JPH10312736A - Electron emitting element and method for forming cathode thereof - Google Patents

Electron emitting element and method for forming cathode thereof

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JPH10312736A
JPH10312736A JP13758497A JP13758497A JPH10312736A JP H10312736 A JPH10312736 A JP H10312736A JP 13758497 A JP13758497 A JP 13758497A JP 13758497 A JP13758497 A JP 13758497A JP H10312736 A JPH10312736 A JP H10312736A
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JP
Japan
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cathode
cathodes
electron
emitting device
conductive oxide
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Application number
JP13758497A
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Japanese (ja)
Inventor
Shiro Sato
史朗 佐藤
Junichi Takahashi
淳一 高橋
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron emitting element by which stable emission electric current is obtained by decreasing the diameter of respective cathodes and the integration degree of the cathodes. SOLUTION: This element comprises cathodes 3 made of pole-like or needle- like conductive ceramics or conductive oxides projected approximately vertically on the surface of a substrate 1 and gate electrodes 5 installed near the tip end sides of the cathodes 3 and electrically insulated from the cathodes 3 and the element is so composed as to emit electrons out of the cathodes 3 by applying electric field between the cathodes 3 and the gate electrodes 5. Since the cathodes 3 are formed into a pole-like or needle-like shape by utilizing the etching speed difference in the grain parts and grain boundary parts composing the conductive oxide film of the cathodes, the diameter of respective cathodes 3 is easily narrowed and the degree of integration of the cathodes 3 is heightened. The diameter of the respective cathodes 3 is controlled to be several nanometer or several-tens nanometer.

