WO2000013197A1

WO2000013197A1 - Ensemble source a emission de champ, son procede de production, et son utilisation

Info

Publication number: WO2000013197A1
Application number: PCT/JP1999/004613
Authority: WO
Inventors: Takashi Hatai; Takuya Komoda; Yoshiaki Honda; Koichi Aizawa; Yoshifumi Watabe; Tsutomu Ichihara; Yukihiro Kondo; Naomasa Oka; Nobuyoshi Koshida
Original assignee: Matsushita Electric Works, Ltd.
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1999-08-26
Publication date: 2000-03-09
Also published as: ATE517427T1; CN1287678A; TW442813B; KR20010031414A; ES2372168T3; CN1216393C; KR100366805B1; DK1026721T3; EP1026721A4; US6794805B1; EP1026721A1; EP1026721B1

Description

明細書電界放射型電子源ァレイ及びその製造方法並びに用途技術分野

本発明は、半導体材料を用レヽて強電界放射により電子線を放射するようにした電界放射型電子源およびその製造方法並びにその用途に関するものであり、米国特許出願第 0 9 / 1 4 0 , 6 4 7号 [電界放射型電子源およびその製造方法並ぴにその用途] の改良に係り、その内容は本件発明の内容をなすものである。背景技術

発明者らは、導電性基板上に熱酸化された多孔質多結晶シリコン層を形成して、該熱酸化された多孔質多結晶シリコン層上に金属薄膜よりなる表面電極を形成した平面型の電界放射型電子源を提案した（特願平 1 0— 6 5 5 9 2号）。この電界放射型電子源は、表面電極を導電性基板に対して正極として表面電極と導電性基板との間に直流 maを印加するとともに、表面電極を陰極として表面電極に対向配置されたコレクタ電極との間に直流電圧を印加することにより表面電極の表面から電子を放射させるものである。

この種の電界放射型電子源を利用したディスプレイ装置では、 Fig. 2 2に示すように電界放射型電子源 1 0 ' の表面電極 7に対向配置されるガラス基板 3 3を備え、ガラス基板 3 3の電界放 |†¾電子源 1 0，と対向する面にはストライプ状にコレクタ電極 3 1が形成され、表面電極 7から放射される電子線によって可視光を発光する蛍光体層 3 2がコレクタ電極 3 1を覆うように形成されている。ここに、電界放射型電子源 1 0，は、導電性基板たる n形シリコン基板 1，上に熱酸化された多孔質多結晶シリコン層 6が形成され、該多孔質多結晶シリコン層 6 上に表面電極 7がストライプ状に形成されている。なお、 n形シリコン基板 1 ' の裏面にはォーミック電極 2が形成されている。

上記ディスプレイ装置では、面状の電界放射型電子源 1 0 ' の所定領域から電子を放出させるために、電子を放出させたい領域に選択的に電圧を印加する必要がある。

このため、この種のディスプレイ装置では、上述のように表面電極 7をストライブ状に形成するとともに、コレクタ電極 3 1を表面電極 7に直交するストライプ状に形成し、コレクタ電極 3 1および表面電極 7を適宣選択して SJEE (強電界）を印加することにより電圧を印加した表面電極 7からのみ電子がを放出されるようになっていた。そして、放出された電子は、当該電子が放出された表面電極 7において対向するコレクタ電極 3 1に電圧が印加されている領域から放出された電子だけ力加速され、該コレクタ電極 3 1を覆う蛍光体を光らせる。要するに、 Fig. 2 2に示す構成のディスプレイ装置では、特定の表面電極 7と特定のコレクタ電極 3 1とに電圧を印力 Bすることにより、蛍光体層 3 2のうち前記 Iffが印加された両電極 7， 3 1の交差する領域に対応する部分を光らせることができる。そして、電圧を印加する表面電極 7およびコレクタ電極 3 1を適宜切り替えることにより、画像や文字などを表示することが可能になる。しかしながら、上記ディスプレイ装置では、電界放射型電子源 1 0，から放出された電子で蛍光体層 3 2の蛍光体を光らせるためには、コレクタ電極 3 1に高電圧を印加し電子を加速する必要があるが、電界放射型電子源を利用したディスプレイ装置の場合、コレクタ電極 3 1には、通常、数百ないし数 k Vの高 1JEが印加される。発明の開示

(発明が解決しようとする技術的課題）

しかしながら、 Fig. 2 2に示した構成の電界放 Ιί¾電子源 1 0，を利用したデイスプレイ装置では、コレクタ電極 3 1に印加される数百 Vないし数 k Vの電圧をスィツチングする必要があり、高電圧をスィツチングする際にサージ電圧が発生するので、耐圧の高いスィツチング素子を必要としコストが高くなるという不具合がある。また、例えば、コレクタ電極 3 1に流れるコレクタ電流が l mA、印加するコレクタ mffiが 1 k Vとすると、 1本のコレクタ電極 3 1に対して 1 W のスイッチング素子が必要となり、コレクタ電極 3 1の本数分必要となるので、スィツチング素子だけで非常に大きな装置になってしまうという不具合があることが見出された。本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その第 1の目的は、高電圧のかかるコレクタ電極をスィツチングすることなく、表面電極の所望の領域から選択的に電子を放出させることができる電界放射型電子源およびその製造方法を提供することにある _n

(その解決方法）

本発明は、上記第 1の目的を達成するために、少なくとも一方の主表面に導電体層からなる下部電極を有する導電性基板と、該導電性基板の導電体層上に形成される強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された導電性薄膜からなる表面電極とを備え、この導電性薄膜を上記導電性基板の導電体層に対し正極としてを印加することにより上記導電性基板から上記強電界ドリフト層にされた電子をドリフトさせ、上記導電性薄膜を通して放出される電界放射型電子源であって、

上記導電性基板上の導電体層は所定の間隔をおいて並列して延びる複数のストライプ伏に形成される一方、上記導電性薄膜は上記ストライプ状の導電体層に上記強電界ドリフト層を介して対向し、交差するように所定の間隔をおいて並列して延びる複数のストライプ状に形成され、

上記強電界ドリフト層は酸化又は窒化された多孔質多結晶半導体層であり、少なくとも上記導電体層のストライプと導電性薄膜のストライプの対向して交叉する各位置において上記導電体層と導電性薄膜が上記強電界ドリフト層を挟持して上記導電性基板上に所定の間隔で配列された複数の電子源を構成してなることを特徴とする電界放射型電子源ァレイをするものである。

(従来技術より有効な効果）

電圧を印加する下部電極と表面電極とを適宜選択することにより、電圧が印加された表面電極のうち、電圧が印加された下部電極に交差する領域のみから電子が放出されるので、表面電極の所望の領域から電子を放出させることができ、し力も、表面電極にコレクタ電極を対向配置してディスプレイ装置を構成するような場合にコレクタ電極に印加する数百 Vないし数 k Vの高電圧をスイッチングするための回路が不要となる。したがって、表面電極の所望の領域から選択的に電子を放出させることができる電界放射型電子源ァレイを低コス卜でおよび小型化することができる利点を有する。

ここで、導電性基板とは電界放射型電子源の負極として機能する導電体層をその主表面に有する基板であって、真空中でその上に積層される多結晶半導体層を支持する強度を有するものをいい、通常、 P型半導体の場合は一方の主表面を形成する p型半導体層の所定の領域に n型不純物をドープした導電体層を形成した基板を、觸性基板の場合はその上に金属層を形成した基板を意味し、導電体層を形成する金属層または n型不純物をド一プした導電体層は基板上に所定の間隔でストライプ状に並列して形成される。もちろん、不純物拡散層からなる導電体層を有する半導体層を絶縁性基板上に設けるようにしてもよレ、。

半導体層上に導電体層が形成される場合、導電体層間にリーク電流が流れないように、導電体層と異なる極性の不純物層を形成するのが好ましく、通常 p型半導体を基板とする場合、導電体層を n型不純物層とし、それを分^ rる層を p型不純物層とする。大型基板とするためにはガラス等の絶縁性 s¾を用い、導電体層を蒸着等により金属膜として形成するのがよい。なお、上記導電体層のストラィプ幅は数 1 0 μから数千 μで，数百 μの間隔で並列される。その厚みは金属の場合、数百 Αから数// m、拡散層で数 μ πιである。

他方、前記多結晶半導体層は、 IV族元素 S i , G e , Cなどの多結晶体、 IV— IV族化合物 S i C, ΙΠ— V族化合物 G a A s， G a N, I n Pなど、 Π—VI族化合物 Z n S eなどの種々の多結晶半導体を挙げることができるが、多結晶シリコンは陽極酸化により多孔質化することができ、その後酸化または窒化処理により結晶表面に絶縁膜が形成し易く、強電界ドリフト層を形成するので好ましい。強電界ドリフト層の詳細については前述した米国特許出願 0 9 / 1 4 0， 6 4 7号、及び特願平 1 0— 2 7 2 3 4 2号、特願平 1 1— 1 1 5 7 0 7号に記載されている。

強電界ドリフト層間はドリフト層間の電流リークを防止するために、 P型半導体層を有する基板を使用する場合は P形不純物をド―プし、好ましくはその上部に絶縁層を設けて電流リークを遮断するのがよい。また、強電界ドリフト層間をエッチング除去し、その溝の内面に絶縁層を形成するかそのエッチング空間に絶を充填するようにしてもよい。なお、強電界ドリフト層は導電性基板上に多結晶半導体層を形成し、陽極酸化処理を行うことにより多結晶半導体層のうち導電体層上の部位の上部または全部を多孔質化し、該多孔質化された部位を酸化又は窒化することにより強電界ドリフト層を形成することができる。強電界ドリフト層を形成する部分をマスクして他の部分をエッチング除去し、その後陽極酸化すると全体が多孔質化しやすい。多結晶半導体が多結晶シリコンである場合の導電性基板上の形成条件、陽極酸化及び酸化又は窒化条件は米国出願第 0 9 /" 1 4 0， 6 4 7号に詳述されている。上述したように、強電界ドリフト層を形成する多結晶半導体層のうち隣り合う強電界ドリフト層の間の部位をエッチング除去して半導体基板の主表面を露出させ、少なくとも露出した半導体基板の主表面上に絶緣膜を形成すると、隣り合う強電界ドリフト層間の絶縁性を向上させることができる。半導体基板としてシリコン基板を使用する場合、導電体層を n型拡散層とし、絶縁層を酸化シリコン層で形成するのが好ましレヽ。好ましレ、実施態様では、 p形シリコン基板の主表面上に窒化シリコン膜をストライプ状に形成し、 p形シリコン基板の主表面のうち窒化シリコン膜で覆われていない部分を選択的に酸ィヒすることにより酸化シリコン層を形成し、窒化シリコン膜を除去した後、 p形シリコン基板內の主表面側において隣り合う酸化シリコン層間に n形領域を形成し、 n形領域上に多結晶半導体層を形成し、陽極酸ィ匕処理を行うことにより多結晶半導体層を多孔質化し、該多孔質化された多結晶半導体層を酸化することにより強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上へ n形領域に交差する金属薄膜よりなる表面電極を形成する。ところで、上記電界放射型電子源アレイでは、導電性基板上の導電体層（例えば、 n形領域）および強電界ドリフト層がそれぞれストライプ状に形成されると、導電体層間、あるいは強電界ドリフト層間に漏れ電流が流れる可能性があり、このような漏れ電流が流れた場合、電圧を印加していない導電体層上方の表面電極から電子が放出されるので、ディスプレイ装置ではクロストークの原因となって上記表面！^の所望の領域から選択的に電子を放出させることを阻害する恐れがある。

そこで、本発明の第 2の目的は、上記低コスト化および小型化を図ることができる電界 ¾lt型電子源ァレイにおいて、漏れ電流を防止して表面電極の所望の領域から選択的に電子を放出させることができる電界放射型電子源を提供することにある。

本発明は上記第 2の目的を達成するために、第 1に上記電界放射型電子源ァレィにおいて、導電性基板が半導体層から形成される場合は、その主表面側に形成される導電体層（不純物拡散層）間に高不純物濃度拡散層が設ける。拡散層間に高不純物濃度拡散層を設け、拡散層間に漏れ電流が流れるのを防止する。

また、第 2に強電界ドリフト眉間の多結晶半導体層に p型不純物をドープして P型領域を形成し、強電界ドリブト層間に漏れ電流が流れるのを防止する。この場合、表面電極と P型不純物がド一プされた多結晶半導体層との界面には層を介挿して導電性基板から多結晶半導体層を介して表面電極に流れようとする電流リークを防止するのがよレ、。

さらに、第 3に強電界ドリフト層間に形成された多結晶半導体層を p型領域に形成する代わりに、表面電極間の部位の一部及び/又は導電体層間の部位の一部に、エッチングにより強電界ドリフト層或いは強電界ドリフト層問の多結晶半導体層を除去することにより厚み方向に貫通した分離溝が設けられてもよい。分離溝の内壁または內部には絶縁層を形成または充填してアイソレーシヨンを向上させることにより、強電界ドリフト層間に漏れ電流が流れるのを抑制することができる。また、導電性基板から表面電極への，或いは表面電極間のリーク電流を防止することができる。

また、第 4に半導体基板の裏面に該半導体基板に接続された裏面電極が設けられると、この裏面電極を利用して半導体基板の電位を制御することにより、導電体層問に漏れ電流が流れるのを防止することができる。

さらに、第 5に導電性基板と多結晶半導体層との間に絶縁層を設けると、半導体基板および半導体層から多結晶半導体層を通って表面電極あるいは隣接する強電界ドリフト層への電流リークが防止できる。

なお、導電体基板內の主表面側において導電体層が不純物拡散層として形成される場合、不純物拡散領域の幅方向の両側には高濃度不純物層が設けちれるのがよい。不純物拡散層は p型半導体基板上に n形領域として設けられるのが好ましいので、それに隣接し n形領域よりも高不純物濃度の n +層が設けられている。これにより、 n形領域の不純物濃度を小さくしても n形領域と n +層とが隣接していることにより n形の部分の抵抗値を小さくすることができる。さらに、上記 n +層内により高不純物濃度の η ++層が設けられると、強電界の集中を防止でき、絶縁耐圧の向上を図ることができる。

