JPH0785397B2 - 電子放出素子 - Google Patents
電子放出素子Info
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- JPH0785397B2 JPH0785397B2 JP13263391A JP13263391A JPH0785397B2 JP H0785397 B2 JPH0785397 B2 JP H0785397B2 JP 13263391 A JP13263391 A JP 13263391A JP 13263391 A JP13263391 A JP 13263391A JP H0785397 B2 JPH0785397 B2 JP H0785397B2
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- JP
- Japan
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- cathode
- electron
- emitting device
- connecting portion
- insulating layer
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子顕微鏡、電子ビー
ム露光装置、CRT等、各種電子ビーム装置の発生源と
して利用することができる電子放出素子に関するもので
ある。
ム露光装置、CRT等、各種電子ビーム装置の発生源と
して利用することができる電子放出素子に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、微細加工技術の進展に伴い、加熱
を必要としない電子放出素子、いわゆる冷陰極、特に、
微小冷陰極に関する研究開発が活発になってきており、
幾つかあるタイプの中で、電界放出型の電子放出素子が
よく研究されている。電界放出型の電子放出素子は、電
子を放出させるために陰極エミッタの先端の曲率が数百
nm以下となるように針状加工され、このエミッタ先端
に107 V/cm程度の強電界を集中させることにより
電子放出を行わせるように構成されている。この電界放
出型の電子放出素子は、(1)電流密度が高い、(2)
陰極を加熱する必要がないので、電力消費が非常に少な
いなどの特徴を有する。
を必要としない電子放出素子、いわゆる冷陰極、特に、
微小冷陰極に関する研究開発が活発になってきており、
幾つかあるタイプの中で、電界放出型の電子放出素子が
よく研究されている。電界放出型の電子放出素子は、電
子を放出させるために陰極エミッタの先端の曲率が数百
nm以下となるように針状加工され、このエミッタ先端
に107 V/cm程度の強電界を集中させることにより
電子放出を行わせるように構成されている。この電界放
出型の電子放出素子は、(1)電流密度が高い、(2)
陰極を加熱する必要がないので、電力消費が非常に少な
いなどの特徴を有する。
【0003】また、従来の電界放出型の電子放出素子の
他の例として、特願平2−133397号に記載された
構成が知られている。図16(a)〜(c)はこの従来
の電子放出素子を示し、図16(a)は平面図、図16
(b)および(c)はそれぞれ図16(a)のC−C線
およびD−D線に沿う断面図である(なお、図16
(a)の平面図には、理解しやすいように図16
(b)、(c)に対応する各部に同方向の斜線を付して
ある。)。
他の例として、特願平2−133397号に記載された
構成が知られている。図16(a)〜(c)はこの従来
の電子放出素子を示し、図16(a)は平面図、図16
(b)および(c)はそれぞれ図16(a)のC−C線
およびD−D線に沿う断面図である(なお、図16
(a)の平面図には、理解しやすいように図16
(b)、(c)に対応する各部に同方向の斜線を付して
ある。)。
【0004】図16(a)〜(c)に示すように、ガラ
ス等からなる絶縁基板111の上に導電性物質からなる
ベース電極112が形成され、ベース電極112の上に
このベース電極112から電流が供給される陰極部11
3が形成されている。この陰極部113としては、仕事
関数が低く、かつ高融点の材料が望ましく、例えば、S
iC、ZrC、TiC、Mo、W等が用いられている。
陰極部113は中心より四方に延びる十字状で、エッジ
部114を有するように断面において矩形、若しくは台
形に形成され、かつ平面における幅wが先端側から中心
側に至るに従い0から所定の大きさまで徐々に直線的に
変化する、いわゆる楔形状に設定されている。ベース電
極112の上の陰極部113の下側外縁部と陰極部11
3の形成されていない部分には絶縁層115が形成され
ている。陰極部113の周囲には、この陰極部113に
対し、所定の間隔をおいて絶縁層116と制御電極11
7が絶縁層115の上に順次形成されている。絶縁層1
16はAl2 O3 、SiO 2 等からなり、陰極部113
の厚さと同等以上の厚さに形成され、制御電極117は
陰極部113から電子を引き出すためのものであり、金
属等で形成されている。
ス等からなる絶縁基板111の上に導電性物質からなる
ベース電極112が形成され、ベース電極112の上に
このベース電極112から電流が供給される陰極部11
3が形成されている。この陰極部113としては、仕事
関数が低く、かつ高融点の材料が望ましく、例えば、S
iC、ZrC、TiC、Mo、W等が用いられている。
陰極部113は中心より四方に延びる十字状で、エッジ
部114を有するように断面において矩形、若しくは台
形に形成され、かつ平面における幅wが先端側から中心
側に至るに従い0から所定の大きさまで徐々に直線的に
変化する、いわゆる楔形状に設定されている。ベース電
極112の上の陰極部113の下側外縁部と陰極部11
3の形成されていない部分には絶縁層115が形成され
ている。陰極部113の周囲には、この陰極部113に
対し、所定の間隔をおいて絶縁層116と制御電極11
7が絶縁層115の上に順次形成されている。絶縁層1
16はAl2 O3 、SiO 2 等からなり、陰極部113
の厚さと同等以上の厚さに形成され、制御電極117は
陰極部113から電子を引き出すためのものであり、金
属等で形成されている。
