JPH11238451A - 電界放出冷陰極及びその製造方法 - Google Patents
電界放出冷陰極及びその製造方法Info
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- JPH11238451A JPH11238451A JP3886898A JP3886898A JPH11238451A JP H11238451 A JPH11238451 A JP H11238451A JP 3886898 A JP3886898 A JP 3886898A JP 3886898 A JP3886898 A JP 3886898A JP H11238451 A JPH11238451 A JP H11238451A
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- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/304—Field-emissive cathodes
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- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 長時間の動作によってもリーク電流が生じな
い電界放出冷陰極を提供する。 【解決手段】 導電性基板上に設けられた絶縁層と、ゲ
ート電極と、該ゲート電極が開口され該絶縁層に形成さ
れた空洞内に設けられた先端の先鋭な略円錐状のエミッ
タとを有する電界放出冷陰極において、前記エミッタ
は、前記基板に段差を形成して設けられた凸部上に設
け、前記空洞は、該段差により絶縁層側壁にエミッタに
対する死角ができるように、該凸部周囲の段差の上部全
体を露出させて形成する。
い電界放出冷陰極を提供する。 【解決手段】 導電性基板上に設けられた絶縁層と、ゲ
ート電極と、該ゲート電極が開口され該絶縁層に形成さ
れた空洞内に設けられた先端の先鋭な略円錐状のエミッ
タとを有する電界放出冷陰極において、前記エミッタ
は、前記基板に段差を形成して設けられた凸部上に設
け、前記空洞は、該段差により絶縁層側壁にエミッタに
対する死角ができるように、該凸部周囲の段差の上部全
体を露出させて形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出冷陰極及
びその製造方法に関する。
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図８は、従来技術であるスピント（Ｓｐ
ｉｎｄｔ）型冷陰極の構造を示す断面図である。図８に
示すように、導電性を有する基板１上に金属材料で形成
され尖鋭な先端を持つエミッタ４と、その先端を取り囲
むように配置されたゲート電極３との間に１０〜１００
Ｖ程度の電圧を印加することにより、エミッタ４の先端
に電界を集中させて高電界（２０〜５０ＭＶ／ｃｍ）と
することで、トンネル効果により電子ビームを放出させ
る。
ｉｎｄｔ）型冷陰極の構造を示す断面図である。図８に
示すように、導電性を有する基板１上に金属材料で形成
され尖鋭な先端を持つエミッタ４と、その先端を取り囲
むように配置されたゲート電極３との間に１０〜１００
Ｖ程度の電圧を印加することにより、エミッタ４の先端
に電界を集中させて高電界（２０〜５０ＭＶ／ｃｍ）と
することで、トンネル効果により電子ビームを放出させ
る。
【０００３】このような電界放出冷陰極は、半導体の微
細加工技術を駆使してサブミクロンの微小構造とするこ
とで、エミッタ先端への電界集中が増し、単位面積当た
りに形成可能なエミッタ数も増やせるため、更に低い電
圧での大電流動作が可能となる。
細加工技術を駆使してサブミクロンの微小構造とするこ
とで、エミッタ先端への電界集中が増し、単位面積当た
りに形成可能なエミッタ数も増やせるため、更に低い電
圧での大電流動作が可能となる。
【０００４】しかしその反面、非常に間隔の狭いゲート
電極３と基板１の間に電圧を印加するため、その間での
絶縁性の確保が課題であった。電界放出冷陰極の動作環
境中では、残留するガスが電子ビームによりイオン化さ
れエミッタ４をスパッタするため、絶縁層２の側壁には
エミッタ４の材料が再付着してリークパスを形成する。
電極３と基板１の間に電圧を印加するため、その間での
絶縁性の確保が課題であった。電界放出冷陰極の動作環
境中では、残留するガスが電子ビームによりイオン化さ
れエミッタ４をスパッタするため、絶縁層２の側壁には
エミッタ４の材料が再付着してリークパスを形成する。
【０００５】これを防止するために、特開平８−３２１
２５５号公報には、図９に示すように、異なる材質の絶
縁層（絶縁層２ａ、絶縁層２ｂ）を積層して、例えば絶
縁層２ａのみを選択的にエッチングして後退させること
