JPH10154459A - 電界放出型冷陰極とそれを用いた表示装置 - Google Patents
電界放出型冷陰極とそれを用いた表示装置Info
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- JPH10154459A JPH10154459A JP31216396A JP31216396A JPH10154459A JP H10154459 A JPH10154459 A JP H10154459A JP 31216396 A JP31216396 A JP 31216396A JP 31216396 A JP31216396 A JP 31216396A JP H10154459 A JPH10154459 A JP H10154459A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J3/02—Electron guns
- H01J3/021—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
- H01J3/022—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source with microengineered cathode, e.g. Spindt-type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
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- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ゲート電極の放電を抑制して素子の破壊を防
止する。 【解決手段】 ゲート電極３ａは、周囲の各突出部およ
びコーナー部が鈍角または円弧の形状を有し、さらにゲ
ート電極３ａの周辺にゲート電極３ａの突出部よりも先
鋭な突出部を有するダミー電極３ｂを有する。
止する。 【解決手段】 ゲート電極３ａは、周囲の各突出部およ
びコーナー部が鈍角または円弧の形状を有し、さらにゲ
ート電極３ａの周辺にゲート電極３ａの突出部よりも先
鋭な突出部を有するダミー電極３ｂを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出型冷陰極
に関し、特に電界放出型冷陰極のゲート電極に関する。
に関し、特に電界放出型冷陰極のゲート電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】電界放出型冷陰極は、コーン形状の先鋭
なエミッタと、サブミリオンオーダの開口を有しエミッ
タに近接して形成されるゲート電極とを有し、ゲート電
極によりエミッタ先端に高電界を集中して、真空中でエ
ミッタ先端から電子を放出させ、アノード電極でその電
子を受ける素子である。この電界放出型冷陰極において
は、残留ガスやアノード電極に電子が衝突して生じるガ
スの影響等により、真空中の動作で放電の発生すること
がある。このような放電がゲート電極に発生すると、電
極材料の溶融による断線、あるいはゲート電極下の絶縁
膜の破壊による短絡という障害の原因になっていた。
なエミッタと、サブミリオンオーダの開口を有しエミッ
タに近接して形成されるゲート電極とを有し、ゲート電
極によりエミッタ先端に高電界を集中して、真空中でエ
ミッタ先端から電子を放出させ、アノード電極でその電
子を受ける素子である。この電界放出型冷陰極において
は、残留ガスやアノード電極に電子が衝突して生じるガ
スの影響等により、真空中の動作で放電の発生すること
がある。このような放電がゲート電極に発生すると、電
極材料の溶融による断線、あるいはゲート電極下の絶縁
膜の破壊による短絡という障害の原因になっていた。
【０００３】この放電による障害の防止対策として、従
来種々の方法が提案されている。例えば、特開平７−２
４０２４３号公報等に開示された従来の電界放出型冷陰
極の１例を図１１の断面図及び図１２の平面図によって
示す。
来種々の方法が提案されている。例えば、特開平７−２
４０２４３号公報等に開示された従来の電界放出型冷陰
極の１例を図１１の断面図及び図１２の平面図によって
示す。
【０００４】この電界放出型冷陰極は、図１１に示すよ
うに、支持基板となるシリコン基板１と、シリコン基板
１上に形成された酸化膜等の絶縁膜２と、絶縁膜２上に
形成されたエミッタ形成領域に開口を有するゲート電極
３ａと、絶縁膜２の開口内にシリコン基板１に接続して
形成されたエミッタ５ａと、ゲート電極３ａを覆って形
成された絶縁膜８とから構成されている。また、アノー
ド電極７は、エミッタ５ａから空間的に隔てられ、ゲー
ト電極３ａに対向して形成される。この従来の電界放出
型冷陰極のゲート電極３ａの断面形状は、図１１に示す
ように、ほぼ垂直な開口側面を有しており、開口側面と
上下両面との境界の稜線部はほぼ直角になっていた。ま
た、ゲート電極３ａの平面形態は、図１２に示すよう
に、四隅のコーナーが直角の長方形部分を含むのが一般
的な構造であった。このような従来例では、ゲート電極
の周りを絶縁膜で覆うことにより、ゲート電極近傍での
残留ガスなどの影響による放電の発生を防止し、特にエ
ミッタとゲート電極間の放電による素子破壊が抑制され
る。
うに、支持基板となるシリコン基板１と、シリコン基板
１上に形成された酸化膜等の絶縁膜２と、絶縁膜２上に
形成されたエミッタ形成領域に開口を有するゲート電極