【0005】以上のように構成された電子放出素子にお
いて、以下、その動作について説明する。陰極部113
が負、制御電極117が正となるように両者の間に電圧
を印加すると、陰極部113のエッジ部114に電気力
線が集中し、強電界となる。このとき、陰極部113お
よび制御電極117の幅が場所によって徐々に変わって
いるため、電界強度も変化することになる。したがっ
て、製造時において陰極部113および制御電極117
のパターン精度にバラツキが生じても、電子を放出する
のに必要な電界強度となる陰極部113のエッジ部は必
ず存在し、そのため、安定した電子放出特性を得ること
ができる。
いて、以下、その動作について説明する。陰極部113
が負、制御電極117が正となるように両者の間に電圧
を印加すると、陰極部113のエッジ部114に電気力
線が集中し、強電界となる。このとき、陰極部113お
よび制御電極117の幅が場所によって徐々に変わって
いるため、電界強度も変化することになる。したがっ
て、製造時において陰極部113および制御電極117
のパターン精度にバラツキが生じても、電子を放出する
のに必要な電界強度となる陰極部113のエッジ部は必
ず存在し、そのため、安定した電子放出特性を得ること
ができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の構成では、陰極部113の断面形状が矩形、若し
くは台形であるため、陰極部113の上面のエッジ部1
14に十分に電界集中することができず、電子放出特性
を十分に向上させることができないという問題があっ
た。
来例の構成では、陰極部113の断面形状が矩形、若し
くは台形であるため、陰極部113の上面のエッジ部1
14に十分に電界集中することができず、電子放出特性
を十分に向上させることができないという問題があっ
た。
【0007】本発明は、上記従来技術の問題を解決する
ものであり、電界集中度を増すことができ、したがっ
て、低電圧で動作させることができると共に、電子放出
特性を向上させることができるようにした電子放出素子
を提供し、また、上記目的に加えて不必要な部分への電
界集中が起きないようにして動作を安定させることがで
きるようにした電子放出素子を提供することを目的とす
るものである。
ものであり、電界集中度を増すことができ、したがっ
て、低電圧で動作させることができると共に、電子放出
特性を向上させることができるようにした電子放出素子
を提供し、また、上記目的に加えて不必要な部分への電
界集中が起きないようにして動作を安定させることがで
きるようにした電子放出素子を提供することを目的とす
るものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の技術的解決手段は、基板と、この基板上に形
成されたベース電極と、このベース電極上の一部に形成
された陰極接続部と、この陰極接続部の上に形成され、
表面に比べて裏面の方が広くなり、裏面側端縁が断面鋭
角なエッジ部となるメサ形状で、平面において幅が徐々
に変化する楔状部分を有する陰極部と、この陰極部の楔
状部分と所定の間隔をおいて形成された絶縁層と、この
絶縁層上に形成され、上記陰極部から電子を引き出すた
めの制御電極とを備えたものである。
に本発明の技術的解決手段は、基板と、この基板上に形
成されたベース電極と、このベース電極上の一部に形成
された陰極接続部と、この陰極接続部の上に形成され、
表面に比べて裏面の方が広くなり、裏面側端縁が断面鋭
角なエッジ部となるメサ形状で、平面において幅が徐々
に変化する楔状部分を有する陰極部と、この陰極部の楔
状部分と所定の間隔をおいて形成された絶縁層と、この
絶縁層上に形成され、上記陰極部から電子を引き出すた
めの制御電極とを備えたものである。
【0009】上記目的を達成するための本発明の他の技
術的解決手段は、上記技術的解決手段における陰極部の
エッジ部が陰極接続部の側方に突出されたものである。
術的解決手段は、上記技術的解決手段における陰極部の
エッジ部が陰極接続部の側方に突出されたものである。
【0010】または基板と、この基板上に形成されたベ
ース電極と、このベース電極上の一部に形成された陰極
接続部と、この陰極接続部の上に形成され、表面に比べ
て裏面の方が狭くなり、表面側端縁が断面鋭角なエッジ
部となる逆メサ形状で、平面において幅が徐々に変化す
る楔状部分を有する陰極部と、この陰極部の楔状部分と
所定の間隔をおいて形成された絶縁層と、この絶縁層上
に形成され、上記陰極部から電子を引き出すための制御
電極とを備えたものである。
ース電極と、このベース電極上の一部に形成された陰極
接続部と、この陰極接続部の上に形成され、表面に比べ
て裏面の方が狭くなり、表面側端縁が断面鋭角なエッジ
部となる逆メサ形状で、平面において幅が徐々に変化す
る楔状部分を有する陰極部と、この陰極部の楔状部分と
所定の間隔をおいて形成された絶縁層と、この絶縁層上
に形成され、上記陰極部から電子を引き出すための制御
電極とを備えたものである。
【0011】そして、上記各技術的解決手段における陰
極接続部を陰極部と異なる導電体材料、若しくは半導電
体材料のいずれかにより形成することができる。
極接続部を陰極部と異なる導電体材料、若しくは半導電
体材料のいずれかにより形成することができる。
【0012】
【作用】本発明は、上記構成により、陰極部に陰極接続
部を介して電気的に接続されているベース電極と制御電
極との間に電圧を印加することにより、陰極部のエッジ
部に電気力線が集中し、強電界となるので、電子を放出
することができる。そして、陰極部のエッジ部を断面鋭
角に形成しているので、電界の集中度を増すことができ
る。さらに、平面的にも幅が徐々に直線的に変化する楔
状部分を有しているため、一層の電界集中が可能とな
り、より低電圧での電子放出を可能とする。
部を介して電気的に接続されているベース電極と制御電
極との間に電圧を印加することにより、陰極部のエッジ
部に電気力線が集中し、強電界となるので、電子を放出
することができる。そして、陰極部のエッジ部を断面鋭
角に形成しているので、電界の集中度を増すことができ
る。さらに、平面的にも幅が徐々に直線的に変化する楔
状部分を有しているため、一層の電界集中が可能とな
