JPH07254367A - Fine multi-electrode vacuum tube and manufacture thereof - Google Patents

Fine multi-electrode vacuum tube and manufacture thereof

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JPH07254367A
JPH07254367A JP4415994A JP4415994A JPH07254367A JP H07254367 A JPH07254367 A JP H07254367A JP 4415994 A JP4415994 A JP 4415994A JP 4415994 A JP4415994 A JP 4415994A JP H07254367 A JPH07254367 A JP H07254367A
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gate electrode
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正幸 中本
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Abstract

PURPOSE:To enhance efficiency, uniformity at the time of arraying, reliability of operation, and durability. CONSTITUTION:A first insulation layer 13 is disposed in a portion except for the tip of a projecting emitter 26 having a sharp end provided in on an emitter member layer 1. A gate electrode layer 21 where a portion surrounding the emitter 26 is formed into a cylindrical tapered shape along the circumferential surface of the emitter is superposed on the insulative layer 13. A second insulative layer 22 is mounted on the gate electrode layer 21. An anode electrode layer 23 where a portion surrounding the emitter 26 is formed into a cylindrical tapered shape along the circumferential surface of the emitter is mounted on the second insulative layer 22. At least the circumferential surfaces of the tips of the cylindrical portions in the gate electrode layer 21 and the anode electrode layer 23 are exposed at a solid angle viewed from the tip of the emitter 26.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電界放出型の微小多極
真空管およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission type micro-multipolar vacuum tube and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体スイッチング素子の動作速度は、
固体中におけるキャリアの移動度によって決まるため、
真空中において電子を移動させる3極真空管のそれより
大幅に遅い。現在、半導体スイッチング素子の動作速度
を向上させるべく種々の研究がなされているが、すでに
限界に近付いている。
2. Description of the Related Art The operation speed of a semiconductor switching device is
Since it is determined by the mobility of carriers in the solid,
It is much slower than that of a triode tube that moves electrons in a vacuum. At present, various studies have been conducted to improve the operation speed of semiconductor switching elements, but they are already nearing the limit.

【0003】このような事情から、最近では半導体加工
技術を利用して形成された電界放出型の冷陰極(エミッ
タ)を用いる微小多極真空管の研究が活発に行なわれて
いる。その代表的な例としては、スピント(C.A.Spind
t)らが、Journal of AppliedPhysics, Vol.47,5248(19
76) に記載したものが知られている。
Under these circumstances, research on a micro multipole vacuum tube using a field emission type cold cathode (emitter) formed by utilizing a semiconductor processing technique has recently been actively conducted. A typical example is Spindt (CASpind
t) et al., Journal of Applied Physics, Vol.47, 5248 (19
Those described in 76) are known.

【0004】上記文献に記載されているものは、Si単
結晶基板上にSiO2 絶縁層とゲート電極層とを形成し
た後、両層に直径約1.5 μm程度の穴をあけ、この穴の
中に電界放出を行なう円錐状のエミッタを蒸着法によっ
て形成している。具体的には、Si単結晶基板上にSi
2 絶縁層をCVD法等の堆積法で形成し、その上にM
o層あるいはAl層からなるゲート電極層をスパッタリ
ング法で形成する。そして、両層にエッチングによって
ピンホールをあけた後、基板を回転させながらエミッタ
となる金属、たとえばMoを垂直方向から真空蒸着し、
ゲート電極上にMoが堆積されるにしたがってピンホー
ルの開口端の直径が徐々に小さくなる現象を利用して、
ピンホール内の基板上に円錐型のエミッタを堆積形成す
る。そして、これらエミッタに対向させてアノード電極
を配置して微小多極真空管を完成させるようにしてい
る。
In the device described in the above-mentioned document, after forming a SiO 2 insulating layer and a gate electrode layer on a Si single crystal substrate, a hole having a diameter of about 1.5 μm is made in both layers and A conical emitter for field emission is formed by vapor deposition. Specifically, Si on a Si single crystal substrate
An O 2 insulating layer is formed by a deposition method such as a CVD method, and M is formed thereon.
A gate electrode layer made of an o layer or an Al layer is formed by a sputtering method. Then, after pinholes are formed in both layers by etching, a metal serving as an emitter, for example, Mo is vacuum-deposited from the vertical direction while rotating the substrate,
Utilizing the phenomenon that the diameter of the opening end of the pinhole gradually decreases as Mo is deposited on the gate electrode,
A conical emitter is deposited and formed on the substrate in the pinhole. Then, the anode electrode is arranged so as to face these emitters to complete the micro-multipolar vacuum tube.

【0005】しかし、この方法では、回転蒸着法を利用
して、ピンホール内に円錐状のエミッタを形成している
ため、多数のエミッタを同一基板上に同時に形成したと
き、各エミッタの高さや先端部の形状にばらつきが生じ
易いばかりか、電界放出効率の向上に不可欠なエミッタ
先端部の尖鋭度を上げることが困難であった。
However, in this method, since the conical emitter is formed in the pinhole by utilizing the rotary evaporation method, when a large number of emitters are simultaneously formed on the same substrate, the height of each emitter and Not only is the shape of the tip easily varied, but it is difficult to increase the sharpness of the emitter tip, which is essential for improving the field emission efficiency.

【0006】一方、他の代表的な例としては、応用物
理、Vol.59,p146(1990) に記載されているように、Si
単結晶基板に対する異方性エッチングを用いて円錐状の
電界放出型エミッタを作製したものも知られている。
On the other hand, as another typical example, as described in Applied Physics, Vol. 59, p146 (1990), Si is used.
It is also known that a conical field emission type emitter is manufactured by using anisotropic etching on a single crystal substrate.

【0007】図5にその作製プロセスおよび構造を示
す。まず、同図(a) に示すように、Si単結晶基板1の
上面にSiN膜2を約 4μmの厚さにスパッタリングで
堆積し、このSiN膜2上に、同図(b) に示すように、
フォトレジスト3を円形に設ける。次に、SF6 を用い
た反応性イオンエッチング法によって異方性エッチング
用のマスク4を作製する。次に、同図(c) に示すよう
に、異方性エッチング液を使ってマスク4の下部をアン
ダーエッチングして、マスク4が付いたままの円錐形状
のエミッタ5を作製する。
FIG. 5 shows the manufacturing process and structure. First, as shown in FIG. 3 (a), a SiN film 2 is deposited on the upper surface of a Si single crystal substrate 1 to a thickness of about 4 μm by sputtering, and on this SiN film 2, as shown in FIG. 1 (b). To
The photoresist 3 is provided in a circular shape. Next, a mask 4 for anisotropic etching is produced by the reactive ion etching method using SF 6 . Next, as shown in FIG. 3C, the lower portion of the mask 4 is under-etched using an anisotropic etching solution to produce a conical emitter 5 with the mask 4 still attached.

【0008】次に、同図(d) に示すように、SiO2
らなる絶縁層6,7とTa等からなる電極層8,9を交
互に2回ずつ蒸着する。電極層8はゲート電極用であ
り、電極層9はアノード電極用である。
Next, as shown in FIG. 3D, insulating layers 6 and 7 made of SiO 2 and electrode layers 8 and 9 made of Ta or the like are alternately deposited twice. The electrode layer 8 is for a gate electrode, and the electrode layer 9 is for an anode electrode.

