JPH1167064A - 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 - Google Patents
電子放出素子及びこれを用いた表示装置Info
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- JPH1167064A JPH1167064A JP21513697A JP21513697A JPH1167064A JP H1167064 A JPH1167064 A JP H1167064A JP 21513697 A JP21513697 A JP 21513697A JP 21513697 A JP21513697 A JP 21513697A JP H1167064 A JPH1167064 A JP H1167064A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/312—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode having an electric field perpendicular to the surface, e.g. tunnel-effect cathodes of metal-insulator-metal [MIM] type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電子放出効率の高い電子放出素子を提供す
る。 【解決手段】 金属又は半導体からなる電子供給層、電
子供給層上に形成された絶縁体層及び絶縁体層上に形成
された金属薄膜電極からなり、電子供給層及び金属薄膜
電極間に電界を印加し電子を放出する電子放出素子であ
って、絶縁体層の膜厚が５０ｎｍ以上であり、電子供給
層は２．５μｍ以上の膜厚を有する。
る。 【解決手段】 金属又は半導体からなる電子供給層、電
子供給層上に形成された絶縁体層及び絶縁体層上に形成
された金属薄膜電極からなり、電子供給層及び金属薄膜
電極間に電界を印加し電子を放出する電子放出素子であ
って、絶縁体層の膜厚が５０ｎｍ以上であり、電子供給
層は２．５μｍ以上の膜厚を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子及び
これを用いた電子放出表示装置に関する。
これを用いた電子放出表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から電界電子放出表示装置のＦＥＤ
（field emission display）が、陰極の加熱を必要とし
ない冷陰極の電子放出源のアレイを備えた平面形発光デ
ィスプレイとして知られている。例えば、spindt形冷陰
極を用いたＦＥＤの発光原理は、冷陰極アレイが異なる
もののＣＲＴ（cathode ray tube）と同様に、陰極から
離間したゲート電極により電子を真空中に引出し、透明
陽極に塗布された蛍光体に衝突させて、発光させるもの
である。
（field emission display）が、陰極の加熱を必要とし
ない冷陰極の電子放出源のアレイを備えた平面形発光デ
ィスプレイとして知られている。例えば、spindt形冷陰
極を用いたＦＥＤの発光原理は、冷陰極アレイが異なる
もののＣＲＴ（cathode ray tube）と同様に、陰極から
離間したゲート電極により電子を真空中に引出し、透明
陽極に塗布された蛍光体に衝突させて、発光させるもの
である。
【０００３】しかしながら、この電界放出源は、微細な
spindt型冷陰極の製造工程が複雑で、その工程数が多い
ので、製造歩留りが低いといった問題がある。また、面
電子源として金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）構造の電子
放出素子がある。このＭＩＭ構造の電子放出素子は、基
板上に陰極としてのＡｌ層、膜厚１０ｎｍ程度のＡ１ 2
Ｏ3絶縁体層、膜厚１０ｎｍ程度の陽極としてのＡｕ層
を順に形成した構造を有するものがある。これを真空中
で対向電極の下に配置して下部Ａｌ層と上部Ａｕ層の間
に電圧を印加するとともに対向電極に加速電圧を印加す
ると、電子の一部が上部Ａｕ層を飛び出し対向電極に達
する。しかしながら、ＭＩＭ構造の電子放出素子を用い
てもまだ放出電子の量は十分とはいえない。
spindt型冷陰極の製造工程が複雑で、その工程数が多い
ので、製造歩留りが低いといった問題がある。また、面
電子源として金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）構造の電子
放出素子がある。このＭＩＭ構造の電子放出素子は、基
板上に陰極としてのＡｌ層、膜厚１０ｎｍ程度のＡ１ 2
Ｏ3絶縁体層、膜厚１０ｎｍ程度の陽極としてのＡｕ層
を順に形成した構造を有するものがある。これを真空中
で対向電極の下に配置して下部Ａｌ層と上部Ａｕ層の間
に電圧を印加するとともに対向電極に加速電圧を印加す
ると、電子の一部が上部Ａｕ層を飛び出し対向電極に達
する。しかしながら、ＭＩＭ構造の電子放出素子を用い
てもまだ放出電子の量は十分とはいえない。
【０００４】これを改善するために、従来のＡｌ2Ｏ3絶
縁体層の膜厚を数ｎｍ程度薄膜化したり、極薄膜のＡｌ
2Ｏ3絶縁体層の膜質及びＡｌ2Ｏ3絶縁体層と上部Ａｕ層
の界面を、より均一化することが必要であると考えられ
ている。例えば、特開平７−６５７１０号に記載の発明
のように、絶縁体層のさらなる薄膜化及び均一化のため
に陽極酸化法を用いて、化成電流を制御することにより
電子放出特性を向上させる試みがなされている。
縁体層の膜厚を数ｎｍ程度薄膜化したり、極薄膜のＡｌ
2Ｏ3絶縁体層の膜質及びＡｌ2Ｏ3絶縁体層と上部Ａｕ層
の界面を、より均一化することが必要であると考えられ
ている。例えば、特開平７−６５７１０号に記載の発明
のように、絶縁体層のさらなる薄膜化及び均一化のため
に陽極酸化法を用いて、化成電流を制御することにより
電子放出特性を向上させる試みがなされている。
【０００５】しかしながら、このような方法で製造され
たＭＩＭ構造の電子放出素子でも、まだ放出電流は１×
１０-5Ａ／cm2程度で、放出電流比は１×１０-3程度に
すぎない。
たＭＩＭ構造の電子放出素子でも、まだ放出電流は１×
１０-5Ａ／cm2程度で、放出電流比は１×１０-3程度に
すぎない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の事情
に鑑みてなされたものであり、低い電圧で安定して電子
放出することのできる電子放出効率の高い電子放出素子
及びこれを用いた電子放出表示装置を提供することを目
的とする。さらに、電子放出素子の広範囲な応用を考え
る時、電子放出素子の電子供給層にシリコン（Ｓｉ）を
用いるのは素子の安定性向上の為に有効であり、スパッ
タリング法で成膜したアモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）は生産性も高く、非常に有効である。そこで、高い
信頼性の電子放出素子及びこれを用いた電子放出表示装
置を提供することをも目的とする。
に鑑みてなされたものであり、低い電圧で安定して電子
放出することのできる電子放出効率の高い電子放出素子
及びこれを用いた電子放出表示装置を提供することを目