り、より低電圧での電子放出を可能とする。
【0013】また、電界の集中する陰極部のエッジ部を
陰極接続部の側方へ突出させて空中に浮かすように構成
することにより、不必要な部分への電界集中が起きない
ようにすることができる。また、陰極部のエッジ部と制
御電極との水平距離や高さを調整することにより、放出
電子の軌道を容易に制御することができる。
陰極接続部の側方へ突出させて空中に浮かすように構成
することにより、不必要な部分への電界集中が起きない
ようにすることができる。また、陰極部のエッジ部と制
御電極との水平距離や高さを調整することにより、放出
電子の軌道を容易に制御することができる。
【0014】
(実施例1)以下、本発明の第1の実施例について図面
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
【0015】図1(a)は本発明の第1の実施例におけ
る電子放出素子を示す平面図、図1(b)および図1
(c)はそれぞれ図1(a)におけるA−A線およびB
−B線に沿う断面図である(なお、図1(a)の平面図
には、理解しやすいように図1(b)、(c)に対応す
る各部に同方向の斜線を付してある。)。
る電子放出素子を示す平面図、図1(b)および図1
(c)はそれぞれ図1(a)におけるA−A線およびB
−B線に沿う断面図である(なお、図1(a)の平面図
には、理解しやすいように図1(b)、(c)に対応す
る各部に同方向の斜線を付してある。)。
【0016】図1(a)、(b)、(c)に示すよう
に、ガラス、Al2 O3 、Si等からなる絶縁性の基板
11の上に、Al、Cr、Pt、In2 O3 、Ta等か
らなるベース電極12が形成され、ベース電極12上の
所定の部分に、Au、Cr、C、Si、Ge等からなる
陰極接続部13が形成され、陰極接続部13の上にM
o、W、ZrC、LaB6 等からなる陰極部14が形成
されている。この陰極部14は、平面において、少なく
ともその一部の幅が先端側から中心側に至るに従い0か
ら所定の大きさまで徐々に直線的に変化する、いわゆる
楔状に形成され、しかも、表面に比べて裏面の方が広く
なる、いわゆるメサ形状に形成され、裏面側端縁に断面
鋭角のエッジ部15が形成されている。したがって、先
端裏面側にエッジ部15が交わる尖鋭部15aが形成さ
れている。陰極部14の尖鋭部15aを含むエッジ部1
5は陰極接続部13の側方に突出されて空中に浮くよう
に設定されている。陰極部14から所定の間隔をおい
て、ベース電極12の上にSiO 2 、Al2 O3 、Si
3 N4 等からなる絶縁層16が形成され、絶縁層16の
上に陰極部14から電子を引き出すためのCr、Mo、
W等からなる制御電極17が形成されている。
に、ガラス、Al2 O3 、Si等からなる絶縁性の基板
11の上に、Al、Cr、Pt、In2 O3 、Ta等か
らなるベース電極12が形成され、ベース電極12上の
所定の部分に、Au、Cr、C、Si、Ge等からなる
陰極接続部13が形成され、陰極接続部13の上にM
o、W、ZrC、LaB6 等からなる陰極部14が形成
されている。この陰極部14は、平面において、少なく
ともその一部の幅が先端側から中心側に至るに従い0か
ら所定の大きさまで徐々に直線的に変化する、いわゆる
楔状に形成され、しかも、表面に比べて裏面の方が広く
なる、いわゆるメサ形状に形成され、裏面側端縁に断面
鋭角のエッジ部15が形成されている。したがって、先
端裏面側にエッジ部15が交わる尖鋭部15aが形成さ
れている。陰極部14の尖鋭部15aを含むエッジ部1
5は陰極接続部13の側方に突出されて空中に浮くよう
に設定されている。陰極部14から所定の間隔をおい
て、ベース電極12の上にSiO 2 、Al2 O3 、Si
3 N4 等からなる絶縁層16が形成され、絶縁層16の
上に陰極部14から電子を引き出すためのCr、Mo、
W等からなる制御電極17が形成されている。
【0017】以上のように構成された電子放出素子にお
いて、以下、その動作について説明する。陰極部14に
陰極接続部13を介して電気的に接続されているベース
電極12が負、制御電極18が正となるように両者の間
に電圧を印加すると、陰極部14に電圧が印加され、陰
極部14における断面鋭角のエッジ部15に電気力線が
集中する。本実施例では、シミュレーションの結果から
明らかなように、特に、楔状陰極部14の先端裏面側の
尖鋭部15aに電気力線が集中する。そして、所定の電
界以上になるとトンネル現象によって電子が真空中に透
過し、尖鋭部15aから電子が放出される。
いて、以下、その動作について説明する。陰極部14に
陰極接続部13を介して電気的に接続されているベース
電極12が負、制御電極18が正となるように両者の間
に電圧を印加すると、陰極部14に電圧が印加され、陰
極部14における断面鋭角のエッジ部15に電気力線が
集中する。本実施例では、シミュレーションの結果から
明らかなように、特に、楔状陰極部14の先端裏面側の
尖鋭部15aに電気力線が集中する。そして、所定の電
界以上になるとトンネル現象によって電子が真空中に透
過し、尖鋭部15aから電子が放出される。
【0018】このように本実施例によれば、陰極部14
をメサ形状とし、陰極部14の裏面側のエッジ部15の
断面形状を尖鋭化させている。これによりエッジ部1
5、特に、尖鋭部15aにおける電界の集中度が増し、
低電圧で動作させることができると共に、電子放出特性
を向上させることができる。また、陰極部14における
電界の集中するエッジ部(尖鋭部15aを含む)15を
陰極接続部13の側方に突出させて空中に浮くように形
成しているので、不必要な部分への電界集中が起こら
ず、電子放出動作を安定させることができる。
をメサ形状とし、陰極部14の裏面側のエッジ部15の
断面形状を尖鋭化させている。これによりエッジ部1
5、特に、尖鋭部15aにおける電界の集中度が増し、
低電圧で動作させることができると共に、電子放出特性
を向上させることができる。また、陰極部14における
電界の集中するエッジ部(尖鋭部15aを含む)15を
陰極接続部13の側方に突出させて空中に浮くように形
成しているので、不必要な部分への電界集中が起こら
