JPH11162328A - Thin film type electron source, display apparatus employing thin film type electron source, and apparatus employing thin film type electron source - Google Patents
Thin film type electron source, display apparatus employing thin film type electron source, and apparatus employing thin film type electron sourceInfo
- Publication number
- JPH11162328A JPH11162328A JP32766497A JP32766497A JPH11162328A JP H11162328 A JPH11162328 A JP H11162328A JP 32766497 A JP32766497 A JP 32766497A JP 32766497 A JP32766497 A JP 32766497A JP H11162328 A JPH11162328 A JP H11162328A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- upper electrode
- electron source
- thin
- film
- lower electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電極-絶縁体-電極
あるいは電極-半導体-絶縁体-電極の積層構造を有し、
真空中に電子を放出する薄膜型電子源およびこれを用い
た表示装置、電子線描画装置等の応用機器に関する。The present invention relates to an electrode-insulator-electrode or electrode-semiconductor-insulator-electrode laminate structure,
The present invention relates to a thin-film electron source that emits electrons into a vacuum and to a display device and an applied device such as an electron beam drawing device using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】本発明がかかわる薄膜型電子源とは、絶
縁体に高電界を印加して生成するホットエレクトロンを
利用する電子放出素子である。代表例として，上部電極
-絶縁層-下部電極の３層構造の薄膜で構成されるMIM(Me
tal-Insulator-Metal)型電子源を説明する。これは上部
電極-下部電極の間に電圧を印加して、上部電極の表面
から電子を放出させるものである。MIM型電子源につい
ては、例えば、特開平7-65710号公報に示されている。2. Description of the Related Art A thin-film electron source according to the present invention is an electron-emitting device utilizing hot electrons generated by applying a high electric field to an insulator. A typical example is the upper electrode
MIM (Me
The tal-Insulator-Metal) type electron source will be described. In this method, a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode to emit electrons from the surface of the upper electrode. The MIM type electron source is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-65710.
【０００３】図２は、薄膜型電子源の代表例であるMIM
型電子源の動作原理を示すものである。上部電極11と下
部電極13との間に駆動電圧20を印加して、絶縁層12内の
電界を1〜10MV/cm以上にすると、下部電極13中のフェル
ミ準位近傍の電子はトンネル現象により障壁を透過し、
絶縁層12、上部電極11の伝導帯へ注入されホットエレク
トロンとなる。これらのホットエレクトロンの一部は，
絶縁層12中および上部電極11中で，固体との相互作用で
散乱を受けエネルギーを失う。この結果，上部電極11−
真空10界面に到達した時点では，様々なエネルギーを有
したホットエレクトロンがある。これらのホットエレク
トロンのうち、上部電極11の仕事関数φ以上のエネルギ
ーを有するものは、真空10中に放出される。それ以外の
ものは上部電極11に流れ込む。下部電極13から上部電極
11に流れる電流をダイオード電流Id、真空10中に放出さ
れる電流を放出電流Ieと呼ぶと、電子放出効率Ie/Idは1
/103〜1/105程度である。例えば、Au-Al2O3-Al構造にお
いてこの原理による電子放出が観測されている。この電
子源は、上部電極11の表面が雰囲気ガスの付着により汚
染して仕事関数φが変化しても電子放出特性には大きな
影響がない、などの電子源として優れた性質を有してお
り、新型電子源として期待されている。FIG. 2 shows a MIM which is a typical example of a thin film type electron source.
3 shows the operating principle of a type electron source. When a driving voltage 20 is applied between the upper electrode 11 and the lower electrode 13 to increase the electric field in the insulating layer 12 to 1 to 10 MV / cm or more, electrons near the Fermi level in the lower electrode 13 are tunneled. Through the barrier,
The electrons are injected into the conduction band of the insulating layer 12 and the upper electrode 11 and become hot electrons. Some of these hot electrons are
In the insulating layer 12 and the upper electrode 11, interaction with a solid causes scattering and loss of energy. As a result, the upper electrode 11−
At the point when the vacuum 10 interface is reached, there are hot electrons having various energies. Among these hot electrons, those having energy equal to or higher than the work function φ of the upper electrode 11 are emitted into the vacuum 10. Others flow into the upper electrode 11. Lower electrode 13 to upper electrode
When the current flowing through 11 is called a diode current Id and the current emitted into the vacuum 10 is called an emission current Ie, the electron emission efficiency Ie / Id is 1
It is about / 10 3 to 1/10 5 . For example, electron emission based on this principle has been observed in the Au—Al 2 O 3 —Al structure. This electron source has excellent properties as an electron source such that even if the surface of the upper electrode 11 is contaminated by the adhesion of atmospheric gas and the work function φ changes, the electron emission characteristics are not significantly affected. , Is expected as a new type of electron source.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】先に述べたように，薄
膜電子源の電子放出効率Ie/Idは，通常1/103〜1/105程
度と小さい。このため所望の放出電流Ieを得るために
は，ダイオード電流Idを大きくする必要があり，電子源
に給電する給電線の大容量化，駆動回路の大出力電流化
が必要になり，問題になっていた。特に複数の薄膜電子
源を２次元的に配列して用いる場合には，１本の給電線
に複数個の電子源を接続するので，これが大きな問題に
なっていた。さらに，ダイオード電流を多く流すには絶
縁層に、より高い電界を印加しなければならず，これが
薄膜電子源の動作寿命を短くする原因にもなっていた。As described above, the electron emission efficiency Ie / Id of a thin-film electron source is usually as small as about 1/10 3 to 1/10 5 . Therefore, in order to obtain the desired emission current Ie, it is necessary to increase the diode current Id, and it is necessary to increase the capacity of the power supply line for supplying the electron source and increase the output current of the drive circuit, which is a problem. I was In particular, when a plurality of thin-film electron sources are two-dimensionally arranged and used, a plurality of electron sources are connected to one feeder line, which has been a serious problem. Furthermore, a higher electric field must be applied to the insulating layer in order to allow a large amount of diode current to flow, which has been a cause of shortening the operating life of the thin-film electron source.
【０００５】本発明の目的は，薄膜電子源の電子放出効
率を高めることにある。An object of the present invention is to increase the electron emission efficiency of a thin film electron source.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】電子放出効率が低い理由
は，図２に関連して述べたように，ホットエレクトロン
が絶縁層および上部電極中で散乱され，エネルギーを失
うためである。絶縁層と上部電極が散乱にいかなる割合
で寄与しているかは，薄膜電子源の構成材料，絶縁層お
よび上部電極の膜厚など種々の条件に依存するので一概
には評価できないが，いずれにせよ上部電極中での散乱
が電子放出効率にかなり寄与していることは確かであ
る。したがって，ホットエレクトロンの散乱が小さい上
部電極材料を用いれば電子放出効率は向上する。The reason why the electron emission efficiency is low is that, as described in connection with FIG. 2, hot electrons are scattered in the insulating layer and the upper electrode and lose energy. The ratio of the insulating layer and the upper electrode contributing to the scattering cannot be unconditionally evaluated because it depends on various conditions such as the constituent materials of the thin-film electron source and the thickness of the insulating layer and the upper electrode. It is certain that scattering in the upper electrode significantly contributes to the electron emission efficiency. Therefore, the electron emission efficiency is improved by using an upper electrode material which has a small scattering of hot electrons.
【０００７】我々は，ホットエレクトロンの散乱の度合
いが，電極材料の状態密度関数と関連していることを種
々の研究から見い出した。すなわち，フェルミ準位近傍
の状態密度が小さい材料ほどホットエレクトロン散乱の
割合が小さく，それを用いた薄膜電子源の電子放出効率
が高くなる。We have found from various studies that the degree of hot electron scattering is related to the density of states function of the electrode material. In other words, a material having a lower density of states in the vicinity of the Fermi level has a lower ratio of hot electron scattering, and the electron emission efficiency of a thin-film electron source using the material becomes higher.
【０００８】これは次のように説明される。固体中での
ホットエレクトロンの散乱は，主に電子−電子散乱機構
で支配されている。図３は，金属中での，散乱前後の電
子のエネルギー状態を模式的に示した図である。散乱前
のホットエレクトロンの電子状態を１，そのエネルギー
をE1とし，状態２にある電子と相互作用するとする。フ
ェルミ準位EF以下の状態は電子で占有されているので，
散乱後の２つの電子の状態３，４はEF以上の状態しか取
り得ない。したがって，エネルギーの基準をフェルミ準
位に取ると，エネルギー保存則より E1 + E2 = E3 + E4 > 0 となる。すなわち，エネルギーE1のホットエレクトロン
は，0〜-E1の範囲の価電子としか相互作用できず，また
散乱後は0〜E1の範囲の状態しか取り得ない。したがっ
て，ホットエレクトロンの散乱確率は，この範囲の状態
密度D(E)の個数にほぼ比例する。This is explained as follows. The scattering of hot electrons in a solid is mainly governed by the electron-electron scattering mechanism. FIG. 3 is a diagram schematically showing the energy states of electrons before and after scattering in a metal. The electronic states of scattering before hot electron 1, and the energy E 1, and interacts with electrons in state 2. Since the states below the Fermi level E F are occupied by electrons,
Two electronic states 3 and 4 after scattering can not assume only more states E F. Therefore, when the energy standard is taken as Fermi level, E 1 + E 2 = E 3 + E 4 > 0 according to the law of conservation of energy. That is, hot electron energy E 1 can not interact only with the valence in the range of 0 to E 1, also after the scattering can not assume only state in the range of 0 to E 1. Therefore, the scattering probability of hot electrons is almost proportional to the number of states of state D (E) in this range.
【０００９】我々は，電子散乱の度合いの、金属材料に
よる違いを実際に測定するために，MIM型電子源の上部
電極１１をＭ−Au（Ｍ＝Au, Pt, Ir, Mo, W）の２層膜
で構成した試料を作り，電子放出効率を測定した。する
と，図４に示すように，電子放出効率は，W, Mo, Ir, P
t, Au の順で大きくなる。一方，図５には，これらの金
属材料の状態密度関数を示したが，-7 eV〜+7 eVの範囲
に存在する状態密度の個数は，W, Mo, Ir, Pt, Auの順
で小さくなっている。このように，上述した，ホットエ
レクトロンの散乱の度合いと材料の状態密度の関連をわ
れわれは見いだした。[0009] In order to actually measure the difference in the degree of electron scattering depending on the metal material, the upper electrode 11 of the MIM type electron source is connected to an M-Au (M = Au, Pt, Ir, Mo, W). A sample composed of a two-layer film was prepared, and the electron emission efficiency was measured. Then, as shown in FIG. 4, the electron emission efficiency is W, Mo, Ir, P
It becomes larger in the order of t and Au. On the other hand, Fig. 5 shows the density of states function of these metallic materials. The number of density of states existing in the range of -7 eV to +7 eV is W, Mo, Ir, Pt, and Au in the order of It is getting smaller. Thus, we have found the relationship between the degree of hot electron scattering and the density of states of a material as described above.
【００１０】したがって，ホットエレクトロンの散乱が
少ない上部電極材料とは，フェルミ準位近傍の状態密度
が小さいものであることがわかる。すなわち，フェルミ
準位近傍に広い禁制帯（wide-bandgap）を有する材料が
とりわけ望ましいことがわかる。Therefore, it can be seen that the upper electrode material with less scattering of hot electrons has a smaller state density near the Fermi level. In other words, it is understood that a material having a wide band gap near the Fermi level is particularly desirable.
