JPH08236013A - 電界放出型冷陰極とこれを用いた電子銃 - Google Patents
電界放出型冷陰極とこれを用いた電子銃Info
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- JPH08236013A JPH08236013A JP4023395A JP4023395A JPH08236013A JP H08236013 A JPH08236013 A JP H08236013A JP 4023395 A JP4023395 A JP 4023395A JP 4023395 A JP4023395 A JP 4023395A JP H08236013 A JPH08236013 A JP H08236013A
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- H01J2201/30—Cold cathodes
- H01J2201/319—Circuit elements associated with the emitters by direct integration
Abstract
(57)【要約】
【目的】電界放出型冷陰極の表面にアノード電圧が充分
に印加されない領域を有する場合、および導電性異物が
キャビティ内に付着しゲート・基板間が短絡した場合、
ゲート電圧の低下による素子の動作不能を防止する。 【構成】導電性基板１のキャビティ４中に設けたエミッ
タコーン１の先端を取り囲む開口部は開口部以外のゲー
ト電極３と材質もしくは抵抗値が異なる高抵抗領域とさ
れている電界放出型冷陰極である。
に印加されない領域を有する場合、および導電性異物が
キャビティ内に付着しゲート・基板間が短絡した場合、
ゲート電圧の低下による素子の動作不能を防止する。 【構成】導電性基板１のキャビティ４中に設けたエミッ
タコーン１の先端を取り囲む開口部は開口部以外のゲー
ト電極３と材質もしくは抵抗値が異なる高抵抗領域とさ
れている電界放出型冷陰極である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子放出源となる冷陰
極、特に鋭利な先端から電子を放出する電界放出型冷陰
極とこれを用いた電子銃に関する。
極、特に鋭利な先端から電子を放出する電界放出型冷陰
極とこれを用いた電子銃に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ製造技術を応用した微小構造を製
作するマイクロマシーニング技術により、Ｃ．Ａ．Ｓｐ
ｉｎｄｔらはシリコンウエハ上に電界放出型冷陰極を製
作している（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３９．ｐｐ．３５０４−３５
０５，１９６８）。図６に、その冷陰極製造工程と構造
の断面図を示す。以下に製造工程を簡単に述べる。単結
晶シリコンからなる導電性基板１上に１μｍ厚の絶縁層
２およびモリブデンからなるゲート電極３が形成されて
おり、絶縁層２およびゲート電極３を貫通した直径約
１．５μｍのキャビティ４を形成する（図６（ａ））。
次に、導電性基板１の中心を貫通する導電性基板１の法
線を回転軸とし、導電性基板１を回転させながら法線か
ら７０°の方向よりアルミニウム（以下、Ａｌと記
す。）からなる犠牲層９を真空蒸着法を用いてゲート電
極３および孔の側面の一部上に形成する（図６
（ｂ））。
作するマイクロマシーニング技術により、Ｃ．Ａ．Ｓｐ
ｉｎｄｔらはシリコンウエハ上に電界放出型冷陰極を製
作している（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３９．ｐｐ．３５０４−３５
０５，１９６８）。図６に、その冷陰極製造工程と構造
の断面図を示す。以下に製造工程を簡単に述べる。単結
晶シリコンからなる導電性基板１上に１μｍ厚の絶縁層
２およびモリブデンからなるゲート電極３が形成されて
おり、絶縁層２およびゲート電極３を貫通した直径約
１．５μｍのキャビティ４を形成する（図６（ａ））。
次に、導電性基板１の中心を貫通する導電性基板１の法
線を回転軸とし、導電性基板１を回転させながら法線か
ら７０°の方向よりアルミニウム（以下、Ａｌと記
す。）からなる犠牲層９を真空蒸着法を用いてゲート電
極３および孔の側面の一部上に形成する（図６
（ｂ））。
【０００３】次に、導電性基板１の中心を貫通する導電
性基板１の法線を回転軸とし、導電性基板１を回転させ
ながら法線方向より例えばモリブデン（以下、Ｍｏと記
す。）等の高融点金属を真空蒸着法により蒸着する。Ｍ
ｏにより形成される高融点金属層１０がゲート電極３上
に積層されるに従い、キャビティ４上に形成される高融
点金属層１０の孔は孔側面にもＭｏが堆積するため次第
に小さくなる。一方、高融点金属層１０の孔を通過した
Ｍｏはキャビティ４の底面に堆積するが、高融点金属層
１０の孔が小さくなるに従い堆積する面積が小さくな
る。高融点金属層１０の孔が完全に閉じるまでＭｏを堆
積すれば、キャビティ４の底面に形成される堆積物（以
下、エミッタコーン６と称する。）は円錐形状となる
（図６（ｃ））。高融点金属層１０を形成後、リン酸等
の弱酸に浸し、犠牲層９を溶解すればリフトオフ法によ
り高融点金属層１０も除去する事が出来、微小電界放出
型冷陰極を得る（図６（ｄ））。