【0009】最後に、同図(e) に示すように、絶縁層
6,7および電極層8,9におけるマスク4の上方に位
置している部分、マスク4、絶縁層6におけるマスク4
の下方に位置している部分をそれぞれ除去し、続いて異
方性エッチング液および弗酸によってエミッタ5の先端
の最終加工と絶縁層の軽いエッチングを行い、微小多極
真空管を完成させるようにしている。
Finally, as shown in FIG. 1E, the portions of the insulating layers 6 and 7 and the electrode layers 8 and 9 located above the mask 4, the mask 4 and the mask 4 of the insulating layer 6.
After removing the portions located below, the final processing of the tip of the emitter 5 and the light etching of the insulating layer are performed with an anisotropic etching solution and hydrofluoric acid to complete the micromultipole vacuum tube. There is.

【0010】この方法では、Si単結晶に対する異方性
エッチング法を用いているので、前述した回転蒸着法に
比較して、エミッタの先端部尖鋭化、形状の均一化をあ
る程度向上させることができる。しかし、アンダーエッ
チング時間の制御が難しいばかりか、マスク4の剥離に
ばらつきが生じ易く、エミッタ先端部の尖鋭度、形状の
均一性、再現性ともに充分なものではなかった。また、
この方法においても、マスク4の存在が障害となり、ゲ
ートをエミッタに十分近付けることができず、しかも電
界放出効率に大きな影響を与えるエミッタ・ゲート間の
距離を正確に設定できない問題があった。アノードにつ
いても同様で、マスク4の存在が障害となり、エミッタ
5に対向する部分にエミッタ5の基定部の径より大きい
孔10を設ける必要がある。このため、アノードにおい
て、エミッタ5から放出された電子流を受ける部分が孔
10の周縁部でエミッタ側に位置するエッジ部に限ら
れ、この部分が熱的損傷を受け易く、耐久性に劣るばか
りか、電子流の一部がゲートに流れ易く、効率が悪いと
いう問題があった。さらに、エミッタ材料には、仕事関
数の値が小さく、物理的・化学的に安定なことが要求さ
れるが、この方法では2つの性質がともに不満足なSi
しかエミッタ材料として用いることができない問題もあ
った。
Since this method uses the anisotropic etching method for the Si single crystal, the sharpening of the tip of the emitter and the homogenization of the shape can be improved to some extent as compared with the above-mentioned rotary evaporation method. . However, it is difficult to control the under-etching time, and variations in peeling of the mask 4 are likely to occur, so that the sharpness of the emitter tip, the uniformity of the shape, and the reproducibility are not sufficient. Also,
Also in this method, there is a problem that the existence of the mask 4 becomes an obstacle, the gate cannot be brought sufficiently close to the emitter, and the distance between the emitter and the gate, which greatly affects the field emission efficiency, cannot be set accurately. The same applies to the anode, and the presence of the mask 4 becomes an obstacle, and it is necessary to provide a hole 10 larger than the diameter of the base portion of the emitter 5 in the portion facing the emitter 5. Therefore, in the anode, the portion receiving the electron flow emitted from the emitter 5 is limited to the edge portion located on the emitter side at the peripheral edge portion of the hole 10, and this portion is easily damaged by heat and is not only poor in durability. However, there is a problem that a part of the electron flow easily flows into the gate, resulting in poor efficiency. Further, the emitter material is required to have a small work function value and be physically and chemically stable. However, in this method, both properties are unsatisfactory.
However, there is also a problem that it cannot be used as an emitter material.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の電
界放出型の微小多極真空管にあっては、エミッタの先端
部尖鋭度を増すことが困難で、電界放出効率を向上させ
ることが困難であったり、エミッタの形状を均一にする
ことが困難であったり、ゲート・エミッタ間の距離を高
精度に設定することが困難であったり、アノードの耐久
性に欠けたり、効率が悪かったり、エミッタ材料が特定
化されたりするなどの問題があった。そこで本発明は、
上述した不具合を解消できる電界放出型の微小多極真空
管およびその製造方法を提供することを目的としてい
る。
As described above, in the conventional field emission type micro-multipole vacuum tube, it is difficult to increase the sharpness of the tip of the emitter, and it is difficult to improve the field emission efficiency. , It is difficult to make the shape of the emitter uniform, it is difficult to set the distance between the gate and emitter with high accuracy, the durability of the anode is poor, the efficiency is poor, There was a problem that the emitter material was specified. Therefore, the present invention is
It is an object of the present invention to provide a field emission type micro-multipolar vacuum tube capable of solving the above-mentioned problems and a method for manufacturing the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に係る微小多極真空管では、先端部が尖鋭
な凸状のエミッタ部を有するエミッタ部材と、このエミ
ッタ部材の前記エミッタ部が突出している側の表面上で
前記エミッタ部の先端部を除く部分に設けられた第1の
絶縁層と、この第1の絶縁層の上に設けられ、上記第1
の絶縁層を介して前記エミッタ部を囲む部分が上記エミ
ッタ部の周面部に沿った先細りの筒状に形成されてなる
ゲート電極層と、このゲート電極層の上に設けられた第
2の絶縁層と、この第2の絶縁層の上に設けられ、上記
第2の絶縁層、前記ゲート電極層および前記第1の絶縁
層を介して前記エミッタ部を囲む部分が上記エミッタ部
の周面部に沿った先細りの筒状に形成されてなるアノー
ド電極層とを具備し、前記エミッタ部の先端から見通せ
る立体角内に前記ゲート電極層および前記アノード電極
層の前記筒状に形成された部分の少なくとも先端部内周
面がそれぞれ露出状態に位置していることを特徴として
いる。
In order to solve the above-mentioned problems, in a micro-multipolar vacuum tube according to claim 1, an emitter member having a projecting emitter portion having a sharp tip, and the emitter of the emitter member. A first insulating layer provided on a portion of the surface of the projecting portion other than the tip portion of the emitter section, and the first insulating layer provided on the first insulating layer,
And a second insulating layer provided on the gate electrode layer, wherein a portion surrounding the emitter section is formed in a tapered cylindrical shape along the peripheral surface section of the emitter section through the insulating layer of And a portion that is provided on the second insulating layer and that surrounds the emitter section with the second insulating layer, the gate electrode layer, and the first insulating layer interposed therebetween, is a peripheral surface section of the emitter section. At least one of the gate electrode layer and the anode electrode layer formed in the tube shape within a solid angle that can be seen from the tip of the emitter section. It is characterized in that the inner peripheral surface of the tip portion is located in an exposed state.

【0013】ここで、前記エミッタ部における基部の径
をD1 とし、前記アノード電極層における前記筒状の部
分の先端部内径をD2 としたとき、D2 /D1 ≦0.8 を
満たす関係、特にD2 /D1 <0.5 を満たすことが好ま
しい。
Here, when the diameter of the base portion of the emitter portion is D 1 and the inner diameter of the distal end portion of the cylindrical portion of the anode electrode layer is D 2 , a relationship satisfying D 2 / D 1 ≦ 0.8, In particular, it is preferable to satisfy D 2 / D 1 <0.5.

