JPH0714500A - Field emission cathode - Google Patents

Field emission cathode

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JPH0714500A
JPH0714500A JP17756193A JP17756193A JPH0714500A JP H0714500 A JPH0714500 A JP H0714500A JP 17756193 A JP17756193 A JP 17756193A JP 17756193 A JP17756193 A JP 17756193A JP H0714500 A JPH0714500 A JP H0714500A
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cathode
emitter
gate
field emission
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茂生 伊藤
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照男 渡辺
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和佳 大津
Takehiro Niiyama
剛宏 新山
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Abstract

PURPOSE:To prepare a field emission cathode allowing to provide an independent resistance region immediately below emitters and to provide the emitters with uniform height and distance to a gate. CONSTITUTION:A cathode 2 is formed on a substrate such as glass by deposition. A first insulating layer 3 and a second insulating layer 4 are laminated on the cathode 2. In addition, a gate 5 is formed on the second insulating layer 4. Emitters 7 are formed by deposition in holes opened in the gate 5 and the second insulating layer 4. In addition, directly under the formed emitters 7 are used as a resistance region 5 formed into resistance by applying laser annealing to the first insulating layer. The cathode 2 is formed by sputtering by using a high m.p. metal having no deterioration in its quality even under high temp. caused by laser annealing as a material.

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
に新規な構成の電界放出カソード及びその製造方法に関
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 field emission cathode having a novel structure and a method for manufacturing the same.

【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)と云い、
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、CRT、電子顕微鏡や電子ビーム装置に用
いられようとしている。
2. Description of the Related Art The applied electric field on the surface of a metal or semiconductor is reduced to 10
At a voltage of about 9 [V / m], the tunnel effect causes electrons to pass through the barrier so that electrons are emitted in a 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 been possible to make a surface emission type field emission cathode composed of a micron size field emission cathode by making full use of semiconductor processing technology. The field emission cathode can be used as a fluorescent display device, a CRT, an electron microscope or an electron microscope. It is about to be used in beam devices.

【0003】図3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)の斜視図
を示す。この図において、基板111上にカソードライ
ン112が形成されており、このカソードライン112
上にコーン上のエミッタ119が抵抗領域117を介し
て形成されている。さらに、カソードライン112上に
絶縁層113を介してゲ−ト114が設けられており、
ゲート114に設けられた丸い開口部の中にコーン状の
エミッタ119が形成され、このエミッタ119の先端
部分がゲートに開けられた開口部から臨んでいる。この
エミッタ119間のピッチは10ミクロン以下とするこ
とが出来、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111上に設けることが出来る。
FIG. 3 is a perspective view of an example of a field emission cathode (hereinafter referred to as FEC) called a Spindt type having a resistance between the emitter and the cathode. In this figure, a cathode line 112 is formed on a substrate 111.
An emitter 119 on the cone is formed thereabove via a resistance region 117. Further, a gate 114 is provided on the cathode line 112 via an insulating layer 113,
A cone-shaped emitter 119 is formed in a round opening provided in the gate 114, and a tip portion of the emitter 119 faces the opening formed in the gate. The pitch between the emitters 119 can be 10 μm or less, and tens of thousands to hundreds of thousands of such emitters can be provided on one substrate 111.

【0004】ところで、エミッタ119の下に抵抗領域
117を設ける理由は次の通りである。一般的なFEC
においてはコーン上のエミッタの先端とゲートとの距離
がサブミクロンという極めて短い距離とされていると共
に、数万個ものエミッタが一枚の基板上に設けられるた
め、製造の過程において塵埃等によりエミッタとゲート
とが短絡してしまうことがある。このように、ゲートと
エミッタとのひとつでも短絡していると、カソードとゲ
ートとが短絡したことになるため、すべてのエミッタに
電圧が印加されなくなり動作不能のFECとなってしま
っていた。また、FECの初期の作動時に局部的な脱ガ
スが生じ、このガスによりエミッタとゲートあるいはア
ノード間が放電を起こすことがあり、このため大電流が
カソードに流れてカソードが破壊してしまうことがあっ
た。
The reason why the resistance region 117 is provided below the emitter 119 is as follows. General FEC
In the above, the distance between the tip of the emitter on the cone and the gate is set to an extremely short distance of sub-micron, and tens of thousands of emitters are provided on one substrate. And the gate may be short-circuited. As described above, if even one of the gate and the emitter is short-circuited, the cathode and the gate are short-circuited, so that no voltage is applied to all the emitters, resulting in an inoperable FEC. In addition, local degassing may occur during the initial operation of the FEC, and this gas may cause a discharge between the emitter and the gate or the anode, which causes a large current to flow into the cathode and destroy the cathode. there were.

