JPH07141984A - Manufacture of field emission cathode - Google Patents

Manufacture of field emission cathode

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JPH07141984A
JPH07141984A JP31397293A JP31397293A JPH07141984A JP H07141984 A JPH07141984 A JP H07141984A JP 31397293 A JP31397293 A JP 31397293A JP 31397293 A JP31397293 A JP 31397293A JP H07141984 A JPH07141984 A JP H07141984A
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Abstract

PURPOSE:To improve a yield when a field emission cathode element is manufactured. CONSTITUTION:An (n) or (p) type amorphous silicon layer 122 having a resistivity of 10<2>OMEGA/cm-10<4>OMEGA/cm degree is vapor-deposited on the upper surface of a substrate 121 of glass, etc., to irradiate a laser beam to the given region of this layer to perform annealing treatment. An annealed region can by polycrystallized from an amorphous condition to be changed into a cathode region 123 having resistivity near to that of a conductor. When an insulating layer 124 and a gate electrode layer 125 are formed into films on the upper surface of this (n) or (p) type amorphous silicon layer 122, the respective layers of a laminated substrate for manufacturing an FEC can be flattened to eliminate the crack of a gate electrode apt to be generated an FEC manufacturing process.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はコールドカソードとして
知られている電界放出カソードに関するものであり、特
に製造歩留を向上させることができる電界放出カソード
製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission cathode known as a cold cathode, and more particularly to a method for manufacturing a field emission cathode capable of improving a manufacturing yield.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属または半導体表面の印加電界を10
9 [V/m]程度にすると、トンネル効果により電子が
障壁を通過して常温でも真空中に電子放出が行われるよ
うになる。これを電界放出(Field Emission)といい、
このような原理で電子を放出するカソードを電界放出カ
ソード(Field Emission Cathode)と呼んでいる。近
年、半導体加工技術を駆使して、ミクロンサイズの電界
放出カソードからなる面放出型の電界放出カソードを作
成することが可能となっており、電界放出カソードは蛍
光表示装置、電子デバイス、電子顕微鏡や電子ビーム装
置を構成する素子として開発されている。
2. Description of the Related Art The applied electric field on the surface of a metal or semiconductor is reduced to 10
At about 9 [V / m], the electrons pass through the barrier due to the tunnel effect, and the electrons are emitted in vacuum even at room temperature. This is called field emission,
A cathode that emits electrons based on this principle is called a field emission cathode. In recent years, it has become possible to create a surface emission type field emission cathode consisting of a micron size field emission cathode by making full use of semiconductor processing technology.The field emission cathode is used for a fluorescent display device, an electronic device, an electron microscope, It has been developed as an element that constitutes an electron beam device.

【0003】図5に、その一例であるエミッタとカソー
ド間に抵抗を有するスピント(Spindt)型と呼ば
れる電界放出カソード(以下、FECと記す)を利用し
た装置の斜視図を示す。この図において、基板100上
にカソード電極層(ライン)101が形成されており、
このカソード電極層101上に、後で述べる製造方法で
形成されるコーン状のエミッタ115が抵抗層102を
介して形成されている。さらに、抵抗層102上に絶縁
層103を介してゲ−ト電極層(ライン)104が設け
られており、ゲート電極層104に設けられた丸い開口
部の中に前記したコーン状のエミッタ115が配置さ
れ、このエミッタ115の先端部分がゲート電極層10
4に開けられた開口部から臨んでいる。
FIG. 5 is a perspective view of an example of a device using a field emission cathode (hereinafter referred to as FEC) called a Spindt type having resistance between an emitter and a cathode. In this figure, a cathode electrode layer (line) 101 is formed on a substrate 100,
On this cathode electrode layer 101, a cone-shaped emitter 115 formed by a manufacturing method described later is formed via a resistance layer 102. Further, a gate electrode layer (line) 104 is provided on the resistance layer 102 via an insulating layer 103, and the cone-shaped emitter 115 described above is provided in a round opening provided in the gate electrode layer 104. The emitter 115 is arranged so that the tip portion of the emitter 115 is the gate electrode layer 10.
It faces from the opening opened in 4.

