JPS63274048A - 電子放出素子およびその製造方法 - Google Patents
電子放出素子およびその製造方法Info
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- JPS63274048A JPS63274048A JP62108847A JP10884787A JPS63274048A JP S63274048 A JPS63274048 A JP S63274048A JP 62108847 A JP62108847 A JP 62108847A JP 10884787 A JP10884787 A JP 10884787A JP S63274048 A JPS63274048 A JP S63274048A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野〕
本発明は電子放出素子に係り、特に突端部を有する電子
放出用電極と該突端部に対向して設けられた取り出し電
極とを有する電子放出素子に関する。
放出用電極と該突端部に対向して設けられた取り出し電
極とを有する電子放出素子に関する。
電子発生源としては従来熱陰極からの熱電子放出が用い
られていた。この様な熱陰極を利用した電子放出は、加
熱によるエネルギーロスが大きい点、加熱手段の形成が
必要である点、及び予備加熱にかなりの時間を要する点
や熱により系が不安定化しやすいという点で問題があっ
た。
られていた。この様な熱陰極を利用した電子放出は、加
熱によるエネルギーロスが大きい点、加熱手段の形成が
必要である点、及び予備加熱にかなりの時間を要する点
や熱により系が不安定化しやすいという点で問題があっ
た。
そこで、加熱によらない電子放出素子の研究が進められ
、その中の一つに電界効果型（ＦＥ型）の電子放出素子
がある。
、その中の一つに電界効果型（ＦＥ型）の電子放出素子
がある。
、第６図は従来の電界効果型の電子放出素子の概略的構
成図である。
成図である。
同図に示すように従来の電界効果型の電子、放出素子は
、基体２８上に設けられた、強電界を得るだめに先端を
鋭く尖らせた陰極チップ３０と、基体２８上に絶縁層２
９を介して設けられ、且つ陰極チップ３０の尖頭部を中
心として略円形状の開口部が形成された引き出し電極３
１とから構成され、陰極チップ３０と引き出し電極３１
との間に引き出し電極を高電位とする電圧を印加し、電
界強度の大きい陰極チップ３０の尖頭部から電子を放出
させるものである。
、基体２８上に設けられた、強電界を得るだめに先端を
鋭く尖らせた陰極チップ３０と、基体２８上に絶縁層２
９を介して設けられ、且つ陰極チップ３０の尖頭部を中
心として略円形状の開口部が形成された引き出し電極３
１とから構成され、陰極チップ３０と引き出し電極３１
との間に引き出し電極を高電位とする電圧を印加し、電
界強度の大きい陰極チップ３０の尖頭部から電子を放出
させるものである。
しかしながら、上記従来の電界効果型の電子放出素子は
陰極チップ３０の先端を鋭く尖らせることが難しく、一
般的に陰極チップ３０を作製する場合には、電解研摩を
行った後にリモルデイングを行っていた。この工程は多
くの手間を要し煩雑であるとともに、経験的な要素が強
いために、機械化が難かしく、製造条件にバラツキが生
じやすく、品質が安定しない等の問題点があった。また
積層構造とするために、陰極チップ３０と引き出し電極
３１との位置合わせ誤差が発生する問題点があった。
陰極チップ３０の先端を鋭く尖らせることが難しく、一
般的に陰極チップ３０を作製する場合には、電解研摩を
行った後にリモルデイングを行っていた。この工程は多
くの手間を要し煩雑であるとともに、経験的な要素が強
いために、機械化が難かしく、製造条件にバラツキが生
じやすく、品質が安定しない等の問題点があった。また
積層構造とするために、陰極チップ３０と引き出し電極
３１との位置合わせ誤差が発生する問題点があった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題に鑑み、電子放出
用の陰極の尖頭部の製造工程を簡易化し、高精度且つ薄
型化を可能とした電界効果型の電子放出素子を提供する
ことにある。
用の陰極の尖頭部の製造工程を簡易化し、高精度且つ薄
型化を可能とした電界効果型の電子放出素子を提供する
ことにある。
上記の問題点は絶縁基体上に該絶縁基体面に略平行とな
