JPH09259743A - Electric field emitting element and its manufacture - Google Patents

Electric field emitting element and its manufacture

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JPH09259743A
JPH09259743A JP9176396A JP9176396A JPH09259743A JP H09259743 A JPH09259743 A JP H09259743A JP 9176396 A JP9176396 A JP 9176396A JP 9176396 A JP9176396 A JP 9176396A JP H09259743 A JPH09259743 A JP H09259743A
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JP
Japan
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layer
insulating layer
emitter
gate
opening
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JP9176396A
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Japanese (ja)
Inventor
Norio Nishimura
則雄 西村
Teruo Watanabe
照男 渡辺
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Futaba Corp
Original Assignee
Futaba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a process for forming a peeling layer in a cone material and a process for peeling the peeling layer in the case of forming an emitter. SOLUTION: After a cathode electrode 2 and an insulating layer 4 are formed on a substrate 1 and an opening portion 7 is formed in the insulating layer 4 by etching, a deposition layer 10 forming a gate electrode 2 and an emitter is deposited on the insulating layer 4 so that a cone-like emitter 11 is formed in the opening portion 7. By etching the deposition layer 10 to have a predetermined film thickness, the gate electrode is formed on the insulating layer 4 so as to manufacture an electric field emitting element. Further, a step is formed on the inner wall of the opening portion 7.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出素子及び
その製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属または半導体表面の印加電界を10
9 [V/m]程度にすると、トンネル効果により電子が
障壁を通過して、常温でも真空中に電子放出が行われる
ようになる。これを電界放出(Field Emission)と呼
び、このような原理で電子を放出するカソードを電界放
出カソード(Field Emission Cathode)(以下、FEC
という)と呼んでいる。
2. Description of the Related Art An electric field applied to a metal or semiconductor surface is 10
At about 9 [V / m], electrons pass through the barrier due to the tunnel effect, and the electrons are emitted in vacuum even at room temperature. This is called field emission, and a cathode that emits electrons based on this principle is called a field emission cathode (hereinafter referred to as FEC).
Is called).

【0003】近年、半導体加工技術を駆使して、ミクロ
ンサイズの電界放出カソードからなる面放出型の電界放
出カソードを作製することが可能となっており、電界放
出カソードを基板上に多数個形成したものは、その各エ
ミッタから放出された電子を蛍光面に照射することによ
ってフラットな表示装置や各種の電子装置を構成する素
子として期待されている。
In recent years, it has become possible to fabricate a surface emission type field emission cathode consisting of a micron size field emission cathode by making full use of semiconductor processing technology. A large number of field emission cathodes are formed on a substrate. The thing is expected as an element which comprises a flat display device and various electronic devices by irradiating the fluorescent surface with the electron emitted from each emitter.

【0004】このような電界放出素子の製造方法の1つ
としてスピントの開発した回転斜め蒸着方法(米国特許
3789471号明細書)がある。スピント(SPINDT)
法によるFECの製造工程を図5に示す。まず、図5
(a)に図示するように、ガラス等の基板101上に、
金属層からなるカソード102、アモルファスシリコン
等からなる抵抗層103、シリコンを熱酸化させて形成
した絶縁層(SiO2 層)104、及び、ニオブ等の金
属層からなるゲート105を蒸着等により順次形成す
る。さらに、ゲート105上にフォトレジスト(図示せ
ず)を塗布した後、同図(b)に示すようにパターニン
グする。このパターニングを行った後、エッチングを行
い、同図(c)に示すようにゲート105及び絶縁層1
04に開口部107を形成する。
As one of methods for manufacturing such a field emission device, there is a rotary oblique vapor deposition method developed by Spindt (US Pat. No. 3,789,471). SPINDT
The manufacturing process of FEC by the method is shown in FIG. First, FIG.
As shown in (a), on a substrate 101 such as glass,
A cathode 102 formed of a metal layer, a resistance layer 103 formed of amorphous silicon, an insulating layer (SiO 2 layer) 104 formed by thermally oxidizing silicon, and a gate 105 formed of a metal layer such as niobium are sequentially formed by vapor deposition or the like. To do. Further, after applying a photoresist (not shown) on the gate 105, patterning is performed as shown in FIG. After this patterning is performed, etching is performed to form the gate 105 and the insulating layer 1 as shown in FIG.
The opening 107 is formed at 04.