３ａと、絶縁膜２の開口内にシリコン基板１に接続して
形成されたエミッタ５ａと、ゲート電極３ａを覆って形
成された絶縁膜８とから構成されている。また、アノー
ド電極７は、エミッタ５ａから空間的に隔てられ、ゲー
ト電極３ａに対向して形成される。この従来の電界放出
型冷陰極のゲート電極３ａの断面形状は、図１１に示す
ように、ほぼ垂直な開口側面を有しており、開口側面と
上下両面との境界の稜線部はほぼ直角になっていた。ま
た、ゲート電極３ａの平面形態は、図１２に示すよう
に、四隅のコーナーが直角の長方形部分を含むのが一般
的な構造であった。このような従来例では、ゲート電極
の周りを絶縁膜で覆うことにより、ゲート電極近傍での
残留ガスなどの影響による放電の発生を防止し、特にエ
ミッタとゲート電極間の放電による素子破壊が抑制され
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来例
では、第１の問題点として、エミッタからの電子放出に
必要とされるゲート電圧を低減できないという課題があ
った。つまり、絶縁膜でゲート電極を囲む構造となって
いるため、エミッタ・ゲート電極間の距離を短縮しよう
とするとき、この間に絶縁膜を堆積できるだけのマージ
ンが必要となり、そのマージン分だけ低電圧動作が制限
されるからである。これを克服するためには、従来例に
開示されているように電界増強の追加機構を搭載する必
要があり、素子構造及びプロセスの複雑化を招き、生産
上不利となる。
では、第１の問題点として、エミッタからの電子放出に
必要とされるゲート電圧を低減できないという課題があ
った。つまり、絶縁膜でゲート電極を囲む構造となって
いるため、エミッタ・ゲート電極間の距離を短縮しよう
とするとき、この間に絶縁膜を堆積できるだけのマージ
ンが必要となり、そのマージン分だけ低電圧動作が制限
されるからである。これを克服するためには、従来例に
開示されているように電界増強の追加機構を搭載する必
要があり、素子構造及びプロセスの複雑化を招き、生産
上不利となる。
【０００６】また、第２の問題点として、アノード電極
からの放電破壊が発生することが挙げられる。これは、
ゲート電極を絶縁膜で保護することにより、低電圧で動
作するエミッタ・ゲート電極間の放電破壊に対しては効
果があるが、高電圧が印加されるアノード電極からの放
電に対しては破壊防止の効果が小さくてゲート電極下の
絶縁膜破壊が発生する可能性が高いからである。
からの放電破壊が発生することが挙げられる。これは、
ゲート電極を絶縁膜で保護することにより、低電圧で動
作するエミッタ・ゲート電極間の放電破壊に対しては効
果があるが、高電圧が印加されるアノード電極からの放
電に対しては破壊防止の効果が小さくてゲート電極下の
絶縁膜破壊が発生する可能性が高いからである。
【０００７】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
放電時のゲート電極の破壊を抑制することにある。特
に、大規模な破壊が発生するアノード電極からの放電に
よる破壊を防止できる簡略な電界放出型冷陰極を提供す
ることを目的とする。
放電時のゲート電極の破壊を抑制することにある。特
に、大規模な破壊が発生するアノード電極からの放電に
よる破壊を防止できる簡略な電界放出型冷陰極を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の電界放出型冷陰
極は、先鋭な先端形状を有するエミッタ（５ａ）と、エ
ミッタ上に開口を有するゲート電極（３ａ）とを有し、
上部に電子コレクタとなるアノード電極（７）で構成さ
れる電界放出型冷陰極において、ゲート電極がアノード
電極に面した上面側で平面形状の隅の内角が鈍角、ある
いは円弧状となっており、断面形状で上下平面と側面と
の境界が鈍角または円弧で形成されている。
極は、先鋭な先端形状を有するエミッタ（５ａ）と、エ
ミッタ上に開口を有するゲート電極（３ａ）とを有し、
上部に電子コレクタとなるアノード電極（７）で構成さ
れる電界放出型冷陰極において、ゲート電極がアノード
電極に面した上面側で平面形状の隅の内角が鈍角、ある
いは円弧状となっており、断面形状で上下平面と側面と
の境界が鈍角または円弧で形成されている。
【０００９】また、本発明の電界放出型冷陰極は、ゲー
ト電極の平面形状の突出部と曲がり角が全て鈍角と円弧
状のいずれかにより形成されている。
ト電極の平面形状の突出部と曲がり角が全て鈍角と円弧
状のいずれかにより形成されている。
【００１０】また、本発明の電界放出型冷陰極は、ゲー
ト電極の周囲にゲート電極よりも小さな角度の突出部を
有するダミー電極を有する。
ト電極の周囲にゲート電極よりも小さな角度の突出部を
有するダミー電極を有する。
【００１１】また、本発明の電界放出型冷陰極は、ダミ
ー電極の少なくとも一部にゲート電極よりも高く形成さ
れた先鋭な形状のダミーエミッタを有する。
ー電極の少なくとも一部にゲート電極よりも高く形成さ
れた先鋭な形状のダミーエミッタを有する。
【００１２】また、本発明の電界放出型冷陰極を表示装
置の電子銃として適用する。
置の電子銃として適用する。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
【００１４】図１は本発明の電界放出型冷陰極の基本的
な実施例の断面図、図２はその平面図で、図１は図２に
Ａ、Ｂで示した区間の断面図である。
な実施例の断面図、図２はその平面図で、図１は図２に
Ａ、Ｂで示した区間の断面図である。
