KR100264066B1 - 전계전자방출장치 - Google Patents

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KR100264066B1
KR100264066B1 KR1019970025860A KR19970025860A KR100264066B1 KR 100264066 B1 KR100264066 B1 KR 100264066B1 KR 1019970025860 A KR1019970025860 A KR 1019970025860A KR 19970025860 A KR19970025860 A KR 19970025860A KR 100264066 B1 KR100264066 B1 KR 100264066B1
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가즈오 고누마
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가네꼬 히사시
닛뽕덴끼 가부시끼가이샤
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Abstract

전자방출 방향의 편향을 막을 수 있는 전계전자 방출장치가 제공된다. 기판의 제 1 주표면위에는 절연층이 형성된다. 게이트 전극부와 배선부를 갖는 도전층은 절연층 위에 선택적으로 형성된다. 제 2 도전층은 기판의 제 2 주표면 위에 형성된다. 제 1 부분은 절연층을 노출시키기 위한 윈도우를 갖는다. 이 절연층은 기판의 제 1 주표면을 노출시키기 위한 구멍을 갖는다. 이 구멍은 도전층의 윈도우 바로 밑에 위치한다. 원추형 캐소드는 윈도우 안에서 기판의 노출된 제 1 주표면 위에 형성된다. 캐소드의 선단을 통과하는 캐소드의 중심축선은 도전층의 배선부 반대편으로 제 2 도전층의 수직방향에 대해 기울어져 있다. 방출된 전자의 방향은 제 2 도전층의 수직방향과 거의 평행하다.

Description

전계전자 방출장치{FIELD EMISSION DEVICE}
본 발명은 전계전자 방출장치에 관한 것으로, 구체적으로 말하면, 게이트 전극의 언밸런스 또는 비대칭에 상관없이 전자방출 방향을 용이하게 제어할수 있는 전계전자 방출장치에 관한 것이다.
종래에, 여러 종류의 전계전자 방출장치가 개발되었는데, 이에 대한 전형적인 일예로서, C. A. Spindt 등이 보고한 것으로 1976 년 12 월에 발표된 Journal of Applied Physics, Vol.47, No.12, pp.5248 ∼ 5263 및 H. F. Gray 등이 보고한 것으로 1986 년에 발표된 IEDM Technical Digest, pp.776 ∼ 779 를 참고할 수 있다.
종래기술에 따른 전계전자 방출장치가 도 1 에 도시되어 있는데, 이 장치는 상부의 주표면(31b)과 하부의 주표면 즉 배면(31a)을 갖는 반도체 기판(31)을 포함하며, 이들 제 1, 2 주표면(31b, 31a)은 서로 평행하게 되어 있다.
절연층(32)은 기판(31)의 상부 주표면(31b)상에 형성된다. 상기 절연층(32)위에는 도전층(42)이 선택적으로 형성되어 있다. 이 도전층(42)은 게이트 전극(33)으로서 역할을 하는 부분과, 본딩패드(도시안됨)로서 역할을 하는 부분 및, 상기 게이트 전극(33)과 본딩패드를 서로 전기접속시키기 위한 배선(38)으로서 역할을 하는 부분을 포함한다.
상기 게이트 전극(33)은 하부 절연층(32)을 노출시키기 위해 매트릭스 형태로 배치된 원형 개구 즉 윈도우(33a)들을 갖고 있다. 상기 절연층(32)은 밑에 있는 기판(31)의 상부 주표면(31b)을 노출시키기 위한 원형 구멍(34)들을 갖고 있다. 이들 구멍(34)은 게이트 전극(33)의 대응 윈도우(33a)바로밑에 배치된다.
몰리브덴(Mo)과 같은 도전성 금속으로 이루어진 캐소드(35)들이 절연층(32)의 대응 구멍(34)안에서 기판(31)의 노출된 상부 주표면(31b)위에 각각 형성되어 있다. 각각의 캐소드(35)는 끝이 뽀족한 원추형으로 되어 있다. 캐소드(35)의 선단은 게이트 전극(33)과 절연층(32)의 경계면 부근에 위치하게 된다.