的とする。さらに、電子放出素子の広範囲な応用を考え
る時、電子放出素子の電子供給層にシリコン（Ｓｉ）を
用いるのは素子の安定性向上の為に有効であり、スパッ
タリング法で成膜したアモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）は生産性も高く、非常に有効である。そこで、高い
信頼性の電子放出素子及びこれを用いた電子放出表示装
置を提供することをも目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の電子放出素子
は、オーミック電極上に形成された金属又は半導体から
なる電子供給層、前記電子供給層上に形成された絶縁体
層及び前記絶縁体層上に形成された金属薄膜電極からな
り、前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に電界を印
加し電子を放出する電子放出素子であって、前記絶縁体
層の膜厚が５０ｎｍ以上であり、前記電子供給層は２．
５μｍ以上の膜厚を有することを特徴とする。
は、オーミック電極上に形成された金属又は半導体から
なる電子供給層、前記電子供給層上に形成された絶縁体
層及び前記絶縁体層上に形成された金属薄膜電極からな
り、前記電子供給層及び前記金属薄膜電極間に電界を印
加し電子を放出する電子放出素子であって、前記絶縁体
層の膜厚が５０ｎｍ以上であり、前記電子供給層は２．
５μｍ以上の膜厚を有することを特徴とする。
【０００８】本発明の電子放出表示装置は、真空空間を
挾み対向する一対の第１及び第２基板と、前記第１基板
に設けられた複数の電子放出素子と、前記第２基板内に
設けられたコレクタ電極と、前記コレクタ電極上に形成
された蛍光体層と、からなる電子放出表示装置であっ
て、前記電子放出素子の各々は、オーミック電極上に形
成された金属又は半導体からなる電子供給層、前記電子
供給層上に形成された絶縁体層及び前記絶縁体層上に形
成された金属薄膜電極からなり、前記絶縁体層の膜厚が
５０ｎｍ以上であり、前記電子供給層は２．５μｍ以上
の膜厚を有することを特徴とする。
挾み対向する一対の第１及び第２基板と、前記第１基板
に設けられた複数の電子放出素子と、前記第２基板内に
設けられたコレクタ電極と、前記コレクタ電極上に形成
された蛍光体層と、からなる電子放出表示装置であっ
て、前記電子放出素子の各々は、オーミック電極上に形
成された金属又は半導体からなる電子供給層、前記電子
供給層上に形成された絶縁体層及び前記絶縁体層上に形
成された金属薄膜電極からなり、前記絶縁体層の膜厚が
５０ｎｍ以上であり、前記電子供給層は２．５μｍ以上
の膜厚を有することを特徴とする。
【０００９】以上の構成により、本発明の電子放出素子
では、絶縁体層及び電子供給層は厚い膜厚を有するので
スルーホールが発生しにくいので製造歩留まりが向上す
る。さらに、本発明の電子放出素子は、画素バルブの発
光源、電子顕微鏡の電子放出源、真空マイクロエレクト
ロニクス素子などの高速素子に応用でき、さらに面状又
は点状の電子放出ダイオードとして、ミリ波又はサブミ
リ波の電磁波を放出する発光ダイオード又はレーザダイ
オードとして、さらには高速スイッチング素子として動
作可能である。
では、絶縁体層及び電子供給層は厚い膜厚を有するので
スルーホールが発生しにくいので製造歩留まりが向上す
る。さらに、本発明の電子放出素子は、画素バルブの発
光源、電子顕微鏡の電子放出源、真空マイクロエレクト
ロニクス素子などの高速素子に応用でき、さらに面状又
は点状の電子放出ダイオードとして、ミリ波又はサブミ
リ波の電磁波を放出する発光ダイオード又はレーザダイ
オードとして、さらには高速スイッチング素子として動
作可能である。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しつつ説明する。図１に示すように、本発明の電子放
出素子は、ガラス素子基板１０上に例えばタングステン
Ｗなどからなるオーミック電極１１を形成し、その上に
Ｓｉからなる電子供給層１２を形成し、その上にＳｉＯ
2などからなる絶縁体層１３及び真空空間に面するＡｕ
などの金属薄膜電極１５を積層して構成される。とく
に、電子供給層１２には、２．５μｍ以上の膜厚のアモ
ルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）などを用いる。絶縁
体層１３は誘電体からなり５０ｎｍ以上の極めて厚い膜
厚を有するものである。この電子放出素子の対向する一
対の第１及び第２基板１０，１は真空空間を挾んで保持
される。第２基板１の内面にはコレクタ電極２と蛍光体
層３R,G,B とが設けられる。素子基板１０の材質はガラ
スの他に、Ａｌ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ等のセラミックス
でも良い。
照しつつ説明する。図１に示すように、本発明の電子放
出素子は、ガラス素子基板１０上に例えばタングステン
Ｗなどからなるオーミック電極１１を形成し、その上に
Ｓｉからなる電子供給層１２を形成し、その上にＳｉＯ
2などからなる絶縁体層１３及び真空空間に面するＡｕ
などの金属薄膜電極１５を積層して構成される。とく
に、電子供給層１２には、２．５μｍ以上の膜厚のアモ
ルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）などを用いる。絶縁
体層１３は誘電体からなり５０ｎｍ以上の極めて厚い膜
厚を有するものである。この電子放出素子の対向する一
対の第１及び第２基板１０，１は真空空間を挾んで保持
される。第２基板１の内面にはコレクタ電極２と蛍光体
層３R,G,B とが設けられる。素子基板１０の材質はガラ
スの他に、Ａｌ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ等のセラミックス
でも良い。
【００１１】電子放出素子は、図１に示すように、表面
の金属薄膜電極１５を正電位Ｖｄとし裏面オーミック電
極１１を接地電位としたダイオードである。オーミック
電極１１と金属薄膜電極１５との間に電圧Ｖｄ例えば９
０Ｖ程度を印加し電子供給層１２に電子を注入すると、
ダイオード電流Ｉｄが流れ、絶縁体層１３は高抵抗であ
るので、印加電界の大部分は絶縁体層１３にかかる。電
子は、金属薄膜電極１５側に向けて絶縁体層１３内を移
動する。金属薄膜電極１５付近に達した電子は、そこで
強電界により一部は金属薄膜電極１５をトンネルし、外
部の真空中に放出される。
の金属薄膜電極１５を正電位Ｖｄとし裏面オーミック電
極１１を接地電位としたダイオードである。オーミック
電極１１と金属薄膜電極１５との間に電圧Ｖｄ例えば９
０Ｖ程度を印加し電子供給層１２に電子を注入すると、
ダイオード電流Ｉｄが流れ、絶縁体層１３は高抵抗であ
るので、印加電界の大部分は絶縁体層１３にかかる。電
子は、金属薄膜電極１５側に向けて絶縁体層１３内を移
動する。金属薄膜電極１５付近に達した電子は、そこで
強電界により一部は金属薄膜電極１５をトンネルし、外
部の真空中に放出される。
【００１２】このトンネル効果によって薄膜電極１５か
ら放出された電子ｅ（放出電流Ｉｅ）は、対向したコレ
クタ電極（透明電極）２に印加された高い加速電圧Ｖｃ
例えば５ｋＶ程度によって加速され、コレクタ電極２に
集められる。コレクタ電極に蛍光体３が塗布されていれ