【００１５】図１（ａ）において、この電界放出型冷陰
極は、先鋭な先端を有するエミッタ５ａ、それを取り囲
むように形成されたゲート電極３ａと絶縁膜２、及びゲ
ート電極３ａとエミッタ５ａの上部に形成されたアノー
ド電極７とにより構成されていて、ゲート電極３ａは、
アノード電極７に対向した面の側面との境界部の断面が
円弧状になっている。
極は、先鋭な先端を有するエミッタ５ａ、それを取り囲
むように形成されたゲート電極３ａと絶縁膜２、及びゲ
ート電極３ａとエミッタ５ａの上部に形成されたアノー
ド電極７とにより構成されていて、ゲート電極３ａは、
アノード電極７に対向した面の側面との境界部の断面が
円弧状になっている。
【００１６】この電界放出型冷陰極の動作時には、アノ
ード電極７とゲート電極３ａの間に１００Ｖ以上の高電
圧がかかり、ゲート電極３ａとエミッタ５ａとの間には
約１００Ｖ程度の電圧が印加される。一般に、金属間の
放電は、鋭利な先端程発生しやすいことが知られている
が、この電界放出型冷陰極のゲート電極３ａは、従来の
水平部と側面との境界の断面が直角のゲート電極と比較
して、放電の発生しにくい形状となっているので、アノ
ード電極７とゲート電極３ａ間の放電が抑制される。
ード電極７とゲート電極３ａの間に１００Ｖ以上の高電
圧がかかり、ゲート電極３ａとエミッタ５ａとの間には
約１００Ｖ程度の電圧が印加される。一般に、金属間の
放電は、鋭利な先端程発生しやすいことが知られている
が、この電界放出型冷陰極のゲート電極３ａは、従来の
水平部と側面との境界の断面が直角のゲート電極と比較
して、放電の発生しにくい形状となっているので、アノ
ード電極７とゲート電極３ａ間の放電が抑制される。
【００１７】また、図１（ｂ）においては、図１（ａ）
の断面のゲート電極３ａの全てのコーナー部を円弧状と
したものである。このようにすると、エミッタ５ａ及び
エミッタ電極となるシリコン基板１に面したゲート電極
３ａの全てのコーナーが円弧状なので、アノード電極７
だけでなくエミッタ５ａに対しても放電抑制効果があ
る。
の断面のゲート電極３ａの全てのコーナー部を円弧状と
したものである。このようにすると、エミッタ５ａ及び
エミッタ電極となるシリコン基板１に面したゲート電極
３ａの全てのコーナーが円弧状なので、アノード電極７
だけでなくエミッタ５ａに対しても放電抑制効果があ
る。
【００１８】また、、ゲート電極３ａの平面上のコーナ
ー部を全て鈍角とした適用例を図４に示す。このように
することによって、コーナー部が直角であった場合より
電界の集中が生じ難くなり、ゲート電極の放電破壊をさ
らに抑制できる。特に、対向して配置されて高電圧が印
加されるアノード電極７とゲート電極３ａ間の放電抑制
に効果がある。
ー部を全て鈍角とした適用例を図４に示す。このように
することによって、コーナー部が直角であった場合より
電界の集中が生じ難くなり、ゲート電極の放電破壊をさ
らに抑制できる。特に、対向して配置されて高電圧が印
加されるアノード電極７とゲート電極３ａ間の放電抑制
に効果がある。
【００１９】さらに、図６に示すように、チップ上に形
成されたゲート電極３ａとゲート電極３ａの開口に形成
されたエミッタ５ａに加えて、ゲート電極３ａの周囲に
平面状のコーナー部に鋭角の突出部を有するダミー電極
３ｂを設けることができる。これによって、ゲート電極
に対する放電がダミー電極の突出部に誘導されてゲート
電極の放電が抑制される。
成されたゲート電極３ａとゲート電極３ａの開口に形成
されたエミッタ５ａに加えて、ゲート電極３ａの周囲に
平面状のコーナー部に鋭角の突出部を有するダミー電極
３ｂを設けることができる。これによって、ゲート電極
に対する放電がダミー電極の突出部に誘導されてゲート
電極の放電が抑制される。
【００２０】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００２１】図３は、図１（ａ）に示した本発明の第１
実施例の電界放出型冷陰極の作製工程順の断面図であ
る。
実施例の電界放出型冷陰極の作製工程順の断面図であ
る。
【００２２】始めに、（ａ）に示すように、約１０15／
ｃｍ3の濃度のｎ型シリコン基板１の表面に熱酸化によ
り形成された酸化膜等の約５００ｎｍ厚の絶縁膜２を形
成した後、Ｗ等の金属膜よりなる電極膜３をスパッタ等
の方法で約２００ｎｍ厚に堆積する。
ｃｍ3の濃度のｎ型シリコン基板１の表面に熱酸化によ
り形成された酸化膜等の約５００ｎｍ厚の絶縁膜２を形
成した後、Ｗ等の金属膜よりなる電極膜３をスパッタ等
の方法で約２００ｎｍ厚に堆積する。
【００２３】（ｂ）次に、電極膜３をレジスト等のマス
クを用いて選択的にエッチングしてゲート電極３ａを形
成し、さらにフォトリソグラフィ法でゲート電極３ａ及
び絶縁膜２をＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチン
グ）法により蝕刻し、シリコン基板１が露出する開口を
形成する。
クを用いて選択的にエッチングしてゲート電極３ａを形
成し、さらにフォトリソグラフィ法でゲート電極３ａ及
び絶縁膜２をＲＩＥ（リアクティブ・イオン・エッチン
グ）法により蝕刻し、シリコン基板１が露出する開口を
形成する。
【００２４】このゲート電極３ａを形成するエッチング
時に最初に等方性エッチングを行い、それに継続して異
方性エッチングを行なうことにより、図のようにゲート
電極３ａ上部は曲がり角の稜線が取れた形状となる。
時に最初に等方性エッチングを行い、それに継続して異