【0004】このエミッタ115間のピッチは10ミク
ロン以下とすることができ、このようなエミッタを数万
ないし数10万個を1枚の基板100上に設け、図示さ
れているようにx、y方向に伸びているカソード電極層
101とゲート電極層104にカソード駆動回路、及び
ゲート駆動回路から走査電圧を印加することによって、
その交点の領域に位置する電界放出素子ブロックから電
子が放出され、対向して配置されているアノード電極1
20に塗布されている蛍光物質を発光するようにしてい
る。
The pitch between the emitters 115 can be 10 microns or less. Tens of thousands to hundreds of thousands of such emitters are provided on one substrate 100, and as shown in the drawing, x, y. By applying a scanning voltage from the cathode drive circuit and the gate drive circuit to the cathode electrode layer 101 and the gate electrode layer 104 extending in the direction,
Electrons are emitted from the field emission device block located in the region of the intersection, and the anode electrodes 1 are arranged facing each other.
The fluorescent substance coated on 20 is made to emit light.

【0005】なお、エミッタ115とカソード電極層1
01間に抵抗層を設けると、製造の過程又は動作時に塵
埃又は衝撃等によって極めて近接して配置されている一
部のエミッタとゲート間が短絡したときでも、エミッタ
に大電流が流れ、溶断したエミッタが周辺に飛散してこ
のエミッタの近傍にある全ての電界放出カソードの機能
を失うという事故を防止することができる。
The emitter 115 and the cathode electrode layer 1
If a resistance layer is provided between the electrodes 01 and 01, even if a short circuit occurs between a part of the emitter and the gate, which are arranged in close proximity to each other due to dust or shock during the manufacturing process or operation, a large current flows to the emitter and blows off. It is possible to prevent the accident that the emitter scatters to the periphery and loses the function of all the field emission cathodes near the emitter.

【0006】さらに、多数のエミッタのうち電子の放出
しやすいエミッタから集中して電子が放出されやすいた
め、そのエミッタに電流が集中することになり、画面上
に異状に明るいスポットが発生することもあったが、こ
れらの動作上の欠点を防止するためにカソードとエミッ
タとの間に抵抗領域を設けることは極めて有効である。
Further, among many emitters, electrons are likely to be concentrated and emitted from the one where electrons are likely to be emitted, so that the current is concentrated on the emitter, which may cause an abnormally bright spot on the screen. However, it is extremely effective to provide a resistance region between the cathode and the emitter in order to prevent these operation defects.

【0007】次に、図6によって上記したようなスピン
ト型のFECの製造過程の一例を説明する。まず、図6
(a)に示すように、ガラス等の基板100の上にカソ
ード電極層101が蒸着により形成されており、さらに
その上に金属材料をスパッタ蒸着して抵抗層102を成
膜する、そしてさらに酸化シリコンによって絶縁層10
3が形成されている。さらに、その上にゲート電極層1
04となるニオブ(Nb)が蒸着され、ゲート電極層1
04上にフォトレジストを塗布した後、図6(b)に示
すようにパターニング及びエッチングを行いゲート電極
層104に開口113が作られる。
Next, an example of the manufacturing process of the Spindt-type FEC as described above will be described with reference to FIG. First, FIG.
As shown in (a), a cathode electrode layer 101 is formed on a substrate 100 such as glass by vapor deposition, and a metal material is sputter-deposited thereon to form a resistance layer 102, and further oxidation is performed. Insulating layer 10 made of silicon
3 is formed. Furthermore, the gate electrode layer 1 is formed on top of it.
Niobium (Nb) to be 04 is vapor-deposited to form the gate electrode layer 1
After the photoresist is coated on 04, patterning and etching are performed as shown in FIG. 6B to form an opening 113 in the gate electrode layer 104.

【0008】このような積層基板はバッファードフッ酸
(BHF)等でウェットエッチングするか、またはCF
4 反応性イオンエッチング(RIE)することにより絶
縁層103をエッチングし絶縁層103の部分にエミッ
タ115を形成するための穴114を形成する(図6の
C)。次に、図6(C)に示すように、基板100を回
転させながら、斜め方向から剥離層105となるアルミ
ニウムの蒸着を行う。このように斜め蒸着を行うと、剥
離層105は開けた穴の中には蒸着されずにゲート電極
層104の表面にのみ選択的に蒸着されるようになる。
Such a laminated substrate is wet-etched with buffered hydrofluoric acid (BHF) or the like, or CF is used.
4. The insulating layer 103 is etched by reactive ion etching (RIE) to form a hole 114 for forming an emitter 115 in the insulating layer 103 portion (C in FIG. 6). Next, as illustrated in FIG. 6C, evaporation of aluminum to be the separation layer 105 is performed in an oblique direction while rotating the substrate 100. When the oblique deposition is performed in this manner, the peeling layer 105 is not deposited in the opened hole but is selectively deposited only on the surface of the gate electrode layer 104.

