JPH1167065A - 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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Classifications
-
- 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
-
- 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
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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、絶縁体層は、絶縁体層よりも高い導電性の少なく
とも１層以上の高導電性層を有する。
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、絶縁体層は、絶縁体層よりも高い導電性の少なく
とも１層以上の高導電性層を有する。
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。
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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の電子放出素子
は、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、前記絶縁体層は、前記絶縁体層よりも高い
導電性の少なくとも１層以上の電界安定化層を有するこ
とを特徴とする。
は、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、前記絶縁体層は、前記絶縁体層よりも高い
導電性の少なくとも１層以上の電界安定化層を有するこ
とを特徴とする。
【０００８】本発明の電子放出素子においては、前記電
界安定化層は前記電子供給層と前記絶縁体層の界面また
は前記金属薄膜電極と前記絶縁体層の界面または前記絶
縁体層の中間に設けられていることを特徴とする。本発
明の電子放出素子においては、前記絶縁体層と前記電界
安定化層とは交互に複数積層されていることを特徴とす
る。
界安定化層は前記電子供給層と前記絶縁体層の界面また
は前記金属薄膜電極と前記絶縁体層の界面または前記絶
縁体層の中間に設けられていることを特徴とする。本発
明の電子放出素子においては、前記絶縁体層と前記電界
安定化層とは交互に複数積層されていることを特徴とす
る。
【０００９】本発明の電子放出素子においては、前記電
界安定化層は漸次拡大又は縮小した膜厚を有することを
特徴とする。また、本発明の電子放出素子を用いた表示
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、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、前記絶縁体層は、前記絶縁体層よ
りも高い導電性の少なくとも１層以上の電界安定化層を
有することを特徴とする。
界安定化層は漸次拡大又は縮小した膜厚を有することを
特徴とする。また、本発明の電子放出素子を用いた表示
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、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、前記絶縁体層は、前記絶縁体層よ
りも高い導電性の少なくとも１層以上の電界安定化層を
有することを特徴とする。
【００１０】以上の構成により、本発明の電子放出素子
を電界印加駆動した場合に、電界が不均一になる要因の
不純物、膜欠陥が多少あっても、電界安定化層が絶縁体
層中での電界を均一になし、これが放出電流を安定化さ
せる。また、本発明の電子放出素子は、低い電圧でも安
定して電子を放出することができるので、例えば表示素
子に本発明の電子放出素子を用いた場合、安定して高輝
度が得られ、駆動電流の消費及び素子の発熱を抑制で
き、さらに駆動回路への負担を低減できる。本発明の電
子放出素子では、絶縁体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。
を電界印加駆動した場合に、電界が不均一になる要因の
不純物、膜欠陥が多少あっても、電界安定化層が絶縁体
層中での電界を均一になし、これが放出電流を安定化さ
せる。また、本発明の電子放出素子は、低い電圧でも安
定して電子を放出することができるので、例えば表示素
子に本発明の電子放出素子を用いた場合、安定して高輝
度が得られ、駆動電流の消費及び素子の発熱を抑制で
き、さらに駆動回路への負担を低減できる。本発明の電
子放出素子では、絶縁体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。
【００１１】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。
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。
【００１２】
【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。発明者は、厚い絶縁体層を有する電
子放出素子の電圧印加時に、不純物、膜の欠陥により絶
縁体層中で電界が不均一になる場合があり、これが放出
電流を不安定とすることを発見した。これを解決すべ
く、電子供給層と絶縁体層の間または絶縁体層と薄膜電
極の間または絶縁体層の間に電界を安定化させる層
（膜）を一層以上入れることを案出した。
照しつつ説明する。発明者は、厚い絶縁体層を有する電
子放出素子の電圧印加時に、不純物、膜の欠陥により絶
縁体層中で電界が不均一になる場合があり、これが放出
電流を不安定とすることを発見した。これを解決すべ
く、電子供給層と絶縁体層の間または絶縁体層と薄膜電
極の間または絶縁体層の間に電界を安定化させる層
（膜）を一層以上入れることを案出した。
【００１３】この電界を安定化させる高導電性層の膜厚
は１ｎｍ以上100 ｎｍ以下であれば良く、高導電性層