ば対応する可視光を発光させる。電子放出素子の電子供
給層１２の材料としてはＳｉが特に有効であるが、ゲル
マニウム（Ｇｅ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ヒ化ガリ
ウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、セレ
ン化カドミウム（ＣｄＳｅ）など、ＩＶ族、III-Ｖ族、
II-VI 族などの単体半導体及び化合物半導体が、用いら
れ得る。
ら放出された電子ｅ（放出電流Ｉｅ）は、対向したコレ
クタ電極（透明電極）２に印加された高い加速電圧Ｖｃ
例えば５ｋＶ程度によって加速され、コレクタ電極２に
集められる。コレクタ電極に蛍光体３が塗布されていれ
ば対応する可視光を発光させる。電子放出素子の電子供
給層１２の材料としてはＳｉが特に有効であるが、ゲル
マニウム（Ｇｅ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、ヒ化ガリ
ウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、セレ
ン化カドミウム（ＣｄＳｅ）など、ＩＶ族、III-Ｖ族、
II-VI 族などの単体半導体及び化合物半導体が、用いら
れ得る。
【００１３】又は、電子供給材料としてＡｌ，Ａｕ，Ａ
ｇ，Ｃｕなどの金属でも有効であるが、Ｓｃ，Ｔｉ，Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｙ，Ｚｒ，
Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｃｄ，Ｌｎ，Ｓ
ｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｔｌ，Ｐｂ，
Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
ｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなども
用いられ得る。
ｇ，Ｃｕなどの金属でも有効であるが、Ｓｃ，Ｔｉ，Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｙ，Ｚｒ，
Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｃｄ，Ｌｎ，Ｓ
ｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｔｌ，Ｐｂ，
Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇ
ｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなども
用いられ得る。
【００１４】絶縁体層１３の誘電体材料としては、酸化
珪素ＳｉＯx （ｘは原子比を示す）が特に有効である
が、ＬｉＯx ，ＬｉＮx ，ＮａＯx ，ＫＯx ，Ｒｂ
Ｏx ，ＣｓＯx ，ＢｅＯx ，ＭｇＯx ，ＭｇＮx ，Ｃａ
Ｏx ，ＣａＮx ，ＳｒＯx ，ＢａＯx ，ＳｃＯx ，ＹＯ
x，ＹＮx ，ＬａＯx ，ＬａＮx ，ＣｅＯx ，Ｐｒ
Ｏx ，ＮｄＯx ，ＳｍＯx ，ＥｕＯx ，ＧｄＯx ，Ｔｂ
Ｏx ，ＤｙＯx ，ＨｏＯx ，ＥｒＯx，ＴｍＯx，ＹｂＯ
x，ＬｕＯx，ＴｂＯx，ＤｙＯx，ＨｏＯx，ＥｒＯx，Ｔ
ｍＯx，ＹｂＯx，ＬｕＯ x，ＴｉＯx，ＴｉＮx，Ｚｒ
Ｏx，ＺｒＮx，ＨｆＯx，ＨｆＮx，ＴｈＯx，ＶＯx，Ｖ
Ｎx，ＮｂＯx，ＮｂＮx，ＴａＯx，ＴａＮx，ＣｒＯx，
ＣｒＮx，ＭｏＯx，ＭｏＮx，ＷＯx，ＷＮx，ＭｎＯx，
ＲｅＯx，ＦｅＯx，ＦｅＮx，ＲｕＯx，ＯｓＯx，Ｃｏ
Ｏx，ＲｈＯx，ＩｒＯx，ＮｉＯx，ＰｄＯx，ＰｔＯx，
ＣｕＯx，ＣｕＮx，ＡｇＯx，ＡｕＯx，ＺｎＯx，Ｃｄ
Ｏx，ＨｇＯx，ＢＯx，ＢＮx，ＡｌＯx，ＡｌＮx，Ｇａ
Ｏx，ＧａＮx，ＩｎＯx，ＴｉＯx，ＴｉＮx，ＳｉＮx，
ＧｅＯx，ＳｎＯx，ＰｂＯx，ＰＯx，ＰＮx，ＡｓＯx，
ＳｂＯx，ＳｅＯx，ＴｅＯxなどの金属酸化物又は金属
窒化物でもよい。
珪素ＳｉＯx （ｘは原子比を示す）が特に有効である
が、ＬｉＯx ，ＬｉＮx ，ＮａＯx ，ＫＯx ，Ｒｂ
Ｏx ，ＣｓＯx ，ＢｅＯx ，ＭｇＯx ，ＭｇＮx ，Ｃａ
Ｏx ，ＣａＮx ，ＳｒＯx ，ＢａＯx ，ＳｃＯx ，ＹＯ
x，ＹＮx ，ＬａＯx ，ＬａＮx ，ＣｅＯx ，Ｐｒ
Ｏx ，ＮｄＯx ，ＳｍＯx ，ＥｕＯx ，ＧｄＯx ，Ｔｂ
Ｏx ，ＤｙＯx ，ＨｏＯx ，ＥｒＯx，ＴｍＯx，ＹｂＯ
x，ＬｕＯx，ＴｂＯx，ＤｙＯx，ＨｏＯx，ＥｒＯx，Ｔ
ｍＯx，ＹｂＯx，ＬｕＯ x，ＴｉＯx，ＴｉＮx，Ｚｒ
Ｏx，ＺｒＮx，ＨｆＯx，ＨｆＮx，ＴｈＯx，ＶＯx，Ｖ
Ｎx，ＮｂＯx，ＮｂＮx，ＴａＯx，ＴａＮx，ＣｒＯx，
ＣｒＮx，ＭｏＯx，ＭｏＮx，ＷＯx，ＷＮx，ＭｎＯx，
ＲｅＯx，ＦｅＯx，ＦｅＮx，ＲｕＯx，ＯｓＯx，Ｃｏ
Ｏx，ＲｈＯx，ＩｒＯx，ＮｉＯx，ＰｄＯx，ＰｔＯx，
ＣｕＯx，ＣｕＮx，ＡｇＯx，ＡｕＯx，ＺｎＯx，Ｃｄ
Ｏx，ＨｇＯx，ＢＯx，ＢＮx，ＡｌＯx，ＡｌＮx，Ｇａ
Ｏx，ＧａＮx，ＩｎＯx，ＴｉＯx，ＴｉＮx，ＳｉＮx，
ＧｅＯx，ＳｎＯx，ＰｂＯx，ＰＯx，ＰＮx，ＡｓＯx，
ＳｂＯx，ＳｅＯx，ＴｅＯxなどの金属酸化物又は金属
窒化物でもよい。
【００１５】また、ＬｉＡｌＯ2，Ｌｉ2ＳｉＯ3，Ｌｉ2
ＴｉＯ3，Ｎａ2Ａｌ22Ｏ34，ＮａＦｅＯ2，Ｎａ4ＳｉＯ
4，Ｋ2ＳｉＯ3，Ｋ2ＴｉＯ3，Ｋ2ＷＯ4，Ｒｂ2Ｃｒ
Ｏ4，ＣＳ2ＣｒＯ4，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＭｇＦｅ2Ｏ4，Ｍ
ｇＴｉＯ3，ＣａＴｉＯ3，ＣａＷＯ4，ＣａＺｒＯ3，Ｓ
ｒＦｅ12Ｏ19，ＳｒＴｉＯ3，ＳｒＺｒＯ3，ＢａＡｌ2
Ｏ4，ＢａＦｅ12Ｏ19，ＢａＴｉＯ3，Ｙ3Ａｌ5Ｏ12，Ｙ
3Ｆｅ5Ｏ12，ＬａＦｅＯ3，Ｌａ3Ｆｅ5Ｏ12，Ｌａ2Ｔｉ
2Ｏ7，ＣｅＳｎＯ4，ＣｅＴｉＯ4，Ｓｍ3Ｆｅ5Ｏ12，Ｅ
ｕＦｅＯ3，Ｅｕ3Ｆｅ5Ｏ12，ＧｄＦｅＯ3，Ｇｄ3Ｆｅ5
Ｏ12，ＤｙＦｅＯ3，Ｄｙ3Ｆｅ5Ｏ12，ＨｏＦｅＯ3，Ｈ
ｏ3Ｆｅ5Ｏ12，ＥｒＦｅＯ3，Ｅｒ3Ｆｅ5Ｏ 12，Ｔｍ3Ｆ
ｅ5Ｏ12，ＬｕＦｅＯ3，Ｌｕ3Ｆｅ5Ｏ12，ＮｉＴｉ
Ｏ3，Ａｌ2ＴｉＯ3，ＦｅＴｉＯ3，ＢａＺｒＯ3，Ｌｉ
ＺｒＯ3，ＭｇＺｒＯ3，ＨｆＴｉＯ4，ＮＨ4ＶＯ3，Ａ
ｇＶＯ3，ＬｉＶＯ3，ＢａＮｂ2Ｏ6，ＮａＮｂＯ3，Ｓ
ｒＮｂ2Ｏ6，ＫＴａＯ3，ＮａＴａＯ3，ＳｒＴａ2Ｏ6，
ＣｕＣｒ2Ｏ4，Ａｇ2ＣｒＯ4，ＢａＣｒＯ4，Ｋ2ＭｏＯ
4，Ｎａ2ＭｏＯ4，ＮｉＭｏＯ4，ＢａＷＯ4，Ｎａ2ＷＯ
4，ＳｒＷＯ4，ＭｎＣｒ2Ｏ4，ＭｎＦｅ2Ｏ4，ＭｎＴｉ
Ｏ3，ＭｎＷＯ4，ＣｏＦｅ2Ｏ4，ＮｎＦｅ2Ｏ4，ＦｅＷ
Ｏ4，ＣｏＭｏＯ4，ＣｏＴｉＯ3，ＣｏＷＯ4，ＮｉＦｅ
2Ｏ4，ＮｉＷＯ4，ＣｕＦｅ2Ｏ4，ＣｕＭｏＯ4，ＣｕＴ
ｉＯ3，ＣｕＷＯ4，Ａｇ2ＭｏＯ4，Ａｇ2ＷＯ4，ＺｎＡ
ｌ2Ｏ4，ＺｎＭｏＯ4，ＺｎＷＯ4，ＣｄＳｎＯ3，Ｃｄ
ＴｉＯ3，ＣｄＭｏＯ4，ＣｄＷＯ4，ＮａＡｌＯ2，Ｍｇ
Ａｌ2Ｏ4，ＳｒＡｌ2Ｏ4，Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12，ＩｎＦｅＯ
