JPH0945215A - フィールドエミッターを有するデバイス及びその製造方法 - Google Patents
フィールドエミッターを有するデバイス及びその製造方法Info
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- JPH0945215A JPH0945215A JP21108995A JP21108995A JPH0945215A JP H0945215 A JPH0945215 A JP H0945215A JP 21108995 A JP21108995 A JP 21108995A JP 21108995 A JP21108995 A JP 21108995A JP H0945215 A JPH0945215 A JP H0945215A
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- electronic device
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Abstract
(57)【要約】
【課題】効率的にダイヤモンド表面から電子を放出させ
ることが可能な電子デバイスを提供する。 【解決手段】支持基板と、支持基板の一方の面上に配置
されたカソード電極と、支持基板のいずれかの面上に配
置され、カソード電極と電気的に接続する１つ以上の第
１のダイヤモンド部と、第１のダイヤモンド材料層を有
する面と同じ支持基板の面上に配置され、複数の錘状又
は棒状の部分を有する第２のダイヤモンド部と、第１の
ダイヤモンド部及び第２のダイヤモンド部から所定の距
離を隔て、且つ、第２のダイヤモンド部との間が空間で
あるように配置されるアノードとを備えることを特徴と
する。
ることが可能な電子デバイスを提供する。 【解決手段】支持基板と、支持基板の一方の面上に配置
されたカソード電極と、支持基板のいずれかの面上に配
置され、カソード電極と電気的に接続する１つ以上の第
１のダイヤモンド部と、第１のダイヤモンド材料層を有
する面と同じ支持基板の面上に配置され、複数の錘状又
は棒状の部分を有する第２のダイヤモンド部と、第１の
ダイヤモンド部及び第２のダイヤモンド部から所定の距
離を隔て、且つ、第２のダイヤモンド部との間が空間で
あるように配置されるアノードとを備えることを特徴と
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤモンド材料
からの電子放出を利用する電子デバイスに関する。
からの電子放出を利用する電子デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】広く用いられているバイポーラトランジ
スタ及び電界効果トランジスタ等のデバイスにおいて
は、しばしば、充分な耐電圧性を有しない、あるいは高
温で用いられないという問題が生じることがあった。こ
の原因は多岐にわたっているが、半導体材料自身の特性
によるところが特に大きい。換言すれば、このような問
題を克服するためには、充分な耐電圧性を有し且つ高温
でも電子的特性が劣化しないような材料を用いて、電子
デバイスを作製することが望ましい。
スタ及び電界効果トランジスタ等のデバイスにおいて
は、しばしば、充分な耐電圧性を有しない、あるいは高
温で用いられないという問題が生じることがあった。こ
の原因は多岐にわたっているが、半導体材料自身の特性
によるところが特に大きい。換言すれば、このような問
題を克服するためには、充分な耐電圧性を有し且つ高温
でも電子的特性が劣化しないような材料を用いて、電子
デバイスを作製することが望ましい。
【０００３】ダイヤモンドを半導体材料として採用すれ
ば、このような半導体電子デバイスに耐電圧性及び耐熱
性が与えられる。また、ダイヤモンドは電子放出材料と
して優れた特性を有することが既に知られており、例え
ば、Ｈｉｍｐｓｅｌらの論文（Himpsel,F.J.,Phys Rev.
B20(1979)634 ）や、Ｇｅｉｓらの論文（Geis,M.W.,IE
EE Trans. Electron Device 38(1991)619 ）にも言及さ
れている。
ば、このような半導体電子デバイスに耐電圧性及び耐熱
性が与えられる。また、ダイヤモンドは電子放出材料と
して優れた特性を有することが既に知られており、例え
ば、Ｈｉｍｐｓｅｌらの論文（Himpsel,F.J.,Phys Rev.