【0014】また、前記エミッタ部材は、仕事関数が小
さく、かつ物理的・化学的に安定な材料で形成された表
材層と上記表材層の構成材料より固有抵抗の大きい材料
で形成された芯材層との複合構成に形成されていること
が好ましい。
Further, the emitter member is formed of a surface material layer formed of a material having a small work function and being physically and chemically stable, and a material having a larger specific resistance than the constituent material of the surface material layer. It is preferably formed in a composite structure with the core material layer.

【0015】請求項4に係る微小多極真空管の製造方法
では、補助基板に低部を尖らせた凹部を設ける工程と、
前記凹部の内面を含む前記補助基板の表面に第1の絶縁
層を設ける工程と、前記第1の絶縁層の露出している一
方の面上にエミッタ部材層を形成する工程と、前記補助
基板を除去して前記第1の絶縁層の他方の面を露出させ
る工程と、前記第1の絶縁層の前記他方の面上にゲート
電極層を形成する工程と、前記ゲート電極層の露出して
いる面上に第2の絶縁層を形成する工程と、前記第2の
絶縁層の露出している面上にアノード電極層を形成する
工程と、前記凹部に起因して前記エミッタ部材層に形成
された凸部をエミッタ部とし、前記第1の絶縁層、前記
ゲート電極層、前記第2の絶縁層および前記アノード電
極層の上記エミッタ部を覆っている部分を対象にして、
上記各層が上記エミッタ部の周面部に沿って上記エミッ
タ部を先細の筒状に囲み、かつ上記エミッタ部の先端か
ら見通せる立体角内に上記ゲート電極層および上記アノ
ード電極層の上記筒状部分の少なくとも先端部内周面が
それぞれ露出状態に位置するように上記各層の一部をそ
れぞれ除去する工程とを備えている。
In the method for manufacturing a micro multi-electrode vacuum tube according to a fourth aspect of the present invention, a step of providing a recess having a sharpened lower portion on the auxiliary substrate,
Providing a first insulating layer on the surface of the auxiliary substrate including the inner surface of the recess, forming an emitter member layer on one exposed surface of the first insulating layer, and the auxiliary substrate To expose the other surface of the first insulating layer, a step of forming a gate electrode layer on the other surface of the first insulating layer, and the step of exposing the gate electrode layer. Forming a second insulating layer on the exposed surface, forming an anode electrode layer on the exposed surface of the second insulating layer, and forming on the emitter member layer due to the recess The raised portion as an emitter portion, and targeting the portions of the first insulating layer, the gate electrode layer, the second insulating layer, and the anode electrode layer that cover the emitter portion,
Each of the layers encloses the emitter section in a tapered cylindrical shape along the peripheral surface section of the emitter section, and within the solid angle that can be seen from the tip of the emitter section, the cylindrical sections of the gate electrode layer and the anode electrode layer are formed. And a step of removing a part of each of the layers so that at least the inner peripheral surface of the tip portion is located in an exposed state.

【0016】なお、前記エミッタ部材層を形成する工程
は、前記補助基板の表面上に形成された前記第1の絶縁
層の露出している一方の面上に仕事関数が小さく、かつ
物理的・化学的に安定な材料からなる表材層を形成する
工程と、前記表材層の露出している面上に上記表材層を
構成している材料より固有抵抗の大きい材料からなる芯
材層を形成する工程とを含んでいてもよい。
In the step of forming the emitter member layer, the work function is small on one exposed surface of the first insulating layer formed on the surface of the auxiliary substrate, and the physical / physical A step of forming a surface material layer made of a chemically stable material, and a core material layer made of a material having a larger specific resistance than the material forming the surface material layer on the exposed surface of the surface material layer. May be included.

【0017】[0017]

【作用】請求項1に係る微小多極真空管では、ゲート電
極層におけるエミッタ部を囲んでいる部分を、エミッタ
部の周面部に沿って先細りとなる筒状に形成しているの
で、第1の絶縁層の厚みを調整することによって、ゲー
トをエミッタに十分近付けることができ、しかもゲート
・エミッタ間の距離を正確に設定できるので、電界放出
効率を向上させることが可能となる。また、アノード電
極層についても、エミッタ部を囲んでいる部分を、エミ
ッタ部の周面部に沿って先細りとなる筒状に形成してい
るので、第2の絶縁層の厚みを調整することによって、
ゲート・アノード間距離およびエミッタ・アノード間距
離を正確に設定できる。
In the micromultipolar vacuum tube according to the first aspect, the portion of the gate electrode layer that surrounds the emitter section is formed into a tapered cylindrical shape along the peripheral surface section of the emitter section. By adjusting the thickness of the insulating layer, the gate can be brought sufficiently close to the emitter, and the distance between the gate and the emitter can be set accurately, so that the field emission efficiency can be improved. Also, with respect to the anode electrode layer, the portion surrounding the emitter portion is formed in a cylindrical shape that is tapered along the peripheral surface portion of the emitter portion. Therefore, by adjusting the thickness of the second insulating layer,
The gate-anode distance and the emitter-anode distance can be set accurately.

【0018】また、この場合には、上記形状の採用によ
ってエミッタの先端延長線にアノードを近付けることが
でき、これによってエミッタから放出された電子流を受
ける部分の面積を広くできる。したがって、アノードの
熱破壊を防止でき、耐久性を向上させることができるば
かりか、エミッタから放出された電子流のうち、ゲート
に向かう分の割合を少なくできるので、効率を向上させ
ることができる。
Further, in this case, by adopting the above-mentioned shape, the anode can be brought close to the extension line of the tip of the emitter, whereby the area of the portion for receiving the electron flow emitted from the emitter can be widened. Therefore, not only the thermal destruction of the anode can be prevented and the durability can be improved, but also the ratio of the electron flow emitted from the emitter toward the gate can be reduced, so that the efficiency can be improved.

【0019】なお、エミッタ部における基部の径をD1
とし、アノード電極層における筒状の部分の先端部内径
をD2 としたとき、D2 /D1 ≦0.8 、好ましくはD2
/D1 <0.5 の関係に設定すると、アノードにおいて電
子流を受ける部分の面積を十分広くすることができ、上
述した効果を一層発揮させることができる。
The diameter of the base portion of the emitter is set to D 1
And D 2 is the inner diameter of the tip of the tubular portion of the anode electrode layer, D 2 / D 1 ≦ 0.8, preferably D 2
By setting the relationship of / D 1 <0.5, the area of the portion of the anode that receives the electron flow can be made sufficiently wide, and the above-described effect can be further exerted.