3，ＭｇＩｎ2Ｏ4，Ａｌ2ＴｉＯ5，ＦｅＴｉＯ3，ＭｇＴ
ｉＯ3，Ｎａ2ＳｉＯ3，ＣａＳｉＯ3，ＺｒＳｉＯ4，Ｋ2
ＧｅＯ3，Ｌｉ2ＧｅＯ3，Ｎａ2ＧｅＯ3，Ｂｉ2Ｓｎ
3Ｏ9，ＭｇＳｎＯ3，ＳｒＳｎＯ3，ＰｂＳｉＯ3，Ｐｂ
ＭｏＯ4，ＰｂＴｉＯ3，ＳｎＯ2−Ｓｂ2Ｏ3，ＣｕＳｅ
Ｏ4，Ｎａ2ＳｅＯ3，ＺｎＳｅＯ3，Ｋ2ＴｅＯ3，Ｋ2Ｔ
ｅＯ4，Ｎａ2ＴｅＯ3，Ｎａ2ＴｅＯ4などの金属複合酸
化物、ＦｅＳ，Ａｌ2Ｓ3，ＭｇＳ，ＺｎＳなどの硫化
物、ＬｉＦ，ＭｇＦ2，ＳｍＦ3などのフッ化物、ＨｇＣ
ｌ，ＦｅＣｌ2，ＣｒＣｌ3などの塩化物、ＡｇＢｒ，Ｃ
ｕＢｒ，ＭｎＢｒ2などの臭化物、ＰｂＩ2，ＣｕＩ，Ｆ
ｅＩ2などのヨウ化物、又は、ＳｉＡｌＯＮなどの金属
酸化窒化物でも絶縁体層１３の誘電体材料として有効で
ある。
ＴｉＯ3，Ｎａ2Ａｌ22Ｏ34，ＮａＦｅＯ2，Ｎａ4ＳｉＯ
4，Ｋ2ＳｉＯ3，Ｋ2ＴｉＯ3，Ｋ2ＷＯ4，Ｒｂ2Ｃｒ
Ｏ4，ＣＳ2ＣｒＯ4，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＭｇＦｅ2Ｏ4，Ｍ
ｇＴｉＯ3，ＣａＴｉＯ3，ＣａＷＯ4，ＣａＺｒＯ3，Ｓ
ｒＦｅ12Ｏ19，ＳｒＴｉＯ3，ＳｒＺｒＯ3，ＢａＡｌ2
Ｏ4，ＢａＦｅ12Ｏ19，ＢａＴｉＯ3，Ｙ3Ａｌ5Ｏ12，Ｙ
3Ｆｅ5Ｏ12，ＬａＦｅＯ3，Ｌａ3Ｆｅ5Ｏ12，Ｌａ2Ｔｉ
2Ｏ7，ＣｅＳｎＯ4，ＣｅＴｉＯ4，Ｓｍ3Ｆｅ5Ｏ12，Ｅ
ｕＦｅＯ3，Ｅｕ3Ｆｅ5Ｏ12，ＧｄＦｅＯ3，Ｇｄ3Ｆｅ5
Ｏ12，ＤｙＦｅＯ3，Ｄｙ3Ｆｅ5Ｏ12，ＨｏＦｅＯ3，Ｈ
ｏ3Ｆｅ5Ｏ12，ＥｒＦｅＯ3，Ｅｒ3Ｆｅ5Ｏ 12，Ｔｍ3Ｆ
ｅ5Ｏ12，ＬｕＦｅＯ3，Ｌｕ3Ｆｅ5Ｏ12，ＮｉＴｉ
Ｏ3，Ａｌ2ＴｉＯ3，ＦｅＴｉＯ3，ＢａＺｒＯ3，Ｌｉ
ＺｒＯ3，ＭｇＺｒＯ3，ＨｆＴｉＯ4，ＮＨ4ＶＯ3，Ａ
ｇＶＯ3，ＬｉＶＯ3，ＢａＮｂ2Ｏ6，ＮａＮｂＯ3，Ｓ
ｒＮｂ2Ｏ6，ＫＴａＯ3，ＮａＴａＯ3，ＳｒＴａ2Ｏ6，
ＣｕＣｒ2Ｏ4，Ａｇ2ＣｒＯ4，ＢａＣｒＯ4，Ｋ2ＭｏＯ
4，Ｎａ2ＭｏＯ4，ＮｉＭｏＯ4，ＢａＷＯ4，Ｎａ2ＷＯ
4，ＳｒＷＯ4，ＭｎＣｒ2Ｏ4，ＭｎＦｅ2Ｏ4，ＭｎＴｉ
Ｏ3，ＭｎＷＯ4，ＣｏＦｅ2Ｏ4，ＮｎＦｅ2Ｏ4，ＦｅＷ
Ｏ4，ＣｏＭｏＯ4，ＣｏＴｉＯ3，ＣｏＷＯ4，ＮｉＦｅ
2Ｏ4，ＮｉＷＯ4，ＣｕＦｅ2Ｏ4，ＣｕＭｏＯ4，ＣｕＴ
ｉＯ3，ＣｕＷＯ4，Ａｇ2ＭｏＯ4，Ａｇ2ＷＯ4，ＺｎＡ
ｌ2Ｏ4，ＺｎＭｏＯ4，ＺｎＷＯ4，ＣｄＳｎＯ3，Ｃｄ
ＴｉＯ3，ＣｄＭｏＯ4，ＣｄＷＯ4，ＮａＡｌＯ2，Ｍｇ
Ａｌ2Ｏ4，ＳｒＡｌ2Ｏ4，Ｇｄ3Ｇａ5Ｏ12，ＩｎＦｅＯ
3，ＭｇＩｎ2Ｏ4，Ａｌ2ＴｉＯ5，ＦｅＴｉＯ3，ＭｇＴ
ｉＯ3，Ｎａ2ＳｉＯ3，ＣａＳｉＯ3，ＺｒＳｉＯ4，Ｋ2
ＧｅＯ3，Ｌｉ2ＧｅＯ3，Ｎａ2ＧｅＯ3，Ｂｉ2Ｓｎ
3Ｏ9，ＭｇＳｎＯ3，ＳｒＳｎＯ3，ＰｂＳｉＯ3，Ｐｂ
ＭｏＯ4，ＰｂＴｉＯ3，ＳｎＯ2−Ｓｂ2Ｏ3，ＣｕＳｅ
Ｏ4，Ｎａ2ＳｅＯ3，ＺｎＳｅＯ3，Ｋ2ＴｅＯ3，Ｋ2Ｔ
ｅＯ4，Ｎａ2ＴｅＯ3，Ｎａ2ＴｅＯ4などの金属複合酸
化物、ＦｅＳ，Ａｌ2Ｓ3，ＭｇＳ，ＺｎＳなどの硫化
物、ＬｉＦ，ＭｇＦ2，ＳｍＦ3などのフッ化物、ＨｇＣ
ｌ，ＦｅＣｌ2，ＣｒＣｌ3などの塩化物、ＡｇＢｒ，Ｃ
ｕＢｒ，ＭｎＢｒ2などの臭化物、ＰｂＩ2，ＣｕＩ，Ｆ
ｅＩ2などのヨウ化物、又は、ＳｉＡｌＯＮなどの金属
酸化窒化物でも絶縁体層１３の誘電体材料として有効で
ある。
【００１６】さらに、絶縁体層１３の誘電体材料として
ダイヤモンド，フラーレン(C2n) などの炭素、或いは、
Al4C 3，B 4C ，CaC 2，Cr3C 2，Mo2C ，MoC ，NbC ，S
iC，TaC ，TiC ，VC，W 2C ，WC，ZrC などの金属炭化
物も有効である。なお、フラーレン(C2n) は炭素原子だ
けからなりＣ60に代表される球面篭状分子でＣ32〜Ｃ
960などがあり、また、上式中、O x，N xのｘは原子比
を表す。以下、同じ。
ダイヤモンド，フラーレン(C2n) などの炭素、或いは、
Al4C 3，B 4C ，CaC 2，Cr3C 2，Mo2C ，MoC ，NbC ，S
iC，TaC ，TiC ，VC，W 2C ，WC，ZrC などの金属炭化
物も有効である。なお、フラーレン(C2n) は炭素原子だ
けからなりＣ60に代表される球面篭状分子でＣ32〜Ｃ
960などがあり、また、上式中、O x，N xのｘは原子比
を表す。以下、同じ。
【００１７】絶縁体層の厚さは、５０ｎｍ以上、好まし
くは 100〜1000ｎｍ程度である。電子放出側の金属薄膜
電極１５の材料としてはＰｔ，Ａｕ，Ｗ，Ｒｕ，Ｉｒな
どの金属が有効であるが、Ａｌ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｙ，
Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｌ
ｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄ
ｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなども用いられ得
る。
くは 100〜1000ｎｍ程度である。電子放出側の金属薄膜
電極１５の材料としてはＰｔ，Ａｕ，Ｗ，Ｒｕ，Ｉｒな
どの金属が有効であるが、Ａｌ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｙ，
Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｌ
ｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄ
ｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなども用いられ得
る。
【００１８】またこれらの成膜法としては、スパッタリ
ング法が特に有効であるが、真空蒸着法、ＣＶＤ（chem
ical vapor deposition ）法、レーザアブレーション
法、ＭＢＥ（molecular beam epitaxy）法、イオンビー
ムスパッタリング法でも有効である。具体的に、膜厚が
０μｍ、２．５μｍ、５．０μｍ、７．５μｍ及び１
０．０μｍのａ−Ｓｉ薄膜の電子供給層１２を用い、本
発明による電子放出素子を作製し、それらの特性を調べ
た。
ング法が特に有効であるが、真空蒸着法、ＣＶＤ（chem
ical vapor deposition ）法、レーザアブレーション
法、ＭＢＥ（molecular beam epitaxy）法、イオンビー
ムスパッタリング法でも有効である。具体的に、膜厚が
０μｍ、２．５μｍ、５．０μｍ、７．５μｍ及び１
０．０μｍのａ−Ｓｉ薄膜の電子供給層１２を用い、本
発明による電子放出素子を作製し、それらの特性を調べ
た。
【００１９】まず、スパッタリング法によりＷ電極１１
を膜厚３００ｎｍで形成したガラス基板１０を用意し
た。この電極表面に、それぞれａ−Ｓｉの電子供給層１
２を膜厚０μｍ（電子供給層なし）、２．５μｍ、５．
０μｍ、７．５μｍ及び１０．０μｍで形成したものを
作製した。その後、このそれぞれの電子供給層１２上
に、ＳｉＯx絶縁体層１３が５０ｎｍ、４００ｎｍ及び
１０００ｎｍとなるように成膜したものを作製した。。