B20(1979)634 ）や、Ｇｅｉｓらの論文（Geis,M.W.,IE
EE Trans. Electron Device 38(1991)619 ）にも言及さ
れている。
【０００４】このようなダイヤモンドの特性を活かし、
半導体電子デバイスを作製する試みが報告されている。
例えば、特開平５−２０５６１６や特開平６−２０５９
１には、ダイヤモンドの選択成長法を用いた冷陰極の試
作等が開示されている。しかし、これらに記載されたデ
バイスは、ダイヤモンドの電子放出性能を充分効率良く
利用したものとは言えなかった。
半導体電子デバイスを作製する試みが報告されている。
例えば、特開平５−２０５６１６や特開平６−２０５９
１には、ダイヤモンドの選択成長法を用いた冷陰極の試
作等が開示されている。しかし、これらに記載されたデ
バイスは、ダイヤモンドの電子放出性能を充分効率良く
利用したものとは言えなかった。
【０００５】そこで、特願平５−２３８５７１号には、
突出した部分を有することにより表面積を増加させたダ
イヤモンド表面を電子放出面として利用する冷陰極の電
子デバイスが記載されている。この特許では、窒素ドー
プのｎ型ダイヤモンドを微細加工し電子放出を利用した
電子デバイスが開示されている。また、特願平５−４６
１２２には、電子放出先端部にバイアス印加によりダイ
ヤモンドを被着させるダイヤモンドの被着方法が開示さ
れている。
突出した部分を有することにより表面積を増加させたダ
イヤモンド表面を電子放出面として利用する冷陰極の電
子デバイスが記載されている。この特許では、窒素ドー
プのｎ型ダイヤモンドを微細加工し電子放出を利用した
電子デバイスが開示されている。また、特願平５−４６
１２２には、電子放出先端部にバイアス印加によりダイ
ヤモンドを被着させるダイヤモンドの被着方法が開示さ
れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ダイヤモンドのもつ優
れた電子放出特性を更に活用するためには、電子放出面
の表面積を大きくする必要がある。即ち、突出ができる
だけ多く形成されたダイヤモンド表面を電子放出面とし
て利用することが好ましい。また、この突起はできるだ
け鋭いことが好ましい。
れた電子放出特性を更に活用するためには、電子放出面
の表面積を大きくする必要がある。即ち、突出ができる
だけ多く形成されたダイヤモンド表面を電子放出面とし
て利用することが好ましい。また、この突起はできるだ
け鋭いことが好ましい。
【０００７】本発明は、以上の状況に鑑みてなされたも
のであり、効率的にダイヤモンド表面から電子を放出さ
せることが可能な電子デバイスを提供することを目的と
する。
のであり、効率的にダイヤモンド表面から電子を放出さ
せることが可能な電子デバイスを提供することを目的と
する。
【０００８】また、本発明の別の目的は、効率的な電子
放出を実現するデバイス構造を簡便且つ安定に製造でき
る方法を提供することにある。
放出を実現するデバイス構造を簡便且つ安定に製造でき
る方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の電子デバイス
は、支持基板と、支持基板の一方の面上に配置されたカ
ソード電極と、支持基板のいずれかの面上に配置され、
カソード電極と電気的に接続する１つ以上の第１のダイ
ヤモンド部と、第１のダイヤモンド材料層を有する面と
同じ支持基板の面上に配置され、複数の錘状又は棒状の
部分を有する第２のダイヤモンド部と、第１のダイヤモ
ンド部及び第２のダイヤモンド部から所定の距離を隔
て、且つ、第２のダイヤモンド部との間が空間であるよ
うに配置されるアノードとを備えることを特徴とする。
は、支持基板と、支持基板の一方の面上に配置されたカ
ソード電極と、支持基板のいずれかの面上に配置され、
カソード電極と電気的に接続する１つ以上の第１のダイ
ヤモンド部と、第１のダイヤモンド材料層を有する面と
同じ支持基板の面上に配置され、複数の錘状又は棒状の
部分を有する第２のダイヤモンド部と、第１のダイヤモ
ンド部及び第２のダイヤモンド部から所定の距離を隔
て、且つ、第２のダイヤモンド部との間が空間であるよ
うに配置されるアノードとを備えることを特徴とする。
【００１０】また、本発明の電子デバイスは、第２のダ
イヤモンド部の錘状又は棒状の部分が、高さ５μｍ、底
面の直径が１μｍの円筒内に含まれる大きさであること
を特徴としてもよい。
イヤモンド部の錘状又は棒状の部分が、高さ５μｍ、底
面の直径が１μｍの円筒内に含まれる大きさであること
を特徴としてもよい。
【００１１】また、本発明の電子デバイスは、第２のダ
イヤモンド部が、ダイヤモンドをエッチングして得られ
ることを特徴としてもよい。
イヤモンド部が、ダイヤモンドをエッチングして得られ
ることを特徴としてもよい。
【００１２】また、本発明の電子デバイスは、第２のダ
イヤモンド部が、気相合成ダイヤモンドをエッチングし
て得られることを特徴としてもよい。
イヤモンド部が、気相合成ダイヤモンドをエッチングし
て得られることを特徴としてもよい。
【００１３】また、本発明の電子デバイスは、第１のダ
イヤモンド部と第２のダイヤモンドとが、ドーパントを
含むダイヤモンドから成ることを特徴としてもよい。
イヤモンド部と第２のダイヤモンドとが、ドーパントを
含むダイヤモンドから成ることを特徴としてもよい。
【００１４】本発明の電子デバイスの製造方法は、気相
合成により、支持基板上にダイヤモンド層を形成する第
１のステップと、ダイヤモンド層の一部をエッチングし