【0009】さらに、図6(d)に示すように剥離層1
05の上からモリブデンの混合物等からなる材料層10
6を電子ビーム蒸着法(EB)によって垂直方向から堆
積させる。すると、この材料層106は絶縁層103に
開けた穴114の中にも堆積し、抵抗層102上に円錐
状のコーンとして堆積され、これがエミッタ115とし
て形成される。この後、ゲート電極層104上の剥離層
105及び材料層106をエッチングにより共に除去す
ると、図6(e)に示すような形状の単体のFECが得
られるようになる。
Further, as shown in FIG. 6 (d), the release layer 1
Material layer 10 composed of a mixture of molybdenum and the like from above 05
6 is vertically deposited by electron beam evaporation (EB). Then, the material layer 106 is also deposited in the holes 114 formed in the insulating layer 103, and is deposited as a conical cone on the resistance layer 102 to form the emitter 115. After that, when the separation layer 105 and the material layer 106 on the gate electrode layer 104 are both removed by etching, a single FEC having a shape as shown in FIG. 6E can be obtained.

【0010】図6(e)に示すFECはコーン状のエミ
ッタ115とゲート電極層104との距離をサブミクロ
ンとすることができるため、エミッタ115とゲート電
極層104間にわずか数10ボルトの電圧を印加するこ
とによりエミッタ115から電子を放出させることがで
きるようになる。
Since the distance between the cone-shaped emitter 115 and the gate electrode layer 104 can be made submicron in the FEC shown in FIG. 6E, a voltage of only several tens of volts is applied between the emitter 115 and the gate electrode layer 104. By applying, it becomes possible to emit electrons from the emitter 115.

【0011】なお、図6(f)に示されているようにゲ
ート電極層104の上面に第2の絶縁層107及び、第
2のゲート電極層108を積層して、上記したようなF
EC製造工程を施行すると、第2ゲート108を収束電
極とするような3極管構造のFECを構成することもで
きる。
As shown in FIG. 6F, the second insulating layer 107 and the second gate electrode layer 108 are laminated on the upper surface of the gate electrode layer 104, and the above-mentioned F is formed.
When the EC manufacturing process is performed, an FEC having a triode structure in which the second gate 108 is used as a focusing electrode can be configured.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うな電界放出カソードを多数個基板上に形成し、例えば
表示装置に適応する場合は、図5に示したように上記電
界放出素子と対向する真空中にほぼ200μmの距離を
おいて電子の衝突によって発光するアノード電極120
を設け、電子を放出するエミッタを適当な数を単位とし
てブロックに分割し、この分割されたブロック毎に走査
電圧を印加して画像表示装置とすることが知られてい
る。
By the way, when a large number of field emission cathodes as described above are formed on a substrate and applied to a display device, for example, they face the field emission device as shown in FIG. Anode electrode 120 that emits light by collision of electrons at a distance of approximately 200 μm in vacuum
It is known that an image display device is provided by dividing an emitter that emits electrons into blocks with an appropriate number of units, and applying a scanning voltage to each of the divided blocks.

【0013】このような表示装置の場合は、画像信号に
対応してブロック化された各電界放出素子を走査するた
めに、上記カソード電極を画素に対応するようにブロッ
クに分割しているが、カソード電極層はほぼ0.2μm
程度の厚みがあり、この厚みによってブロックに分割し
たときに各ブロックとブロックの間に積層される絶縁層
やゲート電極層の部分に凹凸の段差が生じ、この段差部
の膜質は段差のない部分に比べてあるため、条件によっ
てこの部分に亀裂が入るという問題がある。
In the case of such a display device, the cathode electrode is divided into blocks corresponding to the pixels in order to scan the field emission devices which are blocked corresponding to the image signal. The cathode electrode layer is approximately 0.2 μm
There is a certain thickness, and when divided into blocks due to this thickness, uneven steps are generated in the insulating layer and the gate electrode layer that are stacked between each block. Therefore, there is a problem that cracks may occur in this part depending on the conditions.