は、絶縁体層内に１ヶ所以上、さらに絶縁体層を３つ以
上に分けてその間に２層以上の高導電性層を作ることも
できる。高導電性層は、電界を均一に印加できるよう
に、酸化珪素ＳｉＯx（ｘは原子比を示す）などの絶縁
体層よりも高い導電性の層（膜）である。
は１ｎｍ以上100 ｎｍ以下であれば良く、高導電性層
は、絶縁体層内に１ヶ所以上、さらに絶縁体層を３つ以
上に分けてその間に２層以上の高導電性層を作ることも
できる。高導電性層は、電界を均一に印加できるよう
に、酸化珪素ＳｉＯx（ｘは原子比を示す）などの絶縁
体層よりも高い導電性の層（膜）である。
【００１４】図１に示すように、本発明の電子放出素子
は、素子基板１０上に例えばＡｌ、Ｗなどからなるオー
ミック電極１１を形成し、その上にさらに金属又はＳｉ
などの半導体からなる電子供給層１２と、ＳｉＯ2など
からなる絶縁体層１３と、真空空間に面するＡｕなどの
金属薄膜電極１５とを順に積層してなり、さらに絶縁体
層１３にはＡｌ，Ｗなどの高導電性層１４が設けられて
構成される。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。
は、素子基板１０上に例えばＡｌ、Ｗなどからなるオー
ミック電極１１を形成し、その上にさらに金属又はＳｉ
などの半導体からなる電子供給層１２と、ＳｉＯ2など
からなる絶縁体層１３と、真空空間に面するＡｕなどの
金属薄膜電極１５とを順に積層してなり、さらに絶縁体
層１３にはＡｌ，Ｗなどの高導電性層１４が設けられて
構成される。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。
【００１５】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。電子放出素子
は、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９０Ｖ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１
３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。
上の極めて厚い膜厚を有するものである。電子放出素子
は、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９０Ｖ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１
３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。
【００１６】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。
【００１７】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。
【００１８】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，ＲｂＯx，Ｃ
ｓＯx，ＢｅＯx，ＭｇＯx，ＭｇＮx，ＣａＯx，Ｃａ
Ｎx，ＳｒＯx，ＢａＯx，ＳｃＯx，ＹＯx，ＹＮx，Ｌａ
Ｏ x，ＬａＮx，ＣｅＯx，ＰｒＯx，ＮｄＯx，ＳｍＯx，
ＥｕＯx，ＧｄＯx，ＴｂＯ x，ＤｙＯx，ＨｏＯx，Ｅｒ
Ｏx，ＴｍＯx，ＹｂＯx，ＬｕＯx，ＴｂＯx，ＤｙＯ x，
ＨｏＯx，ＥｒＯx，ＴｍＯx，ＹｂＯx，ＬｕＯx，Ｔｉ
Ｏx，ＴｉＮx，ＺｒＯ x，ＺｒＮx，ＨｆＯx，ＨｆＮx，
ＴｈＯx，ＶＯx，ＶＮx，ＮｂＯx，ＮｂＮx，ＴａＯx，
ＴａＮx，ＣｒＯx，ＣｒＮx，ＭｏＯx，ＭｏＮx，Ｗ
Ｏx，ＷＮx，ＭｎＯx，ＲｅＯx，ＦｅＯx，ＦｅＮx，Ｒ
ｕＯx，ＯｓＯx，ＣｏＯx，ＲｈＯx，ＩｒＯx，Ｎｉ
Ｏx，ＰｄＯx，ＰｔＯx，ＣｕＯx，ＣｕＮx，ＡｇＯx，
ＡｕＯx，ＺｎＯx，ＣｄＯx，ＨｇＯx，ＢＯx，ＢＮx，
ＡｌＯx，ＡｌＮx，ＧａＯx，ＧａＮx，ＩｎＯx，Ｔｉ
Ｏx，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，ＲｂＯx，Ｃ
ｓＯx，ＢｅＯx，ＭｇＯx，ＭｇＮx，ＣａＯx，Ｃａ
Ｎx，ＳｒＯx，ＢａＯx，ＳｃＯx，ＹＯx，ＹＮx，Ｌａ
Ｏ x，ＬａＮx，ＣｅＯx，ＰｒＯx，ＮｄＯx，ＳｍＯx，
ＥｕＯx，ＧｄＯx，ＴｂＯ x，ＤｙＯx，ＨｏＯx，Ｅｒ
Ｏx，ＴｍＯx，ＹｂＯx，ＬｕＯx，ＴｂＯx，ＤｙＯ x，
ＨｏＯx，ＥｒＯx，ＴｍＯx，ＹｂＯx，ＬｕＯx，Ｔｉ
Ｏx，ＴｉＮx，ＺｒＯ x，ＺｒＮx，ＨｆＯx，ＨｆＮx，
ＴｈＯx，ＶＯx，ＶＮx，ＮｂＯx，ＮｂＮx，ＴａＯx，
ＴａＮx，ＣｒＯx，ＣｒＮx，ＭｏＯx，ＭｏＮx，Ｗ
Ｏx，ＷＮx，ＭｎＯx，ＲｅＯx，ＦｅＯx，ＦｅＮx，Ｒ
ｕＯx，ＯｓＯx，ＣｏＯx，ＲｈＯx，ＩｒＯx，Ｎｉ
Ｏx，ＰｄＯx，ＰｔＯx，ＣｕＯx，ＣｕＮx，ＡｇＯx，
ＡｕＯx，ＺｎＯx，ＣｄＯx，ＨｇＯx，ＢＯx，ＢＮx，
ＡｌＯx，ＡｌＮx，ＧａＯx，ＧａＮx，ＩｎＯx，Ｔｉ
Ｏx，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。
【００１９】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。
【００２０】さらに、絶縁体層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 ，SiC
，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〜Ｃ960
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。
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 ，SiC
，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〜Ｃ960
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。
【００２１】絶縁体層の厚さ１３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，Ｉ