て、エッチングされない第１のダイヤモンド部と、複数
の錘状又は棒状の部分を有する第２のダイヤモンド部と
を形成する第２のステップと、第１のダイヤモンド部及
び第２のダイヤモンド部から所定の距離を隔てられた位
置にアノード電極を形成するステップと、を含むことを
特徴とする。
合成により、支持基板上にダイヤモンド層を形成する第
１のステップと、ダイヤモンド層の一部をエッチングし
て、エッチングされない第１のダイヤモンド部と、複数
の錘状又は棒状の部分を有する第２のダイヤモンド部と
を形成する第２のステップと、第１のダイヤモンド部及
び第２のダイヤモンド部から所定の距離を隔てられた位
置にアノード電極を形成するステップと、を含むことを
特徴とする。
【００１５】また、本発明の電子デバイスの製造方法
は、第１のステップが、第２のステップでエッチングさ
れない導電性金属のマスクをダイヤモンド層上に形成す
る操作を更に含むことを特徴としてもよい。
は、第１のステップが、第２のステップでエッチングさ
れない導電性金属のマスクをダイヤモンド層上に形成す
る操作を更に含むことを特徴としてもよい。
【００１６】また、本発明の電子デバイスの製造方法
は、第１のステップの気相合成が、マイクロ波プラズマ
ＣＶＤと、熱フィラメントＣＶＤと、イオンビーム蒸着
法と、スパッタリングと、レーザーアブレイション(las
er ablation)法とから成る群より選択される方法により
行われることを特徴としてもよい。
は、第１のステップの気相合成が、マイクロ波プラズマ
ＣＶＤと、熱フィラメントＣＶＤと、イオンビーム蒸着
法と、スパッタリングと、レーザーアブレイション(las
er ablation)法とから成る群より選択される方法により
行われることを特徴としてもよい。
【００１７】また、本発明の電子デバイスの製造方法
は、第２のステップのエッチングが、反応性イオンエッ
チングにより行われることを特徴としてもよい。
は、第２のステップのエッチングが、反応性イオンエッ
チングにより行われることを特徴としてもよい。
【００１８】本発明の電子デバイスは、ダイヤモンドか
ら成るフィールドエミッタの部分に、鋭い突起を多数有
する構造を有するため、本来的に電子放出性能に優れる
ダイヤモンドとあいまって、非常に優れた電子放出能力
が得られる。従って、ダイヤモンドの耐熱性を備え、且
つ、耐電圧特性に優れるデバイスが提供される。
ら成るフィールドエミッタの部分に、鋭い突起を多数有
する構造を有するため、本来的に電子放出性能に優れる
ダイヤモンドとあいまって、非常に優れた電子放出能力
が得られる。従って、ダイヤモンドの耐熱性を備え、且
つ、耐電圧特性に優れるデバイスが提供される。
【００１９】また、本発明の電子デバイスの製造方法で
は、気相合成ダイヤモンドに対して、その結晶粒界又は
欠陥部分のみを選択的にエッチングすることにより、多
数の突起を有する構造を容易にえることができる。更
に、エッチングの異方性が高い反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）を用いれば、非常に鋭利な形状の突起を形成
することが可能となる。
は、気相合成ダイヤモンドに対して、その結晶粒界又は
欠陥部分のみを選択的にエッチングすることにより、多
数の突起を有する構造を容易にえることができる。更
に、エッチングの異方性が高い反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）を用いれば、非常に鋭利な形状の突起を形成
することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を構成する要素に着
目して、本発明を更に詳述する。
目して、本発明を更に詳述する。
【００２１】（ダイヤモンド）本発明に用いることが可
能なダイヤモンドは、天然型、合成型の別を問わない
が、特に、導電性を調節しやすい気相合成ダイヤモンド
を用いることにより、所望の導電性を有するダイヤモン
ドを用いたデバイスを実現しやすくなる。
能なダイヤモンドは、天然型、合成型の別を問わない
が、特に、導電性を調節しやすい気相合成ダイヤモンド
を用いることにより、所望の導電性を有するダイヤモン
ドを用いたデバイスを実現しやすくなる。
【００２２】（第２のダイヤモンド部の錘状、針状物の
形成法）この錘状あるいは針状の部分は、例えば、エピ
タキシャル成長等により得られてもよいが、製造の効率
を考慮すれば、一旦形成されたダイヤモンド層に対して
エッチングを行うことによりこの錘状あるいは針状の部
分を得ることが好ましい。このとき、ダイヤモンド表面
に存在する欠陥ないし粒界を選択的にエッチングするよ
うなエッチングを行うことが好ましい。
形成法）この錘状あるいは針状の部分は、例えば、エピ
タキシャル成長等により得られてもよいが、製造の効率
を考慮すれば、一旦形成されたダイヤモンド層に対して
エッチングを行うことによりこの錘状あるいは針状の部
分を得ることが好ましい。このとき、ダイヤモンド表面
に存在する欠陥ないし粒界を選択的にエッチングするよ
うなエッチングを行うことが好ましい。
【００２３】このためのエッチングは、液層、気相のい
ずれでもよいが、特に、異方性を有するエッチングを用
いれば、この錘状あるいは針状の部分をより鋭く形成す
ることが可能となる。
ずれでもよいが、特に、異方性を有するエッチングを用
いれば、この錘状あるいは針状の部分をより鋭く形成す
ることが可能となる。
【００２４】（応用可能なデバイス）本発明のフィール
