JPH07282715A - 電界エミッタを含む装置 - Google Patents

電界エミッタを含む装置

Info

Publication number
JPH07282715A
JPH07282715A JP7072173A JP7217395A JPH07282715A JP H07282715 A JPH07282715 A JP H07282715A JP 7072173 A JP7072173 A JP 7072173A JP 7217395 A JP7217395 A JP 7217395A JP H07282715 A JPH07282715 A JP H07282715A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
emitter
substrate
diamond
cathode
given
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP7072173A
Other languages
English (en)
Inventor
Chang-Beom Eom
イオム チャン−ベオム
Sungho Jin
ジン サンゴー
Gregory Peter Kochanski
ピーター コチャンスキー グレゴリー
Mark Thomas Mccormack
トーマス マッコーマック マーク
Yiu-Huen Wong
ワン イー−フェン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AT&T Corp
Original Assignee
American Telephone and Telegraph Co Inc
AT&T Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by American Telephone and Telegraph Co Inc, AT&T Corp filed Critical American Telephone and Telegraph Co Inc
Publication of JPH07282715A publication Critical patent/JPH07282715A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/30Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304Field-emissive cathodes
    • H01J1/3042Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/304Field emission cathodes
    • H01J2201/30403Field emission cathodes characterised by the emitter shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/304Field emission cathodes
    • H01J2201/30446Field emission cathodes characterised by the emitter material
    • H01J2201/30453Carbon types
    • H01J2201/30457Diamond

Landscapes

  • Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電界エミッタを含む装置を提供する。 【構成】 電界放出表示装置用の新しく有利な陰極構造
が、明らかにされている。与えられた画素は、支持(1
41)上の複数の空間的に離れたエミッタ基体(14
7)を含む。与えられたエミッタ基体は、ダイヤモンド
又は希土類ホウ化物を含み、エミッタ基体からの電子放
出を容易にする比較的鋭い形状を有する。たとえば、エ
ミッタ基体は、その場成長ダイヤモンドを含むか、支持
上に置かれたあらかじめ存在したダイヤモンド粒子を含
む。そのようなエミッタ基体は一般に、容易に供給で
き、低価格で、典型的な場合、点及び端部のような自然
に発生した鋭い形状を有する。出願人はまた、厚さ30
nmかそれ以下の適切に成長した希土類ホウ化物薄膜
は、エミッタ基体からの電子放出を本質的に改善するこ
とを発見し、本発明のいくつかの好ましい実施例は、エ
ミッタ基体上に、たとえばLaB6 の薄い層を含む陰極
構造を含む。本発明に従う陰極作製法の例も、明らかに
されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】
【本発明の分野】本発明は装置、典型的な場合、電界エ
ミッタを含む装置に係り、エミッタは典型的な場合、ダ
イヤモンド又は希土類(RE)ホウ化物を含む。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
【本発明の背景】平板パネル電界放出表示は、知られて
いる。たとえば、シー・エイ・スピント(C. A. Spind
t)ら、アイ・イーイーイー・トランスアクションズ・
オン・エレクトロン・デバイシズ(IEEE Transactions
on Electron Devices) 第36(1)巻、225頁を参
照のこと。従来技術の表示は典型的な場合、鋭い尖端の
金属電子エミッタ、たとえば、数十ナノメータオーダー
の尖端径を有するMo錐を含む。しかし、そのようなエ
ミッタはたとえば、しばしば尖端に損傷を与え、熱的破
壊を起しうる局所的なアーク放電が発生するため、多く
の用途に対して、十分耐えられない。アークは典型的な
場合、たとえば表面からの気体の脱離(恐らく、酸化物
の分解等も)により起り、局所的なガス圧を、アークの