【００１１】半導体プロセスで電極材料として頻繁に用
いられるn+-Siを薄膜電子源の上部電極に用いた例が，
例えばジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・ア
ンド・テクノロジーズＢ，第11巻，429頁〜432頁（Jour
nal of Vacuum Science andTechnologies B, Vol.11, p
p.429〜432）に報告されている。しかし，この文献によ
るとこの構成では十分な放出効率が得られていない。こ
のことは，Siの禁制帯幅（1.1eV）では電子散乱確率を
低減するには不十分であることを示している。An example in which n + -Si, which is frequently used as an electrode material in a semiconductor process, is used for an upper electrode of a thin-film electron source,
For example, Journal of Vacuum Science and Technologies B, Vol. 11, pp. 429-432 (Jour
nal of Vacuum Science and Technologies B, Vol. 11, p
pp. 429-432). However, according to this document, sufficient emission efficiency is not obtained with this configuration. This indicates that the forbidden band width of Si (1.1 eV) is not enough to reduce the electron scattering probability.
【００１２】以上の研究より，われわれは，薄膜電子源
の上部電極材料に最適な材料として，以下の材料を見い
だした。すなわち，Siよりも禁制帯幅が広い材料であ
る。一方、上部電極は、ダイオード電流を流すため抵抗
が低くなければならない。From the above research, we have found the following materials as the optimum materials for the upper electrode material of the thin film electron source. In other words, it is a material with a wider forbidden band than Si. On the other hand, the upper electrode must have a low resistance in order to allow a diode current to flow.
【００１３】このような材料として，特に導電性酸化物
がある。中でも，透明導電膜と呼ばれる一群の材料は，
光の吸収を防ぐために，3eV程度以上の禁制帯幅を有し
ており，かつ，抵抗率が１×１０ー4〜８×１０ー4Ωｃｍ
程度と抵抗率が１０ー3Ωｃｍ以下で、導電性が高いの
で，薄膜電子源の上部電極に適している。更に具体的に
は，酸化錫，Snをドープした酸化インジウム（ITO, Ind
ium Tin Oxide膜），酸化亜鉛，Cd2SnO4などがある。As such a material, there is a conductive oxide. Above all, a group of materials called transparent conductive films
In order to prevent light absorption, it has a forbidden band width of about 3 eV or more, and has a resistivity of 1 × 10 −4 to 8 × 10 −4 Ωcm.
Extent and resistivity of 10 over 3 [Omega] cm or less, since high conductivity and are suitable for the upper electrode of the thin-film electron emitter. More specifically, tin oxide and indium oxide doped with Sn (ITO, Ind
ium tin oxide film), zinc oxide, Cd 2 SnO 4 and the like.
【００１４】なお，これらの材料の抵抗率はAuなどの金
属と比べると100倍程度高いが，電子放出部までは給電
線（バスライン）で電流を供給し，かつ電子放出部の面
積が数10〜数100μm程度であれば，この抵抗率で十分で
ある。というのは、電極抵抗に対する要求は、電流通過
による電圧降下が所望の範囲に収まるか否かで決まる。
上部電極の短辺の長さをＬとすると、要求抵抗値はＬー1
〜Ｌー2の依存性で変化する。上部電極に金属を用いた場
合は、電子放出部面積が１ｍｍ角程度の大きさの薄膜型
電子源を実現出来るので、電子放出部の面積が数１０〜
数１００μｍ2程度であれば１００倍程度の抵抗率が許
容できる。Although the resistivity of these materials is about 100 times higher than that of a metal such as Au, a current is supplied to the electron emission portion by a power supply line (bus line), and the area of the electron emission portion is several times. If the resistance is about 10 to several hundred μm, this resistivity is sufficient. This is because the requirement for the electrode resistance depends on whether or not the voltage drop due to the passage of the current falls within a desired range.
Assuming that the length of the short side of the upper electrode is L, the required resistance value is L -1.
で L -2 dependence. When a metal is used for the upper electrode, a thin-film electron source having an electron emission area of about 1 mm square can be realized.
If it is about several 100 μm 2 , a resistivity of about 100 times can be tolerated.
【００１５】その他の最適材料としては，GaN, SiC な
どのいわゆるワイド バンド ギャップ（ wide-bandgap
）半導体がある。これらは，禁制帯幅が3eV以上と十分
であり，不純物のドーピングにより導電性を上げられる
ので，薄膜型電子源の上部電極に適している。Other suitable materials include so-called wide-band gaps such as GaN and SiC.
) There is a semiconductor. These have a sufficient forbidden band width of 3 eV or more and can increase conductivity by doping with impurities, so that they are suitable for an upper electrode of a thin film type electron source.
【００１６】また、用途によって、さらに抵抗率を下げ
たい場合には、上述のような禁制帯幅がSiの禁制帯幅よ
りも広い材料の上に、AuやPtなどフェルミ準位近傍の状
態密度が小さい金属を積層しても良い。この場合、電子
放出効率は、金属膜がない場合より当然低下する。しか
し、従来、長寿命化のために用いられていたIr-Au積層
膜と比較すると放出効率は向上する。これも禁制帯幅が
広い材料を用いるという本発明の範疇に含まれる。Auや
Ptなどはフェルミ準位近傍の状態密度が小さいため、ホ
ットエレクトロンの散乱が少ないが、一方、昇華エンタ
ルピーが小さいので、絶縁層内に金属原子が拡散しやす
く、薄膜型電子源の寿命が短くなる。本発明の構成で
は、絶縁層に接するのは、禁制帯幅がSiの禁制帯幅より
も広い材料であって、AuやPtは接しないので、この問題
も発生しない。If it is desired to further reduce the resistivity depending on the application, on the above-mentioned material whose band gap is wider than the band gap of Si, a state density near the Fermi level such as Au or Pt is placed. May be laminated. In this case, the electron emission efficiency is naturally lower than when there is no metal film. However, the emission efficiency is improved as compared with the Ir-Au laminated film conventionally used for extending the life. This is also included in the category of the present invention in which a material having a wide band gap is used. Au or
Pt, etc., has a low state density near the Fermi level, which reduces the scattering of hot electrons.On the other hand, since the sublimation enthalpy is small, metal atoms easily diffuse into the insulating layer, shortening the life of the thin-film electron source. . In the configuration of the present invention, this problem does not occur because the material that is in contact with the insulating layer is a material whose forbidden band width is larger than the forbidden band width of Si, and Au and Pt are not in contact therewith.
【００１７】以上の記述から自明なように，本発明は，
電子が電極を透過した後，外部に電子放出する電子源全
般に有効であり，これらも本発明の範囲に入ることは言
うまでもない。このような電子源の例としては，例え
ば，ジャパニーズ ジャーナルオブ アプライド フィジ
クス（Japanese Journal of Applied Physics）, Vol.3
6, Part 2, No.7B, pp. L939〜L941 (1997) に記載され
た，下部電極（金属）−半導体（Si）−絶縁体(SiO2)−
上部電極構成の電子源が含まれる。あるいは，例えばジ
ャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジクス
（Japanese Journalof Applied Physics）, Vol.34, Pa
rt 2, No.6A, pp. L705〜L707 (1995)に記載された，下
部電極（半導体，Si)−ポーラスSi−上部電極で構成さ
れる電子源が含まれる。As is apparent from the above description, the present invention provides:
The present invention is effective for general electron sources that emit electrons to the outside after electrons pass through the electrode, and it goes without saying that these also fall within the scope of the present invention. As an example of such an electron source, for example, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.
. 6, Part 2, No.7B, pp L939~L941 described (1997), a lower electrode (metal) - Semiconductor (Si) - insulator (SiO 2) -
An electron source in a top electrode configuration is included. Or, for example, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.
rt 2, No. 6A, pp. L705-L707 (1995), which includes an electron source composed of a lower electrode (semiconductor, Si), a porous Si, and an upper electrode.
【００１８】上記した本発明による薄膜型電子源は、電
子放出効率が高いため，小さなダイオード電流で高い放
出電流が得られる。また、２次元配列等の薄膜型電子源
配列基板構成にも容易にできるので、これを用いて、長
寿命で高輝度な薄膜型電子源応用表示装置、薄膜型電子
源応用電子線描画装置等の薄膜型電子源応用機器を実現
することができる。The thin-film type electron source according to the present invention has a high electron emission efficiency, so that a high emission current can be obtained with a small diode current. In addition, since a thin-film type electron source array substrate such as a two-dimensional array can be easily configured, a thin-film type electron source application display device, a thin-film type electron source application electron beam lithography device, etc., having a long life and high luminance can be used. The thin-film type electron source application device can be realized.
【００１９】例えば、薄膜型電子源応用表示装置は、薄
膜型電子源を２次元配列してなる薄膜型電子源基板と、
これに間隙を介して、蛍光体を塗布した面板とを張り合
わせ、真空に封じることにより構成できる。For example, a thin film type electron source application display device comprises a thin film type electron source substrate in which thin film type electron sources are two-dimensionally arranged;
It can be constructed by laminating a face plate coated with a phosphor through a gap and sealing it in a vacuum.
【００２０】また、薄膜型電子源応用電子線描画装置
は、薄膜型電子源と、この電子源からの電子ビ-ムに作
用する電子レンズとを備えることにより構成できる。こ
の際、薄膜型電子源を、２次元配列した薄膜型電子源配
列基板を用いると、パターンの一括転写が可能な薄膜型
電子源応用電子線描画装置が得られる。Further, the thin-film type electron source application electron beam lithography apparatus can be constituted by including a thin-film type electron source and an electron lens acting on an electron beam from the electron source. At this time, if a thin film type electron source array substrate in which the thin film type electron sources are two-dimensionally arranged is used, a thin film type electron source applied electron beam lithography apparatus capable of collectively transferring patterns can be obtained.
【００２１】本発明の薄膜型電子源,薄膜型電子源応用
表示装置および薄膜型電子源応用機器は、以下の構成に
より上記課題を解決する。The thin film type electron source, the thin film type electron source applied display device and the thin film type electron source applied device of the present invention solve the above-mentioned problems by the following constitutions.
【００２２】すなわち、本発明の請求項１に記載の第1
の発明は、下部電極、絶縁層、上部電極をこの順に積層
した構造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間に、
前記下部電極に対して前記上部電極が正電圧になる極性
の電圧を印加した際に、真空中において前記上部電極の
表面から電子を放出する薄膜型電子源において、前記上
部電極として、Ｓｉよりも広い禁制帯幅を有し、かつ導
電性を有する材料を用いたことを特徴とする薄膜型電子
源である。That is, the first aspect according to claim 1 of the present invention.
The invention has a structure in which a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode are stacked in this order, and between the lower electrode and the upper electrode,
When a voltage having a polarity that causes the upper electrode to have a positive voltage is applied to the lower electrode, a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode in a vacuum is used as the upper electrode, A thin-film electron source characterized by using a material having a wide band gap and having conductivity.
【００２３】また、請求項２に記載の第２の発明は、下
部電極、絶縁層、上部電極をこの順に積層した構造を有
し、前記下部電極と前記上部電極の間に、真空中におい
て前記下部電極に対して前記上部電極が正電圧になる極
性の電圧を印加した際に、前記上部電極の表面から電子
を放出する薄膜型電子源において、前記上部電極とし
て、導電性酸化物を用いたことを特徴とする薄膜型電子
源である。A second invention according to claim 2 has a structure in which a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the gap between the lower electrode and the upper electrode in a vacuum is provided. When a voltage having a positive voltage is applied to the lower electrode with respect to the lower electrode, a conductive oxide is used as the upper electrode in the thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode. It is a thin film type electron source characterized by the above-mentioned.
