JPH0765696A - 電子放出素子 - Google Patents
電子放出素子Info
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- JPH0765696A JPH0765696A JP23596193A JP23596193A JPH0765696A JP H0765696 A JPH0765696 A JP H0765696A JP 23596193 A JP23596193 A JP 23596193A JP 23596193 A JP23596193 A JP 23596193A JP H0765696 A JPH0765696 A JP H0765696A
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- Japan
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- electron
- emitting portion
- thin film
- electron emission
- heating
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電子放出特性が雰囲気に依存することなく安
定になり、また経時劣化を防止することができる電子放
出素子を提供する。 【構成】 電子放出部に電界を与えることにより電子を
放出せしめる表面伝導型電子放出素子において、電子放
出部を加熱するための加熱手段を備え、該加熱手段によ
り、該電子放出部が電子放出時に加熱されている電子放
出素子。
定になり、また経時劣化を防止することができる電子放
出素子を提供する。 【構成】 電子放出部に電界を与えることにより電子を
放出せしめる表面伝導型電子放出素子において、電子放
出部を加熱するための加熱手段を備え、該加熱手段によ
り、該電子放出部が電子放出時に加熱されている電子放
出素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子放出素子に関する
ものである。
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電子放出素子として熱電子源と冷
陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源には
電界放出型（以下ＦＥと略す）、金属／絶縁層／金属型
（以下、ＭＩと略す）や表面伝導型電子放出素子（以下
ＳＣＥと略す）等がある。
陰極電子源の２種類が知られている。冷陰極電子源には
電界放出型（以下ＦＥと略す）、金属／絶縁層／金属型
（以下、ＭＩと略す）や表面伝導型電子放出素子（以下
ＳＣＥと略す）等がある。
【０００３】ＦＥ型の例としては、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）およびＣ．Ａ．Ｓｐ
ｉｎｄｔ、“Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ−ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉ
ｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎ
ｕｍ ｃｏｎｅｓ”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、４
７、５２４８（１９７６）等が知られている。
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ、８、８９（１９５６）およびＣ．Ａ．Ｓｐ
ｉｎｄｔ、“Ｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ−ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉ
ｏｎ ｃａｔｈｏｄｅｓ ｗｉｔｈ ｍｏｌｙｂｄｅｎ
ｕｍ ｃｏｎｅｓ”、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、４
７、５２４８（１９７６）等が知られている。
【０００４】ＭＩＭ型の例としては、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ、“Ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｍ
ｐｌｉｆｉｅｒ、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、３２、６
４６（１９６１）等が知られている。
ｄ、“Ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ−ｅｍｉｓｓｉｏｎ ａｍ
ｐｌｉｆｉｅｒ、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、３２、６
４６（１９６１）等が知られている。
【０００５】ＳＣＥ型の例としては、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎ
ｓｏｎ、Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐ
ｙｓ．、１０（１９６５）等がある。ＳＣＥは基板上に
形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すこ
とにより、電子放出が生ずる現象を利用するものであ
る。
ｓｏｎ、Ｒａｄｉｏ Ｅｎｇ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐ
ｙｓ．、１０（１９６５）等がある。ＳＣＥは基板上に
形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すこ
とにより、電子放出が生ずる現象を利用するものであ
る。
【０００６】この表面伝導型電子放出素子（ＳＣＥ）と
しては、前記エリンソン等によるＳｎＯ2 薄膜を用いた
もの、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔ
ｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”、９、３１７（１９
７２）］、Ｉｎ2 Ｏ3 ／ＳｎＯ2 薄膜によるもの［Ｍ．
Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：
“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎｆ．”、５１９
（１９７５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久
他：真空、第２６巻、第１号、２２頁（１９８３）］等
が報告されている。
しては、前記エリンソン等によるＳｎＯ2 薄膜を用いた
もの、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔ
ｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ”、９、３１７（１９
７２）］、Ｉｎ2 Ｏ3 ／ＳｎＯ2 薄膜によるもの［Ｍ．
Ｈａｒｔｗｅｌｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：
“ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥＤ Ｃｏｎｆ．”、５１９
（１９７５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久
他：真空、第２６巻、第１号、２２頁（１９８３）］等
が報告されている。
【０００７】これらの表面伝導型電子放出素子の典型的
な素子構成として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を
図７に示す。同図において１は絶縁性基板である。電子
放出部形成用薄膜２は、スパッタで形成されたＨ型形状
の金属酸化物薄膜等からなり、後述のフォーミングと呼
ばれる通電処理により電子放出部３が形成される。ま
た、図中の素子の長さＬはおよそ０．５ｍｍ〜１ｍｍ、
素子の幅Ｗは約０．１ｍｍである。なお、４は電子放出
部を含む薄膜である。
な素子構成として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を
図７に示す。同図において１は絶縁性基板である。電子
放出部形成用薄膜２は、スパッタで形成されたＨ型形状
の金属酸化物薄膜等からなり、後述のフォーミングと呼
ばれる通電処理により電子放出部３が形成される。ま
た、図中の素子の長さＬはおよそ０．５ｍｍ〜１ｍｍ、
素子の幅Ｗは約０．１ｍｍである。なお、４は電子放出
部を含む薄膜である。
【０００８】従来、これらの表面伝導型電子放出素子に
おいては、電子放出を行う前に電子放出部形成薄膜２を
予めフォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出
部３を形成するのが一般的であった。即ち、フォーミン
グとは、前記電子放出部形成用薄膜２の両端に電圧を印
加通電し、電子放出部形成用薄膜を局所的に破壊、変形
もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした電子
放出部３を形成することである。尚、電子放出部３は電
子放出部形成用薄膜２の一部に亀裂が発生し、その亀裂
付近から電子放出が行なわれる場合もある。以下、フォ
ーミングにより発生した電子放出部を含む電子放出部形
成用薄膜を電子放出部を含む薄膜４と呼ぶ。
おいては、電子放出を行う前に電子放出部形成薄膜２を
予めフォーミングと呼ばれる通電処理によって電子放出
部３を形成するのが一般的であった。即ち、フォーミン
グとは、前記電子放出部形成用薄膜２の両端に電圧を印
加通電し、電子放出部形成用薄膜を局所的に破壊、変形
もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状態にした電子
放出部３を形成することである。尚、電子放出部３は電
子放出部形成用薄膜２の一部に亀裂が発生し、その亀裂
付近から電子放出が行なわれる場合もある。以下、フォ
ーミングにより発生した電子放出部を含む電子放出部形
成用薄膜を電子放出部を含む薄膜４と呼ぶ。