性基板１の法線を回転軸とし、導電性基板１を回転させ
ながら法線方向より例えばモリブデン（以下、Ｍｏと記
す。）等の高融点金属を真空蒸着法により蒸着する。Ｍ
ｏにより形成される高融点金属層１０がゲート電極３上
に積層されるに従い、キャビティ４上に形成される高融
点金属層１０の孔は孔側面にもＭｏが堆積するため次第
に小さくなる。一方、高融点金属層１０の孔を通過した
Ｍｏはキャビティ４の底面に堆積するが、高融点金属層
１０の孔が小さくなるに従い堆積する面積が小さくな
る。高融点金属層１０の孔が完全に閉じるまでＭｏを堆
積すれば、キャビティ４の底面に形成される堆積物（以
下、エミッタコーン６と称する。）は円錐形状となる
（図６（ｃ））。高融点金属層１０を形成後、リン酸等
の弱酸に浸し、犠牲層９を溶解すればリフトオフ法によ
り高融点金属層１０も除去する事が出来、微小電界放出
型冷陰極を得る（図６（ｄ））。
【０００４】導電性基板１とゲート電極３間にゲート電
極３が正の電位となるように数１０〜２００Ｖの電圧を
印加する事により、エミッタコーン６の先端には１０7
Ｖ／ｃｍ以上の電界が発生しエミッタコーン６の先端か
ら電子が放出される。現在、１エミッタコーンあたり１
００μＡ以上の放出電流が観測されており、様々な応用
案が提案されている。例えば、この素子を電子源とした
微小な三極管によるスイッチング素子試作の試みや、マ
トリックス状に多数の素子を並べてなる平板のエミッシ
ョン源により蛍光体を発生させるディスプレイパネル製
作の試みがなされている。
極３が正の電位となるように数１０〜２００Ｖの電圧を
印加する事により、エミッタコーン６の先端には１０7
Ｖ／ｃｍ以上の電界が発生しエミッタコーン６の先端か
ら電子が放出される。現在、１エミッタコーンあたり１
００μＡ以上の放出電流が観測されており、様々な応用
案が提案されている。例えば、この素子を電子源とした
微小な三極管によるスイッチング素子試作の試みや、マ
トリックス状に多数の素子を並べてなる平板のエミッシ
ョン源により蛍光体を発生させるディスプレイパネル製
作の試みがなされている。
【０００５】また、ゲート電極が抵抗値の異なる２層か
らなる電界放出型冷陰極が、特開平５−１４４３７０に
開示されている。特開平５−１４４３７０に示されてい
る電界放出型冷陰極の平面図および断面図を図９
（ａ），（ｂ）に示す。図９に示す通り、この電界放出
型冷陰極の構造は、３×３素子の小ブロック化した素子
群１５のゲート電極を高抵抗層１６で形成し、素子群１
５の外周を低抵抗層１７で囲んでいる。
らなる電界放出型冷陰極が、特開平５−１４４３７０に
開示されている。特開平５−１４４３７０に示されてい
る電界放出型冷陰極の平面図および断面図を図９
（ａ），（ｂ）に示す。図９に示す通り、この電界放出
型冷陰極の構造は、３×３素子の小ブロック化した素子
群１５のゲート電極を高抵抗層１６で形成し、素子群１
５の外周を低抵抗層１７で囲んでいる。
【０００６】図７に発明者が測定した電界放出型冷陰極
動作特性の傾向を示す。図７に示す傾向は、エミッタコ
ーン６から電子を放出させるに充分な電圧をゲート電極
３に印加したときの特性であり、横軸は電界放出型冷陰
極に２．５ｍｍの距離で対向し電界放出型冷陰極から放
出される電子を受け取る電極（以下、コレクタを称
す。）に印加する電圧（以下、コレクタ電圧と称す。）
の１／２乗、縦軸はエミッタコーン６からコレクタに流
入する電流量（以下、エミッション電流と称す。）およ
びゲート電極に流入する電流量（以下、ゲート電流と称
す）である。図７に示す通り、コレクタ電圧が低い場
合、エミッション電流は低くなり、またゲート電極３に
流入する電子が増加する傾向にある。エミッション電流
がゲート電極に入る場合は、その電界の掛かり方からほ
ぼキャビティ４開口部周辺のゲート電極３（以下、開口
部１３と称す。）に入る。これは、コレクタ電圧を下げ
た状態で動作させた後の電界放出型冷陰極外観を観察す
ると、開口部１３に電子でボンバートされた跡が見られ
ることでも明らかである。
動作特性の傾向を示す。図７に示す傾向は、エミッタコ
ーン６から電子を放出させるに充分な電圧をゲート電極
３に印加したときの特性であり、横軸は電界放出型冷陰
極に２．５ｍｍの距離で対向し電界放出型冷陰極から放
出される電子を受け取る電極（以下、コレクタを称
す。）に印加する電圧（以下、コレクタ電圧と称す。）
の１／２乗、縦軸はエミッタコーン６からコレクタに流
入する電流量（以下、エミッション電流と称す。）およ
びゲート電極に流入する電流量（以下、ゲート電流と称
す）である。図７に示す通り、コレクタ電圧が低い場
合、エミッション電流は低くなり、またゲート電極３に
流入する電子が増加する傾向にある。エミッション電流
がゲート電極に入る場合は、その電界の掛かり方からほ
ぼキャビティ４開口部周辺のゲート電極３（以下、開口
部１３と称す。）に入る。これは、コレクタ電圧を下げ
た状態で動作させた後の電界放出型冷陰極外観を観察す
ると、開口部１３に電子でボンバートされた跡が見られ
ることでも明らかである。
【０００７】図８に、従来の熱陰極２２を用いたブラウ
ン管などに用いる電子銃（以下、ＣＲＴ電子銃と称
す。）における、陰極を含む陰極近傍の電極構造の断面
図を示す。尚、熱陰極２２の内部構造及び熱陰極２２を
加熱するヒータを省略している。また、図８にはＣＲＴ
電子銃を動作させたときの電位分布（熱陰極２２のエミ