ｒなどの金属が有効であるが、Ａｌ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，
Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，
Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃ
ｄ，Ｌｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｌ
ａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔ
ｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなども用いら
れ得る。
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，Ｉ
ｒなどの金属が有効であるが、Ａｌ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，
Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，
Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔｃ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃ
ｄ，Ｌｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｌ
ａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔ
ｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなども用いら
れ得る。
【００２２】絶縁体層１３における高導電性層１４の材
料としては、絶縁体より電気抵抗率の低い物質を用い、
例えば、Ｌｉ，Ｂｅ，Ｃ，Ｎａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，
Ｋ，Ｃａ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｒｂ，Ｓｒ，
Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃ
ｄ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｃｓ，Ｂａ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｈｇ，Ｔｌ，
Ｐｂ，Ｂｉ，Ｐｏ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅ
ｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ
等の金属、半導体、またこれらの酸化物、あるいは合金
などから適宜選択できる。
料としては、絶縁体より電気抵抗率の低い物質を用い、
例えば、Ｌｉ，Ｂｅ，Ｃ，Ｎａ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，
Ｋ，Ｃａ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｒｂ，Ｓｒ，
Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｃ
ｄ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｃｓ，Ｂａ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｈｇ，Ｔｌ，
Ｐｂ，Ｂｉ，Ｐｏ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅ
ｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ
等の金属、半導体、またこれらの酸化物、あるいは合金
などから適宜選択できる。
【００２３】素子基板１０の材質はガラスの他に、Ａｌ
2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ等のセラミックスでも良い。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（chemical vapor depos
ition ）法、レーザアブレーション法、ＭＢＥ（molecu
lar beam epitaxy）法、イオンビームスパッタリング法
でも有効である。
2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ等のセラミックスでも良い。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（chemical vapor depos
ition ）法、レーザアブレーション法、ＭＢＥ（molecu
lar beam epitaxy）法、イオンビームスパッタリング法
でも有効である。
【００２４】具体的に、本発明の電子放出素子を作製し
特性を調べた。Ａｌ電極をスパッタリング法により膜厚
300ｎｍで形成したガラス基板１０（素子基板）の電極
表面に、シリコン（Ｓｉ）の電子供給層１２をスパッタ
リング法により膜厚５μｍで形成した。かかるＳｉ基板
を多数用意した。次に、スパッタリング法により、かか
るＳｉ基板の電子供給層１２上に膜厚195 ｎｍでＳｉＯ
xの絶縁体層１３を成膜し、この絶縁体層上に５ｎｍの
高導電性層14を成膜し、この高導電性層上に膜厚200 ｎ
ｍでＳｉＯxの絶縁体層１３を成膜した。このようにし
て、ほぼ等しい膜厚の絶縁体層１３に挾まれたＡｌとＷ
とについて高導電性層14を膜厚０ｎｍ，５ｎｍ，１５ｎ
ｍ，３０ｎｍ，４０ｎｍ，５０ｎｍに変化させ、高導電
性層及び絶縁体層の全体厚が１００ｎｍ，４００ｎｍ，
８００ｎｍとなるように成膜したＳｉＯx絶縁体基板を
多数用意した。また、高導電性層膜厚０ｎｍのものは比
較例として作成した。ＳｉＯx絶縁体層１３及び高導電
性層14は、スパッタリング法をとおして、Ａｒ，Ｋｒ，