で、ゲート電極３から基板１に至る距離を長くさせて、
リーク電流の低減を図る技術が提案されている。
２５５号公報には、図９に示すように、異なる材質の絶
縁層（絶縁層２ａ、絶縁層２ｂ）を積層して、例えば絶
縁層２ａのみを選択的にエッチングして後退させること
で、ゲート電極３から基板１に至る距離を長くさせて、
リーク電流の低減を図る技術が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術でも、長時間の動作により絶縁性は劣化してし
まう。その理由は、ゲート電極３から基板１に至る距離
をたとえ長くしても、エミッタ４に対する死角を絶縁層
２に設けなければ、長時間の動作により必ずリークパス
が形成されるためである。
従来技術でも、長時間の動作により絶縁性は劣化してし
まう。その理由は、ゲート電極３から基板１に至る距離
をたとえ長くしても、エミッタ４に対する死角を絶縁層
２に設けなければ、長時間の動作により必ずリークパス
が形成されるためである。
【０００７】そこで本発明の目的は、長時間の動作によ
ってもリーク電流が生じない電界放出冷陰極およびその
製造方法を提供することである。
ってもリーク電流が生じない電界放出冷陰極およびその
製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完
成した。
を達成するために種々の検討を重ねた結果、本発明を完
成した。
【０００９】本発明は、導電性基板上に設けられた絶縁
層と、ゲート電極と、該ゲート電極が開口され該絶縁層
に形成された空洞内に設けられた先端の先鋭な略円錐状
のエミッタとを有する電界放出冷陰極において、前記エ
ミッタは、前記基板に段差を形成して設けられた凸部上
に設けられ、前記空洞は、該段差により絶縁層側壁にエ
ミッタに対する死角ができるように、該凸部周囲の段差
の少なくとも上部全体を露出させて形成されていること
を特徴とする電界放出冷陰極に関する。
層と、ゲート電極と、該ゲート電極が開口され該絶縁層
に形成された空洞内に設けられた先端の先鋭な略円錐状
のエミッタとを有する電界放出冷陰極において、前記エ
ミッタは、前記基板に段差を形成して設けられた凸部上
に設けられ、前記空洞は、該段差により絶縁層側壁にエ
ミッタに対する死角ができるように、該凸部周囲の段差
の少なくとも上部全体を露出させて形成されていること
を特徴とする電界放出冷陰極に関する。
【００１０】また本発明は、導電性基板上に設けられた
絶縁層と、ゲート電極と、該ゲート電極が開口され該絶
縁層に形成された空洞内に設けられた先端の先鋭な略円
錐状のエミッタと、トレンチ構造部とを有する電界放出
冷陰極において、前記エミッタは、前記トレンチ構造部
に囲まれた基板上に設けられ、前記空洞は、絶縁層側壁
にエミッタに対する死角ができるように、トレンチ構造
部の基板周囲部分が除去されて基板周囲に段差が形成さ
れていることを特徴とする電界放出冷陰極に関する。
絶縁層と、ゲート電極と、該ゲート電極が開口され該絶
縁層に形成された空洞内に設けられた先端の先鋭な略円
錐状のエミッタと、トレンチ構造部とを有する電界放出
冷陰極において、前記エミッタは、前記トレンチ構造部
に囲まれた基板上に設けられ、前記空洞は、絶縁層側壁
にエミッタに対する死角ができるように、トレンチ構造
部の基板周囲部分が除去されて基板周囲に段差が形成さ
れていることを特徴とする電界放出冷陰極に関する。
【００１１】また本発明は、導電性基板上に段差を形成
して凸部を設けその上に絶縁層を形成する工程と、該絶
縁層の表面を平坦化後その上にゲート電極を形成する工
程と、前記凸部が露出するように異方性エッチングによ
り開口穴を形成する工程と、前記凸部周囲の段差の少な
くとも上部全体が露出するように等方性エッチングによ
り空洞を形成する工程と、該空洞外部表面に剥離層を形
成後エミッタ材を蒸着して該空洞内の前記凸部上にエミ
ッタを形成し、次いで該剥離層とともに余分なエミッタ
材を除去する工程とを有する電界放出冷陰極の製造方法
に関する。
して凸部を設けその上に絶縁層を形成する工程と、該絶
縁層の表面を平坦化後その上にゲート電極を形成する工
程と、前記凸部が露出するように異方性エッチングによ
り開口穴を形成する工程と、前記凸部周囲の段差の少な
くとも上部全体が露出するように等方性エッチングによ
り空洞を形成する工程と、該空洞外部表面に剥離層を形
成後エミッタ材を蒸着して該空洞内の前記凸部上にエミ
ッタを形成し、次いで該剥離層とともに余分なエミッタ
材を除去する工程とを有する電界放出冷陰極の製造方法
に関する。
【００１２】
【発明の実施の形態】第１の実施の形態 図１は、一般的な電界放出冷陰極の概略斜視図である。
図１において、基板１の表面には絶縁層（図示せず）を
介してゲート電極３が形成されており、このゲート電極
３のエミッタ領域４ａには基板１にまで達するような空