方性エッチングを行なうことにより、図のようにゲート
電極３ａ上部は曲がり角の稜線が取れた形状となる。
【００２５】（ｃ）次に、Ａｌの犠牲層４を電子ビーム
蒸着法により、垂直方向から所定の角度傾けた斜め方向
から約１００ｎｍ厚に堆積する。この工程では、犠牲層
が斜め上方から堆積されるため、エミッタ形成領域とな
る露出したシリコン基板１上には成膜せず、絶縁層２の
側壁及びゲート電極３ａ上に成膜される。次に、例えば
Ｍｏ等のエミッタ材料層５を垂直方向から電子ビーム蒸
着法により堆積する。この工程で、犠牲層４及びシリコ
ン基板１上にエミッタ材料層５が成長し、シリコン基板
１上のエミッタ材料層の形状がコーン形となってエミッ
タ５ａが形成される。
蒸着法により、垂直方向から所定の角度傾けた斜め方向
から約１００ｎｍ厚に堆積する。この工程では、犠牲層
が斜め上方から堆積されるため、エミッタ形成領域とな
る露出したシリコン基板１上には成膜せず、絶縁層２の
側壁及びゲート電極３ａ上に成膜される。次に、例えば
Ｍｏ等のエミッタ材料層５を垂直方向から電子ビーム蒸
着法により堆積する。この工程で、犠牲層４及びシリコ
ン基板１上にエミッタ材料層５が成長し、シリコン基板
１上のエミッタ材料層の形状がコーン形となってエミッ
タ５ａが形成される。
【００２６】（ｄ）次に、リン酸等の溶液中で犠牲層４
をエッチングして除去する。これによって犠牲層４上の
エミッタ材料層５がリフトオフされ、エミッタ５ａが露
出する。
をエッチングして除去する。これによって犠牲層４上の
エミッタ材料層５がリフトオフされ、エミッタ５ａが露
出する。
【００２７】以上の工程により、図１（ａ）に示す電界
放出型冷陰極が得られる。
放出型冷陰極が得られる。
【００２８】この方法により、断面形状の上面の稜線部
を丸めて放電の生じ難い形状としたゲート電極３ａを容
易に得ることができる。
を丸めて放電の生じ難い形状としたゲート電極３ａを容
易に得ることができる。
【００２９】図１（ｂ）に示したように、ゲート電極３
ａの断面の上下両面の稜線部を鈍角乃至円弧状とする素
子を作製するためには、電極膜３を、例えば下層を多結
晶シリコン膜、上層をＷＳｉ膜の多層構造としたＳＦ６
等のトライエッチングを利用するとき、そのエッチング
速度の差を利用して作製することができる。その他の方
法としては、電極膜中の不純物濃度を変えて、エッチン
グ速度を変えても作製することができる。例えば、厚み
の中央部でｐ型の高濃度層を形成した多結晶シリコン膜
を電極膜として使用し、異方性のＫＯＨなどのアルカリ
溶液を使用すると、ｐ型の濃度の高い領域のエッチング
速度が遅くなるため選択的にエッチングでき、所望の形
状が得られる。また、ｎ型のリン等の不純物原子を上面
と下面に高濃度に添付した電極膜でもエッチング速度の
速い高濃度領域でのエッチングが進み、所望の形状が得
られる。
ａの断面の上下両面の稜線部を鈍角乃至円弧状とする素
子を作製するためには、電極膜３を、例えば下層を多結
晶シリコン膜、上層をＷＳｉ膜の多層構造としたＳＦ６
等のトライエッチングを利用するとき、そのエッチング
速度の差を利用して作製することができる。その他の方
法としては、電極膜中の不純物濃度を変えて、エッチン
グ速度を変えても作製することができる。例えば、厚み
の中央部でｐ型の高濃度層を形成した多結晶シリコン膜
を電極膜として使用し、異方性のＫＯＨなどのアルカリ
溶液を使用すると、ｐ型の濃度の高い領域のエッチング
速度が遅くなるため選択的にエッチングでき、所望の形
状が得られる。また、ｎ型のリン等の不純物原子を上面
と下面に高濃度に添付した電極膜でもエッチング速度の
速い高濃度領域でのエッチングが進み、所望の形状が得
られる。
【００３０】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。
する。
【００３１】図４（ａ）は、第２の実施例の断面図であ
る。断面形状は公知の形状で、図３（ｄ）のゲート電極
３ａの形状を断面の稜線部が９０度の角度の形状とした
ものである。図４（ｂ）は第２の実施例の平面図であ
る。ゲート電極３ａの平面形状はコーナー部が鈍角とな
るようにしてある。第１の実施例では、断面形状の鋭角
のコーナー部をなくしているが、この実施例では平面上
のコーナー部を鈍角としている。これによってゲート電
極とアノード電極との放電を抑制することができる。平
面上のコーナー部は、鈍角でなく円弧であってもよい。
る。断面形状は公知の形状で、図３（ｄ）のゲート電極
３ａの形状を断面の稜線部が９０度の角度の形状とした
ものである。図４（ｂ）は第２の実施例の平面図であ
る。ゲート電極３ａの平面形状はコーナー部が鈍角とな
るようにしてある。第１の実施例では、断面形状の鋭角
のコーナー部をなくしているが、この実施例では平面上
のコーナー部を鈍角としている。これによってゲート電
極とアノード電極との放電を抑制することができる。平
面上のコーナー部は、鈍角でなく円弧であってもよい。
【００３２】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。
する。
【００３３】図５は第３実施例の電界放出型冷陰極の作
製工程順の断面図である。
製工程順の断面図である。
【００３４】（ａ）まず、約１０15／ｃｍ3の濃度のｎ
型シリコン基板１の表面に熱酸化により形成された酸化
膜等の約５００ｎｍ厚の絶縁膜２を形成した後、Ｗ等の
金属膜よりなる電極膜３をスパッタ法等の方法で約２０
０ｎｍ厚に堆積する。
型シリコン基板１の表面に熱酸化により形成された酸化