【0014】すなわち、図7に拡大して示されているよ
うに、基板100上に所定の領域でブロック化されてい
るカソード電極層101を蒸着し、その上に抵抗層とな
るアモルファスシリコン層102と絶縁層103を成膜
すると共に、さらにその上面にゲート電極層104とな
るニオブが蒸着され積層基板が構成される。そして、前
記したスピントの製造方法によって、エミッタが形成さ
れカソード電極の上に所定の数の電界放出カソードが構
築されるが、カソ−ド電極層の領域LC と、隣接するカ
ソード電極間Lの範囲は図示されているようにカソード
電極層101の厚みによって凹凸状の段差が生じ、特に
最上層に蒸着されるゲート電極層104の部分に凹状の
沈み込みが生じる。
That is, as shown enlarged in FIG. 7, a cathode electrode layer 101 which is blocked in a predetermined region is vapor-deposited on a substrate 100, and an amorphous silicon layer 102 which becomes a resistance layer is formed thereon. The insulating layer 103 is formed, and niobium to be the gate electrode layer 104 is vapor-deposited on the upper surface of the insulating layer 103 to form a laminated substrate. Then, according to the Spindt manufacturing method described above, an emitter is formed and a predetermined number of field emission cathodes are constructed on the cathode electrode. However, the area L C of the cathode electrode layer and the space L between the adjacent cathode electrodes are formed. As shown in the drawing, an uneven step is formed depending on the thickness of the cathode electrode layer 101 as shown in the drawing, and in particular, a concave depression is formed in the portion of the gate electrode layer 104 deposited on the uppermost layer.

【0015】そして、この沈み込んだ領域にゲート電極
となる薄膜のニオブを蒸着すると、その段差によってQ
点に示される位置に亀裂が生じ、この状態で電界放出素
子を形成するパターニングやエッチングが実行される
と、亀裂下部のエッチングによる断線や素子の内部応力
によって歪みが発生し、ブロック化された各電界放出素
子の特性が不均一になり、表示面にむらが生じる不合格
品が多発するという製造方法としては極めて歩留の悪い
ものになるという問題が生じる。
Then, when a thin film of niobium to be a gate electrode is vapor-deposited in the depressed region, Q
When a crack occurs at the position indicated by the dot and patterning or etching to form a field emission device is performed in this state, a strain occurs due to disconnection due to etching under the crack or internal stress of the device, and each of the blocks is blocked. There is a problem that the yield becomes extremely poor as a manufacturing method in which the characteristics of the field emission device become non-uniform and uneven products frequently appear on the display surface.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明は上記したような
製造上の問題点が解消されるようにした電界放出カソー
ドを提供することを目的としてなされたもので、基板上
に例えばプラズマCVD法によってn又はp型アモルフ
ァスシリコン層を成膜し、前記n又はp型アモルファス
シリコン層の所定の位置をレーザ光線によるアニールに
よって多結晶化することによりカソード電極を形成する
と共に、上記n又はp型アモルファスシリコン層の上面
にスピントの方法によってエミッタ、及びゲート電極を
形成することによって電界放出カソードを構成する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made for the purpose of providing a field emission cathode in which the above-mentioned problems in manufacturing are solved, and for example, a plasma CVD method is provided on a substrate. To form a cathode electrode by polycrystallizing an n or p type amorphous silicon layer by annealing with a laser beam at a predetermined position of the n or p type amorphous silicon layer. A field emission cathode is formed by forming an emitter and a gate electrode on the upper surface of the silicon layer by the Spindt method.

【0017】[0017]

【作用】基板上にプラズマCVD法等によって蒸着され
たn又はp型アモルファスシリコン層は、たとえば燐又
はホウ素がドープされることによって、その抵抗率が1
2 〜106 Ω/cmであり、エミッタの電流を抑制す
る抵抗層として動作するが、このn又はp型アモルファ
スシリコン層の所定の領域をレーザによってアニールす
ると、アニールされた部分は熱エネルギーによってアモ
ルファスの状態から多結晶化され、その抵抗率が10-1
ないし10-3Ω/cmの導電体に変化する。したがっ
て、このアニールされた領域をカソード電極として絶縁
層、ゲート電極層を蒸着すると,積層基板は平坦な形状
になり、凹凸の部分がなくなることによって特性の揃っ
た電界放出素子を構築することができる。
The n or p type amorphous silicon layer deposited on the substrate by the plasma CVD method or the like has a resistivity of 1 by being doped with phosphorus or boron, for example.
It is 0 2 to 10 6 Ω / cm, and operates as a resistance layer that suppresses the current of the emitter, but when a predetermined region of this n-type or p-type amorphous silicon layer is annealed by a laser, the annealed portion is heated by thermal energy. Polycrystalline from amorphous state, its resistivity is 10 -1
To 10 −3 Ω / cm conductor. Therefore, when the insulating layer and the gate electrode layer are vapor-deposited by using the annealed region as a cathode electrode, the laminated substrate has a flat shape and the uneven portion is eliminated, so that a field emission device having uniform characteristics can be constructed. .