洞が数百〜数十万個形成されている。この空洞内部には
微小な円錐状のエミッタ（図示せず）が形成されてい
て、基板１と電気的に接続されている。また、ゲート電
極３はボンディングパッド５と電気的に接続されてお
り、基板１とボンディングパッド５に電圧を印加するこ
とで、エミッタの先端から電子ビームが放出される。
図１において、基板１の表面には絶縁層（図示せず）を
介してゲート電極３が形成されており、このゲート電極
３のエミッタ領域４ａには基板１にまで達するような空
洞が数百〜数十万個形成されている。この空洞内部には
微小な円錐状のエミッタ（図示せず）が形成されてい
て、基板１と電気的に接続されている。また、ゲート電
極３はボンディングパッド５と電気的に接続されてお
り、基板１とボンディングパッド５に電圧を印加するこ
とで、エミッタの先端から電子ビームが放出される。
【００１３】図２は、本発明の特徴部分の構成を示す、
エミッタ４の近傍を詳細に示した部分断面図である。
エミッタ４の近傍を詳細に示した部分断面図である。
【００１４】所要な導電性を有する基板１の表面（図面
では上）には厚さ１μｍ程度の絶縁層２を介して、導電
性を有した膜、例えばタングステン膜、モリブデン膜、
チタン膜、クロム膜などによるゲート電極３が厚さ０．
２μｍ程度で形成されている。基板１には、シリコンウ
ェーハや、ガラス基板表面上に導電性の膜を形成したも
のが一般的に使用される。また、絶縁層２の材料として
は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜、もしくはそれら
を積層した膜を使用すればよい。
では上）には厚さ１μｍ程度の絶縁層２を介して、導電
性を有した膜、例えばタングステン膜、モリブデン膜、
チタン膜、クロム膜などによるゲート電極３が厚さ０．
２μｍ程度で形成されている。基板１には、シリコンウ
ェーハや、ガラス基板表面上に導電性の膜を形成したも
のが一般的に使用される。また、絶縁層２の材料として
は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜、もしくはそれら
を積層した膜を使用すればよい。
【００１５】ゲート電極３には、直径が０．６μｍ程度
の開口が形成されており、絶縁層２にはゲート電極３の
開口と同心であり、基板１に達するような空洞６が形成
されている。この空洞６内部の基板１の上面には、高さ
０．７μｍ、底面直径が０．５μｍ程度の微小な円錐状
のエミッタ４が形成されている。ゲート電極３とエミッ
タ４の間隔はサブミクロンであり非常に小さく、更にエ
ミッタ４の先端は極めて先鋭に形成されている。エミッ
タ４の材料としては例えば、タングステン、モリブデン
などの高融点金属が一般的であり、電子放出による発熱
や吸着ガスを放出させる際に実施する熱処理などによ
り、溶解変形が起こらないようにしている。
の開口が形成されており、絶縁層２にはゲート電極３の
開口と同心であり、基板１に達するような空洞６が形成
されている。この空洞６内部の基板１の上面には、高さ
０．７μｍ、底面直径が０．５μｍ程度の微小な円錐状
のエミッタ４が形成されている。ゲート電極３とエミッ
タ４の間隔はサブミクロンであり非常に小さく、更にエ
ミッタ４の先端は極めて先鋭に形成されている。エミッ
タ４の材料としては例えば、タングステン、モリブデン
などの高融点金属が一般的であり、電子放出による発熱
や吸着ガスを放出させる際に実施する熱処理などによ
り、溶解変形が起こらないようにしている。
【００１６】ここで、基板１の上面には、エミッタ４を
取り囲む高さ０．５μｍ程度の段差７により凸部１１が
設けられている。この凸部１１は、絶縁層２に形成され
た空洞６に露出していて、これにより絶縁層２の側壁で
あり基板１に近い部分には、エミッタ４に対する死角８
が形成される。この凸部の形状は、凸部側面（段差面）
が基板平面に対して略垂直であることが好ましく、さら
には、凸部側面と基板平面とのなす角が９０度以下であ
ることがより好ましい。これにより、死角８をより大き
くとることができる。
取り囲む高さ０．５μｍ程度の段差７により凸部１１が
設けられている。この凸部１１は、絶縁層２に形成され
た空洞６に露出していて、これにより絶縁層２の側壁で
あり基板１に近い部分には、エミッタ４に対する死角８
が形成される。この凸部の形状は、凸部側面（段差面）
が基板平面に対して略垂直であることが好ましく、さら
には、凸部側面と基板平面とのなす角が９０度以下であ
ることがより好ましい。これにより、死角８をより大き
くとることができる。
【００１７】また、凸部１１の上面寸法は直径で１μｍ
程度であり、エミッタ４の０．５μｍ程度の底面直径よ
りも大きく形成されている。これにより、エミッタ４と
凸部１１の加工位置にズレが生じても、所望とする構造
が得られるようにしている。この詳細については後述す
