JPH08287820A - 多重チップ電界効果電子放出素子及びその製造方法 - Google Patents
多重チップ電界効果電子放出素子及びその製造方法Info
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- JPH08287820A JPH08287820A JP2710296A JP2710296A JPH08287820A JP H08287820 A JPH08287820 A JP H08287820A JP 2710296 A JP2710296 A JP 2710296A JP 2710296 A JP2710296 A JP 2710296A JP H08287820 A JPH08287820 A JP H08287820A
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Abstract
の均一性を大幅に改善させた多重チップ電界効果電子放
出素子及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 ストライプ上の陰極下部にチタン接着層
を形成し、その上部のタングステン陰極を放射上に食刻
し、その下部のチタン接着層を選択的に食刻してタング
ステン自体の内部応力により跳ね上がるようにして多重
マイクロチップを形成する工程であって、工程上、チッ
プの端部のサイズを任意に調整することができ、かつ工
程自体がタングステンの内部応力とBOE法の特性を用
いるので再現性も優れる一方、多重チップなので出力電
流をnA〜mA帯の広帯域の範囲で調整可能であり、タ
ングステンでチップを形成することにより硬度、酸化、
仕事関数などに優れるだけでなく、電気的、化学的、機
械的な耐久性も優秀である。
Description
されうるように放出電流の均一性を大幅に改善した多重
チップ電界効果放出素子及びその製造方法に関する。
うる画像表示装置としての平板型画像表示素子の開発が
活発に進行されつつあり、これは壁掛け用TV及びHD
TV用画像表示装置に適用することを目指している。こ
のような平板型画像表示素子としては液晶表示素子、プ
ラズマ表示パネル、電界効果放出素子などがあり、この
うち画面の明るさ及び低消費電力の利点のため電界効果
電子放出素子が注目の的になっている。
照して調べると次の通りである。
ス基板1と、該ガラス基板1上にストライプ状に形成さ
れた陰極2と、陰極2上にアレイ構造で多数形成された
電界放出用のマイクロチップ4と、該マイクロチップ4
を取り囲むように前記陰極2の形成された基板上に形成
された絶縁層3と、マイクロチップ4の上部に電子放出
を可能にする開口6を有するように絶縁体層3上に前記
陰極2と相互交叉する方向のストライプ状に形成された
ゲート5とより構成されている。
製造するためには数十nm単位のマイクロチップアレイ
の形成技術が求められる。すなわち、チップのサイズ
(半径)を考慮して性格なサイズの開口を有するゲート
を形成するためのゲート開口(gate aperature)エッチ
ング工程にはサブミクロン単位の微細加工が必要であ
る。しかしながら、この微細加工をしなくて開口が大き
くなれば、高い駆動バイアス電圧が要され、かつ、チッ
プの半径自体が平板型表示素子の均一性も大きい問題に
なるので、とてもややこしい微細工程を要する。
下に小さくなるべきであり、ゲートとマイクロチップの
間隔はサブミクロン単位以下に狭まるべきである。
不均一性、チップ形成の不均一性及び分割層工程上の難
題などが問題となる。かかる不均一性は平板表示素子と
しての使用時に輝度の不均一をもたらし、超高周波素子
としての使用時は電流の放出量に問題が発生される。こ
のように大容量の電流放出を要する素子超高周波増幅
器、その他の電子ビーム応用機器などでは多数のマイク
ロチップアレイが均一に製作されなければならないの
で、均一性の問題が発生されて製作工程上、高収率が得
にくい。
問題点を改善しようとして創案されたものであり、均一