【0020】また、エミッタ部材を、仕事関数が小さ
く、かつ物理的・化学的に安定な材料で形成された表材
層と上記表材層の構成材料より固有抵抗の大きい材料で
形成された芯材層との複合構成に形成すると、アレイ化
したときに各微小多極真空管を安定に動作させることが
できる。すなわち、エミッタ部の先端へと流れる電流
は、芯材層および表材層を経由して流れる。芯材層は表
材層より固有抵抗の大きい材料で形成されているので、
アレイ化したときに特定のエミッタ部に電流が集中して
流れようとすると、芯材層における上記特定のエミッタ
部に対応する部分での電圧降下が自動的に大きくなり、
この結果として特定のエミッタ部への電流集中が緩和さ
れる。したがって、各微小多極真空管を安定に動作させ
ることができる。
Further, the emitter member is composed of a surface material layer formed of a material having a small work function and being physically and chemically stable, and a core formed of a material having a specific resistance larger than that of the constituent material of the surface material layer. When formed into a composite structure with the material layer, each micromultipole vacuum tube can be stably operated when formed into an array. That is, the current flowing to the tip of the emitter section flows via the core material layer and the surface material layer. Since the core material layer is made of a material having a larger specific resistance than the surface material layer,
When a current is concentrated and flows in a specific emitter portion when arrayed, the voltage drop in the portion corresponding to the specific emitter portion in the core material layer automatically increases,
As a result, the current concentration on a specific emitter section is alleviated. Therefore, each micro multipole vacuum tube can be stably operated.

【0021】請求項4に係る微小多極真空管の製造方法
では、最初に補助基板に設ける凹部を高精度に設けてお
きさえすれば、エミッタ部を高精度に、かつ尖鋭度よ
く、しかも均一に作製することができる。
In the method for manufacturing a micro-multipolar vacuum tube according to a fourth aspect of the present invention, the emitter section can be provided with high precision, high sharpness, and evenness if the recessed portion provided in the auxiliary substrate is first provided with high precision. Can be made.

【0022】たとえば、補助基板として、Si単結晶基
板を用い、この基板の結晶方位を利用して異方性エッチ
ングを行えば、精度の高い、たとえば逆ピラミッド状の
凹部を形成することができる。そして、上記補助基板の
凹部の内面を含む表面にSiO2 熱酸化膜を形成し、こ
れを第1の絶縁層とする。SiO2 熱酸化膜は、緻密で
膜厚の制御が容易であり、しかも凹部先端部における内
側への成長作用により、SiO2 熱酸化膜で囲まれた逆
ピラミッド状空間の先端部をより尖鋭化させる。
For example, if a Si single crystal substrate is used as the auxiliary substrate and anisotropic etching is performed by utilizing the crystal orientation of this substrate, a highly accurate recess such as an inverted pyramid can be formed. Then, a SiO 2 thermal oxide film is formed on the surface including the inner surface of the recess of the auxiliary substrate, and this is used as the first insulating layer. The SiO 2 thermal oxide film is dense and its thickness can be easily controlled, and the inward growth of the tip of the recess makes the tip of the inverted pyramidal space surrounded by the SiO 2 thermal oxide film sharper. Let

【0023】請求項4に係る製造方法にしたがうと、最
終的に、エミッタ部は、先端部が尖鋭化された上述の逆
ピラミッド状空間を埋めるように設けられたエミッタ部
材層で形成されることになる。したがって、高精度で、
かつ尖鋭度が高く、形状の均一なエミッタ部を作製する
ことが可能となる。しかも、仕事関数の値が小さく、物
理的・化学的に安定な材料でエミッタ部を作製すること
ができるので、効率および耐久性を向上させることがで
きる。
According to the manufacturing method of the fourth aspect, finally, the emitter section is formed of the emitter member layer provided so as to fill the above-mentioned inverted pyramidal space having the sharpened tip. become. Therefore, with high accuracy,
In addition, it is possible to manufacture an emitter portion having a high sharpness and a uniform shape. Moreover, since the emitter portion can be made of a physically and chemically stable material having a small work function value, efficiency and durability can be improved.

【0024】なお、エミッタ部材層を形成する工程にお
いて、補助基板の表面上に形成された第1の絶縁層の露
出している一方の面上に仕事関数が小さく、かつ物理的
・化学的に安定な材料からなる表材層を形成し、続いて
表材層の露出している面上に表材層を構成している材料
より固有抵抗の大きい材料からなる芯材層を形成するよ
うにすると、前述のように各エミッタ部へ流れる電流を
バランスさせる機能を備えたものを製造できる。
In the step of forming the emitter member layer, the work function is small on one exposed surface of the first insulating layer formed on the surface of the auxiliary substrate, and physically and chemically. Form a surface material layer made of a stable material, and then form a core material layer made of a material having a larger specific resistance than the material forming the surface material layer on the exposed surface of the surface material layer. Then, as described above, it is possible to manufacture a device having a function of balancing the currents flowing to the respective emitters.

【0025】仕事関数が小さく、物理的・化学的に安定
な材料としては、W,Mo,Ta等を挙げることができ
る。これらの材料を使って、たとえばスパッタリング法
で表材層を形成した場合、成膜内の応力が大きいので、
厚膜にすることができないが、芯材層の付加によって、
実質的に緻密で、肉厚の厚いエミッタ部材層を形成する
ことができる。芯材層としては、固有抵抗の大きい材料
としてはルテニウム、カーボン、シリコンなどを用いる
ことができる。
Materials having a small work function and stable physically and chemically include W, Mo, Ta and the like. When these materials are used to form the surface material layer by, for example, the sputtering method, the stress in the film formation is large.
It is not possible to make a thick film, but by adding a core material layer,
Substantially dense and thick emitter member layers can be formed. For the core material layer, ruthenium, carbon, silicon or the like can be used as a material having a large specific resistance.

【0026】[0026]

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1(a) 〜(h) には本発明の一実施例に係る微小多
極真空管の製造プロセスが示されている。同図に基づい
て、この実施例に係る微小多極真空管の製造方法および
構造を説明する。なお、この図では1つの微小多極真空
管を取出して示しているが、実際には複数の微小多極真
空管をアレイ状に配列したものが作られる。
Embodiments will be described below with reference to the drawings. 1 (a) to 1 (h) show a manufacturing process of a micro multipole vacuum tube according to an embodiment of the present invention. The manufacturing method and structure of the micro multipole vacuum tube according to this embodiment will be described with reference to FIG. In this figure, one micro-multipolar vacuum tube is taken out and shown, but in reality, a plurality of micro-multipolar vacuum tubes are arranged in an array.

【0027】まず、図1(a) に示すように補助基板とし
てのSi単結晶基板11を用意し、このSi単結晶基板
11の片側表面に底部を尖らせた凹部12を形成する。
このような凹部12を形成する方法としては、Si単結
晶基板11への異方性エッチングを利用する。すなわ
ち、まず、p型で(100) 結晶面方位のSi単結晶基板1
1上に厚さ0.1 μmのSiO2 熱酸化膜をドライ酸化法
で形成し、この熱酸化膜上にフォトレジストをスピンコ
ート法で塗布する。次に、光ステッパを用いて、フォト
レジスト層にたとえば0.8 μm角の正方形開口部が得ら
れるよう露光、現像等のパターニングを行った後、露出
したSiO2 熱酸化膜をNH4 F・HF混合溶液によっ
てエッチングする。フォトレジストを除去した後、30w
t%KOH水溶液を用いて異方性エッチングを行い、図
1(a) に示すように、深さ0.56μmの逆ピラミッド状の
凹部12をSi単結晶基板11に形成する。
First, as shown in FIG. 1A, a Si single crystal substrate 11 as an auxiliary substrate is prepared, and a recess 12 having a sharp bottom is formed on one surface of the Si single crystal substrate 11.
As a method of forming such a recess 12, anisotropic etching on the Si single crystal substrate 11 is used. That is, first, a p-type Si single crystal substrate 1 having a (100) crystal plane orientation 1
An SiO 2 thermal oxide film having a thickness of 0.1 μm is formed on the substrate 1 by a dry oxidation method, and a photoresist is applied on the thermal oxide film by a spin coating method. Next, using an optical stepper, the photoresist layer is subjected to patterning such as exposure and development so that a square opening of, for example, 0.8 μm square is obtained, and then the exposed SiO 2 thermal oxide film is mixed with NH 4 F / HF. Etch with solution. 30w after removing photoresist
Anisotropic etching is performed using a t% KOH aqueous solution to form an inverted pyramidal recess 12 having a depth of 0.56 μm in the Si single crystal substrate 11 as shown in FIG.