る。
程度であり、エミッタ４の０．５μｍ程度の底面直径よ
りも大きく形成されている。これにより、エミッタ４と
凸部１１の加工位置にズレが生じても、所望とする構造
が得られるようにしている。この詳細については後述す
る。
【００１８】（電界放出冷陰極の動作）次に、上記本発
明の電界放出冷陰極の動作について、図３を参照して説
明する。
明の電界放出冷陰極の動作について、図３を参照して説
明する。
【００１９】電界放出冷陰極は真空中で基板１とゲート
電極３との間に、ゲート電極３が正になるように約１０
〜１００Ｖの電圧を印加することで、エミッタ４の先端
に強い電界を加える。この電界が２０〜５０ＭＶ／ｃｍ
以上になると、エミッタ４の先端から電子ビームが放出
される。この時、動作環境中に残留するガスが電子ビー
ムによりイオン化され、電子と反対の電荷をもつイオン
９が、電子とは逆の起動をたどってエミッタ４をスパッ
タするため、エミッタ４の近傍にある絶縁層２の側壁に
は導電性を有するエミッタ４の材料が再付着し、エミッ
タ４の材料からなる膜１０（以下「再付着膜」と称
す。）が形成する。
電極３との間に、ゲート電極３が正になるように約１０
〜１００Ｖの電圧を印加することで、エミッタ４の先端
に強い電界を加える。この電界が２０〜５０ＭＶ／ｃｍ
以上になると、エミッタ４の先端から電子ビームが放出
される。この時、動作環境中に残留するガスが電子ビー
ムによりイオン化され、電子と反対の電荷をもつイオン
９が、電子とは逆の起動をたどってエミッタ４をスパッ
タするため、エミッタ４の近傍にある絶縁層２の側壁に
は導電性を有するエミッタ４の材料が再付着し、エミッ
タ４の材料からなる膜１０（以下「再付着膜」と称
す。）が形成する。
【００２０】ここで、絶縁層２の側壁にはエミッタ４に
対する死角８が形成されており、その死角８が途切れる
ことなくエミッタ４を取り囲んでいるため、ゲート電極
３から基板１にかけて再付着膜１０が連続して形成され
ることは無く、良好な絶縁特性を維持することができ
る。
対する死角８が形成されており、その死角８が途切れる
ことなくエミッタ４を取り囲んでいるため、ゲート電極
３から基板１にかけて再付着膜１０が連続して形成され
ることは無く、良好な絶縁特性を維持することができ
る。
【００２１】（電界放出冷陰極の製造方法）次に、本実
施の形態における電界放出冷陰極の製造方法について、
主要工程の断面模式図である図４を参照しながら説明す
る。
施の形態における電界放出冷陰極の製造方法について、
主要工程の断面模式図である図４を参照しながら説明す
る。
【００２２】まず、図４（ａ）に示すように、フォトリ
ソグラフィー技術により基板１の表面に直径が１μｍ、
段差７が０．５μｍ程度の凸部１１を形成し、次いでそ
の上面に気相成長により絶縁層２を形成する。ここで、
基板１には、シリコンウェーハもしくは、ガラス基板等
の絶縁物上に導電性膜を堆積させたものを使用すればよ
い。また、凸部１１の形成には、異方性ドライエッチン
グを用いて段差７の側壁が垂直になるように形成する。
ソグラフィー技術により基板１の表面に直径が１μｍ、
段差７が０．５μｍ程度の凸部１１を形成し、次いでそ
の上面に気相成長により絶縁層２を形成する。ここで、
基板１には、シリコンウェーハもしくは、ガラス基板等
の絶縁物上に導電性膜を堆積させたものを使用すればよ
い。また、凸部１１の形成には、異方性ドライエッチン
グを用いて段差７の側壁が垂直になるように形成する。
【００２３】次に、図４（ａ）で示した、絶縁層２の凸
部１１ａをＣＭＰ（化学機械的研磨）やリフローにより
平坦化して、その上面に真空蒸着やスパッタを施すこと
により、ゲート電極３を形成する（図４（ｂ））。ゲー
ト電３には、タングステン、モリブデン、チタン、クロ
ム等の金属や、不純物をドープしたポリシリコン等を用
いる。
部１１ａをＣＭＰ（化学機械的研磨）やリフローにより
平坦化して、その上面に真空蒸着やスパッタを施すこと
により、ゲート電極３を形成する（図４（ｂ））。ゲー
ト電３には、タングステン、モリブデン、チタン、クロ
ム等の金属や、不純物をドープしたポリシリコン等を用
いる。
【００２４】次に、図４（ｃ）に示すように、フォトリ
ソグラフィー技術により形成したマスク材１２（例えば
フォトレジスト）をマスクとした異方性ドライエッチン
グにより、ゲート電極３および絶縁層２に直径がおよそ
０．６μｍで基板１の凸部１１に達する開口穴１３を形
成する。ここで、異方性ドライエッチングを用いること
で、開口穴１３の内径をマスク材１２の開口径とほぼ同
じ寸法に形成できる。
ソグラフィー技術により形成したマスク材１２（例えば
フォトレジスト）をマスクとした異方性ドライエッチン
グにより、ゲート電極３および絶縁層２に直径がおよそ
０．６μｍで基板１の凸部１１に達する開口穴１３を形
成する。ここで、異方性ドライエッチングを用いること