に電子を放出することができる多重チップ電界効果電子
放出素子及びその製造方法を提供するにその目的があ
る。
するために本発明による多重チップ電界効果電子放出素
子は、基板と、前記基板上に形成された接着層と、前記
接着層上にストライプ状に形成された陰極と、前記陰極
の形成された基板上にホールを有するように形成された
絶縁層と、前記各ホールごとの前記陰極上に多重に形成
された電界放出用マイクロチップと、前記マイクロチッ
プの上部に電界放出を可能にする開口を有するように前
記絶縁層上に前記陰極と相互交叉する方向にストライプ
状に形成されたゲートとを具備してなることを特徴とす
る。
アルミニウムを2000Åの厚さに、前記陰極はタング
ステンを1μmの厚さに蒸着して形成されることが望ま
しく、前記絶縁層はSiO2 を1μmの厚さに成長させ
て形成されることが望ましく、前記ゲートはクロムより
なることが望ましい。
本発明による多重チップ電界効果電子放出素子の製造方
法は、基板上に接着層を形成する段階と、前記接着層に
ストライプ状の陰極を形成する段階と、前記陰極の形成
された前記基板上に電子ビームでアルミニウムを蒸着す
る段階と、前記蒸着されたアルミニウムをパタニングし
てリフトオフ法で放射状パターンのマスクを形成する段
階と、前記マスクを用いてリアクチブイオンエッチング
法により前記陰極を放射状に食刻して多重マイクロチッ
プとなる部分を分割する段階と、前記マスクを取り除き
前記マイクロチップとなる部分の分割された基板上に絶
縁層を形成する段階と、前記絶縁層上に前記陰極と相互
交叉する方向のストライプ状にゲートを形成する段階
と、前記ゲートをパタニングしてリフトオフ法で電子の
出入可能な開口を形成する段階と、前記開口の下部の前
記絶縁層を食刻してホールを形成する段階と、前記接着
層の所定の部分を選択的に食刻して前記多重マイクロチ
ップとなる部分を突出させる多重マイクロチップ突出段
階とを含むことを特徴とする。
階はチタン又はアルミニウムを2000Åの厚さに蒸着
することが望ましく、前記陰極を形成する段階はタング
ステンを1μmの厚さに蒸着して形成することが望まし
く、前記多重マイクロチップとなる部分を分割する段階
における前記リアクチブイオンエッチング法はCF4/
O2 プラズマを用いることが望ましく、前記絶縁層を形
成する段階はSiO2をPECVD法又はスパッタリン
グ法を使用して所定の厚さに成長させて形成することが
望ましく、前記ゲートを形成する段階はCrを蒸着して
形成することが望ましく、前記ホールを形成する段階は
前記SiO2 絶縁層をCHF3 /O2 プラズマを用い
たリアクチブイオンエッチング法を使用することが望ま
しく、前記多重マイクロチップを形成する段階はHF:
NH4 Fの比が7:1〜10:1の溶液を使用するBO
E法で食刻することが望ましい。
明を詳細に説明する。
界効果の電子放出素子の構造を調べると次の通りであ
る。
11とこの基板11上に形成された接着層12、接着層
12上にストライプ状に形成された陰極13、該陰極1
3の一定な部分をアレイ形態に食刻するが、食刻部分を
放射状に食刻して跳ね上がるようにすることにより形成
された多重マイクロチップ17と、この多重マイクロチ
ップ17を取り囲むように形成された絶縁体層15、多
重マタクロチップ17の上部に電界放出を可能にする開
口18を有するように絶縁体層15上に形成されたゲー
ト16′より構成される。
電子放出素子の製造方法を図3A乃至図5Hを参照して
説明すれば次の通りである。但し、図3Cはアルミニウ
ムマスクの平面図である。
チタン接着層12を2000Å程度の厚さに蒸着して積
層する。次に、タングステンを1μmの厚さに蒸着して
からストライプ状に食刻して陰極12を形成した後、A
lを電子ビームで蒸着してアルミニウム層14を形成す
る。
層14を写真食刻法で食刻して多重マイクロチップ形成
用マスク14′を形成する。この際、マスク14′の平
面積の形状は図4Cに示したような形状になるように放