【００２４】また、請求項３に記載の第３の発明は、下
部電極、絶縁層、上部電極をこの順に積層した構造を有
し、前記下部電極と前記上部電極の間に、真空中におい
て前記下部電極に対して前記上部電極が正電圧になる極
性の電圧を印加した際に、前記上部電極の表面から電子
を放出する薄膜型電子源において、前記上部電極とし
て、酸化錫，Snをドープした酸化インジウム，酸化亜
鉛，Cd2SnO4のいずれか一つあるいはそれらの混合膜を
用いたことを特徴とする薄膜型電子源である。A third aspect of the present invention has a structure in which a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the gap between the lower electrode and the upper electrode in a vacuum is provided. In a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode when a voltage having a polarity that causes the upper electrode to have a positive voltage is applied to the lower electrode, tin oxide and Sn are doped as the upper electrode. A thin-film electron source characterized by using any one of indium oxide, zinc oxide and Cd 2 SnO 4 or a mixed film thereof.
【００２５】また、請求項４に記載の第４の発明は、下
部電極、絶縁層、上部電極をこの順に積層した構造を有
し、前記下部電極と前記上部電極の間に、真空中におい
て前記下部電極に対して前記上部電極が正電圧になる極
性の電圧を印加した際に、前記上部電極の表面から電子
を放出する薄膜型電子源において、前記上部電極とし
て、GaN，SiCのいずれかを用いたことを特徴とする薄膜
型電子源である。A fourth invention according to claim 4 has a structure in which a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the space between the lower electrode and the upper electrode is formed in a vacuum. In a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode when a voltage having a polarity that causes the upper electrode to have a positive voltage is applied to the lower electrode, one of GaN and SiC is used as the upper electrode. A thin-film electron source characterized in that it is used.
【００２６】また、請求項５に記載の第５の発明は、上
記請求項１乃至４の何れかに記載の薄膜型電子源におい
て前記下部電極として金属を用いたことを特徴とする薄
膜型電子源である。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the thin-film type electron source according to any one of the first to fourth aspects, wherein a metal is used as the lower electrode. Source.
【００２７】また、請求項６に記載の第６の発明は、上
記請求項１乃至４の何れかに記載の薄膜型電子源におい
て前記下部電極として半導体を用いたことを特徴とする
薄膜型電子源である。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the thin film type electron source according to any one of the first to fourth aspects, wherein a semiconductor is used as the lower electrode. Source.
【００２８】また、請求項７に記載の第７の発明は、上
記請求項１乃至４の何れかに記載の薄膜型電子源におい
て，前記絶縁層として，絶縁体と半導体の積層膜を用い
たことを特徴とする薄膜型電子源である。According to a seventh aspect of the present invention, in the thin-film electron source according to any one of the first to fourth aspects, a laminated film of an insulator and a semiconductor is used as the insulating layer. It is a thin film type electron source characterized by the above-mentioned.
【００２９】また、請求項８に記載の第８の発明は、下
部電極、半導体，絶縁層、上部電極をこの順に積層した
構造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間に、真空
中において前記下部電極に対して前記上部電極が正電圧
になる極性の電圧を印加した際に、前記上部電極の表面
から電子を放出する薄膜型電子源において、前記上部電
極として、Ｓｉよりも広い禁制帯幅を有し、かつ導電性
を有する材料を用いたことを特徴とする薄膜型電子源で
ある。An eighth invention according to claim 8 has a structure in which a lower electrode, a semiconductor, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and a vacuum is applied between the lower electrode and the upper electrode. In a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode when a voltage having a polarity that causes the upper electrode to have a positive voltage is applied to the lower electrode, the upper electrode is more forbidden than Si. A thin-film electron source using a material having a band width and conductivity.
【００３０】また、請求項９に記載の第９の発明は、下
部電極、半導体，絶縁層、上部電極をこの順に積層した
構造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間に、真空
中において前記下部電極に対して前記上部電極が正電圧
になる極性の電圧を印加した際に、前記上部電極の表面
から電子を放出する薄膜型電子源において、前記上部電
極として、導電性酸化物を用いたことを特徴とする薄膜
型電子源である。A ninth aspect of the present invention has a structure in which a lower electrode, a semiconductor, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and a vacuum is applied between the lower electrode and the upper electrode. In the thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode when a voltage having a positive voltage applied to the upper electrode is applied to the lower electrode, a conductive oxide is used as the upper electrode. A thin-film electron source characterized in that it is used.
【００３１】また、請求項１０に記載の第１０の発明
は、下部電極、半導体，絶縁層、上部電極をこの順に積
層した構造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間
に、真空中において前記下部電極に対して前記上部電極
が正電圧になる極性の電圧を印加した際に、前記上部電
極の表面から電子を放出する薄膜型電子源において、前
記上部電極として、酸化錫，Snをドープした酸化インジ
ウム，酸化亜鉛，Cd2SnO4のいずれか一つあるいはそれ
らの混合膜を用いたことを特徴とする薄膜型電子源であ
る。A tenth aspect of the present invention has a structure in which a lower electrode, a semiconductor, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and a vacuum is applied between the lower electrode and the upper electrode. In the thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode when a voltage having a polarity that causes the upper electrode to have a positive voltage is applied to the lower electrode, tin oxide and Sn are used as the upper electrode. A thin-film electron source characterized by using any one of doped indium oxide, zinc oxide and Cd 2 SnO 4 or a mixed film thereof.
【００３２】また、請求項１１に記載の第１１の発明
は、下部電極、半導体，絶縁層、上部電極をこの順に積
層した構造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間
に、真空中において前記下部電極に対して前記上部電極
が正電圧になる極性の電圧を印加した際に、前記上部電
極の表面から電子を放出する薄膜型電子源において、前
記上部電極として、GaN，SiCのいずれかを用いたことを
特徴とする薄膜型電子源である。An eleventh aspect of the present invention has a structure in which a lower electrode, a semiconductor, an insulating layer, and an upper electrode are stacked in this order, and a vacuum is applied between the lower electrode and the upper electrode. In a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode when a voltage having a polarity that causes the upper electrode to have a positive voltage is applied to the lower electrode, any of GaN and SiC may be used as the upper electrode. This is a thin-film electron source characterized by using the above.
【００３３】また、請求項１２に記載の第１２の発明
は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の薄膜
型電子源を複数個配列してなる薄膜型電子源配列基板
を、電子源として用いたことを特徴とする薄膜型電子源
応用機器である。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a thin-film type electron source array substrate comprising a plurality of the thin-film type electron sources according to any one of the first to eleventh aspects. This is a thin-film type electron source application device characterized by being used as a source.
【００３４】また、請求項１３に記載の第１３の発明
は、 請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の薄
膜型電子源を２次元配列してなる薄膜型電子源配列基板
を、電子源として用いたことを特徴とする薄膜型電子源
応用機器である。According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a thin-film type electron source array substrate comprising the two-dimensionally arrayed thin-film type electron sources according to any one of the first to eleventh aspects. This is a thin-film type electron source application device characterized by being used as a source.
【００３５】また、請求項１４に記載の第１４の発明
は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の薄膜
型電子源を２次元配列してなる薄膜型電子源配列基板
と、該基板に対向配置された、蛍光体を塗布した面板と
を用いたことを特徴とする薄膜型電子源応用表示装置で
ある。According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a thin-film type electron source array substrate in which the thin-film type electron sources according to any one of the first to eleventh aspects are two-dimensionally arranged. A thin-film-type electron-source-applied display device characterized by using a phosphor-coated face plate disposed opposite to a substrate.
【００３６】また、請求項１５に記載の第１５の発明
は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の薄膜
型電子源の少なくとも一つと、該電子源からの電子ビ-
ムに作用する電子レンズとを備えたことを特徴とする薄
膜型電子源応用電子線描画装置である。According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a thin-film electron source according to any one of the first to eleventh aspects, and an electron beam from the electron source.
A thin-film type electron source application electron beam lithography apparatus, comprising: an electron lens acting on the electron beam.
【００３７】また、請求項１６に記載の第１６の発明
は、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の薄膜
型電子源を２次元配列してなる薄膜型電子源配列基板
と、該電子源からの電子ビ-ムに作用する電子レンズと
を備えたことを特徴とする薄膜型電子源応用電子線描画
装置である。According to a sixteenth aspect of the present invention, there is provided a thin-film type electron source array substrate in which the thin-film type electron sources according to any one of the first to eleventh aspects are arranged two-dimensionally. An electron beam lithography apparatus using a thin film type electron source, comprising: an electron lens acting on an electron beam from the electron source.
【００３８】また、請求項１７に記載の第１７の発明
は、下部電極、絶縁層、上部電極をこの順に積層した構
造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間に、前記下
部電極に対して前記上部電極が正電圧になる極性の電圧
を印加した際に、真空中において前記上部電極の表面か
ら電子を放出する薄膜型電子源において、前記上部電極
として、Ｓｉよりも広い禁制帯幅を有しかつ導電性を有
する材料と金属との積層膜を用いたことを特徴とする薄
膜型電子源である。A seventeenth aspect of the present invention has a structure in which a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the lower electrode is provided between the lower electrode and the upper electrode. On the other hand, in a thin film type electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode in a vacuum when a voltage having a polarity that causes the upper electrode to have a positive voltage is applied, the forbidden band width wider than Si is used as the upper electrode. A thin film type electron source characterized by using a laminated film of a material having conductivity and a metal having conductivity.
【００３９】また、請求項１８に記載の第１８の発明
は、下部電極、半導体、絶縁層、上部電極をこの順に積
層した構造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間
に、前記下部電極に対して前記上部電極が正電圧になる
極性の電圧を印加した際に、真空中において前記上部電
極の表面から電子を放出する薄膜型電子源において、前
記上部電極として、Ｓｉよりも広い禁制帯幅を有しかつ
導電性を有する材料と金属との積層膜を用いたことを特
徴とする薄膜型電子源。An eighteenth aspect of the present invention has a structure in which a lower electrode, a semiconductor, an insulating layer, and an upper electrode are stacked in this order, and the lower electrode is provided between the lower electrode and the upper electrode. In a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode in a vacuum when a voltage having a polarity that causes the upper electrode to have a positive voltage is applied to the electrode, the upper electrode is more forbidden than Si. A thin-film electron source characterized by using a laminated film of a material having a band width and conductivity and a metal.
【００４０】また、請求項１９に記載の第１９の発明
は、 請求項１７又は１８記載の薄膜型電子源におい
て、前記Ｓｉよりも広い禁制帯幅を有しかつ導電性を有
する材料として、導電性酸化物を用いたことを特徴とす
る薄膜型電子源である。According to a nineteenth aspect of the present invention, in the thin-film electron source according to the seventeenth or eighteenth aspect, the material having a wider bandgap than Si and having conductivity is made of a conductive material. A thin-film electron source characterized by using a conductive oxide.
【００４１】また、請求項２０に記載の第２０の発明
は、請求項１７又は１８記載の薄膜型電子源において、
前記Ｓｉよりも広い禁制帯幅を有しかつ導電性を有する
材料として、酸化錫，Snをドープした酸化インジウム，
酸化亜鉛，Cd2SnO4のいずれか一つあるいはそれらの混
合膜を用いたことを特徴とする薄膜型電子源である。According to a twentieth aspect of the present invention, in the thin-film electron source according to the seventeenth or eighteenth aspect,
As a material having a band gap wider than that of Si and having conductivity, tin oxide, indium oxide doped with Sn,
A thin-film electron source characterized by using one of zinc oxide and Cd 2 SnO 4 or a mixed film thereof.