【0005】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。この
らの動作上の欠点を防止するために、従来は、カソード
とエミッタとの間に抵抗領域を設けるようにしているの
である。
Further, among many emitters, electrons are likely to be concentrated and emitted from the ones from which electrons are likely to be emitted, so that current is concentrated on the emitters, which may cause an abnormally bright spot on the screen. there were. In order to prevent such operational defects, conventionally, a resistance region is provided between the cathode and the emitter.

【0006】すなわち、図3に示すように、抵抗領域1
17の上にエミッタ119を形成すると、この抵抗領域
117によりカソード電流が抑制されるため、カソード
112が破壊されることがなくなる。また、あるエミッ
タに電流が集中した場合はそのエミッタに設けられた抵
抗領域117の電圧降下が大きくなるため、そのエミッ
タ電位が上昇し、このためゲート・カソード間の電圧が
下降し、電流の集中を防止することができるようにな
る。したがって、抵抗領域117を設けることにより、
FECの製造上の歩留りが向上したり、安定な動作を行
わせたりすることができるようになる。
That is, as shown in FIG.
When the emitter 119 is formed on the cathode 17, the cathode current is suppressed by the resistance region 117, so that the cathode 112 is not destroyed. Further, when the current is concentrated on a certain emitter, the voltage drop of the resistance region 117 provided in the emitter becomes large, so that the emitter potential rises, so that the voltage between the gate and the cathode drops, and the current concentrates. Will be able to prevent. Therefore, by providing the resistance region 117,
The FEC manufacturing yield can be improved, and stable operation can be performed.

【0007】次に、図3に示すFECの製造過程を図4
に示す。まず、図4(a)に示すように、ガラス等の基
板111の上にカソードライン112が蒸着により形成
されており、さらにその上に絶縁層113であるSiO
2 層113が形成されている。さらに、その上にゲート
114となるニオブ(Nb)が蒸着され、ゲート114
上にフォトレジストを塗布した後、パターニング及びエ
ッチングを行いゲート114及び絶縁層113に穴開け
が行われている。
Next, the manufacturing process of the FEC shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG.
Shown in. First, as shown in FIG. 4A, a cathode line 112 is formed on a substrate 111 made of glass or the like by vapor deposition, and an insulating layer 113, which is SiO, is formed on the cathode line 112.
Two layers 113 are formed. Further, niobium (Nb) to be the gate 114 is vapor-deposited on the gate 114,
After applying a photoresist thereon, patterning and etching are performed to make holes in the gate 114 and the insulating layer 113.

【0008】次に、同図(b)に示すように、基板11
1を回転させながら、斜め方向から剥離層115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115はあけた穴の中には蒸着されずにゲー
ト113の表面にのみ選択的に蒸着されるようになる。
Next, as shown in FIG.
While rotating 1, the vapor deposition of aluminum to be the peeling layer 115 is performed in an oblique direction. When the oblique deposition is performed in this manner, the peeling layer 115 is not deposited in the opened hole but is selectively deposited only on the surface of the gate 113.

【0009】さらに、同図(c)に示すように剥離層1
15の上からモリブデンの混合物等からなる抵抗材料層
116を堆積させる。すると、この抵抗材料は穴開けし
た穴の中にも堆積し、カソードライン112上に台形状
の台からなる抵抗領域117が形成される。次に、この
抵抗材料層116の上からエミッタ材料であるモリブデ
ンを抵抗材料層116の上から堆積させると、同図
(d)に示すように上記台形状の抵抗領域117の上
に、モリブデンがコーン119の形状で堆積する。この
後、ゲート113上の剥離層115及び抵抗材料層11
6及びエミッタ材料層118をエッチングにより、共に
除去すると、同図(e)に示すような形状のFECが得
られるようになる。
Further, as shown in FIG. 1C, the release layer 1
A resistive material layer 116 made of a mixture of molybdenum or the like is deposited on the layer 15. Then, this resistance material is also deposited in the punched holes, and the resistance region 117 formed of a trapezoidal trapezoid is formed on the cathode line 112. Next, when molybdenum which is an emitter material is deposited on the resistance material layer 116 from above the resistance material layer 116, molybdenum is deposited on the trapezoidal resistance region 117 as shown in FIG. Deposit in the shape of cone 119. After that, the peeling layer 115 on the gate 113 and the resistance material layer 11 are formed.
6 and the emitter material layer 118 are removed by etching, an FEC having a shape as shown in FIG.