【０００９】前記フォーミング処理をした表面伝導型電
子放出素子は上述の電子放出部を含む薄膜４に電圧を印
加し、素子表面に電流を流すことにより、上述の電子放
出部３より電子を放出せしめるものである。
子放出素子は上述の電子放出部を含む薄膜４に電圧を印
加し、素子表面に電流を流すことにより、上述の電子放
出部３より電子を放出せしめるものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
様な従来の表面伝導型電子放出素子には、次の様な問題
点があった。電子放出部が露出されている構造のため、 １）電子放出特性が雰囲気によって大きく依存する。 ２）雰囲気によっては、経時劣化がおこる。
様な従来の表面伝導型電子放出素子には、次の様な問題
点があった。電子放出部が露出されている構造のため、 １）電子放出特性が雰囲気によって大きく依存する。 ２）雰囲気によっては、経時劣化がおこる。
【００１１】以上の様な問題点があるために、表面伝導
型電子放出素子は、素子構造が簡単であるという利点が
あるにもかかわらず、産業上積極的に応用されるには至
っていなかった。
型電子放出素子は、素子構造が簡単であるという利点が
あるにもかかわらず、産業上積極的に応用されるには至
っていなかった。
【００１２】本発明は、上記の問題点に鑑みて検討した
結果、電子放出素子の駆動時に電子放出部を真空中で加
熱することにより、電子放出特性が雰囲気に依存するこ
となく安定になり、また経時劣化を防止することができ
る電子放出素子を提供することを目的とするものであ
る。
結果、電子放出素子の駆動時に電子放出部を真空中で加
熱することにより、電子放出特性が雰囲気に依存するこ
となく安定になり、また経時劣化を防止することができ
る電子放出素子を提供することを目的とするものであ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、電
子放出部に電界を与えることにより電子を放出せしめる
表面伝導型電子放出素子において、電子放出部を加熱す
るための加熱手段を備え、該加熱手段により、該電子放
出部が電子放出時に加熱されていることを特徴とする電
子放出素子である。
子放出部に電界を与えることにより電子を放出せしめる
表面伝導型電子放出素子において、電子放出部を加熱す
るための加熱手段を備え、該加熱手段により、該電子放
出部が電子放出時に加熱されていることを特徴とする電
子放出素子である。
【００１４】更に、本発明は、該加熱手段を電子放出部
近傍に設け、更には電子放出部と同一基板上に設ける。
該抵抗加熱手段は、電子放出部と絶縁される。加熱条件
は、電子放出部を１００℃以上に加熱するのが好まし
い。
近傍に設け、更には電子放出部と同一基板上に設ける。
該抵抗加熱手段は、電子放出部と絶縁される。加熱条件
は、電子放出部を１００℃以上に加熱するのが好まし
い。
【００１５】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
する。 実施例１ 図１は本発明の基本的な電子放出素子の構成を示す説明
図である。同図において１は絶縁性基板、５と６は素子
電極、４は電子放出部を含む薄膜、３は電子放出部、８
は加熱器、７は加熱器の加熱用電極である。
する。 実施例１ 図１は本発明の基本的な電子放出素子の構成を示す説明
図である。同図において１は絶縁性基板、５と６は素子
電極、４は電子放出部を含む薄膜、３は電子放出部、８
は加熱器、７は加熱器の加熱用電極である。
【００１６】本発明における電子放出部を含む薄膜４の
うち、電子放出部３としては、粒径が数Å〜数千Å、特
に好ましくは５Å〜５００Åの導電性微粒子多数個から
なり、電子放出部３以外の電子放出部を含む薄膜４は微
粒子膜からなる。なお、この微粒子膜（薄膜４）とは、
複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造とし
て、微粒子が個々に分散配置した状態のみならず、微粒
子が互いに隣接、あるいは重なり合った状態（島状も含
む）の膜をさす。尚、薄膜４の厚さは、好ましくは数Å
〜数千Åであり、特に好ましくは１０Å〜２００Åであ
る。
うち、電子放出部３としては、粒径が数Å〜数千Å、特
に好ましくは５Å〜５００Åの導電性微粒子多数個から
なり、電子放出部３以外の電子放出部を含む薄膜４は微
粒子膜からなる。なお、この微粒子膜（薄膜４）とは、
複数の微粒子が集合した膜であり、その微細構造とし
て、微粒子が個々に分散配置した状態のみならず、微粒
子が互いに隣接、あるいは重なり合った状態（島状も含
む）の膜をさす。尚、薄膜４の厚さは、好ましくは数Å
〜数千Åであり、特に好ましくは１０Å〜２００Åであ
る。
【００１７】また、これとは別に電子放出部を含む薄膜
４は、導電性微粒子が分散されたカーボン薄膜等の場合
がある。
４は、導電性微粒子が分散されたカーボン薄膜等の場合
がある。
【００１８】電子放出部を含む薄膜４の具体例を挙げる
と、Ｍｎ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｅ，Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｔｈ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｌ，Ｈｇ，Ｃ