ッションに関与する部分のみ）を、等電位線２１を用い
て示している。図８において、熱陰極２２に最も近い電
極を第一電極１１、第一電極に次ぎ熱陰極に近い電極を
第二電極１２と称す。熱陰極２２、第一電極１１および
第二電極１２を支持する構体、及びＣＲＴのこれら以外
の部分を省略している。一般にＣＲＴ電子銃では、熱陰
極２２の電子放出面に比べ第一電極１１の孔は小さく、
図８に示す等電位線２１が形成されるようにＣＲＴ電子
銃の電極に電位を印加する。また、熱陰極では、陰極表
面に印加された電位の３／２乗に比例した量の電子を放
出する。故に熱陰極２２から放出される電子は、熱陰極
２２表面のうち電位が印加される第一電極１１の孔に近
く、陰極前面電位が、それより相対的に高い電位領域
（以下、電子放出領域１４と称す。）のみから放出され
る。
ン管などに用いる電子銃（以下、ＣＲＴ電子銃と称
す。）における、陰極を含む陰極近傍の電極構造の断面
図を示す。尚、熱陰極２２の内部構造及び熱陰極２２を
加熱するヒータを省略している。また、図８にはＣＲＴ
電子銃を動作させたときの電位分布（熱陰極２２のエミ
ッションに関与する部分のみ）を、等電位線２１を用い
て示している。図８において、熱陰極２２に最も近い電
極を第一電極１１、第一電極に次ぎ熱陰極に近い電極を
第二電極１２と称す。熱陰極２２、第一電極１１および
第二電極１２を支持する構体、及びＣＲＴのこれら以外
の部分を省略している。一般にＣＲＴ電子銃では、熱陰
極２２の電子放出面に比べ第一電極１１の孔は小さく、
図８に示す等電位線２１が形成されるようにＣＲＴ電子
銃の電極に電位を印加する。また、熱陰極では、陰極表
面に印加された電位の３／２乗に比例した量の電子を放
出する。故に熱陰極２２から放出される電子は、熱陰極
２２表面のうち電位が印加される第一電極１１の孔に近
く、陰極前面電位が、それより相対的に高い電位領域
（以下、電子放出領域１４と称す。）のみから放出され
る。
【０００８】その他、ゲート電極に抵抗を形成する電界
放出型冷陰極は特開平４−２８４３２４に提案されてい
る。この電界放出型陰極の平面図および断面図を図１０
に示す。図１０に示す様に電界放出型冷陰極は、各素子
のゲート電極３は電気抵抗をもつゲート支線１８とゲー
ト電極３に電位を印加するゲート幹線１９からなってい
る。
放出型冷陰極は特開平４−２８４３２４に提案されてい
る。この電界放出型陰極の平面図および断面図を図１０
に示す。図１０に示す様に電界放出型冷陰極は、各素子
のゲート電極３は電気抵抗をもつゲート支線１８とゲー
ト電極３に電位を印加するゲート幹線１９からなってい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、コレ
クタ電圧が低い素子動作条件においては、ゲート電流の
増加を誘発する。このゲート電流の増加による電圧降下
によりゲート電圧は低下し、エミッション電流の低下を
引き起こす。
クタ電圧が低い素子動作条件においては、ゲート電流の
増加を誘発する。このゲート電流の増加による電圧降下
によりゲート電圧は低下し、エミッション電流の低下を
引き起こす。
【００１０】ＣＲＴ電子銃に組み込み従来の熱陰極と同
等の実装方法では、上記の電圧降下によりゲートに充分
な電圧が印加できず動作できないという欠点を有する。
ＣＲＴ電子銃への実装において、ゲート電極への電子突
入を防止するため必要な領域にのみ電界放出型冷陰極を
配する方法があるが、第一電極と電界放出型冷陰極の偏
心度を無くすように電界放出型冷陰極を配する必要があ
り実用的ではない。また、電界放出型冷陰極は、ゲート
電極・エミッタコーン間に導電性異物が付着した場合
も、前記の電圧降下によりゲート電圧が低下し素子特性
が劣化するという欠点を有する。
等の実装方法では、上記の電圧降下によりゲートに充分
な電圧が印加できず動作できないという欠点を有する。
ＣＲＴ電子銃への実装において、ゲート電極への電子突
入を防止するため必要な領域にのみ電界放出型冷陰極を
配する方法があるが、第一電極と電界放出型冷陰極の偏
心度を無くすように電界放出型冷陰極を配する必要があ
り実用的ではない。また、電界放出型冷陰極は、ゲート
電極・エミッタコーン間に導電性異物が付着した場合
も、前記の電圧降下によりゲート電圧が低下し素子特性
が劣化するという欠点を有する。
【００１１】次に、電界放出型冷陰極を小ブロック化し
た場合の課題を以下に述べる。小ブロック化した場合は
中央の素子を除き各キャビティ４から高抵抗層１６まで
の距離が異なる。従来技術における図６（ｃ）で示す通
り、高融点金属層１０を積層する工程においてキャビテ
ィ４から高抵抗層１６までの距離が異なると、高融点金
属層１０が均一に形成されずエミッタコーン６の形状が
不均一になるという不具合を有する。つまり、ゲート電
極３（図９においては高抵抗層１６および低抵抗層１
７）が平坦な構造であるか、キャビティ４を中心に電子
放出方向の垂直方向（図９における横方向）に軸対称で
あるか、キャビティ４・低抵抗層１７間距離を充分とら
なければ、エミッタコーン６を形成する工程において、
ゲート電極３上に積層される高融点金属層１０はきれい
に積層されず、高融点金属層の孔はキャビティ４の中心
を軸として均一に閉じない。特開平５−１４４３７０で
開示された電界放出型冷陰極の構造において、これを防
止するにはキャビティ４から高抵抗層１６までの距離を
充分にとる必要があるが、素子充填密度が低下してしま