【0010】図4(e)に示すFECはコーン上のエミ
ッタ119とゲート電極113との距離をサブミクロン
とすることが出来るため、エミッタ119とゲート11
3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119から電子を放出させることが出来るよう
になる。
In the FEC shown in FIG. 4E, the distance between the emitter 119 on the cone and the gate electrode 113 can be made submicron, so that the emitter 119 and the gate 11 can be separated.
It becomes possible to emit electrons from the emitter 119 by applying a voltage of only several tens of volts between the three.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3に
示すFECにおいては次のような問題点がある。 (1)エミッタの先端はゲートに対して高さが均一で、
かつ、ゲートとの距離がほぼ一定であることが望ましい
が、抵抗領域の蒸着とエミッタ金属の蒸着との2度の蒸
着によりエミッタが形成されており、蒸着の厚さを均一
にすることは困難であることから、2度の蒸着により形
成される個々のエミッタの高さを均一化することは極め
て困難になる。したがって、エミッタの高さにばらつき
が生じてしまうという問題点がある。また、抵抗領域の
厚さにばらつきが生じると、抵抗値もばらついてしまう
問題点もある。
However, the FEC shown in FIG. 3 has the following problems. (1) The tip of the emitter has a uniform height with respect to the gate,
In addition, it is desirable that the distance from the gate is substantially constant, but the emitter is formed by vapor deposition of the resistance region and vapor deposition of the emitter metal twice, and it is difficult to make the vapor deposition thickness uniform. Therefore, it becomes extremely difficult to make the heights of the individual emitters formed by two vapor depositions uniform. Therefore, there is a problem in that the height of the emitter varies. Further, if the thickness of the resistance region varies, the resistance value also varies.

【0012】(2)剥離層は斜め蒸着により形成される
ため、剥離層の開口部はゲートの開口部より小さくな
る。そして、正蒸着により抵抗層は形成されるため、台
形状の抵抗領域の径は開口部の底部の径より小さくな
る。すると、この抵抗領域の上にエミッタ金属を蒸着し
た場合、この金属が台形状の抵抗領域の上だけでなく台
形状の周囲を覆う形で蒸着される恐れがあり、エミッタ
がこの抵抗領域の周囲のエミッタ蒸着金属を介してカソ
ード導体と電気的に接続されてしまい、抵抗領域を設け
る意味がなくなるという問題点がある。
(2) Since the peeling layer is formed by oblique vapor deposition, the opening of the peeling layer is smaller than the opening of the gate. Since the resistance layer is formed by normal vapor deposition, the diameter of the trapezoidal resistance region is smaller than the diameter of the bottom of the opening. Then, if the emitter metal is vapor-deposited on this resistance region, the metal may be vapor deposited not only on the trapezoidal resistance region but also on the periphery of the trapezoidal region. However, there is a problem in that it is not electrically connected to the cathode conductor through the emitter-deposited metal and the resistance region is meaningless.

【0013】(3)台形状の抵抗領域の径が(2)で述
べたように小さいため、抵抗領域すなわちエミッタに流
せる電流を大きく取ることができずFECの出力を大き
くすることができないという問題点がある。 (4)台形状の低抗層の上にエミッタ金属が蒸着されて
いることから、エミッタ金属が剥離する恐れがあり、F
ECのコーンの機械的強度が小さいという問題がある。
(3) Since the diameter of the trapezoidal resistance region is small as described in (2), a large current cannot be taken to the resistance region, that is, the emitter, and the output of the FEC cannot be increased. There is a point. (4) Since the emitter metal is vapor-deposited on the trapezoidal low resistance layer, the emitter metal may peel off.
There is a problem that the mechanical strength of the EC cone is low.