기판(31)의 배면(31a)에는, 알루미늄(Al)과 같은 금속으로 이루어진 도전층(36)이 형성된다. 이 도전층(36)은 후방전극(back electrode)으로서 역할을 한다. 도전층(36)은 기판(31)과 옴접촉을 한다.
상기 원추형 캐소드(35)에 대해 양(positive)인 전압이 진공 분위기 하에서 게이트 전극(33)에 주어지면, "전계방출(field emission)" 현상에 의해 전자(37)들이 캐소드(35)의 선단 부근에서 방출된다. 상기 전압은 후방전극(36)과 기판(31)을 통해 캐소드(35)에 가해진다. 방출된 전자(37)들은 게이트 전극(33)부근의 공간에 있는 경로(37a)를 따라 위로 이동하여, 화살표(40)방향으로 애노드(도시안됨)쪽으로 가게 된다.
전자(37)의 전계방출 현상에 대한 조건은, 캐소드(35)의 형상 및 게이트전극(33)과 대응 캐소드(35)간의 거리에 따라 결정된다.
위와 같은 도 1 에 도시된 종래의 전계전자 방출장치는 다음과 같은 문제점을 지니고 있다. 즉, 전자(37)의 전제적인 방출방향(40)은 후방전극(36)의 표면(36a)에 수직인 방향에 대해 도 1 의 좌측으로 많이 편향되기 때문에, 방출방향(40)이 표면(36a)에 수직이 되지 않는다. 이러한 문제는 다음과 같은 사실 때문에 발생하는 것이다.
구체적으로 설명하면, 상부 도전층(42)은 절연층(32)상에 부분적으로 형성이 되어 캐소드(35)에 대해 비대칭이 된다. 그러므로, 도전층(42)(이 층은 대부분 도 1 의 좌측에 편재되어 있다)위의 공간에서의 전기장은 도전층(42)의 전압에는 강하게 영향을 받지만, 기판(31) 즉, 캐소드(35)의 전압에는 영향을 받지 않는다. 한편, 도전층(42) 외부의 나머지 영역에서의 전기장은 절연층(32)을 통해 기판(31)의 전압에 영향을 받게 된다.
위와 같은 전자(37)의 전체적인 방출방향(40)의 편향을 보정하기 위해, 도전층(42)과 동일한 기하학적 형상을 갖는 추가 전극을 도전층(42)으로부터 떨어진 그 반대편에 제공하는 방법이 제시되어 있다. 그러나, 이 방법은 기생 캐패시턴스의 증가라는 다른 문제를 초래하게 된다.
따라서, 본 발명의 한 목적은, 위와 같은 전자 방출방향의 편향이라는 문제를 해결할 수 있는 전계전자 방출장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 게이트 전극으로서 역할하는 도전층이 비대칭 또는 비평형이 되더라도 이에 상관없이 전체적인 전자 방출방향이 기판의 배면에 거의 수직이 되는 전계전자 방출장치를 제공하는 것이다.
도 1 은 종래의 전계전자 방출장치의 개략직인 단면도.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계전자 방출장치의 개략적인 부분평면도.
도 3 은 게이트 전극이 기판의 배면과 평행하게 되어 있는, 제 1 실시예에 따른 전계전자 방출장치의 개략적인 단면도.
도 4 는 게이트 전극이 기판의 배면에 대해 경사져 있는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전계전자 방출장치의 개략적인 단면도.
도 5 는, 도 1 에 도시된 종래의 전계전자 방출장치에서 기판의 배면에 수직인 방향에 대한 캐소드의 경사각과 게이트-캐소드 전압간의 관계를 나타내는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1: 기판
2: 절연층
3a: 윈도우
5: 캐소드
31a: 제 2 주표면
31b: 제 1 주표면
3: 게이트 전극
4: 구멍
6: 도전층
7: 전자
10: 전자의 방출방향
G1, G2: 캐소드의 중심축선
8: 배선
12: 도전층
θ1, θ2: 경사각
이상과 같은 목적 및 구체적으로는 제시하지 않은 다른 목적들은 당 기술분야에 익숙한 자에게는 다음의 설명으로부터 명백할 것이다.