うという不具合を有する。さらに、ブロック化した素子
ではブロック中央と周辺で低抵抗層間での距離が異な
り、電位降下効果がばらついてしまうという不具合を有
する。
た場合の課題を以下に述べる。小ブロック化した場合は
中央の素子を除き各キャビティ４から高抵抗層１６まで
の距離が異なる。従来技術における図６（ｃ）で示す通
り、高融点金属層１０を積層する工程においてキャビテ
ィ４から高抵抗層１６までの距離が異なると、高融点金
属層１０が均一に形成されずエミッタコーン６の形状が
不均一になるという不具合を有する。つまり、ゲート電
極３（図９においては高抵抗層１６および低抵抗層１
７）が平坦な構造であるか、キャビティ４を中心に電子
放出方向の垂直方向（図９における横方向）に軸対称で
あるか、キャビティ４・低抵抗層１７間距離を充分とら
なければ、エミッタコーン６を形成する工程において、
ゲート電極３上に積層される高融点金属層１０はきれい
に積層されず、高融点金属層の孔はキャビティ４の中心
を軸として均一に閉じない。特開平５−１４４３７０で
開示された電界放出型冷陰極の構造において、これを防
止するにはキャビティ４から高抵抗層１６までの距離を
充分にとる必要があるが、素子充填密度が低下してしま
うという不具合を有する。さらに、ブロック化した素子
ではブロック中央と周辺で低抵抗層間での距離が異な
り、電位降下効果がばらついてしまうという不具合を有
する。
【００１２】また、ＣＲＴなどの電子銃に組み込んだ場
合、素子群１５の一部が電子放出領域１４（図８）から
外れた素子群１５は動作しない状態となる。通常、ＣＲ
Ｔ等に用いる電子銃において電子放出領域１４の半径は
１５０μｍないし３００μｍであり年々小径化の傾向に
ある。一方、電界放出型冷陰極の素子間ピッチは数μｍ
であり３×３のブロックを形成した場合１ブロックの大
きさは最低２０μｍとなる。故にブロック化した場合、
電子放出領域１４の外周部分からはエミッションが得ら
れないばかりか、ＲＧＢ（赤、緑、青）の３電子銃構成
とした場合、各々の陰極における動作素子が異なり、得
られるエミッション量がばらついてしまうという不具合
を有する。
合、素子群１５の一部が電子放出領域１４（図８）から
外れた素子群１５は動作しない状態となる。通常、ＣＲ
Ｔ等に用いる電子銃において電子放出領域１４の半径は
１５０μｍないし３００μｍであり年々小径化の傾向に
ある。一方、電界放出型冷陰極の素子間ピッチは数μｍ
であり３×３のブロックを形成した場合１ブロックの大
きさは最低２０μｍとなる。故にブロック化した場合、
電子放出領域１４の外周部分からはエミッションが得ら
れないばかりか、ＲＧＢ（赤、緑、青）の３電子銃構成
とした場合、各々の陰極における動作素子が異なり、得
られるエミッション量がばらついてしまうという不具合
を有する。
【００１３】また、図１０に示す様な各電界放出型冷陰
極に接続する抵抗（ゲート支線１８）をゲート電極３上
の一部を配する方法では、エミッタコーン６の形状を均
一に形成するためには、上述のとおりゲート支線１８・
キャビティ間距離を充分大きくする必要があり、高密度
に素子を形成できないという欠点を有する。
極に接続する抵抗（ゲート支線１８）をゲート電極３上
の一部を配する方法では、エミッタコーン６の形状を均
一に形成するためには、上述のとおりゲート支線１８・
キャビティ間距離を充分大きくする必要があり、高密度
に素子を形成できないという欠点を有する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、導電体もしく
は表面に導電性層を有する絶縁体からなる基板上に１つ
もしくは複数の先端の尖ったエミッタコーンと前記エミ
ッタコーンの先端を取り囲む開口部を有するゲート電極
と前記基板と前記ゲート電極間に絶縁層を有する電界放
出型冷陰極において、開口部は開口部以外の前記ゲート
電極と材質を変えるか、電気抵抗を変えたことを特徴と
する。
は表面に導電性層を有する絶縁体からなる基板上に１つ
もしくは複数の先端の尖ったエミッタコーンと前記エミ
ッタコーンの先端を取り囲む開口部を有するゲート電極
と前記基板と前記ゲート電極間に絶縁層を有する電界放
出型冷陰極において、開口部は開口部以外の前記ゲート
電極と材質を変えるか、電気抵抗を変えたことを特徴と
する。
【００１５】本発明は、導電体もしくは表面に導電性層
を有する絶縁体からなる基板上に１つもしくは複数の先
端の尖ったエミッタコーンと前記エミッタコーンの先端
を取り囲む開口部を有するゲート電極と前記基板と前記
ゲート電極間に絶縁層を有する電界放出型冷陰極におい
て、ゲート電極は２層の異なる導電層からなり、開口部
は前記２層の異なる導電層の同心で孔径の異なる孔から
なり、かつ前記開口部において前記絶縁層と接する側の
前記ゲート電極導電層の孔径は前記絶縁層と接しない側
の前記ゲート電極導電層の孔径よりも小さくすることを
特徴とする。また、本発明によれば、陰極と、複数個の
制御電極が縦続して配設された電子銃において、陰極と
して上記電界放出型冷陰極を用いた電子銃が得られる。
を有する絶縁体からなる基板上に１つもしくは複数の先
端の尖ったエミッタコーンと前記エミッタコーンの先端
を取り囲む開口部を有するゲート電極と前記基板と前記
ゲート電極間に絶縁層を有する電界放出型冷陰極におい
て、ゲート電極は２層の異なる導電層からなり、開口部