ドエミッタを有するデバイスは、充分な耐電圧特性を有
し且つ高温でも使用可能であるという特徴を有するた
め、様々な応用が可能である。例えば、整流素子、電力
増幅素子、電流増幅素子、電圧増幅素子、スイッチ、特
に高周波スイッチ、フラットパネルディスプレイ、走査
電子顕微鏡用あるいは電子回折用の電子銃等のデバイス
に実現される。
ドエミッタを有するデバイスは、充分な耐電圧特性を有
し且つ高温でも使用可能であるという特徴を有するた
め、様々な応用が可能である。例えば、整流素子、電力
増幅素子、電流増幅素子、電圧増幅素子、スイッチ、特
に高周波スイッチ、フラットパネルディスプレイ、走査
電子顕微鏡用あるいは電子回折用の電子銃等のデバイス
に実現される。
【００２５】
【実施例】以下、添付した図面を参照して、本発明の具
体例を詳細に説明する。尚、異なる図面において同一要
素には同一の符号を付し、係る重複説明は省略する。
体例を詳細に説明する。尚、異なる図面において同一要
素には同一の符号を付し、係る重複説明は省略する。
【００２６】図１は本発明の実施例に用いたマイクロ波
プラズマＣＶＤ装置の概念的な断面図である。図１に示
されるように、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置は、チャ
ンバ内に基板を保持する基板ホルダを有し、基板ホルダ
上の基板近傍に対してマイクロ波を導入できる構造にな
っている。プラズマをチャンバ壁に接しないように発生
させるため、装置にはプランジャが具備されてチャンバ
内の定在波発生が抑制される。チャンバ内で基板は上向
きに保持され、チャンバの上側から、反応ガスが供給さ
れる。本実施例では、水素ガス、メタンガス及びジボラ
ンガスが、それぞれの流量で供給できる供給手段が具備
されている。チャンバ上方から供給された反応ガスは、
基板ホルダ附近でイオン化してプラズマを形成し、基板
上に所望の物質を堆積させ、残りはチャンバ底部の排気
口から排気される。
プラズマＣＶＤ装置の概念的な断面図である。図１に示
されるように、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置は、チャ
ンバ内に基板を保持する基板ホルダを有し、基板ホルダ
上の基板近傍に対してマイクロ波を導入できる構造にな
っている。プラズマをチャンバ壁に接しないように発生
させるため、装置にはプランジャが具備されてチャンバ
内の定在波発生が抑制される。チャンバ内で基板は上向
きに保持され、チャンバの上側から、反応ガスが供給さ
れる。本実施例では、水素ガス、メタンガス及びジボラ
ンガスが、それぞれの流量で供給できる供給手段が具備
されている。チャンバ上方から供給された反応ガスは、
基板ホルダ附近でイオン化してプラズマを形成し、基板
上に所望の物質を堆積させ、残りはチャンバ底部の排気
口から排気される。
【００２７】図２は、本実施例において作製されたデバ
イスの断面図であり、（ａ）〜（ｆ）まで順に、本実施
例の製造工程を表す。本実施例では、図１に示されるマ
イクロ波プラズマＣＶＤ装置を用い、図２（ａ）〜
（ｆ）の順に示される順に、デバイスを作製した。
イスの断面図であり、（ａ）〜（ｆ）まで順に、本実施
例の製造工程を表す。本実施例では、図１に示されるマ
イクロ波プラズマＣＶＤ装置を用い、図２（ａ）〜
（ｆ）の順に示される順に、デバイスを作製した。
【００２８】まず、図１のマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置のチャンバ内の基板ホルダに、厚さ３００μｍのＳｉ
（１００）基板１０を載置した（図２（ａ））。
置のチャンバ内の基板ホルダに、厚さ３００μｍのＳｉ
（１００）基板１０を載置した（図２（ａ））。
【００２９】次いで、以下に示す操作条件で、マイクロ
波プラズマＣＶＤにより、Ｓｉ基板１０の上にボロンド
ープダイヤモンド層１２及びノンドープダイヤモンド層
１３を成長させた（図２（ｂ））。このダイヤモンド層
（第１のダイヤモンド部）１２及び１３は、後に述べる
ようにエッチングされ、一部はエミッタ材料を構成し、
残りの一部は基板とゲート電極との絶縁層として機能す
る。操作条件は、次の通り、ジボランガスを導入するド
ープ層形成とジボランガスを導入しないノンドープ層形
成の２段階であった： 水素ガス（Ｈ2 ）流量 ： ２００ ｓｃｃｍ メタンガス（ＣＨ4 ）流量 ： １ ｓｃｃｍ ジボランガス（Ｂ2 Ｈ6 ）流量 ：最初の１時間は１０ ｓｃｃｍ 次の１時間は ０ ｓｃｃｍ （ジボランガスは、Ｈ2 で１００ｐｐｍに希釈） 圧力 ： ４０ Ｔｏｒｒ マイクロ波周波数 ： ２．４５ＧＨｚ マイクロ波パワー ： ３００ Ｗ 基板温度 ： ９４０ ℃ 成長時間 ： ２ ｈｒ。
波プラズマＣＶＤにより、Ｓｉ基板１０の上にボロンド
ープダイヤモンド層１２及びノンドープダイヤモンド層
１３を成長させた（図２（ｂ））。このダイヤモンド層
（第１のダイヤモンド部）１２及び１３は、後に述べる
ようにエッチングされ、一部はエミッタ材料を構成し、
残りの一部は基板とゲート電極との絶縁層として機能す
る。操作条件は、次の通り、ジボランガスを導入するド
ープ層形成とジボランガスを導入しないノンドープ層形
成の２段階であった： 水素ガス（Ｈ2 ）流量 ： ２００ ｓｃｃｍ メタンガス（ＣＨ4 ）流量 ： １ ｓｃｃｍ ジボランガス（Ｂ2 Ｈ6 ）流量 ：最初の１時間は１０ ｓｃｃｍ 次の１時間は ０ ｓｃｃｍ （ジボランガスは、Ｈ2 で１００ｐｐｍに希釈） 圧力 ： ４０ Ｔｏｒｒ マイクロ波周波数 ： ２．４５ＧＨｚ マイクロ波パワー ： ３００ Ｗ 基板温度 ： ９４０ ℃ 成長時間 ： ２ ｈｒ。