【0014】上記問題点を回避するために、カソード導
体上の全面に抵抗層を蒸着するようにして、エミッタと
カソードとの間に抵抗を形成するようにした電界放出カ
ソードも提案されており、このFECの断面を図5に示
す。この図において、基板51の上にカソード52の導
体が蒸着等により形成されており、このカソード52の
上に全面に抵抗層53が設けられている。この抵抗層5
3の上には絶縁層54と、この絶縁層54を介してゲー
ト55の導体が蒸着等により形成されている。さらに、
ゲート55及び絶縁層54に設けられた開口部の中にコ
ーン状のエミッタ56が形成されている。
In order to avoid the above problems, a field emission cathode has been proposed in which a resistance layer is deposited on the entire surface of a cathode conductor to form a resistance between the emitter and the cathode. The cross section of this FEC is shown in FIG. In this figure, the conductor of the cathode 52 is formed on the substrate 51 by vapor deposition or the like, and the resistance layer 53 is provided on the entire surface of the cathode 52. This resistance layer 5
An insulating layer 54 and a conductor of the gate 55 are formed on the third layer 3 by vapor deposition or the like via the insulating layer 54. further,
A cone-shaped emitter 56 is formed in the opening provided in the gate 55 and the insulating layer 54.

【0015】このように形成されたFECにおいては、
抵抗層53の抵抗Rがエミッタ56の直下のみに設けら
れておらず、各エミッタに共通に設けられていることか
ら、各エミッタ毎の抵抗値が膜厚分布に依存すること
や、電子放出中のエミッタやゲートの爆発により、エミ
ッタとゲートとが短絡されるとそのエミッタに電流が集
中して流れ、共通に設けられた抵抗層を通じて他のエミ
ッタへも影響を及ぼすと云う問題点があった。また、グ
ラフィックディスプレイ等の場合、カソードライン間の
リークが抵抗層によって損なわれるという問題点があっ
た。
In the FEC formed in this way,
Since the resistance R of the resistance layer 53 is not provided just below the emitter 56 but is provided commonly to each emitter, the resistance value of each emitter depends on the film thickness distribution, and during the electron emission. When the emitter and the gate are short-circuited due to the explosion of the emitter and the gate, the current concentrates on the emitter and affects the other emitters through the common resistance layer. . Further, in the case of a graphic display or the like, there is a problem that leakage between cathode lines is impaired by the resistance layer.

【0016】図5に示すFECの問題点を解決しようと
した、さらに他の従来のFECを図6に示す。 この図
におけるFECは、カソードラインを格子状に形成する
と共に、この格子状のカソードラインの上全面に抵抗層
を形成する。そして、この格子枠内の抵抗層上に複数の
エミッタからなるエミッタアレイを形成するようにして
いる。このように構成すると、格子枠内のエミッタとゲ
ートとが短絡した場合、格子枠内のエミッタにしか悪影
響が及ばない。
FIG. 6 shows still another conventional FEC which has tried to solve the problems of the FEC shown in FIG. In the FEC in this figure, the cathode lines are formed in a grid pattern, and a resistance layer is formed on the entire surface of the grid cathode lines. Then, an emitter array including a plurality of emitters is formed on the resistance layer in the lattice frame. With this configuration, when the emitter and gate in the lattice frame are short-circuited, only the emitter in the lattice frame is adversely affected.

【0017】しかしながら、このFECにおいてはカソ
ードラインを正確な位置に精度良く形成したり、ゲート
に開口する穴を作成するためのマスクの位置合わせを精
度良く行わなければならないことからFECの製造が困
難となる。さらに、格子枠内のエミッタのうちカソード
ラインと距離の近い周辺部のエミッタからはエミッショ
ン電流が多くなり、逆に中央部のエミッタからはエミッ
ション電流が小さくなることから、エミッタの電流にア
ンバランスが生じ、エミッタ電流が均一化することがで
きなくなる。また、カソードラインの上にはエミッタを
形成しないこと、及びエミッタ電流を均一化するために
は、原理上格子枠内には4個又は1個しかエミッタを設
けることが出来ないことから、カソードライン形成の微
細加工が必要であると共にエミッタの面密度が低下する
と云う問題点があった。
However, in this FEC, it is difficult to manufacture the FEC because it is necessary to accurately form a cathode line at an accurate position and to accurately align a mask for forming a hole for opening to a gate. Becomes Further, among the emitters in the lattice frame, the emission current increases from the peripheral emitters that are close to the cathode line, and conversely the emission current decreases from the central emitter, so that there is an imbalance in the emitter currents. Occurs, and the emitter current cannot be made uniform. Further, since no emitter is formed on the cathode line, and in order to make the emitter current uniform, in principle, only four or one emitter can be provided in the lattice frame. There has been a problem that the fine processing of formation is required and the areal density of the emitter is lowered.