ｄ，Ｈｇ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｉｎ，Ｚｎ，Ｔａ，Ｗ等
の金属、ＶＯ2 ，ＶＯ，ＭｏＯ，ＰｄＯ，ＰｂＯ等の酸
化物、ＨｆＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＬａＢ6 ，ＣｅＢ6 ，ＹＢ
4，ＧｄＢ4 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔ
ａＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒
化物、ＡｇＭｇ，ＮｉＣｕ等である。
と、Ｍｎ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｅ，Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｔｈ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｌ，Ｈｇ，Ｃ
ｄ，Ｈｇ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｉｎ，Ｚｎ，Ｔａ，Ｗ等
の金属、ＶＯ2 ，ＶＯ，ＭｏＯ，ＰｄＯ，ＰｂＯ等の酸
化物、ＨｆＢ2 ，ＺｒＢ2 ，ＬａＢ6 ，ＣｅＢ6 ，ＹＢ
4，ＧｄＢ4 等の硼化物、ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，Ｔ
ａＣ，ＷＣ等の炭化物、ＴｉＮ，ＺｒＮ，ＨｆＮ等の窒
化物、ＡｇＭｇ，ＮｉＣｕ等である。
【００１９】そして電子放出部を含む薄膜４は真空蒸着
法，スパッタ法，化学的気相堆積法，分散塗布法，ディ
ッピング法，スピンナー法等によって形成される。
法，スパッタ法，化学的気相堆積法，分散塗布法，ディ
ッピング法，スピンナー法等によって形成される。
【００２０】電子放出部３を有する電子放出素子の製造
方法としては様々な方法が考えられるが、その一例を図
２に示す。２は電子放出部形成用薄膜で例えば微粒子膜
が挙げられる。
方法としては様々な方法が考えられるが、その一例を図
２に示す。２は電子放出部形成用薄膜で例えば微粒子膜
が挙げられる。
【００２１】以下、順をおって製造方法の説明を図２に
基づいて説明する。 １）絶縁性基板１を洗剤、純水および有機溶剤により十
分に洗浄後、真空蒸着技術、フォトリングラフィー技術
により該絶縁性基板１の面上に素子電極５、６を形成す
る（図２（ａ））。素子電極の材料としては導電性を有
するものであればどのようなものであっても構わない
が、例えばＮｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，
Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或いは合金が挙げられ，素子
電極間隔のＬ１は数百Å〜数十μｍ、好ましくは１μｍ
〜１０μｍ、素子電極長さＷ１は好ましくは数百Å〜数
μｍ、素子電極５、６の膜厚ｄは好ましくは数百Å〜数
千Åである。
基づいて説明する。 １）絶縁性基板１を洗剤、純水および有機溶剤により十
分に洗浄後、真空蒸着技術、フォトリングラフィー技術
により該絶縁性基板１の面上に素子電極５、６を形成す
る（図２（ａ））。素子電極の材料としては導電性を有
するものであればどのようなものであっても構わない
が、例えばＮｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，
Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或いは合金が挙げられ，素子
電極間隔のＬ１は数百Å〜数十μｍ、好ましくは１μｍ
〜１０μｍ、素子電極長さＷ１は好ましくは数百Å〜数
μｍ、素子電極５、６の膜厚ｄは好ましくは数百Å〜数
千Åである。
【００２２】２）絶縁性基板１上に設けられた素子電極
５と素子電極６との間に、素子電極５と６を形成した絶
縁性基板上に有機金属溶液を塗布して放置することによ
り、有機金属薄膜を形成する。なお、有機金属溶液と
は，前記Ｍｎ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｅ，
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔｈ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｌ，Ｈｇ，Ｃ
ｄ，Ｈｇ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｉｎ，Ｚｎ，Ｔａ，Ｗ等
の金属を主元素とする有機化合物の溶液である。この
後、有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッ
チング等によりパターニングし、電子放出部形成用薄膜
２を形成する（図２（ｂ））。
５と素子電極６との間に、素子電極５と６を形成した絶
縁性基板上に有機金属溶液を塗布して放置することによ
り、有機金属薄膜を形成する。なお、有機金属溶液と