で、開口穴１３の内径をマスク材１２の開口径とほぼ同
じ寸法に形成できる。
【００２５】次に、図４（ｄ）に示すように、開口穴１
３の形成に用いたマスク材１２、もしくはゲート電極３
をマスクとした等方性エッチングにより、絶縁層２を水
平方向でおよそ０．５μｍ後退させることで、少なくと
も段差７の上部全体が露出した空洞６を形成する。例え
ば、絶縁層２の材質がシリコン酸化膜であれば、弗酸系
のエッチング液により適切な時間エッチングすること
で、所望とする空洞６の形状が得られる。
３の形成に用いたマスク材１２、もしくはゲート電極３
をマスクとした等方性エッチングにより、絶縁層２を水
平方向でおよそ０．５μｍ後退させることで、少なくと
も段差７の上部全体が露出した空洞６を形成する。例え
ば、絶縁層２の材質がシリコン酸化膜であれば、弗酸系
のエッチング液により適切な時間エッチングすること
で、所望とする空洞６の形状が得られる。
【００２６】次に、基板１の中心を回転軸として水平方
向に回転させながら、基板１に対して斜め方向から蒸着
を行うことで剥離層１４を形成して、続いて、基板１に
対して垂直方向からエミッタ材１５（タングステン、モ
リブデンなど）を蒸着することで、図４（ｅ）に示すよ
うなエミッタ４が形成される。ここで、剥離層１４の材
料にはエミッタ４やその他の素子形成材料とエッチング
選択性を有するもの、例えば、アルミニウムを使用す
る。
向に回転させながら、基板１に対して斜め方向から蒸着
を行うことで剥離層１４を形成して、続いて、基板１に
対して垂直方向からエミッタ材１５（タングステン、モ
リブデンなど）を蒸着することで、図４（ｅ）に示すよ
うなエミッタ４が形成される。ここで、剥離層１４の材
料にはエミッタ４やその他の素子形成材料とエッチング
選択性を有するもの、例えば、アルミニウムを使用す
る。
【００２７】次に、リン酸などにより剥離層１４のみを
選択的にエッチングすることで、ゲート電極３及びその
他の素子表面に堆積した余分なエミッタ材１５が剥離さ
れて、図４（ｆ）に示すような電界放出冷陰極が形成さ
れる。
選択的にエッチングすることで、ゲート電極３及びその
他の素子表面に堆積した余分なエミッタ材１５が剥離さ
れて、図４（ｆ）に示すような電界放出冷陰極が形成さ
れる。
【００２８】以上、電界放出冷陰極の製造方法について
説明したが、フォトリソグラフィー工程における目合わ
せマージンについて以下に説明する。
説明したが、フォトリソグラフィー工程における目合わ
せマージンについて以下に説明する。
【００２９】図４（ａ）に示した凸部１１と、図４
（ｃ）に示した開口穴１３の加工にはフォトリソグラフ
ィー技術を用いるため、段差７と開口穴１３相互の間に
は、フォトリソグラフィー工程における目合わせズレに
起因した位置ズレが生じる。また、エミッタ４は開口穴
１３を投射して形成されているため、前記フォトリソグ
ラフィー工程における位置ズレが、凸部１１とエミッタ
４との間でも同様に発生する。通常、フォトリソグラフ
ィー工程における目合わせ精度は±０．１５μｍ程度で
あるため、凸部１１とエミッタ４との位置ズレは最高で
０．１５μｍ程度になる。
（ｃ）に示した開口穴１３の加工にはフォトリソグラフ
ィー技術を用いるため、段差７と開口穴１３相互の間に
は、フォトリソグラフィー工程における目合わせズレに
起因した位置ズレが生じる。また、エミッタ４は開口穴
１３を投射して形成されているため、前記フォトリソグ
ラフィー工程における位置ズレが、凸部１１とエミッタ
４との間でも同様に発生する。通常、フォトリソグラフ
ィー工程における目合わせ精度は±０．１５μｍ程度で
あるため、凸部１１とエミッタ４との位置ズレは最高で
０．１５μｍ程度になる。
【００３０】そこで本発明では、凸部１１の表面寸法を
開口穴１３の開口寸法（エミッタ４の底面寸法とほぼ同
じ）に対して、フォトリソグラフィー工程における目合
わせズレを考慮した寸法（例えば直径で０．４μｍ）だ
け大きくしているため、位置ズレによりエミッタ４と段
差７が重なることを防止している。
開口穴１３の開口寸法（エミッタ４の底面寸法とほぼ同
じ）に対して、フォトリソグラフィー工程における目合
わせズレを考慮した寸法（例えば直径で０．４μｍ）だ
け大きくしているため、位置ズレによりエミッタ４と段
差７が重なることを防止している。
【００３１】第２の実施の形態 次に、本発明の他の実施の形態について図面を参照して
説明する。
説明する。
【００３２】図５を参照すると、本発明の他の実施の形
態では、図２に示された実施の形態における段差７が個
々のエミッタ４を囲んでいる構造と比較して、段差７が
複数のエミッタ４をまとめて囲むように形成されている
点、及び段差７に囲まれているエミッタ４相互の挟まれ
た部分の絶縁層が、少なくともゲート電極３と基板１が
分離されるように除去されている点で異なっている。そ