また、表面電極が強電界ドリフト層を横断して配置されると、強電界ドリフト層から表面電極を介して放出される電子の直進性が害される場合がある。

そこで、本発明の第 3の目的は電子の直進性を保持して所望の表面電極の領域から選択的に電子を放出させる性能を向上させた電界放射型電子源を提供することにある。

本発明では隣接する強電界ドリフト層間のクロストークを防止するために、強電界ドリフト層間にある多結晶半導体層を除去したり、 Ρ型不純物を高濃度にドープして強電界ドリフト眉間の絶縁度を向上させた。これらの方法も！:子の直進性を改善する効果があるが、さらに電子の直進性を確保するために，第 1に強電界ドリフト層間を跨る上記表面電極は、多結晶半導体層上の部位の幅を強電界ドリフト層上の部位の幅よりも小さく形成し、表面電極の幅が長さ方向の全域にわたって一定である場合に比べて、放出電子の直進性を向上させる。第 2に、上記表面電極は、厚み方向において強電界ドリフト層に重ならない部位の厚さを強電界ドリフト層に重なる部位の厚さに比べて厚く形成しても電子の通り抜けを防止して電子の直進性を向上させることができる。第 3に、上記表面電極と多結晶半導体層との間に絶縁膜が設けられると、放出電子の直進性が確保されてクロストークを低減することもでき、さらに上記表面電極は、電子ドリフト層に重ならない部位上に膜が設けられると、さらに電子の直進性が確保される。

なお、上纖縁層は、強電界ドリフト層間に位置する多結晶半導体層との部位と段差を生じさせる。表面電極は強電界ドリフト層をドリブトした電子が通り抜ける必要があり、金属薄膜で形成する。そのため、段差のあるところに形成した金属薄膜は断線しやすい。そこで、絶縁層の幅方向の両端部が端に近づくほど徐々に厚さの薄くなる形状とし、多結晶半導体層表面と強電界ドリフト層表面との段差を少なくして、絶縁層を設けたことによる表面電極の断線を防止するのがよい。上記半導体基板として、シリコン基板を使用すると、上 I5¾¾ 層は、 L O C O S法により形成することができ、上記絶縁層を MO Sデバィスなどの製造プ口セスで用いる L O C O S法により比較的簡単に形成でき、し力も、絶縁層の形状を安定して形成することができる。また、導電性薄膜からなる表面電極は強界ドリフト層以外の領域に形成された表面電極の厚みを厚くすることにより表面電極の断線をさらに防止したり、電気抵抗の増大をさらに抑制することができる。さらに、表面電極は膜厚が薄く抵抗が高いので、流れる電流によるジュール熱が原因で、また強電界ドリフト層内部を流れる電流によるジュール熱によっても、発熱する。そこで、表面電極とは別個に電気的にかつ熱的に結合する配線用電極を設けるのが好ましい。この ss 用電極は表面電極より厚く形成することにより表面電極の抵抗を低減でき、動作特性を安定にすることができる。この用電極は表面電極と材料を異ならせて互いに機能上最適な材料を選択するのがよい。なお、配線用電極の下部には絶縁層を設けて直接配線層に電子が飛び込む無効電流を防止するのがよい。

上記構成の電界放射型電子源を製造する好ましい実施態様は、以下の通りである。半導体基板を用いた図面に基づいて説明するが、絶縁性基板を用いる場合は基板として! ^性基板上に導電体層として金属膜を形成する以外は同様の手法を用いて電子源を形成することができる。

本発明の電子源アレイの製造方法は、

(A) 導電性基板を用意し、該基板の一方の主表面に下部電極として所定の間隔で並列した複数のストライプ状の導電体層を形成する工程と、

( B ) 上記導電体層を形成した基板の主表面に導電体層を覆う多結晶半導体層を形成する工程と、

(C) 上記導電体層を一方の電極として上記多結晶半導体層の一部を選択的に陽極酸ィヒして多孔質化する工程と、

(D) 上記多孔質化した多結晶半導体層を酸化又は窒化する工程と、

(E ) 一部が多孔質化し、酸化又は窒化した多結晶半導体層上に上記導電体層に対向して交叉するように所定の間隔で並列した複数のストライプ状の導電性薄膜を形成する工程を備える。

上記 (B ) の多結晶半導体層の一部を選択的に陽極酸化して多孔質化するェ程が、多結晶半導体層上に陽極酸化するための所定の領域が開口されたマスク材料層を形成する工程を含む場合がある。

また、上記（A) の複数のストライプ状の導電体層を形成する工程は基板が半導体である場合は (_a_l) p型半導体層を主表面に備える基板又は p型半導体基板のドーピングのための所定の領域を除いてマスキングを行う工程と、（a- 2)上記所定の領域に n型不純物をドーピングして n型不純物拡散層として形成するェ程からなるのが好ましい。

上記 (A) の複数のストライプ状の導電体層を形成する工程は、さらに (a - 3) 上記 n型不純物拡散層を形成した _P型導電性基板上に絶縁層を形成し、上記 n型不純物拡散層の所定の領域の絶縁層を開口する工程を含む場合がある。

上記（B) の多結晶半導体層の一部を選択的に陽極酸化して多孔質化する工程が半導体基板の裏面に設けられた電極を一方の電極として陽極酸化する工程であるのが好ましい。

本発明の方法は（F ) 隣接する多孔質化多結晶半導体層問に、上記導電体層を形成する拡散層と導電型が反対の不純物を導入して導電体層と導電型が反対の多結晶半導体層を形成する工程と、（G) 上記導電体層と導電型が反対の多結晶半導体層上に絶縁膜を形成する工程を含む場合がある。

隣接する導電体層間および導電性薄膜を形成しない半導体層の—部または全部をエッチング除去する工程は陽極酸化工程後、行われる場合と、上記陽極酸化工程前に行われる場合がある。

また、上記陽極酸化工程前に、多結晶半導体層上に上記導電体層に対向して交叉するように所定の間隔で並列した複数のストライプ状の,層を形成するェ程を含み、上記陽極酸化工程により上記導電体層の上に沿って多孔質化が所定間隔をおいて行われる場合がある。なお、上記工程における条件は米国特許出願第 0 9 / 1 4 0， 6 4 7号の内容に基づいて行われてもよい。

具体的な実施形態は以下の態様が提案される。

第 1の製造方法は Fig. 1 Aから Fig. 1 Gに示す通りである。

p型導電性半導体基板 1を用意し（Fig. 1 A) 、所定のマスク 9を形成してその開口都 8に n型不純物をドープして下部電極として機能する導電体層 8を所定の間隔でストライプ状に形成する（Fig. 1 B )。

次いで、多結晶半導体層 3を積層する（Fig. 1 C)。ここで、多孔質化する部分以外は第 1マスク 1 6— 1で覆い（Fig. 1 D) 、基板 1の裏面に電極層 2を形成した後、この電極層 2を陽極とし、電解液浴中に浸漬して定電流で電解を行い、所定の領域を陽極酸化すると、 6で示すように多孔質化される（Fig. I E) 。さらに、この多孔質化した領域の結晶を酸化または窒化して強電界ドリフト層 6とする。なお、図.面では強電界ドリフト層 6全体が酸化または窒化した多孔質多結晶半導体となっているように表示されている力電解条件により上方の部分が酸化または窒化した多孔質多結晶半導体となっている場合もある。

この強電界ドリフト層 6を含む多結晶半導体層 3上に表面電極として機能する金属薄膜 7を形成し（Pig. l F ) 、その金属薄膜 7の強電界ドリフト層 6以外の部分にさらに第 2マスクの絶縁膜 1 6— 2を形成し、放出電子の直進性を確保する（Fig. 1 G) 。

第 2の製造方法は第 1の方法の Fig. I Bから分岐して Fig. 2 Aから Fig. 4 D、 4 Gに続く工程で示す方法である。

n型不純物をドープして導電体層 8を半導体基板 1上形成した後、一旦マスク 9を除去し（Fig. 2 A) 、次いで、多結晶半導体層 3を積層する（Fig. 2 B)。ここで、多孔質化する部分以外は第 1マスク 1 6—1で覆い（Fig. 2 C) 、基板 1の裏面に電極層 2を形成した後、この電極層 2を陽極とし、電解液浴中に浸漬して定電流で電解を行い、所定の領域を陽極酸化すると、 6で示すように多孔質化される（Fig. 2 D) 。さらに、この多孔質化した領域の結晶を酸化または窒化して強電界ドリフト層 6とする。この多結晶半導体層 3の強電界ドリブト層 6上を第 3ヤスク 1 6— 3で覆い（Fig. 2 E) 、強電界ドリフト層以外の多結晶半導体層をエッチングで除去し、エッチング除去した強電界ドリフト層 6問に層 9を堆積し（Fig- 2 F ) 、強電界ドリフト層 6上の第 3マスクの絶 ^)^ 1 6— 3 を除去し（Fig. 4 D) 、その上に表面電極として機能する金属薄膜 7を形成し (Fig. 4 E) 、電子源を形成する。

第 3の製造方法は第 1の方法の Fig. 1 Cから分岐して Fig. 3 Aから Fig. 3 F に続く工程で示す方法である。 n型不純物をドープして導電体層 8を半導体基板 1上形成した後（Fig.1B) 、多結晶半導体層 3を積層し（Fig, 1 C)、ここで、多孔質化する部分以外は第³ マスク 16— 3で覆い（Fig.3 A) 、強電界ドリフト層以外の多結晶半導体層をエッチングで除去し（Fig. 3B) 、次いで強電界ドリフト層 6上の第 3マスクの繊膜 16-3を除去し（Fig.3 C) 、基板 1の裏面に電極層 2を形成した後、この電極層 2を陽極とし、電解液浴中に浸漬して定電流で電解を行い、所定の領域を陽極酸化すると、 6で示すように多孔質化される（Fig.3D) 。さらに、この多孔質化した領域の結晶を酸化または窒ィ匕して強電界ドリフト層 6とする。この多結晶半導体層 3の強電界ドリフト層 6上を表面電極として機能する金属薄膜 7を形成し（Fig.3E) 、その金属薄膜 7の強電界ドリフト層 6以外の部分にさらに第 2マスクの絶縁膜 1 6— 2を形成し、放出電子の直進性を確保し（Fig.3 F) 、電子源を形成する。

第 3の別法は第 2の方法の Fig 2 Bから分岐して Fig. 2 G→Fig.2 C→Fig.2 D-→Fig.2H→Fig.2 Iに続く工程で示す方法である。

n型不純物をド一プして導電体層 8を半導体基板 1上形成した後一旦マスク

9を除去し（Fig.2A) 、多結晶半導体層 3を積層し（Fig.2B)、ここで、多孔質化する部分以外は第 3マスク 16— ³で覆い（Fig.2G) 、ここで、多孔質化する部分以外に P型不純物をド一プし、マスク 16— 3を除去し、第 1マスク 16-1で多孔質化する部分以外を覆い（Fig.2C) 、基板 1の裏面に電¾12 を形成した後、この電極層 2を陽極とし、電解液浴中に浸漬して定電流で電解を行い、所定の領域を陽極酸化すると、 6で示すように多孔質化される（Fig.² D) 。さらに、この多孔質ィヒした領域の結晶を酸化または窒化して強電界ドリフト層 6とする。

この強電界ドリブト層⁶を含む多結晶半導体層 ³上に表面電極として機能する金属薄膜 7を形成し（Fig.2H) 、その金属薄膜 7の強電界ドリフト層 6以外の部分にさらに第 2マスクの絶縁膜 16-2を形成し、放出電子の直進性を碓保する（Fig.21) 。

第 4の製造方法は第 1の方法の Fig. 1 Eから分岐して Fig.4 Aから Fig.4 E に至る工程で示す方法である。 Fig. 1 Eで陽極酸化され、酸化または窒化されて強電界ドリフト層 6が形成された多結晶半導体層 3上の第 1マスク 1 6— 1を除去し（Fig. 4 A) 、さらに、この多結晶半導体層 3の強電界ドリフト層 6上を第 3マスク 1 6— 3で覆い (Fig. 4 B ) 、強電界ドリフト層以外の多結晶半導体層をエッチングで除去し（Fig. 4 C) 、強電界ドリフト層 6上の第 3マスクの絶耨蝶 1 6— 3を除去し（Fig. 4

D) 、その上に表面電極として機能する金属薄膜 7を形成し（Fig. 4 E) 、電子源を形成する。

第 5の製造方法《Fig. 5 Aから Fig. 5 Iに至る工程で示す方法である。

p形シリコン基板 1の主表面側にストライプ状に形成された予備マスク 1 4を形成し（Fig. 5 B) 、次！/ヽでシリコン酸化膜よりなる系 fe^層 1 5を L O C O S法を利用して形成し（Fig. 5 C ) 、該絶縁層 1 5をマスクとして p形シリコン基板の主表面側に n形不純物を導入することによりストライプ状に η形領域 8を形成し（Fig. 5 D) 、その後、 n形領域上おょぴ絶縁層上に多結晶半導体層 3を形成し（Fig. 5 E) 、陽極酸化する以外の部分を第 1マスク 1 6—1で覆い（Fig. 5 F ) 、 n形領域 8を電極として利用して多結晶半導体層 3のうち n形領域上の部位を陽極酸化処理にて多孔質化し（Fig. 5 G) 、さらに多孔質化された多結晶半導体層を酸化することにより強電界ドリフト層 6を形成し、その後、強電界ドリフト層上おょぴ多結晶半導体層上に跨ってストライプ状の導電性薄膜よりなる表面電極を形成する（Fig. 5 H) 。最後に、その金属薄膜 7の強電界ドリフト層 6以外の部分にさらに第 2マスクの絶縁膜 1 6— 2を形成し、放出電子の直進性を確保する（Fig. 5 1 ) 。

上記方法は L O C O S法を利用して形成されたシリコン酸化膜よりなる絶縁層をマスクとして p形シリコン基板の主表面側に n形不純物を導入することによりストライプ状に n形領域（導電体層）を形成することができるので、 n形領域を形成するためのマスクを別途に形成するための工程が不要となり、し力も n形領域と絶縁層との相対位置の位置精度を高めることができる。また、 n形領域を電極として利用して多結晶半導体層のうち n形領域上の部位を陽極酸化処理にて多孔質化し、さらに多孔質化された多結晶半導体層を酸化または窒化することにより強電界ドリフト層を形成することができるので、 n形領域と強電界ドリフト層との位置精度を高めることができ、結果として表面電極の所望の領域のみから電子を放出させることが可能で且つ隣り合う強電界ドリフト層間が絶縁された電界放射型電子源を提供することができる。