【0005】次に、フォトレジストを除去し、同図
(d)に示すように基板101を回転させながら、基板
面に対して斜め方向からアルミニウムを回転蒸着させる
ことにより剥離層109の蒸着を行う。すると、剥離層
109は開口部107の中には蒸着されずにゲート10
5の表面にのみ選択的に蒸着されるようになる。さら
に、この剥離層109の上から、モリブデンを堆積させ
ると、同図(e)に示すように剥離層109の上に堆積
層110が、エッチングにより開けた開口部107の中
に、エミッタ111がコーンの形状で堆積する。この
後、ゲート105上の剥離層109及び堆積層110を
エッチングにより除去すると同図(f)に示すような構
造のFECが得られる。
Next, the photoresist is removed, and the peeling layer 109 is vapor-deposited by rotating and vapor-depositing aluminum on the substrate surface while rotating the substrate 101 as shown in FIG. . Then, the peeling layer 109 is not vapor-deposited in the opening 107 and the gate 10 is removed.
5 will be selectively deposited only on the surface. Further, when molybdenum is deposited on the peeling layer 109, the deposition layer 110 is formed on the peeling layer 109, and the emitter 111 is formed in the opening 107 opened by etching as shown in FIG. Deposit in the shape of a cone. After that, the peeling layer 109 and the deposited layer 110 on the gate 105 are removed by etching to obtain an FEC having a structure as shown in FIG.

【0006】図5(f)に示すFECは、半導体集積化
技術を用いて製作すると、コーン状のエミッタ111と
ゲート105との距離をサブミクロンとすることが出来
るため、エミッタ111とゲート105間に数10ボル
トの電圧を印加することによりエミッタ111から電子
を放出させることが出来るようになる。なお、基板10
1上に図5の(f)で示したような構造のFECを多数
集積化する場合に、各エミッタ111間のピッチは5ミ
クロンないし10ミクロンとして製作することが出来る
ため、数万から数10万個のFECを1枚の基板上に設
けることが出来る。このように、面放出型のFECを製
作することが可能となっており、このFEC素子は蛍光
表示装置、CRT、電子顕微鏡や電子ビーム装置に適用
することが提案されている。
When the FEC shown in FIG. 5 (f) is manufactured by using the semiconductor integration technology, the distance between the cone-shaped emitter 111 and the gate 105 can be made submicron, so that the emitter 111 and the gate 105 are separated from each other. Electrons can be emitted from the emitter 111 by applying a voltage of several tens of volts. The substrate 10
When a large number of FECs having the structure as shown in FIG. 5 (f) are integrated on the first substrate, the pitch between the emitters 111 can be made to be 5 microns to 10 microns, and therefore tens of thousands to tens of tens. Ten thousand FECs can be provided on one substrate. As described above, it is possible to manufacture a surface emission type FEC, and it has been proposed to apply this FEC element to a fluorescent display device, a CRT, an electron microscope and an electron beam device.

【0007】図6に、このような面放出型のFEC素子
の斜視図を示す。この図において、基板101上にカソ
ード102が形成されており、このカソード102の上
には抵抗層103が形成されている。そして、この抵抗
層103上にコーン状のエミッタ111が形成されてい
る。さらに、カソード102上に絶縁層104を介して
ゲ−ト105が設けられており、ゲート105に設けら
れた丸い開口部107からコーン状のエミッタ111の
先端部分が臨んでいる。
FIG. 6 shows a perspective view of such a surface emission type FEC element. In this figure, a cathode 102 is formed on a substrate 101, and a resistance layer 103 is formed on the cathode 102. A cone-shaped emitter 111 is formed on the resistance layer 103. Further, a gate 105 is provided on the cathode 102 via an insulating layer 104, and a tip end portion of a cone-shaped emitter 111 faces a round opening 107 provided in the gate 105.