開始を維持するレベルに、上昇させる。エミッタの損傷
はまた、強い温度勾配及び典型的な場合励起されたエミ
ッタ中に存在する電界の存在から生じるエミッタ尖端に
向っての質量輸送からも生じる。質量輸送は尖端径を増
し、与えられた電圧における尖端からの放出電流を、減
少させる。
【0003】米国特許第5,129,850号 は、導電性/半導
電性材料の適切に整形された表面上に配置されたダイヤ
モンド材料の被覆を有する電界エミッタを、明らかにし
ている。エミッタは、ダイヤモンド形成のための核生成
位置を生成させるため、適切に整形された基板表面中へ
の炭素の注入、ダイヤモンドの形成、ダイヤモンド上へ
の導電層の配置及び基板の除去を含むプロセスによっ
て、形成される。
【0004】米国特許第5,138,237号 は、ダイヤモンド
を含むエミッタを含む電界エミッタを、明らかにしてい
る。与えられたエミッタのダイヤモンド基体は、あらか
じめ堆積させた薄膜を、選択的にエッチングすることに
より、形成される。
【0005】エヌ・クマール(N. Kumar)ら、エス・ア
イ・ディー ダイジェスト(SID Digest)1009−1011頁
は、アモルファスダイヤモンド薄膜に基く電界放出表示
を、明らかにしている。薄膜はレーザ削摩により形成さ
れ、(構造のない)ダイヤモンド薄膜の電界放出特性
は、堆積プロセス及び条件に、強く依存する。
【0006】ダイヤモンドは電界放出手段として望まし
い特性を有する。しかし、そのような手段としてダイヤ
モンドを用いる従来技術の方式は、欠点をもつ。たとえ
ば、上で引用した米国特許の方式は複雑で、難しいダイ
ヤモンドエッチング工程を含む。他方、クマール(Kuma
r) らの方式は、作製条件に、強く依存する。そのよう
な強い依存性は、典型的な場合、望ましくない。
【0007】従来技術の手段がもつ欠点がないか、少く
とも少い作製容易な改善された電界放出手段を実現する
ことは、非常に望ましい。本明細書は、そのような手段
を明らかにしている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
【本発明の要約】本発明は、特許請求の範囲により規定
される。広義には、本発明は新しい多画素陰極を含む改
善された電界放射表示装置で実施される。陰極の与えら
れた画素は、支持上の複数の空間的に分離されたエミッ
タ基体を含む。与えられた画素のエミッタ基体の与えら
れた1つは、ダイヤモンド及びRE基体(たとえばLa
6 )から成るグループから選択された材料を含み、エ
ミッタ基体からの電子放出を容易にする比較的鋭い(端
部又は尖端)形状を有する。ダイヤモンド及びRE基体
の両方が、高い融点をもち、共有結合で、従って非常に
安定である。
【0009】エミッタ基体は、必ずしも必要ではない
が、典型的な場合、外部電流源からエミッタ基体に電流
を流しやすくする導電性材料に、接触している。比較的
鋭い形状は、典型的な場合、自然に生じる(すなわち、
たとえばエッチング又は他の整形プロセスによって、形
成されるのではない)が、典型的な場合粒子を支持手段
に置く前に、適当なプロセスにより、形成するか増して
もよい。たとえば、ダイヤモンド単結晶はたとえば化学
気相堆積により、多面体ダイヤモンド粒子上に成長させ
られる。
【0010】上で述べた新しい陰極に加え、装置は典型
的な場合、陰極から空間的に分離された光放出手段(典
型的な場合、螢光体)、陽極及び陰極間に配置されたゲ
ート、電子が少くともいくつかのエミッタ基体から放出
され、光放出手段上に入射するように、陰極及びゲート
間に電圧を供給するための手段を含む。装置の後者の形
状は、従来のものでよい。
【0011】
【実施例】
【いくつかの好ましい実施例の詳細な記述】本発明の重
要な特徴は、本発明に従う表示の陰極の与えられた画素
中に、複数の(典型的な場合、数百あるいは数千の)別
々の本質的に無秩序に配置されたダイヤモンド・エミッ
タが存在することで、それらはたとえば、その場成長の
ダイヤモンド“アイランド”又はあらかじめ存在した粒
子、典型的な場合ダイヤモンド粒子又はRE基体粒子で
ある。いずれの場合も、エミッタ基体はエミッタ基体及
び陽極間で電流が流れるよう、適切な回路に結合されて
いる。結合は、導電性材料との接触又は容量的に行え
る。当業者は、容量性結合の場合、基本的な電流路は容
量性であるが、(基体から放出される電子と置き代るた
めに)エミッタ基体への導電電流を維持する手段を、設
けなければならないことを、認識するであろう。そのよ
うな手段は、しばしば“漏れの多い”誘電体と呼ばれ
る。そのような材料は、たとえば106 −109 Ω・cm
の範囲の抵抗率を有する。全部でなくとも、多くのエミ
ッタ基体は、印加電界に応答して、電子放出を容易にす
る比較的鋭い形状(端面又は尖端)をもつ。エミッタ基
体は一般に空間的に離れているが、それらのいくつかが
接触することは、除外されない。典型的な場合、画素面
積の約80%(しばしば50%未満)が、エミッタ基体
により、占められる。
【0012】図1は(100)シリコン基板上に、(メ
タン/水素ガス混合物を用いた)プラズマ促進化学気相
堆積により、その場成長させたダイヤモンド・アイラン
ドを示すSEM顕微鏡写真である。明らかにわかるよう
に、アイランドは典型的な場合、比較的一様な寸法及び
高さの他面形をもち、本質的に無秩序に配置されてい
る。アイランドの本質的な割合は、自然に比較的鋭い形
状になる。この特徴は、図1の一部を拡大して示す図2
により、更に示されている。顕微鏡写真は、鋭く点にな
った粒子を示し、点は数十ナノメータの曲率半径を有す
る。
【0013】ダイヤモンド・アイランドの比較的一様な
寸法及び高さは(市販のダイヤモンド粒子と同様で)、
平板表示構成を容易にする有利な特徴である。具体的に
は、従来用いられてきたリソグラフィプロセスの代り
に、(以下で述べる)便利な平坦化法を用いて、陰極/