【0028】次に、NH4 F・HF混合溶液を用いて、
残っているSiO2 酸化膜を除去する。次に、図1(b)
に示すように、凹部12の内面を含めてSi単結晶基板
11の表面上にSiO2 熱酸化膜(以後、単に第1の絶
縁層と呼称する。)13を形成する。この実施例では、
厚さ0.2 μmとなるように、第1の絶縁層13をドライ
酸化法で形成した。なお、第1の絶縁層13を形成する
に当たり、CVD法等によりSiO2 を堆積することに
よっても形成できるが、SiO2 熱酸化膜は緻密で厚さ
の制御も容易なうえ、凹部12の内側への成長作用によ
り、SiO2 熱酸化膜で囲まれた逆ピラミッド状空間の
先端部をより尖鋭化させるので好ましい。
Next, using a mixed solution of NH 4 F and HF,
The remaining SiO 2 oxide film is removed. Next, Fig. 1 (b)
As shown in, a SiO 2 thermal oxide film (hereinafter simply referred to as a first insulating layer) 13 is formed on the surface of the Si single crystal substrate 11 including the inner surface of the recess 12. In this example,
The first insulating layer 13 was formed by the dry oxidation method so as to have a thickness of 0.2 μm. When forming the first insulating layer 13, it can be formed by depositing SiO 2 by a CVD method or the like. However, the SiO 2 thermal oxide film is dense and the thickness can be easily controlled. It is preferable that the tip end portion of the inverted pyramid-like space surrounded by the SiO 2 thermal oxide film is made sharper by the growth action to the.

【0029】次に、第1の絶縁層13の露出している一
方の面上に、エミッタ部材層14の表層となる表材層1
5を、たとえばW,Mo,Ta等の層で形成する。これ
らの材料は仕事関数の値が小さく、物理的・化学的に安
定している。この実施例では表材層15となる厚さ0.2
μmのW層をスパッタリング法で形成した。次に、表材
層15の上に、エミッタ部材層14の芯材となる芯材層
16を表材層15の構成材より固有抵抗の大きいLu,
C,Si等で表面が平坦となる程度の厚さにスパッタリ
ング法で形成し、この芯材層16の上にITO等の導電
層17をスパッタリング法により、たとえば厚さ1 μm
となるように形成する。なお、この導電層17は芯材層
16の材質によっては省くことができ、その場合には芯
材層16がカソード電極層を兼ねることになる。
Next, on the exposed one surface of the first insulating layer 13, the surface material layer 1 to be the surface layer of the emitter member layer 14.
5 is formed of, for example, a layer of W, Mo, Ta or the like. These materials have small work functions and are physically and chemically stable. In this embodiment, the surface material layer 15 has a thickness of 0.2.
A μm W layer was formed by a sputtering method. Next, on the surface material layer 15, a core material layer 16 serving as a core material of the emitter member layer 14 is provided with Lu having a larger specific resistance than the constituent material of the surface material layer 15,
The core material layer 16 is formed by sputtering to a thickness such that the surface becomes flat with C, Si or the like, and the conductive layer 17 such as ITO is formed on the core material layer 16 by sputtering, for example, with a thickness of 1 μm.
To be formed. The conductive layer 17 can be omitted depending on the material of the core material layer 16, and in that case, the core material layer 16 also serves as the cathode electrode layer.

【0030】一方、図1(c) に示すように、構造基板と
して、背面に厚さ0.4 μmのAl層18をコートした厚
さ 1mmのパイレックスガラス基板19を用意し、この
ガラス基板19と導電層17とを接着する。この接着に
は、たとえば静電接着法を適用することもできる。静電
接着法は、最終的に出来上がった真空管の軽量化や薄型
化に寄与する。
On the other hand, as shown in FIG. 1 (c), a 1 mm thick Pyrex glass substrate 19 having a 0.4 μm thick Al layer 18 coated on its back surface is prepared as a structural substrate and is electrically connected to this glass substrate 19. The layer 17 is adhered. For this adhesion, for example, an electrostatic adhesion method can be applied. The electrostatic bonding method contributes to weight reduction and thickness reduction of the finally completed vacuum tube.

【0031】次に、図1(d) に示すように、ガラス基板
19の背面のAl層18をHNO3・CH3 COOH・
HFの混酸溶液で除去した後、エチレンジアミン・ピロ
カテコール・ピラジンから成る水溶液(エチレンジアミ
ン:ピロカテコール:ピラジン:水=75cc:12g :3mg
:10cc)でSi単結晶基板11のみをエッチング除去
し、第1の絶縁層13の他方の面を露出させる。この第
1の絶縁層13の他方の面の露出によって、表面が第1
の絶縁層13で覆われたピラミッド状の凸部20が突出
したものとなる。このピラミッド状の凸部20内は、前
述したエミッタ部材層14で形成されている。
Next, as shown in FIG. 1D, the Al layer 18 on the back surface of the glass substrate 19 is covered with HNO 3 .CH 3 COOH.
After removing with a mixed acid solution of HF, an aqueous solution consisting of ethylenediamine / pyrocatechol / pyrazine (ethylenediamine: pyrocatechol: pyrazine: water = 75cc: 12g: 3mg
: 10 cc) to remove only the Si single crystal substrate 11 by etching to expose the other surface of the first insulating layer 13. By exposing the other surface of the first insulating layer 13, the surface becomes the first surface.
The pyramid-shaped convex portion 20 covered with the insulating layer 13 of FIG. The inside of the pyramid-shaped convex portion 20 is formed by the emitter member layer 14 described above.