【0018】そこで、本発明はエミッタの直下に容易に
独立した抵抗領域を形成することが出来ると共に、エミ
ッタをゲートに対し均一な高さ及び距離をもって形成で
きるようにした電界放出カソードを提供することを目的
としている。
Therefore, the present invention provides a field emission cathode in which an independent resistance region can be easily formed immediately below the emitter and the emitter can be formed with a uniform height and distance with respect to the gate. It is an object.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はカソードの上に不純物をドープした第1絶
縁層を設け、この第1絶縁層の上にエミッタ及び第2絶
縁層を介してゲートを形成するようにしたものである。
そして、エミッタを形成する前にゲートに設けられた開
口部をフォトマスクとして、レーザあるいはランプ等を
用いて局部的な第1絶縁層のアニールを行うことによ
り、エミッタが形成される第1絶縁層の部分を抵抗化す
るようにしたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a first insulating layer doped with impurities on a cathode, and an emitter and a second insulating layer are provided on the first insulating layer. The gate is formed through this.
Then, before forming the emitter, the opening provided in the gate is used as a photomask to locally anneal the first insulating layer using a laser, a lamp, or the like, so that the first insulating layer in which the emitter is formed is formed. The part of is made to be resistant.

【0020】[0020]

【作用】本発明の電界放出カソードによれば、エミッタ
を2回の蒸着を用いて形成することなくエミッタの直下
だけに独立して抵抗領域を設けることが出来るため、エ
ミッタの高さ及びゲートとの距離を均一にすることが出
来ると共に、抵抗領域の径が小さくなることがなくなる
ため、出力を大きくとることが出来る。さらに、抵抗領
域の抵抗値をレーザ等のパワーを制御することにより任
意の値にすることが出来る。また、FECの機械的強度
が低下することもなくなる。
According to the field emission cathode of the present invention, since the resistance region can be independently provided only just under the emitter without forming the emitter by vapor deposition twice, the height of the emitter and the gate are The distance can be made uniform, and the diameter of the resistance region does not become small, so that a large output can be obtained. Further, the resistance value of the resistance region can be set to an arbitrary value by controlling the power of the laser or the like. In addition, the mechanical strength of FEC does not decrease.

【0021】[0021]

【実施例】本発明の電界放出カソードの斜視図を図1に
示す。この図において、ガラス等の基板1の上にカソー
ド2が蒸着により形成されており、カソード2の上に第
1絶縁層3及び第2絶縁層4が積層されている。さら
に、第2絶縁層4の上にはゲート5が形成されており、
ゲート5及び第2絶縁層4に開口された穴の中にエミッ
タ7が蒸着により形成されている。
1 is a perspective view of a field emission cathode according to the present invention. In this figure, a cathode 2 is formed by vapor deposition on a substrate 1 such as glass, and a first insulating layer 3 and a second insulating layer 4 are laminated on the cathode 2. Further, a gate 5 is formed on the second insulating layer 4,
An emitter 7 is formed by vapor deposition in a hole opened in the gate 5 and the second insulating layer 4.

【0022】さらに、エミッタ7の直下には第1絶縁層
3をアニールすることにより抵抗化された抵抗領域6が
形成されている。なお、カソード2はアニールにより高
温とされるため、高温とされても材質の変化しないN
b,Ta,W等の高融点金属を材料としてスパッタ法に
より形成されており、ゲート5はTi,Cr,Nb,M
o,W等の金属を材料としてスパッタ法により形成され
ている。
Further, directly below the emitter 7, a resistance region 6 is formed which is made resistant by annealing the first insulating layer 3. Since the cathode 2 is heated to a high temperature by annealing, its material does not change even when the temperature is high.
The gate 5 is formed of a refractory metal such as b, Ta or W by a sputtering method, and the gate 5 is made of Ti, Cr, Nb or M.
It is formed by a sputtering method using a metal such as o or W as a material.

【0023】そして、上記FECは半導体製造技術をも
って作成することが出来るため、エミッタ7間の間隔は
10ミクロン以下として製造することが出来る。このた
め、ゲート・カソード間に僅か数10ボルトの電圧VGE
を印加することによりエミッタ7から電子を放出するこ
とが出来る。エミッタ7から放出された電子はゲート5
上に離隔して正電圧VA の印加されたアノード8を設け
ておけば、このアノード8により捕集することが出来
る。
Since the FEC can be manufactured by a semiconductor manufacturing technique, it can be manufactured with the interval between the emitters 7 being 10 microns or less. Therefore, the voltage V GE of only several tens of volts is applied between the gate and the cathode.
Electrons can be emitted from the emitter 7 by applying. The electron emitted from the emitter 7 is the gate 5
If the anode 8 to which the positive voltage V A is applied is provided separately above, it can be collected by this anode 8.