【００４２】また、請求項２１に記載の第２１の発明
は、請求項１７又は１８記載の薄膜型電子源において、
前記Ｓｉよりも広い禁制帯幅を有しかつ導電性を有する
材料として、GaN，SiCのいずれかを用いたことを特徴と
する薄膜型電子源である。According to a twenty-first aspect of the present invention, in the thin-film electron source according to the seventeenth or eighteenth aspect,
A thin-film electron source characterized by using either GaN or SiC as a material having a wider bandgap than Si and having conductivity.
【００４３】また、請求項２２に記載の第２２の発明
は、下部電極、絶縁層、上部電極をこの順に積層した構
造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間に、前記下
部電極に対して前記上部電極が正電圧になる極性の電圧
を印加した際に、真空中において前記上部電極の表面か
ら電子を放出する薄膜型電子源において、前記上部電極
として、３eV以上の禁制帯幅を有しかつ導電性を有する
材料を用いたことを特徴とする薄膜型電子源である。A twenty-second aspect of the present invention has a structure in which a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the lower electrode is provided between the lower electrode and the upper electrode. On the other hand, when a voltage having a polarity that causes the upper electrode to have a positive voltage is applied, in a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode in a vacuum, the forbidden band width of 3 eV or more is used as the upper electrode. And a thin film type electron source characterized by using a material having conductivity.
【００４４】また、請求項２３に記載の第２３の発明
は、下部電極、半導体、絶縁層、上部電極をこの順に積
層した構造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間
に、前記下部電極に対して前記上部電極が正電圧になる
極性の電圧を印加した際に、真空中において前記上部電
極の表面から電子を放出する薄膜型電子源において、前
記上部電極として、３eV以上の禁制帯幅を有しかつ導電
性を有する材料を用いたことを特徴とする薄膜型電子源
である。A twenty-third invention according to a twenty-third aspect has a structure in which a lower electrode, a semiconductor, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the lower electrode is provided between the lower electrode and the upper electrode. In a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode in a vacuum when a voltage having a polarity that causes the upper electrode to have a positive voltage is applied to the electrode, the forbidden band of 3 eV or more is used as the upper electrode. A thin-film electron source using a material having a width and conductivity.
【００４５】また、請求項２４に記載の第２４の発明
は、下部電極、絶縁層、上部電極をこの順に積層した構
造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間に、前記下
部電極に対して前記上部電極が正電圧になる極性の電圧
を印加した際に、真空中において前記上部電極の表面か
ら電子を放出する薄膜型電子源において、前記上部電極
として、３eV以上の禁制帯幅を有しかつ導電性を有する
材料と金属との積層膜を用いたことを特徴とする薄膜型
電子源である。A twenty-fourth aspect of the present invention has a structure in which a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the lower electrode is provided between the lower electrode and the upper electrode. On the other hand, when a voltage having a polarity that causes the upper electrode to have a positive voltage is applied, in a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode in a vacuum, the forbidden band width of 3 eV or more is used as the upper electrode. A thin-film electron source characterized by using a laminated film of a material having conductivity and a metal.
【００４６】また、請求項２５に記載の第２５の発明
は、下部電極、半導体、絶縁層、上部電極をこの順に積
層した構造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間
に、前記下部電極に対して前記上部電極が正電圧になる
極性の電圧を印加した際に、真空中において前記上部電
極の表面から電子を放出する薄膜型電子源において、前
記上部電極として、３eV以上の禁制帯幅を有しかつ導電
性を有する材料と金属との積層膜を用いたことを特徴と
する薄膜型電子源である。A twenty-fifth aspect of the present invention has a structure in which a lower electrode, a semiconductor, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the lower electrode is provided between the lower electrode and the upper electrode. In a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode in a vacuum when a voltage having a polarity that causes the upper electrode to have a positive voltage is applied to the electrode, the forbidden band of 3 eV or more is used as the upper electrode. A thin-film electron source characterized by using a laminated film of a material having a width and conductivity and a metal.
【００４７】また、請求項２６に記載の第２６の発明
は、請求項２２〜２５の何れかに記載の薄膜型電子源に
おいて、前記３eV以上の禁制帯幅を有しかつ導電性を有
する材料の抵抗率が１０ー3Ωｃｍ以下であることを特徴
とする薄膜型電子源である。According to a twenty-sixth aspect of the present invention, in the thin-film electron source according to any one of the twenty-second to twenty-fifth aspects, the material has a forbidden band width of 3 eV or more and has conductivity. a thin film cathode, wherein the resistivity is 10 @ 3 [Omega] cm or less.
【００４８】[0048]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００４９】図１は、本発明による薄膜型電子源の第１
の実施例として、MIM型電子源の例を示すものである。
図１（b）はその平面図で，図１（a）は図１(b)中のA-B
線に沿う断面図である。絶縁性の基板14上に下部電極13
としてAlを例えば100nmの膜厚で形成する。Alの形成に
は、例えば、RFマグネトロンスパッタリング法を用い
る。このAlの表面を陽極酸化し、膜厚5.5nm程度の絶縁
層12を形成する。陽極酸化の化成電流を小さな値に制限
することにより、絶縁層12の膜質を向上させることがで
きる。つぎにSiO2やAl2O3などの絶縁体をRFマグネトロ
ンスパッタリング法などで50nm程度形成し、保護層15と
する。続いてRFマグネトロンスパッタリング法などによ
りITO膜を10nm程度成膜し上部電極11とする。最後にAu
などで上部電極バスライン３２を成膜した。FIG. 1 shows a first example of a thin film type electron source according to the present invention.
1 shows an example of a MIM type electron source.
FIG. 1 (b) is a plan view, and FIG.
It is sectional drawing which follows a line. Lower electrode 13 on insulating substrate 14
Is formed with a thickness of, for example, 100 nm. For the formation of Al, for example, an RF magnetron sputtering method is used. The surface of this Al is anodized to form an insulating layer 12 having a thickness of about 5.5 nm. By limiting the anodic oxidation formation current to a small value, the film quality of the insulating layer 12 can be improved. Next, an insulator such as SiO 2 or Al 2 O 3 is formed to a thickness of about 50 nm by an RF magnetron sputtering method or the like to form a protective layer 15. Subsequently, an ITO film is formed to a thickness of about 10 nm by an RF magnetron sputtering method or the like to form an upper electrode 11. Finally Au
The upper electrode bus line 32 was formed by the method described above.
【００５０】このようにして成膜した薄膜型電子源を、
真空度1/107 Torr 程度の真空槽内にいれて、上部電極
バスライン３２をアース電位として、下部電極13にパル
ス電圧を印加する。パルス電圧は、図６にそのパルス電
圧波形の一例を示す。−Vd1＝−9 V程度の電圧を、パル
ス幅tw＝64μsの期間印加して、その次にVd2＝＋1〜5V
程度の電圧を64μsの期間印加する。全体の繰り返し周
期Tは，16ms程度である。下部電極１３に負電圧−Vdが
印加されたときに電子は放出される。特願平6-18080号
に述べられているように、逆極性のVd2＝＋1〜5V程度の
電圧を印加すると、薄膜電子源の動作が安定化する。The thin film type electron source thus formed is
A pulse voltage is applied to the lower electrode 13 by placing the upper electrode bus line 32 at a ground potential in a vacuum chamber having a degree of vacuum of about 1/10 7 Torr. FIG. 6 shows an example of the pulse voltage waveform. Apply a voltage of -Vd1 = -9V for a period of pulse width tw = 64μs, then Vd2 = + 1-5V
Voltage of about 64 μs is applied. The entire repetition period T is about 16 ms. When a negative voltage -Vd is applied to the lower electrode 13, electrons are emitted. As described in Japanese Patent Application No. 6-18080, the operation of the thin-film electron source is stabilized by applying a voltage of opposite polarity Vd2 = + 1 to 5 V.
【００５１】なお、本実施例において、下部電極13とし
て高配向膜、または単結晶膜を用いると、それを陽極酸
化して形成した絶縁層12の特性は一層向上し、より高性
能な薄膜電子源が得られる。また、絶縁層12を陽極酸化
で形成する代わりに、スパッタ法や蒸着法などの気相合
成法を用いて形成したMIM型電子源に対しても本発明は
有効である。In this embodiment, when a highly oriented film or a single crystal film is used as the lower electrode 13, the characteristics of the insulating layer 12 formed by anodizing the film are further improved, and a higher performance thin film The source is obtained. The present invention is also effective for a MIM-type electron source formed by using a vapor phase synthesis method such as a sputtering method or a vapor deposition method instead of forming the insulating layer 12 by anodic oxidation.
【００５２】上記第１の実施例では、上部電極11として
ITO膜を用いた場合について述べたが、上部電極11とし
てSnO2，ZnO，Cd2SnO4などを用いても良い。ZnOを用い
る場合には，AlやIn, Siなどをドープしたものを用いて
も良い。また，これらの材料は，透明導電膜とも呼ばれ
るものであるが，本発明では，広い禁制帯を有すれば良
く、光学的透過率が高い必要はない。In the first embodiment, the upper electrode 11
Although the case where the ITO film is used has been described, SnO 2 , ZnO, Cd 2 SnO 4 or the like may be used as the upper electrode 11. When ZnO is used, a material doped with Al, In, or Si may be used. Further, these materials are also called transparent conductive films, but in the present invention, it is only necessary to have a wide band gap, and it is not necessary to have high optical transmittance.
【００５３】図７は、本発明による薄膜型電子源の第２
の実施例として、MIS型電子源の例を示すものである。n
型Si基板を下部電極13とし、その表面を熱酸化などの方
法で酸化し、絶縁層12を作成する。つぎにCVD法やスパ
ッタ法などにより SiO2膜を50 nm の膜厚で蒸着し、保
護層15とする。そのうえに、有機金属化学気相成長法
（MOCVD）によりGaNを10nm程度形成して上部電極11とす
る。最後にAuなどで上部電極バスライン３２を作成す
る。このように作成した金属−絶縁体−半導体(MIS)型
電子源についても本発明は有効である。また，GaNの代
わりに，CVD法によりSiCを上部電極11に用いても良い。FIG. 7 shows a second example of the thin film type electron source according to the present invention.
1 shows an example of an MIS type electron source. n
The mold Si substrate is used as the lower electrode 13, and the surface thereof is oxidized by a method such as thermal oxidation to form the insulating layer 12. Next, an SiO 2 film is deposited to a thickness of 50 nm by a CVD method, a sputtering method, or the like to form a protective layer 15. Then, GaN is formed to a thickness of about 10 nm by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) to form an upper electrode 11. Finally, the upper electrode bus line 32 is made of Au or the like. The present invention is also effective for the metal-insulator-semiconductor (MIS) type electron source thus created. Further, instead of GaN, SiC may be used for the upper electrode 11 by a CVD method.
【００５４】図８は，本発明による薄膜型電子源の第３
の実施例を示すものである。ガラスなどの絶縁性基板14
上に下部電極13としてAlをスパッタなどで形成する。そ
の上にSiを5μm程度成膜して半導体層41を形成し，さら
にSiOxを400nm程度成膜して絶縁層12とする。その後にA
uなどでバスライン32を形成し，最後にスパッタなどの
方法で，ITO膜を10nm程度成膜して，上部電極11とす
る。このように形成した薄膜電子源の下部電極13に、上
部電極11に対して−100V程度の電圧を印加すると，絶縁
層12内でホットエレクトロンが生成され、上部電極11を
通過して電子が放出される。FIG. 8 shows a third example of the thin film type electron source according to the present invention.