これらの層は、スパッタリング法をとおして、Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅあるいはそれらの混合ガス、又はこれらの希ガ
スを主成分としＯ2，Ｎ2などを混入した混合ガスを用い
てガス圧 0.1〜 100mTorr 好ましくは 0.1〜２０mTorr
、成膜レート 0.1〜1000nm/min好ましくは 0.5〜 100n
m/minのスパッタ条件で成膜された。
を膜厚３００ｎｍで形成したガラス基板１０を用意し
た。この電極表面に、それぞれａ−Ｓｉの電子供給層１
２を膜厚０μｍ（電子供給層なし）、２．５μｍ、５．
０μｍ、７．５μｍ及び１０．０μｍで形成したものを
作製した。その後、このそれぞれの電子供給層１２上
に、ＳｉＯx絶縁体層１３が５０ｎｍ、４００ｎｍ及び
１０００ｎｍとなるように成膜したものを作製した。。
これらの層は、スパッタリング法をとおして、Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅあるいはそれらの混合ガス、又はこれらの希ガ
スを主成分としＯ2，Ｎ2などを混入した混合ガスを用い
てガス圧 0.1〜 100mTorr 好ましくは 0.1〜２０mTorr
、成膜レート 0.1〜1000nm/min好ましくは 0.5〜 100n
m/minのスパッタ条件で成膜された。
【００２０】最後に、各基板の絶縁体層の表面上にＰｔ
の金属薄膜電極１５を膜厚１０ｎｍでスパッタリング法
により成膜し、素子基板を多数作成した。一方、透明ガ
ラス基板１の内面にＩＴＯコレクタ電極２が形成された
ものや、各コレクタ電極上に、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する蛍
光体からなる蛍光体層３を常法により形成した透明基板
を作成した。
の金属薄膜電極１５を膜厚１０ｎｍでスパッタリング法
により成膜し、素子基板を多数作成した。一方、透明ガ
ラス基板１の内面にＩＴＯコレクタ電極２が形成された
ものや、各コレクタ電極上に、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する蛍
光体からなる蛍光体層３を常法により形成した透明基板
を作成した。
【００２１】これら素子基板及び透明基板を、金属薄膜
電極１５及びコレクタ電極２が向かい合うように平行に
１０ｍｍ離間してスベーサにより保持し、間隙を１０-7
Ｔｏｒｒ又は１０-5Ｐａの真空になし、電子放出素子を
組立て、作製した。その後、多数の得られた素子につい
て、駆動電圧Ｖｄを０〜２００Ｖ印加して、電子供給層
の膜厚に対応させて絶縁体層膜厚５０ｎｍ、４００ｎｍ
及び１０００ｎｍを有する素子ごとにダイオード電流Ｉ
ｄ及び放出電流Ｉｅを測定した。結果を、図２及び図３
に示す。図示のように、絶縁体層膜厚５０ｎｍ、４００
ｎｍ及び１０００ｎｍを有するいずれの素子において
も、電子供給層が２．５μｍ以上の膜厚を有することに
よって、１×１０-6A/cm2 以上の放出電流すなわちエミ
ッション電流が得られることが分かる。また、最大電子
放出効率（Ｉｅ／Ｉｄ）も２％以上最大では３０％もの
効率が得られることが分かる。
電極１５及びコレクタ電極２が向かい合うように平行に
１０ｍｍ離間してスベーサにより保持し、間隙を１０-7
Ｔｏｒｒ又は１０-5Ｐａの真空になし、電子放出素子を
組立て、作製した。その後、多数の得られた素子につい
て、駆動電圧Ｖｄを０〜２００Ｖ印加して、電子供給層
の膜厚に対応させて絶縁体層膜厚５０ｎｍ、４００ｎｍ
及び１０００ｎｍを有する素子ごとにダイオード電流Ｉ
ｄ及び放出電流Ｉｅを測定した。結果を、図２及び図３
に示す。図示のように、絶縁体層膜厚５０ｎｍ、４００
ｎｍ及び１０００ｎｍを有するいずれの素子において
も、電子供給層が２．５μｍ以上の膜厚を有することに
よって、１×１０-6A/cm2 以上の放出電流すなわちエミ
ッション電流が得られることが分かる。また、最大電子
放出効率（Ｉｅ／Ｉｄ）も２％以上最大では３０％もの
効率が得られることが分かる。
【００２２】このように、本発明の電子放出素子は、金
属または半導体からなる電子供給層、電子供給層上に形
成された絶縁体層および絶縁体層上に形成され、真空空
間に面する金属薄膜電極からなり、絶縁体層の膜厚が５
０ｎｍ以上であり、電子供給層及び金属薄膜電極間に電
圧を印加し、電子を放出する素子であって、電子供給層
は２．５μｍ以上の膜厚を有することが好ましいことが
わかる。
属または半導体からなる電子供給層、電子供給層上に形
成された絶縁体層および絶縁体層上に形成され、真空空
間に面する金属薄膜電極からなり、絶縁体層の膜厚が５
０ｎｍ以上であり、電子供給層及び金属薄膜電極間に電
圧を印加し、電子を放出する素子であって、電子供給層
は２．５μｍ以上の膜厚を有することが好ましいことが
わかる。
【００２３】さらに、次の実施例として、金属薄膜電極
の膜厚を変化させた場合の素子を作製した。この場合、
電子供給層をＷで300nm の膜厚にて、絶縁体層をSiOxで
400nm の膜厚にて、金属薄膜電極をＡｕで２nm，５nm，
１０nm，１５nm，５０nm，１００nm，２００nmの膜厚に
て、作製した以外、上記実施例と同様にして、金属薄膜
電極の膜厚に対応させて絶縁体層膜厚５０ｎｍ、４００
ｎｍ及び１０００ｎｍを有する素子ごとに、それぞれ最
大エミッション電流値を比較した。
の膜厚を変化させた場合の素子を作製した。この場合、
電子供給層をＷで300nm の膜厚にて、絶縁体層をSiOxで
400nm の膜厚にて、金属薄膜電極をＡｕで２nm，５nm，
１０nm，１５nm，５０nm，１００nm，２００nmの膜厚に
て、作製した以外、上記実施例と同様にして、金属薄膜
電極の膜厚に対応させて絶縁体層膜厚５０ｎｍ、４００
ｎｍ及び１０００ｎｍを有する素子ごとに、それぞれ最
大エミッション電流値を比較した。
【００２４】結果を、図４に示す。図示のように、絶縁
体層膜厚５０ｎｍ、４００ｎｍ及び１０００ｎｍを有す
るいずれの素子においても、金属薄膜電極が100nm 以下
の膜厚を有することによって、１×１０-6以上A/cm2 の
放出電流すなわちエミッション電流が得られることが分
かる。このように、実用レベルのエミッション電流値を
示したＡｕ膜厚は 100nm以下であることがわかる。
体層膜厚５０ｎｍ、４００ｎｍ及び１０００ｎｍを有す
るいずれの素子においても、金属薄膜電極が100nm 以下
の膜厚を有することによって、１×１０-6以上A/cm2 の
放出電流すなわちエミッション電流が得られることが分
かる。このように、実用レベルのエミッション電流値を
示したＡｕ膜厚は 100nm以下であることがわかる。
【００２５】よって、絶縁体層膜厚が５０ｎｍ以上、電
子供給層が２．５μｍ以上、Ａｕ膜厚が 100nm以下の膜
厚を有する素子から、良好な結果が得られることが判明
した。図５は、膜厚３００nmのＡｌ電極、膜厚５μm の
Ｓｉ電子供給層、膜厚４００nmのＳｉＯｘ絶縁体層、膜
厚１０nmのＡｕ金属薄膜電極を有する電子放出素子のダ
イオード電流Ｉｄ(Diode Current) と駆動電圧Ｖｄとの
関係を放出電流Ｉｅ(Emission)の変化と共に示したもの
である。図５においてダイオード電流Ｉｄ及び放出電流
Ｉｅの変化はヒステリシス特性を有することが分る。放
出電流開始の駆動電圧から電圧降下が生じ、良好に放出