膜等の約５００ｎｍ厚の絶縁膜２を形成した後、Ｗ等の
金属膜よりなる電極膜３をスパッタ法等の方法で約２０
０ｎｍ厚に堆積する。
【００３５】（ｂ）次に、電極膜３をレジスト等のマス
クを用いて選択的にエッチングしてゲート電極３ａ及び
ダミー電極３ｂを形成し、さらに、フオトリソグラフィ
法でゲート電極３ａ及び絶縁膜２をＲＩＥ法により蝕刻
し、シリコン基板１が露出する開口を形成する。
クを用いて選択的にエッチングしてゲート電極３ａ及び
ダミー電極３ｂを形成し、さらに、フオトリソグラフィ
法でゲート電極３ａ及び絶縁膜２をＲＩＥ法により蝕刻
し、シリコン基板１が露出する開口を形成する。
【００３６】（ｃ）次に、電子ビーム蒸着法によりＡｌ
の犠牲層４を垂直方向から所定の角度傾けた斜め方向か
ら約１００ｎｍ厚に堆積する。この工程では、犠牲層が
斜め上方から堆積されるために、エミッタ形成領域とな
る露出したシリコン基板１上には成膜せず、絶縁層２の
側壁及びゲート電極３ａとダミー電極３ｂ上に成膜され
る。次に、例えばＭｏ等のエミッタ材料層５を垂直方向
から電子ビーム蒸着法により堆積する。この工程で、犠
牲層４及びシリコン基板１上にエミッタ材料層５が成長
し、シリコン基板１上のエミッタ材料層の形状がコーン
形となり、エミッタ５ａが形成される。
の犠牲層４を垂直方向から所定の角度傾けた斜め方向か
ら約１００ｎｍ厚に堆積する。この工程では、犠牲層が
斜め上方から堆積されるために、エミッタ形成領域とな
る露出したシリコン基板１上には成膜せず、絶縁層２の
側壁及びゲート電極３ａとダミー電極３ｂ上に成膜され
る。次に、例えばＭｏ等のエミッタ材料層５を垂直方向
から電子ビーム蒸着法により堆積する。この工程で、犠
牲層４及びシリコン基板１上にエミッタ材料層５が成長
し、シリコン基板１上のエミッタ材料層の形状がコーン
形となり、エミッタ５ａが形成される。
【００３７】（ｄ）次に、リン酸等の溶液中で犠牲層４
をエッチング除去する。これにより犠牲層４上のエミッ
タ材料層５がリフトオフされてエミッタ５ａが露出す
る。図６に第３実施例の平面図を示す。図６中のＡ−Ｂ
間の断面図が図５の（ｄ）である。
をエッチング除去する。これにより犠牲層４上のエミッ
タ材料層５がリフトオフされてエミッタ５ａが露出す
る。図６に第３実施例の平面図を示す。図６中のＡ−Ｂ
間の断面図が図５の（ｄ）である。
【００３８】この実施例では、ゲート電極３ａの周り
に、ゲート電極に電気的に接続されていないダミー電極
３ｂが形成される。このダミー電極３ｂに、鋭角の突出
部を形成することにより、ダミー電極３ｂがゲート電極
３ａより放電し易くなり、ゲート電極３ａが保護され
る。なお、この実施例では、ゲート電極３ａのコーナー
部分の形状を円弧としているが、ダミー電極３ｂの鋭角
の突出部より大きな角度であれば、ゲート電極３ａのコ
ーナー部分の形状が角度を持っても円弧の場合と同様の
効果がある。また、ダミー電極３ｂはその内周と外周の
双方に鋭角の突出部を設けたが、これに限ることなく、
外周のみとしてもよい。例えば、ゲート電極３ａに近い
ダミー電極３ｂの内周のコーナー部を鈍角とすると、ゲ
ート電極３ａに対する放電時の破壊の影響が少なくなる
効果がある。また、ダミー電極３ｂがゲート電極３ａを
完全に囲むように示したが、これに限らず部分的に形成
しても効果がある。さらに、断面形状を鈍角とする第１
実施例と併用すると、ゲート電極に対する放電抑制効果
が大きくなる。
に、ゲート電極に電気的に接続されていないダミー電極
３ｂが形成される。このダミー電極３ｂに、鋭角の突出
部を形成することにより、ダミー電極３ｂがゲート電極
３ａより放電し易くなり、ゲート電極３ａが保護され
る。なお、この実施例では、ゲート電極３ａのコーナー
部分の形状を円弧としているが、ダミー電極３ｂの鋭角
の突出部より大きな角度であれば、ゲート電極３ａのコ
ーナー部分の形状が角度を持っても円弧の場合と同様の
効果がある。また、ダミー電極３ｂはその内周と外周の
双方に鋭角の突出部を設けたが、これに限ることなく、
外周のみとしてもよい。例えば、ゲート電極３ａに近い
ダミー電極３ｂの内周のコーナー部を鈍角とすると、ゲ
ート電極３ａに対する放電時の破壊の影響が少なくなる
効果がある。また、ダミー電極３ｂがゲート電極３ａを
完全に囲むように示したが、これに限らず部分的に形成
しても効果がある。さらに、断面形状を鈍角とする第１
実施例と併用すると、ゲート電極に対する放電抑制効果
が大きくなる。
【００３９】次に、本発明の第４実施例について図７及
び図８により説明する。
び図８により説明する。
【００４０】図７において、始めに（ａ）、約１０15／
ｃｍ3の濃度のｎ型シリコン基板１の表面に熱酸化によ
り形成された酸化膜等の約５００ｎｍ厚の絶縁膜２を形
成した後、Ｗ等の金属膜よりなる電極膜３をスパッタ等
の方法で約２００ｎｍ厚に堆積し、電極膜３をレジスト
等のマスクを用いて選択的にエッチングしてゲート電極
３ａを形成する。
ｃｍ3の濃度のｎ型シリコン基板１の表面に熱酸化によ
り形成された酸化膜等の約５００ｎｍ厚の絶縁膜２を形
成した後、Ｗ等の金属膜よりなる電極膜３をスパッタ等
の方法で約２００ｎｍ厚に堆積し、電極膜３をレジスト
等のマスクを用いて選択的にエッチングしてゲート電極
３ａを形成する。
【００４１】（ｂ）次に、約５００ｎｍ厚にＡｌの犠牲
層６をスパッタ法または電子ビーム蒸着法等の方法で堆
積し、レジストを形成して、フォトリソグラフィ法でダ
ミー電極３ｂ上に開口を形成し、犠牲層６を選択的にエ
ッチングしてダミー電極３ｂを露出させる。さらに、フ