射状に食刻する。このアルミニウムマスク14′はリフ
トオフ法で形成する場合もある。ここで、図4Bは図4
Cのa〜a′ラインを切断した断面図である。
マスク14′を用いてタングステン陰極13をCF4 /
O2 プラズマを用いるRIE法により放射状に食刻して
三角形の多重マイクロチップ状を形成する。
チップ状のアルミニウムマスク14′の形成された基板
上に絶縁層15を1μm程度の厚さになるようにSiO
2 を使用して蒸着させ、その上に更にゲート層16をC
r蒸着させて形成した後、前記陰極13と交叉する方向
のストライプ状に食刻してゲート16′を形成する。こ
のゲート16′はリフトオフ法で形成することもある。
チップの上部のCrゲート16′に開口18を形成した
電子を放出しうる通路を形成する。その後、図5Gに示
したようにゲート16′の開口18の下部の絶縁層15
をCHF3 /O2 プラズマを用いたRIE法で食刻して
ホール19を形成する。
タン接着層12を選択的に食刻して多重マイクロチップ
を形成して素子を完成する。この際、チタン接着層12
の食刻速度を非常に速くして短時間に食刻を完了せしめ
ることにより、接着層12が食刻されればタングステン
の内部応力により三角形に多重分割されたチップが跳ね
上がるようにする。ここで、食刻速度はとても速いの
で、精密に制御することが大事である。そして、BOE
に使用される食刻溶液はHF:NH4 Fが7:1〜1
0:1の比率に混ぜられた溶液を使用する。
電子放出素子の多重タングステンマイクロチップエミッ
ターの幾何学的な特性はタングステン陰極層の固有な内
部応力により決められる。このような素子の内部を10
-6〜10-7torrの真空状態とし、ゲートを+電位、
陰極をー電位又は接地として約10〜100V程度の電
圧を印加すれば、強い電界によりマイクロチップから電
子が放出される。この際、電子放出の程度はタングステ
ンのパターンによるマイクロチップ(エミッター)の数
とゲートとチップの端部との距離により制御される。ま
た、多重チップによる単一のゲート開口パターンにおけ
る高電流放出が可能なので、素子の応用によって任意に
平板型表示素子、高出力マイクロ波素子、電子ビーム応
用のSEM、Eービーム応用システム素子及びマルチプ
ルビーム放出による(圧力)センサとしても使用するこ
とができる。
重チップ電界効果電子放出素子及びその製造方法はスト
ライプ状の陰極の下部にチタン接着層を形成し、その上
にタングステン陰極を放射状に食刻し、その下部のチタ
ン接着層を選択的に食刻してタングステン自体の内部応
力により跳ね上がるようにして多重マイクロチップを形
成する工程であって、工程上、チップの端部のサイズを
任意に調整することができ、かつ工程自体がタングステ
ンの内部応力とBOE法の特性を用いるので再現性も優
れる一方、多重チップなので出力電流をnA〜mA帯の
広帯域の範囲で調整可能であり、タングステンでチップ
を形成することにより硬度、酸化、仕事関数などに優れ
るだけでなく、電気的、化学的、機械的な耐久性も優秀
である。
ある。
子の垂直断面図である。
製造段階別垂直断面図であって、(A)はアルミニウム
膜を形成した後の垂直断面図である。
製造段階別垂直断面図であって、(B)はフルミニウム
膜を食刻してマスクを形成した後の垂直断面図、(C)
はアルミニウムマスクの平面図、(D)はアルミニウム
マスクを用いて多重チップの形成のための陰極分割後の
垂直断面図、(E)は絶縁層及びゲート層を順次積層し
た後の垂直断面図である。
製造段階別垂直断面図であって、(F)はゲート層を食
刻して開口を形成した後の垂直断面図、(G)は絶縁層
を食刻してホールを形成した後の垂直断面図、(H)は
接着層を食刻して多重チップを突出させて素子を完成し
た後の垂直断面図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 基板と、 前記基板上に形成された接着層と、 前記接着層上にストライプ状に形成された陰極と、 前記陰極の形成された基板上にホールを有するように形