FIG. Insulating substrate 14 such as glass
Al is formed as the lower electrode 13 by sputtering or the like. A semiconductor layer 41 is formed thereon by depositing Si to a thickness of about 5 μm, and an insulating layer 12 is formed by depositing SiOx to a thickness of about 400 nm. Then A
A bus line 32 is formed by u or the like, and finally, an ITO film is formed to a thickness of about 10 nm by a method such as sputtering to form the upper electrode 11. When a voltage of about -100 V is applied to the lower electrode 13 of the thin-film electron source thus formed with respect to the upper electrode 11, hot electrons are generated in the insulating layer 12, and electrons are emitted through the upper electrode 11. Is done.
【００５５】また、上記実施例において、用途によって
さらに抵抗率を下げたい場合には、禁制帯幅がSiの禁制
帯幅よりも広い材料の上に、AuやPtなどフェルミ準位近
傍の状態密度が小さい金属を積層しても良い。この場
合、電子放出効率は、金属膜がない場合より当然低下す
る。しかし、従来、長寿命化のために用いられていたIr
-Au積層膜と比較すると放出効率は向上する。AuやPtな
どはフェルミ準位近傍の状態密度が小さいため、ホット
エレクトロンの散乱が少ないが、一方、昇華エンタルピ
ーが小さいので、絶縁層内に金属原子が拡散しやすく、
薄膜型電子源の寿命が短くなるが本発明の構成では、絶
縁層に接するのは、禁制帯幅がSiの禁制帯幅よりも広い
材料であって、AuやPtは接しないので、この問題も発生
しない。In the above embodiment, when it is desired to further reduce the resistivity depending on the application, a material having a band gap wider than the band gap of Si is placed on a material having a state density near the Fermi level such as Au or Pt. May be laminated. In this case, the electron emission efficiency is naturally lower than when there is no metal film. However, Ir which has been used for longer life
The emission efficiency is improved as compared with the -Au laminated film. Au and Pt have a small state density near the Fermi level, so they scatter little hot electrons.On the other hand, they have a small sublimation enthalpy, so metal atoms can easily diffuse into the insulating layer.
Although the life of the thin-film electron source is shortened, in the structure of the present invention, the material in contact with the insulating layer is a material whose forbidden band width is wider than the forbidden band width of Si, and Au and Pt do not come into contact with each other. Also does not occur.
【００５６】次に、本発明による薄膜型電子源を用いた
応用機器の実施例を説明する。Next, an embodiment of an applied device using the thin-film electron source according to the present invention will be described.
【００５７】図９，図１０，図１１，図１２を用いて本
発明による表示装置の別の例を説明する。図１０は表示
装置の表示パネルをその面板側から見た平面図，図１１
は表示パネルから面板を取り除き、表示パネルの面板側
から基板１４を見た平面図である。図９(a) は図１０，
図１１中のA-B線に沿う断面図、図９（ｂ）は図１０，
図１１中のC-D線に沿う断面の内の左半分のみの断面図
である（但し、図１０、１１においては、基板１４の図
示を省略している）。Another example of the display device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 9, 10, 11, and 12. FIG. FIG. 10 is a plan view of the display panel of the display device viewed from the face plate side, and FIG.
FIG. 3 is a plan view of the display panel in which the face plate is removed and the substrate 14 is viewed from the face plate side of the display panel. FIG. 9A shows FIG.
FIG. 9B is a sectional view taken along the line AB in FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view of only the left half of a cross-section along the CD line in FIG. 11 (however, illustration of the substrate 14 is omitted in FIGS. 10 and 11).
【００５８】まず，基板上に形成する薄膜電子源の作製
方法を述べる。図１２は基板１４上に薄膜型電子源を作
製するプロセスを示したものである。図１２には、図１
０、図１１において上部電極１１の一つと下部電極１３
の一つとが対向して形成する一つの電子源エレメントの
みを取り出して描いている。図１２の右の列には、図１
０、図１１における一つの電子源エレメントの平面図を
その垂線の周りに９０度回転したものが示されている。
図１２の左の列には、図１０、図１１における一つの電
子源エレメントのA-B線に沿う断面図を示す。図１２に
は１個の一つの電子源エレメントしか描かれていない
が，実際には，図９，図１１のように複数の電子源エレ
メントがマトリクス状に配置されている。First, a method for manufacturing a thin film electron source formed on a substrate will be described. FIG. 12 shows a process for producing a thin-film electron source on a substrate 14. FIG. 12 shows FIG.
0, one of the upper electrodes 11 and the lower electrode 13 in FIG.
Only one electron source element formed opposite to one of them is taken out and drawn. The right column of FIG.
0, a plan view of one electron source element in FIG. 11 is shown rotated by 90 degrees around its vertical line.
The left column of FIG. 12 shows a cross-sectional view of one of the electron source elements in FIGS. 10 and 11 along the line AB. Although only one electron source element is shown in FIG. 12, a plurality of electron source elements are actually arranged in a matrix as shown in FIGS.
【００５９】ガラスなどの絶縁性基板１４上に，下部電
極１３用の薄膜として，Alを例えば３００ｎｍの膜厚に
形成する。このAl膜の形成には，例えば，スパッタリン
グ法や抵抗加熱蒸着法などを用いる。次に，このAl膜
を，フォトリソグラフィによるレジスト形成と，それに
続くエッチングとによりストライプ状に加工し下部電極
１３を形成する。ここで用いるレジストはエッチングに
適したものであればよく，また，エッチングもウエット
エッチング，ドライエッチングのいずれも可能である。
この下部電極１３の表面を陽極酸化して膜厚５〜１０n
ｍ程度の絶縁層１２を形成する。本実施例では化成電圧
を４Ｖに設定し，絶縁層膜厚を5.5nmとした。これが，
図１２（a）の状態である。As a thin film for the lower electrode 13, Al is formed to a thickness of, for example, 300 nm on an insulating substrate 14 such as glass. The Al film is formed by, for example, a sputtering method or a resistance heating evaporation method. Next, the Al film is processed into a stripe shape by photolithography resist formation and subsequent etching to form a lower electrode 13. The resist used here may be a resist suitable for etching, and the etching may be wet etching or dry etching.
The surface of the lower electrode 13 is anodized to a thickness of 5 to 10 n.
An insulating layer 12 of about m is formed. In this embodiment, the formation voltage was set to 4 V, and the thickness of the insulating layer was set to 5.5 nm. This is,
This is the state shown in FIG.
【００６０】次に，レジストを塗布して紫外線で露光し
てパターニングし，図１２（b）のレジストパターン５
０１を形成する。レジストには、例えばキノンジアザイ
ド系のポジ型レジストを用いる。次にレジストパターン
５０１を付けたまま，再度陽極酸化を行い，保護層１５
を形成する。この２回目の陽極酸化は，化成電圧５０Ｖ
程度とし，保護層１５の膜厚を70nm程度とする。これ
が，図１２（c）の状態である。Next, a resist is coated and exposed to ultraviolet rays to be patterned, and the resist pattern 5 shown in FIG.
01 is formed. As the resist, for example, a quinonediazide-based positive resist is used. Next, with the resist pattern 501 still attached, anodic oxidation is performed again to form the protective layer 15.
To form This second anodic oxidation is performed at a formation voltage of 50 V
And the thickness of the protective layer 15 is about 70 nm. This is the state shown in FIG.
【００６１】レジストパターン５０１をアセトンなどの
有機溶媒で剥離した後，同様の方法で図１２（d）のレ
ジストパターン５０２を形成する。次に，上部電極バス
ライン３２となる金属膜を，基板１４の全面に成膜す
る。この上部電極バスライン３２となる金属膜は，Moな
ど，基板１４との接着性に優れた金属を下層とし，Auな
ど電気伝導性に富み，かつ酸化されにくい金属を上層と
する積層膜構成とし，スパッタリング法や蒸着法などで
連続成膜するのが望ましい。下層の材料としては，上記
Moの他に，CrやTa, W, Nbなど絶縁性基板との接着性が
よい他の金属でもよい。また，上層の材料には，上記Au
の他，Pt, Ir, Rh, Ru などが使用可能である。これら
の金属を用いることにより後で形成する上部電極１６と
の電気的接触を確保できる。なお，上記上部電極バスラ
イン３２を形成する金属膜の膜厚は，配線抵抗の要求仕
様により適宜選択する。本実施例では，Mo膜を30nm，Au
膜を100nmとした。続いて，アセトンなどの有機溶媒で
レジストパターン５０２をリフトオフすることにより，
図１２（e）の形を得る。After the resist pattern 501 is peeled off with an organic solvent such as acetone, a resist pattern 502 shown in FIG. 12D is formed by the same method. Next, a metal film to be the upper electrode bus line 32 is formed on the entire surface of the substrate 14. The metal film serving as the upper electrode bus line 32 has a laminated film configuration in which a metal such as Mo having excellent adhesion to the substrate 14 is used as a lower layer, and a metal such as Au which is rich in electrical conductivity and hardly oxidized is used as an upper layer. It is desirable to form a continuous film by a sputtering method or a vapor deposition method. As the material of the lower layer,
In addition to Mo, other metals such as Cr, Ta, W, and Nb that have good adhesion to an insulating substrate may be used. The upper material is Au
Besides, Pt, Ir, Rh, Ru, etc. can be used. By using these metals, electrical contact with the upper electrode 16 to be formed later can be ensured. The thickness of the metal film forming the upper electrode bus line 32 is appropriately selected according to the required specification of the wiring resistance. In this embodiment, the thickness of the Mo film is
The film was set to 100 nm. Subsequently, by lifting off the resist pattern 502 with an organic solvent such as acetone,
FIG. 12 (e) is obtained.
【００６２】続いて，図１２（f）のレジストパターン
５０３を形成する。この状態で，化成液に浸して陽極酸
化を行う。化成電圧は絶縁層１２を形成した際と同じ電
圧にする。本実施例の場合，４Ｖである。絶縁層１２は
これまでに何回か行ったレジストパターニング・プロセ
スにおいて，現像液などの薬品により，多少のダメージ
を受けている。そこで，上部電極を成膜する前に，この
ように絶縁層１２を再度陽極酸化することにより，ダメ
ージの修復ができる。このあと，上部電極１１をスパッ
タリング法などを用いて形成する。本実施例では，上部
電極１１としてITO膜を10nmの膜厚で用いた。Subsequently, a resist pattern 503 shown in FIG. 12F is formed. In this state, anodic oxidation is performed by immersion in a chemical conversion solution. The formation voltage is set to the same voltage as when the insulating layer 12 was formed. In the case of this embodiment, it is 4V. The insulating layer 12 has been slightly damaged by a chemical such as a developing solution in the resist patterning process performed several times so far. Therefore, the damage can be repaired by anodizing the insulating layer 12 again before forming the upper electrode. Thereafter, the upper electrode 11 is formed using a sputtering method or the like. In this embodiment, an ITO film having a thickness of 10 nm was used as the upper electrode 11.