ォトリソグラフィ法でエミッタ形成領域の犠牲層６、ゲ
ート電極３ａ及び絶縁膜２に開口を形成する。
層６をスパッタ法または電子ビーム蒸着法等の方法で堆
積し、レジストを形成して、フォトリソグラフィ法でダ
ミー電極３ｂ上に開口を形成し、犠牲層６を選択的にエ
ッチングしてダミー電極３ｂを露出させる。さらに、フ
ォトリソグラフィ法でエミッタ形成領域の犠牲層６、ゲ
ート電極３ａ及び絶縁膜２に開口を形成する。
【００４２】（ｃ）次に、例えばＭｏ等のエミッタ材料
層５を垂直方向から電子ビーム蒸着法により堆積する。
この工程で犠牲層６及び露出しているダミー電極３ｂ上
とシリコン基板１上にエミッタ材料層５が堆積され、ダ
ミー電極３ｂ及びシリコン基板１上の形状がコーン形状
となり、それぞれダミーエミッタ５ｂ及びエミッタ５ａ
が形成される。
層５を垂直方向から電子ビーム蒸着法により堆積する。
この工程で犠牲層６及び露出しているダミー電極３ｂ上
とシリコン基板１上にエミッタ材料層５が堆積され、ダ
ミー電極３ｂ及びシリコン基板１上の形状がコーン形状
となり、それぞれダミーエミッタ５ｂ及びエミッタ５ａ
が形成される。
【００４３】次に、図８に示すように、リン酸等の溶液
中で犠牲層６をエッチング除去する。これにより、犠牲
層６上のエミッタ材料層５がリフトオフされエミッタ５
ａが露出する。また、ダミー電極３ｂ上には先鋭な形状
のダミーエミッタ５ｂが形成される。
中で犠牲層６をエッチング除去する。これにより、犠牲
層６上のエミッタ材料層５がリフトオフされエミッタ５
ａが露出する。また、ダミー電極３ｂ上には先鋭な形状
のダミーエミッタ５ｂが形成される。
【００４４】図９に第４実施例の電界放出型冷陰極の平
面図を示す。図９中のＡ−Ｂ間の断面図が図８である。
図のように、ゲート電極３ａの周囲を囲むダミー電極３
ｂが配置され、ダミー電極３ｂの一部にゲート電極３ａ
よりも高い構造の突起物、この実施例では先鋭な屋根状
と円錐状のダミーエミッタ５ｂが形成されている。これ
により、高さ方向に先鋭な突起構造を有するダミーエミ
ッタ５ｂからの放電が支配的となり、これまで説明した
平面構造の例よりもゲート電極の放電が抑制される。こ
の実施例ではエミッタ形成工程を利用してダミーエミッ
タ５ｂを形成したが、レーザーＣＶＤ等の方法で選択的
にダミー電極５ｂ上に形成する方法等を利用してもよ
い。また、さらに、ゲート電極３ａの形状を第１実施例
のように鈍角のコーナーの断面形状に形成することによ
り、ゲート電極の放電を抑制する効果を増大することが
できる。
面図を示す。図９中のＡ−Ｂ間の断面図が図８である。
図のように、ゲート電極３ａの周囲を囲むダミー電極３
ｂが配置され、ダミー電極３ｂの一部にゲート電極３ａ
よりも高い構造の突起物、この実施例では先鋭な屋根状
と円錐状のダミーエミッタ５ｂが形成されている。これ
により、高さ方向に先鋭な突起構造を有するダミーエミ
ッタ５ｂからの放電が支配的となり、これまで説明した
平面構造の例よりもゲート電極の放電が抑制される。こ
の実施例ではエミッタ形成工程を利用してダミーエミッ
タ５ｂを形成したが、レーザーＣＶＤ等の方法で選択的
にダミー電極５ｂ上に形成する方法等を利用してもよ
い。また、さらに、ゲート電極３ａの形状を第１実施例
のように鈍角のコーナーの断面形状に形成することによ
り、ゲート電極の放電を抑制する効果を増大することが
できる。
【００４５】次に、第５実施例の作製工程を図１０に示
す断面図により説明する。
す断面図により説明する。
【００４６】この電界放出型冷陰極は、約１０15／ｃｍ
3の濃度のｎ型シリコン基板１上の表面に熱酸化により
形成された酸化膜等の約５００ｎｍ厚の絶縁膜２と、Ｍ
ｏ等のエミッタ５ａが形成され、絶縁膜２の上にエミッ
タ５ａを囲む約２００ｎｍのゲート電極３ａとゲート電
極３ａの周囲に配置されたゲート電極３ａよりも部分的
に厚くなり先鋭な稜線部を有する台形状のダミー電極３
ｂとが形成された構造となっている。この台形状のダミ
ー電極３ｂは、厚い部分に選択的にダミー電極材料を幅
を変えて積層を繰返すことにより形成することができ
る。この方法でも、ダミー電極自体が高さ方向に先鋭な
形状を有しているため、第４実施例と同様な効果が得ら
れ、ゲート電極の放電よりもダミー電極の放電が優先し
て発生するために、結果的にゲート電極の放電が抑制さ
れる。さらに第１実施例のようにゲート電極３ａの断面
形状を鈍角とすることにより、ゲート電極の放電抑制効
果を増大できる。
3の濃度のｎ型シリコン基板１上の表面に熱酸化により
形成された酸化膜等の約５００ｎｍ厚の絶縁膜２と、Ｍ
ｏ等のエミッタ５ａが形成され、絶縁膜２の上にエミッ
タ５ａを囲む約２００ｎｍのゲート電極３ａとゲート電
極３ａの周囲に配置されたゲート電極３ａよりも部分的
に厚くなり先鋭な稜線部を有する台形状のダミー電極３
ｂとが形成された構造となっている。この台形状のダミ
ー電極３ｂは、厚い部分に選択的にダミー電極材料を幅
を変えて積層を繰返すことにより形成することができ
る。この方法でも、ダミー電極自体が高さ方向に先鋭な
形状を有しているため、第４実施例と同様な効果が得ら
れ、ゲート電極の放電よりもダミー電極の放電が優先し
て発生するために、結果的にゲート電極の放電が抑制さ
れる。さらに第１実施例のようにゲート電極３ａの断面
形状を鈍角とすることにより、ゲート電極の放電抑制効
果を増大できる。
【００４７】以上の説明で、エミッタをＭｏ等の金属膜
により形成するとしたが、本発明は、エミッタ材料とし
ては金属材料に限らず、シリコンを先鋭化したエミッタ