第 6の方法は第 1の方法の Fig. 1 Bから分岐して Fig. 6 Aから Fig. 6 Fに至り、 Fig. 4 D、 4 Eに続く工程で示す方法である。

n型不純物をド一プして導電体層 8を半導体基板 1上形成した後、一旦第 1 マスク 1 6—1を除去し（Fig. 6 A) 、隣接する導電体眉 8の間に p型不純物を高濃度にドープした高濃度層 1 7を形成して分離するとともに、導電体層の両端に n型不純物を内部程高濃度にドープしてなる 2重層 1 8， 1 9を形成し、導電体層の抵抗を下げる。それ以外は Fig. 2の場合と同じく、次いで、多結晶半導体層 3を積層する（Fig. 6 B )。ここで、多孔質化する部分以外は第 1マスク 1 6 ― 1で覆い（Fig. 6 C) 、基板 1の裏面に電極層 2を形成した後、この電麵 2 を陽極とし、電解液浴中に浸漬して定電流でを行い、所定の領域を陽極酸化すると、 6で示すように多孔質化される（Fig. 6 D) 。さらに、この多孔質化した領域の結晶を酸化または窒化して強電界ドリフト層 6とする。この多結晶半導体層 3の強電界ドリフト層 6上を第 3マスク 1 6— 3で覆い（Fig. 6 E ) 、強電界ドリフト層以外の多結晶半導体層をエッチングで除去し（Fig. 6 F ) 、強電界ドリフト層 6上の第 3マスクの絶縁膜 1 6— 3を除去し（Fig. 4 D) 、その上に表面電極として機能する金属薄膜 7を形成し（Fig. 4 E) 、電子源を形成する。図面の簡単な説明

Fig. 1 Aから 1 Gは本発明の第 1の方法の工程説明図である。

Fig. 2 Aから 2 Iは本発明の第 2の方法および第 3の方法の別法の工程説明図である。

Fig. 3 Aから 3 Fは本発明の第 3の方法の工程説明図である。

Fig. 4 Aから 4 Eは本発明の第 4の方法の工程説明図である。

Fig. 5 Aから 5 Iは本発明の第 5の方法の工程説明図である。

Fig. 6 Aから 6 Fは本発明の第 6の方法の工程説明図である。

Fig. 7は実施態様 1の概略構成図である。 Fig. 8は Fig. 7の要部斜視図である。

Fig. 9は Fig. 7の断面側面図である。

Fig. 1 0 A力ら 1 0 Fは実施態様 1の主要工程説明図である。

Fig. 1 1は実施態様 2概略構成図である。

Fig. 1 2は Fig. 1 1の要部斜視図である。

Fig. 1 3は Fig. 1 1の断面側面図である。

Fig. 1 4 Aカら 1 4 Dは実施態様 2の主要工程説明図である。

Fig. 1 5は実施態様 3概略構成図である。

Fig. 1 6は Fig. 1 5の断面側面図である。

Fig. 1 7 Aから 1 7 Fは実施態様 3の主要工程説明図である。

Fig. 1 8は実施態様 4の概略構成図である。

Fig. 1 9は Fig. 1 8の断面側面図である。

Fig. 2 0 Aから 2 0 Eは実施態様 4の主要工程説明図である。

Fig. 2 1 Aから 2 1 Dは Fig. 2 0に続く実施態様 4の主要工程説明図である。 Fig. 2 2は従来提案されていたディスプレイ装置の概略構成図である。

Fig. 2 3は実施態様 5の概略構成図である。

Fig. 2 4は実施態様 6の概略構成図である。

Fig. 2 5 Aから 2 5 Cは実施態様 7の電界放射型電子源の一部を示す平面図、断面側面図、 C一 C線断面図である。

Fig. 2 6 Aから 2 6 Cは実施態様 8の電界放射型電子源の一部を示す平面図、断面側面図、 C— C線断面図である。

' Figs. 2 7 A、 2 7 Bは実施態様 9の電界放射型電子源の一部を示す平面図、断面側面図、 C— C線断面図である。

Figs, 2 8 A、 Bは実施態様 9の電界放射型電子源の要部拡大平面図、 B— B 線断面図である。

Figs. 2 9 A、 Bは実施態様 9の電界放射型電子源の変形例の要部拡大平面図、 B— B線断面図である。

Fig. 3 0 Aから 3 0 Cは実施態様 1 0の電界放射型電子源の一部を示す平面図、断面側面図、 C— C線断面図である。 Fig. 3 1 Aから 3 1 Cは実施態様 1 1の電界放射型電子源の一部を示す平面図、断面側面図、 C一 C線断面図である。

Fig. 3 2 Aから 3 2 Fは実施態様 1 2の主要工程説明図である。

Fig. 3 3は実施態様 1 3の概略構成図である。

Fig. 3 は実施態様 1 4の概略構成図である。

Fig. 3 5 Aから 3 5 Dは実施態様 1 5の主要工程説明図である。

Fig. 3 6 Aから 3 6 Dは実施態様 1 6の主要工程説明図である

Fig. 3 7は実施態様] 7の概略構成図である。発明を実施するための最良の形態

(実施形態 1 )

Fig. 7は本実施形態の電界放射型電子源 1 0を利用したディスプレイ装置の概略構成を示す斜視図.であって、電界放射型電子源 1 0に対向してガラス基板 3 3が配設される。ガラス基板 3 3の！;界放射型電子源 1 0と対向する側の表面にはコレクタ電極 3 1が形成され、コレクタ電極 3 1には電界放射型電子源 1 0から放射される電子により可視光を発光する蛍光体層 3 2が塗布してある。なお、ガラス基板 3 3は図示しないガラス製のスぺーサなどを用いて電界放射型霜子源 1 0と一体化され、ガラス基板 3 3とスぺ一サと電界放射型電子源 1 0とで囲まれる内部空間を所定の真空度にしてある。

電界 «f型電子源 1 0は、 Fig. 1ないし Fig. 3に示すように、 p形シリコン基板 1と、 P形シリコン基板 1上に形成された多結晶半導体層たる多結晶シリコン層 3と、 p形シリコン基板 1内の主表面側にス卜ライプ状に形成された n形領域 8と、多結晶シリコン層 3のうち n形領域 8上の部位に形成された酸化した多孔質多結晶シリコンよりなる強電界ドリフト層 6と、多結晶シリコン層 3上にストライプ状に形成され n形領域 8に直交（交差）する金属薄膜よりなる表面電極 7 とを備えている。なお、本実施形態では、表面電極 7として金を用いているが、表面電極 7の材料は金に限定されるものではなくて、仕事関数の小さな金属であれば良く、金の他にアルミニウム、クロム、タングステン、ニッケル、白金などや、これらの金属の合金などが使用可能である。また、本実施形態では、表面電 JP /0 3

16

極 7の膜厚を 10 nmとしたが、この膜厚は特に限定するものではない。また、形領域 8のキャリア濃度は、 1 X 1018 cm³ないし 5 X 101 9 cm³としてある。

しかして、本実施形態の電界放射型電子源 10では、ストライプ状に形成された n形領域 8と n形領域 8に直交するストライプ状に形成された表面電極 7とでマトリクスを構成しているので、電圧を印加する n形領域 8と表面電極 7とを適宜選択することにより、電圧が印加された表面電極 7のうち、電圧が印加された形領域 8に交差する領域のみから電子が放出される力ら、表面電極 7の所望の領域から電子を放出させることができる。なお、 n形領域 8へのコンタクトは、 Fig. 2に示すように強電界ドリブト層 6の一部をエッチングして n形領域 8の表面の一部を露出させることにより形成され、 s wにより接続される。

し力も、 Fig. 7に示すようなディスプレイ装置を構成する場合、 Fig.22に示したディスプレイ装置のようにコレクタ電極 31をストライプ状に形成する必要がなく、コレクタ電極 31に印加する数百 Vないし数 kVの高電圧をスィッチングするための回路が不要となり、低コスト化および小型化を図ることができる。なお、本実施形態の電界放射型電子源 10では、 n形領域 8と表面電極 7との間に印カロする電圧は 10 Vないし 30 V@ ^である。

以下、本実施形態の電界放身裡電子源 10の製造方法を Figs. 10 A〜Fを参照しながら説明する。

まず、 p形シリコン基板 1の主表面上に熱拡散用あるいはイオン注入用のマスクを設け、 p形シリコン基板 1内の主表面側に、熱拡散技術あるいはイオン注入技術によってリン（P) などのドーパントを導入することにより、ストライプ状の n形領域 8が形成され、前記マスクを除去することにより Fig.4 に示^"«造が得られる。

次に、 n形領域 8を形成した p形シリコン基板 1の主表面上に LP CVD法により膜厚が 1. 5 // mのノンドープの多結晶シリコン層 3を形成することによつて Fig. 10 Bに示造が得られる。ここに、 LPCVD法の成膜条件は、基板 ¾を 610 、 S i H₄ガスの流量を 600 s c c m、真空度を 20 P aとした。なお、多結晶シリコン層 3の成膜方法は、 LPCVD法に限定されるものではなく、例えばスパッタ法あるいはプラズマ C V D法によつてァモノレファスシリコン層を形成した後、該アモルファスシリコン層に対してァニール処理を行うことにより結晶化させて多結晶シリコン層 3を形成する方法を用、てもよレ、。

次に、多結晶シリコン層 3上に、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術によって n形領域 8の上方の部位を開孔することによりストライプ状にパターニングされたレジスト層 9が形成され、 Fig. 1 0 Cに示す構造が得られる。次に、 5 5 w t %のフッ化水素水溶液とエタノールとを 1 ： 1で混合し 0 °Cに冷却した電解溶液を用い、白金電極（図示せず）を負極、 p形シリコン基板 1 ( p形シリコン基板 1の裏面には図示しないォーミック電極が形成されている）を正極として、前記レジスト層 9を陽極酸化処理用のマスクとして利用し、多結晶シリコン層 3の露出した部分に光照射を行いながら定電流で陽極酸化処理を行うことによって、部分的に（ストライプ状に）多孔質多結晶シリコン層 5が形成され、その後、前記レジスト層 9を除去することにより Fig. 1 0 Dに示す構造が得られる。ここにおいて、本実施形態では、陽極酸化処理の条件として、電流密度を 2 0 mAZ c m²—定、陽極酸化時間を 1 5秒とするとともに、陽極酸化処理中に 5 0 O Wのタングステンランプにより光照射を行った。なお、本実施形態では、陽極酸化処理時の電流密度を一定として多孔質多結晶シリコン層 5の多孔度をほぼ均一にしてあるが、陽極酸化処理時の電流密度を変化させることにより多孔度の高い多結晶シリコン層と多孔度の低い多結晶シリコン層とが交互に積層された構造にしてもよいし、多孔度が厚み方向に連続的に変化した構造にしてもよい。また、本実施形態では、多結晶シリコン層 3を厚み方向において p形シリコン基板 1に達する深さまで多孔質ィ匕している力多結晶シリコン層 3の厚み方向の途中まで多孔質化するようにしてもよい。

次に、ランプアニール装置を用い、乾燥酸素雰囲気中で多孔質多結晶シリコン層 5を急速熱酸化（RT O) することによって、熱酸化された多孔質多結晶シリコンよりなる強電界ドリフト層 6が形成され、 Fig. 1 0 Eに示造が得られる。ここにおいて、急速熱酸化の条件としては、酸化温度を 9 O 0 °C、酸化時間を 1 時間とした。

その後、強電界ドリフト層 6が形成された多結晶シリコン層 3上に、ストライプ状の開口パターンを有するメタルマスクを用いて金属薄膜（金薄膜）を燕着法によって形成することにより、金属薄膜よりなるストライブ状の表面電極 7が形成され、 Fig. 1 0 Fに示す構造の電界放電子源 1 0力得られる。なお、表面電極 7のパターユング方法としては、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してもよいし、フォトリソグラフィ技術おょぴリフトオフ法を利用してもよい。

しカゝして、本実施形態の電界放射型電子源の製造方法では、表面電極 7の所望の領域のみから電子を放出させることが可能な電界放射型電子源 1 0をすることができる。

なお、陽極酸化処理時にはマスクとしてレジスト層 9を利用したが、マスクとしてストライプ状に形成した酸化シリコン膜ゃ窒化シリコン膜を利用してもよく、酸化シリコン膜ゃ窒化シリコン膜を利用した場合には、陽極酸化処理後にマスクを除去する工程は不要である。

(実施形態 2 )

Fig. 1 1は本実施形態の電界放射型電子源 1 0を利用したディスプレイ装置の概略構成を示す斜視図であって、電界放射型電子源 1 0に対向してガラス基板 3 3が配設される。ガラス基板 3 3の電界放射型電子源 1 0と対向する側の表面にはコレクタ電極 3 1が形成され、コレクタ電極 3 1には電界放射型電子源 1 0から放射される電子により可視光を発光する蛍光体層 3 2が塗布してある。なお、実施形態 1と同様の構成要素には、同一の符号を付してある。

ところで、 Fig. 1ないし Fig. 3に示した実施形態 1の構成の電界放射型電子源 1 0では、僅かではあるが強電界ドリフト層 6間に介在する多結晶シリコン層 3 を通って電子がドリフトする可能性があり、この場合、 ®1ΐを印加していない n 形領域 8上方の表面電極 7から電子が放出されるので、ディスプレイ装置ではクロスト一クの原因となってしまう恐れがある。

本実施形態の電界放射型電子源 1 0は，この種の不具合の発生を防止するための構成を備えている。本実施形態の電界歸型電子源 1 0は、 Fig. 1 1ないし Fig. 1 3に示すように、 p形シリコン基板 1と、 p形シリコン基板 1内の主表面側にストライプ状に形成された n形領域 8と、 n形領域 8上に形成された酸化した多孔質多結晶シリコンよりなる強電界ドリフト層 6と、強電界ドリフト層 6の側壁に形成された多結晶シリコン層 3と、多結晶シリコン層 3問に形成された p 形多結晶シリコン層 3 ' とを備えている。また、強電界ドリフト層 6と、多結晶シリコン層 3と、 p形多結晶シリコン層 3，とで多結晶半導体層を構成しており、該多結晶半導体層上には、ストライプ状に形成され n形領域 8に直交（交差）する金属薄膜よりなる表面電極 7が形成されている。なお、強電界ドリフト層 6の側壁に多結晶シリコン層 3力 S形成されている力、該多結晶シリコン層 3を必ずしも備える必要はなく、上記多結晶半導体層は、強電界ドリフト層 6と p形多結晶シリコン層 3 ' とだけで構成してもよい。