は前記２層の異なる導電層の同心で孔径の異なる孔から
なり、かつ前記開口部において前記絶縁層と接する側の
前記ゲート電極導電層の孔径は前記絶縁層と接しない側
の前記ゲート電極導電層の孔径よりも小さくすることを
特徴とする。また、本発明によれば、陰極と、複数個の
制御電極が縦続して配設された電子銃において、陰極と
して上記電界放出型冷陰極を用いた電子銃が得られる。
【００１６】
【作用】複数の電界放出型冷陰極（以下、素子と称
す。）がアレイ状に配列された陰極において、一部の素
子でゲート電極の開口部に電子が流れた場合、ゲート電
極の開口部に抵抗を形成することにより、ゲート電極全
体の電位を低下することなく、陰極は安定に動作するこ
とが出来る。また、開口部に抵抗を形成することによ
り、ゲート電極に電子が流れる素子のみを電気的に分離
するため、必要最低限の素子の動作を停止することが出
来、陰極の放出電子分布へのダメージは最低限に押さえ
ることが出来る。
す。）がアレイ状に配列された陰極において、一部の素
子でゲート電極の開口部に電子が流れた場合、ゲート電
極の開口部に抵抗を形成することにより、ゲート電極全
体の電位を低下することなく、陰極は安定に動作するこ
とが出来る。また、開口部に抵抗を形成することによ
り、ゲート電極に電子が流れる素子のみを電気的に分離
するため、必要最低限の素子の動作を停止することが出
来、陰極の放出電子分布へのダメージは最低限に押さえ
ることが出来る。
【００１７】また、電子銃の電極開口径よりも大きな電
子放出面積の陰極を使用することが出来るため、陰極・
電子銃の軸合わせが容易となる。
子放出面積の陰極を使用することが出来るため、陰極・
電子銃の軸合わせが容易となる。
【００１８】
【実施例】以下に、本発明の電界放出型冷陰極の実施例
を図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施
例である電界放出型冷陰極の断面図である。また、図２
は本発明の第１の実施例である電界放出型冷陰極の斜視
図である。尚、図１は図２Ａ−Ａ′部の断面図である。
例えば単結晶シリコンＳｉからなる導電性基板１上に
は、熱酸化法またはＣＶＤ法により厚さ１μｍの二酸化
シリコン、シリコン窒化膜等からなる絶縁層２が形成さ
れている。更に、絶縁層２上にはＣＶＤ法により厚さ
０．３μｍのポリシリコン層からなるゲート電極３が形
成されている。ゲート電極３は、キャビティ４が形成さ
れる領域を中心に例えば２μｍの円形領域を窒化膜等で
マスクし、ゲート電極３の露出した領域にイオン注入法
等により不純物を注入し導電性を与える。故に開口部近
傍には、ドーナツ状の高抵抗の領域（以下、高抵抗領域
５と称す。）が形成される。次に従来の電界放出型冷陰
極の製造方法と同様に、フォトリソグラフィ技術および
ＲＩＥ技術により開口径１μｍのキャビティ４を形成
し、また蒸着法および犠牲層エッチングによりエミッタ
コーン６が形成される。以上の工程により第１の実施例
の電界放出型冷陰極が得られる。
を図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施
例である電界放出型冷陰極の断面図である。また、図２
は本発明の第１の実施例である電界放出型冷陰極の斜視
図である。尚、図１は図２Ａ−Ａ′部の断面図である。
例えば単結晶シリコンＳｉからなる導電性基板１上に
は、熱酸化法またはＣＶＤ法により厚さ１μｍの二酸化
シリコン、シリコン窒化膜等からなる絶縁層２が形成さ
れている。更に、絶縁層２上にはＣＶＤ法により厚さ
０．３μｍのポリシリコン層からなるゲート電極３が形
成されている。ゲート電極３は、キャビティ４が形成さ
れる領域を中心に例えば２μｍの円形領域を窒化膜等で
マスクし、ゲート電極３の露出した領域にイオン注入法
等により不純物を注入し導電性を与える。故に開口部近
傍には、ドーナツ状の高抵抗の領域（以下、高抵抗領域
５と称す。）が形成される。次に従来の電界放出型冷陰
極の製造方法と同様に、フォトリソグラフィ技術および
ＲＩＥ技術により開口径１μｍのキャビティ４を形成
し、また蒸着法および犠牲層エッチングによりエミッタ
コーン６が形成される。以上の工程により第１の実施例
の電界放出型冷陰極が得られる。
【００１９】上述の通り、十分なアノード電圧を印加し
た場合、そしてキャビティ４内に導電性の異物の進入が
無い場合、ゲート電流は流れない。故に、高抵抗領域５
にもゲート電極３に印加された電位がかかり、電界放出
型冷陰極は動作する。
た場合、そしてキャビティ４内に導電性の異物の進入が
無い場合、ゲート電流は流れない。故に、高抵抗領域５
にもゲート電極３に印加された電位がかかり、電界放出
型冷陰極は動作する。
【００２０】また、図５に本発明の第１の実施例の電界
放出型冷陰極を従来のＣＲＴなどに用いる電子銃に実装
した時の断面図を示す。図５に示すように、電子放出領
域１４以外に存在する電界放出型冷陰極は、アノード電
圧が十分印加されていない為、開口部に電子が入ること
により高抵抗領域５による電圧降下をおこしエミッタコ
ーン６の先端に電界が掛からなくなり動作を停止する。
よって、電子放出領域１４に形成された電界放出型冷陰
極のみが動作することができる。
放出型冷陰極を従来のＣＲＴなどに用いる電子銃に実装
した時の断面図を示す。図５に示すように、電子放出領
域１４以外に存在する電界放出型冷陰極は、アノード電
圧が十分印加されていない為、開口部に電子が入ること