ゲート形成を容易にする。
【0014】図3−図5は本発明に従う陰極構造の適切
な一部分を、概略的に描いたものである。図3におい
て、数字(30)はたとえば(100)面Siウエハの
ような、適当な基板をさし、数字(31−33)はそれ
ぞれ3つの画素をさす。各画素は、導電性材料(たとえ
ば311)と接触した複数のその場成長ダイヤモンド粒
子(たとえば312)を含む。図4において、数字(4
0)は適切な基板(たとえばガラス板)をさし、数字
(41−43)はそれぞれ3つの画素をさす。各画素は
導電層(たとえば411)を含み、それはその中に埋め
込まれ、それから突き出した複数のあらかじめ存在する
ダイヤモンド粒子(たとえば412)を含む。図5は簡
単にするため、単一の画素のみを示す。画素は導電材料
(52)を含み、それはその中に完全に埋め込まれたい
くつかのあらかじめ存在したダイヤモンド粒子(たとえ
ば532)を有し、ダイヤモンド粒子(たとえば53
1)のいくつかは、その中に埋め込まれ、それから突き
出している。
【0015】当業者は、他の実施例において、漏れの多
い誘電体は、導電材料(たとえば311,411,5
2)で置きかえてもよく、導電材料の層は、基板(たと
えば30,40)と漏れの多い誘電体の間にはさまれる
ことを、認識するであろう。更に、もし基板がSiウエ
ハ又は他の適当な半導体基体なら、別の導電体層は必要
ではない。なぜなら、半導体基体は画素間の分離ととも
に、伝導性とするため、ドープすることが可能だからで
ある。たとえば、n形Siウエハは画素を規定するp形
ストライプを作るため、イオン注入ドープできる。得ら
れたp−n接合は、周知の方式で、画素間の分離をする
ことができる。
【0016】平板パネル表示デバイスは、典型的な場
合、数千の画素を含む。たとえば、一画素の寸法は10
0μm×100μmで、エミッタ基体(たとえばダイヤ
モンド粒子)は、たとえば約1μmのサイズで、典型的
な場合0.1−20μmの範囲にある。下限より小さな
粒子は、典型的な場合、プロセスが困難である。寸法の
上限は典型的な場合、画素寸法と各画素は複数の励起可
能なエミッタ基体を含むという必要条件により決る。こ
こで対象とする型の多面体粒子の“寸法”は、粒子の体
積に等しい球の直径である。
【0017】図3−図5において、陰極回路の詳細は、
示されていない。この回路は従来のものでよい。たとえ
ば、米国特許第5,283,500号 を参照のこと。
【0018】本発明に従うダイヤモンドエミッタ基体
は、適切なダイヤモンド成長プロセス(たとえば化学気
相堆積、フレーム堆積、高温フィラメント技術)によ
り、基板上にその場成長されるアイランドでよい。基板
上へのダイヤモンド薄膜の成長は、基板の核位置で始ま
り、ダイヤモンドアイランドの形成を生じ、それはもし
堆積が十分長く続くなら、連続した多結晶ダイヤモンド
薄膜に、合体することが、知られている。しかし、成長
条件は、複数のアイランドが連続薄膜には合体せず、複
数の空間的に分離された本質的に結晶性(すなわちΔP
3 −支配)の多面体ダイヤモンド薄膜が形成されるよう
に、選択できる。“ΔP3 −支配”という用語は、アイ
ランドの材料が本質的に四面体配位の共有結合ダイヤモ
ンド構造を、意味する。
【0019】成長条件を選択する重要な視点は、適切な
密度の核生成位置が形成されるように、基板表面を準備
することである。この準備は、たとえばダイヤモンド砂
による研摩のような、適切な方法で行える。たとえば、
準備条件は適切な範囲0.1−2.08 /cm2 の核生成
位置密度を生じるように、選択される。核生成位置の形
成速度は、典型的な場合、用いるプロセスの詳細に依存
するから、一般的に適用できるプロセスパラメータ範囲
を引用することは、不可能である。しかし、適切な核生
成位置の密度を生じるプロセスパラメータを決るための
日常的な実験は、典型的な場合、少量必要とされるだけ
である。
【0020】基板表面の準備後、ダイヤモンド・アイラ
ンドを、基板上に成長させる。成長は典型的な場合、ア
イランドが本質的に合体し、複数の空間的に分離され
た、多面体ダイヤモンドが基板上に生じる前に、停止さ
せる。すべてではないが、アイランドの多くは、自然に
比較的鋭い形状をもち、少なくともある程度のアイラン
ドは、鋭い形状が粒子からの電子の放出を容易にするよ
うな方向をもつ。必要に応じて、アイランドは基板のあ
らかじめ決められた領域中に、画素の所望のアレイが生
じるように形成される。そのようなパターン化された堆
積は、たとえば適当なマスクにより、容易に実現され
る。あるいは、アイランドの均一な分布を、基板上に形
成し、続いて所望の画素アレイを生じるように、パター
ン形成する。隣接するアイランド間の平均距離は、少く
とも平均したアイランド寸法の半分、好ましくは後者に
等しいかそれ以上である。アイランド間の間隔は、アイ
ランドへの導電路の形成を容易にし、そのことはアイラ
ンドへの電流供給を、容易にする。上の注意点は、あら
かじめ存在するダイヤモンド粒子又は希土類ホウ化物粒
子にも、等しくあてはまる。
【0021】エミッタ基体のその場成長は、本発明に従
う陰極構造作成の、可能な唯一の方式ではない。別の方
式では、たとえば天然又は合成ダイヤモンド砂又は粉末
といったあらかじめ存在する粒子を用いる。そのような
粒子はまた、典型的な場合、電子放出を容易にしうる比
較的鋭い形状を有し、低価格で容易に入手しうる。更
に、そのような粒子は、たとえばスクリーン印刷又は粉
末散布被覆といった周知の技術により、所望のパターン
で、基板上に容易に配置できる。スプレー被覆又はスピ
ン被覆と、それに続くパターン形成も、考えられる。た
とえば、粒子は必要に応じて(後に熱分解される)有機
結合剤とともに、液体媒体(たとえば、アセトン、アル
コール、水)中で運ばれる。必要に応じて、他の粒子
(たとえば金属薄片)が存在してもよい。たとえば、他