본 발명에 따른 전계전자 방출장치는, 제 1, 2 주표면을 갖는 기판과 기판의 제 1 주표면 위에 형성되는 절연층 및 이 절연층 위에 선택적으로 형성되는 도전층을 포함한다.
상기 도전층은 게이트 전극으로서 역할하는 제 1 부분과 이 게이트 전극을 위한 배선으로서 역할하는 제 2 부분을 갖는다. 도전층의 제 1 부분은 밑의 절연층을 노출시키기 위한 윈도우를 갖는다. 도전층은 제 1 부분에 대해 비대칭인 면으로 되어 있다.
상기 절연층은 밑에 있는 기판의 제 1 주표면을 노출시키기 위한 구멍을 갖는다. 이 구멍은 도전층의 윈도우 바로 밑에 위치한다.
캐소드는 절연층의 구멍안에서 기판의 노출된 제 1 주표면 위에 형성된다.
상기 캐소드는 원추형으로 되어 있으며, 그의 바닥은 기판의 제 1 주표면에 접속되며 선단은 게이트 전극쪽으로 향한다.
상기 캐소드의 선단을 통과하는 이 캐소드의 중심축선은 상기 도전층의 제 2 부분의 반대편으로 기판의 제 2 주표면의 수직방향에 대해 기울어져 있다.
전압이 상기 도전층과 기판을 통해 가해지면, 전자들이 캐소드의 선단으로부터 방출되어 도전층의 윈도우를 통과하여 이동한다.
방출된 전자들의 방향은 상기 기판의 제 2 주표면의 수직방향과 거의 평행하게 된다.
본 발명에 따른 전계전자 방출장치로, 상기 캐소드의 선단을 통과하는 이 캐소드의 중심축선은 상기 도전층의 제 2 부분의 반대편으로 기판의 제 2 주표면의 수직방향에 대해 기울어지게 된다.
그러므로, 기판의 제 1, 2 주표면이 실질적으로 서로 평행하면, 캐소드의 선단과 도전층의 제 1 부분(즉, 게이트 전극)사이의 거리는 도전층의 제 2 부분(즉, 배선)쪽에서 보다 그의 반대편에서 더 짧게 된다. 이는, 캐소드의 선단 부근에서의 전기장이 제 2 부분쪽에서 보다 그의 반대편에서 더 강하게 됨을 의미한다.
따라서, 방출된 전자의 개수는 제 2 부분쪽에서 보다 그의 반대편에서 더 많게 된다. 방출된 전자 개수의 언밸런스로 인하여, 절연층의 표면 부근 공간에서의 전기장 분포의 비대칭이 해소되는 것이다.
결과적으로, 전자의 방출방향이 편향되는 문제가 해결될 수 있다. 이는, 전자의 방출방향이 도전층의 비대칭적인 형상에 상관없이 기판의 배면에 거의 수직이 될 수 있음을 의미한다.
또한, 기판의 제 1, 2 주표면이 서로 평행이 아닐 때는, 캐소드 자체를 기울일 필요가 없다. 도전층을 그의 제 2 부분의 반대편으로 기판의 제 2 주표면에 수직인 방향에 대해 경사시키는 것으로 총분하다.
절연층 표면 부근의 공간에서의 전기장의 비대칭적인 분포로 인한 전자방출방향의 편향은, 도전층을 제 2 주표면에 수직인 방향에 대해 경사시킴으로써 해소된다.
결과적으로, 전자의 방출방향이 편향되는 문제가 해결될 수 있다. 이는, 전자의 방출방향이 도전층의 비대칭적인 형상에 상관없이 기판의 제 2 주표면에 거의 수직이 될 수 있음을 의미한다.