【0032】次に、図1(e) に示すように、第1の絶縁
層13の上に凸部20の形状に沿わせて、ゲート電極層
21となる厚さ0.2 μmのW層をスパッタリング法によ
って形成する。その後、ゲート電極層21の上に第2の
絶縁層22となる厚さ0.4 μmのSiO2 膜を電子ビー
ム蒸着法によって形成し、続いて第2の絶縁層22の上
にアノード電極層23となる厚さ0.3 μmのW層をスパ
タリング法によって形成する。続いて、アノード電極層
23の上にフォトレジスト24をスピンコート法で約0.
3 μm厚程度、つまりピラミッド状部分の先端が隠れる
程度の厚さに塗布する。
Next, as shown in FIG. 1 (e), a W layer having a thickness of 0.2 μm to be the gate electrode layer 21 is sputtered on the first insulating layer 13 along the shape of the protrusion 20. Form by the method. Then, a 0.4 μm-thick SiO 2 film to be the second insulating layer 22 is formed on the gate electrode layer 21 by an electron beam evaporation method, and then an anode electrode layer 23 is formed on the second insulating layer 22. A W layer having a thickness of 0.3 μm is formed by a sputtering method. Subsequently, a photoresist 24 is spin-coated on the anode electrode layer 23 to a thickness of about 0.
It is applied to a thickness of about 3 μm, that is, a thickness such that the tip of the pyramidal part is hidden.

【0033】次に、図1(f) に示すように、酸素プラズ
マによるドライエッチングを行い、ピラミッド状部分の
先端部が0.4 μm程現れるように、フォトレジスト24
をエッチング除去する。
Next, as shown in FIG. 1 (f), dry etching is carried out by oxygen plasma so that the photoresist 24 is exposed so that the tip of the pyramid-shaped portion is exposed to about 0.4 μm.
Are removed by etching.

【0034】次に、図1(g) に示すように、反応性イオ
ンエッチングにより、アノード電極層23におけるピラ
ミッド先端部を構成している部分を除去し、この部分に
開口部25を設ける。
Next, as shown in FIG. 1 (g), the portion of the anode electrode layer 23 forming the tip of the pyramid is removed by reactive ion etching, and an opening 25 is formed in this portion.

【0035】次に、フォトレジスト24を除去した後、
NH4 F・HF混合溶液を用い、第2の絶縁層22で開
口部25の下に位置する部分およびその周辺に位置する
部分を除去する。次に、フォトレジストを再び塗布す
る。そして、ゲート電極層21で開口部25の下に位置
する部分が0.2 μm程度現れるように上記フォトレジス
トを酸素プラズマによるドライエッチングで除去し、第
1の絶縁層13における開口部25の下に位置する部分
を露出させる。
Next, after removing the photoresist 24,
A portion of the second insulating layer 22 located below the opening 25 and a portion located around the opening 25 are removed using a mixed solution of NH 4 F and HF. Next, the photoresist is applied again. Then, the photoresist is removed by dry etching using oxygen plasma so that a portion of the gate electrode layer 21 located under the opening 25 is exposed by about 0.2 μm, and the photoresist is located under the opening 25 in the first insulating layer 13. Expose the part to be exposed.

【0036】次に、フォトレジストを除去し、続いてN
4 F・HF混合溶液を用い、第1の絶縁層13におけ
る露出部分を除去し、図1(h) に示すように、凸部20
内に存在しているピラミッド状のエミッタ部材層14、
つまりエミッタ部26の先端部を露出させる。
Next, the photoresist is removed, followed by N
The exposed portion of the first insulating layer 13 was removed by using a mixed solution of H 4 F and HF, and as shown in FIG.
A pyramidal emitter member layer 14 present therein,
That is, the tip of the emitter 26 is exposed.

【0037】これらの一連の工程によって、先端部が尖
鋭な凸状のエミッタ部26を有するエミッタ部材層14
と、このエミッタ部材層14のエミッタ部26が突出し
ている側の表面上でエミッタ部26の先端部を除く部分
に設けられた第1の絶縁層13と、この第1の絶縁層1
3の上に設けられ、第1の絶縁層13を介してエミッタ
部26を囲む部分がエミッタ部26の周面部に沿った先
細りの筒状に形成されてなるゲート電極層21と、この
ゲート電極層21の上に設けられた第2の絶縁層22
と、この第2の絶縁層22の上に設けられ、第2の絶縁
層22、ゲート電極層21および第1の絶縁層13を介
してエミッタ部26を囲む部分がエミッタ部26の周面
部に沿った先細りの筒状に形成されてなるアノード電極
層23とを備え、エミッタ部26の先端から見通せる立
体角内にゲート電極層21およびアノード電極層23の
前記筒状に形成された部分の少なくとも先端部内周面が
それぞれ露出状態に位置している微小多極真空管が形成
されたことになる。
Through these series of steps, the emitter member layer 14 having the protruding emitter portion 26 having a sharp tip is formed.
And a first insulating layer 13 provided on the surface of the emitter member layer 14 on the side where the emitter section 26 protrudes, excluding the tip of the emitter section 26, and the first insulating layer 1
And a gate electrode layer 21 in which a portion surrounding the emitter portion 26 via the first insulating layer 13 is formed in a tapered cylindrical shape along the peripheral surface portion of the emitter portion 26, and the gate electrode layer 21. Second insulating layer 22 provided on the layer 21
And a portion which is provided on the second insulating layer 22 and surrounds the emitter section 26 with the second insulating layer 22, the gate electrode layer 21 and the first insulating layer 13 interposed therebetween is a peripheral surface section of the emitter section 26. And a portion of the gate electrode layer 21 and the anode electrode layer 23 formed in the tubular shape within a solid angle that can be seen from the tip of the emitter section 26. This means that the minute multi-pole vacuum tube in which the inner peripheral surface of the tip portion is located in the exposed state is formed.

【0038】図2には、図1(h) に示す工程を終了した
時点におけるエミッタ部26の近傍を一部切欠した斜視
図が示されている。そして、このようにして形成された
微小多極真空管は、真空雰囲気内に収容されて使用され
る。
FIG. 2 is a perspective view in which the vicinity of the emitter section 26 is partially cut away at the time when the step shown in FIG. 1 (h) is completed. The micro-multipolar vacuum tube thus formed is used by being housed in a vacuum atmosphere.

【0039】このように、上記実施例に係る微小多極真
空管では、まず補助基板としてのSi単結晶基板11に
異方性エッチングによって凹部12を形成し、その後に
凹部12を含むSi単結晶基板11の表面にSiO2
酸化膜からなる第1の絶縁層13を形成し、この第1の
絶縁層13の表面上にエミッタ部材層14を形成してい
る。このため、凹部12の形状に応じたエミッタ部26
を再現性良く形成することができる。さらに、上述した
異方性エッチングによる形状再現性は勿論のこと、Si
2 熱酸化膜からなる第1の絶縁層13による凹部12
の内側空間への成長作用により、先端部が鋭く尖り、か
つ高さの均一性に優れたピラミッド状のエミッタ部26
を安定して形成することができる。したがって、電界放
射効率の向上および各エミッタ部26の電界放射効率の
均一性を向上させることができる。
As described above, in the micromultipole vacuum tube according to the above-mentioned embodiment, first, the recess 12 is formed in the Si single crystal substrate 11 as the auxiliary substrate by anisotropic etching, and then the Si single crystal substrate including the recess 12 is formed. A first insulating layer 13 made of a SiO 2 thermal oxide film is formed on the surface of 11, and an emitter member layer 14 is formed on the surface of the first insulating layer 13. Therefore, the emitter portion 26 corresponding to the shape of the recess 12 is formed.
Can be formed with good reproducibility. In addition to the shape reproducibility due to the anisotropic etching described above,
Recess 12 by first insulating layer 13 made of O 2 thermal oxide film
Of the pyramid-shaped emitter portion 26 with a sharp tip and excellent height uniformity due to the growth action of
Can be stably formed. Therefore, the field emission efficiency and the uniformity of the field emission efficiency of each emitter 26 can be improved.