電流が上昇することが分る。
子供給層が２．５μｍ以上、Ａｕ膜厚が 100nm以下の膜
厚を有する素子から、良好な結果が得られることが判明
した。図５は、膜厚３００nmのＡｌ電極、膜厚５μm の
Ｓｉ電子供給層、膜厚４００nmのＳｉＯｘ絶縁体層、膜
厚１０nmのＡｕ金属薄膜電極を有する電子放出素子のダ
イオード電流Ｉｄ(Diode Current) と駆動電圧Ｖｄとの
関係を放出電流Ｉｅ(Emission)の変化と共に示したもの
である。図５においてダイオード電流Ｉｄ及び放出電流
Ｉｅの変化はヒステリシス特性を有することが分る。放
出電流開始の駆動電圧から電圧降下が生じ、良好に放出
電流が上昇することが分る。
【００２６】またさらに、上記実施例素子において、蛍
光体を塗布したコレクタ電極２及び金属薄膜電極１５の
間に約４ｋＶの電圧を印加した状態では、絶縁体層膜厚
５０ｎｍ以上の素子で薄膜電極に対応する形の均一な蛍
光パターンが観測された。このことは、アモルファスＳ
ｉＯx層からの電子放出が均一であり、直線性の高いこ
とを示し、電子放出ダイオードとして、ミリ波又はサブ
ミリ波の電磁波を放出する発光ダイオード又はレーザダ
イオードとして、さらには高速スイッチング素子として
動作可能であることを示している。
光体を塗布したコレクタ電極２及び金属薄膜電極１５の
間に約４ｋＶの電圧を印加した状態では、絶縁体層膜厚
５０ｎｍ以上の素子で薄膜電極に対応する形の均一な蛍
光パターンが観測された。このことは、アモルファスＳ
ｉＯx層からの電子放出が均一であり、直線性の高いこ
とを示し、電子放出ダイオードとして、ミリ波又はサブ
ミリ波の電磁波を放出する発光ダイオード又はレーザダ
イオードとして、さらには高速スイッチング素子として
動作可能であることを示している。
【００２７】スパッタリング法で成膜した絶縁体層の表
面をＳＥＭで観察したところ、２０ｎｍ程度の粒塊から
なることを特徴としていることが判った。５０ｎｍ以上
の膜厚を有しながらトンネル電流が流れるといった特異
な現象はこの特徴に起因すると考えられる。すなわち、
ＳｉＯxは本来絶縁体であるが、粒塊あるいは、その近
傍に発生しやすい結晶欠陥や不純物などによりポテンシ
ャルの低いバンドが多数現れる。電子はこのポテンシャ
ルの低いバンドを介し次々にトンネリングし、結果とし
て５０ｎｍ以上の膜厚をもトンネルするのであると推定
される。
面をＳＥＭで観察したところ、２０ｎｍ程度の粒塊から
なることを特徴としていることが判った。５０ｎｍ以上
の膜厚を有しながらトンネル電流が流れるといった特異
な現象はこの特徴に起因すると考えられる。すなわち、
ＳｉＯxは本来絶縁体であるが、粒塊あるいは、その近
傍に発生しやすい結晶欠陥や不純物などによりポテンシ
ャルの低いバンドが多数現れる。電子はこのポテンシャ
ルの低いバンドを介し次々にトンネリングし、結果とし
て５０ｎｍ以上の膜厚をもトンネルするのであると推定
される。
【００２８】図６は、実施例の電子放出表示装置を示
す。実施例は、一対の透明基板１及び素子基板１０から
なり、基板は真空空間４を挾み互いに対向している。図
示する電子放出表示装置において、表示面である透明ガ
ラス基板１すなわち透明基板の内面（背面板１０と対向
する面）には、例えばインジウム錫酸化物（いわゆるＩ
ＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などか
らなる透明なコレクタ電極２の複数が互いに平行に形成
されている。また、コレクタ電極２は一体的に形成され
ていてもよい。放出電子を捕獲する透明コレクタ電極群
は、カラーディスプレイパネルとするために赤、緑、青
のＲ，Ｇ，Ｂ色信号に応じて３本１組となっており、そ
れぞれに電圧が印加される。よって、３本のコレクタ電
極２の上には、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する蛍光体からなる蛍
光体層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂが真空空間４に面するように、
それぞれ形成されている。
す。実施例は、一対の透明基板１及び素子基板１０から
なり、基板は真空空間４を挾み互いに対向している。図
示する電子放出表示装置において、表示面である透明ガ
ラス基板１すなわち透明基板の内面（背面板１０と対向
する面）には、例えばインジウム錫酸化物（いわゆるＩ
ＴＯ）、酸化錫（ＳｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などか
らなる透明なコレクタ電極２の複数が互いに平行に形成
されている。また、コレクタ電極２は一体的に形成され
ていてもよい。放出電子を捕獲する透明コレクタ電極群
は、カラーディスプレイパネルとするために赤、緑、青
のＲ，Ｇ，Ｂ色信号に応じて３本１組となっており、そ
れぞれに電圧が印加される。よって、３本のコレクタ電
極２の上には、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する蛍光体からなる蛍
光体層３Ｒ，３Ｇ，３Ｂが真空空間４に面するように、
それぞれ形成されている。
【００２９】一方、真空空間４を挾み透明ガラス基板１
に対向するガラス等からなる素子基板１０すなわち素子
基板内面（透明ガラス基板１と対向する面）にはインシ
ュレータ層１８を介してそれぞれ平行に伸長する複数の
オーミック電極１１が形成されている。インシュレータ
層１８は、ＳｉＯx，ＳｉＮx，Ａｌ2Ｏ3，ＡｌＮなどの
絶縁体からなり、素子基板１０から素子への悪影響（ア
ルカリ成分などに不純物の溶出や、基板面の凹凸など）
を防ぐ働きをなす。オーミック電極の上に上記実施例の
電子放出素子Ｓの複数が形成され、隣接する金属薄膜電
極を電気的に接続しその一部上に、オーミック電極に垂
直に伸長して架設され、それぞれが平行に伸長する複数
のバス電極１６が設けられている。電子放出素子Ｓはオ
ーミック電極上に順に形成された電子供給層１２、絶縁
体層１３及び金属薄膜電極１５からなる。金属薄膜電極
１５は真空空間４に面する。また、金属薄膜電極１５の
表面を複数の電子放出領域に区画するため、開口を有し
た第２絶縁体層１７が成膜される。この第２絶縁体層１
７はバス電極１６を覆うことで不要な短絡を防止する。
に対向するガラス等からなる素子基板１０すなわち素子
基板内面（透明ガラス基板１と対向する面）にはインシ
ュレータ層１８を介してそれぞれ平行に伸長する複数の
オーミック電極１１が形成されている。インシュレータ
層１８は、ＳｉＯx，ＳｉＮx，Ａｌ2Ｏ3，ＡｌＮなどの
絶縁体からなり、素子基板１０から素子への悪影響（ア
ルカリ成分などに不純物の溶出や、基板面の凹凸など）
を防ぐ働きをなす。オーミック電極の上に上記実施例の
電子放出素子Ｓの複数が形成され、隣接する金属薄膜電
極を電気的に接続しその一部上に、オーミック電極に垂
直に伸長して架設され、それぞれが平行に伸長する複数
のバス電極１６が設けられている。電子放出素子Ｓはオ
ーミック電極上に順に形成された電子供給層１２、絶縁
体層１３及び金属薄膜電極１５からなる。金属薄膜電極
１５は真空空間４に面する。また、金属薄膜電極１５の
表面を複数の電子放出領域に区画するため、開口を有し
た第２絶縁体層１７が成膜される。この第２絶縁体層１
７はバス電極１６を覆うことで不要な短絡を防止する。