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〜 100nm/min
のスパッタ条件で成膜されている。スパッタリング装置
のターゲットやスパッタ条件を適宜変えることにより、
絶縁体層１３のアモルファス相、粒径、原子比は制御さ
れ得る。
特性を調べた。Ａｌ電極をスパッタリング法により膜厚
300ｎｍで形成したガラス基板１０（素子基板）の電極
表面に、シリコン（Ｓｉ）の電子供給層１２をスパッタ
リング法により膜厚５μｍで形成した。かかるＳｉ基板
を多数用意した。次に、スパッタリング法により、かか
るＳｉ基板の電子供給層１２上に膜厚195 ｎｍでＳｉＯ
xの絶縁体層１３を成膜し、この絶縁体層上に５ｎｍの
高導電性層14を成膜し、この高導電性層上に膜厚200 ｎ
ｍでＳｉＯxの絶縁体層１３を成膜した。このようにし
て、ほぼ等しい膜厚の絶縁体層１３に挾まれたＡｌとＷ
とについて高導電性層14を膜厚０ｎｍ，５ｎｍ，１５ｎ
ｍ，３０ｎｍ，４０ｎｍ，５０ｎｍに変化させ、高導電
性層及び絶縁体層の全体厚が１００ｎｍ，４００ｎｍ，
８００ｎｍとなるように成膜したＳｉＯx絶縁体基板を
多数用意した。また、高導電性層膜厚０ｎｍのものは比
較例として作成した。ＳｉＯx絶縁体層１３及び高導電
性層14は、スパッタリング法をとおして、Ａｒ，Ｋｒ，
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〜 100nm/min
のスパッタ条件で成膜されている。スパッタリング装置
のターゲットやスパッタ条件を適宜変えることにより、
絶縁体層１３のアモルファス相、粒径、原子比は制御さ
れ得る。
【００２５】実施例のＳｉＯx絶縁体層１３について、
Ｘ線回折法で分析したところアモルファス相によるハロ
ー強度Ｉａが観測された。このことから絶縁体層のＳｉ
Ｏxはアモルファス相であると推定できる。最後に、各
基板のアモルファスＳｉＯx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。
Ｘ線回折法で分析したところアモルファス相によるハロ
ー強度Ｉａが観測された。このことから絶縁体層のＳｉ
Ｏxはアモルファス相であると推定できる。最後に、各
基板のアモルファスＳｉＯx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。
【００２６】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。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１０-7Ｔｏｒｒ又は１０-5Ｐａの
真空になし、電子放出素子を組立て、作製した。
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。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１０-7Ｔｏｒｒ又は１０-5Ｐａの
真空になし、電子放出素子を組立て、作製した。
【００２７】その後、多数の得られた素子のそれぞれに
ついて駆動電圧Ｖｄを０〜２００Ｖ印加して、各ＳｉＯ
x層膜厚に対応したダイオード電流Ｉｄ及び放出電流Ｉ
ｅを測定した。その結果として、図２に、高導電性層及
び絶縁体層の全体厚が１００ｎｍ，４００ｎｍ，８００
ｎｍの場合における、電子放出素子の高導電性層膜厚に
対する放出電流Ｉｅの変化を示す。この結果、 200Ｖ以
下の電圧を加えることにより、高導電性層及び絶縁体層
の全体厚５０ｎｍ以上の１００ｎｍ〜８００ｎｍでかつ
高導電性層膜厚５０ｎｍ以下で、１×１０-6Ａ／cm2以
上の放出電流が得られた。よって、膜厚５０ｎｍ以上好
ましくは、１００ｎｍ以上のＳｉＯx誘電体層を有する
素子から得られることが判明した。
ついて駆動電圧Ｖｄを０〜２００Ｖ印加して、各ＳｉＯ
x層膜厚に対応したダイオード電流Ｉｄ及び放出電流Ｉ
ｅを測定した。その結果として、図２に、高導電性層及
び絶縁体層の全体厚が１００ｎｍ，４００ｎｍ，８００
ｎｍの場合における、電子放出素子の高導電性層膜厚に
対する放出電流Ｉｅの変化を示す。この結果、 200Ｖ以
下の電圧を加えることにより、高導電性層及び絶縁体層
の全体厚５０ｎｍ以上の１００ｎｍ〜８００ｎｍでかつ
高導電性層膜厚５０ｎｍ以下で、１×１０-6Ａ／cm2以
上の放出電流が得られた。よって、膜厚５０ｎｍ以上好
ましくは、１００ｎｍ以上のＳｉＯx誘電体層を有する
素子から得られることが判明した。
【００２８】また、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、ＳｉＯx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ＳｉＯ x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。
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、ＳｉＯx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ＳｉＯ x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。
【００２９】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と推定される。
【００３０】図３と図４は、高導電性層がある場合とそ
れがない場合の放出電流の時間変動をそれぞれ表してい
る。図３のように高導電性層がある場合は、図４の高導
電性層がない場合と比べて放出電流の時間変動は非常に
小さく、放出電流が安定していることがわかる。このよ
うに安定になったことは、高導電性層を絶縁体層に設け
ることにより、印加電圧Ｖｄによる電界が均一になるの
で、高導電性層がない場合に比べて多くの電子を安定し
て金属薄膜電極に到達させると推察される。
れがない場合の放出電流の時間変動をそれぞれ表してい
る。図３のように高導電性層がある場合は、図４の高導
電性層がない場合と比べて放出電流の時間変動は非常に
小さく、放出電流が安定していることがわかる。このよ
うに安定になったことは、高導電性層を絶縁体層に設け