【0040】また、ゲート電極層21におけるエミッタ
部26を囲んでいる部分を、エミッタ部26の周面部に
沿って先細りとなる筒状に形成しているので、第1の絶
縁層13の厚みを調整することによって、ゲートをエミ
ッタに十分近付けることができるとともにゲート・エミ
ッタ間の距離を正確に設定できる。このため、電界放出
効率を向上させることが可能となる。
Further, since the portion of the gate electrode layer 21 that surrounds the emitter portion 26 is formed in a tapered cylindrical shape along the peripheral surface portion of the emitter portion 26, the thickness of the first insulating layer 13 is reduced. By adjusting, the gate can be brought sufficiently close to the emitter and the distance between the gate and the emitter can be accurately set. Therefore, it is possible to improve the field emission efficiency.

【0041】また、アノード電極層23についても、エ
ミッタ部26を囲んでいる部分を、エミッタ部26の周
面部に沿って先細りとなる筒状に形成しているので、第
2の絶縁層22の厚みを調整することによって、ゲート
・アノード間距離およびエミッタ・アノード間距離を正
確に設定できる。
Also, with respect to the anode electrode layer 23, the portion surrounding the emitter portion 26 is formed in a cylindrical shape which is tapered along the peripheral surface portion of the emitter portion 26, so that the second insulating layer 22 is formed. By adjusting the thickness, the gate-anode distance and the emitter-anode distance can be set accurately.

【0042】また、上記形状を採用しているので、エミ
ッタ部26の先端延長線にアノード電極層23を十分に
近付けることができ、これによってエミッタ部26から
放出された電子流を受ける部分の面積を広くできる。し
たがって、アノードの熱破壊を防止でき、耐久性を向上
させることができるばかりか、エミッタから放出された
電子流のうち、ゲートに向かう分の割合を少なくできる
ので、効率を向上させることができる。上述した説明か
ら判るように、アノード電極層23に設けられる開口部
25の径は小さい程よい。その程度としては、図3に示
すように、エミッタ部26における基部の径をD1
し、開口部25の内径をD2 としたとき、D2 /D1
0.8 を満たす関係、特にD2 /D1 <0.5 を満たすこと
が好ましい。
Further, since the above-described shape is adopted, the anode electrode layer 23 can be brought sufficiently close to the extension line of the tip of the emitter section 26, whereby the area of the portion for receiving the electron flow emitted from the emitter section 26. Can be widened. Therefore, not only the thermal destruction of the anode can be prevented and the durability can be improved, but also the ratio of the electron flow emitted from the emitter toward the gate can be reduced, so that the efficiency can be improved. As can be seen from the above description, the smaller the diameter of the opening 25 provided in the anode electrode layer 23, the better. As shown in FIG. 3, when the diameter of the base portion of the emitter portion 26 is D 1 and the inner diameter of the opening portion 25 is D 2 , D 2 / D 1
It is preferable to satisfy the relationship of 0.8, particularly D 2 / D 1 <0.5.

【0043】また、エミッタ部材層14を表材層15と
芯材層16との複合構成としているので、エミッタに要
求される特性を満たす材料の使用が可能となる。すなわ
ち、実施例のように、表材層15として仕事関数が小さ
く、物理的・化学的に安定な材料の使用が可能となる。
また、実施例のように、表材層15の構成材より固有抵
抗の大きい材料で芯材層16を形成すると、この芯材層
16によって各エミッタ部26へ流れる電流をバランス
させることができる。すなわち、アレイ化したときに特
定のエミッタ部26に電流が集中して流れようとする
と、芯材層16における上記特定のエミッタ部に対応す
る部分での電圧降下が自動的に大きくなり、この結果と
して特定のエミッタ部への電流集中が緩和される。した
がって、アレイ化されている各微小多極真空管を安定に
動作させることができるとともに電流集中によって起こ
る熱破壊の発生を防止できる。
Further, since the emitter member layer 14 has a composite structure of the surface material layer 15 and the core material layer 16, it is possible to use a material satisfying the characteristics required for the emitter. That is, as in the embodiment, it is possible to use a physically and chemically stable material having a small work function as the surface material layer 15.
Further, when the core material layer 16 is formed of a material having a larger specific resistance than the constituent material of the surface material layer 15 as in the embodiment, the core material layer 16 can balance the currents flowing to the respective emitter portions 26. That is, when an electric current is attempted to flow in a specific emitter portion 26 when arrayed, the voltage drop in the portion of the core material layer 16 corresponding to the specific emitter portion automatically increases, and as a result, As a result, the concentration of current on a specific emitter section is alleviated. Therefore, it is possible to stably operate each of the arrayed minute multi-electrode vacuum tubes and prevent the occurrence of thermal breakdown caused by current concentration.

【0044】なお、上述した実施例においては、エミッ
タ部26をピラミッド形に形成しているが、電流容量を
持たせようとするときには、図4に示すように、エミッ
タ部26aを屋根形に形成するとよい。このような形状
は、Si単結晶補助基板に異方性エチング処理を施すと
きに、マスクの開口部形状を長方形に設定することによ
って実現できる。また、第1の絶縁層13とゲート電極
層21との間にボロンを含む半導体層を介在させ、Si
単結晶補助基板をエッチングで除去するときに上記半導
体層をエッチング停止層として使用してもよい。
Although the emitter 26 is formed in a pyramid shape in the above-described embodiment, when it is desired to have a current capacity, the emitter 26a is formed in a roof shape as shown in FIG. Good to do. Such a shape can be realized by setting the shape of the opening of the mask to a rectangle when performing the anisotropic etching process on the Si single crystal auxiliary substrate. Further, a semiconductor layer containing boron is interposed between the first insulating layer 13 and the gate electrode layer 21,
The semiconductor layer may be used as an etching stop layer when the single crystal auxiliary substrate is removed by etching.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電界放出効率が高く、アレイ化したときの均一性を満た
すことができ、アレイ化したときの動作の信頼性および
耐久性を向上させることができる。
As described above, according to the present invention,
The field emission efficiency is high, the uniformity when arrayed can be satisfied, and the reliability and durability of the operation when arrayed can be improved.

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

【図1】本発明の一実施例に係る微小多極真空管の製造
プロセスを説明するための図
FIG. 1 is a diagram for explaining a manufacturing process of a micro multipole vacuum tube according to an embodiment of the present invention.

【図2】同製造プロセスを経て製造された微小多極真空
管を一部切欠して示す斜視図
FIG. 2 is a perspective view showing a partially cutaway micromultipolar vacuum tube manufactured through the manufacturing process.

【図3】同製造プロセスを経て製造された微小多極真空
管の拡大縦断面図
FIG. 3 is an enlarged vertical cross-sectional view of a micro multipole vacuum tube manufactured through the manufacturing process.