【００３０】この条件により、厚さ１μｍのボロンドー
プダイヤモンド層１２が形成され、その上に厚さ１μｍ
のノンドープダイヤモンド層が形成された。このボロン
ドープ層１２及びノンドープ層１３は共に多結晶であっ
た。また、ボロンドープ層１２のボロン濃度を、ＳＩＭ
Ｓ（secondary ion mass spectroscopy ）で測定したと
ころ、１００ｐｐｍであった。
プダイヤモンド層１２が形成され、その上に厚さ１μｍ
のノンドープダイヤモンド層が形成された。このボロン
ドープ層１２及びノンドープ層１３は共に多結晶であっ
た。また、ボロンドープ層１２のボロン濃度を、ＳＩＭ
Ｓ（secondary ion mass spectroscopy ）で測定したと
ころ、１００ｐｐｍであった。
【００３１】そして、図２（ｂ）で示されるデバイスを
図１のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置から取り出し、蒸
着装置に移送して、ボロンドープダイヤモンド層１２の
上に、アルミニウム（Ａｌ）層を蒸着し、更にフォトリ
ソグラフィーによりパターニングを行った。パターニン
グされたＡｌ層１４が、ボロンドープダイヤモンド層１
２上に形成された（図２（ｃ））。このＡｌ層１４は、
次に行われるエッチングのステップにおいてマスクとし
て機能すると共に、デバイスのゲート電極としてデバイ
スの構成要素となる。
図１のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置から取り出し、蒸
着装置に移送して、ボロンドープダイヤモンド層１２の
上に、アルミニウム（Ａｌ）層を蒸着し、更にフォトリ
ソグラフィーによりパターニングを行った。パターニン
グされたＡｌ層１４が、ボロンドープダイヤモンド層１
２上に形成された（図２（ｃ））。このＡｌ層１４は、
次に行われるエッチングのステップにおいてマスクとし
て機能すると共に、デバイスのゲート電極としてデバイ
スの構成要素となる。
【００３２】次に、ボロンドープダイヤモンド層１２を
エッチングして、多数の突起を有する電子放出部１２２
を形成した。図２（ｃ）で示されるデバイスを、ドライ
エッチング装置に移送して、次の通りの条件で反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）を行った： エッチングガス ： Ｏ2 １００％ ＲＦパワー ： ５００ Ｗ 圧力 ： ０．０５ Ｔｏｒｒ エッチング時間 ： １ ｈｒ． 平均エッチング深さ ： １．２ μｍ。
エッチングして、多数の突起を有する電子放出部１２２
を形成した。図２（ｃ）で示されるデバイスを、ドライ
エッチング装置に移送して、次の通りの条件で反応性イ
オンエッチング（ＲＩＥ）を行った： エッチングガス ： Ｏ2 １００％ ＲＦパワー ： ５００ Ｗ 圧力 ： ０．０５ Ｔｏｒｒ エッチング時間 ： １ ｈｒ． 平均エッチング深さ ： １．２ μｍ。
【００３３】（図３に示されるように、突起先端高さに
凹凸があるため、エッチング深さは「平均エッチング深
さ」として表される。） 先のマイクロ波プラズマＣＶＤにより形成されたボロン
ドープダイヤモンド層１２は多結晶であり、露出した表
面には粒界や欠陥部分を多く含んでいる。この表面に対
して上記の条件でエッチングを行うことにより、粒界や
欠陥部分のみが選択的にエッチングされる。その結果、
図２（ｄ）に模式的に表されるように、多数の突起をも
ったボロンドープダイヤモンドの電子放出層（第２のダ
イヤモンド部）１２２が得られ、これがフィールドエミ
ッタとして機能する。
凹凸があるため、エッチング深さは「平均エッチング深
さ」として表される。） 先のマイクロ波プラズマＣＶＤにより形成されたボロン
ドープダイヤモンド層１２は多結晶であり、露出した表
面には粒界や欠陥部分を多く含んでいる。この表面に対
して上記の条件でエッチングを行うことにより、粒界や
欠陥部分のみが選択的にエッチングされる。その結果、
図２（ｄ）に模式的に表されるように、多数の突起をも
ったボロンドープダイヤモンドの電子放出層（第２のダ
イヤモンド部）１２２が得られ、これがフィールドエミ
ッタとして機能する。
【００３４】本実施例ではＲＩＥを用いているため、エ
ッチングの異方性が高く、エッチングの結果得られた突
起も非常に鋭い形状を有している。また、酸素ガス（Ｏ
2 ）１００％のエッチングガスを用いているため、ダイ
ヤモンド：Ａｌのエッチング選択比も非常に良好であ
る。ちなみに、Ｏ2 ／Ａｒを用いたＲＩＥにおけるダイ
ヤモンド：Ａｌのエッチング選択比に関しては、Ｓｈｉ
ｋａｔａら（"MICROFABRICATION TECHNIQUE FOR DIAMON
D DEVICES", Shikata,S.,et.al., 2nd International C
onference on the Application of Diamond Films and
Related Materials,1993,Tokyo）に詳しく開示されてお
り、Ａｌをマスクとして用いる場合は、Ｏ2 ／Ａｒのエ
ッチングガスを用いる場合、Ｏ2 の割合を大きくするほ
ど、ダイヤモンド／Ａｌのエッチング選択比の値が向上
することが示されている。
ッチングの異方性が高く、エッチングの結果得られた突
起も非常に鋭い形状を有している。また、酸素ガス（Ｏ