【0008】このように形成された面放出型のFECに
おいて、ゲート105とカソード102との間に数十ボ
ルトの駆動電圧VGEを印加すると、エミッタ111から
電子が放出され、エミッタ111から放出された電子
は、ゲート105上に離隔して配置され、アノード電圧
VA の印加されたアノード112により捕集される。こ
の場合、アノード112上に蛍光体を設けておくと、ア
ノード112に捕集された電子により蛍光体を発光させ
ることができる。なお、FEC素子は電子の走行が空間
中であるため、その動作は真空の環境中で行われるよう
になされている。
In the surface emission type FEC formed as described above, when a driving voltage VGE of several tens of volts is applied between the gate 105 and the cathode 102, electrons are emitted from the emitter 111 and emitted from the emitter 111. The electrons are spaced apart on the gate 105 and are collected by the anode 112 to which the anode voltage VA is applied. In this case, if a fluorescent substance is provided on the anode 112, the fluorescent substance can emit light by the electrons collected by the anode 112. It should be noted that the FEC element operates in a vacuum environment because electrons travel in the space.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図5に示し
た製造工程ではエミッタ111を形成する場合に、ゲー
ト105上に剥離層109を蒸着して(図5(d))、
さらに剥離層109の上に堆積層110を堆積させ開口
部107内にエミッタ111を堆積させた後に、剥離層
109とともに堆積層110を除去している。したがっ
て、実際にはFECを構成しない剥離層109及び堆積
層110の蒸着、剥離工程を行っていることになる。ま
た、剥離工程は、例えば剥離層109及び堆積層110
を例えばリン酸等でエッチングしているので、工程終了
後に洗浄を行う必要があり、剥離工程とともに全体の製
造工程数が増えてしまう。
By the way, in the manufacturing process shown in FIG. 5, when the emitter 111 is formed, the separation layer 109 is vapor-deposited on the gate 105 (FIG. 5D).
Further, after depositing the deposition layer 110 on the peeling layer 109 and depositing the emitter 111 in the opening 107, the deposition layer 110 is removed together with the peeling layer 109. Therefore, in practice, vapor deposition and peeling processes of the peeling layer 109 and the deposition layer 110 which do not form the FEC are performed. In the peeling process, for example, the peeling layer 109 and the deposition layer 110 are used.
Since, for example, is etched with phosphoric acid or the like, it is necessary to perform cleaning after the process is completed, and the number of manufacturing processes as a whole is increased along with the peeling process.

【0010】さらに、剥離層109を回転斜め蒸着する
際に、開口部107の内壁に剥離層109が付着するこ
とがあり、これにより絶縁不良を起こしゲート105と
エミッタ111が短絡してしまう場合がある。
Further, when the peeling layer 109 is rotationally and obliquely vapor-deposited, the peeling layer 109 may adhere to the inner wall of the opening 107, which may cause insulation failure and short-circuit the gate 105 and the emitter 111. is there.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点を解決するためになされたもので、基板の上に形成さ
れたカソード電極と、前記カソード電極の上に絶縁層を
介して形成されたゲート電極と、前記絶縁層及びゲート
電極に設けられた開口部と、該開口部内に電子を放出す
るコーン状のエミッタを備えた電界放出素子において、
前記絶縁層によって構成される前記開口部の内壁に段差
を形成して電界放出素子を構成する。
The present invention has been made to solve the above problems, and is formed by a cathode electrode formed on a substrate and an insulating layer formed on the cathode electrode. In the field emission device, the gate electrode, the opening provided in the insulating layer and the gate electrode, and the cone-shaped emitter that emits electrons into the opening are provided.
A step is formed on the inner wall of the opening formed by the insulating layer to form a field emission device.

【0012】また、基板の上にカソード電極、絶縁層を
形成し、該絶縁層に開口部をエッチングにより形成した
後、絶縁層の上にゲート電極及びエミッタを形成する堆
積層を堆積させることにより、開口部の内にコーン状の
エミッタを形成し、次に、前記堆積層を所定の膜厚とな
るようにエッチングすることによって絶縁層の上にゲー
ト電極を形成するようにして電界放出素子を製造する。
Further, by forming a cathode electrode and an insulating layer on the substrate, forming an opening in the insulating layer by etching, and then depositing a deposition layer for forming a gate electrode and an emitter on the insulating layer. , A cone-shaped emitter is formed in the opening, and then the deposited layer is etched to a predetermined thickness to form a gate electrode on the insulating layer to form a field emission device. To manufacture.