【0024】次に、図1に示すFECの製造過程を図2
に示す。この図の(a)において、ガラス等の基板1の
上に高融点金属材料をスパッタすることにより形成され
たカソード2の薄膜導体が設けられており、カソード2
の上には第1絶縁層及び第2絶縁層が積層されている。
第1絶縁層3は、例えばSi26 をガス種としてPH
3 をドープガスとして用い、減圧CVD(LPCVD)
法によりアモルファスシリコンを成膜することにより形
成されている。この第1絶縁層3の抵抗値は約107
1012Ωcmである。また、第2絶縁層4はガス種とし
てSiH4 及びN2 O,N2 を用いてプラズマCVD法
あるいはスパッタ法により二酸化シリコン(SiO2
を約1ミクロン成膜することにより形成されている。
Next, the manufacturing process of the FEC shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
Shown in. In FIG. 1A, a thin film conductor of a cathode 2 formed by sputtering a refractory metal material is provided on a substrate 1 such as glass.
A first insulating layer and a second insulating layer are laminated on the above.
The first insulating layer 3 has a pH of, for example, Si 2 H 6 as a gas species.
Low pressure CVD (LPCVD) using 3 as a doping gas
It is formed by depositing amorphous silicon by the method. The resistance value of the first insulating layer 3 is about 10 7 to
It is 10 12 Ωcm. The second insulating layer 4 is made of silicon dioxide (SiO 2 ) by plasma CVD method or sputtering method using SiH 4 and N 2 O, N 2 as gas species.
Is formed by forming a film of about 1 micron.

【0025】さらに、第2絶縁層4の上にはゲート5の
導体が形成されている。ゲート5はTi,Cr,Nb,
Mo,W等の金属材料から選択された金属を用いて、ス
パッタ法により約0.4ミクロンの厚さで成膜されてい
る。このゲート5の上にはレジスト層11が塗布されフ
ォトリソグラフィ法あるいはエッチング法により、レジ
スト層11及びゲート5に開口部を形成している。この
開口部の径は約1ミクロンとされている。また、ゲート
5の導体のエッチングはSF6 等を用いたドライエッチ
ング法が好適である。
Further, the conductor of the gate 5 is formed on the second insulating layer 4. The gate 5 is made of Ti, Cr, Nb,
A metal selected from metal materials such as Mo and W is used to form a film with a thickness of about 0.4 μm by a sputtering method. A resist layer 11 is applied on the gate 5 and an opening is formed in the resist layer 11 and the gate 5 by a photolithography method or an etching method. The diameter of this opening is about 1 micron. Further, the etching of the conductor of the gate 5 is preferably a dry etching method using SF 6 or the like.

【0026】この開口部からさらにエッチングを行い、
図(b)に示すように第2絶縁層4に開口部を設ける。
このエッチングはBHFでウエットエッチングするか、
あるいはCHF3 等のガスを用いて反応性イオンエッチ
ング(RIE)により行えば良い。
Further etching is performed from this opening,
An opening is provided in the second insulating layer 4 as shown in FIG.
This etching is wet etching with BHF,
Alternatively, it may be performed by reactive ion etching (RIE) using a gas such as CHF 3 .

【0027】この選択性のエッチングにより所定の面積
を有する第1絶縁層が開口部の底部に露出される。そこ
で、ゲート5をマスクパターンとして、例えばレーザを
照射すると第1絶縁層3の露出部分にレーザが照射され
て、その部分の温度が瞬時に高温とされる。これによ
り、第1絶縁層3の露出部分のレーザアニールが行われ
る。このレーザとしては、例えばXeClエキシマレー
ザ(波長λ=308nm)を用いることが出来る。
By this selective etching, the first insulating layer having a predetermined area is exposed at the bottom of the opening. Therefore, when the gate 5 is used as a mask pattern and, for example, a laser is irradiated, the exposed portion of the first insulating layer 3 is irradiated with the laser, and the temperature of that portion is instantly raised to a high temperature. As a result, laser annealing of the exposed portion of the first insulating layer 3 is performed. As this laser, for example, a XeCl excimer laser (wavelength λ = 308 nm) can be used.