は，前記Ｍｎ，Ｓｃ，Ｌａ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｅ，
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔｈ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｌ，Ｈｇ，Ｃ
ｄ，Ｈｇ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ｉｎ，Ｚｎ，Ｔａ，Ｗ等
の金属を主元素とする有機化合物の溶液である。この
後、有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッ
チング等によりパターニングし、電子放出部形成用薄膜
２を形成する（図２（ｂ））。
【００２３】３）つづいて、フォーミングと呼ばれる通
電処理を素子電極５、６間に電圧を不図示の電源により
印加し施すと、電子放出部形成用薄膜２の部位に構造の
変化した電子放出部３が形成される（図２（ｃ））。こ
の通電処理により電子放出部形成用薄膜２を局所的に破
壊、変形もしくは変質せしめ、構造の変化した部位を電
子放出部３と呼ぶ。先に説明したように、電子放出部３
は導電性微粒子多数個より形成されていることを本出願
人らは観察している。
電処理を素子電極５、６間に電圧を不図示の電源により
印加し施すと、電子放出部形成用薄膜２の部位に構造の
変化した電子放出部３が形成される（図２（ｃ））。こ
の通電処理により電子放出部形成用薄膜２を局所的に破
壊、変形もしくは変質せしめ、構造の変化した部位を電
子放出部３と呼ぶ。先に説明したように、電子放出部３
は導電性微粒子多数個より形成されていることを本出願
人らは観察している。
【００２４】４）さらに、媒体の裏面に、透明導電性薄
膜としてＩｎＯ2 を真空蒸着法で作製し、さらにＩｎＯ
2 膜の両端に加熱用電極７を設け、抵抗加熱器８を形成
する。
膜としてＩｎＯ2 を真空蒸着法で作製し、さらにＩｎＯ
2 膜の両端に加熱用電極７を設け、抵抗加熱器８を形成
する。
【００２５】上述のような製造方法によって作成された
本発明にかかわる電子放出素子の特性については、図３
の測定評価装置を用いて測定される。図３は、図１で示
した構成を有する素子の電子放出特性を測定するための
測定評価装置の概略構成図である。図３において、１は
絶縁性基体、５及び６は素子電極、４は電子放出部を含
む薄膜、３は電子放出部を示す。また、３１は素子に素
子電圧Ｖｆを印加するための電源、３０は素子電極５，
６間の電子放出部を含む薄膜４を流れる素子電流Ｉｆを
測定するための電流計、３４は素子の電子放出部より放
出される放出電流Ｉｅを捕捉するためにのアノード電
極、３３はアノード電極３４に電圧を印加するための高
圧電源、３２は素子の電子放出部３より放出される放出
電流Ｉｅを測定するための電流計である。
本発明にかかわる電子放出素子の特性については、図３
の測定評価装置を用いて測定される。図３は、図１で示
した構成を有する素子の電子放出特性を測定するための
測定評価装置の概略構成図である。図３において、１は
絶縁性基体、５及び６は素子電極、４は電子放出部を含
む薄膜、３は電子放出部を示す。また、３１は素子に素
子電圧Ｖｆを印加するための電源、３０は素子電極５，
６間の電子放出部を含む薄膜４を流れる素子電流Ｉｆを
測定するための電流計、３４は素子の電子放出部より放
出される放出電流Ｉｅを捕捉するためにのアノード電
極、３３はアノード電極３４に電圧を印加するための高
圧電源、３２は素子の電子放出部３より放出される放出
電流Ｉｅを測定するための電流計である。
【００２６】電子放出素子の上記素子電流Ｉｆ、放出電
流Ｉｅの測定にあたっては、素子電極５、６に電流３１
と電流計３０とを接続し、該電子放出素子の上方に電流
３３と電流計３２とを接続したアノード電極３４を配置
している。また、本電子放出素子及びアノード電極３４
は真空装置内に設置され、その真空装置には不図示の排
気ポンプ及び真空計等の真空装置に必要な機器が具備さ
れており、所望の真空下で本素子の測定評価を行えるよ
うになっている。
流Ｉｅの測定にあたっては、素子電極５、６に電流３１
と電流計３０とを接続し、該電子放出素子の上方に電流
３３と電流計３２とを接続したアノード電極３４を配置
している。また、本電子放出素子及びアノード電極３４
は真空装置内に設置され、その真空装置には不図示の排
気ポンプ及び真空計等の真空装置に必要な機器が具備さ
れており、所望の真空下で本素子の測定評価を行えるよ
うになっている。
【００２７】３８は加熱用電極７に電圧を印加するため
の電源である。なお、アノード電極の電圧は１ｋＶ〜１
０ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈは３ｍ
ｍ〜８ｍｍの範囲で測定した。
の電源である。なお、アノード電極の電圧は１ｋＶ〜１
０ｋＶ、アノード電極と電子放出素子との距離Ｈは３ｍ
ｍ〜８ｍｍの範囲で測定した。
【００２８】図３に示した測定評価装置により測定され
た放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関
係の典型的な例を図４に示す。なお、図４は任意単位で
示されており、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆのおおよそ
１０００分の１程度である。
た放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関
係の典型的な例を図４に示す。なお、図４は任意単位で
示されており、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆのおおよそ
１０００分の１程度である。
【００２９】図４からも明らかなように、本電子放出素
子は放出電流Ｉｅに対する三つの特性を有する。まず第
一に、本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図４中
のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流
Ｉｅが増加し、一方しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電
流Ｉｅがほとんど検出されない。すなわち、放出電流Ｉ
ｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素
子である。
子は放出電流Ｉｅに対する三つの特性を有する。まず第
一に、本素子はある電圧（しきい値電圧と呼ぶ、図４中
のＶｔｈ）以上の素子電圧を印加すると急激に放出電流
Ｉｅが増加し、一方しきい値電圧Ｖｔｈ以下では放出電
流Ｉｅがほとんど検出されない。すなわち、放出電流Ｉ
ｅに対する明確なしきい値電圧Ｖｔｈを持った非線形素
子である。
【００３０】第二に、放出電流Ｉｅが素子電圧Ｖｆに依
存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御でき
る。第三に、アノード電極３４に捕捉される放出電荷
は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。すなわ
ち、アノード電極３４に捕捉される電荷量は、電子電圧
Ｖｆを印加する時間により制御できる。以上のような特
性を有するため、本発明にかかわる電子放出素子は、多
方面への応用が期待できる。
存するため、放出電流Ｉｅは素子電圧Ｖｆで制御でき
る。第三に、アノード電極３４に捕捉される放出電荷
は、素子電圧Ｖｆを印加する時間に依存する。すなわ
ち、アノード電極３４に捕捉される電荷量は、電子電圧
Ｖｆを印加する時間により制御できる。以上のような特
性を有するため、本発明にかかわる電子放出素子は、多
方面への応用が期待できる。
【００３１】また、素子電流Ｉｆは素子電圧Ｖｆに対し
て単調増加する（ＭＩ）特性の例を図４に示したが、こ
の他にも、素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対して電圧制
御型負性抵抗（ＶＣＮＲ）特性を示す場合もある。なお
この場合も、本電子放出素子は上述した三つの特性を有
する。
て単調増加する（ＭＩ）特性の例を図４に示したが、こ
の他にも、素子電流Ｉｆが素子電圧Ｖｆに対して電圧制
御型負性抵抗（ＶＣＮＲ）特性を示す場合もある。なお
この場合も、本電子放出素子は上述した三つの特性を有
する。
【００３２】なお、あらかじめ導電性微粒子を分散して
構成した表面伝導型電子放出素子においては、前記本発
明の基本的な素子構成の基本的な製造方法のうち一部を
変更しても構成できる。
構成した表面伝導型電子放出素子においては、前記本発
明の基本的な素子構成の基本的な製造方法のうち一部を
変更しても構成できる。
【００３３】次に、本発明の図１に示す本実施例の電子
放出素子を用いて、図３の装置で電子放出素子の特性を
測定した。素子は加熱器８に電源３８により電圧を与え
て加熱し、素子全体を１５０℃に保った。真空度は約１
×１０-5Ｔｏｒｒであった。すると、放出電圧Ｉｅの変
動は、真空度の変動によらず、常に一定の状態を保持し
た。また、長時間、駆動を続けても放出電流の減少は見
られなかった。
放出素子を用いて、図３の装置で電子放出素子の特性を
測定した。素子は加熱器８に電源３８により電圧を与え
て加熱し、素子全体を１５０℃に保った。真空度は約１
×１０-5Ｔｏｒｒであった。すると、放出電圧Ｉｅの変
動は、真空度の変動によらず、常に一定の状態を保持し
た。また、長時間、駆動を続けても放出電流の減少は見
られなかった。
【００３４】比較例１ 図７示す従来の電子放出素子を用いて、素子を加熱しな
い以外は実施例１と同様に電子放出素子の特性を測定し
たところ、放出電圧Ｉｅは真空度の変動とともに大きく
変動した。また、放出電流は時間とともに徐々に減少し
た。
い以外は実施例１と同様に電子放出素子の特性を測定し
たところ、放出電圧Ｉｅは真空度の変動とともに大きく
変動した。また、放出電流は時間とともに徐々に減少し
た。
【００３５】以上の実施例１および比較例１の結果か
ら、従来の素子では、素子内に付着した水分の影響によ
り、また駆動中、雰囲気中のガスの吸着により素子特性
が不安定となっていたと考えられる。特に、電子放出部
とその近傍は薄膜であり、水分または各種のガスに対し
影響を受けやすい構成となっている。
ら、従来の素子では、素子内に付着した水分の影響によ
り、また駆動中、雰囲気中のガスの吸着により素子特性
が不安定となっていたと考えられる。特に、電子放出部