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、電界放出ディスプ
レイ(FED ;Field Emission Display)、高感度光検出
素子、高速電子デバイスなどの電子源として使用される
冷陰極型の電子放出素子の構造及び製法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure and a manufacturing method of a cold cathode type electron-emitting device used as an electron source of a field emission display (FED), a high-sensitivity photodetector, a high-speed electronic device, and the like. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の冷陰極型の電子放出素子として、
図4に示すような円錐形状或いは角錐形状のカソード
(冷陰極)を有するスピント(Spindt)型のものが知ら
れている(USP3789471)。カソード41の先端部の周囲に
はゲート電極42が環状に形成されており、カソード4
1とゲート電極42間に電圧を印加することによりカソ
ード41の先端部分から電子が放出される仕組みになっ
ている。カソード41は、ガラス基板43上に導電層4
4を介して積層形成された抵抗層45上に形成されてい
る。ゲート電極42とカソード41及び抵抗層45との
間は絶縁層46により電気的に絶縁されている。カソー
ド41の材料にはSi、Mo、Nb、Wなどの半導体や
金属が用いられる。カソード41の先端形状や直径は電
子放出による電流の大きさや安定性に大きく影響するた
め、製造過程においてカソード41の3次元形状及び寸
法を精密に制御する必要がある。このようなスピント型
の電子放出素子の製造方法には、例えば特開平7−11
1132号公報に開示されたものがある。図5(a)〜
(f)は上記公報に開示された電界放出型冷陰極の製造
工程図であり、まず、(a)に示すような平坦なSi単
結晶基板51に、(b)に示すように底部に向かって尖
鋭な四角錐形状の凹部52を異方性エッチングにより形
成し、Si単結晶基板51の表面に残されているSiO
2 酸化膜53を除去した後、(c)に示すように、Si
単結晶基板51の表面(第1主面)上に上記凹部52の
内壁面を含めて熱酸化処理を施し、熱酸化層54を形成
し、その上にWやMoからなるエミッタ材料層55を形
成する。次に(d)に示すように、背面にAl層56が
コーティングされたガラス基板57をエミッタ材料層5
5上に接着する。その後、基板全体を裏返し、(e)に
示すように、Si単結晶基板51を途中までエッチング
除去してエミッタ材料層55の凸部55’の先端部を覆
う熱酸化層54を露出させる。次に、凸部55’の先端
部を覆う熱酸化層54をエッチング除去して、凸部5
5’の尖った先端部を露出させる。以上のようにして四
角錐形状のエミッタとしてのカソード58を得る。
2. Description of the Related Art As a conventional cold cathode type electron-emitting device,
A Spindt type having a conical or pyramidal cathode (cold cathode) as shown in FIG. 4 is known (US Pat. No. 3,947,947). A gate electrode 42 is formed in an annular shape around the tip of the cathode 41.
By applying a voltage between the gate electrode 1 and the gate electrode 42, electrons are emitted from the tip of the cathode 41. The cathode 41 has a conductive layer 4 on a glass substrate 43.
4 is formed on the resistance layer 45 formed by lamination. The gate electrode 42 is electrically insulated from the cathode 41 and the resistance layer 45 by the insulating layer 46. As a material of the cathode 41, a semiconductor or metal such as Si, Mo, Nb, or W is used. Since the tip shape and diameter of the cathode 41 greatly affect the magnitude and stability of the current due to electron emission, it is necessary to precisely control the three-dimensional shape and dimensions of the cathode 41 during the manufacturing process. A method for manufacturing such a Spindt-type electron-emitting device includes, for example,
There is one disclosed in Japanese Patent Publication No. 1132. FIG.
(F) is a manufacturing process diagram of the field emission type cold cathode disclosed in the above-mentioned publication, and firstly, a flat Si single crystal substrate 51 as shown in (a) and a bottom surface as shown in (b). A sharp quadrangular pyramid-shaped recess 52 is formed by anisotropic etching, and SiO 2 remaining on the surface of the Si single crystal substrate 51 is formed.
2 After removing the oxide film 53, as shown in FIG.
A thermal oxidation process is performed on the surface (first main surface) of the single crystal substrate 51 including the inner wall surface of the concave portion 52 to form a thermal oxide layer 54, on which an emitter material layer 55 made of W or Mo is formed. Form. Next, as shown in (d), a glass substrate 57 having a back surface coated with an Al layer 56 is placed on the emitter material layer 5.
Glue on 5 After that, the entire substrate is turned upside down, and as shown in (e), the Si single crystal substrate 51 is etched off partway to expose the thermal oxide layer 54 covering the tip of the projection 55 'of the emitter material layer 55. Next, the thermal oxide layer 54 covering the tip of the projection 55 'is removed by etching, and the projection 5' is removed.
Expose the 5 'pointed tip. As described above, the cathode 58 as a quadrangular pyramid-shaped emitter is obtained.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記の製造方法等によ
り作成したスピント型の電子放出素子をディスプレイ用
電子源として利用する場合、個々のカソードからのエミ
ッション電流にばらつきがあっても、カソードの集積度
を高め、複数のカソードが一つの画素を構成するように
すればエミッション電流のばらつきを平均化することが
できる。しかし、スピント型の電子放出素子の場合、一
つ一つのカソードの径寸法は最低でも10μm程度にな
り集積度には限界がある。そこで、本発明の解決すべき
課題は、個々のカソードを小径化し、カソードの集積度
を高めることにより、安定したエミッション電流を得る
ことができる電子放出素子を提供することにある。
When a Spindt-type electron-emitting device manufactured by the above-described manufacturing method is used as an electron source for a display, even if the emission current from individual cathodes varies, the integration of the cathodes can be improved. If the degree is increased and a plurality of cathodes constitute one pixel, variations in emission current can be averaged. However, in the case of a Spindt-type electron-emitting device, the diameter of each cathode is at least about 10 μm, which limits the degree of integration. Therefore, an object of the present invention is to provide an electron-emitting device that can obtain a stable emission current by reducing the diameter of each cathode and increasing the degree of integration of the cathode.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載の発明に係る電子放出素子は、基板
表面に対して略垂直に突設された柱状或いは針状の導電
性セラミクス或いは導電性酸化物からなるカソードと、
当該カソードの先端側近傍に配置され且つカソードとは
電気的に絶縁されたゲート電極とを有し、カソードとゲ
ート電極との間に電界を印加することにより、カソード
から電子を放出させるように構成したことを特徴として
いる。また、請求項2に記載の発明に係る電子放出素子
は、請求項1に記載の電子放出素子において、前記カソ
ードの先端部表面を当該カソードとは組成の異なる膜で
被覆したことを特徴としている。また、請求項3に記載
の発明に係る電子放出素子は、請求項1に記載の電子放
出素子において、前記導電性セラミクス或いは前記導電
性酸化物として可視光を透過させる性質を持ったものを
使用することを特徴としている。また、請求項4に記載
の発明は、請求項1〜3に記載の電子放出素子のカソー
ドの形成方法であって、前記基板表面に対しほぼ垂直な
柱状構造を有する結晶粒からなる多結晶構造の導電性酸
化物膜を形成した後、前記結晶粒の周辺の粒界部分を選
択的に除去すべくウェットエッチング処理を行うことに
より前記カソードを形成するようにしたことを特徴とし
ている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an electron-emitting device having a columnar or needle-like conductive shape projecting substantially perpendicular to a substrate surface. A cathode made of ceramics or a conductive oxide;
A gate electrode that is disposed near the front end side of the cathode and is electrically insulated from the cathode, and configured to emit electrons from the cathode by applying an electric field between the cathode and the gate electrode. It is characterized by doing. An electron-emitting device according to a second aspect of the present invention is the electron-emitting device according to the first aspect, wherein a surface of a tip portion of the cathode is covered with a film having a composition different from that of the cathode. . The electron-emitting device according to a third aspect of the present invention is the electron-emitting device according to the first aspect, wherein the conductive ceramic or the conductive oxide has a property of transmitting visible light. It is characterized by doing. According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the method for forming a cathode of an electron-emitting device according to any one of the first to third aspects, wherein the polycrystalline structure includes a crystal grain having a columnar structure substantially perpendicular to the substrate surface. After the conductive oxide film is formed, the cathode is formed by performing a wet etching process to selectively remove a grain boundary portion around the crystal grain.

