JPS6380437A - 電子放出素子 - Google Patents

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。

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関し、特に電圧印加により電子
放出が銹起される電子放出素子に関する。この様な電子
放出素子はたとえば各種電子ビーム露光装置等の電子ビ
ーム応用装置の電子発生源として好適に利用される。

［従来の技術］ 電子ビーム装置たとえば陰極線管における電子発生源と
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。

そこで、加熱によらない電子放出素子の研究が進められ
、いくつかの型の素子が提案されている。

たとえば、ＰＮ接合に逆バイアス電圧を印加し電子なだ
れ降伏現象を生ぜしめ素子外へと電子を放出する型のも
のや、金属−絶縁体層−金属層の構成を有し該２つの金
属の間に電圧を印加することによりトンネル効果で絶縁
体層を通過してきた電子を金属層から素子外へと放出す
る型（ＭＩＭ型）のものや、高抵抗薄膜にその膜厚方向
と直交する方向に電圧を印加し該薄膜表面から素子外へ
と電子を放出させる表面伝導型のものや、電界集中の生
じ易い形状の金属に対し電圧を印加して局所的に高密度
の電界を発生させ該金属から素子外へと電子を放出させ
る電界効果型（ＦＥ型）のものや、その他のものが提案
されている。

［発明が解決しようとする問題点］ これらのうちで、ＭＩＭ型の電子放出素子は印加電圧が
比較的低くてよく且つそれ程高い真空度を必要としない
特長がある。

第３図は従来提案されているＭＩＭ型素子の一例を示す
斜視図である。

第３図において、２は絶縁基板であり、４は第１の金属
層であり、−６は絶縁体層であり、８は第２の金属層で
ある０図示される様に、基板２の上面は平坦であり、該
平坦面上にて所定の巾をもつ第１の金属Ｊｉ５４が第１
の方向に延びて配置されている。そして、絶縁体層６は
基板２及びその表面上に突出して配設された第１の金属
層４を覆う様にほぼ均一の厚さに付与されている。従っ
て、該絶縁体層６の上面も第１の金属層４に対応する部
分が突出している。この様な絶縁体層６の上面上にて所
定の巾をもつ第２の金属層８が上記第１の方向と略直交
する方向に延びて配置されている。

上記第１の金属層４と第２の金属層８との間には第２の
金属層８が正となる様に適時電圧を印加するための手段
１０が接続されている。該手段ｌＯは電源と不図示のス
イッチとを有している。

かくして、第１の金属層４と第２の金属層８との重なり
あう位置においてＭＩＭ構造が形成され、その他の金属
層部分はリード線として利用される。そして、この様な
電子放出素子を上記第１の方向及び第２の方向に複数個
配列し第１の金属層４及び第２の金属層８を共用するこ
とにより、いわゆるマトリックス駆動の回部な電子放出
装置を構成することができる。

しかして、この様な従来のＭＩＭＪ素子おいては、絶縁
体層６及び第２の金属層８は算平坦な下地上に形成され
るため、特にＭＩＭ構造位置において該絶縁体ｙａ６及
び第２の金属層８の膜厚が不均一となり易く、このため
素子特性が劣化し勝ちであり、更に複数個の素子をマト
リックス駆動回部な様に配列した場合においても各素子
ごとの特性のバラツキが大きくなり勝ちであるという問
題点があった。

また、従来の素子においては第２の金属層８が上下に波
うつ曲線状に形成されているために長さが比較的長くな
り、このため電気抵抗が大きくなり発熱量も多くなると
いう問題点もあった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、以上の如き従来技術の問題点を解決す
るものとして、絶縁基体上に第１の金属層が付されてお
り、該金属層上に絶縁体層が付されており、該絶縁体層
上に第２の金属層が付されており、上記第１の金属層と
第２の金属層との間に電圧を印加するための手段を有し
てなる電子放出素子おいて、第１の金属層が基体に形成
された凹部内に埋設されており、該第１の金属層上面及
び基体上面により形成される略平坦な面上に絶縁体層が
形成されていることを特徴とする、電子放出素子が提供
される。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。