본 발명에 따른 전계전자 방출장치에 대한 한 바람직한 실시예에서, 기판의 제 1 주표면은 기판의 제 2 주표면과 평행하며, 캐소드의 중심축선은 기판의 제 1 주표면의 수직방향에 대해 기울어져 있다.
이 경우, 단순히 캐소드를 기판의 제 1 주표면에 수직인 방향에 대해 경사지게 형성함으로써 본 장치를 얻을 수 있다는 부가적인 이점이 있다.
본 발명에 따른 전계전자 방출장치에 대한 다른 바람직한 실시예에서는, 기판의 제 1 주표면은 기판의 제 2 주표면과 평행하지 않으며, 캐소드의 중심축선은 기판의 제 1 주표면에 수직이 된다.
이 경우, 단순히 기판의 제 2 주표면을 폴리싱함으로써 본 장치를 얻을 수 있다는 부가적인 이점을 얻을 수 있는 것이다.
지금부터, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 실시예들을 상술하도록 한다.
도 2, 3 에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계전자 방출장치는 상부의 주표면(1b)과 하부의 주표면 즉 배면(1a)을 갖는 반도체 기판(1)을 포함하며, 이들 제 1, 2 주표면(1b, 1a)은 서로 평행하다.
기판(1)의 제 1 주표면(1b)위에는 절연층(2)이 형성되어 있다. 이 절연층(2)위에는 도전층(12)이 선택적으로 형성되어 있다. 이 도전층(12)은 도 2 에서 보는 바와 같이 평면으로 되어 있다. 구체적으로 설명하면, 도전층(12)은, 게이트 전극으로서 역할을 하는 제 1 정사각형부(3)와 본딩패드로서 역할을 하는 제 3 정사각형부(11) 및, 이들 게이트 전극(3)과 본딩패드(11)를 서로 전기접속시키는 배선으로서 역할을 하는 제 2 직사각형부(8)로 구성되어 있다.
본딩 와이어(8a)의 일단은 본딩패드(11)상에 부착되어 있다.
게이트 전극으로서 역할을 하는 상기 도전층(12)의 제 1 부분(3)은 밑의
절연층(2)을 노출시키기 위해 매트릭스 형태로 배치된 원형 구멍 또는 윈도우(3a)들을 가지고 있다. 배선인 제 2 부분(8)과 본딩패드인 제 3 부분은 제 1 부분인 게이트 전극(3)의 한 면에 선택적으로 위치한다.
상기 기판(1)의 제 2 주표면인 배면에는, 알루미늄(Al)과 같은 금속으로 이루어진 다른 도전층(6)이 형성되어 있다. 이 도전층(6)은 상기 도전층(12)과 평행하다. 도전층(6)은 후방전극으로서 역할을 한다. 도전층(6)은 기판(1)과 옴접촉을 한다.
상기 절연층(2)은 밑에 있는 기판(1)의 제 1 주표면(1b)을 노출시키기 위해 원형 구멍(4)들을 지니고 있다. 이들 구멍(4)은 게이트 전극(3)의 대응 윈도우(3a)바로 밑에 위치한다.
Mo 와 같은 도전성 금속으로 된 캐소드(5)들은 절연층(2)의 대응 구멍(4)들안에서 기판(1)의 노출된 주표면(1b)상에 각각 형성된다. 각각의 캐소드(5)는 끝이 뾰족한 원추형으로 되어 있는데, 캐소드의 바닥은 기판(1)의 상부 주표면(1b)에 접속되어 있고, 캐소드의 선단은 게이트 전극(3)쪽으로 향해 있다. 캐소드(5)의 선단은 게이트 전극(3)과 절연층(2)의 경계면 부근에 위치한다.
도 3 에서 명확히 볼 수 있는 것처럼, 각 캐소드(5)의 중심축선(G1)(이 축선은 캐소드의 선단을 통과한다)은 도전층(12)의 제 2 부분인 배선(8)의 반대편으로(도 3 에서 우측으로) 향해 기판(1)의 제 2 주표면에 수직인 선(N)에 대해 θ1의 각도로 기울어져 있다.