【0005】上記請求項1に記載の電子放出素子によれ
ば、基板表面に対して略垂直に突設された柱状或いは針
状の導電性セラミクス或いは導電性酸化物からなるカソ
ードを使用したことにより、個々のカソードを小径化
し、カソードの集積度を高めることができるので、安定
したエミッション電流を得ることができる。また、請求
項2に記載の電子放出素子によれば、カソードの先端部
表面をそれとは組成の異なる膜で被覆したことにより、
カソードの先端部表面を改質し、カソードの耐久性を高
めることができるので、長時間にわたって安定したエミ
ッション電流を得ることができる。また、請求項3に記
載の電子放出素子によれば、カソードの材料である導電
性セラミクス或いは導電性酸化物として可視光を透過さ
せる性質を持ったものを使用しているので、基板や基板
上に形成される電極などにも可視光を透過させる性質の
ものを使用することにより、電子放出素子側から表示画
像を見ることができる電界放出ディスプレイを実現でき
る。また、請求項4に記載のカソードの形成方法によれ
ば、導電性酸化物膜を構成する結晶粒と粒界の部分との
エッチング速度差を利用して柱状或いは針状のカソード
を形成することができるので、個々のカソードを小径化
し、カソードの集積度を高めることができる。
According to the above-described electron-emitting device, the use of a columnar or needle-like cathode made of conductive ceramics or conductive oxide projecting substantially perpendicular to the substrate surface is achieved. Since the diameter of each cathode can be reduced and the degree of integration of the cathode can be increased, a stable emission current can be obtained. According to the electron-emitting device of the second aspect, the front end surface of the cathode is coated with a film having a different composition from that of the cathode.
Since the surface of the tip portion of the cathode can be modified and the durability of the cathode can be increased, a stable emission current can be obtained for a long time. According to the electron-emitting device of the third aspect, since the conductive ceramics or the conductive oxide that is a material of the cathode and has a property of transmitting visible light is used, the substrate or the substrate By using an electrode or the like having a property of transmitting visible light, a field emission display that can display a display image from the electron-emitting device side can be realized. According to the method of forming a cathode according to claim 4, a columnar or needle-like cathode is formed by utilizing a difference in etching rate between a crystal grain constituting a conductive oxide film and a portion of a grain boundary. Therefore, the diameter of each cathode can be reduced, and the degree of integration of the cathode can be increased.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、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1は本発明に係る電子放
出素子の実施の形態の一例を示す側断面図である。この
電子放出素子10は、電界放出表示装置(以下、FED
と記す。)の電子源を構成するものであり、Si基板1
上に各画素に対応させて多数のPt電極2が形成され、
各Pt電極2上に導電性酸化物からなる針状構造のカソ
ード3がSi基板1に対しほぼ垂直に複数本ずつ設けら
れている。導電性酸化物には、例えば、インジュウムと
錫とを混ぜ合わせたものが使用される。Pt電極2の周
囲にはシリコン酸化膜からなる絶縁層4が設けられてい
る。絶縁層4はカソード3の先端位置よりも突出してお
り、絶縁層4上にゲート電極5が設けられている。上記
カソード3は、Si基板1上にPt電極2となるPt膜
を形成した後、そのPt膜上にスパッタ法により導電性
酸化物膜を成膜し、その導電性酸化物膜を塩化第二鉄系
の液でエッチング処理することにより針状に形成され
る。各カソード3の直径は数ナノメータから数十ナノメ
ータであり、導電性酸化物膜等の作成条件、エッチング
条件などを変えることにより制御することができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view showing an example of an embodiment of an electron-emitting device according to the present invention. The electron-emitting device 10 is a field emission display (hereinafter referred to as an FED
It is written. ) Which constitutes an electron source,
A large number of Pt electrodes 2 are formed corresponding to each pixel on the top,
A plurality of cathodes 3 having a needle-like structure made of a conductive oxide are provided on each Pt electrode 2 substantially perpendicularly to the Si substrate 1. As the conductive oxide, for example, a mixture of indium and tin is used. An insulating layer 4 made of a silicon oxide film is provided around the Pt electrode 2. The insulating layer 4 protrudes from the tip of the cathode 3, and a gate electrode 5 is provided on the insulating layer 4. The cathode 3 forms a Pt film to be a Pt electrode 2 on a Si substrate 1, and then forms a conductive oxide film on the Pt film by a sputtering method. It is formed into a needle shape by etching with an iron-based liquid. The diameter of each cathode 3 is from several nanometers to several tens of nanometers, and can be controlled by changing conditions for forming a conductive oxide film or the like, etching conditions, and the like.