【0028】レーザアニールの行われた第1絶縁層3の
部分6は、アニールされたことにより抵抗化され、1×
10〜1×106 Ωcmの抵抗率が得られるようにな
る。この抵抗率の調整はレーザのパワーを調整すること
により行うことが出来、任意の抵抗値に調整することが
出来る。また、レーザに替えてランプによるアニールを
行っても良い。アニールを行った後に、同図(c)に示
すように、ゲート5の上にアルミニウムからなる剥離層
12を斜め回転蒸着法を用いて、ゲート5に設けた開口
部内に蒸着されないように形成する。これに使用する蒸
着法としては電子ビーム(EB)蒸着法を用いることが
出来る。
The portion 6 of the first insulating layer 3 which has been subjected to the laser annealing is made to have a resistance by being annealed, so that the portion 1 ×
A resistivity of 10 to 1 × 10 6 Ωcm can be obtained. This resistivity adjustment can be performed by adjusting the laser power, and can be adjusted to an arbitrary resistance value. Further, lamp annealing may be performed instead of laser. After annealing, as shown in FIG. 3C, a peeling layer 12 made of aluminum is formed on the gate 5 by an oblique rotary evaporation method so as not to be evaporated in the opening provided in the gate 5. . An electron beam (EB) vapor deposition method can be used as the vapor deposition method used for this.

【0029】次に、同図(d)に示すように、剥離層1
2が形成された基板1にモリブデン(Mo)等の金属材
料をEB蒸着等により、基板1にたいし垂直方向から正
蒸着を行い、コーン状のエミッタ7を開口部内の抵抗領
域6の上に形成する。そして、エミッタ7の形成された
基板1を燐酸中で、Mo等のエミッタ材料層13を剥離
層12と共に除去すると、同図(e)に示すような電界
放出カソードが得られる。
Next, as shown in FIG. 3D, the release layer 1
A metal material such as molybdenum (Mo) is positively vapor-deposited from the direction perpendicular to the substrate 1 on the substrate 1 on which the cone 2 is formed by EB vapor deposition or the like, and the cone-shaped emitter 7 is placed on the resistance region 6 in the opening. Form. Then, the substrate 1 on which the emitter 7 is formed is removed in phosphoric acid to remove the emitter material layer 13 such as Mo together with the peeling layer 12 to obtain a field emission cathode as shown in FIG.

【0030】上記の説明では第1絶縁層としてアモルフ
ァスシリコンを用いたが、これに替えてポリシリコンを
用いるようにしてもよい。また、第1絶縁層3にドープ
する不純物の材料としては、燐(P)に替えてボロン
(B),ビスマス(Bi),ガリウム(Ga),インジ
ウム(In),タリウム(Tl)等を用いることが出来
る。
Although amorphous silicon is used as the first insulating layer in the above description, polysilicon may be used instead. Further, as a material of impurities to be doped in the first insulating layer 3, boron (B), bismuth (Bi), gallium (Ga), indium (In), thallium (Tl), or the like is used instead of phosphorus (P). You can

【0031】なお、基板毎に行われるアニールによって
も抵抗領域の抵抗値を均一化することが出来るように、
基板の周辺部に第1絶縁層の形成過程と同時にモニタ用
の絶縁層を形成し、このモニタ用の絶縁層の抵抗値を検
出しながらアニールを行い、所望の抵抗値がモニタ用の
絶縁層から得られたときにアニールを終了するようにす
れば、均一化された抵抗値の抵抗領域を有する電界放出
カソードを製造することが出来る。
It should be noted that the resistance value of the resistance region can be made uniform even by annealing performed for each substrate.
An insulating layer for monitoring is formed at the same time as the formation process of the first insulating layer in the peripheral portion of the substrate, and annealing is performed while detecting the resistance value of the insulating layer for monitoring to obtain a desired insulating value If the annealing is terminated when obtained from the above, it is possible to manufacture a field emission cathode having a resistance region having a uniform resistance value.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているた
め、ゲートに設けられた開口をフォトマスクとしてセル
フアラインで正確に各エミッタコーンの直下のみに所定
の抵抗領域を設けることが出来る。このため、フォトマ
スクを追加して用意する必要がない。また、エミッタを
カソードラインの格子枠内に設ける従来のFECに比較
してカソードラインの寸法及び位置にそれほどの精度を
必要とせず、抵抗領域の作製を容易に行うことが出来る
と共に、格子枠を設ける必要がないためエミッタの密度
が低下することがなくなり、面内における電子の均一性
が向上する。
Since the present invention is configured as described above, the predetermined resistance region can be accurately provided just below each emitter cone by self-alignment using the opening provided in the gate as a photomask. Therefore, it is not necessary to prepare an additional photomask. Further, compared with the conventional FEC in which the emitter is provided in the lattice frame of the cathode line, the size and position of the cathode line do not need to be so precise, the resistance region can be easily manufactured, and the lattice frame can be formed. Since it is not necessary to provide it, the density of the emitter does not decrease, and the in-plane electron uniformity is improved.