すなわち、本実施形態では、強電界ドリブト層 6の間に p形多結晶シリコン層

3，が形成されているので、 p形多結晶シリコン層 3 ' と n形領域 8との間に逆バイアス Iffを印加しておけば、 n形領域 8力ら p形多結晶シリコン層 3，へ電子が注入されるのを防止でき、隣り合う強電界ドリフト層 6同士を電気的に絶縁することができる。したがって、電圧を印カ卩した n形領域 8の隣の n形領域 8上 . の強電界ドリフト層 6に電流が漏れるのを防止できるから、 n形領域 8と表面電極 7との間に電圧を印カ卩したとき、確実に n形領域 8と表面電極 7とが交差する領域のみに電流を流すことができる。

また、本実施形態の電界放射型電子源 1 0においても、ストライプ状に形成された n形領域 8と n形領域 8に直交するストライプ状に形成された表面電極 7とでマトリクスを構成しているので、電圧を印加する n形領域 8と表面電極 7とを適宣選択することにより、 ®Eが印加された表面電極 7のうち、 ¾ffが印加された n形領域 8に交差する領域のみから電子が放出されるから、表面電極 7の所望の領域から電子を放出させることができる。なお、 n形領域 8へのコンタクトは、 Fig. 1 2に示すように強電界ドリフト層 6の一部をエッチングして n形領域 8の表面の一部を露出させることにより形成され、により接続される。

し力、も、 Fig. 1 1に示すようなディスプレイ装置を構成する場合、 Fig. 2 2に示したディスプレイ装置のようにコレクタ電極 3 1をストライプ状に形成する必要がなく、コレクタ電極 3 1に印加する数百 Vないし数 k Vの高をスィッチングするための回路が不要となり、低コスト化および小型化を図ることができる。以下、本実施形態の電界放射型電子源 1 0の製造方法を Fig. 1 4 A〜Dを参照しながら説明する。

まず、実施形態 1と同様に P形シリコン基板 1内の主表面側に熱拡散技術あるいはイオン注入技術によってリン（P ) などのドーパントを導入することによつてストライプ状に n形領域 8を形成し、次に、 _n形領域 8を形成した p形シリコン基板 1の主表面上に L P C V D法により膜厚が 1 . 5 /z mのノンドープの多結晶シリコン層 3を形成し、その後、陽極酸化処理によって ri形領域 8上の部分を多孔質化し、急速熱酸化することにより熱酸化された多孔質多結晶シリコンよりなる強電界ドリフト層 6が形成され、 Fig. 8 Aに示す構造が得られる。

次に、フォトレジストを塗布し、強電界ドリフト層 6上にレジスト層 1 2が残るようにパターニングすることにより Fig. 8 Bに示す構造が得られる。すなわち、レジスト層 1 2はストライプ状に形成されている。

次に、レジスト層 1 2をマスクとして、イオン注入技術によって、強電界ドリフト層 6間の多結晶シリコン層 3にホゥ素 Bなどのィオンを注入することにより、 P形多結晶シリコン層 3，を形成し、その後、レジスト層 1 2を除去することにより Fig. 8 Cに示す構造が得られる。ここに、強電界ドリフト層 6の側壁には多結晶シリコン層 3よりなる側壁層が残るので、強電界ドリフト層 6と多結晶シリコン層 3と p形多結晶シリコン層 3，とで多結晶半導体層を構成している。なお、レジスト層 1 2をマスクとしてイオン注入するにあたって多結晶シリコン層 3よりなる側壁層が残らないようにレジスト層 1 2を形成しておけば、強電界ドリフト層 6と p形多結晶シリコン層 3 ' とで多結晶半導体層を構成することができる。次に、多結晶半導体層の上部に P C V D法により酸化シリコンからなる厚み 0 . 5 μの絶縁層 1 6を形成した後、強電界ドリフト層 6上の絶縁層 1 6の一部をェツチング除去する。

次に、半導体多結晶層上に、ストライプ状の開口パターンを有するメタルマスクを用いて金属薄膜を燕着法によって形成することにより、金属薄膜よりなるストライプ状の表面電極 7が形成され、 Fig. 1 4 Dに示す構造の電界放射型電子源 1 0が得られる。なお、表面電極 7のパタ一ニング方法としては、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してもよいし、フォトリソグラフィ技術およびリフトオフ法を利用してもよい。

(実施形態 3 )

Fig. 1 5は本実施形態の電界放射型電子源 1 0を利用したディスプレイ装置の概略構成を示す斜視図であって、電界放射型電子源 1 0に対向してガラス基板 3 3が配設される。ガラス基板 3 3の電界放射型電子源 1 0と対向する側の表面にはコレクタ電極 3 1が形成され、コレクタ電極 3 1には電界放射型電子源 1 0から放射される電子により可視光を発光する蛍光体層 3 2が塗布してある。なお、実施形態 1と同様の構成要素には、同一の符号を付してある。

ところで、 Fig. 7ないし Fig. 9に示した実施形態 1の構成の電界放射型電子源 1 0では、僅かではあるが強電界ドリフト層 6間に介在する多結晶シリコン層 3 を通って電子がドリフトする可能性があり、この場合、電圧を印加していない n 形領域 8上方の表面電極 7から電子が放出されるので、ディスプレイ装置ではクロストークの原因となってしまう恐れがある。

本実施形態の電界放射型電子源 1 0は、この種の不具合の発生を防止するための構成を備えている。本実施形態の電界放射型電子源 1 0は、 Fig. 1 5および

Fig. 1 6に示すように、 p形シリコン基板 1と、 p形シリコン基板 1内の主表面侧にストライプ状に形成された n形領域 8と、 n形領域 8上に形成された酸化した多孔質多結晶シリコンよりなる強電界ドリフト層 6と、隣り合う強電界ドリフト層 6間で p形シリコン基板 1上に形成された酸化シリコン膜よりなる絶縁膜 1 3と、強電界ドリフト層 6上にストライプ状に形成され n形領域 8に交差する金属薄膜よりなる表面電極 7とを備えている。なお、表面電極 7は絶縁膜 1 3上にも形成されている。

すなわち、本実施形態では、強電界ドリフト層 6間に絶緣膜 1 3が形成されているので、隣り合う強電界ドリフト層 6間が両者間に介在する絶縁膜 1 3によつて電気的に分離されているため、隣の強電界ドリフト層 6に電流が漏れるのを防止することができる。

要するに、本実施形態の電界放射型電子源 1 0においても、ストライプ状に形成された n形領域 8と n形領域 8に直交するストライプ状に形成された表面電極 7とでマトリクスを構成しているので、を印加する n形領域 8と表面電極 7 とを適宜選択することにより、 SJEが印加された表面電極 7のうち、電圧が印加された n形領域 8に交差する領域のみから電子が放出される力ゝら、表面電極 7の所望の領域から電子を放出させることができる。

し力も、 Fig. 1 5に示すようなディスプレイ装置を構成する場合、 Fig. 2 2に示したディスプレイ装置のようにコレクタ電極 3 1をストライプ状に形成する必要がなく、コレクタ電極 3 1に印加する数百 Vないし数 k Vの髙電圧をスィッチングするための回路が不要となり、低コスト化および小型化を図ることができる。以下、本実施形態の電界放射型電子源 1 0の製造方法を Figs. 1 7 A〜Fを参照しながら説明する。

まず、実施形態 1 と同様に p形シリコン基板 1内の主表面側に熱拡散技術あるいはイオン注入技術によってリン（P ) などのドーパントを導入することによつてストライプ状に n形領域 8を形成し、次に、 n形領域 8を形成した p形シリコン基板 1の主表面上に L P C V D法により膜厚が 1 . 5 ;x mのノンドープの多結晶シリコン層 3を形成し、その後、陽極酸化処理によって n形領域 8上の部分を多孔質化し、急速熱酸化することにより熱酸化した多孔質多結晶シリコンよりなる強電界ドリフト層 6が形成され、 Fig. 1 7 Aに示す構造が得られる。

次に、フォトレジストを塗布し、強電界ドリフト層 6上にレジスト層 1 2が残るようにパターニングすることにより Fig. 1 7 Bに示す構造が得られる。すなわち、レジスト層 1 2はストライプ状に形成されている。

次に、レジスト層 1 2をマスクとして、反応性イオンエッチング技術によって、強電界ドリフト層 6問の多結晶シリコン層 3をェツチング除去する。なお、本実施形態では、強電界ドリフト層 6の幅よりもレジスト層 1 2の幅の方が大きくなつているので、強電界ドリフト層 6の側壁には多結晶シリコン層 3の一部が残る。ここにおいて、反応性イオンエッチング技術によるエッチングの条件としては、 0₂ガスの流量を 4 s c c m、 C H F ₃ガスの流量を 1 6 s c c m、真空度を 8 .

3 P a、パヮ一を 1 0 O W (放電パワー密度を 0 . 3WZ c m²) とした。その後、レジスト層 1 2を除去することにより Fig. 1 7 Cに示す構造が得られる。なお、多結晶シリコン層 3のェツチング方法は反応性ィオンエッチング技術に限定されるものではなく、例えばアルゴンガスなどを用いたイオンエッチング技術などを採用してもよレ、。

次に、 p形シリコン基板 1の主表面側の全面を覆うようにプラズマ C VD法などの方法で酸化シリコン膜よりなる絶縁膜 1 3を形成することにより、 Fig. 1 7 Dに示す #造が得られる。ここにおいて、酸化シリコン膜の成膜条件は、基板温度を 2 2 5 °C、 S i H₄ガスの流量を 5 0 s c c rn、 N ₂ 0ガスの流量を 8 7 5 s e e m, 真空度を 1 3 3 P a、放電パワーを 1 5 O W (放電パワー密度を 0 . 0 5 W/ c m²) とした。

次に、強電界ドリフト層 6上の絶縁膜 1 3をエッチング除去することにより Fig. 1 7 Eに示す構造が得られる。

次に、 p形シリコン基板 1の主表面側に、金属薄膜（金薄膜）よりなるストラィプ状の表面電極 7を形成することにより、 Fig. 1 7 Fに示 it造の電界放 |†M 電子源 1 0が得られる。

(実施形態 4 )

Fig. 1 8は本実施形態の電界放射型電子源 1 0を利用したディスプレイ装置の概略構成を示す斜視図であって、電界放射型電子源 1 0に対向してガラス基板 3 3が配設される。ガラス基板 3 3の電界放射型電子源 1 0と対向する側の表面にはコレクタ電極 3 1が形成され、コレクタ電極 3 1には電界放射型電子源 1 0から放射される電子により可視光を発光する蛍光体層 3 2が塗布してある。なお、実施形態 1と同様の構成要素には、同一の符号を付してある。

ところで、 Fig. 1な!/、し Fig. 3に示した実施形態 1の構成の電界放射型電子源

1 0では、僅かではあるが強電界ドリフト層 6間に介在する多結晶シリコン層 3 を通って電子がドリブトする可能性があり、この場合、電圧を印力!]していない n 形領域 8上方の表面電極 7から電子が放出されるので、ディスプレイ装置ではクロストークの原因となってしまう恐れがある。

本実施形態の電界放射型電子源 1 0は、この種の不具合の発生を防止するための構成を備えている。本実施形態の電界放射型電子源 1 0は、 Fig. 1 8および Fig. 1 9に示すように、 p形シリコン基板 1と、 p形シリコン基板 1内の主表面側にストライプ状に形成された n形領域 8と、 n形領域 8上に形成された酸化した多孔質多結晶半導体よりなる強電界ドリフト層 6と、隣り合う η形領域 8間に形成された酸化シリコン層 1 5と、強電界ドリブト層 6上にストライプに形成され n形領域 8に直交（交差）する金属薄膜よりなる表面電極 7とを備えている。すなわち、本実施形態では、強電界ドリフト層 6問に酸化シリコン層 1 5が介在しているので、隣り合う強電界ドリフト層 6に電流が漏れるのを防止することができる。

要するに、本実施形態の電界放射型電子源 1 0においても、ストライプ状に形成された n形領域 8と n形領域 8に直交するストライプ状に形成された表面電極 7とでマトリクスを構成しているので、 mjEを印加する n形領域 8と表面電極 7 とを適宜選択することにより、 ¾ffが印加された表面電極 7のうち、電圧が印加された η形領域 8に交差する領域のみから電子が放出されるから、表面電極 7の所望の領域から電子を放出させることができる。

し力 sも、 Fig. 1 8に示すようなディスプレイ装置を構成する場合、 Fig. 2 2に示したディスプレイ装置のようにコレクタ電極 3 1をストライプ状に形成する必要がなく、コレクタ電極 3 1に印加する数百 Vないし数 k Vの高 ¾ϊをスィッチングするための回路が不要となり、低コスト化および小型化を図ることができる。以下、本実施形態の電界放射型電子源 1 0の製造方法を Fig. 2 0およ t^Fig. 2 1を参照しながら説明する。

まず、 P形シリコン基板 1の主表面上にプラズマ C V D法によって窒化シリコン膜 1 4を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して窒化シリコン膜 1 4をストライプ状にパタ一ニングすることにより Fig. 2 O A に示す構造が得られる。ここにおいて、窒ィ匕シリコン膜 1 4の成膜条件としては、基板温度を 3 0 0 °C、 S i H₄ガスの流量を 3 0 s c c m、 N ₂ガスの流量を 4 5 0 s c c m、 NH 3ガスの流量を 3 0 s c c m、真空度を 6 7 P a、放電パヮ一を 5 0 0W (放電パヮ一密度を 0. 1 7WZ c m²) とした。

次に、ストライプ状の窒化シリコン膜 1 4を形成した p形シリコン基板 1を水蒸気中で湿式酸化することによって、 p形シリコン基板 1の主表面の窒化シリコン膜 1 4で覆われていない部分のみを選択的に酸化することにより酸化シリコン層 1 5が形成され Fig. 2 0 Bに示す構造が得られる。

次に、窒ヒシリコン膜 1 4をエッチング除去することにより Fig. 2 0 Cに示す構造が得られる。

その後、酸化シリコン層 1 5をマスクとして、リン（P ) などをイオン注入することにより、 p形シリコン基板 1内の主表面側にストライプ状の n形領域 8が形成され Fig. 2 0 Dに示す構造が得られる。

続いて、 n形領域 8上および酸化シリコン層 1 5上に L P C VD法によって多結晶シリコン層 3を成膜することにより Fig. 2 0 Eに示す構造が得られる。ただし、多結晶シリコン層 3のうち n形領域 8上に形成される膜は多結晶シリコンとなっているが、酸化シリコン層 1 5上に形成される膜はアモルファスシリコンになっている。