【0007】FEDは、電子放出素子10と、蛍光体を
塗布した図示しないガラス基板(発光基板)とを向き合
わせて配置し、両者間を真空に保つことにより概略構成
される。そして、電子放出素子10の所定のPt電極2
とゲート電極5との間に電圧を印加することで、Pt電
極2上の複数のカソード3の先端部から電子を放出さ
せ、その一部の電子を電子放出素子10と発光基板との
間に印加した加速電圧により引き出し、発光基板の内面
に衝突させることにより、所定の画素の蛍光体を発光さ
せて表示を行う。上記電子放出素子10は、各画素に対
応させたPt電極2上に極小径の針状のカソード3を多
数高密度に形成できるため、各カソード3からのエミッ
ション電流のばらつきを平均化することができる。した
がって、この電子放出素子10をFEDの電子源に使用
することで、輝度むらのない安定した表示を行うことが
できる。
[0007] The FED is schematically constructed by arranging an electron-emitting device 10 and a glass substrate (light-emitting substrate) (not shown) coated with a phosphor so as to face each other, and keeping a vacuum between them. The predetermined Pt electrode 2 of the electron-emitting device 10
By applying a voltage between the Pt electrode 2 and the gate electrode 5, electrons are emitted from the tips of the plurality of cathodes 3 on the Pt electrode 2, and some of the electrons are transferred between the electron-emitting device 10 and the light emitting substrate. By drawing out by the applied acceleration voltage and colliding with the inner surface of the light emitting substrate, the phosphor of a predetermined pixel emits light to perform display. Since the electron-emitting device 10 can form a large number of extremely small needle-like cathodes 3 on the Pt electrode 2 corresponding to each pixel at a high density, it is possible to average the variation of the emission current from each cathode 3. it can. Therefore, by using the electron-emitting device 10 as the electron source of the FED, stable display without uneven brightness can be performed.