るように、突端部を有する電子放出用電極と、該突端部
に対向し且つ電子放出口を有する引き出し電極とかつ設
けられた本発明の電子放出素子によって解決される。
るように、突端部を有する電子放出用電極と、該突端部
に対向し且つ電子放出口を有する引き出し電極とかつ設
けられた本発明の電子放出素子によって解決される。
本発明は、絶縁基体面に略平行となるように、突端部を
有する電子放出用電極と、該突端部に対向し且つ電子放
出口を有する引き出し電極とを設け、前記電子放出用電
極と前記引き出し電極との間に、引き出し電極を高電位
とする電圧を印加す、ることにより、前記突端部から電
子放出を行わせ、電子放出口を通して絶縁基体面に略平
行となるように電子を引き出すものである。
有する電子放出用電極と、該突端部に対向し且つ電子放
出口を有する引き出し電極とを設け、前記電子放出用電
極と前記引き出し電極との間に、引き出し電極を高電位
とする電圧を印加す、ることにより、前記突端部から電
子放出を行わせ、電子放出口を通して絶縁基体面に略平
行となるように電子を引き出すものである。
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。
する。
第１図は本発明の電子放出素子の第一実施例を示す概略
的構成図である。
的構成図である。
同図に示すように、ガラス等の絶縁基板１上に、導電層
を５００〜１０００人程度、蒸着によって積層させ、後
述するＦＩＢ等のマスクレスエツチング技術を用いて、
電子放出用電極２と、パトラ−型と呼ばれるパイポテン
シャルレンズを構成するレンズ構成部材３．４，５．６
を形成する。レンズ構成部材３，４は引き出し電極とし
ての役割りも果たし、電源７によって、電子放出用電極
２に対して高電位な電圧■１を印加することにより、電
子放出用電極２から電子が放出され、レンズ構成部材３
．４間に引き出される。
を５００〜１０００人程度、蒸着によって積層させ、後
述するＦＩＢ等のマスクレスエツチング技術を用いて、
電子放出用電極２と、パトラ−型と呼ばれるパイポテン
シャルレンズを構成するレンズ構成部材３．４，５．６
を形成する。レンズ構成部材３，４は引き出し電極とし
ての役割りも果たし、電源７によって、電子放出用電極
２に対して高電位な電圧■１を印加することにより、電
子放出用電極２から電子が放出され、レンズ構成部材３
．４間に引き出される。
レンズ構成部材３．４に印加される電圧■、と、レンズ
構成部材５．６に電源８によって印加される電圧ｖｔと
の電圧比及びレンズ構成部材３，４゜５．６と電子放出
用電極２との間の距離を適当な値に設計することにより
、レンズ構成部材３，４間に引き出された電子を発散さ
せることなく、所望の位置に収束させて焦点を結ばせる
ことができる。
構成部材５．６に電源８によって印加される電圧ｖｔと
の電圧比及びレンズ構成部材３，４゜５．６と電子放出
用電極２との間の距離を適当な値に設計することにより
、レンズ構成部材３，４間に引き出された電子を発散さ
せることなく、所望の位置に収束させて焦点を結ばせる
ことができる。
電子放出用電極２の形状は、極力、曲率半径が小さくな
るように、前記ＦＩＢ等を用いて、三角形状、放物線形
状に加工されて、くさび形の柱状体、放物綿状の側面を
有する柱状体に形成される。
るように、前記ＦＩＢ等を用いて、三角形状、放物線形
状に加工されて、くさび形の柱状体、放物綿状の側面を
有する柱状体に形成される。
電子放出用電極２の材質は、上記のように電界強度を強
くするために、曲率半径が小さくな為ように形成され、
その結果電流密度が大きくなり、発熱量が大きくなるた
めに、高融点材料であることが好ましく、また電圧を低
減させるために低仕事関数材料から構成することが好ま
しい。例えば、Ｗ、 Ｚｒ＋ Ｔｉ等の金属、ＴｉＣ，
ＺｒＣ，ｌ１ｆＣ等の金属炭化物、ＬａＢ６． ＳｍＢ
ｂ＋ ＧｄＢｂ等の金属ホウ化物、ＷＳｉ２゜Ｔｉ５ｉ
ｚ、 ＺｒＳｉ、、 Ｇｄ５ｉｚ等の金属シリサイド等
を用、いることができる。
くするために、曲率半径が小さくな為ように形成され、
その結果電流密度が大きくなり、発熱量が大きくなるた
めに、高融点材料であることが好ましく、また電圧を低
減させるために低仕事関数材料から構成することが好ま
しい。例えば、Ｗ、 Ｚｒ＋ Ｔｉ等の金属、ＴｉＣ，
ＺｒＣ，ｌ１ｆＣ等の金属炭化物、ＬａＢ６． ＳｍＢ
ｂ＋ ＧｄＢｂ等の金属ホウ化物、ＷＳｉ２゜Ｔｉ５ｉ