【0013】さらに、基板の上にカソード電極、絶縁層
を形成し、該絶縁層に、内壁に段差が形成されている開
口部をエッチングにより形成した後、前記絶縁層の上に
金属層を形成し、次に、該金属層の上に、エミッタを形
成する堆積層を堆積させることにより、前記開口部の内
にコーン状のエミッタを形成し、次に、前記金属層上の
前記堆積層を所定の厚みとなるようにエッチングするこ
とによりゲート電極を形成するようにして電界放出素子
を製造する。また、前記金属層が斜め蒸着により前記絶
縁層の上に形成されるようにする。
Further, a cathode electrode and an insulating layer are formed on the substrate, an opening having a step on the inner wall is formed by etching in the insulating layer, and then a metal layer is formed on the insulating layer. Then, a cone-shaped emitter is formed in the opening by depositing a deposition layer that forms an emitter on the metal layer, and then the deposition layer on the metal layer is formed. A field emission device is manufactured by forming a gate electrode by etching so as to have a predetermined thickness. Further, the metal layer is formed on the insulating layer by oblique vapor deposition.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。まず、図1にしたがい第一の本実施形態のFECの
製造方法を説明する。まず、図1(a)に図示するよう
に、ガラス等の基板1上に、金属層からなるカソード
2、アモルファスシリコン等からなる抵抗層3、シリコ
ンを熱酸化させて形成した絶縁層(SiO2 層)4を蒸
着等により順次形成する。さらに、絶縁層4に図示して
いないフォトレジストを塗布した後にパターニングを行
う。このパターニングを行った後、エッチングを行い、
同図(b)に示すように絶縁層4に開口部7を形成す
る。
Embodiments of the present invention will be described below. First, a method of manufacturing the FEC according to the first embodiment will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 1A, a cathode 2 made of a metal layer, a resistance layer 3 made of amorphous silicon, and an insulating layer (SiO 2) formed by thermally oxidizing silicon are formed on a substrate 1 made of glass or the like. Layer 4 is sequentially formed by vapor deposition or the like. Further, patterning is performed after applying a photoresist (not shown) to the insulating layer 4. After this patterning, etching is performed,
An opening 7 is formed in the insulating layer 4 as shown in FIG.

【0015】次に、フォトレジストを除去し、この絶縁
層4の上から、例えばモリブデンを堆積させると、同図
(c)に示すように絶縁層4の上にモリブデンの堆積層
10が形成されるとともに、エッチングにより開けた開
口部7の中に、エミッタ11がコーンの形状で堆積され
る。そして、例えばRIE(リアクティブイオンエッチ
ング)等によって、堆積層10を所定の膜厚になるまで
エッチングすると、例えば図1(d)に示されているよ
うな構造のFECが得られる。つまり、図1(c)に示
したエミッタ11を形成するための堆積層10のを利用
することによってゲート10が形成されることになる。
Next, the photoresist is removed and, for example, molybdenum is deposited on the insulating layer 4 to form a molybdenum deposition layer 10 on the insulating layer 4 as shown in FIG. At the same time, the emitter 11 is deposited in the shape of a cone in the opening 7 opened by etching. Then, the deposited layer 10 is etched by RIE (reactive ion etching) or the like to a predetermined film thickness, for example, and an FEC having a structure as shown in FIG. 1D is obtained. That is, the gate 10 is formed by utilizing the deposited layer 10 for forming the emitter 11 shown in FIG.

【0016】なお、堆積層10のエッチングを行う場
合、開口部7の周辺に形成されている堆積層10の影響
でエミッタ11のエッチングレートが低下する、いわゆ
るローディング効果によってエミッタ11はエッチング
されずに、円錐形状が維持されるようになる。
When the deposited layer 10 is etched, the etching rate of the emitter 11 is lowered due to the influence of the deposited layer 10 formed around the opening 7. The so-called loading effect prevents the emitter 11 from being etched. , The conical shape will be maintained.

【0017】このように、本発明では剥離層を形成せず
にエミッタを形成することができるので、従来行ってい
た剥離層109の蒸着工程及び剥離工程を省略すること
ができるようになる。
As described above, according to the present invention, since the emitter can be formed without forming the peeling layer, the conventional vapor deposition step and peeling step of the peeling layer 109 can be omitted.