【0008】図2は本発明に係る電子放出素子の別の実
施の形態を示す側断面図である。この実施の形態の電子
放出素子20は、共通の画素に対応する複数のカソード
3’の下部が共通の導電性酸化物膜で構成されている。
このような構造は、Pt電極2となるPt膜上に導電性
酸化物膜を成膜した後、その導電性酸化物膜を塩化第二
鉄系の液で途中までエッチング処理することにより実現
できる。以上の実施の形態では電子放出素子10、20
の基板にSi基板を用いているが、Si基板の代わりに
ガラス基板を用いてもよい。また、Pt電極2上に導電
性酸化物からなるカソード3、3’を形成しているが、
使用する導電性酸化物の抵抗が十分小さければ、導電性
酸化物膜を基板上に直接形成した後、図2と同様にして
導電性酸化物膜を途中までエッチング処理することによ
り、基部(図では下部)が分離されてない構造のカソー
ドを形成してもよい。また、上記の例では導電性酸化物
としてインジュウムと錫からなる酸化物を用いている
が、それに限らず、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化
錫などを使用してもよい。
FIG. 2 is a side sectional view showing another embodiment of the electron-emitting device according to the present invention. In the electron-emitting device 20 of this embodiment, a lower portion of a plurality of cathodes 3 'corresponding to a common pixel is formed of a common conductive oxide film.
Such a structure can be realized by forming a conductive oxide film on a Pt film to be the Pt electrode 2 and then etching the conductive oxide film halfway with a ferric chloride-based solution. . In the above embodiment, the electron-emitting devices 10, 20
Although a Si substrate is used as the substrate, a glass substrate may be used instead of the Si substrate. Further, cathodes 3 and 3 ′ made of a conductive oxide are formed on Pt electrode 2,
If the resistance of the conductive oxide to be used is sufficiently small, the conductive oxide film is formed directly on the substrate, and then the conductive oxide film is partially etched in the same manner as in FIG. In this case, a cathode having a structure in which the lower part is not separated may be formed. In the above example, an oxide made of indium and tin is used as the conductive oxide. However, the conductive oxide is not limited thereto, and aluminum nitride, zinc oxide, tin oxide, or the like may be used.