ｚ、 ＺｒＳｉ、、 Ｇｄ５ｉｚ等の金属シリサイド等
を用、いることができる。
なお、レンズ電極は上記実施例においては、パイポテン
シャルレンズを用いたが、この方式に限定されるもので
はなく、電子を収束させるレンズ作用を有するものであ
ればよい。
シャルレンズを用いたが、この方式に限定されるもので
はなく、電子を収束させるレンズ作用を有するものであ
ればよい。
なお、電子放出用電極２とレンズ構成部材３゜４との間
の電界強度を向上させ、放出された電子を絶縁基板上に
チャージさせることなく、効率よくレンズ構成部材５．
６間から取り出すためには、少なくとも前記電子放出用
電極の突端部から放出される電子の通過領域又は／及び
該電子に印加される電界の電界形成領域に対応する絶縁
基板面にドライエツチング等を用いて凹部を形成するこ
とが望ましい。本実施例においては第１図に示すように
、電子放出用電極２、レンズ構成部材３，４゜５．６と
接する絶縁基板１の一部を除き凹部が形成されている。
の電界強度を向上させ、放出された電子を絶縁基板上に
チャージさせることなく、効率よくレンズ構成部材５．
６間から取り出すためには、少なくとも前記電子放出用
電極の突端部から放出される電子の通過領域又は／及び
該電子に印加される電界の電界形成領域に対応する絶縁
基板面にドライエツチング等を用いて凹部を形成するこ
とが望ましい。本実施例においては第１図に示すように
、電子放出用電極２、レンズ構成部材３，４゜５．６と
接する絶縁基板１の一部を除き凹部が形成されている。
第２図（Ａ）〜（Ｄ）は、基板に凹部を形成する製造工
程を説明するための概略的説明図である。
程を説明するための概略的説明図である。
まず、第２図（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板９上に熱酸
化等によりＳｉ０２層１０を形成する。
化等によりＳｉ０２層１０を形成する。
次に第２図（Ｂ）に示すようにＷ等の導電層１１を形成
する。
する。
次に、第２図（Ｃ）に示すように、ＦＩＢ等の微細加工
技術を用いて尖端部形状を有する電子放出用電極２、レ
ンズ構成部材３．４．５．６ （レンズ構成部材４，５
は不図示）を形成する。
技術を用いて尖端部形状を有する電子放出用電極２、レ
ンズ構成部材３．４．５．６ （レンズ構成部材４，５
は不図示）を形成する。
次に、第２図（Ｄ）に示すように、フッ硝酸系のエツチ
ング液を用いたウェットエツチング、ＣＦ。
ング液を用いたウェットエツチング、ＣＦ。
等の反応ガスを用いたプラズマエツチング等の選択エツ
チングによってＳｉＯ□層１０をエツチングする。この
とき、エツチングは電子放出用電極２、レンズ構成部材
３．４．５．６と接する絶縁基板１の一部を除いて行わ
れ、エツチング方向は等方的に行われるので、電界形成
領域に対応する絶縁基板面は完全に除去される。このよ
うにして凹部１２が形成される。
チングによってＳｉＯ□層１０をエツチングする。この
とき、エツチングは電子放出用電極２、レンズ構成部材
３．４．５．６と接する絶縁基板１の一部を除いて行わ
れ、エツチング方向は等方的に行われるので、電界形成
領域に対応する絶縁基板面は完全に除去される。このよ
うにして凹部１２が形成される。
次に本実施例に用いる微細加工技術について説明する。
通常、微細加工技術としてはレジストプロセス、とエツ
チングプロセスからなるフォトリソグラフィー技術が用
いられるが、マスクずれ等が生じるために、０．７μｍ
以下の微細加工は困難である。
チングプロセスからなるフォトリソグラフィー技術が用
いられるが、マスクずれ等が生じるために、０．７μｍ
以下の微細加工は困難である。
低電圧化等を図るためには、０．７μｍ以下の微細加工
が可能なものが望ましく、例えば前述したＦＩＢが用い
られる。
が可能なものが望ましく、例えば前述したＦＩＢが用い
られる。
第３図はＦＩＢ装置の一例の構成図である。
ＦＩＢ技術は、サブミクロンに収束した金属イオンを走
査し、固体表面におけるスパッタリング現象を利用して
、サブミクロンオーダの微細加工を行うものである。
査し、固体表面におけるスパッタリング現象を利用して
、サブミクロンオーダの微細加工を行うものである。
同図において、イオン源１３は、引き出し電極により液
体金属原子を放出させ、ＥＸＢ質量分鉗器１５によって
所望のイオンビームを選別しく合金系液体金属を用いる
場合）、対物レンズ１６によって８０ｋｅＶ程度に加速