【0018】また、第二の実施形態として図2(a)
(b)(c)(d)(e)に示されているように、ゲー
ト5と堆積層10を個々に蒸着することも可能である。
なお、図2(a)(b)は図1(a)(b)に示した各
工程と同様の工程を示している。まず、図1(a)で図
示したように、ガラス等の基板1上に、カソード2、抵
抗層3、絶縁層4を蒸着等により順次形成し(図2
(a))、さらに、図1(b)で説明したように絶縁層
4に開口部7を形成する(図2(b))。そして図2
(c)に示されているように、ニオブ等の金属層からな
るゲート5を斜め蒸着等により絶縁層4の上に形成し、
さらに、ゲート5の上からモリブデン等を堆積させる
と、図2(d)に示すように絶縁層4の上に堆積層10
が形成されるとともに、エッチングによりあけた開口部
7の中に、エミッタ堆積層11がコーンの形状で堆積さ
れる。
As a second embodiment, FIG. 2 (a)
It is also possible to deposit the gate 5 and the deposited layer 10 individually, as shown in (b) (c) (d) (e).
2A and 2B show steps similar to the steps shown in FIGS. 1A and 1B. First, as shown in FIG. 1A, a cathode 2, a resistance layer 3, and an insulating layer 4 are sequentially formed on a substrate 1 made of glass or the like by vapor deposition or the like (see FIG.
(A)) Further, the opening 7 is formed in the insulating layer 4 as described in FIG. 1 (b) (FIG. 2 (b)). And FIG.
As shown in (c), a gate 5 made of a metal layer such as niobium is formed on the insulating layer 4 by oblique vapor deposition or the like,
Further, when molybdenum or the like is deposited on the gate 5, a deposition layer 10 is formed on the insulating layer 4 as shown in FIG.
And the emitter deposition layer 11 is deposited in the shape of a cone in the opening 7 formed by etching.

【0019】そして、例えばRIE(リアクティブイオ
ンエッチング)等によって、ゲート5が上部に臨むこと
ができるようになるまで堆積層10をエッチングするこ
とにより、例えば図2(e)に示されているような構造
のFECが得られる。また、ここでは、図2(c)に示
したゲート5を斜め蒸着によって絶縁層4上に蒸着する
例を挙げて説明したが、堆積層10と同様に正蒸着によ
って絶縁層4上に蒸着するようにしても良い。この場
合、エミッタ11はモリブデン及びニオブによって形成
されることになる。また、堆積層10を全てエッチング
することなく、堆積層10とゲート5によりゲート電極
を構成するようにしても良い。
Then, the deposition layer 10 is etched by RIE (reactive ion etching) or the like until the gate 5 can be exposed to the upper side, as shown in FIG. 2 (e), for example. An FEC having a different structure can be obtained. In addition, although the gate 5 shown in FIG. 2C has been described here as an example in which the gate 5 is vapor-deposited on the insulating layer 4 by oblique vapor deposition, the gate 5 is vapor-deposited on the insulating layer 4 by normal vapor deposition similarly to the deposition layer 10. You may do it. In this case, the emitter 11 is made of molybdenum and niobium. Further, the gate electrode may be configured by the deposition layer 10 and the gate 5 without etching the deposition layer 10 entirely.

【0020】次に、第三の実施形態としてゲート5とエ
ミッタ11の短絡を抑制するために、絶縁層4を例えば
3層構造で構成する例を図3(a)(b)(c)(d)
(e)にしたがい説明する。まず、図3(a)に図示す
るように、ガラス等の基板1上に、金属層からなるカソ
ード2、アモルファスシリコン等からなる抵抗層3、シ
リコンを熱酸化させて形成した絶縁層4を蒸着等により
順次形成する。このとき蒸着される絶縁層4は、例えば
バッファドフッ酸(BHF)によるエッチングレートが
違う絶縁層4a、4a、及び絶縁層4bの3層構造とさ
れている。すなわち、中間層を形成している絶縁層4b
は絶縁層4a、4aのBHFエッチングレートはより高
く設定されている。これによって、開口部7を形成する
ためのパターニングを行うと、BHFエッチングレート
の違いにより、例えば図3(b)に示されているよう
に、絶縁層4bは絶縁層4a、4aよりも多くエッチン
グされ、形成される開口部7の内壁に段差が形成される
ようになる。
Next, as a third embodiment, in order to suppress the short circuit between the gate 5 and the emitter 11, an example in which the insulating layer 4 has a three-layer structure is shown in FIGS. 3 (a) (b) (c) ( d)
An explanation will be given according to (e). First, as shown in FIG. 3A, a cathode 2 made of a metal layer, a resistance layer 3 made of amorphous silicon, and an insulating layer 4 formed by thermally oxidizing silicon are vapor-deposited on a substrate 1 made of glass or the like. And so on. The insulating layer 4 deposited at this time has a three-layer structure of insulating layers 4a and 4a and an insulating layer 4b having different etching rates by buffered hydrofluoric acid (BHF), for example. That is, the insulating layer 4b forming the intermediate layer
The BHF etching rates of the insulating layers 4a and 4a are set to be higher. As a result, when patterning is performed to form the opening 7, the insulating layer 4b is etched more than the insulating layers 4a and 4a due to the difference in BHF etching rate, as shown in FIG. 3B, for example. As a result, a step is formed on the inner wall of the formed opening 7.