【0009】また、カソード3、3’の表面をカーボン
系の膜などカソードとは組成の異なる膜で被覆してもよ
い。カーボン系の膜は硬く、かつ電子放出に伴うダメー
ジに強く、また表面も安定で水素等のイオンの吸着にも
強い。したがって、この種の膜を保護膜として設けてお
くことにより、カソードを長時間にわたって保護し、安
定したエミッション電流を得ることができる。カーボン
系の膜としては、メタン等を原料としたプラズマCVD
法で作成されるダイヤモンド構造のカーボン膜が最も適
している。また、電子放出素子の基板に透明なガラス基
板を使用し、そのガラス基板上に光を透過する導電性酸
化物膜を直接形成した後、導電性酸化物膜を途中までエ
ッチング処理することにより、下部が分離されてない構
造のカソードを形成してもよい。そうすれば、電子放出
素子側(図中矢印Aの方向)から表示画像、すなわち発
光基板の内面の蛍光体の発光を見ることができるFED
を実現できる。電子放出素子側から表示画像が見えるよ
うにすることで、蛍光体が塗布されているガラスによる
光のロス、変色を少なくし鮮明な画像表示を行うことが
できる。
The surfaces of the cathodes 3, 3 'may be covered with a film having a composition different from that of the cathode, such as a carbon-based film. The carbon-based film is hard, resistant to damage caused by electron emission, has a stable surface, and is resistant to adsorption of ions such as hydrogen. Therefore, by providing this kind of film as a protective film, the cathode can be protected for a long time and a stable emission current can be obtained. Plasma CVD using methane as raw material
A carbon film having a diamond structure formed by a method is most suitable. Also, by using a transparent glass substrate for the substrate of the electron-emitting device, directly forming a light-transmitting conductive oxide film on the glass substrate, and then etching the conductive oxide film halfway, A cathode having a structure in which the lower portion is not separated may be formed. Then, a display image, that is, light emission of the phosphor on the inner surface of the light emitting substrate can be seen from the electron emitting element side (the direction of arrow A in the figure)
Can be realized. By making the display image visible from the electron-emitting device side, light loss and discoloration due to the glass coated with the phosphor can be reduced, and a clear image display can be performed.

【0010】次に、製造方法について説明する。図3は
本発明に係る電子放出素子の製造方法の実施の形態の一
例を示す図である。まず、図3(a)に示すように、S
i基板11上に、MOCVD法やプラズマCVD法など
を用いて導電性酸化物膜(ZnO)12を約500nm
積層する。その結果、約100nmの粒径の、Si基板
11に対しほぼ垂直な柱状構造のC軸配向性の結晶粒1
3からなる多結晶構造の透明な導電性酸化物膜12が得
られる。もちろん、Si基板11上に電極用金属を積層
し、その上に導電性酸化物膜12を積層してもよいが、
この製造方法においてはSi基板11上に直接積層する
方が良い。その理由は、Si基板11を構成する単結晶
Siの格子常数の値に影響を受けた形でZnOが成長す
るのでC軸配向性が得られやすいためである。次いで、
酸性溶液のエッチング液を用いて導電性酸化物膜12の
エッチング処理を行う。すると、導電性酸化物膜12を
構成する結晶粒13と粒界14の部分とのエッチング速
度差により図3(b)に示すように尖塔形状の多数のカ
ソード15が形成される。
Next, the manufacturing method will be described. FIG. 3 is a diagram showing an example of an embodiment of a method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention. First, as shown in FIG.
A conductive oxide film (ZnO) 12 having a thickness of about 500 nm is formed on an i-substrate 11 by MOCVD or plasma CVD.
Laminate. As a result, C-axis oriented crystal grains 1 having a grain size of about 100 nm and having a columnar structure substantially perpendicular to the Si substrate 11.
Thus, a transparent conductive oxide film 12 having a polycrystalline structure of 3 is obtained. Of course, an electrode metal may be stacked on the Si substrate 11 and the conductive oxide film 12 may be stacked thereon,
In this manufacturing method, it is better to directly laminate on the Si substrate 11. The reason is that ZnO grows in a form affected by the value of the lattice constant of the single-crystal Si constituting the Si substrate 11, so that the C-axis orientation can be easily obtained. Then
The conductive oxide film 12 is etched using an etching solution of an acidic solution. Then, a large number of spike-shaped cathodes 15 are formed as shown in FIG. 3B due to the etching rate difference between the crystal grains 13 and the grain boundaries 14 constituting the conductive oxide film 12.