第１図（ａ）は本発明による電子放出素子の一実施例を
示す斜視図であり、第１図（ｂ）及び第１図（Ｃ）はそ
れぞれそのＢ−Ｂ断面図及びＣ−Ｃ断面図である。

これらの図において、２は絶縁基板であり、該基板はた
とえばガラス、アルミナ、サファイア、マイカ、マグネ
シア、更にはＧａＡｓ、Ｇａｒｂ。

Ｉ　ｎＡｓ、ＧａＰ、スピネル（ＭｇＡ１２０＋）等の
結晶等からなる。該基板２の上面にはＣ−Ｃ方向に沿っ
て延びている所定の巾及び深さをもつ溝３が形成されて
いる。

４は第１の金属層であり、６は絶縁体層であり、８は第
２の金属層であり、これらによりＭＩＭ構造が形成され
る。

図示される様に、第１の金属層４は基板２の２つの溝３
を埋める様に配置されており、従って該金属層４の上面
と基板２の上面とは実質上同一平面とされている。該第
１の金属層はたとえばＡＩ。

Ｂｅ、Ｍｏ、Ｐｔ　　、Ｔａ、Ａｕ、Ａｇ、Ｗ、Ｃｒ。

Ｍｇ、ニクロム等からなる。該金属層４はこれら金属の
いくつかを成分とする合金からなる層やこれらのシリサ
イドからなる層であってもよい、金属層４の厚さ即ち溝
３の深さは特に制限がないが、たとえば０．００１〜ｌ
ＩＬｍ程度である。該金属層４の巾即ち＄ｌｌｌ３の巾
は特に制限がなく所望の電子放出面積に応じて適宜設定
することができるが、たとえば０．００１〜５ｐｍ程度
である。

絶縁体層６はたとえばＳ　Ｉ　Ｏ２、Ｔ　＆　２０　ｓ
　＋Ａｌ２Ｏ３、ＢｅＯ，ＳｉＣ，５ｉＯｘＮｙＨ２゜
ＳＩＮ　　Ｈ、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）。

　　　ｙ ＡＩＮ、５ｉ０２　　、ＢＮ等からなる０図示される様
に、絶縁体層６は実質上平板状である。該絶縁体層６の
厚さは絶縁破壊が生じない程度に薄い方が好ましいが、
この厚さは該層６に使用される絶縁体の種類や第２の金
属層８に使用される金属の種類等に応じて所望の電子放
出特性が得られるべく適宜設定するのが好ましく、たと
えば３０〜１０００人程度である。

また第２の金属層８は上記第１の金属層４と同様な材料
からなる０図示される様に、第２の金属層８は実質上直
線状である。該金属層の厚さは電子放出効率の点からは
できるだけ薄い方が好ましく、たとえば１００〜３００
０人程度である。また、該金属層８の巾は特に制限がな
く所望の電子放出面積に応じて適宜設定することができ
るが、たとえば０．００１〜５ｇｍ程度である。

第１図に示される様に、第１の金属Ｉｅ４と第２の金属
！＃８との間には第２の金属層８が正となる様に適時電
圧を印加するための手段１０が接続されている。該手段
１０は電源と不図示のスイッチとを有している。

以上の様な本実施例の電子放出素子は、たとえば次の様
にして作成することができる。

先ず、基板２の材料の表面を物理的研摩や化学的研摩に
より十分に良好な平坦度及び表面粗さとし、該基板２の
表面に７オトレジストを塗布し、パターン露光及び現像
により該レジスト層の上記１ｉ１３を形成すべき部分に
対応する部分を除去し、しかる後にウェットエツチング
法により基板２の表面に溝３を形成する。基板２がガラ
スである場合にはエツチング液としてフッ酸と硝酸と酢
酸または純水との混合液が用いられる。

次に、第１の金属層４を構成する金属材料を抵抗加熱蒸
着法、電子ビーム蒸着法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法
、イオンブレーティング法、クラスタイオンビーム法等
により上記溝３の深さとほぼ同一の厚さに成膜させ、し
かる後にレジスト層を溶解除去してリフトオフにより溝
３内以外の金属材料膜を除去し、かくして第１の金属層
４を形成する。

次に、該第１の金属層４の上面上に抵抗加熱蒸着法、電
子ビーム蒸着法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、イオン
ブレーティング法、クラスタイオンビーム法等により絶
縁体層６を形成する。

次に、該絶縁体層６上に抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸
着法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、イオンブレーティ
ング法、クラスタイオンビーム法等により第２の金属層
８を形成する。該第２の金属層８はパターニングされる
ことが必要であるが、これは通常のフォトリソグラフィ
ー技術により行なうことができる。