ず、電子放出動作を安定させることができる。
【0019】次に、図1(a)〜(c)に示した上記第
1の実施例における電子放出素子の一製造方法につい
て、図2ないし図7に示す断面図を参照しながら説明す
る(なお、各図は図1(a)のB−B線に相当する断面
図である。)。
1の実施例における電子放出素子の一製造方法につい
て、図2ないし図7に示す断面図を参照しながら説明す
る(なお、各図は図1(a)のB−B線に相当する断面
図である。)。
【0020】まず、図2に示すように、ガラス、Al2
O3 、Si等からなる基板11の上に、Cr、Pt、I
n2 O3 、Ta等からなるベース電極12、Au、C、
Cr、Si、Ge等からなる陰極接続部材料23、M
o、W等からなる陰極材料24およびAl、SiO2 等
からなるマスク材31を例えば、蒸着等の方法により順
次形成する。次に、図3に示すように、マスク材31の
上に通常のリソグラフィー技術を用い、形成しようとす
る陰極部14の形状に対応したレジストパターン32を
形成し、このレジストパターン32をマスクとしてマス
ク材31をエッチング加工する。次に、図4に示すよう
に、エッチング加工されたマスク材31をマスクとし、
例えば、CF4 系ガスによるリアクティブ・イオン・エ
ッチングにより、陰極材料24をマスク材31のパター
ンよりやや小さくなるように加工し、陰極部14を形成
する。この陰極部14の加工の際、等方性エッチングの
条件にすることにより、裾が広がった、すなわち、表面
より裏面の方が広くなるメサ形状に形成し、裏面側端縁
に断面鋭角のエッジ部15を形成すると共に、先端裏面
側に尖鋭部15a(図1(a)、(b)参照)を形成す
ることができる。したがって、陰極接続部材料23とし
て、CF4 系ガスでエッチングされない材料を用いる必
要がある。次に、図5に示すように、マスク材31およ
び陰極部14をマスクとし、例えば、Cl2 系ガスを用
いて陰極接続部材料23を陰極部14のパターンよりや
や小さくなるようにエッチング加工することにより陰極
接続部13を形成し、陰極部14の尖鋭部15aを含む
エッジ部15を陰極接続部13の側方へ突出させて空中
に浮かせる。したがって、陰極材料24として、Cl2
系ガスでエッチングされない材料を用いる必要がある。
次に、図6に示すように、SiO2 、Al2 O3 、Si
3 N4 等からなる絶縁層16およびMo、W、Cr等か
らなる制御電極17を上方から順次蒸着等の方法により
全面に形成する。最後に、図7に示すように、マスク材
31をその上の絶縁層16および制御電極17と共にリ
フトオフすることにより、陰極部14を露出させ、この
陰極部14から所定の間隔をおいて絶縁層16、制御電
極17を形成した本実施例の電子放出素子を製造するこ
とができる。なお、図6において、絶縁層16および制
御電極17の膜厚を制御することに より、エッジ部15
と制御電極17の相対的位置を決めることができ、また
エッジ部15と制御電極17との距離を調整することに
より、放出電子軌道を容易に制御できる。
O3 、Si等からなる基板11の上に、Cr、Pt、I
n2 O3 、Ta等からなるベース電極12、Au、C、
Cr、Si、Ge等からなる陰極接続部材料23、M
o、W等からなる陰極材料24およびAl、SiO2 等
からなるマスク材31を例えば、蒸着等の方法により順
次形成する。次に、図3に示すように、マスク材31の
上に通常のリソグラフィー技術を用い、形成しようとす
る陰極部14の形状に対応したレジストパターン32を
形成し、このレジストパターン32をマスクとしてマス
ク材31をエッチング加工する。次に、図4に示すよう
に、エッチング加工されたマスク材31をマスクとし、
例えば、CF4 系ガスによるリアクティブ・イオン・エ
ッチングにより、陰極材料24をマスク材31のパター
ンよりやや小さくなるように加工し、陰極部14を形成
する。この陰極部14の加工の際、等方性エッチングの
条件にすることにより、裾が広がった、すなわち、表面
より裏面の方が広くなるメサ形状に形成し、裏面側端縁
に断面鋭角のエッジ部15を形成すると共に、先端裏面
側に尖鋭部15a(図1(a)、(b)参照)を形成す
ることができる。したがって、陰極接続部材料23とし
て、CF4 系ガスでエッチングされない材料を用いる必
要がある。次に、図5に示すように、マスク材31およ
び陰極部14をマスクとし、例えば、Cl2 系ガスを用
いて陰極接続部材料23を陰極部14のパターンよりや
や小さくなるようにエッチング加工することにより陰極
接続部13を形成し、陰極部14の尖鋭部15aを含む
エッジ部15を陰極接続部13の側方へ突出させて空中
に浮かせる。したがって、陰極材料24として、Cl2
系ガスでエッチングされない材料を用いる必要がある。
次に、図6に示すように、SiO2 、Al2 O3 、Si
3 N4 等からなる絶縁層16およびMo、W、Cr等か
らなる制御電極17を上方から順次蒸着等の方法により
全面に形成する。最後に、図7に示すように、マスク材
31をその上の絶縁層16および制御電極17と共にリ
フトオフすることにより、陰極部14を露出させ、この
陰極部14から所定の間隔をおいて絶縁層16、制御電
極17を形成した本実施例の電子放出素子を製造するこ
とができる。なお、図6において、絶縁層16および制
御電極17の膜厚を制御することに より、エッジ部15
と制御電極17の相対的位置を決めることができ、また
エッジ部15と制御電極17との距離を調整することに
より、放出電子軌道を容易に制御できる。
【0021】(実施例2)以下、本発明の第2の実施例
について図面を参照しながら説明する。
について図面を参照しながら説明する。
【0022】図8(a)、(b)は本発明の第2の実施
例における電子放出素子を示し、それぞれ図1(b)、
(c)と同様の断面図である。本実施例において、平面
形状は上記第1の実施例の平面図とほぼ同様であるの
で、断面図のみ示す。
例における電子放出素子を示し、それぞれ図1(b)、
(c)と同様の断面図である。本実施例において、平面
形状は上記第1の実施例の平面図とほぼ同様であるの
で、断面図のみ示す。
【0023】図8(a)、(b)に示すように、ガラ
ス、Al2 O3 、Si等からなる絶縁性の基板41の上