を有する電界放出型冷陰極でも、あるいはシリコン上に
金属材料を薄くコーティングしたエミッタを有する電界
放出型冷陰極でもいずれにも適用することが可能であ
る。
により形成するとしたが、本発明は、エミッタ材料とし
ては金属材料に限らず、シリコンを先鋭化したエミッタ
を有する電界放出型冷陰極でも、あるいはシリコン上に
金属材料を薄くコーティングしたエミッタを有する電界
放出型冷陰極でもいずれにも適用することが可能であ
る。
【００４８】さらに、電界放出型冷陰極を電子銃として
利用した表示装置は、通常、真空中の動作が要求される
ため、表示装置に電子銃を組み込んだのち、これを交換
することは困難であった。特に、フラットパネルディス
プレイの場合には、放電破壊により素子が短絡破壊し、
その箇所で電子銃としての放出電流量が変化すると、周
辺の輝度との間に差が生じたり、あるいは暗点として残
つて、装置の動作不良となる。このようなとき、本発明
による電界放出型冷陰極を電子銃としてフラットパネル
ディスプレイに適用すると、複数の電子銃が破壊するこ
となく動作し、表示装置の表示動作を長く続けて寿命を
伸ばすことができる。なお、表示装置としては、フラッ
トパネルに限らず、ディスプレイ用陰極管（ＣＲＴ）で
も同様である。
利用した表示装置は、通常、真空中の動作が要求される
ため、表示装置に電子銃を組み込んだのち、これを交換
することは困難であった。特に、フラットパネルディス
プレイの場合には、放電破壊により素子が短絡破壊し、
その箇所で電子銃としての放出電流量が変化すると、周
辺の輝度との間に差が生じたり、あるいは暗点として残
つて、装置の動作不良となる。このようなとき、本発明
による電界放出型冷陰極を電子銃としてフラットパネル
ディスプレイに適用すると、複数の電子銃が破壊するこ
となく動作し、表示装置の表示動作を長く続けて寿命を
伸ばすことができる。なお、表示装置としては、フラッ
トパネルに限らず、ディスプレイ用陰極管（ＣＲＴ）で
も同様である。
【００４９】
【発明の効果】上述のように本発明は、ゲート電極の平
面形状または断面形状に鋭角の突出部や稜線部を作らな
いように形成することにより、簡略な工程の付加で、電
界の集中を避けて放電の発生を抑制し、ゲート電極の放
電による素子の破壊を減少できる効果がある。
面形状または断面形状に鋭角の突出部や稜線部を作らな
いように形成することにより、簡略な工程の付加で、電
界の集中を避けて放電の発生を抑制し、ゲート電極の放
電による素子の破壊を減少できる効果がある。
【００５０】また、ゲート電極の周辺にゲート電極のコ
ーナーや突出部よりも小さな角度の内角の突出部を有す
るダミー電極を設けることにより、ゲート電極に生じる
放電をダミー電極に誘導して、ゲート電極の放電障害を
抑制できる効果がある。
ーナーや突出部よりも小さな角度の内角の突出部を有す
るダミー電極を設けることにより、ゲート電極に生じる
放電をダミー電極に誘導して、ゲート電極の放電障害を
抑制できる効果がある。
【００５１】また、ゲート電極の放電障害を抑制できる
本発明の電界放出型冷陰極を表示装置、例えばフラット
パネルディスプレイやディスプレイ用陰極管の電子銃と
して用いることにより、表示装置の寿命を延長できる効
果がある。
本発明の電界放出型冷陰極を表示装置、例えばフラット
パネルディスプレイやディスプレイ用陰極管の電子銃と
して用いることにより、表示装置の寿命を延長できる効
果がある。
【図１】本発明の第１実施例の断面図である。
【図２】本発明の第１実施例の平面図である。
【図３】本発明の第１実施例の作製工程順の断面図であ
る。
る。
【図４】本発明の第２実施例の断面図と平面図である。
【図５】本発明の第３実施例の作製工程順の断面図であ
る。
る。
【図６】本発明の第３実施例の平面図である。
【図７】本発明の第４実施例の作製工程順の断面図であ
る。
る。
【図８】本発明の第４実施例の断面図である。
【図９】本発明の第４実施例の平面図である。
【図１０】本発明の第５実施例の断面図である。
【図１１】従来の電界放出型冷陰極の１例の断面図であ
る。
る。
【図１２】従来の電界放出型冷陰極の１例の断面図であ
る。
る。
【符号の説明】 １ シリコン基板 ２，８ 絶縁膜 ３ ゲート電極材料層 ３ａ ゲート電極 ３ｂ ダミー電極 ４，６ 犠牲層 ５ エミッタ材料層 ５ａ エミッタ ５ｂ ダミーエミッタ ７ アノード電極
Claims (11)
- 【請求項１】 先鋭な先端形状を有するエミッタと、前
記エミッタ上に開口を有するゲート電極とを有する電界
放出型冷陰極において、 前記ゲート電極は、その表面に先端が鋭角である突出部
および稜線部を有しないことを特徴とする電界放出型冷
陰極。 - 【請求項２】 ゲート電極の断面形状において、ゲート
電極の突出部と稜線部の先端が鈍角と円弧状のいずれか
により形成される請求項１に記載の電界放出型冷陰極。 - 【請求項３】 ゲート電極の平面形状において、ゲート
電極の突出部と稜線部の先端が鈍角と円弧状のいずれか
により形成される請求項１または２に記載の電界放出型
冷陰極。 - 【請求項４】 ゲート電極の周辺にダミー電極が形成さ
れる請求項１に記載の電界放出型冷陰極。 - 【請求項５】 先端形状が先鋭なエミッタと、前記エミ
ッタ上に開口を有するゲート電極とを有する電界放出型
冷陰極において、 前記ゲート電極の周辺にダミー電極が形成されることを
特徴とする電界放出型冷陰極。 - 【請求項６】 ダミー電極がゲート電極よりも小さな内
角の突出部を有する請求項４または５に記載の電界放出