の粒子ははんだ粒子で、混合物は支持手段上にスプレー
被覆され、続いてはんだを溶融させるため、支持手段を
加熱する。
【0022】ダイヤモンドはエミッタ粒子として考えら
れる唯一の材料ではない。他の適切な材料の中には、た
とえばY−ホウ化物及びLa−ホウ化物のような希土類
(Y及び原子番号57−71の元素)のホウ化物があ
る。これらは、必要な鋭い形状に加え、比較的低い電子
仕事関数をもち、更に電子放出を容易にする。適切な希
土類(RE)基体粒子は、たとえば市販のバルク結晶材
料を機械的に破砕することによって、生成できる。
【0023】YB6 又はLaB6 のようなREホウ化物
は、低電子仕事関数をもつだけでなく、比較的良好な導
電体でもある。他方、純粋なダイヤモンドは絶縁体であ
る。従って、好ましいダイヤモンドを含むエミッタ基体
は、導電率を増すために、ドープされたダイヤモンド
(n形又はp形;基体の体積全体に渡るかあるいは表面
領域のみ)又はその上に薄い導電層を含むダイヤモンド
を含む。適切なドーパントの例は、ホウ素である。他の
ドーパント(たとえば窒素、リン)も、適している。導
電層(たとえばLaB6 層)は、たとえばスパッタリン
グ、蒸着、レーザ削摩、プラズマスプレー、電解堆積、
無電解堆積又は化学気相堆積といった任意の適当な物理
的又は化学的堆積技術によって、形成できる。表面層の
黒鉛化によっても、導電層が形成でき、考慮される。た
とえば、ダイヤモンド粒子は周知の方式で、それらを支
持手段上に置く前に、部分的に黒鉛化される。
【0024】YB2 、YB4 、YB6 及びLaB6 のよ
うなバルクREは、低い抵抗率(ρ)と仕事関数(φ)
をもつことが、知られている。また、RE基体の薄膜
は、典型的な場合、対応するバルク材料より本質的に大
きな仕事関数をもつことが、知られている。たとえば、
ジェイ・ジー・リアン(J. G. Ryan)ら、スイン・ソリ
ッド・フィルムズ(Thin Solid Films)第135巻、9
−19頁(1986)を参照のこと。これは、バルクL
aB6 はρ=17μΩとφ=2.66eVをもち、La
6 の薄膜はρ=96μΩとφ=3.8eVをもつこと
を明らかにしている。従って、従来技術はREホウ化物
薄膜を、本発明に従い、エミッタ基体の放出特性を増す
ために、使用することを示唆していない。
【0025】出願人は、以下のような驚くべき発見をし
た。すなわち、適当な条件下では、RE基体は従来技術
が教えるより、本質的に低いφをもつことができ、RE
ホウ化物を形成することにより、本発明に従うエミッタ
基体の放出特性が、本質的に改善される。
【0026】図8はLaB6 被膜の厚さの関数として、
本発明に従うB−ドープダイヤモンドアイランドからの
電子放出のための閾値電圧の基本的データの例を示す。
数字(81)は裸のダイヤモンド・アイランドからの結
果をさし、(80)は類似のLaB6 被覆アイランドか
らの結果をさす。図8は閾値電圧の被膜圧に対する強い
依存性を示し、≦30nmの厚さの被膜では、著しく低
下する。同様の結果は、他のRE基体についても、期待
される。従って、いくつかの好ましい実施例において、
REホウ化物被膜の厚さは、約30nm以下、好ましく
は20nm以下、10nm以下でもよい。
【0027】REホウ化物被覆の有効性は、被膜厚に依
存するだけでなく、被膜堆積条件にも依存する。たとえ
ば、500℃の基板温度において、マグネトロンスパッ
タリングによって形成された10nm厚のLaB6 被膜
は、放出閾値を本質的に下げ、一方室温で堆積させた同
様の被膜は、抵抗率が50倍以上高く、放出閾値の著し
い低下は示さなかった。
【0028】図6は導電性材料の薄い被膜(63)を有
する適当な基板手段(62)(たとえばSiウエハ)上
のエミッタ基体(61)(たとえば多面体ダイヤモンド
基体)を、概略的に描いたものである。好ましい実施例
において、被覆材料は更に低い仕事関数をもち、それに
よってエミッタ基体からの電子放出を容易にする。その
ような被膜は、たとえばスパッタリング、蒸着、レーザ
削摩、プラズマスプレー、電解堆積、無電解堆積又は化
学気相堆積といった周知の手段により、形成できる。適
切な層材料は、LaB6 、YB6 及びYB4 である。
【0029】図7は更に別の実施例を示し、数字(71
−74)はそれぞれエミッタ基体(たとえば、多面体ダ
イヤモンド粒子)、基板(たとえばガラス板)、低仕事
関数材料被覆及び導電体(たとえば金属)層をさす。
【0030】当業者は新しい低φREホウ化物被膜の使
用は、上述のように、多面体エミッタ基体に限定されな
いことを、認識するであろう。そのような被膜は典型的
な場合、たとえば従来技術のMoエミッタ又はダイヤモ
ンドエミッタといった他の微細エミッタに、形成でき
る。更に、そのような被膜が得られることにより、たと
えば図9に概略的に描かれた型の、エッチパターンSi
エミッタのような、新しいエミッタの使用が、容易にな
る。この図で、数字(90−92)はそれぞれSi基
板、選択エッチングにより基板材料から形成された微細
エミッタ、及びφ低下REホウ化物層をさす。
【0031】本発明に従うエミッタ構造は、任意の適当
な方法で、作製できる。方法例のいくつかの点が、図1
0−図12に概略的に描かれている。石英ガラス板(1
00)上に、従来技術により教えられるように、回路層
(101)が形成されている。回路層のあらかじめ決め
られた領域上に、たとえばダイヤモンド・アイランドの
ような本発明に従うエミッタ基体(102)が、配置さ
れている。適合絶縁層(103)を、少くともそのあら
かじめ決められた領域上に、堆積させる。層厚はエミッ
タ基体の寸法にほぼ等しいことが、好ましい。≦2μm
厚の層の場合、層材料の例は、プラズマ促進化学気相堆
積により、堆積させたSiOxy である。そのような
層は、知られている。x及びyの例は、それぞれ約0.