2 ）１００％のエッチングガスを用いているため、ダイ
ヤモンド：Ａｌのエッチング選択比も非常に良好であ
る。ちなみに、Ｏ2 ／Ａｒを用いたＲＩＥにおけるダイ
ヤモンド：Ａｌのエッチング選択比に関しては、Ｓｈｉ
ｋａｔａら（"MICROFABRICATION TECHNIQUE FOR DIAMON
D DEVICES", Shikata,S.,et.al., 2nd International C
onference on the Application of Diamond Films and
Related Materials,1993,Tokyo）に詳しく開示されてお
り、Ａｌをマスクとして用いる場合は、Ｏ2 ／Ａｒのエ
ッチングガスを用いる場合、Ｏ2 の割合を大きくするほ
ど、ダイヤモンド／Ａｌのエッチング選択比の値が向上
することが示されている。
【００３５】図３は、電子放出層１２２の表面のＳＥＭ
写真である。図３に明確に示されるように、多数の鋭い
突起を有した電子放出層が形成されたことが示された。
写真である。図３に明確に示されるように、多数の鋭い
突起を有した電子放出層が形成されたことが示された。
【００３６】そして、図２（ｅ）に示されるように、電
子放出層１２２の突起の先端から２０μｍ離れた位置に
アノード電極を設置し、更に図２（ｆ）に示されるよう
に、Ｓｉ基板１０の裏側にバック電極を形成した。この
ような構成の素子全体を、１０-4Ｔｏｒｒ以下の真空に
封じて、デバイスが完成した。
子放出層１２２の突起の先端から２０μｍ離れた位置に
アノード電極を設置し、更に図２（ｆ）に示されるよう
に、Ｓｉ基板１０の裏側にバック電極を形成した。この
ような構成の素子全体を、１０-4Ｔｏｒｒ以下の真空に
封じて、デバイスが完成した。
【００３７】このデバイスの動作特性を、以下のように
して測定した。図４は、デバイスの動作特性の測定系の
概念的な回路図である。図４に示されるように、アノー
ド電極に１００Ｖの電圧が印加され、このときゲート電
圧を変化させたときのアノード電流の変化を測定した。
このゲート電圧−アノード電流特性を、図５のグラフに
示す。
して測定した。図４は、デバイスの動作特性の測定系の
概念的な回路図である。図４に示されるように、アノー
ド電極に１００Ｖの電圧が印加され、このときゲート電
圧を変化させたときのアノード電流の変化を測定した。
このゲート電圧−アノード電流特性を、図５のグラフに
示す。
【００３８】図５に示されるように、１０〜２０Ｖの低
いゲート電圧で、１マイクロアンペア（μＡ）以上のア
ノード電流を得ることができたことが示される。
いゲート電圧で、１マイクロアンペア（μＡ）以上のア
ノード電流を得ることができたことが示される。
【００３９】尚、本発明は上記の実施例に限定されるも
のではなく、様々な変形が可能である。例えば、図２に
おいてボロンドープダイヤモンド層１２の形成には、上
記のマイクロ波プラズマＣＶＤ以外にも、磁場を用いた
マイクロ波プラズマＣＶＤ、直流放電プラズマＣＶＤ等
の方法を用いてもよい。また、ドーパントにはボロン以
外にも、窒素、Ｌｉ、Ｐ、Ａｓ等を用いてもよい。ま
た、ノンドープ絶縁層のかわりに、ＳｉＯ2 等の絶縁膜
を用いることもできる。
のではなく、様々な変形が可能である。例えば、図２に
おいてボロンドープダイヤモンド層１２の形成には、上
記のマイクロ波プラズマＣＶＤ以外にも、磁場を用いた
マイクロ波プラズマＣＶＤ、直流放電プラズマＣＶＤ等
の方法を用いてもよい。また、ドーパントにはボロン以
外にも、窒素、Ｌｉ、Ｐ、Ａｓ等を用いてもよい。ま
た、ノンドープ絶縁層のかわりに、ＳｉＯ2 等の絶縁膜
を用いることもできる。
【００４０】他の実施例としては、アノード電極をＩＴ
Ｏ等の透明電極として蛍光物質を塗布することで、簡単
にフラットパネルディスプレイを作製することができ
る。フラットパネルディスプレイの場合は、ゲート電極
をそれぞれ、マトリックス制御する必要があるが、この
機構に関しては、プラズマディスプレイ等で既に用いら
れている既存の技術を用いることができる。
Ｏ等の透明電極として蛍光物質を塗布することで、簡単
にフラットパネルディスプレイを作製することができ
る。フラットパネルディスプレイの場合は、ゲート電極
をそれぞれ、マトリックス制御する必要があるが、この
機構に関しては、プラズマディスプレイ等で既に用いら
れている既存の技術を用いることができる。
【００４１】また、エッチングには、上述のＲＦを用い
た反応性イオンエッチングの他にも、反応性イオンビー
ムエッチング、マイクロ波プラズマ源を用いた反応性イ
オンエッチング等のエッチング方法を用いてもよい。
た反応性イオンエッチングの他にも、反応性イオンビー
ムエッチング、マイクロ波プラズマ源を用いた反応性イ
オンエッチング等のエッチング方法を用いてもよい。
【００４２】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のフ
ィールドエミッタを有する電子デバイスは、効率的にダ
イヤモンド表面から電子を放出させることが可能な構造
を有する。従って、充分な耐電圧特性を有し且つ高温で
も充分に使用可能な電子デバイスが提供される。
ィールドエミッタを有する電子デバイスは、効率的にダ
イヤモンド表面から電子を放出させることが可能な構造
を有する。従って、充分な耐電圧特性を有し且つ高温で
も充分に使用可能な電子デバイスが提供される。
【００４３】また、本発明の電子デバイスの製造方法に
よれば、効率的な電子放出を実現するデバイス構造を簡
便且つ安定に製造可能となる。