に、Al、Cr、Pt、In2 O3 、Ta等からなるベ
ース電極42が形成され、ベース電極42上の所定の部
分に、Au、Cr、C、Si、Ge等からなる陰極接続
部43が形成され,陰極接続部43の上にMo、W、Z
rC、LaB6 等からなる陰極部44が形成されてい
る。この陰極部44は、平面において、少なくともその
一部の幅が徐々に直線的に変化する、いわゆる楔状に形
成され、しかも、表面に比べて裏面の方が狭くなる、い
わゆる逆メサ形状に形成され、表面側端縁に断面鋭角の
エッジ部45が形成されている。したがって、先端表面
側にエッジ部45aが交わる尖鋭部45aが形成されて
いる。陰極部44は逆メサ形状に形成されているので、
尖鋭部45aを含むエッジ部45は陰極接続部43の側
方に突出されて空中に浮かされている。陰極部44から
所定の間隔をおいて、ベース電極42の上にSiO2 、
Al2 O3 、Si3 N4 等からなる絶縁層46が形成さ
れ、絶縁層46の上に陰極部44から電子を引き出すた
めのCr、Mo、W等からなる制御電極47が形成され
ている。
ス、Al2 O3 、Si等からなる絶縁性の基板41の上
に、Al、Cr、Pt、In2 O3 、Ta等からなるベ
ース電極42が形成され、ベース電極42上の所定の部
分に、Au、Cr、C、Si、Ge等からなる陰極接続
部43が形成され,陰極接続部43の上にMo、W、Z
rC、LaB6 等からなる陰極部44が形成されてい
る。この陰極部44は、平面において、少なくともその
一部の幅が徐々に直線的に変化する、いわゆる楔状に形
成され、しかも、表面に比べて裏面の方が狭くなる、い
わゆる逆メサ形状に形成され、表面側端縁に断面鋭角の
エッジ部45が形成されている。したがって、先端表面
側にエッジ部45aが交わる尖鋭部45aが形成されて
いる。陰極部44は逆メサ形状に形成されているので、
尖鋭部45aを含むエッジ部45は陰極接続部43の側
方に突出されて空中に浮かされている。陰極部44から
所定の間隔をおいて、ベース電極42の上にSiO2 、
Al2 O3 、Si3 N4 等からなる絶縁層46が形成さ
れ、絶縁層46の上に陰極部44から電子を引き出すた
めのCr、Mo、W等からなる制御電極47が形成され
ている。
【0024】以上のように構成された電子放出素子にお
いて、以下、その動作について説明する。陰極部44に
陰極接続部43を介して電気的に接続されているベース
電極42が負、制御電極47が正となるように両者の間
に電圧を印加すると、陰極部44に電圧が印加され、陰
極部44のエッジ部45に電気力線が集中する。本実施
例では、シミュレーションの結果から明らかなように、
特に、楔状陰極部44の先端表面側の尖鋭部45aに電
気力線が集中する。そして、所定の電界以上になるとト
ンネル現象によって電子が真空中に透過し、尖鋭部45
aから電子が放出される。
いて、以下、その動作について説明する。陰極部44に
陰極接続部43を介して電気的に接続されているベース
電極42が負、制御電極47が正となるように両者の間
に電圧を印加すると、陰極部44に電圧が印加され、陰
極部44のエッジ部45に電気力線が集中する。本実施
例では、シミュレーションの結果から明らかなように、
特に、楔状陰極部44の先端表面側の尖鋭部45aに電
気力線が集中する。そして、所定の電界以上になるとト
ンネル現象によって電子が真空中に透過し、尖鋭部45
aから電子が放出される。
【0025】このように本実施例によれば、陰極部44
を逆メサ形状とし、陰極部44の表面側のエッジ部45
の断面形状をより尖鋭化させている。これによりエッジ
部45、特に、尖鋭部45aにおける電界の集中度が増
し、低電圧で動作させることができると共に、電子放出
特性を向上させることができる。また、陰極部44にお
ける電界の集中するエッジ部(尖鋭部45aを含む)4
5を陰極接続部43の側方に突出させて空中に浮くよう
に形成しているので、不必要な部分への電界集中が起こ
らず、電子放出動作を安定させることができる。
を逆メサ形状とし、陰極部44の表面側のエッジ部45
の断面形状をより尖鋭化させている。これによりエッジ
部45、特に、尖鋭部45aにおける電界の集中度が増
し、低電圧で動作させることができると共に、電子放出
特性を向上させることができる。また、陰極部44にお
ける電界の集中するエッジ部(尖鋭部45aを含む)4
5を陰極接続部43の側方に突出させて空中に浮くよう
に形成しているので、不必要な部分への電界集中が起こ
らず、電子放出動作を安定させることができる。
【0026】次に、図8(a)、(b)に示した上記第
2の実施例における電子放出素子の一製造方法につい
て、図9ないし図15に示す断面図を参照しながら説明
する(なお、各図は図1(a)のB−B線に相当する断
面図である。)。
2の実施例における電子放出素子の一製造方法につい
て、図9ないし図15に示す断面図を参照しながら説明
する(なお、各図は図1(a)のB−B線に相当する断
面図である。)。
【0027】まず、図9に示すように、ガラス、Al2
O3 、Si等からなる基板41の上に、Cr、Pt、I
n2 O3 、Ta等からなるベース電極42、Au、C、
Cr、Si、Ge等からなる陰極接続部材料53、M
o、W等からなる陰極材料54およびAl、SiO2 等
からなるマスク材61を例えば、蒸着等の方法により順
次形成する。次に、図10に示すように、マスク61の
上に通常のリソグラフィー技術を用い、形成しようとす
る陰極部44の形状に対応したレジストパターン62を
形成し、このレジストパターン62をマスクとしてマス
ク材61をエッチング加工する。次に、図11に示すよ
うに、エッチング加工されたマスク材61をマスクと
し、例えば、CF4 系ガスによるリアクティブ・イオン
・エッチングの異方性エッチングの条件によって陰極材
料54をマスク材61のパターンと同じように加工す
る。次に、図12に示すように、マスク材61および陰
極材料54をマスクとして,例えば、Cl2 系ガスによ
るリアクティブ・イオン・エッチングによって陰極接続
部材料53を加工して陰極接続部43を形成する。この
加工の際、エッチング条件を等方性エッチングの条件に
することにより、陰極接続部材料53を所定のパターン