전압이 상부 및 하부 도전층(12, 6)을 통해 가해지면, 전계방출 현상으로 인해 전자(7)들이 캐소드(5)로부터 방출되어 게이트 전극(3)의 윈도우(3a)를 통과하여 이동하게 된다.
제 1 실시예에 따른 전계전자 방출장치에서, 캐소드(5)의 중심축선(G1)은 도전층(12)의 배선(8)의 반대편으로 하부 도전층(6)에 수직인 선(N)에 대해 θ1의 각도로 기울어진다.
그러므로, 캐소드(5)의 선단과 대응 게이트 전극(3)사이의 거리는 배선(8)쪽에서 보다 배선 반대편에서 더 짧게 된다. 이는, 배선(8)의 반대편에서 발생하는 전기장은 상기 배선쪽에서 보다 강하게 됨을 의미한다.
따라서, 방출된 전자(7)의 개수는 배선(8)쪽에서 보다 그의 반대편에서 더 많게 된다.
한편, 절연층(2)과 상부 도전층(12)의 표면 부근 공간에서의 전기장 분포는, 상부 도전층(12)의 비대칭적인 형상과 다른 목적으로 제공된 추가 전극 등에 의해 게이트 전극(3)에 대해 비대칭이 된다.
그러므로, 방출된 전자(7)개수의 언밸런스(즉, 경사각 θ1)가 조절되어, 절연층(2)과 상부 도전층(12)의 표면 부근 공간에서의 전기장 분포의 비대칭성이 없어지게 된다.
결과적으로, 전자(7)의 전체적인 방출방향(10)이 편향되는 문제가 해결될 수 있는 것이다. 이는, 캐소드(5)의 경사각(θ1)을 적절히 조절함으로써, 전자(7)의 전체적인 방출방향(10)이 상부 도전층(12)의 비대칭에 상관없이 기판(1)의 하부 주표면(1a)에 거의 수직이 될 수 있음을 말한다.
또한, 전자(7)의 전체적인 방출방향(10)은 캐소드(5)의 경사각(θ1)을 조절함으로써 필요시 변경시킬 수 있다. 이는, 전자(7)의 방출방향(10)을 쉽게 제어할 수 있음을 말한다.
기울어진 원추형 모양을 갖는 상기 캐소드(5)는 공지되어 있는 어떤 방법으로도 만들 수 있다. 예컨대, Spindt 등이 발표한 논문에 소개되어 있는 것과 같은 방법을 사용할 수 있는데, 이 방법에서는, 캐소드(5)를 위한 금속 적층단계가 기판이 기울어질 때 수행된다.
전형적으로, 각 캐소드(5)의 선단으로 부터 방출된 전자(7)들은 약 30。의 입체각으로 윈추형 부위를 지나 위로 이동하게 된다. 그러므로, 경우에 따라서는 각 캐소드(5)의 경사각(θ1)은, 이동하는 전자(7)들이 게이트 전극(3)과 층돌하지 않도록 결정된다.
예컨대, 2 mm x 2 mm 의 정사각형 평면이고 600 μm 의 두께를 갖는 단결정 실리콘(Si)기판을 기판(1)으로서 사용할 수 있다. 1 μm 의 두께를 갖는 이산화 실리콘(SiO2)층을 절연층(2)으로서 사용할 수 있다. 200 nm 의 두께를 갖는 다결정 텅스텐(W)층을 도전층(12)으로서 사용할 수 있다. 캐소드(5)의 바닥 직경은 1 μm 로 할 수 있다. 원추형 캐소드(5)의 경사각(θ1)은 5°일 수 있다.