ることにより、印加電圧Ｖｄによる電界が均一になるの
で、高導電性層がない場合に比べて多くの電子を安定し
て金属薄膜電極に到達させると推察される。
【００３１】図５は、実施例の高導電性層を絶縁体層に
設けた電子放出素子のダイオード電流Ｉｄ(Diode Curre
nt) と駆動電圧Ｖｄ(V diode) との関係を放出電流Ｉｅ
(Emission Current)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。
設けた電子放出素子のダイオード電流Ｉｄ(Diode Curre
nt) と駆動電圧Ｖｄ(V diode) との関係を放出電流Ｉｅ
(Emission Current)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。
【００３２】上記実施例では絶縁体層１３の中間に高導
電性層１４を１層有するものを説明したが、他の実施例
として、図６に示すように、高導電性層１４を絶縁体層
１３及び金属薄膜電極１５の界面に設けることができ、
また、図７に示すように、高導電性層１４を絶縁体層１
３及び電子供給層１２の界面に有するようにできる。さ
らに、図８は他の実施例の電子放出素子の概略部分拡大
断面図であり、２層以上の高導電性層１４を絶縁体層１
３内に設け、絶縁体層を３つ以上に分けた多層構造とす
ることもできる。即ち、本発明の電子放出素子において
は、絶縁体層と高導電性層とは交互に積層され得る。ま
た、高導電性層は、積層方向に沿って、漸次拡大又は縮
小した間隔で配置しても、等間隔で積層してもよい。
電性層１４を１層有するものを説明したが、他の実施例
として、図６に示すように、高導電性層１４を絶縁体層
１３及び金属薄膜電極１５の界面に設けることができ、
また、図７に示すように、高導電性層１４を絶縁体層１
３及び電子供給層１２の界面に有するようにできる。さ
らに、図８は他の実施例の電子放出素子の概略部分拡大
断面図であり、２層以上の高導電性層１４を絶縁体層１
３内に設け、絶縁体層を３つ以上に分けた多層構造とす
ることもできる。即ち、本発明の電子放出素子において
は、絶縁体層と高導電性層とは交互に積層され得る。ま
た、高導電性層は、積層方向に沿って、漸次拡大又は縮
小した間隔で配置しても、等間隔で積層してもよい。
【００３３】またさらに、本発明の他の実施例の電子放
出素子においては、図９に示すように、高導電性層は漸
次拡大又は縮小した膜厚を有するように、成膜してもよ
い。さらに、他の実施例においては、図１０に示すよう
に、高導電性層１４を、絶縁体層１３中に同時スパッタ
リング方法などにより高導電性材料をドーパントとして
分散させて設けることもできる。この場合も、絶縁体層
１３から金属薄膜電極１５への電子の移動を円滑にする
働きをなす。また、高導電性層ドーパントを絶縁体層１
３の金属薄膜電極１５に近い方に高くなる又は低くなる
ような密度勾配を設けて分散させてもよい。
出素子においては、図９に示すように、高導電性層は漸
次拡大又は縮小した膜厚を有するように、成膜してもよ
い。さらに、他の実施例においては、図１０に示すよう
に、高導電性層１４を、絶縁体層１３中に同時スパッタ
リング方法などにより高導電性材料をドーパントとして
分散させて設けることもできる。この場合も、絶縁体層
１３から金属薄膜電極１５への電子の移動を円滑にする
働きをなす。また、高導電性層ドーパントを絶縁体層１
３の金属薄膜電極１５に近い方に高くなる又は低くなる
ような密度勾配を設けて分散させてもよい。
【００３４】このように、金属薄膜電極、絶縁体層及び
電子供給層を積層した本発明の電子放出素子において
は、金属薄膜電極と絶縁体層との界面、或いは電子供給
層と絶縁体層との界面、又は絶縁体層中に多層として、
高導電性層を設けることにより、低い電圧でかつ安定し
た放出電流を得ることができる。図１１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ＩＴＯ）、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。
電子供給層を積層した本発明の電子放出素子において
は、金属薄膜電極と絶縁体層との界面、或いは電子供給
層と絶縁体層との界面、又は絶縁体層中に多層として、
高導電性層を設けることにより、低い電圧でかつ安定し
た放出電流を得ることができる。図１１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ＩＴＯ）、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。
【００３５】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。そして、絶縁
体層１３には高導電性層１４が設けられている。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１７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。そして、絶縁
体層１３には高導電性層１４が設けられている。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１７はバス電極１６を覆うことで不要な短絡を防止
する。
【００３６】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。
【００３７】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。
【００３８】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高導電性層を有する電
子放出素子の概略断面図である。
子放出素子の概略断面図である。
【図２】 本発明による実施例の電子放出表示装置にお
ける電子放出電流の高導電性層膜厚依存性を示すグラフ
である。
ける電子放出電流の高導電性層膜厚依存性を示すグラフ
である。
【図３】 実施例の電子放出素子の放出電流の時間変動
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図４】 高導電性層を有さない比較例の電子放出素子