【００３０】オーミック電極１１の材料としては、Ａ
ｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｗ等の一般にＩＣの配線に用いられる
材料で、各素子にほぼ同電流を供給する均一な厚さであ
る。電子供給層１２の材質は、シリコン（Ｓｉ）が挙げ
られるが、本発明の電子供給層はシリコンに限られたも
のではなく他の半導体又は金属であり、アモルファス、
多結晶、単結晶のいずれでも良い。
ｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｗ等の一般にＩＣの配線に用いられる
材料で、各素子にほぼ同電流を供給する均一な厚さであ
る。電子供給層１２の材質は、シリコン（Ｓｉ）が挙げ
られるが、本発明の電子供給層はシリコンに限られたも
のではなく他の半導体又は金属であり、アモルファス、
多結晶、単結晶のいずれでも良い。
【００３１】薄膜電極１５の材質は、電子放出の原理か
ら仕事関数φが小さい材料で、薄い程良い。電子放出効
率を高くするために、薄膜電極１５の材質は周期律表の
Ｉ族、II族の金属が良く、たとえばＣｓ，Ｒｂ，Ｌｉ，
Ｓｒ，Ｍｇ，Ｂａ，Ｃａ等が有効で、更に、それらの合
金であっても良い。また、薄膜電極１５の材質は極薄化
の面では、導電性が高く化学的に安定な金属が良く、た
とえばＡｕ，Ｐｔ，Ｌｕ，Ａｇ，Ｃｕの単体又はこれら
の合金等が望ましい。また、これらの金属に、上記仕事
関数の小さい金属をコート、あるいはドープしても有効
である。
ら仕事関数φが小さい材料で、薄い程良い。電子放出効
率を高くするために、薄膜電極１５の材質は周期律表の
Ｉ族、II族の金属が良く、たとえばＣｓ，Ｒｂ，Ｌｉ，
Ｓｒ，Ｍｇ，Ｂａ，Ｃａ等が有効で、更に、それらの合
金であっても良い。また、薄膜電極１５の材質は極薄化
の面では、導電性が高く化学的に安定な金属が良く、た
とえばＡｕ，Ｐｔ，Ｌｕ，Ａｇ，Ｃｕの単体又はこれら
の合金等が望ましい。また、これらの金属に、上記仕事
関数の小さい金属をコート、あるいはドープしても有効
である。
【００３２】バス電極１６の材料としては、Ａｕ，Ｐ
ｔ，Ａｌ等の一般にＩＣの配線に用いられる物で良く、
各素子にほぼ同電位を供給可能ならしめるに足る厚さ
で、 0.1〜５０μｍが適当である。また、本発明の表示
装置の駆動方式としては単純マトリクス方式またはアク
ティブマトリクス方式が適用できる。
ｔ，Ａｌ等の一般にＩＣの配線に用いられる物で良く、
各素子にほぼ同電位を供給可能ならしめるに足る厚さ
で、 0.1〜５０μｍが適当である。また、本発明の表示
装置の駆動方式としては単純マトリクス方式またはアク
ティブマトリクス方式が適用できる。
【図１】 本発明による実施例の電子放出素子の概略断
面図である。
面図である。
【図２】 本発明による電子放出表示装置における電子
放出素子の電子供給層膜厚と電子放出電流の関係を示す
グラフである。
放出素子の電子供給層膜厚と電子放出電流の関係を示す
グラフである。
【図３】 本発明による実施例の電子放出表示装置にお
ける電子放出素子の電子供給層膜厚と電子放出効率の関
係を示すグラフを示すグラフである。
ける電子放出素子の電子供給層膜厚と電子放出効率の関
係を示すグラフを示すグラフである。
【図４】 本発明による実施例の電子放出表示装置にお
ける電子放出素子の金属薄膜電極膜厚と電子放出効率の
関係を示すグラフを示すグラフである。
ける電子放出素子の金属薄膜電極膜厚と電子放出効率の
関係を示すグラフを示すグラフである。
【図５】 実施例の電子放出素子における印加駆動電圧
Ｖｄとダイオード電流の関係を示すグラフである。
Ｖｄとダイオード電流の関係を示すグラフである。
【図６】 本発明による実施例の電子放出表示装置を示
す概略斜視図である。
す概略斜視図である。
１ 透明基板 ２ コレクタ電極 ３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ 蛍光体層 ４ 真空空間 １０ 素子基板 １１ オーミック電極 １２ 電子供給層 １３ 絶縁体層 １５ 金属薄膜電極 １６ パス電極 １７ 第２絶縁体層 １８ インシュレータ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中馬 隆 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイ オニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 根岸 伸安 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイ オニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 岩崎 新吾 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイ オニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 伊藤 寛 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイ オニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 山田 高士 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイ オニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 柳沢 秀一 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイ オニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 酒村 一到 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイ オニア株式会社総合研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 金属又は半導体からなる電子供給層、前
記電子供給層上に形成された絶縁体層及び前記絶縁体層
上に形成された金属薄膜電極からなり、前記電子供給層
及び前記金属薄膜電極間に電界を印加し電子を放出する
電子放出素子であって、前記絶縁体層の膜厚が５０ｎｍ
以上であり、前記電子供給層は２．５μｍ以上の膜厚を
有することを特徴とする電子放出素子。 - 【請求項２】 真空空間を挾み対向する一対の第１及び
第２基板と、 前記第１基板に設けられた複数の電子放出素子と、 前記第２基板内に設けられたコレクタ電極と、 前記コレクタ電極上に形成された蛍光体層と、からなる
電子放出表示装置であって、 前記電子放出素子の各々は、オーミック電極上に形成さ
れた金属又は半導体からなる電子供給層、前記電子供給
層上に形成された絶縁体層及び前記絶縁体層上に形成さ
れた金属薄膜電極からなり、前記絶縁体層の膜厚が５０
ｎｍ以上であり、前記電子供給層は２．５μｍ以上の膜
厚を有することを特徴とする電子放出表示装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21513697A JPH1167064A (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 |