【0018】[0018]

【実施例】図1、及び第2図は本発明の電界放出カソー
ドを製造する工程を示したもので、まずガラス基板12
1の一方の面に燐をドープしたn又はp型アモルファス
シリコン層122をプラズマCVD法によって成膜す
る。
1 and 2 show a process of manufacturing a field emission cathode according to the present invention. First, a glass substrate 12 is used.
An n- or p-type amorphous silicon layer 122 doped with phosphorus is formed on one surface of No. 1 by a plasma CVD method.

【0019】このn型アモルフアスシリコン層はガス種
としてはSi4 あるいはSi26 にPH3 を数%か
ら数十%混合してプラズマ分解を行い、抵抗率が102
〜106 Ω/cmのn型アモルファスシリコン層として
成膜したものであり、図1(a)に示すようにFECの
抵抗層となるものである。なお、ド−プ材としては燐の
他に、砒素(As)等を混入することができる。また、
p型のドープ材としてはホウ素の他にガリウム(G
a)、インジウム(In)等を混入することができる。
[0019] The n-type Amorufu Ass silicon layer by plasma decomposition by mixing several tens of% of PH 3 from a few percent to S i H 4 or Si 2 H 6 as the gas species, resistivity of 10 2
The film is formed as an n-type amorphous silicon layer of 10 6 Ω / cm, and serves as a resistance layer of the FEC as shown in FIG. In addition to phosphorus, arsenic (As) or the like can be mixed as the doping material. Also,
In addition to boron, gallium (G
a), indium (In), etc. can be mixed.

【0020】そして、図1(b)に示すように、例えば
エキシマレーザLp(波長308nm)を照射して所定
の領域を瞬間的に加熱するアニール処理を行い、このn
又はp型アモルファスシリコン層122のレーザが照射
されている部分をアモルファス状態から多結晶化する
と、ドープされている燐が活性化され、アニール処理さ
れた領域123が抵抗率10-1〜10-3Ω/Cmの導電
体に変化する。
Then, as shown in FIG. 1B, for example, an annealing process is performed in which an excimer laser Lp (wavelength 308 nm) is irradiated to instantaneously heat a predetermined region.
Alternatively, when the laser-irradiated portion of the p-type amorphous silicon layer 122 is polycrystallized from the amorphous state, the doped phosphorus is activated and the annealed region 123 has a resistivity of 10 −1 to 10 −3. The conductor changes to Ω / Cm.

【0021】このようにガラス基板上に配置されている
n又はp型アモルファスシリコン層122にアニール処
理を施した後、図1(c)に示すように例えばSiO2
からは絶縁層124、及びニオブ等からなるゲート電極
層125を成膜し、前記図6に示したようにFECを成
形する工程、すなわちゲート電極層125の所定位置に
マスクをかけてフォトレジスト層126を形成し、エッ
チングによりゲート電極層125に穴を開け(図1の
d)、次に図2(e)に示すように斜め蒸着によって剥
離層207となるAlを蒸着し、この開口部から等方性
エッチングによって絶縁層124に穴を開ける。そし
て、この穴からモリブデン等からなるエミッタ材料層を
電子ビーム蒸着方法等によって堆積させると、図2
(f)に示すように先端が円錐形状とされたコーン状の
エミッタ115がn又はp型のアモルファスシリコン層
122の上に形成される。そして、その後は従来の製造
方法と同様にレジスト層126及び剥離層127を除去
することによって本発明のFECが形成される。(図2
のg)
After the n or p type amorphous silicon layer 122 arranged on the glass substrate is annealed in this way, as shown in FIG. 1C, for example, SiO 2 is used.
From the above, a step of forming an insulating layer 124 and a gate electrode layer 125 made of niobium or the like and molding the FEC as shown in FIG. 6, that is, a photoresist layer by masking a predetermined position of the gate electrode layer 125. After forming 126, a hole is formed in the gate electrode layer 125 by etching (d in FIG. 1), and then Al to be the peeling layer 207 is vapor-deposited by oblique vapor deposition as shown in FIG. The insulating layer 124 is perforated by isotropic etching. Then, when an emitter material layer made of molybdenum or the like is deposited from this hole by an electron beam vapor deposition method or the like, as shown in FIG.
As shown in (f), a cone-shaped emitter 115 having a conical tip is formed on the n-type or p-type amorphous silicon layer 122. Then, thereafter, the FEC of the present invention is formed by removing the resist layer 126 and the peeling layer 127 as in the conventional manufacturing method. (Fig. 2
G)