とその近傍は薄膜であり、水分または各種のガスに対し
影響を受けやすい構成となっている。
【００３６】したかって、加熱器８を用いて電子放出部
を１００℃以上、好ましくは１５０℃前後に加熱するこ
とにより、素子内の水分は除去される。さらに、電子放
出部の加熱により駆動中にガス吸着を防ぐことができ、
雰囲気の状態が若干変動しても電子放出特性は安定す
る。さらに、吸着を防ぐことにより、素子の経時劣化も
おさえることができる。
を１００℃以上、好ましくは１５０℃前後に加熱するこ
とにより、素子内の水分は除去される。さらに、電子放
出部の加熱により駆動中にガス吸着を防ぐことができ、
雰囲気の状態が若干変動しても電子放出特性は安定す
る。さらに、吸着を防ぐことにより、素子の経時劣化も
おさえることができる。
【００３７】実施例２ 図５に本発明の第２の実施例を示す。本実施例では、加
熱器が基板中に埋め込まれた素子構造となっている。ｐ
−Ｓｉ基板４１に、ｐ＋−拡散抵抗部４２をイオン注入
法で形成する。その後、ＳｉＯ2 絶縁層４３を部分的に
約１μｍの厚さでスパッタ法で堆積させる。次に、前述
の実施例１で示したように、素子電極５，６、電子放出
材料から形成される薄膜４を絶縁層４３上に作製し、電
子放出部３を作製する。また、拡散抵抗部４２の両端に
電極４５を形成する。
熱器が基板中に埋め込まれた素子構造となっている。ｐ
−Ｓｉ基板４１に、ｐ＋−拡散抵抗部４２をイオン注入
法で形成する。その後、ＳｉＯ2 絶縁層４３を部分的に
約１μｍの厚さでスパッタ法で堆積させる。次に、前述
の実施例１で示したように、素子電極５，６、電子放出
材料から形成される薄膜４を絶縁層４３上に作製し、電
子放出部３を作製する。また、拡散抵抗部４２の両端に
電極４５を形成する。
【００３８】本実施例では、拡散抵抗部４２を用いて素
子を加熱する構成になっており、素子を約１５０℃に保
つことで実施例１と同様の効果が得られた。真空度は約
１×１０-5Ｔｏｒｒであった。
子を加熱する構成になっており、素子を約１５０℃に保
つことで実施例１と同様の効果が得られた。真空度は約
１×１０-5Ｔｏｒｒであった。
【００３９】さらに、本実施例では、加熱部（拡散抵抗
部４２）が電子放出点により近くなっているため、効率
よく加熱でき消費電力の低減が可能となる。また、加熱
器（拡散抵抗部４２）が基板に埋めこまれ、電極が基板
上部からすべて取り出すことができるなど、素子の実装
に都合のよい構造となっている。
部４２）が電子放出点により近くなっているため、効率
よく加熱でき消費電力の低減が可能となる。また、加熱
器（拡散抵抗部４２）が基板に埋めこまれ、電極が基板
上部からすべて取り出すことができるなど、素子の実装
に都合のよい構造となっている。
【００４０】ここでは、電子放出素子を１５０℃程度に
加熱したが、素子の温度は１００℃以上０であれば限定
されるものではなく、素子の使用状況（雰囲気）、素子
材料によって決定される。例えば、ＣＯ2 に不活性にす
るためには、さらに高温にする必要があり、一方、素子
の耐熱性を考えるとむやみに高温にすることは得策でな
い。
加熱したが、素子の温度は１００℃以上０であれば限定
されるものではなく、素子の使用状況（雰囲気）、素子
材料によって決定される。例えば、ＣＯ2 に不活性にす
るためには、さらに高温にする必要があり、一方、素子
の耐熱性を考えるとむやみに高温にすることは得策でな
い。
【００４１】また、素子自体も電子放出時には電子放出
部から発生する熱の影響により高温になっており、加熱
器を少し加熱する程度で、電子放出部を１００℃以上の
温度に保ち、所望の効果が得られる可能性もある。すな
わち、加熱器の加熱温度が重要ではなく、素子自体の電
子放出部の温度が重要である。
部から発生する熱の影響により高温になっており、加熱
器を少し加熱する程度で、電子放出部を１００℃以上の
温度に保ち、所望の効果が得られる可能性もある。すな
わち、加熱器の加熱温度が重要ではなく、素子自体の電
子放出部の温度が重要である。
【００４２】実施例３ 本実施例は、図６に示すように、加熱方法の異なる実施
例を示す。図中５１はランプ加熱器、５２は赤外線であ
る。本実施例では、素子の裏面よりランプ加熱すること
により電子放出素子を加熱する構成となっており、素子
を約１５０℃に保つことで実施例１と同様の効果が得ら
れた。真空度は約１×１０-5Ｔｏｒｒであった。以上の
ように本発明においては加熱の方法は如何なる方法でも
よい。
例を示す。図中５１はランプ加熱器、５２は赤外線であ
る。本実施例では、素子の裏面よりランプ加熱すること
により電子放出素子を加熱する構成となっており、素子
を約１５０℃に保つことで実施例１と同様の効果が得ら
れた。真空度は約１×１０-5Ｔｏｒｒであった。以上の
ように本発明においては加熱の方法は如何なる方法でも
よい。
【００４３】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の電子放出素
子においては、真空中で加熱手段を設けて電子放出部を
加熱することにより、 １）電子放出特性が雰囲気に依存することなく安定にな
る。 ２）経時劣化を防止することが可能となる。 という効果が得られる。
子においては、真空中で加熱手段を設けて電子放出部を