により高抵抗領域５による電圧降下をおこしエミッタコ
ーン６の先端に電界が掛からなくなり動作を停止する。
よって、電子放出領域１４に形成された電界放出型冷陰
極のみが動作することができる。
【００２１】図３は本発明の第２の実施例である電界放
出型冷陰極の断面図である。また、図４は本発明の第２
の実施例である電界放出型冷陰極の斜視図である。尚、
図３は図４Ａ−Ａ′部の断面図である。例えば単結晶シ
リコンＳｉからなる導電性導電性基板１上には、熱酸化
法またはＣＶＤ法により厚さ１μｍの絶縁層２が形成さ
れている。更に、絶縁層２上には例えばＣＶＤ法により
ポリシリコン層からなる第１ゲート層７を形成する。第
１ゲート層７には不純物が低濃度注入されている。第１
ゲート７上には、例えばスパッタリング法によりタング
ステンＷまたはタングステンシリサイドＷＳｉなどの高
融点金属もしくは高融点金属混合物からなる低抵抗の第
２ゲート層を形成する。リソグラフィ技術とドライエッ
チング技術を各々２回ずつ利用し、第１ゲート層７およ
び第２ゲート層８には同心円の孔を形成する。第１ゲー
ト層７および第２ゲート層８によりゲート電極７が形成
される。第１ゲート層７及び第２ゲート層８の孔径は各
々１μｍ、２μｍである。ドライエッチング技術および
ウェットエッチングによりキャビティ４が形成される。
また従来の電界放出型冷陰極の製造方法と同様に、蒸着
法および犠牲層エッチングによりエミッタコーン６が形
成される。以上の工程により第２の実施例の電界放出型
冷陰極が得られる。本発明の第２の実施例において高抵
抗領域５は、第２ゲート層８から露出した第１ゲート層
７の領域となる。なお、この第２の実施例の電界放出型
冷陰極を電子銃の陰極として用いることができる。
出型冷陰極の断面図である。また、図４は本発明の第２
の実施例である電界放出型冷陰極の斜視図である。尚、
図３は図４Ａ−Ａ′部の断面図である。例えば単結晶シ
リコンＳｉからなる導電性導電性基板１上には、熱酸化
法またはＣＶＤ法により厚さ１μｍの絶縁層２が形成さ
れている。更に、絶縁層２上には例えばＣＶＤ法により
ポリシリコン層からなる第１ゲート層７を形成する。第
１ゲート層７には不純物が低濃度注入されている。第１
ゲート７上には、例えばスパッタリング法によりタング
ステンＷまたはタングステンシリサイドＷＳｉなどの高
融点金属もしくは高融点金属混合物からなる低抵抗の第
２ゲート層を形成する。リソグラフィ技術とドライエッ
チング技術を各々２回ずつ利用し、第１ゲート層７およ
び第２ゲート層８には同心円の孔を形成する。第１ゲー
ト層７および第２ゲート層８によりゲート電極７が形成
される。第１ゲート層７及び第２ゲート層８の孔径は各
々１μｍ、２μｍである。ドライエッチング技術および
ウェットエッチングによりキャビティ４が形成される。
また従来の電界放出型冷陰極の製造方法と同様に、蒸着
法および犠牲層エッチングによりエミッタコーン６が形
成される。以上の工程により第２の実施例の電界放出型
冷陰極が得られる。本発明の第２の実施例において高抵
抗領域５は、第２ゲート層８から露出した第１ゲート層
７の領域となる。なお、この第２の実施例の電界放出型
冷陰極を電子銃の陰極として用いることができる。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、電界放出型冷陰極の表
面にアノード電圧が充分に印加されない領域を有する場
合、および導電性異物がキャビティ内に付着しゲート・
基板間が短絡した場合、ゲート電圧の低下による素子の
動作不能を防止することができる。また、陰極表面にお
いて不均一なアノード電圧の印加を行う電子銃におい
て、電極と陰極の電子放出方向に垂直方向のアライメン
ト合わせを必要としない電界放出型冷陰極を提供するこ
とができる。
面にアノード電圧が充分に印加されない領域を有する場
合、および導電性異物がキャビティ内に付着しゲート・
基板間が短絡した場合、ゲート電圧の低下による素子の
動作不能を防止することができる。また、陰極表面にお
いて不均一なアノード電圧の印加を行う電子銃におい
て、電極と陰極の電子放出方向に垂直方向のアライメン
ト合わせを必要としない電界放出型冷陰極を提供するこ
とができる。
【図１】本発明の第１の実施例である電界放出型冷陰極
の断面図である。
の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施例である電界放出型冷陰極
の斜視図である。
の斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施例である電界放出型冷陰極
の断面図である。
の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例である電界放出型冷陰極
の斜視図である。
の斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施例の電界放出型冷陰極を従
来のＣＲＴなどに用いる電子銃に実装した時の断面図で
ある。
来のＣＲＴなどに用いる電子銃に実装した時の断面図で
ある。
【図６】（ａ）〜（ｄ）はＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔが示す
電界放出型冷陰極の製造工程と構造の断面図である。
電界放出型冷陰極の製造工程と構造の断面図である。