よれば、効率的な電子放出を実現するデバイス構造を簡
便且つ安定に製造可能となる。
【図１】マイクロ波プラズマＣＶＤ装置の断面図であ
る。
る。
【図２】デバイスの断面図であり、（ａ）〜（ｆ）の順
に実施例の工程を表す。
に実施例の工程を表す。
【図３】実施例の電子放出部の錘状ないし針状部分のＳ
ＥＭ写真である。
ＥＭ写真である。
【図４】実施例におけるデバイスの特性測定回路の概念
図である。
図である。
【図５】実施例において得られた電流−電圧特性のグラ
フである。
フである。
１０…基板、１２…ドープダイヤモンド層、１３…ノン
ドープダイヤモンド層、１４…マスク、１６…アノード
電極、１８…バック電極、１２２…電子放出部。
ドープダイヤモンド層、１４…マスク、１６…アノード
電極、１８…バック電極、１２２…電子放出部。
Claims (9)
- 【請求項１】 支持基板と、 前記支持基板の一方の面上に配置されたカソード電極
と、 前記支持基板のいずれかの面上に配置され、前記カソー
ド電極と電気的に接続する１つ以上の第１のダイヤモン
ド部と、 前記第１のダイヤモンド材料層を有する面と同じ前記支
持基板の面上に配置され、複数の錘状又は棒状の部分を
有する第２のダイヤモンド部と、 前記第１のダイヤモンド部及び前記第２のダイヤモンド
部から所定の距離を隔て、且つ、前記第２のダイヤモン
ド部との間が空間であるように配置されるアノードとを
備えることを特徴とする電子デバイス。 - 【請求項２】 前記第２のダイヤモンド部の前記錘状又
は棒状の部分が、高さ５μｍ、底面の直径が１μｍの円
筒内に含まれる大きさであることを特徴とする請求項１
に記載の電子デバイス。 - 【請求項３】 前記第２のダイヤモンド部が、ダイヤモ
ンドをエッチングして得られることを特徴とする請求項
２に記載の電子デバイス。 - 【請求項４】 前記第２のダイヤモンド部が、気相合成
ダイヤモンドをエッチングして得られることを特徴とす
る請求項２に記載の電子デバイス。 - 【請求項５】 前記第１のダイヤモンド部と前記第２の
ダイヤモンドとが、ドーパントを含むダイヤモンドから
成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
電子デバイス。 - 【請求項６】 ダイヤモンドを用いる電子デバイスの製
造方法であって、 気相合成により、支持基板上にダイヤモンド層を形成す
る第１のステップと、 前記ダイヤモンド層の一部をエッチングして、エッチン
グされない第１のダイヤモンド部と、複数の錘状又は棒
状の部分を有する第２のダイヤモンド部とを形成する第
２のステップと、 前記第１のダイヤモンド部及び前記第２のダイヤモンド
部から所定の距離を隔てられた位置にアノード電極を形
成するステップと、を含むことを特徴とする電子デバイ
スの製造方法。 - 【請求項７】 前記第１のステップが、前記第２のステ
ップでエッチングされない導電性金属のマスクを前記ダ
イヤモンド層上に形成する操作を更に含むことを特徴と
する請求項６に記載の電子デバイスの製造方法。 - 【請求項８】 前記第１のステップの気相合成が、マイ
クロ波プラズマＣＶＤと、熱フィラメントＣＶＤと、イ
オンビーム蒸着法と、スパッタリングと、レーザーアブ
レイション法とから成る群より選択される方法により行
われることを特徴とする請求項６に記載の電子デバイス
の製造方法。 - 【請求項９】 前記第２のステップのエッチングが、反
応性イオンエッチングにより行われることを特徴とする
請求項６に記載の電子デバイスの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21108995A JPH0945215A (ja) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | フィールドエミッターを有するデバイス及びその製造方法 |
| US08/690,173 US5844252A (en) | 1993-09-24 | 1996-07-25 | Field emission devices having diamond field emitter, methods for making same, and methods for fabricating porous diamond |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21108995A JPH0945215A (ja) | 1995-07-27 | 1995-07-27 | フィールドエミッターを有するデバイス及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0945215A true JPH0945215A (ja) | 1997-02-14 |
Family
ID=16600242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21108995A Pending JPH0945215A (ja) | 1993-09-24 | 1995-07-27 | フィールドエミッターを有するデバイス及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0945215A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001348296A (ja) * | 2000-04-05 | 2001-12-18 | Kobe Steel Ltd | 針状表面を有するダイヤモンド、繊毛状表面を有する炭素系材料、その製造方法、それを使用した電極及び電子デバイス |