도 4 에 도시된 제 2 실시예에 따른 전계전자 방출장치는 제 1 실시예의 형상과 동일하지만, 다른점은, 캐소드(25)는 도 1 에 도시된 종래의 장치와 동일한 구성을 취하며, 또한 기판(21)은 서로 평행하지 않은 상부 및 하부 주표면을 갖는다는 것이다. 그러므로, 도 4 에서 대응 구성요소에 동일한 참조부호를 부여함으로써, 공통된 구성에 대해서는 그의 설명을 생략했다.
도 4 에서 보는 바와 같이 제 2 실시예에 따른 장치에서, 각 캐소드(25)의 중심축선(G1) (캐소드의 선단을 통과함)은 기판의 상부 주표면(21b)에 수직이다. 중심축선(G1)은 도전층(12)의 제 2 부분 즉 배선(8)의 반대편(도 3에서 우측)으로 기판(21)의 하부 주표면(21a) 또는 하부 도전층(6)의 표면(6a)에 수직인 선(N)에 대해 θ1의 각도로 기울어져 있다.
또한, 전극(3)의 축선(G2)(게이트 전극(3) 또는 상부 도전층(12)에 수직이다)은 캐소드(25)쪽으로 기판(21)의 하부 주표면에 수직인 선(N)에 대해 θ2의 각도로 기울어져 있으며, 여기서 θ1= θ2이다.
그러므로, 전압이 상부 및 하부 도전층(12, 6)을 통해 전압이 가해지면, 전자(7)들이 캐소드(25)의 선단으로부터 방출되어 게이트 전극(3)의 윈도우(3a)를 통과하여 이동하게 된다. 방출된 전자(7)의 전체적인 방출방향(10)은 게이트 전극(3)에 대해 배선(8)쪽으로 기울어져 있다. 한편, 게이트 전극(3)의 축선(G2)은 배선(8)의 반대편으로 게이트 전극(3)에 대해 기울어져, 전자(7)들의 방출방향(10)은 편향되지 않는다. 결과적으로, 전자(7)들의 최종 방출방향(10)은 기판(21)의 하부 주표면(21a)에 수직인 선(N)과 평행하게 될 수 있다.
제 2 실시예에 따른 전계전자 방출장치로, 제 1 실시예와 같은 이점을 얻을 수 있다.
제 2 실시예에 따른 장치는, 도 4 와 같이 기울어지게 하기 위해 기판(21)의 하부 주표면(21a)을 단순히 폴리싱함으로써 얻을 수 있다는 다른 이점을 갖는다 다시말해, 제 2 실시예에 따른 장치로, 경사각(θ1, θ2)을 조절함으로써 제 1 실시예와 비교해서 더욱 쉽게 전자(7)들의 방출방향(10)을 제어할 수 있다.
경우에 따라서 상기 경사각(θ1, θ2)은 이동하는 전자(7)들이 게이트 전극(3)과 충돌하지 않도록 각각 결정된다.
도 5 는, 도 1 에 도시된 종래의 전계전자 방출장치에서 기판의 하부 주표면에 수직인 선에 대한 캐소드의 경사각과 게이트-캐소드 전압간의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프는 본원의 발명자들이 다음과 같은 조건하에서 수행한 시험으로 얻은 결과이다.
인-스크린은 게이트 전극(33)과 20 mm 떨어져 이 캐소드 전극(33)의 반대편에 부착된다. 상부 도전층(42)은 도 2 에 도시된 것과 같은 패턴을 취한다. 게이트 전극(33)의 전압에 대해 500 V 의 양의 전압이 상기 스크린에 가해진다. 수직방향에 대한 후방전극(36) 또는 기판(31)의 수직선의 경사각을 변화시키면서 게이트 전극(33)과 캐소드(35)간의 전압을 측정한다.
도 5 로부터, 대응 게이트-캐소드 전압이 60 V 가 되는 점(A)에서 상기 경사각은 12° 가 됨을 알 수 있다. 그러므로, 제 2 실시예에 따른 전계전자 방출장치가 게이트-캐소드 전압이 60 V 인 조건에서 사용되면, 기판(21)의 하부 주표면(21a)은 경사각(θ1, θ2)이 12°가 되도록 폴리싱되어야 한다.