の他の構造および使用される材料は、図２に示された実
施の形態と同様である。
態では、図２に示された実施の形態における段差７が個
々のエミッタ４を囲んでいる構造と比較して、段差７が
複数のエミッタ４をまとめて囲むように形成されている
点、及び段差７に囲まれているエミッタ４相互の挟まれ
た部分の絶縁層が、少なくともゲート電極３と基板１が
分離されるように除去されている点で異なっている。そ
の他の構造および使用される材料は、図２に示された実
施の形態と同様である。
【００３３】次に、本実施の形態の製造工程を図面を参
照して説明する。但し、図３に示された実施の形態と同
様な部分については説明を省略する。
照して説明する。但し、図３に示された実施の形態と同
様な部分については説明を省略する。
【００３４】図６は、本実施の形態の製造工程の断面模
式図である。まず、図６（ａ）に示すように、基板１の
表面に段差７が高さ０．５μｍ程度の凸部１１を形成す
る。凸部１１の表面の大きさは、後工程で形成されるエ
ミッタ４を少なくとも２つ以上取り囲み、さらに、フォ
トリソグラフィー工程での目合わせズレを考慮した寸法
とすればよい。
式図である。まず、図６（ａ）に示すように、基板１の
表面に段差７が高さ０．５μｍ程度の凸部１１を形成す
る。凸部１１の表面の大きさは、後工程で形成されるエ
ミッタ４を少なくとも２つ以上取り囲み、さらに、フォ
トリソグラフィー工程での目合わせズレを考慮した寸法
とすればよい。
【００３５】次に、図６（ｃ）に示すように、基板１の
凸部１１に達する開口穴１３を形成して、さらに図６
（ｄ）に示すように、絶縁層２を等方性エッチングによ
り水平方向へ後退させて、段差７が露出した空洞６を形
成する。
凸部１１に達する開口穴１３を形成して、さらに図６
（ｄ）に示すように、絶縁層２を等方性エッチングによ
り水平方向へ後退させて、段差７が露出した空洞６を形
成する。
【００３６】ここで、同一の凸部１１に形成された開口
穴１３相互の間隔は、上記等方性エッチングの際に、そ
の開口穴１３相互の挟まれた部分の絶縁層２が、少なく
ともゲート電極３と基板１が分離されるように除去され
る寸法としている。例えば、等方性エッチングにて絶縁
層２を水平方向で０．５μｍ後退させる場合には、開口
穴１３相互の間隔を１μｍよりも小さくすることで、ゲ
ート電極３と基板１が分離される。
穴１３相互の間隔は、上記等方性エッチングの際に、そ
の開口穴１３相互の挟まれた部分の絶縁層２が、少なく
ともゲート電極３と基板１が分離されるように除去され
る寸法としている。例えば、等方性エッチングにて絶縁
層２を水平方向で０．５μｍ後退させる場合には、開口
穴１３相互の間隔を１μｍよりも小さくすることで、ゲ
ート電極３と基板１が分離される。
【００３７】これ以後の製造工程は前記実施の形態と同
様であるため省略する。
様であるため省略する。
【００３８】本実施の形態は、一つの凸部１１上に複数
のエミッタ４を形成する構造であるため、エミッタ４の
間隔を稠密にすることが可能であり、電流密度の高い電
子ビームが得られるという新たな効果を有する。さら
に、開口穴１３相互に挟まれた部分の絶縁層２を除去し
ているため、ゲート電極３と基板１間の寄生容量を低減
できるという効果も有している。
のエミッタ４を形成する構造であるため、エミッタ４の
間隔を稠密にすることが可能であり、電流密度の高い電
子ビームが得られるという新たな効果を有する。さら
に、開口穴１３相互に挟まれた部分の絶縁層２を除去し
ているため、ゲート電極３と基板１間の寄生容量を低減
できるという効果も有している。
【００３９】第３の実施の形態 電界放出冷陰極がトレンチ構造を有する場合には、その
トレンチ構造部を利用することで、本発明と同様な構造
を容易に得ることができる。以下にその詳細を説明す
る。
トレンチ構造部を利用することで、本発明と同様な構造
を容易に得ることができる。以下にその詳細を説明す
る。
【００４０】図７（ａ）はトレンチ構造を有する電界放
出冷陰極の、従来構造を示した斜視図である。基板１の
表面には、幅１μｍ、深さ１０μｍ程度の溝が格子状に
形成されており、溝の内部には絶縁物が埋設されてい
る。この部分をトレンチ構造部１６と称する。トレンチ
構造部１６に囲まれた基板１の表面には、エミッタ４が
形成されている。また、トレンチ構造部１６で囲まれた
部分の基板１の比抵抗は大きくなるため、これがエミッ
タ４とゲート電極３の間での放電破壊を抑制する抵抗と
して機能する。
出冷陰極の、従来構造を示した斜視図である。基板１の
表面には、幅１μｍ、深さ１０μｍ程度の溝が格子状に
形成されており、溝の内部には絶縁物が埋設されてい
る。この部分をトレンチ構造部１６と称する。トレンチ
構造部１６に囲まれた基板１の表面には、エミッタ４が
形成されている。また、トレンチ構造部１６で囲まれた