【0011】このように、導電性酸化物膜12を構成す
る結晶粒13と粒界14の部分とのエッチング速度差を
利用して尖塔形状のカソード15を形成することによ
り、個々のカソード15を小径化し、カソード15の集
積度を高めることができる。上述したように、各カソー
ド15の直径は導電性酸化物膜2の作成条件、エッチン
グ条件などを変えることにより制御することができ、数
ナノメータから数十ナノメータとすることができる。な
お、上記において導電性酸化物膜の代わりに導電性セラ
ミクス膜を形成してもよい。また、導電性酸化物膜や導
電性セラミクス膜の成膜法は、MOCVD法やプラズマ
CVD法に限らず、スパッタ法やゾルゲル法なども適用
できる。その際、スパッタ法の場合には蒸着時の粒子エ
ネルギーによって、ゾルゲル法の場合には焼結工程の熱
エネルギーによって、それぞれ結晶化が行われ、基板に
対しほぼ垂直な柱状構造を有する多数の結晶粒からなる
多結晶膜が形成される。
As described above, the spire-shaped cathodes 15 are formed by utilizing the etching rate difference between the crystal grains 13 constituting the conductive oxide film 12 and the portion of the grain boundary 14, so that each cathode 15 is formed. The diameter can be reduced, and the degree of integration of the cathode 15 can be increased. As described above, the diameter of each cathode 15 can be controlled by changing the conditions for forming the conductive oxide film 2, the etching conditions, and the like, and can be several nanometers to several tens of nanometers. Note that in the above description, a conductive ceramic film may be formed instead of the conductive oxide film. The method for forming the conductive oxide film or the conductive ceramic film is not limited to the MOCVD method or the plasma CVD method, and a sputtering method, a sol-gel method, or the like can be applied. At that time, in the case of the sputtering method, crystallization is performed by the particle energy at the time of vapor deposition, and in the case of the sol-gel method, crystallization is performed by the heat energy of the sintering step, and a large number of crystals having a columnar structure almost perpendicular to the substrate are formed. A polycrystalline film composed of grains is formed.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下のよ
うな優れた効果を奏する。請求項1に記載の電子放出素
子によれば、基板表面に対して略垂直に突設された柱状
或いは針状の導電性セラミクス或いは導電性酸化物から
なるカソードを使用したことにより、個々のカソードを
小径化し、カソードの集積度を高めることができるの
で、安定したエミッション電流を得ることができる。ま
た、請求項2に記載の電子放出素子によれば、請求項1
に加え、カソードの先端部表面をそれとは組成の異なる
膜で被覆したことにより、カソードの先端部表面を改質
し、カソードの耐久性を高めることができるので、より
長時間にわたって安定したエミッション電流を得ること
ができる。また、請求項3に記載の電子放出素子によれ
ば、請求項1に加え、カソードの材料である導電性セラ
ミクス或いは導電性酸化物として可視光を透過させる性
質を持ったものを使用しているので、基板や基板上に形
成される電極などにも可視光を透過させる性質のものを
使用することにより、電子放出素子側から表示画像を見
ることができる電界放出ディスプレイを実現できる。ま
た、請求項4に記載のカソードの形成方法によれば、導
電性酸化物膜を構成する結晶粒と粒界の部分とのエッチ
ング速度差を利用して柱状或いは針状のカソードを形成
することができるので、容易に個々のカソードを小径化
し、カソードの集積度を高めることができる。
As described above, the present invention has the following excellent effects. According to the electron-emitting device according to claim 1, each cathode is formed by using a columnar or needle-like cathode made of conductive ceramic or conductive oxide projecting substantially perpendicular to the substrate surface. Can be reduced in diameter and the degree of integration of the cathode can be increased, so that a stable emission current can be obtained. Further, according to the electron-emitting device according to the second aspect,
In addition, by coating the tip surface of the cathode with a film having a different composition from that of the cathode, the surface of the cathode tip can be modified and the durability of the cathode can be increased, so that a stable emission current can be maintained for a longer time. Can be obtained. According to the electron-emitting device of the third aspect, in addition to the first aspect, a conductive ceramic or a conductive oxide that is a material of the cathode and has a property of transmitting visible light is used. Therefore, by using a substrate or an electrode formed on the substrate having a property of transmitting visible light, a field emission display that can display a display image from the electron-emitting device side can be realized. According to the method of forming a cathode according to claim 4, a columnar or needle-like cathode is formed by utilizing a difference in etching rate between a crystal grain constituting a conductive oxide film and a portion of a grain boundary. Therefore, the diameter of each cathode can be easily reduced, and the degree of integration of the cathodes can be increased.