유사하게, 캐소드(5)의 경사각(θ1)은 제 1 실시예에 따른 장치에서 12°로 설정된다.
또한, 핀홀(들)이 있는 애노드가 상기 인-스크린 대신에 사용되면, 원하는 게이트-캐소드 전압값에 대한 조건을 만족하는 전자(7)들을 선택적으로 방출시킬 수 있다.
전자(7)의 방출방향(10)이 원하는 방향이 되도록, 캐소드(25)는 제 1 실시예의 경사진 캐소드(5)와 같은 구성을 취할 수도 있다.
예컨대, 2 mm x 2 mm 의 정사각형 평면이고 600 μm 의 두께를 갖는 단결정 실리콘(Si)기판을 기판(21)으로서 사용할 수 있다. 1 μm 의 두께를 갖는 이산화 실리콘(SiO2)층을 절연층(2)으로서 사용할 수 있다. 200 nm 의 두께를 갖는 다결정 텅스텐(W)층을 도전층(12)으로서 사용할 수 있다. 캐소드(25)의 직경은 1 μm 로 할 수 있다. 경사각(θ1, θ2)가 7°될 수 있다.
이상으로, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명했지만, 본 발명의 요지를 이탈하지 않은 상태에서 다양한 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해서만 결정된다.
이상과 같은 본 발명의 전계전자 방출장치로, 전자 방출방향의 편향이라는 문제를 해결할 수 있으며, 또한 게이트 전극으로서 역할하는 도전층이 비대칭 또는 비평형이 되더라도 이에 상관없이 전체적인 전자 방출방향이 기판의 배면에 거의 수직이 된다.

Claims (3)

  1. (a) 제 1 주표면 및 제 2 주표면을 갖는 기판,
    (b) 상기 기판의 제 1 주표면 위에 형성된 절연층으로서, 그 아래에 있는 상기 기판의 제 1 주표면을 노출시키기 위한 구멍을 가지며, 상기 구멍이 상기 제 1 도전층의 윈도우 바로 밑에 위치하고 있는 절연층,
    (c) 상기 절연층 위에 선택적으로 형성되는 도전층으로서, 게이트 전극으로서 역할하는 제 1 부분과 이 게이트 전극을 위한 배선으로서 역할하는 제 2 부분을 구비하며, 상기 제 1 부분이 그 아래에 있는 상기 절연층을 노출시키기 위한 윈도우를 가지며, 상기 제 1 부분에 대해 비대칭인 면을 가지고 있는 도전층, 및
    (d) 상기 절연층의 구멍 내에 상기 기판의 상기 노출된 제 1 주표면 위에 형성되는 캐소드로서, 원추형으로 되어 있으며, 그 캐소드의 바닥은 상기 기판의 제 1 주표면에 접속되며 상기 캐소드 선단은 게이트 전극쪽으로 향해 있는 캐소드를 포함하고,
    상기 캐소드의 선단을 통과하는 상기 캐소드의 중심축선은 상기 도전층의 제 2 부분의 반대편으로 상기 기판의 제 2 주표면의 법선방향에 대해 기울어져 있으며,
    상기 도전층과 상기 기판 양단에 전압이 인가되면, 전자들이 상기 캐소드의 선단으로부터 방출되어 상기 도전층의 윈도우를 통과하여 이동하고,
    상기 방출된 전자들의 방향은 상기 기판의 제 2 주표면의 법선방향과 대략적으로 평행한 것을 특징으로 하는 전계전자 방출장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 제 1 주표면은 상기 기판의 제 2 주표면과 평행하며, 상기 캐소드의 중심축선은 상기 기판의 제 1 주표면의 법선방향에 대해 기울어진 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 제 1 주표면은 상기 기판의 제 2 주표면과 평행하지 않으며, 상기 캐소드의 중심축선은 상기 기판의 제 1 주표면에 수직인 것을 특징으로 하는 장치.
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