の放出電流の時間変動を示すグラフである。
の放出電流の時間変動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】 本発明による他の実施例の電子放出素子の高
導電性層近傍を示す概略部分拡大断面図である。
導電性層近傍を示す概略部分拡大断面図である。
【図７】 本発明による他の実施例の電子放出素子の高
導電性層近傍を示す概略部分拡大断面図である。
導電性層近傍を示す概略部分拡大断面図である。
【図８】 本発明による他の実施例の電子放出素子の高
導電性層近傍を示す概略部分拡大断面図である。
導電性層近傍を示す概略部分拡大断面図である。
【図９】 本発明による他の実施例の電子放出素子の高
導電性層近傍を示す概略部分拡大断面図である。
導電性層近傍を示す概略部分拡大断面図である。
【図１０】 本発明による他の実施例の電子放出素子の
高導電性層近傍を示す概略部分拡大断面図である。
高導電性層近傍を示す概略部分拡大断面図である。
【図１１】 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。
示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 １４ 高導電性層 １５ 金属薄膜電極 １６ バス電極 １７ 第２絶縁体層 １８ インシュレータ層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年８月１１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】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。電子放出素子
は、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９０Ｖ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１
３内を移動する。金属薄膜電極１５付近に達した電子
は、そこで強電界によって一部は金属薄膜電極１５から
外部の真空中に放出される。
上の極めて厚い膜厚を有するものである。電子放出素子
は、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９０Ｖ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１
３内を移動する。金属薄膜電極１５付近に達した電子
は、そこで強電界によって一部は金属薄膜電極１５から
外部の真空中に放出される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】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Ｓ
ｉ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（ＣｄＳ
ｅ）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。
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Ｓ
ｉ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（ＣｄＳ
ｅ）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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】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，Ｙｂ
Ｏｘ， ＬｕＯｘ，ＴｂＯｘ，ＤｙＯｘ，ＨｏＯｘ，Ｅ
ｒＯｘ，ＴｍＯｘ，ＹｂＯｘ，ＬｕＯｘ，ＴｉＯ ｘ，Ｚ
ｒＯｘ，ＺｒＮｘ，ＨｆＯｘ，ＨｆＮｘ，ＴｈＯｘ，Ｖ
Ｏｘ，ＶＮｘ，ＮｂＯｘ，ＮｂＮｘ，ＴａＯｘ，ＴａＮ
ｘ，ＣｒＯｘ，ＣｒＮｘ，ＭｏＯｘ，ＭｏＮｘ，Ｗ
Ｏｘ，ＷＮｘ，ＭｎＯｘ，ＲｅＯｘ，ＦｅＯｘ，ＦｅＮ
ｘ，ＲｕＯｘ，ＯｓＯｘ，ＣｏＯｘ，ＲｈＯｘ，ＩｒＯ
ｘ，ＮｉＯｘ，ＰｄＯｘ，ＰｔＯｘ，ＣｕＯｘ，ＣｕＮ
ｘ，ＡｇＯｘ，ＡｕＯｘ，ＺｎＯｘ，ＣｄＯｘ，ＨｇＯ
ｘ，ＢＯｘ，ＢＮｘ，ＡｌＯｘ，ＡｌＮｘ，ＧａＯｘ，
ＧａＮｘ，ＩｎＯ ｘ，ＳｉＮｘ，ＧｅＯｘ，ＳｎＯｘ，
ＰｂＯｘ，ＰＯｘ，ＰＮｘ，ＡｓＯｘ，ＳｂＯｘ，Ｓｅ
Ｏｘ，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，Ｙｂ
Ｏｘ， ＬｕＯｘ，ＴｂＯｘ，ＤｙＯｘ，ＨｏＯｘ，Ｅ
ｒＯｘ，ＴｍＯｘ，ＹｂＯｘ，ＬｕＯｘ，ＴｉＯ ｘ，Ｚ
ｒＯｘ，ＺｒＮｘ，ＨｆＯｘ，ＨｆＮｘ，ＴｈＯｘ，Ｖ
Ｏｘ，ＶＮｘ，ＮｂＯｘ，ＮｂＮｘ，ＴａＯｘ，ＴａＮ
ｘ，ＣｒＯｘ，ＣｒＮｘ，ＭｏＯｘ，ＭｏＮｘ，Ｗ
Ｏｘ，ＷＮｘ，ＭｎＯｘ，ＲｅＯｘ，ＦｅＯｘ，ＦｅＮ
ｘ，ＲｕＯｘ，ＯｓＯｘ，ＣｏＯｘ，ＲｈＯｘ，ＩｒＯ
ｘ，ＮｉＯｘ，ＰｄＯｘ，ＰｔＯｘ，ＣｕＯｘ，ＣｕＮ
ｘ，ＡｇＯｘ，ＡｕＯｘ，ＺｎＯｘ，ＣｄＯｘ，ＨｇＯ
ｘ，ＢＯｘ，ＢＮｘ，ＡｌＯｘ，ＡｌＮｘ，ＧａＯｘ，
ＧａＮｘ，ＩｎＯ ｘ，ＳｉＮｘ，ＧｅＯｘ，ＳｎＯｘ，
ＰｂＯｘ，ＰＯｘ，ＰＮｘ，ＡｓＯｘ，ＳｂＯｘ，Ｓｅ
Ｏｘ，ＴｅＯｘなどの金属酸化物又は金属窒化物でもよ
い。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】さらに、絶縁体層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、
Ａｌ４Ｃ３，Ｂ４Ｃ，ＣａＣ２，Ｃｒ３Ｃ２，Ｍｏ
２Ｃ，ＭｏＣ，ＮｂＣ，ＳｉＣ，ＴａＣ，ＴｉＣ，Ｖ
Ｃ，Ｗ２Ｃ，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〜Ｃ９６０
などがあり、また、上式中、Ｏｘ，Ｎｘのｘは原子比を
表す。
ヤモンド，フラーレン（Ｃ２ｎ）などの炭素、或いは、
Ａｌ４Ｃ３，Ｂ４Ｃ，ＣａＣ２，Ｃｒ３Ｃ２，Ｍｏ
２Ｃ，ＭｏＣ，ＮｂＣ，ＳｉＣ，ＴａＣ，ＴｉＣ，Ｖ
Ｃ，Ｗ２Ｃ，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〜Ｃ９６０