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

【図1】本発明に係る電子放出素子の実施の形態の一例
を示す側断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view showing an example of an embodiment of an electron-emitting device according to the present invention.

【図2】本発明に係る電子放出素子の別の実施の形態を
示す側断面図である。
FIG. 2 is a side sectional view showing another embodiment of the electron-emitting device according to the present invention.

【図3】本発明に係る電子放出素子の製造方法の実施の
形態の一例を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は
側断面図である。
3A and 3B are views showing an example of an embodiment of a method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention, wherein FIG. 3A is a perspective view and FIG. 3B is a side sectional view.

【図4】従来の冷陰極型の電子放出素子の構造の一例を
示す側断面図である。
FIG. 4 is a side sectional view showing an example of the structure of a conventional cold cathode type electron-emitting device.

【図5】(a)〜(f)は従来の電子放出素子の一連の
製造工程を示す図である。
5A to 5F are views showing a series of manufacturing steps of a conventional electron-emitting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板、2 Pt電極、3 カソード、3’ カ
ソード、4 絶縁層、5 ゲート電極、10 電子放出
素子、11 Si基板、12 導電性酸化物膜、13
結晶粒、14 粒界、15 カソード、20 電子放出
素子。
Reference Signs List 1 Si substrate, 2 Pt electrode, 3 cathode, 3 'cathode, 4 insulating layer, 5 gate electrode, 10 electron-emitting device, 11 Si substrate, 12 conductive oxide film, 13
Crystal grains, 14 grain boundaries, 15 cathodes, 20 electron emission devices.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板表面に対して略垂直に突設された柱
状或いは針状の導電性セラミクス或いは導電性酸化物か
らなるカソードと、当該カソードの先端側近傍に配置さ
れたゲート電極との間に電界を印加することにより、当
該カソードから電子を放出させることを特徴とする電子
放出素子。
1. A method according to claim 1, wherein a columnar or needle-shaped cathode made of conductive ceramics or conductive oxide protruding substantially perpendicular to the surface of the substrate and a gate electrode arranged near the tip of the cathode. An electron-emitting device characterized in that electrons are emitted from the cathode by applying an electric field to the electron-emitting device.
【請求項2】 前記カソードの先端部表面を当該カソー
ドとは組成の異なる膜で被覆したことを特徴とする請求
項1に記載の電子放出素子。
2. The electron-emitting device according to claim 1, wherein a front end surface of the cathode is coated with a film having a composition different from that of the cathode.
【請求項3】 前記導電性セラミクス或いは導電性酸化
物は可視光を透過させるものであることを特徴とする請
求項1に記載の電子放出素子。
3. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the conductive ceramic or the conductive oxide transmits visible light.
【請求項4】 請求項1〜3に記載の電子放出素子のカ
ソードの形成方法であって、前記基板表面に対しほぼ垂
直な柱状構造を有する結晶粒からなる多結晶構造の導電
性酸化物膜を形成した後、前記結晶粒の周辺の粒界部分
を選択的に除去すべくウェットエッチング処理を行うこ
とにより前記カソードを形成するようにしたことを特徴
とするカソードの形成方法。
4. The method for forming a cathode of an electron-emitting device according to claim 1, wherein the conductive oxide film has a polycrystalline structure comprising crystal grains having a columnar structure substantially perpendicular to the substrate surface. Forming the cathode by performing a wet etching process to selectively remove a grain boundary portion around the crystal grain after forming the cathode.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000079556A1 (en) * 1999-06-24 2000-12-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Emitter, emitter fabricating method, and cold electron emitting device fabricating method
US7236436B2 (en) 1999-11-22 2007-06-26 Sanyo Electric Co., Ltd. Controller for data recorder

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