次に、酸化シリコン層 1 5上のアモルファスシリコンのみをエッチング除去することにより Fig. 2 1 Aに示造が得られる。

その後、 5 5 w t %のフッ化水素水溶液とエタノールとを 1 ： 1で混合し 0。C に冷却した電解溶液を用い、白金電極（図示せず）を負極、 p形シリコン基板 1 ( P形シリコン基板 1の裏面には図示しないォーミック電極が形成されている）を正極として、光照射を行いながら定電流で陽極酸化処理を行うことによって、多結晶シリコン眉 3が多孔質化されて多孔質多結晶シリコン層 5が形成され、 Fig. 2 1 Bに示す構造が得られる。なお、陽極酸化処理時に上記電解溶液によつて酸化シリコン層 1 5もエッチングされるが、上記電解溶液による酸化シリコン層 1 5のェッチングレートは 1分当たり 0 . 1 4 /i m程度で、一方、陽極酸化時間は 1 0秒ないし 3 0秒なので、酸化シリコン層 1 5の膜厚を 0 . 5 // m程度にしておけは実にマスクとしての機能を果たす。

次に、ランプアニール装置を用い、乾燥酸素雰囲気中で多孔質多結晶シリコン層 5を 31熱酸化（R T O) することによって、熱酸化した多孔質多結晶シリコンよりなる強電界ドリフト層 6が形成され、 Fig. 2 1 Cに示す構造が得られる。

熱酸化の条件としては、酸化温度を 9 0 0 °C、酸化時間を 1時間とした。その後、 P形シリコン基板 1の主表面側に表面電極 7として金属薄膜を、蒸着法によって η形領域 8に直交するストライプ状に形成することにより、 Fig. 2 1 Dに示造の電界 ¾ 型電子源 1 0が得られる。

(実施形態 5 ) 本実施形態の電界放射型電子源 1 0の基本構成は上記実施形態に示した前記構成と略同じであって、 Fig. 2 3に示すように、導電性基板たる p形シリコン基板 1と、 p形シリコン基板 1内の主表面側にストライプ状に形成された n形領域 8 (拡散層）と、 n形領域 8上に形成され n形領域 8から注入された電子がドリフトする酸化した多孔質多結晶シリコンよりなる強電界ドリフト層 6と、強電界ドリフト層 6間に形成された多結晶シリコン層 3と、 n形領域 8に交差する方向にストライプ状に形成され強電界ドリフト層 6上および多結晶シリコン層 3上に跨つて形成された導電性薄膜よりなる表面電極 7とを備えている。なお、強電界ドリフト層 6は、上記構成と同様に、 p形シリコン基板 1の主表面側の全面に亙つて多結晶シリコン層 3を形成した後に、該多結晶シリコン層 3の"^を陽極酸ィ匕処理にて多孔質化し、さらに急速熱酸化によって酸化することで形成できる。なお、本実施形態では、表面電極 7として C r ZA uを用いているが、表面電極 7の材料は C r /A uに限定されるものではなくて、仕事関数の小さな金属や導電性膜（例えば I T O膜）であれば良く、金属としては他にアルミニウム、クロム、タングステン、ニッケル、白金などや、これらの金属の合金などが使用可能である。また、本実施形態では、表面電極 7の膜厚を 1 0 n mとしたが、この膜厚は特に限定するものではなレヽ。

しかして、本実施形態の電界放射型電子源 1 0におレ、ても、ストライプ状に形成された n形領域 8と n形領域 8に直交するストライプ状に形成された表面電極 7とでマトリクスを構成しているので、 MJEを印加する η形領域 8と表面電極 7 とを適宜選択することにより、電圧が印加された表面電極 7のうち、電圧が印加された η形領域 8に交差する領域のみから電子が放出されるから、表面電極 7の所望の領域から電子を放出させることができる。

なお、本実施形態の電界放射型電子源 1 0を利用してディスプレイ装置を構成する場合には、 Fig. 2 3には図示していないが、上記構成と同様のガラス基板 3 3を電界放射型電子源 1 0に対向して配設すればよい。ここに、ガラス基板 3 3 の電界放射型電子源 1 0と対向する側の表面にはコレクタ電極 3 1を形成し、コレクタ電極 3 1には電界放射型電子源 1 0から放射される電子により可視光を発光する蛍光体層 3 2が塗布しておけばよい。また、ガラス基板 3 3は図示しないガラス製のスぺーサなどを用いて電界放射型電子源 1 0と一体化すればよく、ガラス基板 3 3とスぺ一ザと電界放射型電子源 1 0とで囲まれる内部空間を所定の真空度にしておけばよい。

このようなディスプレイ装置を構成する場合、 Fig. 2 5に示したディスプレイ装置のようにコレクタ電極 3 1をストライプ状に形成する必要がなく、コレクタ電極 3 1に印加する数百 Vないし数 k Vの高電圧をスイッチングするための回路が不要となり、低コスト化および小型化を図ることができる。

なお、本実施形態の電界放射型電子源 1 0では、 n形領域 8と表面電極 7との間に印加する電圧は 1 0 Vないし 3 0 V¾¾である。

次に、本実施形態の電界放射型電子源 1 0の特徴となる部分について説明する。本実施形態の電界放射型電子源 1 0では、 p形シリコン基板 1内の主表面側において n形領域 8間の略中央部に高不純物濃度 p形領域たる p + +形領域 1 7が設けられている。したがって、 P + +形領域 1 7が設けられていることにより、 n形領域 8問に漏れ電流が流れるのを防止することができるのである。

また、 p形シリコン基板 1内の主表面側において η形領域 8の幅方向の両側には、 η形領域 8に隣接し η形領域 8よりも高不純物濃度の η +層たる η +拡散層 1 8が設けられ、 η +拡散層 1 8内に η +拡散層 1 8よりも高不純物濃度の η + +層たる η + +拡散層 1 9が設けられている。したがって、 η形領域 8の不純物濃度を小さくしても η形領域 8と η +拡散層 1 8とが隣接していることにより η 形の部分の抵抗値を小さくすることがでぎる。し力も、 η +拡散層 1 8内に η + 拡散層 1 8よりも高不純物濃度の η + +拡散層 1 9が設けられているので、 ρ形シリコン基板 1の主表面側での強電界の集中を防止でき、絶縁耐圧の向上を図ることができる。

また、 ρ形シリコン基板 1の裏面に裏面電極たるォーミック電極 2が設けられているので、ォ一ミック電極 2を利用して ρ形シリコン基板 1の電位を制御することにより、 η形領域 8問に漏れ電流が流れるのをより確実に防止するこができる。

多結晶シリコン層 3において表面電極 7間の部位の一部に、厚み方向に貫通した分離溝 3 aが設けられている。なお、分離溝 3 aの開口形状は短冊状であって、表面極 7と長手方向が一致し、幅方向が強電界ドリフト層 6の長手方向に一致するように形成されている。このため、強電界ドリフト層 6間及び表面電極 7問に漏れ電流が流れるのを抑制することができる。

さらに、本実施形態の電界放射型電子源 1 0では、 p形シリコン基板 1と多結晶シリコン層 3との間に L O C O S法により形成された層 1 5が設けられている。すなわち、絶縁層 1 5は、厚み方向において一部が p形シリコン基板 1に埋め込まれた形で形成され、幅方向の両端部が端に近づくほど徐々に厚さの薄くなる形状になっている。し力して、 p形シリコン基板 1と多結晶シリコン層 3との間に絶縁層 1 5を設けても、多結晶シリコン層 3表面と強電界ドリフト層 6表面との段差を少なくすることが可能であり、絶縁層 1 5を設けたことによる表面電極 7の断線を防止することができる。なお、し0。0 3法は周知のょぅに1^0 Sデバイスなどの製造プロセスで用いる素子分離技術であり、絶縁層 1 5を L O C O S法により形成することにより、ウェハ内、ウェハ間の fe^ l 5の形状のばらつきを比較的簡単に小さくできる。

また、 p形シリコン基板 1の主表面側の全面に多結晶シリコン層 3を形成して該多結晶シリコン層 3の一部を陽極酸化処理にて多孔質化することにより電界ドリフト層 6を形成するような場合に、白金電極よりなる負極に対して n形領域 8 を電極（正極）として利用することができ、陽極酸化処理を行う際に多結晶シリコン層 3上に保護膜を設ける必要がなく、製造が容易になる。

ところで、表面電極 7は、強電界ドリフト層 6上の部位に比べて幅の細い細幅部 7 aを多結晶シリコン層 3上に設けてある。すなわち、多結晶シリコン層 3上の部位（細幅部 7 a ) の幅を強電界ドリフト層 6上の部位の幅よりも小さく形成してあるので、ディスプレイ装置などに利用した際、表面電極 7の幅が長さ方向の全域にわたつて一定である場合に比べて、電圧を印加していない n形領域 8上方の表面電極 7から電子が放出されてしまうようなことが少なくなって電子の直進性を向上させることができるので、クロストークを低減することができる。なお、表面電極 7と多結晶シリコン層 3との間に絶緣膜を設けることによっても、電子の直進性を向上させることができるので、クロストークを低減させることができる。以下、本実施形態の電界放射型電子源 1 0の製造方法について特徴となる t程について簡単に説明する。

p形シリコン基板 1の主表面上にプラズマ C V D法などによってシリコン窒化膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン窒化膜をストライプ状にパターユングし、ストライプ状のシリコン窒化膜を形成した p形シリコン^¾ 1の主表面側を水蒸気中で湿式酸化することによって、 p形シリコン基板 1の主表面のシリコン窒化膜 1 4で覆われていない部分のみを選択的に酸化することによりシリコン酸化膜よりなる絶縁層 1 5を形成する。つまり、 L O C O S法を利用して絶縁層 1 5を形成する。その後、シリコン窒化膜をエッチング除去した後に、色縁層 1 5をマスクとして、リン（Ρ ) などをィォン注入することにより、 ρ形シリコン基板 1内の主表面側にストライプ状の η形領域 8を形成する。続いて、 η形領域 8上おょぴ絶縁層 1 5上に L P C V D法などによって多結晶シリコン層 3を成膜し、その後、 5 5 w t %のフッ化水素水溶液とエタノールとを 1 ： 1で混合し 0 °Cに冷却した電解溶液を用い、白金電極 (図示せず）を負極、 n形領域 8を正極として利用し、光照射を行いながら定電流で陽極酸化処理を行うことによって、 n形領域 8上の多結晶シリコン層 3が多孔質化されて多孔質多結晶シリコン層が形成し、ランプア-—ル装置を用い、乾燥酸素雰囲気中で多孔質多結晶シリコン層を^ I熱酸化（R T O) することによつて、熱酸化した多孔質多結晶シリコンよりなる強電界ドリフト層 6を形成する。その後、 p形シリコン基板 1の主表面側に表面電極 7として金属薄膜を、蒸着法によって n形領域 8に直交する方向にストライプ状に形成する。

なお、本実施形態では、導電性基板として p形シリコン基板 1を採用し、拡散層として n形領域 8を採用している力導電性基板は p形シリコン基板に限定されるものではなく、拡散層も n形領域 8に限定されるものではなく、ストライプ状に形成される拡散層は互いに電気的に分離されるとともに導電十¾¾板と電気的に分離されていればよい。

(実施形態 6 )

本実施形態の電界放射型電子源 1 0の基本構成は Fig. 2 3に示した構成と略同じであって、 Fig. 2 4に示すように、表面電極 7の幅が長さ方向の全域にわたつて一定に形成され、厚み方向において電子ドリフト層 6に重ならない部位上に絶縁膜 2 1が設けられている点に特徴がある。なお、実施形態 1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

し力して、本実施形態の電界放射型電子源 1 0では表面電極 7の厚み方向にお V、て電子ドリフト層 6に重ならない部位上に絶縁膜 2 1が設けられていることにより、ディスプレイ装置などに利用した際、電圧を印加していない n形領域 8上方の表面電極 7から電子が放出されてしまうようなことが少なくなって電子の直進性が向上できるので、クロストークを低減することができる。

なお、絶縁膜 2 1を設ける代わりに、表面電極 7の厚みを電子ドリフト層 6に重ならない部位で電子ドリフト層 6に重なる部位の厚さに比べて厚くすることにより、ディスプレイ装置などに利用した際、電圧を印加していない n形領域 8上方の表面電極 7から電子が放出されてしまうようなことが少なくなって電子の直進性が向上できるので、クロストークを低滅することができる。

(実施形態 7 )

本実施形態の電子源は Fig. 2 5 A〜Cに示すように n型シリコン基板 1の片面に形成された多孔質多結晶シリコンからなる強電界ドリフト層 6と、強電界ドリフト層 6の一部を覆うように設けられた低仕事関数で、高耐酸化性に優れた厚み 1 0 n mの金の表面電極 7と、シリコン基板 1の裏面に形成された厚み 0 . 5 μ πιのアルミニウムの裏面電極 2と、表面電極 7と端子電極 7 1とを結ぶ酉赚用電極 7 2と力、らなる。酉用電極 7 2と端子電極 7 1とは共に厚み 1 . 5 μ mのアルミニウムで形成され、配線用電極 7 2は表面電極 7と電気的に接続されるように設置され、 lam用電極 7 2と強電界ドリフト層 6との間には厚み 0. 5 m の酸化シリコンからなる絶縁層 1 6を形成してある。

而して本実施形態では、表面電極 7とは別に厚みが厚く従って抵抗の低、配線用電極 7 2を別途設置しているため、電子放出効率の向上或いは動作電圧低減や発熱低減、動作速度向上、電子放出効率 ·放出電流密度の面内ばらつき低減、更に表面電極 3の断線による動作不良の低減、ひいてはディスプレイ等に用いた時の性能、品質、製造歩留まりを向上できる。

また S3 ^用電極 7 2と強電界ドリフト層 6との間には厚み 0 . 5 μ mの酸化シリコンカらなる層 1 6を形成していあるため、強電界ドリフト層 6から直接 m.mに電子が飛び込むことによる無効電流を無くすことができ、そのため SBM 用電極 7 2を設けることによる電子放出効率のさらなる向上が図れる。

さらにまた、用電極 7 2と端子電極 7 1とは共に同じ厚み、同じ材質であるので端子電極 7 1の形成時に同時に配線用電極 7 2を形成でき、そのため配線用電極 7 2を別途に設けても作製工程が増えることがない。