したイオンビームを０．１μｍ程度まで集束し、偏向電
極１７によって基体１８上を走査する。なおイオンビー
ムの位置あわせは、試料ステージ１９によって行われる
。
体金属原子を放出させ、ＥＸＢ質量分鉗器１５によって
所望のイオンビームを選別しく合金系液体金属を用いる
場合）、対物レンズ１６によって８０ｋｅＶ程度に加速
したイオンビームを０．１μｍ程度まで集束し、偏向電
極１７によって基体１８上を走査する。なおイオンビー
ムの位置あわせは、試料ステージ１９によって行われる
。
第４図は、本発明の電子放出素子の第二実施例を示す概
略的構成図である。
略的構成図である。
同図に示すように本実施例の電子放出素子は、前記第一
実施例の電子放出素子にさらに、−次元の静電偏向板２
０．２１及びアインツェルレンズ２２〜２７を絶縁基板
１上に設けたものである。
実施例の電子放出素子にさらに、−次元の静電偏向板２
０．２１及びアインツェルレンズ２２〜２７を絶縁基板
１上に設けたものである。
なお、前記第一実施例と同一構成部材については同符号
を付して説明を省略する。
を付して説明を省略する。
本実施例の電子放出素子は、絶８Ｍ基板１上で一次元偏
向及び収束を行なうことができるので、偏向及び収束を
高精度に行なうことができ、また装置全体を軽量化、薄
型化することができるという特徴を有している。
向及び収束を行なうことができるので、偏向及び収束を
高精度に行なうことができ、また装置全体を軽量化、薄
型化することができるという特徴を有している。
なお、絶縁基板１の外に２次元方向に偏向する装置を設
けて２次元に偏向させることも可能である。
けて２次元に偏向させることも可能である。
上記電子放出素子を多数個用いて複数の電子スキャナを
構成すれば、電子ビーム描画装置として用いることがで
きる。
構成すれば、電子ビーム描画装置として用いることがで
きる。
第５図は、本発明の電子放出素子の第三実施例を示す概
略的構成図である。
略的構成図である。
同図に示すように本実施例の電子放出素子は、前述した
第一実施例の電子放出素子において、電子放出用電極２
の突端部が複数個設けられたものであり、これらの突端
部に対応して、レンズ構成部材３ａ、６ａが形成される
。レンズ構成部材３ａ、６ａはパイポテンシャルレンズ
を構成する。
第一実施例の電子放出素子において、電子放出用電極２
の突端部が複数個設けられたものであり、これらの突端
部に対応して、レンズ構成部材３ａ、６ａが形成される
。レンズ構成部材３ａ、６ａはパイポテンシャルレンズ
を構成する。
本実施例において、ＦＩＢ等の微細加工技術を用いて、
複数個の突端部及びレンズ構成部材３ａ、６ａを形成す
れば、高精度に加工することができるので、電子放出の
ための印加電圧のバラツキは少なく、各突端部から放出
される電子の量は略同−となる。
複数個の突端部及びレンズ構成部材３ａ、６ａを形成す
れば、高精度に加工することができるので、電子放出の
ための印加電圧のバラツキは少なく、各突端部から放出
される電子の量は略同−となる。
以上詳細に説明したように、本発明の電子放出素子によ
れば、同一絶縁基板上に電子放出用電極と引き出し電極
とを配置し、絶縁基体面に略平行となるように電子を引
き出すことが可能となり、その結果として次のような効
果を得ることができる。
れば、同一絶縁基板上に電子放出用電極と引き出し電極
とを配置し、絶縁基体面に略平行となるように電子を引
き出すことが可能となり、その結果として次のような効
果を得ることができる。
（１） 電子放出用電極と引き出し電極とを同工程で
作製することができるので、コストを低減させることが
でき、相対的な位置精度を向上させることができる。
作製することができるので、コストを低減させることが
でき、相対的な位置精度を向上させることができる。
（２）同一絶縁基板上に電子放出用電極と引き出し電極
が形成されるので、薄型化、小型化、軽量化を達成する
ことができる。
が形成されるので、薄型化、小型化、軽量化を達成する
ことができる。
第１図は本発明の電子放出素子の第一実施例を示す概略
的構成図である。 第２図（Ａ）〜（Ｄ）は、基板に凹部を形成する製造工
程を説明するための概略的説明図である。 第３図はＦＩＢ装置の一例の構成図である。 第４図は、本発明の電子放出素子の第二実施例を示す概
略的構成図である。 第５図は、本発明の電子放出素子の第三実施例を示す概