【００６３】次いで，アセトンなどの有機溶媒でリフト
オフすると，図１２（g）に示した構造の薄膜電子源を
得る。以上のプロセスで，基板１４上に薄膜電子源が完
成する。この薄膜電子源においては，レジストパターン
５０１で規定した領域から電子が放出される。電子放出
部の周辺部に厚い絶縁膜である保護層１５を形成してあ
るため，上部電極−下部電極間に印加される電界が下部
電極の辺または角部に集中しなくなり，長時間にわたっ
て安定な電子放出特性が得られる。Next, when lift-off is performed with an organic solvent such as acetone, a thin-film electron source having a structure shown in FIG. Through the above process, a thin-film electron source is completed on the substrate 14. In this thin film electron source, electrons are emitted from a region defined by the resist pattern 501. Since the protective layer 15, which is a thick insulating film, is formed around the electron-emitting portion, the electric field applied between the upper electrode and the lower electrode does not concentrate on the sides or corners of the lower electrode, and is stable for a long time. High electron emission characteristics.
【００６４】図９における面板１１０には透光性のガラ
スなどを用いる。まず，表示装置のコントラストを上げ
る目的でブラックマトリクス１２０を形成する（図９
（b）)。ブラックマトリクス１２０は，図１０において
蛍光体１１４間に配置されるが，図１０では記載を省略
した。For the face plate 110 in FIG. 9, a light-transmitting glass or the like is used. First, a black matrix 120 is formed for the purpose of increasing the contrast of the display device (FIG. 9).
(B)). The black matrix 120 is arranged between the phosphors 114 in FIG. 10, but is not shown in FIG.
【００６５】次に赤色蛍光体１１４Ａ，緑色蛍光体１１
４Ｂ，青色蛍光体１１４Ｃを形成する。これら蛍光体の
パターン化は，通常の陰極線管の蛍光面に用いられるの
と同様に，フォトリソグラフィーを用いて行った。蛍光
体としては，例えば赤色にY2O2S:Eu（P22-R），緑色にZ
n2SiO4:Mn（P1-G1），青色にZnS:Ag（P22-B）を用いれ
ばよい。Next, the red phosphor 114A and the green phosphor 11
4B, a blue phosphor 114C is formed. The patterning of these phosphors was performed using photolithography in the same manner as used for the phosphor screen of an ordinary cathode ray tube. As a phosphor, for example, Y 2 O 2 S: Eu (P22-R) for red and Z for green
n 2 SiO 4 : Mn (P1-G1) and ZnS: Ag (P22-B) for blue may be used.
【００６６】次いで，ニトロセルロースなどの膜でフィ
ルミングした後，面板１１０全体にAlを，膜厚50〜300n
m程度蒸着してメタルバック１２２とする。その後，面
板１１０を４００℃程度に加熱してフィルミング膜やＰ
ＶＡなどの有機物を加熱分解する。このようにして，面
板１１０が完成する。Next, after filming with a film of nitrocellulose or the like, Al is applied to the entire face plate 110 to a thickness of 50 to 300 nm.
A metal back 122 is formed by vapor deposition of about m. After that, the face plate 110 is heated to about 400 ° C.
Organic substances such as VA are thermally decomposed. Thus, the face plate 110 is completed.
【００６７】このように製作した面板１１０と基板１４
とを，スペーサ６０を挟み込んでフリットガラスを用い
て封着する。面板１１０に形成された蛍光体114A, 114
B, 11Cと基板１４との位置関係は図１０に示したとおり
である。図１１には，基板１４上に形成した薄膜電子源
のパターンを図１０に対応させて示してある。但し、保
護層１５は省略してある。The face plate 110 thus manufactured and the substrate 14
Are sealed using frit glass with the spacer 60 interposed therebetween. Phosphors 114A, 114 formed on face plate 110
The positional relationship between B, 11C and the substrate 14 is as shown in FIG. FIG. 11 shows the pattern of the thin-film electron source formed on the substrate 14 corresponding to FIG. However, the protective layer 15 is omitted.
【００６８】面板１１０−基板１４間の距離は１〜３ｍ
ｍ程度とする。スペーサ６０はパネル内部を真空にした
ときに，大気圧の外部からの力によるパネルの破損を防
ぐために挿入する。したがって，基板１４，面板１１０
に厚さ３ｍｍのガラスを用いて，幅４ｃｍ×長さ９ｃｍ
程度以下の表示面積の表示装置を製作する場合には，面
板１１０と基板１４自体の機械強度で大気圧に耐え得る
ので，スペーサ６０を挿入する必要はない。スペーサ６
０の形状は例えば図１０のようにする。ここでは，R
（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）に発光するドット毎，すな
わち上部電極11の３列毎にスペーサの支柱を設けている
が，機械強度が耐える範囲で，支柱の数（密度）を減ら
してかまわない。スペーサ６０としては、厚さ１〜３ｍ
ｍ程度のガラスやセラミックスなどの絶縁板に，例えば
サンドブラスト法などで電子源エレメントを露出させる
所望の形状の穴を加工したものを使うことが出来る。The distance between the face plate 110 and the substrate 14 is 1 to 3 m
m. The spacer 60 is inserted to prevent the panel from being damaged by an external force of the atmospheric pressure when the inside of the panel is evacuated. Therefore, the substrate 14, the face plate 110
3mm thick glass, width 4cm x length 9cm
In the case of manufacturing a display device having a display area smaller than that, it is not necessary to insert the spacer 60 because the mechanical strength of the face plate 110 and the substrate 14 can withstand atmospheric pressure. Spacer 6
The shape of 0 is, for example, as shown in FIG. Here, R
The columns of the spacer are provided for each of the dots emitting light in (red), G (green), and B (blue), that is, for every three rows of the upper electrode 11, but the number (density) of the columns is as long as the mechanical strength can withstand. May be reduced. The spacer 60 has a thickness of 1 to 3 m.
An insulating plate made of glass or ceramic having a size of about m and having a hole of a desired shape for exposing the electron source element formed by, for example, a sandblast method can be used.
【００６９】封着したパネルは，1×10-7 Torr程度の真
空に排気して，封止する。このようにして，薄膜電子源
を用いた表示パネルが完成する。The sealed panel is evacuated to a vacuum of about 1 × 10 −7 Torr and sealed. Thus, a display panel using the thin-film electron source is completed.
【００７０】このように本実施例では，面板１１０−基
板１４間の距離は１〜３ｍｍ程度と大きいので，メタル
バック１２２に印加する加速電圧を３〜６ＫＶと高電圧
に出来る。したがって，上述のように，蛍光体１１４に
は陰極線管（ＣＲＴ）用の蛍光体を使用できる。As described above, in this embodiment, since the distance between the face plate 110 and the substrate 14 is as large as about 1 to 3 mm, the acceleration voltage applied to the metal back 122 can be as high as 3 to 6 KV. Therefore, as described above, a phosphor for a cathode ray tube (CRT) can be used as the phosphor 114.
【００７１】図１３は、このようにして製作した表示装
置パネル100の駆動回路への結線図である。下部電極13
は下部電極駆動回路41へ結線し、上部電極バスライン32
は上部電極駆動回路42に結線する。加速電極112は加速
電極駆動回路43へ結線する。n番目の下部電極13Knとm番
目の上部電極バスライン32Cmの交点のドットを（n, m）
で表すことにする。FIG. 13 is a connection diagram of the display panel 100 manufactured in this manner to a drive circuit. Lower electrode 13
Is connected to the lower electrode drive circuit 41 and the upper electrode bus line 32
Is connected to the upper electrode drive circuit 42. The acceleration electrode 112 is connected to the acceleration electrode drive circuit 43. The dot at the intersection of the nth lower electrode 13Kn and the mth upper electrode bus line 32Cm is (n, m)
Will be represented by
【００７２】図１４は、各駆動回路の発生電圧の波形を
示す。図１４には記されていないが、加速電極112には
３〜６ＫＶ程度の電圧を常時印加する。FIG. 14 shows the waveform of the voltage generated by each drive circuit. Although not shown in FIG. 14, a voltage of about 3 to 6 KV is constantly applied to the acceleration electrode 112.
【００７３】時刻ｔ0ではいずれの電極も電圧ゼロであ
るので電子は放出されず、したがって、蛍光体114は発
光しない。At time t0, no voltage is applied to any of the electrodes, so that no electrons are emitted, and thus the phosphor 114 does not emit light.
【００７４】時刻ｔ1において、下部電極13K1には−Ｖ1
なる電圧を、上部電極バスライン32C1、C2には＋Ｖ2な
る電圧を印加する。ドット（1, 1）、（1, 2）の下部電
極13と上部電極との間には（Ｖ1＋Ｖ2）なる電圧が印加
されるので、（Ｖ1＋Ｖ2）を電子放出開始電圧以上に設
定しておけば、この２つのドットの薄膜電子源からは電
子が真空10中に放出される。放出された電子は加速電極
112に印加された電圧により加速された後、蛍光体114に
衝突し、蛍光体114を発光させる。At time t1, the lower electrode 13K1 has -V1
And a voltage of + V2 is applied to the upper electrode bus lines 32C1 and C2. Since a voltage (V1 + V2) is applied between the lower electrode 13 and the upper electrode of the dots (1, 1) and (1, 2), if (V1 + V2) is set to be equal to or higher than the electron emission start voltage. Electrons are emitted into the vacuum 10 from the two-dot thin-film electron source. The emitted electrons are accelerating electrodes
After being accelerated by the voltage applied to 112, it collides with phosphor 114 and causes phosphor 114 to emit light.
【００７５】時刻ｔ2において、下部電極13K2に−Ｖ1な
る電圧を印加し、上部電極バスライン32C1にＶ2なる電
圧を印加すると、同様にドット（2, 1）が点灯する。こ
のようにして、図14の電圧波形を印加すると、図１3の
斜線を施したドットのみが点灯する。At time t2, when the voltage -V1 is applied to the lower electrode 13K2 and the voltage V2 is applied to the upper electrode bus line 32C1, the dot (2, 1) is similarly turned on. Thus, when the voltage waveform of FIG. 14 is applied, only the hatched dots of FIG. 13 are turned on.
【００７６】このようにして、上部電極バスライン32に
印加する信号を変えることにより所望の画像または情報
を表示することができる。また、上部電極バスライン32
への印加電圧Ｖ1の大きさを画像信号に合わせて適宜変
えることにより、階調のある画像を表示することができ
る。Thus, a desired image or information can be displayed by changing the signal applied to the upper electrode bus line 32. Also, the upper electrode bus line 32
By appropriately changing the magnitude of the applied voltage V1 to the image signal, an image with gradation can be displayed.
【００７７】本発明の薄膜電子源を用いると，高い電子
放出効率のためダイオード電流が小さくてすみ，したが
って，下部電極１３および上部電極バスライン３２の配
線抵抗に関する要求が緩和される。さらに，駆動回路の
出力電流も小さくて済むため，低コスト化が図れる。ま
た，ダイオード電流を従来並に保てば，電子放出効率向
上分だけ，電子放出電流が増加するため，高輝度の表示
装置が実現できる。次に本発明を用いた電子線描画装置
の実施例を図１５を用いて説明する。電子線描画装置の
場合、電子源は少なくとも１つあればよいが、本実施例
では薄膜型電子源を格子状に２次元配列して作製したマ
ルチ電子線源200を搭載した電子線描画装置について説
明する。When the thin-film electron source of the present invention is used, the diode current can be reduced due to the high electron emission efficiency, so that the requirements regarding the wiring resistance of the lower electrode 13 and the upper electrode bus line 32 are eased. Further, since the output current of the drive circuit can be small, the cost can be reduced. Also, if the diode current is kept at the same level as in the prior art, the electron emission current increases by an amount corresponding to the improvement in the electron emission efficiency, so that a display device with high luminance can be realized. Next, an embodiment of an electron beam lithography apparatus using the present invention will be described with reference to FIG. In the case of an electron beam lithography apparatus, at least one electron source is sufficient. In the present embodiment, an electron beam lithography apparatus equipped with a multi-electron beam source 200 formed by two-dimensionally arranging thin-film electron sources in a lattice shape is used. explain.