2及び0.8である。より厚い層の例は、電気泳動で堆
積させたガラスである。次に、適合絶縁層上に、たとえ
ばCr薄膜のような導電性薄膜(104)を、堆積させ
る。エミッタ基体の最上部に、直接重なる導電性薄膜の
部分は、研摩により絶縁性材料を露出させることによ
り、除去できる。図11を参照のこと。あるいは、(図
示されていない)可溶材料(たとえばソーダ石灰ガラ
ス)を、(たとえば電気泳動により)導電性薄膜上に堆
積させ、その組合せを、可溶性材料を溶融させるために
加熱し、表面張力が導電体被覆表面の谷の中に、溶融材
料を引張るようにする。溶融材料が固化した後、表面は
本質的に平坦になる。再固化した材料を等方的にエッチ
ングすることにより、エミッタ基体上の再固化材料を除
去し、一方エミッタ基体間の谷の中には、ある程度の再
固化材料を残す。残った再固化材料をエッチマスクとし
て用い、エミッタ基体上の導電性材料を除去し、一方エ
ミッタ基体間の谷の中には導電性薄膜を残すことによ
り、導電性薄膜がパターン形成される。2つの別々の方
式のいずれにおいても、パターン形成された導電層は、
適合絶縁材料を選択的に除去し、エミッタ基体最上部を
露出するための、エッチマスクとして働く。導電性薄膜
の残った部分は、電界放出デンバイスのゲートを形成す
る。図12を参照のこと。陽極構造は、従来の手段によ
り、形成できる。
【0032】更に、別の方法の例は、以下のとうりであ
る。ガラス基板上に、金属層(たとえば0.3μm T
a)を堆積させ、続いて絶縁層(たとえば1μm Ta
25 -x)を堆積させる。絶縁層上に、たとえば平均寸
法1μmのドープされたダイヤモンド・アイランドとい
った本発明に従うエミッタ基体を、形成する。表面は絶
縁体(たとえば、電気泳動で堆積させたソーダ石灰ガラ
ス又はスピン・オンガラス)で平坦化し、ゲート金属層
を堆積させる。デバイス動作中、エミッタ基体とゲート
間が短絡しないように、金属が引張り応力下にあるよう
に、堆積条件を選択することが、しばしば有利である。
ゲート金属は従来の手段でパターン形成し、続いてエミ
ッタ基体が露出されるように、絶縁体をエッチングす
る。このように生成したパターン形成された表面は、図
13に概略的に示されるように、ゲート金属層を支持す
る絶縁材料の“柱”を含むことが望ましい。
【0033】図13は上面図で画素の一部の例を、概略
的に示し、数字(130)はエミッタ基体(図示されて
いない)を含む画素の補助領域をさす。数字(131)
及び(132)はパターン形成されたゲート金属層をさ
す。たとえば、誘電体のエッチングは、マスクのアンダ
ーカットが起らないように行われ、格子アーム(13
1)は本質的に柱(132)によってのみ、支持されて
いる。例として、補助領域(130)は約5×5μm、
格子アーム(131)は約1.5μmの幅、柱(13
2)は直径約3μmである。
【0034】当業者は、上で述べた方法では、エミッタ
基体はたとえば米国特許第5,283,500号 に述べられてい
るように、デバイス回路に容量的に結合されていること
を、認識するであろう。
【0035】別の方法において、適当な金属(たとえば
市販のはんだ又はダイヤモンド接着用の真鍮材料)を、
絶縁層上にスパッタ堆積させ、その上にダイヤモンド粉
末をスプレーし、その組合せを、金属層がダイヤモンド
粒子にぬれるまで、加熱する。方法の残りは、本質的に
上述のとうりである。低仕事関数材料(たとえばLaB
6 )の薄い層は、場合によって、適合被膜又は平坦化層
の形成前に、エミッタ基体上に堆積させることが、しば
しばある。
【0036】図14は本発明に従う平板パネル表示の例
の一部を、概略的に示す。数字(140)は基板を、
(141)は陰極導電層を、(142)は誘電体スペー
サ層を、(143)はゲート導電層をさす。更に、数字
(144)は螢光体層を、(145)は陽極導電層を、
(146)は陽極基板、すなわち表示のガラス封入体の
一部の例をさす。数字(148)は必要な電圧及び電流
を供給する電気的パワー源をさす。
【0037】例1 適当な数の核生成位置を生成させるために、(001)
面Siウエハを、ダイヤモンド砂(〜1−3μmサイ
ズ)で約4分間研摩した。このように準備した基板上
に、約900℃において、従来のプラズマ促進化学気相
堆積により、ダイヤモンド“アイランド”を成長させ
た。雰囲気は、H2 中1%CH4 で、圧力は40Torr、
堆積時間は7時間であった。得られたアイランドは本質
的に図1及び2に示されるようで、基板領域の約50%
を被覆し、一般に多面体で自然に生じた点及び端部を有
した。アイランド成長に続いて、市販のイオン注入器を
用いて、イオン注入により、ウエハにホウ素をドープし
た(1015/cm2 )。電界放出は1mA/cm2 の電流密
度において、約31V/μmの名目電界で、観測され
た。“名目電界”は印加電圧を、エミッタ/陽極距離で
割ったものである。
【0038】例2 ダイヤモンド・アイランドは、本質的に例1で述べたよ
うに、形成した。アイランド成長に続いて、ウエハは1
気圧のNH3 中で60時間、850℃において加熱し
た。この処理により、ダイヤモンド粒子の導電率が増し
た。電子の電界放出は、1mA/cm2 の電流密度におい
て、約75V/μmの名目電界で観測された。
【0039】例3 ダイヤモンド・アイランドは、本質的に例1で述べたよ
うに形成した。エミッタ基体は、意図的にはドープしな
かった。約300V/μmの名目電界まで、電子放出は
観測されなかった。
【0040】例4 約0.5−1.0μmのサイズ、一般に多面体形状のダ
イヤモンド粉末を、850℃において60分間、1気圧
のNH3 中で処理し、従来の手段により、インジウム箔
上に一様にスプレー被覆し、加圧することにより、箔中
に埋め込んだ。電界放出は、1mA/cm2 の電流密度に
おいて、約35V/μmで観測された。
【0041】例5 約10μmサイズで一般に多面体形状のLaB6 粉末
を、ジョンソン・マッセイ社から入手した。粉末はイン
ジウム上に散布され、加圧により箔中に埋め込んだ。最
終的な被覆は、少くとも約60%であった。電界放出
は、1mA/cm2 の電流密度において、約14V/μm
の名目電界で、観測された。
【0042】例6 B−ドープ・ダイヤモンド・アイランドを有するウエハ
を、本質的に例1で述べたように、準備した。LaB6
薄膜を一様に、アイランドを上に有するウエハ表面上
に、堆積させた。堆積は500℃の基板温度において、
マグネトロンスパッタリングにより行った。堆積速度は
6nm/分であった。薄膜は良好な導電率(ρ〜17μ
Ω・cm)を示した。約10nm厚のLaB6 膜の場合、
1mA/cm2 の電流密度において、約18V/μmの名
目電界で観測された。より厚いLaB6 の場合、より高
い閾値電圧を示し、図8のデータと本質的に一致した。
【0043】例7 LaB6 堆積中、基板温度が25℃であったことを除い
て、本質的に例6で述べたように、10nm厚のLaB
6 膜を、ダイヤモンド・アイランド上に、堆積させた。
薄膜は低品質の導電性(ρ〜800μΩ・cm)と、比較
的高い放出閾値電界を示した。
【図面の簡単な説明】
【図1】基板上に成長したダイヤモンド粒子を示すSE
M写真。
【図2】基板上に成長したダイヤモンド粒子を示すSE
M写真。
【図3】本発明に従う陰極構造の一部を、概略的に描い
た図で、その場成長の粒子を示す図。
【図4】導電性媒体中に埋め込まれたあらかじめ存在す
る粒子を示す図。
【図5】導電性媒体中に埋め込まれたあらかじめ存在す
る粒子を示す図。
【図6】それぞれ導電性又は低仕事関数を含む本発明に
従う陰極構造を、概略的に示す図。
【図7】それぞれ導電性又は低仕事関数を含む本発明に
従う陰極構造を、概略的に示す図。