部分の基板１の比抵抗は大きくなるため、これがエミッ
タ４とゲート電極３の間での放電破壊を抑制する抵抗と
して機能する。
【００４１】このように、基板１の表面がトレンチ構造
部１６によりセル状に分離されている場合には、絶縁層
２及びトレンチ構造部１６の一部を除去することで、図
７（ｂ）に示すような、トレンチ構造部１６にエミッタ
４に対する死角が形成された構造を得ることができる。
部１６によりセル状に分離されている場合には、絶縁層
２及びトレンチ構造部１６の一部を除去することで、図
７（ｂ）に示すような、トレンチ構造部１６にエミッタ
４に対する死角が形成された構造を得ることができる。
【００４２】
【発明の効果】本発明の電界放出冷陰極の効果は、ゲー
ト電極３と基板１の間でのリーク電流が無くなるという
ことである。このため、電界放出冷陰極の連続動作が安
定する。その理由は、絶縁層２の側壁にエミッタ４に対
する死角８を設けて、ゲート電極３と基板１の間に連続
した導電性の再付着膜１０が形成されることを防いでい
るからである。
ト電極３と基板１の間でのリーク電流が無くなるという
ことである。このため、電界放出冷陰極の連続動作が安
定する。その理由は、絶縁層２の側壁にエミッタ４に対
する死角８を設けて、ゲート電極３と基板１の間に連続
した導電性の再付着膜１０が形成されることを防いでい
るからである。
【００４３】また本発明の電界放出冷陰極の製造方法の
効果は、フォトリソグラフィー工程において目合わせズ
レが発生しても、死角８の消失やエミッタ４の変形が発
生しないことである。その理由は、凸部１１の表面寸法
を開口穴１３の開口寸法（エミッタ４の底面寸法とほぼ
同じ）に対して大きくして、フォトリソグラフィー工程
における目合わせマージンを設けることで、段差７にエ
ミッタ４が重なることを防止しているためである。
効果は、フォトリソグラフィー工程において目合わせズ
レが発生しても、死角８の消失やエミッタ４の変形が発
生しないことである。その理由は、凸部１１の表面寸法
を開口穴１３の開口寸法（エミッタ４の底面寸法とほぼ
同じ）に対して大きくして、フォトリソグラフィー工程
における目合わせマージンを設けることで、段差７にエ
ミッタ４が重なることを防止しているためである。
【図１】電界放出冷陰極の概略斜視図である。
【図２】本発明の電界放出冷陰極の特徴的な構成を示す
部分断面図である。
部分断面図である。
【図３】本発明の電界放出冷陰極の特徴的な構成を示す
部分断面図であって、その動作を説明するための図であ
る。
部分断面図であって、その動作を説明するための図であ
る。
【図４】本発明の電界放出冷陰極の製造方法を説明する
ための模式的断面工程図である。
ための模式的断面工程図である。
【図５】本発明の電界放出冷陰極の特徴的な構成を示す
部分断面図である。
部分断面図である。
【図６】本発明の電界放出冷陰極の製造方法を説明する
ための模式的断面工程図である。
ための模式的断面工程図である。
【図７】従来（ａ）及び本発明（ｂ）のトレンチ構造を
有する電界放出冷陰極の構造を示す斜視図である。
有する電界放出冷陰極の構造を示す斜視図である。
【図８】従来技術であるスピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型冷
陰極の構造を示す断面図である。
陰極の構造を示す断面図である。
【図９】従来の電界放出冷陰極の構造を示す断面図であ
る。
る。
１ 基板 ２、２ａ、２ｂ 絶縁層 ３ ゲート電極 ４ エミッタ ４ａ エミッタ領域 ５ ボンディングパット ６ 空洞 ７ 段差 ８ 死角 ９ イオン １０ 再付着膜 １１、１１ａ 凸部 １２ マスク材 １３ 開口穴 １４ 剥離層 １５ エミッタ材 １６ トレンチ構造部
Claims (8)
- 【請求項１】 導電性基板上に設けられた絶縁層と、ゲ
ート電極と、該ゲート電極が開口され該絶縁層に形成さ
れた空洞内に設けられた先端の先鋭な略円錐状のエミッ
タとを有する電界放出冷陰極において、 前記エミッタは、前記基板に段差を形成して設けられた
凸部上に設けられ、 前記空洞は、該段差により絶縁層側壁にエミッタに対す
る死角ができるように、該凸部周囲の段差の少なくとも
上部全体を露出させて形成されていることを特徴とする
電界放出冷陰極。 - 【請求項２】 前記死角が切れ目無く凸部を取り囲むよ
うに形成されている請求項１記載の電界放出冷陰極。 - 【請求項３】 凸部の側面が基板平面に対して略垂直で
ある請求項１記載の電界放出冷陰極。 - 【請求項４】 凸部側面と基板平面とのなす角が９０度
以下である請求項１記載の電界放出冷陰極。 - 【請求項５】 前記凸部に複数のエミッタが設けられ、
これらエミッタ間に絶縁層を有しない請求項１〜４のい
ずれか１項に記載の電界放出冷陰極。 - 【請求項６】 導電性基板上に設けられた絶縁層と、ゲ
ート電極と、該ゲート電極が開口され該絶縁層に形成さ