で、かつ陰極材料54の裏面内方まで後退するようにエ
ッチングする。次に、図13に示すように、CF4 系ガ
スの等方性エッチングの条件で陰極材料54をエッチン
グすることにより、表面に比べて裏面の方が狭くなる逆
メサ形状で、表面側端縁に断面鋭角の尖鋭化したエッジ
部45を有すると共に、先端表面側に尖鋭部45aを有
する陰極部44を形成し、陰極部44の尖鋭部45aを
含むエッジ部45を陰極接続部43の側方へ突出させて
空中に浮かせることができる。次に、図14に示すよう
に、SiO2 、Al2 O3 、Si3 N4 等からなる絶縁
層46およびMo、W、Cr等からなる制御電極47を
上方から順次蒸着等の方法により全面に形成する。最後
に、図15に示すように、マスク材61をその上の絶縁
層46および制御電極47と共にリフトオフすることに
より、陰極部44を露出させ、この陰極部44から所定
の間隔をおいて絶縁層46、制御電極47を形成した本
実施例の電子放出素子を製造することができる。なお、
図14において、絶縁層46および制御電極47の膜厚
を制御すること により、エッジ部45と制御電極47と
の相対位置を決めることができ、また、エッジ部45と
制御電極47との距離を調整することにより、放出電子
軌道を容易に制御できる。
O3 、Si等からなる基板41の上に、Cr、Pt、I
n2 O3 、Ta等からなるベース電極42、Au、C、
Cr、Si、Ge等からなる陰極接続部材料53、M
o、W等からなる陰極材料54およびAl、SiO2 等
からなるマスク材61を例えば、蒸着等の方法により順
次形成する。次に、図10に示すように、マスク61の
上に通常のリソグラフィー技術を用い、形成しようとす
る陰極部44の形状に対応したレジストパターン62を
形成し、このレジストパターン62をマスクとしてマス
ク材61をエッチング加工する。次に、図11に示すよ
うに、エッチング加工されたマスク材61をマスクと
し、例えば、CF4 系ガスによるリアクティブ・イオン
・エッチングの異方性エッチングの条件によって陰極材
料54をマスク材61のパターンと同じように加工す
る。次に、図12に示すように、マスク材61および陰
極材料54をマスクとして,例えば、Cl2 系ガスによ
るリアクティブ・イオン・エッチングによって陰極接続
部材料53を加工して陰極接続部43を形成する。この
加工の際、エッチング条件を等方性エッチングの条件に
することにより、陰極接続部材料53を所定のパターン
で、かつ陰極材料54の裏面内方まで後退するようにエ
ッチングする。次に、図13に示すように、CF4 系ガ
スの等方性エッチングの条件で陰極材料54をエッチン
グすることにより、表面に比べて裏面の方が狭くなる逆
メサ形状で、表面側端縁に断面鋭角の尖鋭化したエッジ
部45を有すると共に、先端表面側に尖鋭部45aを有
する陰極部44を形成し、陰極部44の尖鋭部45aを
含むエッジ部45を陰極接続部43の側方へ突出させて
空中に浮かせることができる。次に、図14に示すよう
に、SiO2 、Al2 O3 、Si3 N4 等からなる絶縁
層46およびMo、W、Cr等からなる制御電極47を
上方から順次蒸着等の方法により全面に形成する。最後
に、図15に示すように、マスク材61をその上の絶縁
層46および制御電極47と共にリフトオフすることに
より、陰極部44を露出させ、この陰極部44から所定
の間隔をおいて絶縁層46、制御電極47を形成した本
実施例の電子放出素子を製造することができる。なお、
図14において、絶縁層46および制御電極47の膜厚
を制御すること により、エッジ部45と制御電極47と
の相対位置を決めることができ、また、エッジ部45と
制御電極47との距離を調整することにより、放出電子
軌道を容易に制御できる。
【0028】(実施例3) 以下、本発明の第3の実施例について説明する。本実施
例においては、図1(a)〜(C)に示す上記第1の実
施例、若しくは図8(a)、(b)に示す上記第2の実
施例と同様に形成され、陰極接続部13、若しくは43
が陰極部14、若しくは44の材料と異なる導電体材
料、若しくは半導電体材料から構成された点に特徴を有
する。
例においては、図1(a)〜(C)に示す上記第1の実
施例、若しくは図8(a)、(b)に示す上記第2の実
施例と同様に形成され、陰極接続部13、若しくは43
が陰極部14、若しくは44の材料と異なる導電体材
料、若しくは半導電体材料から構成された点に特徴を有
する。
【0029】陰極部14、44の材料として、例えば、
Mo、W等を用いるのに対し、陰極接続部13、43の
材料として、例えば、Au、Cr、Si、Ge等の陰極
部材料とは異なった材料を用いることにより、例えば、
上記第1および第2の実施例で説明したような方法で陰
極部14および44のエッジ部15および45を極めて
容易に尖鋭化加工することができる。また、陰極接続部
13、43の材料としてSi、Ge等の半導電体材料を
用いることにより、電子放出電流が急激に増大したと
き、陰極接続部13、43の抵抗効果によって電圧降下
を起こし、陰極部14、44にかかる電圧を下げ、過大
な電流放出による陰極部14、44の損傷を防止するこ
とができる。その他の作用効果については上記第1、第
2の実施例と同様であるので、その説明を省略する。
Mo、W等を用いるのに対し、陰極接続部13、43の
材料として、例えば、Au、Cr、Si、Ge等の陰極
部材料とは異なった材料を用いることにより、例えば、
上記第1および第2の実施例で説明したような方法で陰
極部14および44のエッジ部15および45を極めて
容易に尖鋭化加工することができる。また、陰極接続部
13、43の材料としてSi、Ge等の半導電体材料を
用いることにより、電子放出電流が急激に増大したと
き、陰極接続部13、43の抵抗効果によって電圧降下
を起こし、陰極部14、44にかかる電圧を下げ、過大
な電流放出による陰極部14、44の損傷を防止するこ
とができる。その他の作用効果については上記第1、第
2の実施例と同様であるので、その説明を省略する。
【0030】なお、陰極部14、44と制御部17、4
7との間のベース電極12、42上の表面が絶縁物であ
っても、本発明の効果が失われるものではない。
7との間のベース電極12、42上の表面が絶縁物であ