【0033】さらに、第1絶縁層を局部的にアニールし
て抵抗領域を作製しているため、レーザ等のパワー密度
を替えることにより必要とされる所定の抵抗値を正確に
制御することが出来る。また、このため、均一性、再現
性及び位置精度に優れた抵抗領域を形成することが出来
る。
Further, since the first insulating layer is locally annealed to form the resistance region, the required predetermined resistance value can be accurately controlled by changing the power density of the laser or the like. . Therefore, it is possible to form a resistance region having excellent uniformity, reproducibility, and positional accuracy.

【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斜視図である。FIG. 1 is a perspective view 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行程を示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the field emission cathode of the present invention.

【図3】従来の電界放出カソードの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a conventional field emission cathode.

【図4】従来の電界放出カソードの製造過程を示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of a conventional field emission cathode.

【図5】従来の他の電界放出カソードの断面を示す図で
ある。
FIG. 5 is a view showing a cross section of another conventional field emission cathode.

【図6】従来のさらに他の電界放出カソードのカソード
ラインとエミッタとの配置を示す図である。
FIG. 6 is a view showing the arrangement of cathode lines and emitters of still another conventional field emission cathode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,51,111 基板 2,52,112 カソード 3 第1絶縁層 4 第2絶縁層 5,55,114 ゲート 6,117 抵抗領域 7,56,62,119 エミッタ 8,120 アノード 11 レジスト 12,115 剥離層 13,118 エミッタ材料層 53 抵抗層 54,113 絶縁層 61 カソードライン 116 抵抗材料層 1, 51, 111 Substrate 2, 52, 112 Cathode 3 First insulating layer 4 Second insulating layer 5, 55, 114 Gate 6, 117 Resistance region 7, 56, 62, 119 Emitter 8, 120 Anode 11 Resist 12, 115 Release layer 13,118 Emitter material layer 53 Resistance layer 54,113 Insulation layer 61 Cathode line 116 Resistance material layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新山 剛宏 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Takehiro Niiyama 629 Oshiba, Mobara-shi, Chiba Futaba Electronics Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に形成されたカソードと、 該カソード上に形成された第1の絶縁層と、 該第1の絶縁層の上に第2の絶縁層を介して形成された
ゲートと、 該ゲートと上記第2の絶縁層に設けられた開口部の中
で、かつ、第1の絶縁層の上に形成されたコーン状のエ
ミッタ、 を備える電界放出カソードにおいて、 上記第1の絶縁層の、上記コーン状のエミッタの直下の
みが抵抗化されていることを特徴とする電界放出カソー
ド。
1. A cathode formed on a substrate, a first insulating layer formed on the cathode, and a gate formed on the first insulating layer via a second insulating layer. A cone-shaped emitter formed in the opening formed in the gate and the second insulating layer and on the first insulating layer; A field emission cathode, characterized in that only underneath the cone-shaped emitter of the layer is resistiveised.
【請求項2】上記第2の絶縁層が不純物のドープされた
アモルファスシリコンあるいはポリシリコンからなるこ
とを特徴とする請求項1記載の電界放出カソード。
2. The field emission cathode according to claim 1, wherein the second insulating layer is made of impurity-doped amorphous silicon or polysilicon.
【請求項3】上記ゲートをフォトマスクとしてレーザま
たはランプ等の光線を照射することにより、上記第1の
絶縁層を抵抗化することを特徴とする請求項1あるいは
2に記載の電界放出カソード。
3. The field emission cathode according to claim 1, wherein the first insulating layer is made to have resistance by irradiating a light beam such as a laser or a lamp using the gate as a photomask.
【請求項4】上記抵抗化された抵抗領域の抵抗率を1×
101 〜1×106 Ωcmとすることを特徴とする請求
項1ないし3のいずれかに記載の電界放出カソード。
4. The resistivity of the resistance region that has been made resistance is 1 ×
4. The field emission cathode according to claim 1, wherein the field emission cathode has a density of 10 1 to 1 × 10 6 Ωcm.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2742578A1 (en) * 1995-12-13 1997-06-20 Futaba Denshi Kogyo Kk Manufacturing field emission cathode
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