【0022】本発明の電界放出カソードは上記したよう
にn又はp型アモルファスシリコン層122によって抵
抗層を形成し、このn又はp型アモルファスシリコン層
122の所定の位置にレーザアニールをかけることによ
って、n又はp型アモルファスシリコン層にアモルファ
スシリコンから多結晶化する際ドープ材料を活性化して
良導電体に変化するようにしているので、この導電体部
分をカソード電極領域123としてすることができる。
そのため、各エミッタはこのカソード電極領域123と
抵抗層を構成しているn又はp型アモルファスシリコン
層を介して接続されることになる。
In the field emission cathode of the present invention, a resistance layer is formed by the n or p type amorphous silicon layer 122 as described above, and laser annealing is applied to a predetermined position of the n or p type amorphous silicon layer 122. Since the doping material is activated to change into a good conductor when the n- or p-type amorphous silicon layer is polycrystallized from amorphous silicon, this conductor portion can be used as the cathode electrode region 123.
Therefore, each emitter is connected to the cathode electrode region 123 via the n-type or p-type amorphous silicon layer forming the resistance layer.

【0023】本発明のFEC構造ではその積層基板の状
態では全ての層が平坦になり、従来のFECにみられよ
うにカソード電極に対応する部分の上面が盛り上がった
積層状態になることがないから、FECを製造する各種
のプロセスが平坦な面で実行され、ゲート電極の厚み
や、エミッタの高さなどが均一となるように構成するこ
とができる。
In the FEC structure of the present invention, all the layers are flat in the state of the laminated substrate, and the upper surface of the portion corresponding to the cathode electrode does not become a raised laminated state as seen in the conventional FEC. , FEC can be performed on a flat surface, and the thickness of the gate electrode and the height of the emitter can be made uniform.

【0024】上記n又はp型アモルファスシリコン層に
よって形成される抵抗層をレーザアニールすることによ
って構成されるカソード電極領域123の形状は、例え
ば図3に示されているように、数10個の電界放出カソ
ード素子128をグループとして分割されたブロック1
29を囲むようなパターンにすることができる。又、表
示装置の場合はこのカソード電極123の形状を、図5
に示したように帯状のカソード電極層101となるよう
に構成することもできる。
The shape of the cathode electrode region 123 formed by laser annealing the resistance layer formed by the n-type or p-type amorphous silicon layer is, for example, as shown in FIG. Block 1 divided into groups of emission cathode devices 128
The pattern can be such that it surrounds 29. In the case of a display device, the shape of the cathode electrode 123 is shown in FIG.
Alternatively, the cathode electrode layer 101 may have a strip shape as shown in FIG.

【0025】ところで、図2(g)に示されているよう
に基板上にカソード電極を配置すると、ブロック内にあ
る各エミッタがn又はp型アモルファスシリコン層から
なる抵抗層を介してカソード電極に接続される経路長が
異なるという問題が残る。そこで、次に示す図4のよう
に積層基板を構成すると帯状のカソード電極層の上に均
質な抵抗層を有するFECを構成することができる。
By the way, when the cathode electrode is arranged on the substrate as shown in FIG. 2 (g), each emitter in the block is connected to the cathode electrode through the resistance layer made of the n-type or p-type amorphous silicon layer. The problem remains that the connected path lengths are different. Therefore, by constructing a laminated substrate as shown in FIG. 4 below, an FEC having a homogeneous resistance layer on a strip-shaped cathode electrode layer can be constructed.

【0026】すなわち、図4に示すようにガラス等の基
板131上に不純物が混入されている絶縁性のアモルフ
ァスシリコン、又はポリシリコンをスパッタ蒸着法まは
たプラズマCVD法で被膜して第1の絶縁層132を形
成する。そして、この第1の絶縁層132の所定の範囲
Bをエキシマレーザ等のよってアニールすると、アモル
ファスシリコンからなる層の一部が結晶化され、抵抗率
が10-1〜10-3Ω/cm程度の導電領域133が結晶
化される。そして、図4に示すようにこの導電領域13
3の上面に減圧CVD法によって前記したn又はp型の
アモルファスシリコン層134を蒸着し、さらにその上
方に図1及び図2で示したように絶縁層135、ゲート
電極層136を成膜する。
That is, as shown in FIG. 4, a substrate 131 such as glass is coated with insulating amorphous silicon or polysilicon having impurities mixed therein by a sputter deposition method or a plasma CVD method to form a first film. The insulating layer 132 is formed. Then, when a predetermined range B of the first insulating layer 132 is annealed by an excimer laser or the like, a part of the layer made of amorphous silicon is crystallized and the resistivity is about 10 −1 to 10 −3 Ω / cm. Conductive region 133 is crystallized. Then, as shown in FIG.
The n- or p-type amorphous silicon layer 134 is vapor-deposited on the upper surface of 3 by the low pressure CVD method, and the insulating layer 135 and the gate electrode layer 136 are formed thereon as shown in FIGS. 1 and 2.