略的構成図である。 第６図は従来の電界効果型の電子放出素子の概略的構成
図である。 １・・・絶縁基板、２・・・電子放出用電極、３．４，
５．６．３ａ、６ａ・・・レンズ構成部材１．７，８・
・・電源、２０．２１・・・静電偏向板、２２〜２７・
・・アインツエルレンズ。 代理人 弁理士 山 下 穣 平第３図 第５図 第６図
的構成図である。 第２図（Ａ）〜（Ｄ）は、基板に凹部を形成する製造工
程を説明するための概略的説明図である。 第３図はＦＩＢ装置の一例の構成図である。 第４図は、本発明の電子放出素子の第二実施例を示す概
略的構成図である。 第５図は、本発明の電子放出素子の第三実施例を示す概
略的構成図である。 第６図は従来の電界効果型の電子放出素子の概略的構成
図である。 １・・・絶縁基板、２・・・電子放出用電極、３．４，
５．６．３ａ、６ａ・・・レンズ構成部材１．７，８・
・・電源、２０．２１・・・静電偏向板、２２〜２７・
・・アインツエルレンズ。 代理人 弁理士 山 下 穣 平第３図 第５図 第６図
Claims (7)
- （１）絶縁基体上に該絶縁基体面に略平行となるように
、突端部を有する電子放出用電極と、該突端部に対向し
且つ電子放出口を有する引き出し電極とが設けられた電
子放出素子。 - （２）前記引き出し電極が放出された電子を収束するレ
ンズ電極の構成部材である特許請求の範囲第１項記載の
電子放出素子。 - （３）前記引き出し電極の後に、偏向電極又は／及びレ
ンズ電極を設けた特許請求の範囲第１項又は第２項記載
の電子放出素子。 - （４）前記電子放出用電極の突端部から放出される電子
の通過領域又は／及び該電子に印加される電界の電界形
成領域に対応する前記絶縁基体面に凹部を形成した特許
請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の電子放出素
子。 - （５）少なくとも前記突端部の構成材料が高融点低仕事
関数材料からなる特許請求の範囲第１項記載の電子放出
素子。 - （６）前記電子放出用電極が複数の突端部を有する特許
請求の範囲第１項記載の電子放出素子。 - （７）絶縁基体上に積層された導電層を微細加工するこ
とによって形成された特許請求の範囲第１項、第３項、
又は第６項記載の電子放出素子。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10884787A JP2654013B2 (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 電子放出素子およびその製造方法 |
| US07/189,216 US4904895A (en) | 1987-05-06 | 1988-05-02 | Electron emission device |
| DE8888107251T DE3878298T2 (de) | 1987-05-06 | 1988-05-05 | Vorrichtung zur emission von elektronen. |
| EP88107251A EP0290026B1 (en) | 1987-05-06 | 1988-05-05 | Electron emission device |
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- 1987-05-06 JP JP10884787A patent/JP2654013B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| USRE41086E1 (en) | 2001-08-28 | 2010-01-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Electron source substrate, production method thereof, and image forming apparatus using electron source substrate |
Also Published As
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|---|---|
| JP2654013B2 (ja) | 1997-09-17 |
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