【図4】エミッタ部の別の形状を示す斜視図FIG. 4 is a perspective view showing another shape of the emitter section.

【図5】従来の微小多極真空管の製造プロセスの一例を
説明するための図
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of a conventional manufacturing process of a micro multipole vacuum tube.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…補助基板 12…凹部 13…第1の絶縁層 14…エミッタ部
材層 15…表材層 16…芯材層 17…導電層 20…凸部 21…ゲート電極層 22…第2の絶縁
層 23…アノード電極層 25…開口部 26,26a…エミッタ部
11 ... Auxiliary substrate 12 ... Recess 13 ... 1st insulating layer 14 ... Emitter member layer 15 ... Surface material layer 16 ... Core material layer 17 ... Conductive layer 20 ... Convex part 21 ... Gate electrode layer 22 ... Second insulating layer 23 ... Anode electrode layer 25 ... Openings 26, 26a ... Emitter section

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】先端部が尖鋭な凸状のエミッタ部を有する
エミッタ部材と、このエミッタ部材の前記エミッタ部が
突出している側の表面上で前記エミッタ部の先端部を除
く部分に設けられた第1の絶縁層と、この第1の絶縁層
の上に設けられ、上記第1の絶縁層を介して前記エミッ
タ部を囲む部分が上記エミッタ部の周面部に沿った先細
りの筒状に形成されてなるゲート電極層と、このゲート
電極層の上に設けられた第2の絶縁層と、この第2の絶
縁層の上に設けられ、上記第2の絶縁層、前記ゲート電
極層および前記第1の絶縁層を介して前記エミッタ部を
囲む部分が上記エミッタ部の周面部に沿った先細りの筒
状に形成されてなるアノード電極層とを具備し、前記エ
ミッタ部の先端から見通せる立体角内に前記ゲート電極
層および前記アノード電極層の前記筒状に形成された部
分の少なくとも先端部内周面がそれぞれ露出状態に位置
していることを特徴とする微小多極真空管。
1. An emitter member having a tip-shaped sharp emitter portion, and an emitter member provided on a portion of the surface of the emitter member on which the emitter portion protrudes except the tip portion of the emitter portion. A first insulating layer and a portion provided on the first insulating layer and surrounding the emitter section with the first insulating layer interposed therebetween are formed in a tapered cylindrical shape along a peripheral surface section of the emitter section. And a second insulating layer provided on the gate electrode layer, and the second insulating layer, the gate electrode layer, and the second insulating layer provided on the second insulating layer. A portion surrounding the emitter portion via a first insulating layer, and an anode electrode layer formed in a tapered cylindrical shape along the peripheral surface portion of the emitter portion, and a solid angle which can be seen from the tip of the emitter portion. The gate electrode layer and the anode Micro multipolar vacuum tube, characterized in that at least the tip portion inner peripheral surface of the cylindrical shape portion formed of the cathode electrode layer is located in each exposure condition.
【請求項2】前記エミッタ部における基部の径をD1
し、前記アノード電極層における前記筒状の部分の先端
部内径をD2 としたとき、D2 /D1 ≦0.8 を満たして
いることを特徴とする請求項1に記載の微小多極真空
管。
Wherein the diameter of the base portion of the emitter section and D 1, when the tip inner diameter of the tubular portion in the anode electrode layer and a D 2, it meets D 2 / D 1 ≦ 0.8 The micromultipole vacuum tube according to claim 1, wherein
【請求項3】前記エミッタ部材は、仕事関数が小さく、
かつ物理的・化学的に安定な材料で形成された表材層と
上記表材層の構成材料より固有抵抗の大きい材料で形成
された芯材層との複合構成に形成されていることを特徴
とする請求項1に記載の微小多極真空管。
3. The work function of the emitter member is small,
In addition, it is characterized by being formed into a composite structure of a surface material layer formed of a physically and chemically stable material and a core material layer formed of a material having a larger specific resistance than the constituent material of the surface material layer. The micro multipole vacuum tube according to claim 1.
【請求項4】補助基板に低部を尖らせた凹部を設ける工
程と、前記凹部の内面を含む前記補助基板の表面に第1
の絶縁層を設ける工程と、前記第1の絶縁層の露出して
いる一方の面上にエミッタ部材層を形成する工程と、前
記補助基板を除去して前記第1の絶縁層の他方の面を露
出させる工程と、前記第1の絶縁層の前記他方の面上に
ゲート電極層を形成する工程と、前記ゲート電極層の露
出している面上に第2の絶縁層を形成する工程と、前記
第2の絶縁層の露出している面上にアノード電極層を形
成する工程と、前記凹部に起因して前記エミッタ部材層
に形成された凸部をエミッタ部とし、前記第1の絶縁
層、前記ゲート電極層、前記第2の絶縁層および前記ア
ノード電極層の上記エミッタ部を覆っている部分を対象
にして、上記各層が上記エミッタ部の周面部に沿って上
記エミッタ部を先細りの筒状に囲み、かつ上記エミッタ
部の先端から見通せる立体角内に上記ゲート電極層およ
び上記アノード電極層の上記筒状部分の少なくとも先端
部内周面がそれぞれ露出状態に位置するように上記各層
の一部をそれぞれ除去する工程とを具備してなることを
特徴とする3極真空管の製造方法。
4. A step of providing a recess having a sharpened lower portion on the auxiliary substrate, and a first step on a surface of the auxiliary substrate including an inner surface of the recess.
Providing an insulating layer, forming an emitter member layer on one exposed surface of the first insulating layer, and removing the auxiliary substrate to the other surface of the first insulating layer. Exposing, a step of forming a gate electrode layer on the other surface of the first insulating layer, and a step of forming a second insulating layer on the exposed surface of the gate electrode layer. The step of forming an anode electrode layer on the exposed surface of the second insulating layer, and the convex portion formed in the emitter member layer due to the concave portion as an emitter portion, Layer, the gate electrode layer, the second insulating layer, and the anode electrode layer covering the emitter portion, the layers taper the emitter portion along the peripheral surface portion of the emitter portion. Enclosed in a cylinder and can be seen from the tip of the emitter section. And a step of removing a part of each of the layers so that at least the inner peripheral surfaces of the distal end portions of the cylindrical portions of the gate electrode layer and the anode electrode layer are exposed in a solid angle. And a method for manufacturing a triode vacuum tube.
【請求項5】前記エミッタ部材層を形成する工程は、前
記補助基板の表面上に形成された前記第1の絶縁層の露
出している一方の面上に仕事関数が小さく、かつ物理的
・化学的に安定な材料からなる表材層を形成する工程
と、前記表材層の露出している面上に上記表材層を構成
している材料より固有抵抗の大きい材料からなる芯材層
を形成する工程とを含んでいることを特徴とする請求項
4に記載の微小多極真空管の製造方法。
5. The step of forming the emitter member layer has a small work function on one exposed surface of the first insulating layer formed on the surface of the auxiliary substrate, and a physical / physical A step of forming a surface material layer made of a chemically stable material, and a core material layer made of a material having a larger specific resistance than the material forming the surface material layer on the exposed surface of the surface material layer. 5. The method for manufacturing a micromultipole vacuum tube according to claim 4, further comprising:
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