【0027】そして、前記図1及び図2で説明した方法
で、絶縁層135に穴を開け、この穴からモリブデン等
の堆積によってエミッタを形成するものであるが、本実
施例の場合はこのエミッタを堆積する前に図1(c)に
示されているように、絶縁層135に穴が開けられた後
にレーザLPを照射し、n又はp型アモルファスシリコ
ン層134で形成されている部分に局所的に抵抗領域1
37を形成するレーザアニールを行う。すると交差斜線
で示されているようにアニ−ルを行ったn又はp型アモ
ルファスシリコン層134の一部が局所的に抵抗領域1
37に変化し、抵抗率が102 〜106 Ω/cm程度の
範囲となるような抵抗を示す。
Then, a hole is formed in the insulating layer 135 by the method described with reference to FIGS. 1 and 2, and an emitter is formed by depositing molybdenum or the like through the hole. In the case of this embodiment, this emitter is formed. 1C, a laser LP is irradiated after the insulating layer 135 is pierced, and the portion formed by the n-type or p-type amorphous silicon layer 134 is locally irradiated. Resistance region 1
Laser annealing for forming 37 is performed. Then, a part of the annealed n- or p-type amorphous silicon layer 134 is locally formed in the resistance region 1 as shown by the cross-hatched lines.
It changes to 37 and shows a resistance such that the resistivity is in the range of 10 2 to 10 6 Ω / cm.

【0028】なお、この抵抗率を正確に実現するため
に、積層基板上のn又はp型アモルフアスシリコン層1
34の一部領域にテスト領域を設けておき、このテスト
領域の抵抗変化を監視しながらレーザアニールの時間、
強度等を調整しながら行うことが好ましい。そして、上
記したレーザアニールによって抵抗領域137が形成さ
れたあと、前記したようにモリブデン材料を電子ビーム
蒸着によって垂直方向から堆積し、エミッタ115を絶
縁層の穴の中に堆積する。
In order to realize this resistivity accurately, the n-type or p-type amorphous silicon layer 1 on the laminated substrate is formed.
A test region is provided in a partial region of 34, and while monitoring the resistance change of this test region, the time of laser annealing,
It is preferable to adjust the strength and the like. Then, after the resistance region 137 is formed by the above laser annealing, the molybdenum material is vertically deposited by electron beam evaporation as described above, and the emitter 115 is deposited in the hole of the insulating layer.

【0029】したがって、この実施例の場合は図4
(d)に示されているようにアニールによって形成され
たカソード電極領域133の上方に同じくアニールによ
って構成されている抵抗領域137が設けられ、この抵
抗領域137の上がコーン状のエミッタ115となるF
ECとすることができる。
Therefore, in the case of this embodiment, FIG.
As shown in (d), a resistance region 137, which is also formed by annealing, is provided above the cathode electrode region 133 formed by annealing, and the cone-shaped emitter 115 is formed on the resistance region 137. F
It can be EC.

【0030】本実施例ではカソード電極領域133の上
方に載置されている全てのエミッタ115はカソード電
極領域133に対して同一の抵抗領域137を介して接
続されることになり、このカソード電極領域133を走
査電極として制御するときに、各エミッタの電位を完全
に同一に保つことができる。
In this embodiment, all the emitters 115 mounted above the cathode electrode region 133 are connected to the cathode electrode region 133 through the same resistance region 137, and this cathode electrode region 133 is connected. When controlling 133 as a scanning electrode, the potential of each emitter can be kept completely the same.