【図8】LaB6 膜厚に対する閾値電圧の基本的データ
を示す図。
【図9】たとえば異方性エッチングと、それに続く低仕
事関数薄膜の形成といった適当な整形操作により形成さ
れたエミッタを含む陰極構造を、概略的に示す図。
【図10】本発明に従う装置の例の作製における段階
を、概略的に示す図。
【図11】本発明に従う装置の例の作製における段階
を、概略的に示す図。
【図12】本発明に従う装置の例の作製における段階
を、概略的に示す図。
【図13】陰極構造の一部の例を、上面図で、概略的に
示す図。
【図14】本発明に従う平板パネル表示の一部の例を、
概略的に示す図。
【符号の説明】
30 基板 31,32,33 画素 311 導電性材料 312 ダイヤモンド粒子 40 基板 41,42,43 画素 411 導電層 412 ダイヤモンド粒子 52 導電材料 531,532 ダイヤモンド粒子 61 エミッタ基体 62 基板手段 63 被膜 71 エミッタ基体 72 基板 73 被膜 74 導電体層 90 Si基板 91 エミッタ 92 REホウ化物層 100 石英ガラス板 101 回路層 102 エミッタ基体 103 適合絶縁層 104 導電性薄膜 130 補助領域 131 金属層、格子アーム 132 金属層、柱 140 基板 141 陰極導電層 142 スペーサ層 143 ゲート導電層 144 螢光体層 145 陽極導電層 146 陽極基板 148 パワー源
フロントページの続き (72)発明者 サンゴー ジン アメリカ合衆国 07946 ニュージャーシ ィ,ミリントン,スカイライン ドライヴ 145 (72)発明者 グレゴリー ピーター コチャンスキー アメリカ合衆国 08812 ニュージャーシ ィ,ダネレン,サード ストリート 324 (72)発明者 マーク トーマス マッコーマック アメリカ合衆国 07901 ニュージャーシ ィ,サミット,ニュー イングランド ア ヴェニュー 96 (72)発明者 イー−フェン ワン アメリカ合衆国 07901 ニュージャーシ ィ,サミット,ウッドランド アヴェニュ ー 160

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 a)与えれた画素は領域を有し、支持
    (141,140)上の空間的に分離された複数のエミ
    ッタ基体(147)を含む多画素陰極; b)陰極から空間的に離れ、発光手段(144)を含む
    陽極; c)前記陽極及び陰極間に配置されたゲート(14
    3); d)前記エミッタ基体の少くともいくつかから電子が放
    出され、前記発光手段上に入射するように、前記陰極及
    びゲート間に、電圧を印加するための手段(148)を
    含む電界放出表示手段を含む製品において、 e)与えられた画素の与えられたエミッタ基体は、ダイ
    ヤモンド及び希土類ホウ化物から成る類から選択された
    材料を含み、与えられた基体は、エミッタ基体からの電
    子放出を容易にするのに効果的な比較的鋭い形状を有す
    ることを特徴とする製品。
  2. 【請求項2】 前記与えられたエミッタ基体は、ドープ
    されたダイヤモンド基体を含むか、希土類ホウ化物の層
    をその上に有するダイヤモンド基体を含むか、あるいは
    与えられたエミッタ基体は、希土類ホウ化物基体である
    請求項1記載の製品。
  3. 【請求項3】 希土類ホウ化物の層は、せいぜい30n
    mの厚さである請求項2記載の製品。
  4. 【請求項4】 希土類ホウ化物は、Laホウ化物及びY
    −ホウ化物から成る類から選択される請求項1−3のい
    ずれかに記載の製品。
  5. 【請求項5】 前記エミッタは与えられた画素の面積
    の、せいぜい50%を被覆する請求項1記載の製品。
  6. 【請求項6】 与えられた画素の複数のエミッタ基体に
    付随して、エミッタ基体の平均サイズ及びエミッタ基体
    間の平均距離があり、エミッタ基体間の平均距離は、エ
    ミッタ基体の平均サイズの少くとも50%である請求項
    1記載の製品。
  7. 【請求項7】 与えられたエミッタ基体の比較的鋭い形
    状は、自然に生じる比較的鋭い形状である請求項1記載
    の製品。
  8. 【請求項8】 与えられたエミッタ基体は、支持上にそ
    の場形成されたダイヤモンド基体を含むか、支持上に置
    かれたあらかじめ存在するダイヤモンド粒子を含む請求
    項1記載の製品。
  9. 【請求項9】 d)の手段は与えられたエミッタ基体に
    接する導電材料を含むか、d)の手段は与えられたエミ
    ッタ基体から空間的に離れた導電層を含み、容量性結合
    により、前記電圧を印加することを容易にするように選
    択され、与えられたエミッタ基体及び導電層間に、更に
    誘電材料を含む請求項1記載の製品。
  10. 【請求項10】 a)与えれた画素は、支持上に少くと
    も1個のエミッタ基体を含む多画素陰極; b)陰極から空間的に離れ螢光体を含む陽極; c)前記陽極及び陰極間に配置されたゲート及び d)前記少くとも1個のエミッタ基体から、電子が放出
    され、前記螢光体上に入射するように、前記陰極及びゲ
    ート間に、電圧を印加するための手段を含む電界放出表
    示手段を含む製品において、 e)与えられた画素の少くとも1個のエミッタ基体は、
    希土類ホウ化物から選択された材料の層を含み、前記層
    はせいぜい30nmの厚さであることを特徴とする製
    品。
  11. 【請求項11】 少くとも1個のエミッタ基体は、本質
    的に鋭くしたMo又はSiを含む請求項10記載の製
    品。
  12. 【請求項12】 少くとも1個のエミッタ基体は、前記
    支持と集積化された本質的に鋭くしたSi基体を含む請
    求項11記載の製品。
JP7072173A 1994-03-30 1995-03-30 電界エミッタを含む装置 Withdrawn JPH07282715A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US22007794A 1994-03-30 1994-03-30
US220077 1994-03-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07282715A true JPH07282715A (ja) 1995-10-27

Family

ID=22821957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7072173A Withdrawn JPH07282715A (ja) 1994-03-30 1995-03-30 電界エミッタを含む装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5747918A (ja)
EP (1) EP0675519A1 (ja)
JP (1) JPH07282715A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999040601A1 (fr) * 1998-02-09 1999-08-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Dispositif emetteur d'electrons, son procede de production, et son procede d'excitation; afficheur d'images comprenant ledit emetteur d'electrons et son procede de fabrication