| EP98114908A EP0896356B1 (en) | 1997-08-08 | 1998-08-07 | Electron emission device and display device using the same |
| US09/131,225 US6278230B1 (en) | 1997-08-08 | 1998-08-07 | Electron emission device and display device using the same |
| DE69823111T DE69823111T2 (de) | 1997-08-08 | 1998-08-07 | Elektronenemissionsvorrichtung und Anzeigevorrichtung unter Verwendung derselben |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21513697A JPH1167064A (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1167064A true JPH1167064A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=16667306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21513697A Pending JPH1167064A (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6278230B1 (ja) |
| EP (1) | EP0896356B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1167064A (ja) |
| DE (1) | DE69823111T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008538548A (ja) * | 2005-03-23 | 2008-10-30 | チバ ホールディング インコーポレーテッド | 基材をマーキングするためのコーティング組成物 |
Families Citing this family (10)
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|---|---|---|---|---|
| US6400070B1 (en) * | 1997-08-08 | 2002-06-04 | Pioneer Electronic Corporation | Electron emission device and display device using the same |
| JP3765671B2 (ja) * | 1998-08-10 | 2006-04-12 | パイオニア株式会社 | 電子放出素子及びこれを用いた電子放出表示装置 |
| JP2002202732A (ja) * | 2000-12-28 | 2002-07-19 | Pioneer Electronic Corp | フラットパネル表示装置 |
| US6787792B2 (en) | 2002-04-18 | 2004-09-07 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Emitter with filled zeolite emission layer |
| US7160577B2 (en) | 2002-05-02 | 2007-01-09 | Micron Technology, Inc. | Methods for atomic-layer deposition of aluminum oxides in integrated circuits |
| US7687409B2 (en) | 2005-03-29 | 2010-03-30 | Micron Technology, Inc. | Atomic layer deposited titanium silicon oxide films |
| US7662729B2 (en) | 2005-04-28 | 2010-02-16 | Micron Technology, Inc. | Atomic layer deposition of a ruthenium layer to a lanthanide oxide dielectric layer |
| US7572695B2 (en) | 2005-05-27 | 2009-08-11 | Micron Technology, Inc. | Hafnium titanium oxide films |
| US7927948B2 (en) | 2005-07-20 | 2011-04-19 | Micron Technology, Inc. | Devices with nanocrystals and methods of formation |
| EP1944801A1 (en) * | 2007-01-10 | 2008-07-16 | Interuniversitair Microelektronica Centrum | Methods for manufacturing a CMOS device with dual work function |
Family Cites Families (6)
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|---|---|---|---|---|
| US5063327A (en) * | 1988-07-06 | 1991-11-05 | Coloray Display Corporation | Field emission cathode based flat panel display having polyimide spacers |
| JP3633154B2 (ja) * | 1996-03-22 | 2005-03-30 | 株式会社日立製作所 | 薄膜型電子源および薄膜型電子源応用機器 |
| JP3390495B2 (ja) | 1993-08-30 | 2003-03-24 | 株式会社日立製作所 | Ｍｉｍ構造素子およびその製造方法 |
| US5729094A (en) * | 1996-04-15 | 1998-03-17 | Massachusetts Institute Of Technology | Energetic-electron emitters |
| US6130503A (en) * | 1997-03-04 | 2000-10-10 | Pioneer Electronic Corporation | Electron emission device and display using the same |
| JPH10308166A (ja) * | 1997-03-04 | 1998-11-17 | Pioneer Electron Corp | 電子放出素子及びこれを用いた表示装置 |
-
1997
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