成された絶縁層と、 前記各ホールごとの前記陰極上に多重に形成された電界
放出用マイクロチップと、 前記マイクロチップの上部に電界放出を可能にする開口
を有するように前記絶縁層上に前記陰極と相互交叉する
方向にストライプ状に形成されたゲートとを具備してな
ることを特徴とする多重チップ電界効果電子放出素子。 - 【請求項2】 前記接着層はチタン又はアルミニウムを
所定の厚さに蒸着して形成されることを特徴とする請求
項1に記載の多重チップ電界効果電子放出素子。 - 【請求項3】 前記陰極はタングステンを所定の厚さに
蒸着して形成されることを特徴とする請求項1に記載の
多重チップ電界効果電子放出素子。 - 【請求項4】 前記絶縁層はSiO2 を所定の厚さに成
長させて形成されることを特徴とする請求項1に記載の
多重チップ電界効果電子放出素子。 - 【請求項5】 前記ゲートがクロムよりなることを特徴
とする請求項1に記載の多重チップ電界効果電子放出素
子。 - 【請求項6】 基板上に接着層を形成する段階と、 前記接着層にストライプ状の陰極を形成する段階と、 前記陰極の形成された前記基板上に電子ビームでアルミ
ニウムを蒸着する段階と、 前記蒸着されたアルミニウムをパタニングしてリフトオ
フ法で放射状パターンのマスクを形成する段階と、 前記マスクを用いてリアクチブイオンエッチング法によ
り前記陰極を放射状に食刻して多重マイクロチップとな
る部分を分割する段階と、 前記マスクを取り除き前記マイクロチップとなる部分の
分割された基板上に絶縁層を形成する段階と、 前記絶縁層上に前記陰極と相互交叉する方向のストライ
プ状にゲートを形成する段階と、 前記ゲートをパタニングしてリフトオフ法で電子の出入
可能な開口を形成する段階と、 前記開口の下部の前記絶縁層を食刻してホールを形成す
る段階と、 前記接着層の所定の部分を選択的に食刻して前記多重マ
イクロチップとなる部分を突出させる多重マイクロチッ
プ突出段階とを含むことを特徴とする多重チップ電界効
果電子放出素子の製造方法。 - 【請求項7】 前記接着層を形成する段階はチタン又は
アルミニウムを所定の厚さに蒸着することを特徴とする
請求項6に記載の多重チップ電界効果電子放出素子の製
造方法。 - 【請求項8】 前記陰極層を形成する段階はタングステ
ンを所定の厚さに蒸着して形成することを特徴とする請
求項6に記載の多重チップ電界効果電子放出素子の製造
方法。 - 【請求項9】 前記マスク層を形成する段階は写真食刻
法を使用することを特徴とする請求項6に記載の多重チ
ップ電界効果電子放出素子の製造方法。 - 【請求項10】 前記多重マイクロチップとなる部分を
分割する段階における前記リアクチブイオンエッチング
法はCF4 /O2 プラズマを用いることを特徴とする請
求項6に記載の多重チップ電界効果電子放出素子の製造
方法。 - 【請求項11】 前記絶縁層を形成する段階はSiO2
をPECVD法又はスパッタリング法を使用して所定の
厚さに成長させて形成することを特徴とする請求項6に
記載の多重チップ電界効果電子放出素子の製造方法。 - 【請求項12】 前記ゲートを形成する段階はCrを蒸
着して形成することを特徴とする請求項6に記載の多重
チップ電界効果電子放出素子の製造方法。 - 【請求項13】 前記ホールを形成する段階は前記Si
O2 絶縁層をCHF3 /O2 プラズマを用いたリアクチ
ブイオンエッチング法を使用して食刻することを特徴と
する請求項6又は11項に記載の多重チップ電界効果電
子放出素子の製造方法。 - 【請求項14】 前記多重マイクロチップを形成する段
階はBOE法で前記接着層を食刻することを特徴とする
請求項6に記載の多重チップ電界効果電子放出素子の製
造方法。 - 【請求項15】 前記BOE法はHF:NH4 Fの比が
7:1〜10:1の溶液を使用することを特徴とする請
求項14に記載の多重チップ電界効果電子放出素子の製
造方法。
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