and a gate for forming the etching stopper layer on the etching stopper layer. A method of manufacturing an electron-emitting device, comprising: a step of forming a film; and a step of forming a gate base film and a gate film by etching to form a gate base and a gate.
るための製造方法であって、基板上にエミッタ用膜を形
成する工程と、エミッタ用膜上に保護膜を形成する工程
と、ゲート及びエミッタを所定形状に形成する工程と、
所定形状のゲート及びエミッタを形成した後に上記保護
層を除去する工程とを特徴とする電子放出素子の製造方
法。20. A manufacturing method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 1, wherein a step of forming an emitter film on a substrate, a step of forming a protective film on the emitter film, and a gate. And a step of forming the emitter into a predetermined shape,
A method of manufacturing an electron-emitting device, comprising the step of removing the protective layer after forming a gate and an emitter having a predetermined shape.
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|---|---|---|---|
| JP29242693A JP3413504B2 (en) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | Electron emitting device and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP29242693A JP3413504B2 (en) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | Electron emitting device and method of manufacturing the same |
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|---|---|
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| Country | Link |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2022004293A1 (en) * | 2020-07-03 | 2022-01-06 | 信越半導体株式会社 | Bonded semiconductor element and production method for bonded semiconductor element |
-
1993
- 1993-10-29 JP JP29242693A patent/JP3413504B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0871195A1 (en) * | 1997-04-11 | 1998-10-14 | Sony Corporation | Field emission element, fabrication method thereof, and field emission display |
| US6135839A (en) * | 1997-04-11 | 2000-10-24 | Sony Corporation | Method of fabricating edge type field emission element |
| US6522053B1 (en) | 1997-04-11 | 2003-02-18 | Sony Corporation | Field emission element, fabrication method thereof, and field emission display |
| WO2022004293A1 (en) * | 2020-07-03 | 2022-01-06 | 信越半導体株式会社 | Bonded semiconductor element and production method for bonded semiconductor element |
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| JP3413504B2 (en) | 2003-06-03 |
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