【0021】次に、図3(c)に示すように基板1を回
転させながら、基板面に対して斜め方向からニオブ等を
回転蒸着させることによりゲート5の蒸着を行う。する
と、絶縁層4の表面のみに選択的にゲートが蒸着され
る。さらに、開口部7の縁部には、内周にも蒸着され、
開口部7の径が小さくなる。同時に、開口部7内にもニ
オブが付着する場合もあるが、BHFエッチングレート
の違いによって形成される段差部分、すなわち絶縁層4
bに付着するようになる。これにより、図5(d)
(e)に示されるように、開口部7内にエミッタ11が
形成された場合も、絶縁層4bの内壁に付着されたニオ
ブ5bとエミッタ11との距離を得ることができるので
ゲート5とエミッタ11との短絡を抑制することができ
るようになる。つまり、絶縁層4bはニオブ5bが付着
されてもゲート5とエミッタ11が短絡を起こさない、
所定の距離を有するような段差が形成されるようにBH
Fエッチングレートの異なる絶縁材料を積層することに
より構成されている。
Next, as shown in FIG. 3C, while the substrate 1 is being rotated, the gate 5 is vapor-deposited by rotationally vapor-depositing niobium or the like obliquely to the substrate surface. Then, the gate is selectively vapor-deposited only on the surface of the insulating layer 4. Furthermore, at the edge of the opening 7, the inner circumference is also vapor-deposited,
The diameter of the opening 7 is reduced. At the same time, niobium may adhere to the inside of the opening 7, but a step portion formed by a difference in BHF etching rate, that is, the insulating layer 4
It comes to adhere to b. As a result, FIG.
As shown in (e), even when the emitter 11 is formed in the opening 7, the distance between the niobium 5b attached to the inner wall of the insulating layer 4b and the emitter 11 can be obtained, so that the gate 5 and the emitter 11 can be obtained. A short circuit with 11 can be suppressed. That is, the insulating layer 4b does not cause a short circuit between the gate 5 and the emitter 11 even if niobium 5b is attached.
BH so that a step having a predetermined distance is formed
It is configured by laminating insulating materials having different F etching rates.

【0022】さらに、このゲート5の上から、モリブデ
ンを堆積させると、図5(d)に示すようにゲート5の
上に堆積層10が、エッチングによりあけた開口部7の
中に、エミッタ11がコーンの形状で堆積する。この
後、ゲート5上の堆積層10を、例えばRIEにより除
去すると図3(e)に示すような構造のFECが得られ
る。
Further, when molybdenum is deposited on the gate 5, a deposition layer 10 is formed on the gate 5 in the opening 7 formed by etching as shown in FIG. Are deposited in the shape of a cone. After that, the deposited layer 10 on the gate 5 is removed by, for example, RIE to obtain an FEC having a structure as shown in FIG.

【0023】図4に、図3(a)〜(e)に示した製造
方法で得られたFEC素子の斜視図を示す。この図にお
いて、基板1上にカソード2が形成されており、このカ
ソード2の上には抵抗層3が形成されている。そして、
この抵抗層3上にコーン状のエミッタ11が形成されて
いる。さらに、カソード2上に絶縁層4を介してゲ−ト
5が設けられており、ゲート5に設けられた丸い開口部
7からコーン状のエミッタ11の先端部分が臨んでい
る。
FIG. 4 shows a perspective view of the FEC element obtained by the manufacturing method shown in FIGS. In this figure, a cathode 2 is formed on a substrate 1, and a resistance layer 3 is formed on the cathode 2. And
A cone-shaped emitter 11 is formed on the resistance layer 3. Further, a gate 5 is provided on the cathode 2 via an insulating layer 4, and a tip end portion of a cone-shaped emitter 11 faces a round opening 7 provided in the gate 5.