【0031】なお、上記実施例はレーザアニールを行う
際に積層基板の上方からレーザを照射しているが、ガラ
ス基板の透過性を利用して基板の裏側からカソード電極
層となる部分をアニール加工によって形成することもで
きる。したがって、前記図1、図2、及び図4に示した
製造方法では、最終的にFECを完成したのちカソード
電極領域123、又は133を形成することも可能にな
る。
In the above embodiment, the laser is irradiated from above the laminated substrate when performing the laser annealing. However, the portion which becomes the cathode electrode layer is annealed from the back side of the substrate by utilizing the transparency of the glass substrate. It can also be formed by. Therefore, in the manufacturing method shown in FIGS. 1, 2, and 4, the cathode electrode region 123 or 133 can be formed after the FEC is finally completed.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明は、以上のようにガラス基板上に
形成されるカソード電極がn又はp型アモルファスシリ
コン層をレーザアニールすることによって構成されてい
るため、FECを構成する各種の構成材料を積層すると
きに、これらの各層を平坦な状態で加工処理することが
できる。したがって、従来のように積層基板を形成する
際にカソード電極が盛り上がることによって生じる各種
の弊害が解消され、欠陥のない均質な電界放出カソード
の製造を歩留まり良くすることができる。
As described above, according to the present invention, the cathode electrode formed on the glass substrate is formed by laser annealing the n-type or p-type amorphous silicon layer. When laminating, each of these layers can be processed in a flat state. Therefore, various problems caused by the swelling of the cathode electrode when forming a laminated substrate as in the related art are eliminated, and the production of a defect-free and homogeneous field emission cathode can be improved.

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

【図1】本発明の電界放出カソードの製造工程を示す前
半の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a first half showing a manufacturing process of a field emission cathode of the present invention.

【図2】本発明の電界放出カソードの製造工程を示す後
半の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the latter half showing the manufacturing process of the field emission cathode of the present invention.

【図3】レーザアニールによって形成されるカソード電
極の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a cathode electrode formed by laser annealing.

【図4】本発明の他の実施例を示す電界放出カソードの
製造過程を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing a manufacturing process of a field emission cathode showing another embodiment of the present invention.

【図5】電界放出カソードを使用する装置の一例を示す
斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing an example of an apparatus using a field emission cathode.

【図6】従来の電界放出カソードの製造方法を示す説明
図である。
FIG. 6 is an explanatory view showing a conventional method for manufacturing a field emission cathode.

【図7】従来の製造方法で生じる積層基板の凹凸の拡大
した断面図である。
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of the unevenness of the laminated substrate produced by the conventional manufacturing method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

121,131 基板 122 n又はp型アモルファスシリコン層 123 カソード電極領域 123 絶縁層 125 ゲート電極層 115 エミッタ 121, 131 substrate 122 n-type or p-type amorphous silicon layer 123 cathode electrode region 123 insulating layer 125 gate electrode layer 115 emitter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大津 和佳 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Kazuka Otsu 629 Oshiba, Mobara-shi, Chiba Futaba Electronics Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上にプラズマCVD法、又は減圧C
VD法等によってn又はp型アモルファスシリコン層を
成膜し、前記n又はp型アモルファスシリコン層の所定
の位置をレーザアニールによって多結晶化することによ
りカソード電極領域を形成すると共に、上記n又はp型
アモルファスシリコン層の上面に少なくとも絶縁層、ゲ
ート電極層を成膜し、所定の位置をエッチング、および
蒸着するFEC製造工程によって多数のエミッタ、およ
びゲート電極を形成することを特徴とする電界放出カソ
ードの製造方法。
1. A plasma CVD method or a reduced pressure C on a substrate.
An n or p type amorphous silicon layer is formed by a VD method or the like, and a predetermined position of the n or p type amorphous silicon layer is polycrystallized by laser annealing to form a cathode electrode region, and the n or p type is also formed. Field emission cathode characterized in that a large number of emitters and gate electrodes are formed by an FEC manufacturing process in which at least an insulating layer and a gate electrode layer are formed on the upper surface of a type amorphous silicon layer, and predetermined positions are etched and deposited. Manufacturing method.
【請求項2】 上記カソード電極は、上記エミッタの複
数個を取り巻くように形成されることを特徴とする請求
項1に記載の電界放出カソードの製造方法。
2. The method of manufacturing a field emission cathode according to claim 1, wherein the cathode electrode is formed so as to surround a plurality of the emitters.
【請求項3】 上記n型アモルファスシリコン層はガス
種としてSi4 、又はSi26 にPH3 を、p型と
してB26 を混合し、抵抗率が102 Ω/cm〜10
6 Ω/cmとされていることを特徴とする請求項1又は
2に記載の電界放出カソードの製造方法。
Wherein said n-type amorphous silicon layer is an S i H 4, or PH 3 to Si 2 H 6 as the gas species, a mixture of B 2 H 6 as a p-type, resistivity of 10 2 Ω / cm~ 10
6. The method for producing a field emission cathode according to claim 1, wherein the field emission cathode is 6 Ω / cm.
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