【００７８】マルチ電子線源200には表示素子の実施例
で記載したのと同じ駆動法を適用し、描画しようとする
集積回路パタ−ンの形状の電子ビ−ムを放出させる。こ
の電子ビ−ムは、ブランカ(blanker)210を通った後、電
子レンズ220により1/100程度に縮小され、偏向器230に
より偏向されるので、集積回路パタ-ンがウェハ240上に
転写される。この電子線描画装置はパタ−ンが一括転写
できるのに加え、本発明で放出効率を向上させた分，放
出電流密度が高いため、レジストの感光時間が短い。し
たがって従来の電子線描画装置に比べ、スル−プットを
大幅に改善することが可能となる。The same driving method as described in the embodiment of the display element is applied to the multi-electron beam source 200 to emit an electron beam in the shape of an integrated circuit pattern to be drawn. After passing through a blanker 210, the electron beam is reduced to about 1/100 by an electron lens 220 and deflected by a deflector 230, so that an integrated circuit pattern is transferred onto a wafer 240. You. In this electron beam lithography apparatus, in addition to being able to transfer patterns all at once, the emission current density is high due to the improvement of the emission efficiency in the present invention, so that the resist exposure time is short. Therefore, the throughput can be greatly improved as compared with the conventional electron beam drawing apparatus.
【００７９】[0079]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、薄膜電
子源において，ホットエレクトロンが通過する上部電極
中での電子のエネルギー損失を低減させ，その結果，電
子放出効率が向上される。これにより，従来並のダイオ
ード電流を用いた場合には，高い放出電流が得られる。
また，従来と同一の放出電流密度を所望する場合には，
従来より少ない駆動電流で済むため，給電線および駆動
回路の簡易化が図れる。As described above, according to the present invention, in the thin-film electron source, the energy loss of electrons in the upper electrode through which hot electrons pass is reduced, and as a result, the electron emission efficiency is improved. As a result, a high emission current can be obtained when a diode current equivalent to the conventional one is used.
If the same emission current density is required,
Since the driving current is smaller than in the conventional case, the power supply line and the driving circuit can be simplified.
【図１】本発明による薄膜電子源の第１の実施例を示し
た図である。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a thin-film electron source according to the present invention.
【図２】薄膜電子源の動作原理を模式的に示した図であ
る。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating the operation principle of a thin-film electron source.
【図３】固体中でのホットエレクトロンの散乱過程を模
式的に示すエネルギー状態図である。FIG. 3 is an energy phase diagram schematically showing a hot electron scattering process in a solid.
【図４】薄膜型電子源の電子放出効率の上部電極材料依
存性を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing the dependence of the electron emission efficiency of a thin-film electron source on the material of an upper electrode.
【図５】各種金属の状態密度関数を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing density of states functions of various metals.
【図６】本発明で用いる駆動電圧波形を示した波形図で
ある。FIG. 6 is a waveform diagram showing a drive voltage waveform used in the present invention.
【図７】本発明による薄膜型電子源の第２の実施例を示
した図である。FIG. 7 is a view showing a second embodiment of the thin-film electron source according to the present invention.
【図８】本発明による薄膜型電子源の第３の実施例を示
した図である。FIG. 8 is a view showing a third embodiment of the thin-film electron source according to the present invention.
【図９】本発明による薄膜型電子源を用いた表示装置の
別の実施例の断面図である。FIG. 9 is a sectional view of another embodiment of the display device using the thin-film electron source according to the present invention.
【図１０】本発明による薄膜型電子源を用いた表示装置
の別の実施例における蛍光面位置を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing a phosphor screen position in another embodiment of the display device using the thin-film electron source according to the present invention.
【図１１】本発明による薄膜型電子源を用いた表示装置
の別の実施例における基板の平面図である。FIG. 11 is a plan view of a substrate in another embodiment of the display device using the thin-film electron source according to the present invention.
【図１２】本発明による薄膜型電子源を用いた表示装置
の別の実施例における電子源作成プロセスを示す図であ
る。FIG. 12 is a diagram showing an electron source creation process in another embodiment of the display device using the thin film type electron source according to the present invention.
【図１３】上記表示装置の駆動回路への結線を示した図
である。FIG. 13 is a diagram showing connection to a drive circuit of the display device.
【図１４】上記表示装置での駆動電圧波形を示した図で
ある。FIG. 14 is a diagram showing a drive voltage waveform in the display device.
【図１５】本発明を用いた電子線描画装置の実施例を示
した図である。FIG. 15 is a diagram showing an embodiment of an electron beam drawing apparatus using the present invention.
１０・・・真空、１１・・・上部電極、１２・・・絶縁
層、１３・・・下部電極、１４・・・基板、１５・・・
保護層、２０・・・駆動電圧、３２・・・上部電極バス
ライン、１１０・・・面板、１１２・・・加速電極、１
１４・・・蛍光体、１２０・・・ブラックマトリクス，
１２２・・・メタルバック，４１・・・下部電極駆動回
路、４２・・・上部電極駆動回路、４３・・・加速電極
駆動回路、２００・・・マルチ電子線源、２１０・・・
ブランカ、２２０・・・電子レンズ、２３０・・・偏向
器、２４０・・・ウェハ，５０１・・・レジスト，５０
２・・・レジスト，５０３・・・レジスト。10 vacuum, 11 upper electrode, 12 insulating layer, 13 lower electrode, 14 substrate, 15
Protection layer, 20: drive voltage, 32: upper electrode bus line, 110: face plate, 112: acceleration electrode, 1
14 ... phosphor, 120 ... black matrix,
122: metal back, 41: lower electrode drive circuit, 42: upper electrode drive circuit, 43: acceleration electrode drive circuit, 200: multi-electron beam source, 210:
Blanker, 220: Electronic lens, 230: Deflector, 240: Wafer, 501: Resist, 50
2 ... resist, 503 ... resist.
Claims (26)
層した構造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間
に、前記下部電極に対して前記上部電極が正電圧になる
極性の電圧を印加した際に、真空中において前記上部電
極の表面から電子を放出する薄膜型電子源において、前
記上部電極として、Ｓｉよりも広い禁制帯幅を有し、か
つ導電性を有する材料を用いたことを特徴とする薄膜型
電子源。An electrode having a structure in which a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode are stacked in this order, and having a polarity between the lower electrode and the upper electrode, wherein the upper electrode has a positive voltage with respect to the lower electrode. In a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode in a vacuum when a voltage is applied, a material having a wider band gap than Si and having conductivity is used as the upper electrode. A thin-film electron source.
層した構造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間
に、真空中において前記下部電極に対して前記上部電極
が正電圧になる極性の電圧を印加した際に、前記上部電
極の表面から電子を放出する薄膜型電子源において、前
記上部電極として、導電性酸化物を用いたことを特徴と
する薄膜型電子源。2. A structure in which a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and between the lower electrode and the upper electrode, the upper electrode has a positive voltage with respect to the lower electrode in a vacuum. A thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode when a voltage having a certain polarity is applied, wherein a conductive oxide is used as the upper electrode.
層した構造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間
に、真空中において前記下部電極に対して前記上部電極
が正電圧になる極性の電圧を印加した際に、前記上部電
極の表面から電子を放出する薄膜型電子源において、前
記上部電極として、酸化錫，Snをドープした酸化インジ
ウム，酸化亜鉛，Cd2SnO4のいずれか一つあるいはそれ
らの混合膜を用いたことを特徴とする薄膜型電子源。3. A structure in which a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the upper electrode has a positive voltage with respect to the lower electrode in a vacuum between the lower electrode and the upper electrode. In a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode when a voltage of a certain polarity is applied, any of tin oxide, indium oxide doped with Sn, zinc oxide, and Cd 2 SnO 4 may be used as the upper electrode. A thin-film electron source characterized by using one or a mixture thereof.
層した構造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間
に、真空中において前記下部電極に対して前記上部電極
が正電圧になる極性の電圧を印加した際に、前記上部電
極の表面から電子を放出する薄膜型電子源において、前
記上部電極として、GaN，SiCのいずれかを用いたことを
特徴とする薄膜型電子源。4. A structure in which a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the upper electrode has a positive voltage with respect to the lower electrode in a vacuum between the lower electrode and the upper electrode. A thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode when a voltage having a certain polarity is applied, wherein one of GaN and SiC is used as the upper electrode.
型電子源において前記下部電極として金属を用いたこと
を特徴とする薄膜型電子源。5. The thin-film electron source according to claim 1, wherein a metal is used for said lower electrode.
型電子源において前記下部電極として半導体を用いたこ
とを特徴とする薄膜型電子源。6. A thin-film electron source according to claim 1, wherein a semiconductor is used as said lower electrode.
型電子源において，前記絶縁層として，絶縁体と半導体
の積層膜を用いたことを特徴とする薄膜型電子源。7. The thin-film electron source according to claim 1, wherein a laminated film of an insulator and a semiconductor is used as said insulating layer.
の順に積層した構造を有し、前記下部電極と前記上部電
極の間に、真空中において前記下部電極に対して前記上
部電極が正電圧になる極性の電圧を印加した際に、前記
上部電極の表面から電子を放出する薄膜型電子源におい
て、前記上部電極として、Ｓｉよりも広い禁制帯幅を有
し、かつ導電性を有する材料を用いたことを特徴とする
薄膜型電子源。8. A structure in which a lower electrode, a semiconductor, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the upper electrode is positive between the lower electrode and the upper electrode with respect to the lower electrode in a vacuum. In a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode when a voltage having a polarity that becomes a voltage is applied, as the upper electrode, a material having a wider band gap than Si and having conductivity. A thin film type electron source characterized by using:
の順に積層した構造を有し、前記下部電極と前記上部電
極の間に、真空中において前記下部電極に対して前記上
部電極が正電圧になる極性の電圧を印加した際に、前記
上部電極の表面から電子を放出する薄膜型電子源におい
て、前記上部電極として、導電性酸化物を用いたことを
特徴とする薄膜型電子源。9. A structure in which a lower electrode, a semiconductor, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the upper electrode is positive between the lower electrode and the upper electrode with respect to the lower electrode in a vacuum. A thin-film electron source, wherein a conductive oxide is used as the upper electrode in a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode when a voltage having a polarity that becomes a voltage is applied.
この順に積層した構造を有し、前記下部電極と前記上部
電極の間に、真空中において前記下部電極に対して前記
上部電極が正電圧になる極性の電圧を印加した際に、前
記上部電極の表面から電子を放出する薄膜型電子源にお
いて、前記上部電極として、酸化錫，Snをドープした酸
化インジウム，酸化亜鉛，Cd2SnO4のいずれか一つある
いはそれらの混合膜を用いたことを特徴とする薄膜型電
子源。10. A structure in which a lower electrode, a semiconductor, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the upper electrode is positive between the lower electrode and the upper electrode in a vacuum with respect to the lower electrode. In a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode when a voltage having a polarity that becomes a voltage is applied, as the upper electrode, tin oxide, indium oxide doped with Sn, zinc oxide, Cd 2 SnO 4 A thin film type electron source characterized by using any one of the above or a mixed film thereof.