また厚さ 1 0 n m¾¾の表面電極 7とは別に、厚みが厚い用電極 7 2を設けることで、強電界ドリフト層 6で発生したジュール熱を ¾用電極 7 2により効果的に放出することが可能となり、電子源の経時的安定性を向上させることができる。

表面電極 7の周辺を、厚みが厚い配線用電極 7 2で囲む構造により、放熱性は高まり、さらに電子源の経時的安定性を向上させることができる。

(実施形態 8 )

本実施形態の電子源は Fig. 2 6 A〜Cに示すように p型シリコン基板 1の片面に形成された多孔質多結晶シリコンからなる強電界ドリフト層 6と、強電界ドリフト層 6の一部を覆うように設けられた低仕事関数で、高耐酸化性に優れた厚み 1 0 n mの金の表面電極 7と、シリコン基板 1の裏面に形成された厚み 0 . 5 μ mのァノレミ二ゥムの裏面電極 2と、表面電極 7と端子電極 7 1とを結ぶ S¾用電極 7 2とからなる。 gam用電極 7 2と端子電極 7 1とは共に厚み 1 . のアルミ二ゥムで形成され、用電極 7 2は表面電極 7と電気的に接続されるように設置される。また強電界ドリフト層 6の材料である多孔質多結晶シリコンは酉 fi^用電極 7 2の下部から一部を除いて除去されており、酉用電極 7 2の大部分は平滑なシリコン基板 1上に形成した厚み 0 · 5 μ mの酸化シリコンからなる ^m i 6で挟んである。

本実施形態では、実施形態 7の利点に加えて、強電界ドリフト層 6の材料である多孔質多結晶シリコンを、用電極 7 2の下部から一部を除いて除去してあるので、表面凹凸の大きな多結晶シリコン上でなく平滑なシリコン基板 1表面上に配線用電極 7 2を形成でき、そのため断線や抵抗の増大が防止でき、実施形態 7に比べて更に電子放出効率の向上成いは動作電圧の低減や発熱低減、動作速度向上、電子放出効率、放出電流密度の面内ばらつき低減、さらに表面電極 7の断線による動作不良を低減し、ひいてはディスプレイ等に用いた時の性能、品質、製造歩留まりを向上できる。

(実施形態 9 )

本実施形態は Fig. 2 7 A， Bに示すように基板、例えばシリコン基板 1上に多孔質多結晶シリコンからなる強電界ドリフト層 6をマトリックス状に形成するとともに、各強電界ドリフト層 6の表面に実施形態 7、 8と同様な厚みを持つ金カゝらなる表面電極 7を形成し、さらに同一横列の各表面電極 7に対応して、各横列に並行するように la 用電極 72を形成してある。酉用電極 72は実施形態 7、 8と同様な厚みのアルミニウムからなり、対応する表面電極 7とは Fig. 2

8 A， Bに示すように表面電極 7とほぼ同じ厚みの結合電極 7 3を介して電気的に接続されるとともに、各強電界ドリフト層 6で発生する熱が結合電極 7 3及びシリコン基板 1を介して伝わり放熱することができるようになつている。 iam用電極 7 2の下部には絶縁層 1 6を形成してある。

上記の場合表面電極 7は酉用電極 7 2に対して結合電極 7 3で結合している力 Fig. 2 9 A, Bに示すように表面電極 7を囲むように配線用電極 7 2を形成して表面電極 7と Ei^用電極 7 2とを電気的に接続するようにしても良く、この場合配線用電極 7 2による放熱効果が一層期待できる。

(実施形態 1 0 )

本実施形態の強電界放射電子源を Fig. 3 0 A〜Cを参照して説明する。

この電界放射型電子源は、 P型シリコン基板 1と、 p型シリコン基板 1の主表面にストライプ状に形成された _n型領域（拡散層） 8と、 p型シリコン基板 1の裏面に形成された膜厚が約 0， 5 /z mのァノレミニゥムよりなる裏面電極（ォ一ミック電極） 2と、 p型シリコン基板 1の表面に例えば L P C V D法を用いて形成された多結晶シリコン層（半導体結晶層） 3と、多結晶シリコン層 3の一部に光照射を行レヽながら陽極酸化処理を行うことによつて部分的に多孔質化した後さらに急速熱酸化されて形成された多孔質多結晶シリコン層（電界ドリフト層） 6と、多結晶シリコン層 3および各多孔質多結晶シリコン層 6の一部を覆うようにして形成された表面電極 7と、表面電極 7を外部回路に電気的に接続するために多結晶シリコン層 3の表面に例えば燕着法により形成された厚みが約 1 . 5 μ mのァルミニゥムからなる端子電極 7 1とで構成される。ここに、表面電極 7は、多結晶シリコン層 3およぴ多孔質多結晶シリコン層 6の表面に例えば蒸着法により形成された膜厚が約 1 0 n mの金からなる金属薄膜 7 aと、多結晶シリコン層 3の領域に形成された金属薄膜 7 aの表面に例えば燕着法により形成された膜厚が約 1 . 5 μ πιのアルミニウムからなる金属薄膜 7 bとで構成される。なお、多孔質多結晶シリコン層 6から多孔質多結晶半導体層が構成される。また、多孔質多結晶シリコン層 6以外の部分の多結晶シリコン層 3と表面電極 7との間には絶 mi 1 6が形成されている。

ところで、本実施形態では導電性基板として p型シリコン基板 1に n +拡散層による導電体層を形成したものを用いているが、導電性基板は電界放射型電子源の負極を構成するとともに、真空中において多孔質多結晶シリコン層 6を支持し、なお且つ、多孔質多結晶シリコン層 6へ電子を注入するものである。したがって、導電性基板は電界放射型電子源の負極を構成し、多孔質多結晶シリコン層 6を支持することができればよいので、 p型シリコン基板 1に限定されるものではなく、ガラスなどの絶縁性基板の表面に導電性膜を形成したものであっても良い。

ここで、強電界ドリフト層としての多孔質多結晶シリコン層 6は、多結晶シリコン層 3の一部を多孔質化し、さらに急速熱酸化することによって形成されているので、多結晶シリコン層 3と多孔質多結晶シリコン層 6との表面は略面一に形成される。

ここで、表面電極 7 aは、強電界ドリフト層を構成する多孔質多結晶シリコン層 6が形成された n型シリコン « 1の表面における多孔質多結晶シリコン層 6 以外の部位と多孔質多結晶シリコン層 6とに跨るようにして形成されており、多孔質多結晶シリコン層 6以外の部位と多孔質多結晶シリコン層 6とは面一に形成されているので、金属薄膜 7 aを段差の無い領域に形成することができるから、金属薄膜 7 aを段差部に形成した場合に比べて、断線が起こりにくく、電気抵抗の増加を抑制することができる。

また、多孔質多結晶シリコン層 6の表面に形成された金属薄膜 7 aは、多孔質多結晶シリコン層 6の表面に達した電子が金属薄膜 7 a中で散乱されるのを防止するために、膜厚が非常に薄く形成されている力多孔質多結晶シリコン層 6以外の領域に形成された金属薄膜 7 bは膜厚を薄くする必要がないので、金属薄膜 7 bの膜厚を金属薄膜 7 aに比べて厚く形成しており、金属薄膜 7 bの膜厚を金属薄膜 7 aの膜厚よりも厚くすることにより、金属薄膜 7 bの断線をさらに防止することができ、電気抵抗の増加をさらに抑制できる。また、多孔質多結晶シリコン層 6以外の多結晶シリコン層 3と表面電極 7との間に絶縁層 1 6を設けて!/ヽることと相俟って、電子の直進性を向上させることができるので、クロストークを低減できるという効果も有している。

上述のように表面電極 7を構成する金属薄膜 7 a , 7 bの電気抵抗が増大するのを抑制できるから、表面電極 7を電流が流れることによって表面電極 7で発生する熱を低减でき、熱となって消費される損失を低減して電子放出効率が低下するのを防止できる。また、表面電極 7の電気抵抗が増大すると、表面電極 7を電流が流れることによって発生する降下が増大し、実際に多孔質多結晶シリコン層 6に印加される ffが、端子電極 7 1と裏面電極 2との間に印加される動作 ¾Eよりも低くなるため、その分だけ動作電圧を高くする必要がある力電気抵抗の増大を抑制したことにより、動作 SJEが高くなるのを防止できる。さらに、表面電極 7で発生する電圧降下は場所によって異なるため、表面電極 7の電気抵抗が大きい場合、電子放出効率や放出電流密度が場所によってばらつく虞がある力表面電極 7の電気抵抗が増大するのを抑制しているので、電子放出効率や放出電流密度が場所によってばらつくのを防止できる。また更に、表面電極 7の電気抵抗が増大すると、電気的な時定数も大きくなるため、動作速度が遅ぐなるが、電気抵抗の増大を抑制したことにより、動作速度が遅くなるのを防止できる。表面電極 7は電界放射型電子源の正極を構成するものであり、表面電極 7を正極、 n型領域 8を負極として ffiを印加することにより、 n型領域 8から注入された電子が多孔質多結晶シリコン層 6をドリフトし、多孔質多結晶シリコン層⁶ の表面に達した電子はトンネル効果によって金属薄膜 7 aの表面から放出される。したがって、 n型領域 8と金属薄膜 7 aとの間に印加する直流 S/Ξによって得られる電子のエネルギから金属薄膜 7 aの仕事関数を差し引いたエネルギが放出される電子の理想的なエネルギとなるので、金属薄膜 7 aの仕事関数は小さいほど望ましい。また、金属薄膜 7 aが酸化され、金属薄膜 7 aの表面に酸ィ匕膜が形成されると、金属薄膜 7 aを通して放出される電子の電子放出効率が悪ィ匕するので、金属薄膜 7 aの材料としては耐酸化性の良好な金属が望ましい。本実施形態では金属薄膜 7 aとして金を用いたが、金属薄膜 7 aを金に限定する趣旨のものではなく、仕事関数が小さく、且つ、高耐酸化性の金属であれば良く、金の他に白金、イリジウム、ロジウム、ルテニウムなどや、これらの金属の合金などが使用可能である。また、金属薄膜 7 a表面における多孔質多結晶シリコン層 6以外の領域に形成された金属薄膜 7 bとしては抵抗率の低い材料が望ましく、本実施形態では金属薄膜 7 bとしてアルミニウムを用いたが、金属薄膜 7 bをアルミニウムに限定する趣旨のものではなく、抵抗率の低い金属であれば良い。また、金属薄膜 7 a， 7 bや電極 7 1， 2の膜厚は上記の値に限^ Tるものではない。

また上述のように、多結晶シリコン層 3の表面に形成された表面電極 7 bと端子電極 7 1の材料が同じであり、両電極 7 b， 7 1の厚みが略同じであるので、両電極 7 b , 7 1—^ 3の工程で形成することができる。

(実施形態 1 1 )

本件実施態様を Figs. 3 1 A〜Cに基づき、説明する。上記実施形態 1 0の強電界放射電子源では、表面電極 7を、多結晶シリコン層 3および多孔質多結晶シリコン層 6の表面に形成された例えば金からなる金属薄膜 7 aと、金属薄膜 7 a における多結晶シリコン層 3の領域に形成された例えばアルミニゥムカゝらなる金属薄膜 7 bとで構成しているが、本実施形態の強電界放射電子源では、表面電極 7を、多孔質多結晶シリコン層 6の表面に例えば燕着法により形成された膜厚が約 1 0 n mの金からなる金属薄膜 7 aと、多結晶シリコン層 3の表面に例え tf^ 着法により形成された膜厚が約 1 . 5 // mのアルミニウムからなる金属薄膜 7 b とで構成している。なお、表面電極 7以外の構成は実施形態 1 0と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。

実施形態 1 0と同様、多結晶シリコン層 2と多孔質多結晶シリコン層 3との表面は略面一に形成されているので、金属薄膜 7 a , 7 bを段差の無い領域に形成することができ、金属薄膜 7 a， 7 bを段差部に形成した場合に比べて、断線が起こりにくく、電気抵抗の増加を抑制することができる。実施形態 1 0で説明したように、表面電極 7は電界放射型電子源の正極を構成するものであり、表面電極 7を正極、 n型領域 8を負極として SJEを印加することにより、 n型領域 8 1力ら注入された電子が多孔質多結晶シリコン層 6をドリフトし、多孔質多結晶シリコン層 6の表面に達した電子はトンネノレ効果によって金属薄膜 7 aの表面から放出される。したがって、 n型領域 8と金属薄膜 7 aとの間に印力 Πする直流電圧によって得られる電子のエネルギから金属薄膜 7 aの仕事関数を差し引レヽたエネルギが放出される電子の理想的なエネルギとなるので、金属薄膜 7 aの仕事関数は小さレ、ほど望ましレ、。また、金属薄膜 7 aが酸化され、金属薄膜 7 aの表面に酸化膜が形成されると、金属薄膜 7 aを通して放出される電子の電子放出効率が悪化するので、金属薄膜 7 aの材料としては耐酸化性の良好な金属が望ましい。本実施形態では金属薄膜 7 aとして金を用いたが、金属薄膜 7 aを金に限定する趣旨のものではなく、仕事関数が小さく、且つ、高耐酸化性の金属であれば良く、金の他に白金、イジジゥム、ロジウム、ルテニウムなどや、これらの金属の合金などが使用可能である。また、多孔質多結晶シリコン層 3以外の領域に形成された金属薄膜 4 bとしては抵抗率の低い材料が望ましく、本実施形態では金属薄膜 4 bとしてアルミニウムを用いたが、金属薄膜 4 bをァルミ二ゥムに限定する趣旨のものではなく、抵抗率の低い金属であれば良い。また、金属薄膜 7 a , 7 bや電極 7 1 , 2の膜厚は上記の値に限定するものではない。

(実施形態 1 2 )

本実施形態の電界放射型電子源の製造方法を Figs. 3 2 A〜 Fを参照しながら説明する。なお、本実施形態では、導電性基板として、 p形シリコン基板 1 (抵抗率が 0 . 1 Ω c mの（1 0 0 ) 基板）を用いている。