【0024】さらに本実施形態では、絶縁層4がBHF
レートの異なる例えば3層構造で構成されているので、
絶縁層4の中程に段差が形成されている。これによって
ゲート5を蒸着する際にNbが絶縁層4の内壁に付着し
た場合でも、エミッタ11との距離を得ることができる
ので、エミッタ11とNbを短絡することを抑制するこ
とができるようになる。
Further, in this embodiment, the insulating layer 4 is made of BHF.
Since it is composed of a three-layer structure with different rates,
A step is formed in the middle of the insulating layer 4. As a result, even when Nb adheres to the inner wall of the insulating layer 4 when the gate 5 is vapor-deposited, the distance from the emitter 11 can be obtained, so that it is possible to suppress the short circuit between the emitter 11 and Nb. Become.

【0025】このように形成された面放出型のFECに
おいて、ゲート5とカソード2との間に数十ボルトの駆
動電圧VGEを印加すると、エミッタ11から電子が放出
され、エミッタ11から放出された電子は、ゲート5上
に離隔して配置され、アノード電圧VA の印加されたア
ノード12により捕集される。この場合、ゲート5は開
口部7の内周にせり出した状態で構成され開口部7の径
を小さくしている。したがって、エミッタ11とゲート
5との距離が小さくなるので、エミッタ11から電子が
放出されやすくなるとともに、カソード2から放出され
る電子の拡散を抑制することができる。また、アノード
12上に蛍光体を設けておくと、アノード12に捕集さ
れた電子により蛍光体を発光させることができる。な
お、FEC素子は電子の走行が空間中であるため、その
動作は真空の環境中で行われるようになされている。
In the surface emission type FEC thus formed, when a driving voltage VGE of several tens of volts is applied between the gate 5 and the cathode 2, electrons are emitted from the emitter 11 and emitted from the emitter 11. The electrons are spaced apart on the gate 5 and are collected by the anode 12 to which the anode voltage VA is applied. In this case, the gate 5 is formed so as to protrude to the inner circumference of the opening 7, and the diameter of the opening 7 is reduced. Therefore, the distance between the emitter 11 and the gate 5 is reduced, so that electrons are easily emitted from the emitter 11 and the diffusion of electrons emitted from the cathode 2 can be suppressed. Further, if a fluorescent substance is provided on the anode 12, the fluorescent substance can be made to emit light by the electrons collected by the anode 12. It should be noted that the FEC element operates in a vacuum environment because electrons travel in the space.

【0026】図示されているように、この本実施形態の
FECはゲート5を斜め蒸着によって蒸着しているの
で、開口部7の径を小さくすることができ、エミッタ1
1から電子が放出されやすくなるとともに、電子の拡散
を抑制することができるようになる。また、ゲート5を
斜め蒸着する際に開口部7の内壁に付着するニオブ5
a、5aは、絶縁層4bによって形成されている段差部
分に付着するようになり、エミッタ11と所定の間隔を
有するようになり、ゲート5とエミッタ11が短絡する
ことを抑制することができるようになる。
As shown in the figure, in the FEC of this embodiment, since the gate 5 is vapor-deposited by oblique vapor deposition, the diameter of the opening 7 can be made small and the emitter 1
The electrons can be easily emitted from 1 and the diffusion of the electrons can be suppressed. Further, when the gate 5 is obliquely vapor-deposited, niobium 5 attached to the inner wall of the opening 7
a and 5a are attached to the step portion formed by the insulating layer 4b and have a predetermined distance from the emitter 11, so that the gate 5 and the emitter 11 can be prevented from being short-circuited. become.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上、説明したように本発明は、エミッ
タを形成する場合の剥離層を必要としないので、剥離層
を形成する工程及び剥離層を剥離する工程を省略するこ
とができるようになる。また、開口部の中にエミッタを
形成する際に形成される堆積層を利用して、絶縁層上に
ゲートを形成しているので、ゲートのみの形成工程が省
略できるようになる。
As described above, the present invention does not require a peeling layer when forming an emitter, so that the step of forming the peeling layer and the step of peeling the peeling layer can be omitted. Become. Further, since the gate is formed on the insulating layer by utilizing the deposited layer formed when the emitter is formed in the opening, the step of forming only the gate can be omitted.