加熱することにより、 １）電子放出特性が雰囲気に依存することなく安定にな
る。 ２）経時劣化を防止することが可能となる。 という効果が得られる。
【図１】本発明の基本的な電子放出素子の構成を示す説
明図である。
明図である。
【図２】電子放出素子の製造方法の一例を示す工程図で
ある。
ある。
【図３】素子の電子放出特性を測定するための測定評価
装置の概略構成図である。
装置の概略構成図である。
【図４】本発明における電子放出特性を示す図。
【図５】実施例２の電子放出素子の構成を示す説明図で
ある。
ある。
【図６】実施例３の電子放出素子を示す説明図である。
【図７】従来の電子放出素子を示す説明図である。
１ 絶縁性基板 ２ 電子放出部形成用薄膜 ３ 電子放出部 ４ 電子放出部を含む薄膜 ５，６ 素子電極 ７，４４，４５ 加熱用電極 ８ 加熱器 ３０，３２ 電流計 ３１，３８ 電源 ３３ 高圧電源 ３４ アノード電極 ４１ ｐ−Ｓｉ基板 ４２ 拡散抵抗部 ４３ 絶縁層 ５１ ランプ加熱器 ５２ 赤外線
Claims (5)
- 【請求項１】 電子放出部に電界を与えることにより電
子を放出せしめる表面伝導型電子放出素子において、電
子放出部を加熱するための加熱手段を備え、該加熱手段
により、該電子放出部が電子放出時に加熱されているこ
とを特徴とする電子放出素子。 - 【請求項２】 該加熱手段が該電子放出部近傍に設けら
れた抵抗加熱器であることを特徴とする請求項１記載の
電子放出素子。 - 【請求項３】 該抵抗加熱器が、該電子放出部と同一基
板上に作製された導電性薄膜である請求項２記載の電子
放出素子。 - 【請求項４】 該抵抗加熱器が、該電子放出部と絶縁層
を介して形成された拡散抵抗層である請求項２記載の電
子放出素子。 - 【請求項５】 該電子放出部が、１００℃以上に加熱さ
れていることを特徴とする請求項１記載の電子放出素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23596193A JPH0765696A (ja) | 1993-08-30 | 1993-08-30 | 電子放出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23596193A JPH0765696A (ja) | 1993-08-30 | 1993-08-30 | 電子放出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0765696A true JPH0765696A (ja) | 1995-03-10 |
Family
ID=16993783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23596193A Pending JPH0765696A (ja) | 1993-08-30 | 1993-08-30 | 電子放出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0765696A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2792770A1 (fr) * | 1999-04-22 | 2000-10-27 | Cit Alcatel | Fonctionnement a haute pression d'une cathode froide a emission de champ |
| JP2009506495A (ja) * | 2005-08-26 | 2009-02-12 | エレクトロニクス アンド テレコミュニケーションズ リサーチ インスチチュート | 急激な金属−絶縁体転移を利用した電子放出素子及びこれを備えるディスプレイ |
-
1993
- 1993-08-30 JP JP23596193A patent/JPH0765696A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2792770A1 (fr) * | 1999-04-22 | 2000-10-27 | Cit Alcatel | Fonctionnement a haute pression d'une cathode froide a emission de champ |
| EP1052668A1 (fr) * | 1999-04-22 | 2000-11-15 | Alcatel | Fonctionnement à haute pression d'une cathode froide à émission de champ |
| US6559442B1 (en) | 1999-04-22 | 2003-05-06 | Alcatel | High-pressure operation of a field-emission cold cathode |
| JP2009506495A (ja) * | 2005-08-26 | 2009-02-12 | エレクトロニクス アンド テレコミュニケーションズ リサーチ インスチチュート | 急激な金属−絶縁体転移を利用した電子放出素子及びこれを備えるディスプレイ |
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