まず、 n形シリコン基板 1の主表面にストライプ状の n型領域（n +導電体層） ⁸を形成し、その裏面にォーミック電極 2を形成した後、 n型領域⁸を覆うように L P C V D法により膜厚が 1 . 5 /i mのノンドープの多結晶シリコン層 3 を形成することによって Fig. 3 2 Aに示す構造が得られる。ここに、 L P C V D法の成膜条件は、基板温度を 6 1 0 、 S i H₄ガス流量を 6 0 0 s c c m、真空度を 2 0 P aとした。なお、多結晶シリコン層 3の成膜方法は、 L P C V D 法に限定されるものではなく、例えばスパッタ法あるいはプラズマ CVD法によつてアモルファスシリコン層を形成した後、該アモルファスシリコン層に対してァニール処理を行うことにより結晶化させて多結晶シリコン層を形成する方法を用いてもよい。他の半導体にぉ、ても同様の方法が適用されてよい。

次に、多結晶シリコン層 3上にプラズマ CVD法によって膜厚が 1 μπιの酸化シリコン層 4を形成することにより、 Fig.36 Bに示す構造が得られる。酸化シリコン層 4の成膜条件は、基板温度を 225。C、 S i H₄ガス流量を 50 s c c m、 N₂0ガス流量を 875 s c cm、真空度を 133 P a、放電パワーを 1 5 OW (放電パワー密度を 0. 05WZcm²) とした。なお、酸化シリコン層 4 の成膜方法は、プラズマ CVD法に限定されるものではなく、例えば熱酸化法などの方法を用いてもよい。

次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して多結晶シリコン層 3をパターニングすることにより、 Fig.32 Cに示す構造が得られる。

次に、 55 w t。/₀のフッ化水素水溶液とエタノールとを 1 ： 1で混合し 0¾に冷却した電解溶液を用い、白金電極（図示せず）を負極、 n形シリコン基板 1 (ォ一ミック電極 2) を正極として、多結晶シリコン層 3の露出した部分に光照射を行いながら定電流で陽極酸化処理を行うことによって、部分的に多孔質多結晶シリコン層 5が形成され、 Fig. IDに示す構造が得られる。本実施形態では、陽極酸化処理の条件として、電流密度を 2 OmAZcm²—定、陽極酸化時間を 15秒とするとともに、陽極酸化処理中に 50 OWのタングステンランプにより光照射を行うことにより膜厚が 1 μ mの多孔質多結晶シリコン層 5が形成された。なお、本実施形態では、多結晶シリコン層 3の厚み方向の途中まで多孔質化しているが、 n形シリコン基板 1に遼する深さまで多孔質化してもよレ、。また、本実施形態では、陽極酸化処理時の電流密度を一定として多孔質多結晶シリコン層 5 の多？ L¾をほぼ均一にしてあるが、陽極酸化処理時の電流密度を変化させることにより多孔度の高い多結晶シリコン層と多孔度の低い多結晶シリコン層とが交互に積層された構造にしてもよいし、多孔度が厚み方向に連続的に変化した構造にしてもよい。

なお、陽極酸化処理時に上記電解溶液によつて酸化シリコン層 4もェツチングされるが、酸化シリコン層 4の膜厚は 1 /z mであるのに対し、上記強電界溶液による酸化シリコンのエッチングレートは 1分当たり 0 . 1 4 /x m¾¾で陽極酸化時間は 1 5秒なので、酸化シリコン層 4は確実にマスクとしての機能を果たす。次に、急速熱酸化（R T O) 法によって、多孔質多結晶シリコン 5を所さまで酸化する（つまり、多孔質多結晶シリコン層 5の一部を酸化する）ことにより、 Fig. 3 2 Eに示す構造が得られる。急速熱酸化の条件としては、酸化を 9 0 0 、酸化時間を 1時間とした。なお、本実施形態では、多孔質多結晶シリコン層 5の一部を酸化しているが、全てを酸化するようにしてもよい。

その後、多孔質多結晶シリコン層 6およぴ多結晶シリコン層 3上に、メタルマスクを用いて n型領域 8と交差するストライプ状に金薄膜を蒸着法によって形成することにより、金薄膜よりなる金属薄膜 7 (金属電極）が形成され、 Fig. 3 6 Fに示す構造の電界放射型電子源 1 0が得られる。本実施形態では、金属薄膜 7 として金を用いたが、金属薄膜 7は金に限定されるものではなくて、仕事関数の小さな金属であれば良く、金の他にアルミニウム、クロム、タングステン、ニッケル、白金などや、これらの金属の合金などが使用可能である。また、本実施形態では、金薄膜の膜厚を 1 0 n mとしたが、この膜厚は特に限定するものではない。

上述の電界放射型電子源 1 0を真空チャンバ（図示せず）内に導入して、金属薄膜 7に対向する位置にコレクタ電極（図示せず）を配置し、真空チャンバ内の真空度を 5 X 1 0— ⁵ P aとして、金属薄膜 7を正極、 n型領域 8を負極として両極間に 2 0 Vの直流 ®j£を印加するとともに、コレクタ電極を正極、金属薄膜 7を負極として両極間に 1 0 0 Vの直流電圧を印加することにより、金属薄膜 7 の表面からコレクタ電極に向かつて電子が放出されるのを観測することができる。なお、裏面電極 2は n型領域よりも負電位となるようにすることが好ましい。し力して、本実施形態の電界放射型電子源の製造方法では、フォトリソグラフィ技術およぴェッチング技術を用、てパターユングされた酸化シリコン層 4をマスクとして陽極酸化処理を行うことにより多孔質多結晶シリコン層 5が形成されるので、多孔質多結晶シリコン層 5のパターン精度が向上し、また、酸化された多孔質多結晶シリコン層 6と金属薄膜 7との接触面積は酸化シリコン層 4のパタ —ン精度で、決まるので、低コストで電子放出面積のパターン精度を高めることができる。

なお、本実施形態では、導電性基板として、 p形シリコン基板 1 (抵抗率が 1 O Q c mの（1 0 0 ) 基板）を用いているが、導電性基板は p形シリコン ¾¾ 1 に限定されるものではなく、例えば、ガラス基板などに導電性薄膜（例えば、クロム薄膜や I T O薄膜）を形成した基板などを用いてもよく、 p形シリコン基板 1などの半導体基板を用いる場合に比べて大面積化および低コスト化が可能になる。

(実施形態 1 3 )

Fig. 3 3に実施形態 1 2の電界放射型電子源 1 0を利用した平面発光装置の概略構成図を示す。なお、実施形態 1 2と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。

本実施形態の平面発光装置は、電界放■電子源 1 0と、電界放電子源 1 0の金属薄膜 7に対向配置される透明電極 3 1とを備え、透明電極 3 1には電界放射型電子源 1 0から放射される電子線により可視光を発光する蛍光体 3 2が塗布してある。また、透明電極 3 1は透明性導電性膜からなり、ガラス基板よりなる透明板 3 3に形成してある。ここに、透明電極 3 1および蛍光体 3 2が形成された透明板 3 3はスぺーサ 3 4を介して電界放射型電子源 1 0と一体化してあり、透明板 3 3とスぺーサ 3 4と電界放射型電子源 1 0とで囲まれる内部空間を所定の真空度にしてある。

したがって、電界放射型電子源 1 0から電子をさせることによって、蛍光体 3 2を発光させることができ、蛍光体 3 2の発光を透明電極 3 1および透明板 3 3を通して外部に表示することができる。

本実施形態の平面発光装置において、透明電極 3 1を金属薄膜⁷に対して正極とし透明電極 3 1と金属薄膜 7との間に 1 k Vの直流 ®EV cを印加するとともに、電界放射型電子源 1 0の金属薄膜 7を正極とし選択的に金属薄膜 7ととの間に 2 0 Vの直流 mBEV p sを印加することにより、選択された交点に対応した発光パターンが得られる。すなわち、本実施形態では、多孔質多結晶半導体層を酸化した強電界ドリフト層 6からなる電子源を用！/ヽているため、電子が金属薄膜 7 の面内でほぼ均一にほぼ垂直方向へ放射される力ゝら、従来の平面発光装置で用いられる収束電極を設ける必要がなく、構造が簡単になるとともに低コスト化が可能になる。また、本実施形態では、電界放射型電子源 1 0の電子放出面積のパターン精度が高いので、発光むらの少ない平面発光装置を実現することができる。特に本実施態様ではォ一ミック電極 2を n +導電体層 8より負電位としているため、導電体層間の漏れ電流が防止できるのでより好ましい。

(実施形態 1 4 )

Fig. 3 4に実施形態 1 2の電界放射型電子源 1◦をディスプレイ装置に応用する場合の概略構成を示す。本実施形態では、 Fig. 3 4に示すように、ストライプ状の n +導電体層 8上に熱酸化された多孔質多結晶シリコン層 6および n +導電体層 8のストライプパターンに交差してストライプ状に金属薄膜 7をそれぞれ形成してある。また、電界放射型電子源 1 0の金属薄膜 7に対向配置される透明電極 3 1を備え、透明電極 3 1には電界放†M電子源 1 0から放射される電子線により可視光を発光する蛍光体 3 2が塗布してある。また、透明電極 3 1は透明導電性膜からなり、ガラス基板よりなる透明板 3 3に形成してある。ここにおいて、本実施形態では、 n +領域 8と金薄膜 7とが直交するように配設することにより、マトリックスを形成してある。すなわち、 n +領域 8と金属薄膜 7との交差する領域がそれぞれピクセルに対応する。したがって、電圧を印加する金属電極 7と、電圧を印加する n +領域 8との組み合わせにより、特定のピクセルのみを光らせることができる。

しカゝして、本実施形態のディスプレイ装置では、電界放射型電子源の電子放出面積のパターン精度が高く、高精細なディスプレイ装置を実現することができる。

(実施形態 1 5 )

本実施形態の電界放射型電子源の製造方法を Fig. 3 5 A〜Dを参照しながら説明する。

まず、絶縁性基板 1 1の主表面上にストライプ状の下部電極 1 2を形成した後、性基板 1 1の主表面側の全面にわたって下部電極 1 2を覆うように L P C V D法により膜厚が 1 . 5 /X mのノンドープの多結晶シリコン層 3を形成するとによって、 Fig. 4 Aに示 "Tfl造が得られる。なお、多結晶シリコン層 3の表面はほぽ平坦化される。ここに、 L PC VD法の成膜条件は、基板温度を 610°C、 S i H₄ガス流量を 600 s q c m、真空度を 20 P aとした。なお、多結晶シリコン層 3の成膜方法は、 L P CVD法に限定されるものではなく、例えばスハ。ッタ法ある、はプラズマ C V D法によつてァモルファスシリコン層を形成した後、該アモルファスシリコン層に対してァニール処理を行うことにより結晶化させて多結晶シリコン層を形成する方法を用いてもよい。

次に、多結晶シリコン層 3上にプラズマ CVD法によって膜厚が 1 xmの酸化シリコン層 4を形成する。酸化シリコン層 4の成膜条件は、 S ^温度を 225 、 S i H₄ガス流量を 50 s c c m、 N₂0ガス流量を 875 s c c m、真空度を 133 P a、放電パヮ一を 1 5 OW (放電パワー密度を 0. 05WZcm²) とした。なお、酸化シリコン層 4の成膜方法は、プラズマ CVD法に限定されるものではなく、例えば熱酸化法などの方法を用いてもよい。上述の s酸化シリコン層 4を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して酸化シリコン層 4を下部電極 12に直交するストライプ状にパターユングすることにより、 Fig.35 Bに示す構造が得られる。

次に、 55 w t %のフッ化水素水溶液とエタノールとを 1 ： 1で混合し 0 に冷却した電解溶液を用い、白金電極（図示せず）を負極、下部電極 12を正極として、多結晶シリコン層 3の露出した部分に光照射を行いながら定電流で陽極酸化処理を行うことによって、ストライプ状に多孔質多結晶シリコン層 5が形成される。本実施形態では、陽極酸化処理の条件として、電流密度を 20mAZcm² 一定、陽極酸化時間を 1 5秒とするとともに、陽極酸化処理中に 500Wのタングステンランプにより光照射を行うことにより膜厚が 1 μ mの多孔質多結晶シリコンが形成された。なお、陽極酸化処理時に上記強電界溶液によつて酸化シリコン層 4もエッチングされるが、酸化シリコン層 4の膜厚は 1 μπιであるのに対し、上記動军溶液による酸化シリコン層 4のエッチングレートは 1分当たり 0. 14 μ で陽極酸化時間は 15秒なので、酸化シリコン層 4は確実にマスクとしての機能を果たす。次に、急速熱酸化（RTO) 法によって、多孔質多結晶シリコン 5を所定深さまで酸化する（つまり、多孔質多結晶シリコン層 5の一部を酸化する）ことにより熱酸ィ匕された多孔質多結晶シリコン層 6が形成され、 Fig.3 5 Cに示す構造が得られる。急速熱酸化の条件としては、酸化を 9 0 0 、酸化時間を 1時間とした。なお、本実施形態では、多孔質多結晶シリコン層 5の —部を酸化しているが、全てを酸ィヒするようにしてもよい。

その後、絶縁性基板 1 1の主表面側に、メタルマスクを用いて金薄膜を蒸着法によって下部電極 1 2のストライプパターンと直行するストライプ状に形成することにより金薄膜よりなる金属薄膜 7が形成され、 Fig. 4 Dに示す構造の電界放射型電子源 1 0が得られる。本実施形態では、金属薄膜 7として金を用いたが、金属薄膜 7は金に限定されるものではなくて、仕事関数の小さな金属であれば良く、金の他にアルミニウム、クロム、タングステン、ニッケル、白金などや、これらの金属の合金などが使用可能である。また、本実施形態では、金属薄膜 7の膜厚を 1 0 n mとしたが、この膜厚は特に限定するものではない。なお、本実施形態では、金属薄膜 7が上部電極を構成している。

本実施形態では、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパタ一二ングされた酸化シリコン層 4をマスクとして陽極酸化処理を行うことにより多孔質多結晶シリコン層 5が形成されるので、多孔質多結晶シリコン層 5のパタ —ン精度が向上し、また、酸化された多孔質多結晶シリコン層 6と金属薄膜 7との接触面積は酸化シリコン層 4のバタ一ン精度で決まるので、低コストで電子放出面積のパタ一ン精度を高めることができる。

また、本実施形態の電界放射型電子源 1 0では、下部電極 1 2と上部電極 7とをそれぞれ選択して電圧を印加することにより、持定のビクセルのみから電子を放出させることが可能である。

(実施形態 1 6 )

本実施形態の電界放射型電子源の製造方法を Fig. 3 6 A〜Dを参照しながら説明する。なお、本実施形態の製造方法は、実施形態 1 5とほぼ同じであり、酸化シリコン層 4のパターユング状に特徴があるので、実施形態 1 5と同じ点については簡単に説明する。