【図７】電界放出型冷陰極の動作特性を示す図である。
【図８】従来の熱陰極を用いたブラウン管などに用いる
電子銃における陰極近傍の電極構造の断面図である。
電子銃における陰極近傍の電極構造の断面図である。
【図９】（ａ），（ｂ）は特開平５−１４４３７０に示
された電界放出型冷陰極の平面図および断面図である。
された電界放出型冷陰極の平面図および断面図である。
【図１０】特開平４−２８４３２４に示された電界放出
型冷陰極の外観図である。
型冷陰極の外観図である。
１ 導電性基板 ２ 絶縁層 ３ ゲート電極 ４ キャビティ ５ 高抵抗領域 ６ エミッタコーン ７ 第１ゲート層 ８ 第２ゲート層 ９ 犠牲層 １０ 高融点金属層 １１ 第一電極 １２ 第二電極 １３ 開口部 １４ 電子放出領域 １５ 素子群 １６ 高抵抗層 １７ 低抵抗層 １８ ゲート支線 １９ ゲート幹線 ２０ 電子流 ２１ 等電位線 ２２ 熱陰極
Claims (4)
- 【請求項１】 導電体もしくは表面に導電性層を有する
絶縁体からなる基板上に１つもしくは複数の先端の尖っ
たエミッタコーンと前記エミッタコーンの先端を取り囲
む開口部を有するゲート電極と前記基板と前記ゲート電
極間に絶縁層を有する電界放出型冷陰極において、前記
開口部近傍は前記開口部以外の前記ゲート電極と材質が
異なることを特徴とする電界放出型冷陰極。 - 【請求項２】 導電体もしくは表面に導電性層を有する
絶縁体からなる基板上に１つもしくは複数の先端の尖っ
たエミッタコーンと前記エミッタコーンの先端を取り囲
む開口部を有するゲート電極と前記基板と前記ゲート電
極間に絶縁層を有する電界放出型冷陰極において、前記
開口部近傍は前記開口部以外の前記ゲート電極と電気抵
抗が異なることを特徴とする電界放出型冷陰極。 - 【請求項３】 導電体もしくは表面に導電性層を有する
絶縁体からなる基板上に１つもしくは複数の先端の尖っ
たエミッタコーンと前記エミッタコーンの先端を取り囲
む開口部を有するゲート電極と前記基板と前記ゲート電
極間に絶縁層を有する電界放出型冷陰極において、前記
ゲート電極は２層の異なる導電層からなり、前記開口部
は前記２層の異なる導電層の同心で孔径の異なる孔から
なり、かつ前記開口部において前記絶縁層と接する側の
前記ゲート電極導電層の孔径は前記絶縁層と接しない側
の前記ゲート電極導電層の孔径よりも小さいことを特徴
とする電界放出型冷陰極。 - 【請求項４】 陰極と、複数個の制御電極とが、縦続し
て配列された電子銃において、陰極として請求項１，２
または３に記載の電界放出型冷陰極を用いることを特徴
とする電子銃。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4023395A JP2897674B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 電界放出型冷陰極とこれを用いた電子銃 |
| US08/607,465 US5717279A (en) | 1995-02-28 | 1996-02-27 | Field emission cathode with resistive gate areas and electron gun using same |
| KR1019960005064A KR0181327B1 (ko) | 1995-02-28 | 1996-02-28 | 전계 방출형 콜드 캐소드 및 이를 포함하는 전자총 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4023395A JP2897674B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 電界放出型冷陰極とこれを用いた電子銃 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236013A true JPH08236013A (ja) | 1996-09-13 |
| JP2897674B2 JP2897674B2 (ja) | 1999-05-31 |
Family
ID=12575014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4023395A Expired - Lifetime JP2897674B2 (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 電界放出型冷陰極とこれを用いた電子銃 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5717279A (ja) |
| JP (1) | JP2897674B2 (ja) |
| KR (1) | KR0181327B1 (ja) |
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| JP2002352695A (ja) * | 2001-05-28 | 2002-12-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 冷陰極カソードおよびその応用装置 |
| KR100747251B1 (ko) * | 2005-09-06 | 2007-08-07 | 엘지전자 주식회사 | 전계방출 표시 장치 및 그 제조 방법 |