US6103133A (en) * 1997-03-19 2000-08-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Manufacturing method of a diamond emitter vacuum micro device
US6645402B1 (en) 1998-06-18 2003-11-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electron emitting device, electron emitting source, image display, and method for producing them
JP2013152948A (ja) * 2013-04-03 2013-08-08 Tohoku Univ マグネトロン用陰極体の製造方法

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5637950A (en) * 1994-10-31 1997-06-10 Lucent Technologies Inc. Field emission devices employing enhanced diamond field emitters
AU6626096A (en) * 1995-08-04 1997-03-05 Printable Field Emitters Limited Field electron emission materials and devices
US6181308B1 (en) * 1995-10-16 2001-01-30 Micron Technology, Inc. Light-insensitive resistor for current-limiting of field emission displays
US5648699A (en) * 1995-11-09 1997-07-15 Lucent Technologies Inc. Field emission devices employing improved emitters on metal foil and methods for making such devices
US7070651B1 (en) 1997-05-21 2006-07-04 Si Diamond Technology, Inc. Process for growing a carbon film
RU2161838C2 (ru) * 1997-06-24 2001-01-10 Тарис Технолоджис, Инк. Холодноэмиссионный пленочный катод и способы его получения
CN1206690C (zh) 1997-12-04 2005-06-15 可印刷发射体有限公司 形成场致电子发射材料的方法和场致电子发射装置
JP3437983B2 (ja) * 1998-06-05 2003-08-18 独立行政法人産業技術総合研究所 電界放出カソードおよびその製造方法
JP2000182508A (ja) * 1998-12-16 2000-06-30 Sony Corp 電界放出型カソード、電子放出装置、および電子放出装置の製造方法
JP3323848B2 (ja) 1999-02-26 2002-09-09 キヤノン株式会社 電子放出素子およびこれを用いた電子源およびこれを用いた画像形成装置
US6462467B1 (en) 1999-08-11 2002-10-08 Sony Corporation Method for depositing a resistive material in a field emission cathode
US6342755B1 (en) 1999-08-11 2002-01-29 Sony Corporation Field emission cathodes having an emitting layer comprised of electron emitting particles and insulating particles
KR100374782B1 (ko) * 1999-10-18 2003-03-04 마츠시다 덴코 가부시키가이샤 전계 방출형 전자원 및 그 제조방법
US6384520B1 (en) 1999-11-24 2002-05-07 Sony Corporation Cathode structure for planar emitter field emission displays
US6337513B1 (en) * 1999-11-30 2002-01-08 International Business Machines Corporation Chip packaging system and method using deposited diamond film
GB0006762D0 (en) * 2000-03-22 2000-05-10 Smiths Industries Plc Displays
US6379789B1 (en) 2000-10-04 2002-04-30 Creare Inc. Thermally-sprayed composite selective emitter
GB0320222D0 (en) * 2003-08-29 2003-10-01 Univ Bristol Field emitter
US7564178B2 (en) * 2005-02-14 2009-07-21 Agere Systems Inc. High-density field emission elements and a method for forming said emission elements
CN101465254B (zh) * 2007-12-19 2010-12-08 北京富纳特创新科技有限公司 热发射电子源及其制备方法
JP4458380B2 (ja) * 2008-09-03 2010-04-28 キヤノン株式会社 電子放出素子およびそれを用いた画像表示パネル、画像表示装置並びに情報表示装置
US8128534B2 (en) * 2009-02-19 2012-03-06 Jump-Street, Llc Trampoline

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5436828B2 (ja) * 1974-08-16 1979-11-12
US4325000A (en) * 1980-04-20 1982-04-13 Burroughs Corporation Low work function cathode
JPS5796437A (en) * 1980-12-09 1982-06-15 Denki Kagaku Kogyo Kk Thermion emission cathode
US4683399A (en) * 1981-06-29 1987-07-28 Rockwell International Corporation Silicon vacuum electron devices
US4663559A (en) * 1982-09-17 1987-05-05 Christensen Alton O Field emission device
NL8400297A (nl) * 1984-02-01 1985-09-02 Philips Nv Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van een elektronenbundel.