まず、絶緣性基板 1 1の主表面上にストライプ状の下部電極 1 2を形成した後、 ,性基板 1 1の主表面側に全面にわたつて下部電極 1 2を覆うように L P CV D法により)^:が 1 . 5 /X mのノンドープの多結晶シリコン層 3を形成することによって、 Fig. 3 6 Aに示す構造が得られる。

次に、多結晶シリコン層 3上にプラズマ C V D法によって膜厚が 1 /z mの酸化シリコン層 4を形成した後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して酸化シリコン層 4を下部電極 1 2の上方で下部電極 1 2の長手方向に沿つて所定間隔ごとに開口された格子状にパターユングすることにより、 Fig. 4 O B に示す構造が得られる。

次に、 5 5 w t %のフッ化水素水溶液とエタノールとを 1 ： 1で混合し 0 に冷却した電解溶液を用い、白金電極（図示せず）を負極、下部電極 1 2を正極として、多結晶シリコン層 3の露出した部分に光照射を行いながら定電流で陽極酸化処理を行うことによって、多孔質多結晶シリコン層 5が形成される。次に、急速熱酸化（R T O) 法によって、多孔質多結晶シリコン 5を所さまで酸化することにより熱酸化された多孔質多結晶シリコン層 6が形成され、 Fig. 4 O Cに示す構造が得られる。

その後、絶縁性基板 1 1の主表面側に、メタルマスクを用いて金薄膜を燕着法によって下部電極 1 2のストライプパターンと直交するストライプ状に形成することによって金薄膜よりなる金属薄膜 7が形成され、 Fig. 3 6 Dに示す構造の電界放射型電子源 1 0が得られる。本実施形態では、金属薄膜 7として金を用いたが、金属薄膜 7は金に限定されるものではなくて、仕事関数の小さな金属であれば良く、金の他にアルミニウム、クロム、タングステン、ニッケル、白金などや、これらの金属の合金などが使用可能である。また、本実施形態では、金属薄膜 7 の膜厚を 1 0 n mとしたが、この膜厚は特に限定するものではない。なお、本実施形態では、金属薄膜 7が上部電極を構成している。

本実施形態では、フォトリソグラフィ技術おょぴエツチング技術を用、てパタ —エングされた酸化シリコン層 4をマスクとして陽極酸化処理を行うことにより多孔質多結晶シリコン層 5が形成されるので、多孔質多結晶シリコン層 5のパターン精度が向上し、また、酸化された多孔質多結晶シリコン層 6と金属薄膜 7との接触面積は酸化シリコン層 4のパターン精度で決まるので、低コストで電子放出面積のパターン精度を高めることができる。

また、本実施形態の電界放射型電子源 1 0では、下部電極 1 2と上部表面電極 7とをそれぞれ選択して電圧を印加することにより、特定のピクセルのみから電子を放出させることが可能である。また、多孔質多結晶シリコン層 6以外の金属薄膜 7の下部に絶縁層 4が設けられているので、クロストークや電子の ¾Gi性も改善され、好ましい形態である。

(実施形態 1 7 )

Fig. 3 7に実施形態 5の電界放射型電子源 1 0をディスプレイ装置に応用する場合の概略構成を示す。本実施形態では、 Fig. 3 7に示すように、電界放射型電子源 1 0の金属薄膜 7に対向配置される透明電極 3 1を備え、透明電極 3 1には電界放射型電子源 1 0から放射される電子線により可視光を発光する蛍光体 3 2 が塗布してある。また、透明電極 3 1は透明導電性膜からなり、ガラス基板よりなる透明板 3 3に形成してある。ここにおいて、本実施形態では、透明電極 3 1 は同一面内でアレイ状に形成してあり、各透明電極 3 1は、金電極 7のうち熱酸化された多孔質多結晶シリコン層 6上に形成された部位に対向するようにマトリックス状に形成してある。透明電極 3 1および蛍光体 3 2が形成された透明板 3 3はスぺーサ（図示せず）を介して電界放射型電子源 1 0と ~#化してあり、透明板 3 3とスぺーサと電界放射型電子源 1 0とで囲まれる內部空間を所定の真空度にしてある。したがって、 Iffを印加する金属電極 7 (以下、上部電極 7と称す）と下部電極 1 2との組み合わせにより、特定のピクセルのみから霜子線を放出させることができ、該ピクセルに対向配置された蛍光体 3 2のみを光らせることができ、蛍光体 3 2の発光を透明電極 3 1および透明板 3 3を通して外部に表示することができる。

なお、本実施形態では、透明電極 3 1を上部電極 7に対して正極とし透明電極 3 1と上部電極 7との間に 1 k Vの直流電圧を印加するとともに、上部電極 7を正極として上都電極 7と下部電極 1 2との問に 2 O Vの直流電圧を印加することにより、特定の電子源ピクセルに対応する蛍光体 3 2のみを光らせることができる。

本実施形態では、電界放射型電子源 1 0の電子放出面積のパターン精度が酸化シリコン層 4のパターン精度で決まるので、電子放出面積のパターン精度が高く、高精細なディスプレイを実現することができる。産業上の利用可能性

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、表面電極の所望の領域から電子を放出させることができ、し力も、表面電極にコレクタ電極を対向配置してデイスブレイ装置を構成するような場合にコレクタ電極に印加する数百 Vないし数 k vの髙をスイッチングするための回路が不要となる。したがって、表面電極の所望の領域から選択的に電子を放出させることができる高精度の電界放 It® 電子源ァレイを低コストでおよび小型化することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 少なくとも一方の主表面に導電体層からなる下部電極を有する導電性基板と、該導電性基板の導電体層上に形成される強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された導電性薄膜からなる表面電極とを備え、この導電性薄膜を上記導電性基板の導電体層に対し正極として電圧を印加することにより上記導電性基板から上記強電界ドリフト層に注入された電子をドリブトさせ、上記導電性薄膜を通して放出される電界放射型電子源であって、

上記導電性基板上の導電体層は所定の間隔をおいて並列して延びる複数のストライプ状に形成される一方、上記導電性薄膜は上記ストライプ状の導電体層に上記強電界ドリフト層を介して対向し、交差するように所定の間隔をおいて並列して延びる複数のストライプ状に形成され、

上記強電界ドリフト層は酸化又は窒化された多孔質多結晶半導体層であり、少なくとも上記導電体層のストライプと導電性薄膜のストライプの対向して交叉する各位置にぉレヽて上記導電体層と導電性薄膜が上記強電界ドリフト層を挟持して上記導電性基板上に所定の間隔で配列された複数の電子源を構成してなることを特徴とする電界放射型電子源ァレイ。

2 . 上記導電性基板が半導体基板又は半導体層を有する絶縁性基板からなり、所定の間隔で並列配置される導電体層が不純物拡散層からなる請求項 1に記載の電界放射型電子源ァレイ。

3 . 上記導電性基板が絶縁基板であり、上記導電体層が金属層からなる請求項 1記載の電界放射型電子源ァレイ ₀

4. 上記導電体層間に導電体層とは導電型の異なる高濃度不純物層を設けた請求項 2記載の電界放射型電子源ァレイ。

5 . 上記導電性基板が _P型半導体基板で、上記不純物拡散層が n型不純物をドープした拡散層であり、上記高濃度不純物層が p型不純物層である請求項 4記载の電界放射型電子源ァレイ ₀

6 . 上記導電性基板に所定の間隔をおいて形成した導電体層問に導電性基板から多結晶半導体層を通して導電性薄膜にあるレ、は導電体層から隣接する強電界ドリフト層に流れるリーク電流を遮断するための、絶緣層を形成した請求項 2に記載の電界放射型電子源ァレイ。

7 . 上記不純物拡散層は抵抗値低減のための、幅方向両側に同一導電性のより高濃度の不純物拡散層を備える請求項 2記載の電界放射型電子源ァレイ。

8 . 上記高濃度不純物層は、その内部がさらに高濃度となった二重層である請求項 7記載の電界放射型電子源ァレイ。

9 . 上記強電界ドリフト層は上記導電性基板上の多結晶半導体層の一部を多孔質化し、酸化又は窒化してなる半導体層であり、その周囲は上記導電体層を構成する拡散層とは導電型が異なる不純物をドープした多結晶半導体層またはノンドープの多結晶半導体層によって囲まれ、該多結晶半導体層の上方は絶縁層で覆われている請求項 1記載の電界放射型電子源ァレイ。

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1 0 . 上記強電界ドリフト層は上記導電性基板の導電体層上にある多結晶半導体層の一部を多孔質化し、酸化又は窒化してなる半導体層であり、導電性基板の導電体層間及び Z又は導電性薄膜が形成されない半導体層の一部又は全部をを除去し、形成される溝内面に,層を形成または充填してなる請求項 1記載の電界放射型電子源ァレイ。

1 1 . 上記導電性基板が半導体基板からなり、上記不純物拡散層を設ける主表面とは反対側の主表面に電極を形成してなる請求項 2記載の電界放射型電子源アレイ。

1 2. 上記半導体 S¾がシリコンで、その上に形成される多結晶半導体層が多結晶シリコンである請求項 1記載の電界放射型電子源アイ。

1 3 . 上記強電界ドリフト層が上記導電体層の上に沿ってストライプ状に形成されている請求項 1記載の電界; 電子源アレイ。

1 . 上記強電界ドリフト層が上記導電体層の上に沿って所定間隔をおいて形成されている請求項 1記載の電界放射型電子源アレイ。

1 5 . 上記強電界ドリフト層が上記多結晶半導体層の一部が酸化又は窒化された多孔質多結晶半導体層である請求項 1 3または 1 4に記載の電界放射型電子源ァレイ。

1 6 . 上記強電界ドリフト層が、それ以外の部位と上記導電性基板上にほぼ面一に形成され、上記導電性薄膜が強電界ドリフト層とそれ以外の部位に渡って延ぴている請求項 1記載の電界放射型電子源ァレイ。

1 7 . 上記強電界ドリフト層上でこれと交叉するように配置されるストライプ状の導電性薄膜からなる表面電極は上記強電界ドリフト層上以外の領域は幅狭になっている請求項 1記載の電界放射型電子源ァレイ。

1 8 . 上記強電界ドリフト層上でこれと交叉するように配置されるストライプ状の導電性薄膜からなる表面電極は強電界ドリフト層以外の領域の導電性薄膜の下部又は上部に絶縁層を備える請求項 1記載の電界放射型電子源ァレイ。

1 9 . 上記絶縁層が L O C O S法で形成され、その蝠方向両端程層厚が薄くなっている請求項 6または請求項 1 8に記載の電界放射型電子源アレイ。

2 0 . 上記強電界ドリフト層上でこれと交叉するように配置されるストライプ状の導電性薄膜からなる表面電極は上記強電界ドリフト層を挟持する領域以外は膜厚が挟持領域より厚くなっている請求項 1記載の電界放射型電子源。

2 1 . 上記導電性薄膜が電気的かつ熱的に結合する配線用電極を有する請求項 1記載の電界放射型電子源ァレイ。

2 2 . 電界型電子源アレイに対向して配置される電極に対して電子を放射し、該電極の上部または下部に設けられた蛍光体を発光させて画像を描写する請求項 1記載のディスプレイ用電界放射型電子源ァレイ。

2 3 . (A) 基板を用意し、該基板の一方の主表面に下部電極として所定の間隔で並列した複数のストライプ状の導電体層を形成する工程と、

(B ) 上記導電体層を形成した基板の主表面に導電体層を覆う多結晶半導体層を形成する工程と、

(C) 上記導電体層を一方の電極として上記多結晶半導体層の一部を選択的に陽極酸化して多孔質化する工程と、

(E ) —部が多孔質化し、酸化又は窒化した多結晶半導体層上に上記導電体層に対向して交叉するように所定の間隔で並列した複数のストライプ状の導電性薄膜を形成する工程を備える電界放射型電子源ァレイの製造方法。

2 4 . (B ) 多結晶半導体層の一部を選択的に陽極酸化して多孔質化する工程力導電性基板上及び Z又は多結晶半導体層上に陽極酸化するための所定の領域が開口されたマスク材料層または絶縁材料層を形成する工程を含む請求項 2 3記載の方法。

2 5 . (A) 複数のストライプ状の導電体層を形成する工程が、

(a- 1) P型半導体層を主表面に備える基板又は p型半導体基板のドーピングのための所定の領域を除いてマスキングを行う工程と、

(a - 2)上記所定の領域に n型不純物をドーピングして n型不純物拡散層として形成する工程からなる請求項 2 3記載の方法。

2 6 . (A) 複数のストライプ状の導電体層を形成する工程がさらに (a - 3)上記 n型不純物拡散層を形成した p型導電性基板上に絶縁層を形成し、上記 n型不純物拡散層の所定の領域の絶縁層を開口する工程を含む請求項 23記載の方法。

2 7 . ( B ) 多結晶半導体層の一部を選択的に陽極酸化して多孔質ィヒする工程が半導体基板の裏面に設けられた電極を一方の電極として陽極酸化する工程である請求項 2 3記載の方法。

2 8 . (F ) 隣接する多孔質化多結晶半導体層間に、上記導電体層を形成する拡散層と導電型が反対の不純物を導入して導電体層と導電型が反対の多結晶半導体層を形成する工程と、（G) 上記導電体層と導電型が反対の多結晶半導体層上に絶縁膜を形成する工程を含む請求項 2 3記載の方法。

2 9 . 上記陽極酸化工程後、（h-1)隣接する導電体層間および導電性薄膜が形成されない半導体層の一部または全部をェツチング除去する請求項 2 3に記載の方法。

3 0 . 上記陽極酸化工程前に (h- 2)隣接する導電体層間および導電性薄膜間が形成されない半導体層の一部または全部をエッチング除去する請求項 2 3に記載の方法。

3 1 . 上記エッチングした半導体部分に絶縁層を形成又は充填する請求項 2 9または 3 0に記載の方法。

3 2 . 上記陽極酸化工程前に、多結晶半導体層上に上記導電体層に対向して交叉するように所定の間隔で並列した複数のストライプ状の絶縁層を形成する工程を含み、上記陽極酸化工程により上記導電体層の上に沿って多孔質化が所定間隔をおいて行われる請求項 2 3記載の方法。

3 3 . 半導体基板または半導体層がシリコンであり、絶縁層が酸化シリコンである請求項 21記載の方法。

3 4 . 絶緣層を L O C O S法で形成する請求項 3 3記載の方法。