【0028】また、ゲートを斜め蒸着によって形成する
ことにより、開口部の径を小さくすることができ、エミ
ッタとゲートとの距離を短くできるので、エミッタから
電子が放出されやすくなるとともに、電子の拡散を抑制
することができる。さらに、絶縁層に段差を設けること
によって、開口部の内壁とエミッタの間に所定の距離を
得ることができるので、エミッタとゲートの短絡を抑制
することができるようになる。
Further, since the gate is formed by oblique vapor deposition, the diameter of the opening can be reduced and the distance between the emitter and the gate can be shortened, so that electrons can be easily emitted from the emitter and the diffusion of the electrons can be facilitated. Can be suppressed. Further, by providing the step in the insulating layer, a predetermined distance can be obtained between the inner wall of the opening and the emitter, so that the short circuit between the emitter and the gate can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一の実施形態のFECの製造方法の
工程を摸式的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing steps of a method for manufacturing an FEC according to the first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二の実施形態のFECの製造方法の
工程を摸式的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing the steps of the method for producing an FEC according to the second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第三の実施形態のFECの製造方法の
工程を摸式的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the steps of the method for producing an FEC according to the third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第三の実施形態のFECの製造方法に
よって製造されたFECの斜視図を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a perspective view of an FEC manufactured by the FEC manufacturing method according to the third embodiment of the present invention.

【図5】従来のFECの製造方法の工程の一例を摸式的
に示す図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of steps of a conventional FEC manufacturing method.

【図6】従来のFECの製造方法のよって製造されたF
ECの斜視図を示す図である。
FIG. 6 is an F produced by a conventional FEC production method.
It is a figure which shows the perspective view of EC.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 カソード 3 抵抗層 4 絶縁層 5 ゲート 7 開口部 10 堆積層 11 エミッタ 1 Substrate 2 Cathode 3 Resistive Layer 4 Insulating Layer 5 Gate 7 Opening 10 Deposited Layer 11 Emitter

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の上に形成されたカソード電極と、 前記カソード電極の上に絶縁層を介して形成されたゲー
ト電極と、 前記絶縁層及びゲート電極に設けられた開口部と、 該開口部内に電子を放出するコーン状のエミッタと、 を備えた電界放出素子において、 前記絶縁層によって構成される前記開口部の内壁に段差
が形成されていることを特徴とする電界放出素子。
1. A cathode electrode formed on a substrate, a gate electrode formed on the cathode electrode via an insulating layer, an opening provided in the insulating layer and the gate electrode, and the opening. A field emission device comprising: a cone-shaped emitter that emits electrons in a portion; and a step formed on an inner wall of the opening formed by the insulating layer.
【請求項2】 基板の上にカソード電極、絶縁層を形成
し、該絶縁層に開口部をエッチングにより形成した後、
絶縁層の上にゲート電極及びエミッタを形成する堆積層
を堆積させることにより、開口部の内にコーン状のエミ
ッタを形成し、次に、前記堆積層を所定の膜厚となるよ
うにエッチングすることによって絶縁層の上にゲート電
極を形成するようにしたことを特徴とする電界放出素子
の製造方法。
2. A cathode electrode and an insulating layer are formed on a substrate, and an opening is formed in the insulating layer by etching.
A cone-shaped emitter is formed in the opening by depositing a deposition layer that forms a gate electrode and an emitter on the insulating layer, and then the deposition layer is etched to a predetermined thickness. Thus, the method for producing a field emission device is characterized in that the gate electrode is formed on the insulating layer.
【請求項3】 基板の上にカソード電極、絶縁層を形成
し、該絶縁層に、内壁に段差が形成されている開口部を
エッチングにより形成した後、前記絶縁層の上に金属層
を形成し、次に、該金属層の上に、エミッタを形成する
堆積層を堆積させることにより、前記開口部の内にコー
ン状のエミッタを形成し、次に、前記金属層上の前記堆
積層を所定の厚みとなるようにエッチングすることによ
りゲート電極を形成するようにしたことを特徴とする電
界放出素子の製造方法。
3. A cathode electrode and an insulating layer are formed on a substrate, an opening having a step is formed on the inner wall is formed in the insulating layer by etching, and then a metal layer is formed on the insulating layer. Then, a cone-shaped emitter is formed in the opening by depositing a deposition layer that forms an emitter on the metal layer, and then the deposition layer on the metal layer is formed. A method of manufacturing a field emission device, characterized in that the gate electrode is formed by etching so as to have a predetermined thickness.
【請求項4】 前記金属層が斜め蒸着により前記絶縁層
の上に形成されることを特徴とする請求項3に記載の電
界放出素子の製造方法。
4. The method of manufacturing a field emission device according to claim 3, wherein the metal layer is formed on the insulating layer by oblique vapor deposition.
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