しかる後に、上記第１の金属層４と第２の金属層８との
間に電圧印加手段１０を接続する。

かくして作成された本実施例素子の駆動は電圧印加手段
ｌＯのスイッチを閉じることにより行なわれる。該電圧
印加手段の電源の電圧はＭＩＭ構造の具体的構成及び所
望の電子放出特性に応じて適宜設定することができ、た
とえば３〜２０Ｖである。この様な第１の金属Ｒ４と第
２の金属層８との間の電圧印加により第２の金属層８の
表面から電子が放出される。

第２図（＆）〜（ｃ）は本発明による電子放出素子を多
数配列してなる電子放出装置の実施例を示すものであり
、第２図（ａ）は部分平面図であり、第２図（ｂ）及び
第２図（Ｃ）はそれぞれそのＢ−Ｂ断面図及びＣ−Ｃ断
面図である。

本実施例において、２は基板であり、該基板表面には所
定の巾及び深さをもっＣ−Ｃ方向の複数の溝３が一定の
間隔をおいて平行に配列形成されている。そして、各溝
３内に第１の金属ｆｉ４が埋設されている。６は絶縁体
層であり、該絶縁体層は実質上平板状である。該絶縁体
層６上には一定の間隔をおいて複数の所定巾のＢ−Ｂ方
向の第２の金属層８が配列形成されている。

上記基板２、第１の金属層４．絶縁体層６及び第２の金
属層８は上記第１図の実施例に関し説明した材料からな
る。

本実施例装置は上記第１図の実施例に関し説明したと同
様にして作成される。

尚、第２図においては図示されていないが、６第１の金
属層４と６第２の金属層８との間には第２の金属層側が
正となる様な電圧を適時印加するための手段が接続され
ている。従って、本実施例装置においては６第１の金属
層４と６第２の金属層８との重なりあう位置においてＭ
ＩＭ構造が形成されていることになり、いわゆるマトリ
ックス駆動により所望の位置のＭＩＭ構造を適宜駆動す
ることができる。

［発明の効果］ 以上の様な本発明によれば、ＭＩＭ構造を構成する第１
の金ｆ！層が基体中に埋設されているために絶縁体層及
び第２の金属層がいづれも平坦となり、従って該絶縁体
層及び第２の金属層を所望の形状及び寸法に正確に形成
することができ、特性の均一性に優れた電子放出素子が
提供される。

更に、本発明によれば、第２の金属層が直線状となるの
で長さを比較的短かくすることができ、従って該第２の
金属層の電気抵抗を比較的小さくすることができ発熱量
も少なくすることができる。

また、本発明素子は外表面が平坦であるので取扱時に他
の物体と接触しても損傷することが少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図（＆）は電子放出素子の斜視図であり、第１図（
ｂ）及び第１図（Ｃ）はそれぞれそのＢ−Ｂ断面図及び
Ｃ−Ｃ断面図である。 第２図（ａ）は電子放出装置の部分平面図であり、第１
図（ｂ）及び第１図（ｅ）はそれぞれそのＢ−Ｂ断面図
及びＣ−Ｃ断面図である。 第３図は電子放出素子の斜視図である。 ２二基板、　　　　　３：溝 ４．８：金属層、　　６：絶縁体層、 １０：電圧印加手段。 代理人　　弁理士　　山　下　積　平 ン　　　３ 憧ム入回（−’）８ｇ 手続補正書（方式） ％式％ ｌ　事件の表示 特願昭６１−１４６８３７号 ２　発明の名称 ゛電子放出素子 ３　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名称　　（Ｚｏｏ）　　キャノン株式会社４　代理人 住所　　東京都港区虎ノ門五丁目１３ｆｆｆ１号虎ノ門
４０森ビル昭和６２年１０月２７日 ６　補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄 ７　補正の内容 明細書第１３頁２行目の「第１図（ｂ）及び第１図（Ｃ
）」を「第２図（ｂ）及び第２図（Ｃ）」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基体上に第１の金属層が付されており、該金
   属層上に絶縁体層が付されており、該絶縁体層上に第２
   の金属層が付されており、上記第１の金属層と第２の金
   属層との間に電圧を印加するための手段を有してなる電
   子放出素子おいて、第１の金属層が基体に形成された凹
   部内に埋設されており、該第１の金属層上面及び基体上
   面により形成される略平坦な面上に絶縁体層が形成され
   ていることを特徴とする、電子放出素子。