れた空洞内に設けられた先端の先鋭な略円錐状のエミッ
タと、トレンチ構造部とを有する電界放出冷陰極におい
て、 前記エミッタは、前記トレンチ構造部に囲まれた基板上
に設けられ、 前記空洞は、絶縁層側壁にエミッタに対する死角ができ
るように、トレンチ構造部の基板周囲部分が除去されて
基板周囲に段差が形成されていることを特徴とする電界
放出冷陰極。 - 【請求項７】 導電性基板上に段差を形成して凸部を設
けその上に絶縁層を形成する工程と、該絶縁層の表面を
平坦化後その上にゲート電極を形成する工程と、前記凸
部が露出するように異方性エッチングにより開口穴を形
成する工程と、前記凸部周囲の段差の少なくとも上部全
体が露出するように等方性エッチングにより空洞を形成
する工程と、該空洞外部表面に剥離層を形成後エミッタ
材を蒸着して該空洞内の前記凸部上にエミッタを形成
し、次いで該剥離層とともに余分なエミッタ材を除去す
る工程とを有する電界放出冷陰極の製造方法。 - 【請求項８】 フォトリソグラフィー工程で目合わせズ
レが発生しても前記凸部上にエミッタが形成されるよう
に、前記凸部の表面寸法を、エミッタの底面寸法に対応
する前記開口部の寸法より大きくすることを特徴とする
請求項７記載の電界放出冷陰極の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3886898A JPH11238451A (ja) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | 電界放出冷陰極及びその製造方法 |
| KR1019990005643A KR19990072783A (ko) | 1998-02-20 | 1999-02-19 | 전계방출형냉음극및그제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3886898A JPH11238451A (ja) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | 電界放出冷陰極及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11238451A true JPH11238451A (ja) | 1999-08-31 |
Family
ID=12537204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3886898A Pending JPH11238451A (ja) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | 電界放出冷陰極及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11238451A (ja) |
| KR (1) | KR19990072783A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008104394A1 (de) * | 2007-03-01 | 2008-09-04 | Josef Sellmair | Verfahren zur herstellung einer teilchenstrahlquelle |
| CN107170657A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-09-15 | 中国电子科技集团公司第十二研究所 | 一种无集成栅极尖锥阵列场发射阴极的制备方法 |
-
1998
- 1998-02-20 JP JP3886898A patent/JPH11238451A/ja active Pending
-
1999
- 1999-02-19 KR KR1019990005643A patent/KR19990072783A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008104394A1 (de) * | 2007-03-01 | 2008-09-04 | Josef Sellmair | Verfahren zur herstellung einer teilchenstrahlquelle |
| CN107170657A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-09-15 | 中国电子科技集团公司第十二研究所 | 一种无集成栅极尖锥阵列场发射阴极的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR19990072783A (ko) | 1999-09-27 |
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