っても、本発明の効果が失われるものではない。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、陰
極部をメサ形状とし、若しくは逆メサ形状とし、エッジ
部を断面鋭角に形成して尖鋭化させ、平面的にも楔状部
分を形成しているので、電界集中度を増し、より低電圧
で動作させることができると共に、電子放出特性を向上
させることができる。また、、陰極部のエッジ部と制御
電極との水平距離や高さを調整することにより、放出電
子の軌道を容易に制御することができる。
極部をメサ形状とし、若しくは逆メサ形状とし、エッジ
部を断面鋭角に形成して尖鋭化させ、平面的にも楔状部
分を形成しているので、電界集中度を増し、より低電圧
で動作させることができると共に、電子放出特性を向上
させることができる。また、、陰極部のエッジ部と制御
電極との水平距離や高さを調整することにより、放出電
子の軌道を容易に制御することができる。
【0032】また、電界の集中する陰極部のエッジ部を
陰極接続部の側方に突出させて空中に浮かすように構成
することにより、不必要な部分への電界集中が起こら
ず、動作を安定させることができる。
陰極接続部の側方に突出させて空中に浮かすように構成
することにより、不必要な部分への電界集中が起こら
ず、動作を安定させることができる。
【0033】また、陰極部をベース電極に接続する陰極
接続部を陰極部とは異なる材料により形成することによ
り、陰極部のエッジ部の尖鋭化加工を容易に行うことが
できる。
接続部を陰極部とは異なる材料により形成することによ
り、陰極部のエッジ部の尖鋭化加工を容易に行うことが
できる。
【0034】また、陰極接続部に半導電体材料を用いる
ことにより、電子放出電流が増大したとき、この陰極接
続部で電圧降下を起こさせ、過大な電流放出による陰極
部の損傷を防止することができる。
ことにより、電子放出電流が増大したとき、この陰極接
続部で電圧降下を起こさせ、過大な電流放出による陰極
部の損傷を防止することができる。
【図1】(a)本発明の第1の実施例における電子放出
素子を示す平面図 (b)本発明の第1の実施例における電子放出素子を示
し、(a)のA−A線に沿う断面図 (c)本発明の第1の実施例における電子放出素子を示
し、(a)のB−B線に沿う断面図
素子を示す平面図 (b)本発明の第1の実施例における電子放出素子を示
し、(a)のA−A線に沿う断面図 (c)本発明の第1の実施例における電子放出素子を示
し、(a)のB−B線に沿う断面図
【図2】本発明の第1の実施例における電子放出素子の
製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する断
面図
製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する断
面図
【図3】本発明の第1の実施例における電子放出素子の
製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する断
面図
製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する断
面図
【図4】本発明の第1の実施例における電子放出素子の
製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する断
面図
製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する断
面図
【図5】本発明の第1の実施例における電子放出素子の
製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する断
面図
製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する断
面図
【図6】本発明の第1の実施例における電子放出素子の
製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する断
面図
製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する断
面図
【図7】本発明の第1の実施例における電子放出素子の
製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する断
面図
製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する断
面図
【図8】(a)本発明の第2の実施例における電子放出
素子を示し、図1(b)と同様の断面図 (b)本発明の第2の実施例における電子放出素子を示
し、図1(c)と同様の断面図
素子を示し、図1(b)と同様の断面図 (b)本発明の第2の実施例における電子放出素子を示
し、図1(c)と同様の断面図
【図9】本発明の第2の実施例における電子放出素子の
製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する断
面図
製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する断
面図
【図10】本発明の第2の実施例における電子放出素子
の製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する
断面図
の製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する
断面図
【図11】本発明の第2の実施例における電子放出素子
の製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する
断面図
の製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する
断面図
【図12】本発明の第2の実施例における電子放出素子
の製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する
断面図
の製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する