FR2641412B1 (fr) * 1988-12-30 1991-02-15 Thomson Tubes Electroniques Source d'electrons du type a emission de champ
DE69025831T2 (de) * 1989-09-07 1996-09-19 Canon Kk Elektronemittierende Vorrichtung; Herstellungsverfahren Elektronemittierende Vorrichtung, Herstellungsverfahren derselben und Anzeigegerät und Elektronstrahl- Schreibvorrichtung, welche diese Vorrichtung verwendet.
US5019003A (en) * 1989-09-29 1991-05-28 Motorola, Inc. Field emission device having preformed emitters
US5229682A (en) * 1989-12-18 1993-07-20 Seiko Epson Corporation Field electron emission device
US5038070A (en) * 1989-12-26 1991-08-06 Hughes Aircraft Company Field emitter structure and fabrication process
US5283501A (en) * 1991-07-18 1994-02-01 Motorola, Inc. Electron device employing a low/negative electron affinity electron source
US5138237A (en) * 1991-08-20 1992-08-11 Motorola, Inc. Field emission electron device employing a modulatable diamond semiconductor emitter
US5129850A (en) * 1991-08-20 1992-07-14 Motorola, Inc. Method of making a molded field emission electron emitter employing a diamond coating
US5252833A (en) * 1992-02-05 1993-10-12 Motorola, Inc. Electron source for depletion mode electron emission apparatus
FR2687839B1 (fr) * 1992-02-26 1994-04-08 Commissariat A Energie Atomique Source d'electrons a cathodes emissives a micropointes et dispositif de visualisation par cathodoluminescence excitee par emission de champ utilisant cette source.
US5371431A (en) * 1992-03-04 1994-12-06 Mcnc Vertical microelectronic field emission devices including elongate vertical pillars having resistive bottom portions
US5283500A (en) * 1992-05-28 1994-02-01 At&T Bell Laboratories Flat panel field emission display apparatus
US5278475A (en) * 1992-06-01 1994-01-11 Motorola, Inc. Cathodoluminescent display apparatus and method for realization using diamond crystallites
CA2152472A1 (en) * 1992-12-23 1994-07-07 Nalin Kumar Triode structure flat panel display employing flat field emission cathodes
CA2112431C (en) * 1992-12-29 2000-05-09 Masato Yamanobe Electron source, and image-forming apparatus and method of driving the same
JPH08507643A (ja) * 1993-03-11 1996-08-13 フェド.コーポレイション エミッタ先端構造体及び該エミッタ先端構造体を備える電界放出装置並びにその製造方法
WO1994028571A1 (en) * 1993-06-02 1994-12-08 Microelectronics And Computer Technology Corporation Amorphic diamond film flat field emission cathode

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6103133A (en) * 1997-03-19 2000-08-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Manufacturing method of a diamond emitter vacuum micro device
WO1999040601A1 (fr) * 1998-02-09 1999-08-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Dispositif emetteur d'electrons, son procede de production, et son procede d'excitation; afficheur d'images comprenant ledit emetteur d'electrons et son procede de fabrication
US6635979B1 (en) 1998-02-09 2003-10-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electron emitting device, method of producing the same, and method of driving the same; and image display comprising the electron emitting device and method of producing the same
US6645402B1 (en) 1998-06-18 2003-11-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electron emitting device, electron emitting source, image display, and method for producing them
JP2013152948A (ja) * 2013-04-03 2013-08-08 Tohoku Univ マグネトロン用陰極体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP0675519A1 (en) 1995-10-04
US5747918A (en) 1998-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH07282715A (ja) 電界エミッタを含む装置
US5637950A (en) Field emission devices employing enhanced diamond field emitters
US5977697A (en) Field emission devices employing diamond particle emitters
JP3096629B2 (ja) 電子の電界放出デバイスを製造する方法
US5608283A (en) Electron-emitting devices utilizing electron-emissive particles which typically contain carbon
KR100519029B1 (ko) 집적회로장치및비정질실리콘카바이드레지스터재료의사용방법
WO1997023002A9 (en) Integrated circuit devices and methods employing amorphous silicon carbide resistor materials
JPH08212911A (ja) 強化された粒子電界放出器を製造する方法と装置及びその製品
JP3436219B2 (ja) カーボン材料とその製造方法、及びそれを用いた電界放出型冷陰極
US6012958A (en) Field emission device micropoint with current-limiting resistive structure and method for making same
JP2007504607A (ja) 電界放出装置
WO2004049369A2 (en) Patterned granulized catalyst layer suitable for electron-emitting device, and associated fabrication method
US6984535B2 (en) Selective etching of a protective layer to form a catalyst layer for an electron-emitting device
KR100550486B1 (ko) 코팅된 와이어 형태의 이온 충격된 흑연 전자 방출체
JP4312331B2 (ja) 電子放出装置
TWI352371B (en) Method for making field emission electron device
JP3905272B2 (ja) 電子銃の製造方法
KR100228763B1 (ko) 전계 방출 표시기 및 그 제조방법
JPH11265654A (ja) ダイヤモンド/水素を含む電極アレー
Reynolds et al. Electron field emission from Ar+ ion-treated thick-film carbon paste
Guo et al. Improvement of field emission properties from screen‐printed CNTs cathodes by heat treatment in a C2H2/H2 gas mixture
JP2000260302A (ja) 電界放射冷陰極とその製造方法及び電界放射冷陰極を用いた電界放射ディスプレー
Malcher et al. Growth of polycrystalline diamond-films for low field electron emission
WO2005004185A2 (en) Forming carbon nanotubes at lower temperatures suitable for electron-emitting device, and associated fabrication method
KR20000008722A (ko) 선택 성장법을 이용한 다이아몬드 전자 에미터 어레이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20020604