型冷陰極。 - 【請求項７】 ダミー電極が平面形状においてゲート電
極よりも小さな内角の突出部を少なくとも１つ有する請
求項６に記載の電界放出型冷陰極。 - 【請求項８】 ダミー電極が断面形状においてゲート電
極よりも小さな内角の突出部を少なくとも１つ有する請
求項６に記載の電界放出型冷陰極。 - 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれかに記載の電界
放出型冷陰極を電子銃として用いた表示装置。 - 【請求項１０】 フラット・パネル・ディスプレイであ
る請求項９に記載の表示装置。 - 【請求項１１】 ディスプレイ用陰極管である請求項９
に記載の表示装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31216396A JP3127844B2 (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | 電界放出型冷陰極 |
| US08/957,778 US6018215A (en) | 1996-11-22 | 1997-10-27 | Field emission cold cathode having a cone-shaped emitter |
| KR1019970062054A KR100250019B1 (ko) | 1996-11-22 | 1997-11-21 | 전계 방출형 냉음극과 그 제조 방법 및그것을이용한 표시 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31216396A JP3127844B2 (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | 電界放出型冷陰極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10154459A true JPH10154459A (ja) | 1998-06-09 |
| JP3127844B2 JP3127844B2 (ja) | 2001-01-29 |
Family
ID=18026003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31216396A Expired - Fee Related JP3127844B2 (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | 電界放出型冷陰極 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6018215A (ja) |
| JP (1) | JP3127844B2 (ja) |
| KR (1) | KR100250019B1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8786992B2 (en) | 2009-09-09 | 2014-07-22 | Denso Wave Incorporated | Electrical apparatus with higher durability against surges |
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| US7581859B2 (en) * | 2005-09-14 | 2009-09-01 | Donnelly Corp. | Display device for exterior rearview mirror |
| JP2002298755A (ja) * | 2001-01-26 | 2002-10-11 | Sony Corp | 電子銃と陰極線管及び画像表示装置 |
| JP4468126B2 (ja) * | 2003-12-26 | 2010-05-26 | 三星エスディアイ株式会社 | ダミー電極を備えた電子放出素子及びその製造方法 |
| US9431205B1 (en) * | 2015-04-13 | 2016-08-30 | International Business Machines Corporation | Fold over emitter and collector field emission transistor |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR960009127B1 (en) * | 1993-01-06 | 1996-07-13 | Samsung Display Devices Co Ltd | Silicon field emission emitter and the manufacturing method |
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| JP2910837B2 (ja) * | 1996-04-16 | 1999-06-23 | 日本電気株式会社 | 電界放出型電子銃 |
-
1996
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1997
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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