| JP2002226290A (ja) * | 2000-11-29 | 2002-08-14 | Japan Fine Ceramics Center | ダイヤモンド加工体の製造方法、及び、ダイヤモンド加工体 |
| WO2005034164A1 (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 電子放出素子 |
| JP2006269153A (ja) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Sonac Kk | 電界電子放出素子およびその製造方法 |
| JP2008230905A (ja) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Central Japan Railway Co | ダイヤモンド電極、触媒担持電極、及び電子デバイス |
| US7755271B2 (en) | 2004-11-26 | 2010-07-13 | Kochi Industrial Promotion Center | Field emission electrode, manufacturing method thereof, and electronic device |
-
1995
- 1995-07-27 JP JP21108995A patent/JPH0945215A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001348296A (ja) * | 2000-04-05 | 2001-12-18 | Kobe Steel Ltd | 針状表面を有するダイヤモンド、繊毛状表面を有する炭素系材料、その製造方法、それを使用した電極及び電子デバイス |
| JP2002226290A (ja) * | 2000-11-29 | 2002-08-14 | Japan Fine Ceramics Center | ダイヤモンド加工体の製造方法、及び、ダイヤモンド加工体 |
| WO2005034164A1 (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 電子放出素子 |
| US7307377B2 (en) | 2003-09-30 | 2007-12-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Electron emitting device with projection comprising base portion and electron emission portion |
| US7710013B2 (en) | 2003-09-30 | 2010-05-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Electron emitting device with projection comprising base portion and electron emission portion |
| US7755271B2 (en) | 2004-11-26 | 2010-07-13 | Kochi Industrial Promotion Center | Field emission electrode, manufacturing method thereof, and electronic device |
| US8035291B2 (en) | 2004-11-26 | 2011-10-11 | Kochi Industrial Promotion Center | Field emission electrode, manufacturing method thereof, and electronic device |
| JP2006269153A (ja) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Sonac Kk | 電界電子放出素子およびその製造方法 |
| JP2008230905A (ja) * | 2007-03-20 | 2008-10-02 | Central Japan Railway Co | ダイヤモンド電極、触媒担持電極、及び電子デバイス |
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|---|---|---|---|
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|
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040528 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20040609 |
|
| A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20040709 |
|
| RD07 | Notification of extinguishment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7427 Effective date: 20060424 |