などがあり、また、上式中、Ｏｘ，Ｎｘのｘは原子比を
表す。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２４】具体的に、本発明の電子放出素子を作製し
特性を調べた。Ａｌ電極をスパッタリング法により膜厚
３００ｎｍで形成したガラス基板１０（素子基板）の電
極１１表面に、シリコン（Ｓｉ）の電子供給層１２をス
パッタリング法により膜厚５μｍで形成した。かかるＳ
ｉ基板を多数用意した。次に、スパッタリング法によ
り、かかるＳｉ基板の電子供給層１２上に膜厚１９５ｎ
ｍでＳｉＯｘの絶縁体層１３を成膜し、この絶縁体層上
に５ｎｍの高導電性層１４を成膜し、この高導電性層上
に膜厚２００ｎｍでＳｉＯｘの絶縁体層１３を成膜し
た。このようにして、ほぼ等しい膜厚の絶縁体層１３に
挟まれたＡｌ、Ｗなどからなる高導電性層１４を膜厚０
ｎｍ，５ｎｍ，１５ｎｍ，３０ｎｍ，４０ｎｍ，５０ｎ
ｍに変化させ、同様に、高導電性層及び絶縁体層の全体
厚が１００ｎｍ，４００ｎｍ，８００ｎｍとなるように
成膜したＳｉＯｘ絶縁体基板を多数用意した。また、高
導電性層膜厚０ｎｍのものは比較例として作成した。Ｓ
ｉＯｘ絶縁体層１３及び高導電性層１４は、スパッタリ
ング法をとおして、Ａｒ，Ｋｒ，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０．１〜１００
ｍＴｏｒｒ好ましくは０．１〜２０ｍＴｏｒｒ、成膜レ
ート０．１〜１０００ｎｍ／ｍｉｎ好ましくは０．５〜
１００ｎｍ／ｍｉｎのスパッタ条件で成膜されている。
スパッタリング装置のターゲットやスパッタ条件を適宜
変えることにより、絶縁体層１３のアモルファス相、粒
径、原子比は制御され得る。
特性を調べた。Ａｌ電極をスパッタリング法により膜厚
３００ｎｍで形成したガラス基板１０（素子基板）の電
極１１表面に、シリコン（Ｓｉ）の電子供給層１２をス
パッタリング法により膜厚５μｍで形成した。かかるＳ
ｉ基板を多数用意した。次に、スパッタリング法によ
り、かかるＳｉ基板の電子供給層１２上に膜厚１９５ｎ
ｍでＳｉＯｘの絶縁体層１３を成膜し、この絶縁体層上
に５ｎｍの高導電性層１４を成膜し、この高導電性層上
に膜厚２００ｎｍでＳｉＯｘの絶縁体層１３を成膜し
た。このようにして、ほぼ等しい膜厚の絶縁体層１３に
挟まれたＡｌ、Ｗなどからなる高導電性層１４を膜厚０
ｎｍ，５ｎｍ，１５ｎｍ，３０ｎｍ，４０ｎｍ，５０ｎ
ｍに変化させ、同様に、高導電性層及び絶縁体層の全体
厚が１００ｎｍ，４００ｎｍ，８００ｎｍとなるように
成膜したＳｉＯｘ絶縁体基板を多数用意した。また、高
導電性層膜厚０ｎｍのものは比較例として作成した。Ｓ
ｉＯｘ絶縁体層１３及び高導電性層１４は、スパッタリ
ング法をとおして、Ａｒ，Ｋｒ，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０．１〜１００
ｍＴｏｒｒ好ましくは０．１〜２０ｍＴｏｒｒ、成膜レ
ート０．１〜１０００ｎｍ／ｍｉｎ好ましくは０．５〜
１００ｎｍ／ｍｉｎのスパッタ条件で成膜されている。
スパッタリング装置のターゲットやスパッタ条件を適宜
変えることにより、絶縁体層１３のアモルファス相、粒
径、原子比は制御され得る。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２７】その後、多数の得られた素子のそれぞれに
ついて駆動電圧Ｖｄを０〜２００Ｖ印加して、各ＳｉＯ
ｘ層膜厚に対応したダイオード電流Ｉｄ及び放出電流Ｉ
ｅを測定した。その結果として、図２に、高導電性層及
び絶縁体層の全体厚が１００ｎｍ，４００ｎｍ，８００
ｎｍの場合における、電子放出素子の高導電性層膜厚に
対する放出電流Ｉｅの変化を示す。この結果、２００Ｖ
以下の電圧を加えることにより、高導電性層及び絶縁体
層の全体厚５０ｎｍ以上の１００ｎｍ〜８００ｎｍでか
つ高導電性層膜厚５０ｎｍ以下で、１×１０−６Ａ／ｃ
ｍ２以上の放出電流が得られた。よって、膜厚５０ｎｍ
以上好ましくは、１００ｎｍ以上のＳｉＯｘ誘電体層を
有する素子から１×１０−６Ａ／ｃｍ２以上の放出電流
が得られることが判明した。
ついて駆動電圧Ｖｄを０〜２００Ｖ印加して、各ＳｉＯ
ｘ層膜厚に対応したダイオード電流Ｉｄ及び放出電流Ｉ
ｅを測定した。その結果として、図２に、高導電性層及
び絶縁体層の全体厚が１００ｎｍ，４００ｎｍ，８００
ｎｍの場合における、電子放出素子の高導電性層膜厚に
対する放出電流Ｉｅの変化を示す。この結果、２００Ｖ
以下の電圧を加えることにより、高導電性層及び絶縁体
層の全体厚５０ｎｍ以上の１００ｎｍ〜８００ｎｍでか
つ高導電性層膜厚５０ｎｍ以下で、１×１０−６Ａ／ｃ
ｍ２以上の放出電流が得られた。よって、膜厚５０ｎｍ
以上好ましくは、１００ｎｍ以上のＳｉＯｘ誘電体層を
有する素子から１×１０−６Ａ／ｃｍ２以上の放出電流
が得られることが判明した。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２９】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ためと推定され
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ためと推定され
る。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
───────────────────────────────────────────────────── 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 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 吉澤 淳志 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 (5)
- 【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、 前記絶縁体層は、前記絶縁体層よりも高い導電性の少な
くとも１層以上の電界安定化層を有することを特徴とす
る電子放出素子。 - 【請求項２】 前記電界安定化層は前記電子供給層と前
記絶縁体層の界面または前記金属薄膜電極と前記絶縁体