この順に積層した構造を有し、前記下部電極と前記上部
電極の間に、真空中において前記下部電極に対して前記
上部電極が正電圧になる極性の電圧を印加した際に、前
記上部電極の表面から電子を放出する薄膜型電子源にお
いて、前記上部電極として、GaN，SiCのいずれかを用い
たことを特徴とする薄膜型電子源。11. A structure in which a lower electrode, a semiconductor, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the upper electrode is positive between the lower electrode and the upper electrode with respect to the lower electrode in a vacuum. A thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode when a voltage having a polarity that becomes a voltage is applied, wherein one of GaN and SiC is used as the upper electrode. source.
記載の薄膜型電子源を複数個配列してなる薄膜型電子源
配列基板を、電子源として用いたことを特徴とする薄膜
型電子源応用機器。12. A thin-film type electron source, wherein a thin-film type electron source array substrate comprising a plurality of the thin-film type electron sources according to claim 1 is used as an electron source. Source applied equipment.
記載の薄膜型電子源を２次元配列してなる薄膜型電子源
配列基板を、電子源として用いたことを特徴とする薄膜
型電子源応用機器。13. A thin-film type electron source, wherein the thin-film type electron source array substrate formed by two-dimensionally arranging the thin-film type electron sources according to claim 1 is used as an electron source. Source applied equipment.
記載の薄膜型電子源を２次元配列してなる薄膜型電子源
配列基板と、該基板に対向配置された、蛍光体を塗布し
た面板とを用いたことを特徴とする薄膜型電子源応用表
示装置。14. A thin-film electron source array substrate in which the thin-film electron sources according to any one of claims 1 to 11 are two-dimensionally arranged, and a phosphor, which is opposed to said substrate, is applied. A thin-film-type electron source application display device comprising a face plate.
記載の薄膜型電子源の少なくとも一つと、該電子源から
の電子ビ-ムに作用する電子レンズとを備えたことを特
徴とする薄膜型電子源応用電子線描画装置。15. A thin film type electron source according to claim 1, further comprising an electron lens acting on an electron beam from said electron source. Electron beam lithography system using thin film type electron source.
記載の薄膜型電子源を２次元配列してなる薄膜型電子源
配列基板と、該電子源からの電子ビ-ムに作用する電子
レンズとを備えたことを特徴とする薄膜型電子源応用電
子線描画装置。16. A thin film type electron source array substrate in which the thin film type electron sources according to claim 1 are arranged two-dimensionally, and electrons acting on an electron beam from the electron source. An electron beam lithography apparatus using a thin-film electron source, comprising a lens.
積層した構造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間
に、前記下部電極に対して前記上部電極が正電圧になる
極性の電圧を印加した際に、真空中において前記上部電
極の表面から電子を放出する薄膜型電子源において、前
記上部電極として、Ｓｉよりも広い禁制帯幅を有しかつ
導電性を有する材料と金属との積層膜を用いたことを特
徴とする薄膜型電子源。17. A structure in which a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and between the lower electrode and the upper electrode, a polarity having a polarity such that the upper electrode has a positive voltage with respect to the lower electrode. In a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode in a vacuum when a voltage is applied, as the upper electrode, a material and a metal having a band gap wider than Si and having conductivity are used. A thin-film electron source characterized by using a laminated film of:
この順に積層した構造を有し、前記下部電極と前記上部
電極の間に、前記下部電極に対して前記上部電極が正電
圧になる極性の電圧を印加した際に、真空中において前
記上部電極の表面から電子を放出する薄膜型電子源にお
いて、前記上部電極として、Ｓｉよりも広い禁制帯幅を
有しかつ導電性を有する材料と金属との積層膜を用いた
ことを特徴とする薄膜型電子源。18. A structure in which a lower electrode, a semiconductor, an insulating layer, and an upper electrode are stacked in this order, and the upper electrode has a positive voltage between the lower electrode and the upper electrode with respect to the lower electrode. In a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode in a vacuum when a polarity voltage is applied, the upper electrode has a material having a wider band gap than Si and having conductivity. A thin-film electron source characterized by using a laminated film with a metal.
において、前記Ｓｉよりも広い禁制帯幅を有しかつ導電
性を有する材料として、導電性酸化物を用いたことを特
徴とする薄膜型電子源。19. The thin film type electron source according to claim 17, wherein a conductive oxide is used as the material having a wider band gap than Si and having conductivity. Type electron source.
において、前記Ｓｉよりも広い禁制帯幅を有しかつ導電
性を有する材料として、酸化錫，Snをドープした酸化イ
ンジウム，酸化亜鉛，Cd2SnO4のいずれか一つあるいは
それらの混合膜を用いたことを特徴とする薄膜型電子
源。20. The thin-film electron source according to claim 17, wherein the material having a band gap wider than that of Si and having conductivity is tin oxide, indium oxide doped with Sn, zinc oxide, or the like. A thin-film electron source characterized by using any one of Cd 2 SnO 4 or a mixed film thereof.
において、前記Ｓｉよりも広い禁制帯幅を有しかつ導電
性を有する材料として、GaN，SiCのいずれかを用いたこ
とを特徴とする薄膜型電子源。21. The thin-film electron source according to claim 17, wherein one of GaN and SiC is used as the material having a wider bandgap than Si and having conductivity. Thin-film electron source.
積層した構造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間
に、前記下部電極に対して前記上部電極が正電圧になる
極性の電圧を印加した際に、真空中において前記上部電
極の表面から電子を放出する薄膜型電子源において、前
記上部電極として、３eV以上の禁制帯幅を有しかつ導電
性を有する材料を用いたことを特徴とする薄膜型電子
源。22. A structure in which a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and between the lower electrode and the upper electrode, a polarity in which the upper electrode has a positive voltage with respect to the lower electrode. In a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode in a vacuum when a voltage is applied, a material having a band gap of 3 eV or more and having conductivity is used as the upper electrode. A thin-film electron source characterized by the following.
この順に積層した構造を有し、前記下部電極と前記上部
電極の間に、前記下部電極に対して前記上部電極が正電
圧になる極性の電圧を印加した際に、真空中において前
記上部電極の表面から電子を放出する薄膜型電子源にお
いて、前記上部電極として、３eV以上の禁制帯幅を有し
かつ導電性を有する材料を用いたことを特徴とする薄膜
型電子源。23. A structure in which a lower electrode, a semiconductor, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the upper electrode has a positive voltage between the lower electrode and the upper electrode with respect to the lower electrode. In a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode in a vacuum when a polar voltage is applied, a material having a band gap of 3 eV or more and having conductivity is used as the upper electrode. A thin-film electron source.
積層した構造を有し、前記下部電極と前記上部電極の間
に、前記下部電極に対して前記上部電極が正電圧になる
極性の電圧を印加した際に、真空中において前記上部電
極の表面から電子を放出する薄膜型電子源において、前
記上部電極として、３eV以上の禁制帯幅を有しかつ導電
性を有する材料と金属との積層膜を用いたことを特徴と
する薄膜型電子源。24. A structure in which a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and between the lower electrode and the upper electrode, a polarity of which the upper electrode has a positive voltage with respect to the lower electrode. When a voltage is applied, in a thin-film electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode in a vacuum, the upper electrode has a forbidden band width of 3 eV or more and a conductive material and metal. A thin-film electron source characterized by using a laminated film.
この順に積層した構造を有し、前記下部電極と前記上部
電極の間に、前記下部電極に対して前記上部電極が正電
圧になる極性の電圧を印加した際に、真空中において前
記上部電極の表面から電子を放出する薄膜型電子源にお
いて、前記上部電極として、３eV以上の禁制帯幅を有し
かつ導電性を有する材料と金属との積層膜を用いたこと
を特徴とする薄膜型電子源。25. A structure in which a lower electrode, a semiconductor, an insulating layer, and an upper electrode are laminated in this order, and the upper electrode has a positive voltage between the lower electrode and the upper electrode with respect to the lower electrode. In a thin-film type electron source that emits electrons from the surface of the upper electrode in a vacuum when a voltage of polarity is applied, a material and a metal having a band gap of 3 eV or more and having conductivity as the upper electrode A thin film type electron source characterized by using a laminated film of:
型電子源において、前記３eV以上の禁制帯幅を有しかつ
導電性を有する材料の抵抗率が１０ー3Ωｃｍ以下である
ことを特徴とする薄膜型電子源。26. A thin-film electron source according to any one of claims 22 to 25, that the resistivity of the material with a and conductivity the 3eV or more forbidden band width is 10 @ 3 [Omega] cm or less A thin-film electron source characterized by the following.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32766497A JPH11162328A (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Thin film type electron source, display apparatus employing thin film type electron source, and apparatus employing thin film type electron source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32766497A JPH11162328A (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Thin film type electron source, display apparatus employing thin film type electron source, and apparatus employing thin film type electron source |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11162328A true JPH11162328A (en) | 1999-06-18 |
Family
ID=18201598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32766497A Pending JPH11162328A (en) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | Thin film type electron source, display apparatus employing thin film type electron source, and apparatus employing thin film type electron source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11162328A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000074098A1 (en) * | 1999-05-28 | 2000-12-07 | Hitachi, Ltd. | Thin-film electron source, display and device |
| JP2006093087A (en) * | 2004-08-27 | 2006-04-06 | National Univ Corp Shizuoka Univ | Nitride semiconductor electron emitting element |
-
1997
- 1997-11-28 JP JP32766497A patent/JPH11162328A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000074098A1 (en) * | 1999-05-28 | 2000-12-07 | Hitachi, Ltd. | Thin-film electron source, display and device |
| US6818941B1 (en) | 1999-05-28 | 2004-11-16 | Hitachi, Ltd. | Thin film electron emitter, display device using the same and applied machine |
| JP2006093087A (en) * | 2004-08-27 | 2006-04-06 | National Univ Corp Shizuoka Univ | Nitride semiconductor electron emitting element |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3633154B2 (en) | Thin film type electron source and thin film type electron source application equipment | |
| KR100405886B1 (en) | Electron emission material, method of manufacturing the same, and device using a net | |
| US7541731B2 (en) | Flat-panel display | |
| WO2003049132A1 (en) | Electron emitting device and method of manufacturing the same and display apparatus using the same | |
| EP0926698A2 (en) | Electron emitting device based flat panel display apparatus | |
| US6765347B2 (en) | Display device | |
| JP3066573B2 (en) | Field emission display device | |
| JP3826790B2 (en) | Thin-film electron source, display device using the same, and applied equipment | |
| US7075223B2 (en) | Electron beam apparatus with potential specifying plate structure | |
| JPH11204024A (en) | Thin film electron source and display panel and display apparatus using it | |
| JPH11162328A (en) | Thin film type electron source, display apparatus employing thin film type electron source, and apparatus employing thin film type electron source | |
| WO1999048123A1 (en) | Thin-film electron source and display produced by using the same | |
| JP3643503B2 (en) | Thin film type electron source, manufacturing method thereof, and thin film type electron source applied apparatus | |
| JP2000030603A (en) | Thin film electron source, its drive method, its manufacture and display device using it | |
| JP2006128141A (en) | Thin film type electron source, and display device and application equipment using it | |
| JP3660831B2 (en) | Thin film electron source and display device | |
| JP3598267B2 (en) | Image display device | |
| JP4209556B2 (en) | Display device | |
| JP2005050829A (en) | Thin film type electron source and thin film type electron source application equipement | |
| CN102254765A (en) | Method for preparing field emission device | |
| JP2007012633A (en) | Thin film type electron source, and display device and applied apparatus using the same | |
| JP2007266002A (en) | Display device | |
| JP3488967B2 (en) | Electron emission device flat panel display device | |
| JP2007266001A (en) | Display device | |
| JP2007095710A (en) | Thin-film electron source and application apparatus of thin-film electron source |