| US7264978B2 (en) | 2001-06-18 | 2007-09-04 | Nec Corporation | Field emission type cold cathode and method of manufacturing the cold cathode |
| KR100814849B1 (ko) * | 2006-08-29 | 2008-03-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 발광 장치, 발광 장치의 전자 방출 유닛 제조 방법 및 이발광 장치를 백라이트 유닛으로 사용하는 액정 표시장치 |
| JP2008119817A (ja) * | 2006-10-20 | 2008-05-29 | Seiko Epson Corp | Ｍｅｍｓデバイスおよびその製造方法 |
| JP2010280055A (ja) * | 2006-10-20 | 2010-12-16 | Seiko Epson Corp | Ｍｅｍｓデバイスおよびその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| AU2661399A (en) * | 1998-02-09 | 1999-08-23 | Advanced Vision Technologies, Inc. | Confined electron field emission device and fabrication process |
| JP3984548B2 (ja) * | 2001-02-01 | 2007-10-03 | シャープ株式会社 | 電子放出装置及びフィールドエミッションディスプレイ |
| FR2828956A1 (fr) * | 2001-06-11 | 2003-02-28 | Pixtech Sa | Protection locale d'une grille d'ecran plat a micropointes |
| KR20060000751A (ko) * | 2004-06-29 | 2006-01-06 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전자방출소자 및 이를 이용한 전자방출 표시장치 |
| FR2897718B1 (fr) * | 2006-02-22 | 2008-10-17 | Commissariat Energie Atomique | Structure de cathode a nanotubes pour ecran emissif |
| JP5151667B2 (ja) * | 2008-05-12 | 2013-02-27 | パナソニック株式会社 | マトリックス型冷陰極電子源装置 |
| US8536564B1 (en) | 2011-09-28 | 2013-09-17 | Sandia Corporation | Integrated field emission array for ion desorption |
| US8814622B1 (en) | 2011-11-17 | 2014-08-26 | Sandia Corporation | Method of manufacturing a fully integrated and encapsulated micro-fabricated vacuum diode |
| US8810131B2 (en) | 2011-12-29 | 2014-08-19 | Elwha Llc | Field emission device with AC output |
| US8575842B2 (en) | 2011-12-29 | 2013-11-05 | Elwha Llc | Field emission device |
| US9349562B2 (en) | 2011-12-29 | 2016-05-24 | Elwha Llc | Field emission device with AC output |
| US8970113B2 (en) | 2011-12-29 | 2015-03-03 | Elwha Llc | Time-varying field emission device |
| US9018861B2 (en) | 2011-12-29 | 2015-04-28 | Elwha Llc | Performance optimization of a field emission device |
| US8810161B2 (en) | 2011-12-29 | 2014-08-19 | Elwha Llc | Addressable array of field emission devices |
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| US5717279A (en) | 1998-02-10 |
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| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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