層の界面または前記絶縁体層の中間に設けられたことを
特徴とする請求項１記載の電子放出素子。 - 【請求項３】 前記絶縁体層と前記電界安定化層とは交
互に複数積層されていることを特徴とする請求項１記載
の電子放出素子。 - 【請求項４】 前記電界安定化層は漸次拡大又は縮小し
た膜厚を有することを特徴とする請求項２記載の電子放
出素子。 - 【請求項５】 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、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
記絶縁体層は、前記絶縁体層よりも高い導電性の少なく
とも１層以上の電界安定化層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 |
|---|---|---|---|
| JP9215137A JPH1167065A (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 |
| EP98114903A EP0896353B1 (en) | 1997-08-08 | 1998-08-07 | Electron emission device and display device using the same |
| DE69827206T DE69827206T2 (de) | 1997-08-08 | 1998-08-07 | Elektronenemissionsvorrichtung und Anzeigevorrichtung unter Verwendung derselben |
| US09/131,222 US6066922A (en) | 1997-08-08 | 1998-08-07 | Electron emission device and display device using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9215137A JPH1167065A (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 |
|---|---|
| JPH1167065A true JPH1167065A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=16667321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9215137A Pending JPH1167065A (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) | US6066922A (ja) |
| EP (1) | EP0896353B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1167065A (ja) |
| DE (1) | DE69827206T2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7095040B2 (en) * | 2000-01-13 | 2006-08-22 | Pioneer Corporation | Electron-emitting device and method of manufacturing the same and display apparatus using the same |
| CN100351977C (zh) * | 2003-01-28 | 2007-11-28 | 佳能株式会社 | 电子发射元件驱动方法、电子源驱动和制造方法及显示器 |
| US9378920B2 (en) | 2014-01-20 | 2016-06-28 | Tsinghua University | Electron emission device and electron emission display |
| JP2019009000A (ja) * | 2017-06-26 | 2019-01-17 | シャープ株式会社 | 電子放出素子、電子放出装置、電子放出素子の製造方法、及び、電子放出素子を備える装置 |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5982082A (en) | 1997-05-06 | 1999-11-09 | St. Clair Intellectual Property Consultants, Inc. | Field emission display devices |
| US6400070B1 (en) * | 1997-08-08 | 2002-06-04 | Pioneer Electronic Corporation | Electron emission device and display device using the same |
| WO1999040601A1 (fr) * | 1998-02-09 | 1999-08-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif emetteur d'electrons, son procede de production, et son procede d'excitation; afficheur d'images comprenant ledit emetteur d'electrons et son procede de fabrication |
| US6291283B1 (en) | 1998-11-09 | 2001-09-18 | Texas Instruments Incorporated | Method to form silicates as high dielectric constant materials |
| JP2000208508A (ja) | 1999-01-13 | 2000-07-28 | Texas Instr Inc <Ti> | 珪酸塩高誘電率材料の真空蒸着 |
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