断面図
【図13】本発明の第2の実施例における電子放出素子
の製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する
断面図
の製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する
断面図
【図14】本発明の第2の実施例における電子放出素子
の製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する
断面図
の製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する
断面図
【図15】本発明の第2の実施例における電子放出素子
の製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する
断面図
の製造工程を説明するための図1のB−B線に相当する
断面図
【図16】(a)従来の電子放出素子を示す平面図 (b)従来の電子放出素子を示し、(a)のC−C線に
沿う断面図 (c)従来の電子放出素子を示し、(a)のD−D線に
沿う断面図
沿う断面図 (c)従来の電子放出素子を示し、(a)のD−D線に
沿う断面図
【符号の説明】 11 基板 12 ベース電極 13 陰極接続部 14 陰極部 15 エッジ部 16 絶縁層 17 制御電極 41 基板 42 ベース電極 43 陰極接続部 44 陰極部 45 エッジ部 46 絶縁層 47 制御電極
Claims (5)
- 【請求項1】 基板と、この基板上に形成されたベース
電極と、このベース電極上の一部に形成された陰極接続
部と、この陰極接続部の上に形成され、表面に比べて裏
面の方が広くなり、裏面側端縁が断面鋭角なエッジ部と
なるメサ形状で、平面において幅が徐々に変化する楔状
部分を有する陰極部と、この陰極部の楔状部分と所定の
間隔をおいて形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成
され、上記陰極部から電子を引き出すための制御電極と
を備えた電子放出素子。 - 【請求項2】 陰極部のエッジ部が陰極接続部の側方に
突出された請求項1記載の電子放出素子。 - 【請求項3】 基板と、この基板上に形成されたベース
電極と、このベース電極上の一部に形成された陰極接続
部と、この陰極接続部の上に形成され、表面に比べて裏
面の方が狭くなり、表面側端縁が断面鋭角なエッジ部と
なる逆メサ形状で、平面において幅が徐々に変化する楔
状部分を有する陰極部と、この陰極部の楔状部分と所定
の間隔をおいて形成された絶縁層と、この絶縁層上に形
成され、上記陰極部から電子を引き出すための制御電極
とを備えた電子放出素子。 - 【請求項4】 陰極接続部が陰極部と異なる導電体材料
により形成されている請求項1ないし3のいずれかに記
載の電子放出素子。 - 【請求項5】 陰極接続部が半導電体材料により形成さ
れている請求項1ないし3のいずれかに記載の電子放出
素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13263391A JPH0785397B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 電子放出素子 |
| US07/889,938 US5343110A (en) | 1991-06-04 | 1992-06-02 | Electron emission element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13263391A JPH0785397B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 電子放出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04359831A JPH04359831A (ja) | 1992-12-14 |
| JPH0785397B2 true JPH0785397B2 (ja) | 1995-09-13 |
Family
ID=15085895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13263391A Expired - Fee Related JPH0785397B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 電子放出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0785397B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3599765B2 (ja) * | 1993-04-20 | 2004-12-08 | 株式会社東芝 | 陰極線管装置 |
| JPH07254354A (ja) * | 1994-01-28 | 1995-10-03 | Toshiba Corp | 電界電子放出素子、電界電子放出素子の製造方法およびこの電界電子放出素子を用いた平面ディスプレイ装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02239538A (ja) * | 1989-03-13 | 1990-09-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | プレーナ型冷陰極 |
| JPH038236A (ja) * | 1989-06-01 | 1991-01-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | プレーナ型冷陰極 |
-
1991
- 1991-06-04 JP JP13263391A patent/JPH0785397B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04359831A (ja) | 1992-12-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |