WO2003060942A1

WO2003060942A1 - Dispositif d'emission electronique

Info

Publication number: WO2003060942A1
Application number: PCT/JP2002/000287
Authority: WO
Inventors: Takashi Sugino; Masaki Kusuhara; Masaru Umeda
Original assignee: Kabushiki Kaisha Watanabe Shoko
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2003-07-24
Also published as: JP4312352B2; JP2002015659A

Description

明細書電子放出装置技術分野

本発明は、半導体からの電子放出を利用する電子放出装置に関するものである。背景技術

従来、金属やシリコンを用いて尖塔形状を作製した、スピント型と呼ばれている電子放出素子が研究開発されている。また、近年、負性電子親和力を有するダィャモンドを用いたフィールドエミッ夕の研究も進められている。

フィールドェミッタには、低電圧動作、高電流密度動作、そして長寿命動作が要求される。低電圧化や高電流密度化を達成するためには、フィールドエミッ夕用材料として、小さい仕事関数を有する金属や、小さい電子親和力または負性電子親和力をもつ半導体が注目されている。また、長寿命化のためには、硬質で安定な材料が必要である。

これまで、複雑なプロセスによって金属やシリコンを尖塔型の形状に加工し、その近傍に引き出し電極を作製することによって、低電圧動作が図られている。更なる低電圧動作を行うためには、作製した尖塔形状に負性電子親和力を持つダィャモシドゃ窒化物半導体をコートすることが望まれる。しかし、ダイヤモンドは均一薄膜の作製が困難であり、コーティング薄膜として用いることができない。近年、窒化物半導体の中で窒化ホウ素薄膜からの、低電界での電子放出が報告されている。均一な窒化ホウ素薄膜の堆積も可能であるため、先に述べたコーテイング薄膜として、窒化ホウ素薄膜の利用が期待され、その実用化が望まれている。

しかし、窒化ホウ素薄膜は水分に弱く、薄膜の割れや基板からの剥離が起こりやすい。このために、現状では、ウエットプロセスによるデバイスの作製ができないという大きな問題を有している。

本発明の目的は、前記の尖塔形状を作製する複雑なプロセスを排除し、窒化ホゥ素薄膜が有する問題を解消して付着性を向上させ、低電圧で動作する電子放出装置を提供することにある。発明の開示

前記課題を解決するために、請求項 1に記載された発明は、表面に凹凸を有する基板または半導体基板上に電気的に接続してホウ素（組成比 X) 、炭素（組成比 y) 、窒素（組成比 z ) を含む組成比が 0≤ x< l、 0≤ y≤ l , 0≤ ζ<1 の薄膜が設けられ、前記薄膜に電気的に絶縁して第 1の金属体が設けられ、前記薄膜に対向して前記第 1の金属体と空間をもって第 2の金属体を設けたことを特徴とする電子放出装置である。

請求項 2に記載された発明は、導体または半導体基板上に前記導体または前記半導体基板と異なる材料で表面に凹凸を有する導電性層または半導体層が設けられ、電気的に接続してホウ素（組成比 X) 、炭素（組成比 y) 、窒素（組成比 z) を含む組成比が 0≤ x< l、 0≤ y≤ l , 0≤ ζ<1の薄膜が設けられ、前記薄膜に電気的に絶縁して第 1の金属体が設けられ、前記薄膜に対向して前記第 1の金属体と空間をもって第 2の金属体を設けたことを特徴とする電子放出装置である。

請求項 3に記載された発明は、導体または半導体基板上に電気的に接続して炭素ナノチューブが設けられ、ホウ素（組成比 X) 、炭素（組成比 y) 、窒素（組成比 z )を含む組成比が 0≤ xく 1、 0≤y≤ l, 0≤ ζ< 1の薄膜が設けられ、前記薄膜に電気的に絶縁して第 1の金属体が設けられ、前記薄膜に対向して前記第 1の金属体と空間をもって第 2の金属体を設けたことを特徴とする電子放出装置である。

請求項 4に記載された発明は、絶縁体基板上に表面に凹凸を有する導電性層または半導体層が設けられ、前記導電性層または前記半導体層に電気的に接続してホウ素（組成比 X) 、炭素（組成比 y) 、窒素（組成比 z ) を含む組成比が 0≤ x< l、 0≤ y≤ l、 0≤ ζ<1の薄膜が設けられ、前記薄膜に電気的に絶縁して第 1の金属体が設けられ、前記薄膜に対向して前記第 1の金属体と空間をもつて第 2の金属体を設けたことを特徴とする電子放出装置である。請求項 5に記載された発明は、絶縁体基板上に前記絶縁体基板と異なる材料で表面に凹凸を有する 2層構造の導電性層または半導体層が設けられ、前記導電性層または前記半導体層に電気的に接続してホウ素（組成比 x )、炭素（組成比 y )、窒素（組成比 z ) を含む組成比が 0≤xく 1、 0≤γ≤ 1 , 0≤ζ < 1の薄膜が設けられ、前記薄膜に電気的に絶縁して第 1の金属体が設けられ、前記薄膜に対向して前記第 1の金属体と空間をもって第 2の金属体を設けたことを特徴とする電子放出装置である。

請求項 6に記載された本発明では、請求項 1〜 3のいずれか 1項に記載の電子放出装置において、 -前記導体または前記半導体基板として金属、シリコン、ガリゥム砒素、インジウムリン、炭化珪素、窒化ガリウムの中の 1つを用いたことを特徴とする。

請求項 7に記載された本発明では、請求項 4または 5に記載の電子放出装置において、前記絶縁体基板としてガラス、石英、ニオブ酸リチウム、酸化マグネシゥム、サフアイャ、ダイヤモンドの中の 1つを用いたことを特徴とする。

請求項 8に記載された本発明では、請求項 1〜 7のいずれか 1項に記載の電子放出装置において、前記薄膜の表面にも凹凸が存在することを特徴とする。請求項 9に記載された本発明では、請求項 1〜 8のいずれか 1項に記載の電子放出装置において、前記基板として表面層に窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウムまたはそれらの混晶薄膜またはインジウムリンを用いたことを特徵とする。

請求項 1 0に記載された本発明では、請求項 1〜 9のいずれか 1項に記載の電子放出装置において、前記半導体基板または前記半導体層の表面層が n型半導体であることを特徴とする。

請求項 1 1に記載された本発明では、請求項 1〜 1 0のいずれか 1項に記載の電子放出装置において、前記薄膜が単層または組成比の異なる多層構造になっていることを特徴とする。

請求項 1 2に記載された本発明では、請求項 1〜 1 1のいずれか 1項に記載の電子放出装置において、前記薄膜内で組成比を徐々に変化させて形成したことを特徴とする。請求項 1 3に記載された本発明では、請求項 1〜1 2のいずれか 1項に記載の電子放出装置において、前記薄膜にィォゥ、シリコン、リチウム、酸素等のドナ一不純物となる原子を導入したことを特徴とする。

請求項 1 4に記載された本発明では、請求項 1〜1 3のいずれか 1項に記載の電子放出装置において、前記薄膜の表面を水素原子で終端したことを特徴とする。請求項 1 5に記載された本発明では、請求項 1〜 1 4のいずれか 1項に記載の電子放出装置が 2つ以上のアレーからなることを特徴とする。

前記構成の電子放出装置では、表面に凹凸を有する基板を用い、その上に窒化ホウ素炭素薄膜を設けた。これによつて、従来の窒化ホウ素と基板との間の剥離の問題を解決して、付着性を向上させ、また、尖塔形状を作製することなく、低電圧動作を可能にする。

また、本発明の電子放出装置では、前記材料と電気的に絶縁して引き出し電極を設け、さらに、前記材料に対向して空間をもって電気的に絶縁した金属体を設けたことを特徴とするので、引き出し電極を有する高性能平面型電子放出装置が実現できると考えられる。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明による電子放出装置の実施例 1を示す断面図である。

第 2図は、実施例 1の電子放出装置の作製手順を説明するための説明図である,

第 3図は、本発明による電子放出装置の実施例 2を示す断面図である。

第 4図は、実施例 2の電子放出装置の作製手順を説明するための説明図である,

第 5図は、本発明による電子放出装置の実施例 3を示す断面図である。

第 6図は、実施例 3の電子放出装置の作製手順を説明するための説明図である。

第 7図は、本発明による電子放出装置の実施例 4を示す断面図である。

第 8図は、実施例 4の電子放出装置の作製手順を説明するための説明図である, 第 9図は、本発明による電子放出装置の実施例 5を示す断面図である。第 1 0図は、実施例 5の電子放出装置の作製手順を説明するための説明図である,

第 1 1図は、本発明による電子放出装置の実施例 6を示す断面図である。第 1 2図は、本発明による電子放出装置の実施例 7を示す断面図である。第 1 3図は、本発明による電子放出装置の実施例 8を示す断面図である。第 14図は、本発明による電子放出装置の実施例 9を示す断面図である。第 1 5図は、実施例 9の電子放出装置の作製手順を説明するための説明図でめる。符号の説明

1、 2 1' 51、 61、 7 1、 81、 9 1 シリコン基板

2 22 32、 52、 62、 72、 82 窒化ガリウム層

3 23 33、 43、 53、 93 窒化ホウ素炭素薄膜

4 24 34、 44、 54、 64、 74、 84、 94 S i O_x薄膜

5 25 35、 45、 55、 65、 75、 85、 95 引き出し電極

5A、 25A、 35A、 45A、 55 A、 65 A、 75 A、 85 A、 9 5 A

6、 26、 36、 42、 56 66、 76、 86、 96 力ソード電極

7、 27、 37、 46、 57 67、 77、 87、 97 アノード電極

3 1

41 ガラス基板

41 A, 5 3 A 凹凸

42 A カゾード電極領域

63 炭化ホウ素薄膜

73 窒化炭素薄膜

83 DLC薄膜

92 炭素ナノチューブ発明を実施するための最良の形態

つぎに、本発明の実施の形態について説明する。本発明による電子放出装置は、基板表面に凹凸を設け、その上にホウ素、炭素、窒素を含む薄膜を有する。つまり、表面に凹凸を有する基板を用い、その上に窒化ホウ素炭素薄膜を設ける。これによって、従来の窒化ホウ素と基板との間の剥離の問題を解決して、付着性を向上させている。

本発明によれば、導電性基板および絶縁性基板上に電子放出装置を作製することができるので、本発明は、平面型の電子放出装置の実現につながり、複雑な作製プロセスを必要とする従来のスピント型の尖塔形状を不要にしている。さらに、本発明よれば、電子放出特性を改善することができる。

これらの結果から、本発明は、フィールドェミッションディスプレー、電子ビ —ム露光機、マイクロ波進行波管、撮像素子等に応用することができる。また、電子ビームを用いたォ一ジェ電子分光装置等の材料評価装置の電子源としても用いることができ、様々な用途に対応できる。実施例

以下に、各々の基板上に作製する本発明の電子放出装置の実施例について、具体的に説明する。

[実施例 1 ]

図 1は、本発明による電子放出装置の実施例 1を示す断面図である。実施例 1 の電子放出装置は、シリコン基板 1、窒化ガリウム層 2、窒化ホウ素炭素薄膜 3、 S i〇_x薄膜 4、引き出し電極 5、力ソード電極 6およびアノード電極 7で構成される。

シリコン基板 1は、 n型のシリコン半導体の基板である。

窒化ガリウム層 2は、シリコン基板 1の一方の面（以下、表面という）に設けられている。窒化ガリウム層 2の表面には、断面形状がほぼ三角形状をした凹凸が一面に、ランダムかつ密に形成されている。

窒化ホウ素炭素薄膜 3は、窒化ガリウム層 2の表面全体を覆う薄膜である。窒化ホウ素炭素薄膜 3は、窒化ガリウム層 2の凹凸を覆うので、窒化ガリウム層 2 の凹凸と同じ形状になる。

引き出し電極 5は、 S i〇_x薄膜 4によって絶縁されて、窒化ホウ素炭素薄膜 3 の表面に設けられた第 1の金属体である。力ソード電極 6は、シリコン基板 1の他方の面（以下、裏面という）に設けられている。アノード電極 7は、引き出し電極 5と空間をもって設けられている第 2の金属体である。

前記構成の電子放出装置を次に示す手順で作成した。つまり、図 2 (A) に示すように、有機金属化学気相合成法によって、 n型のシリコシ基板 1の表面上に、シリコン添加 n型窒化ガリウム層 2を 1 [ m] 成長させたウェハーを基板として用いた。

マイク口波により水素プラズマを生成し、窒化ガリゥム層 2の表面を処理した。マイク口波出力 300 [W] 、水素流量を 50 [ s c c m] 、ガス圧力 40 [T o r r]に設定し、 5分間処理を行った。水素プラズマ処理によって、平坦な窒化ガリウム層 2の表面は、図 2 (B) に示すように、数十 [nm] の凹凸を有する表面に変化した。

窒化ガリゥム層 2の上に、三塩化ホウ素とメタンと窒素ガスとを用いたプラズマアシスト化学気相合成法によって、窒化ホウ素炭素薄膜 3 (組成比、ホウ素 0. 4、炭素 2、窒素 4) を 100 [nm] 堆積した（図 2 (B) ) 。窒化ホウ素炭素薄膜 3には、ィォゥ原子を 1 X 10¹⁸ [cm—³] の濃度に添加した。次に、図 2 (C) に示すように、窒化ホウ素炭素薄膜 3上に S i O_x薄膜 4を 8 00 [nm] 、および引き出し電極 5用金属として T i (20 [nm] ) /Au (500 [nm] ) を電子ビーム蒸着法で形成した。また、シリコン基板 1の裏面に、力ソード電極 6として A 1 ( 500 [nm] ) を電子ビ一ム蒸着した。その後、フォトリソグラフィー工程を用いて、引き出し電極 5用の金属および S i〇_x薄膜 4をエッチングにより除去し、図 2 (D) に示すように、直径 5 in m] の窓 5Aを形成した。窓 5 Aの中に露出した窒化ホウ素炭素薄膜 3の表面を水素プラズマで処理した。この後、真空チェンバー内でアノード電極 7となる金属板を窒化ホウ素炭素薄膜 3に対向させ、その間隔を 125 [ m] とした（図 2 (D) ) 。

前記構成の電子放出装置は、次のようにして用いられる。つまり、引き出し電極 5を接地し（図 1 ) 、力ソード電極 6に電源 1 1を接続し、アノード電極 7に電源 1 2を接続する。これによつて、力ソード電極 6とアノード電極 7とに各々バイアスが加えられ、電子放出装置が動作する。

電子放出装置が動作状態にあるとき、 8 X 1 0 _⁷ [ T o r r ] 以下の真空度で放出電流を測定した。アノード電圧を 5 0 0 [V] と一定にし、力ソード電圧を変化させた。そして、カソ一ド電極 6に 4 0 [ V]の電圧を印加することにより、 0 . 1 [mA] の高い放出電流が得られた。

以上、シリコン基板 1上に凹凸を有する n型窒化ガリウム層 2を形成し、その上に作成した電子放出装置について説明した。なお、実施例 1では、次のような構成も可能である。

実施例 1では、シリコン基板 1上に窒化ガリウム層 2を形成し、水素プラズマ処理によって、凹凸表面を作製したが、窒化ガリウム層 2の代わりに、窒化ガリゥムにアルミニウムゃィンジゥムを加えた混晶層を用いることもできる。 n型不純物として、シリコンだけでなく、 V I族の元素をドナ一不純物として用いることもできる。これらの窒化物層以外にインジウムリン層を用いることもできる。表面に凹凸を形成するためのプラズマを生成するガスとして、酸素、塩素、フッ素等を含むガスも使用できる。プラズマの生成には、マイクロ波だけではなく、 R F電力を用いることもでき、プラズマ処理において、試料にバイアスをかけることは表面形状の制御に有効である。

実施例 1では、ィォゥ不純物を添加した窒化ホウ素炭素薄膜 3を用いたが、ドナー不純物となるリチウム、酸素、シリコン等の原子を添加した窒化ホウ素炭素薄膜を用いることもできる。無添加窒化ホウ素炭素薄膜を用いて前記と同様の電子放出装置を作製した結果、ターンオン電圧が 3 0 [ % ] 程度増加し、電子放出特性の劣化が見られ、不純物添加の有効性が確認できた。ここでは、基板材料としてシリコンンを用いたが、それ以外の金属、ガリウム砒素、インジウムリン、炭化珪素、窒化ガリウム等、様々な導体および半導体を用いることもできる。実施例 1では、引き出し電極 5用金属として、 T i /A uを用いたが、 T iの代わりに C rを用い、 A uの代わりに様々な金属を用いることができる。

半導体基板を用いる場合には、ォーミック電極形成可能な材料であれば、どのような金属でもカソード電極 6用金属として用いることができ、導体基板を用いる場合には、基板自身を力ソード電極として用いることができる。

[実施例 2 ]

図 3は、本発明による電子放出装置の実施例 2を示す断面図である。実施例 2 では、シリコン基板上に凹凸表面を有する n型窒化ガリウム層を形成し、その上に電子放出部分を作成した。実施例 2の電子放出装置は、シリコン基板 2 1、窒化ガリウム層 2 2、窒化ホウ素炭素薄膜 2 3、 S i O _x薄腠 2 4、引き出し電極 2 5、カソード電極 2 6およびアノード電極 2 7で構成される。

なお、実施例 2のシリコン基板 2 1、 S i O_x薄膜 2 4、引き出し電極 2 5、力ソード電極 2 6およびアノード電極 2 7は、実施例 1のシリコン基板 1、 S i O_x 薄膜 4、引き出し電極 5、力ソード電極 6およびアノード電極 7とそれぞれ同じであるので、それらの説明を省略する。

窒化ガリウム層 2 2は、シリコン基板 2 1の表面に設けられている。窒化ガリゥム層 2 2は、断面形状がほぼ三角形状をした凸状になるように、加工されている。隣接する窒化ガリウム層 2 2の間、つまり、逆三角形状になる凹部では、その低部分からシリコン基板 2 1の表面が露出している。さらに、窒化ガリウム層 2 2は、シリコン基板 2 1の表面に、ランダムかつ密に設けられている。

窒化ホウ素炭素薄膜 2 3は、凸状の窒化ガリウム層 2および露出したシリコン基板 2 1の表面全体を覆う薄膜である。窒化ホウ素炭素薄膜 2 3は、窒化ガリウム層 2 2の凸部分を覆うので、窒化ガリウム層 2 2と同じ凸形状になる。

前記構成の電子放出装置を次に示す手順で作成した。つまり、図 4 ( Α ) に示すように、有機金属化学気相合成法によって、 η型のシリコン基板 2 1の表面上に、シリコン添加 η型窒化ガリウム層 2 2を 0 . 5 [ β ΐ ] 成長させたウェハーを基板として用いた。

マイクロ波により水素プラズマを生成し、窒化ガリウム層 2 2の表面を処理した。マイクロ波出力 3 0 0 [W] 、水素流量を 5 0 [ s c c m] 、ガス圧力 4 0 [ T o r r ] に設定し、 1 5分間処理を行った。水素プラズマ処理によって、平坦な窒化ガリウム層 2 2の表面は、図 4 ( B ) に示すように、数百 [ n m] の凹凸を有する表面に変化した。凹部分にはシリコン基板 2 1が現れた。その上に、三塩化ホウ素とメタンと窒素ガスとを用いたプラズマアシスト化学気相合成法によって、窒化ホウ素炭素薄膜 23 (組成比、ホウ素 0. 4、炭素 0. 2、窒素 0. 4) を 1 00 [nm] 堆積した（図 4 (B) ) 。窒化ホウ素炭素薄膜 23には、ィォゥ原子を 1 X 1 0¹⁸ [cm—³] の濃度に添加した。

次に、図 4 (C) に示すように、窒化ホウ素炭素薄膜 2 3上に S 1〇；₍薄膜24 を 800 [nm] 、および引き出し電極 25用金属として T i (20 [nm] ) /Au ( 50 0 [nm] ) を電子ビーム蒸着法で形成した。また、シリコン基板 2 1の裏面に、カソード電極 2 6として A 1 (5 0 0 [nm] ) を電子ビーム蒸着した。

その後、フォトリソグラフィー工程を用いて、引き出し電極 2 5用の金属および S i O_x薄膜 24をエッチングにより除去し、図 4 (D) に示すように、直径 5 ill ml の窓 2 5 Aを形成した。窓 2 5 Aの中に露出した窒化ホウ素炭素薄膜 2 3表面を水素プラズマで処理した。この後、真空チェンバー内でアノード電極 2 7となる金属板を窒化ホウ素炭素薄膜 2 3に対向させ、その間隔を 1 2 5 [^m] とした（図 4 (D) ) 。

前記構成の電子放出装置は、次のようにして用いられる。つまり、引き出し電極 2 5を接地し（図 3) 、力ソード電極 26に電源 1 1を接続し、アノード電極 2 7に電源 1 2を接続する。これによつて、力ソード電極 26とアノード電極 2 7に各々バイアスが加えられ、電子放出装置が動作をする。

電子放出装置が動作状態にあるとき、 8 X 1 0—⁷ [To r r] 以下の真空度で放出電流を測定した。アノード電圧を 5 00 [V] と一定にし、力ソード電圧を変化させた。そして、力ソード電極 2 6に 3 5 [V] の電圧を印加することにより、 0. 1 [mA] の高い放出電流が得られた。

以上、シリコン基板 2 1上に凹凸表面を有する n型窒化ガリウム層 2 2を形成し、その上に作成した電子放出装置について説明した。実施例 2では、実施例 1 に述べた内容がすべて含まれる。さらに、実施例 2では、次のような構成も可能である。

窒化ガリウム層 2 2がシリコン基板 2 1より水素プラズマ処理によってエッチングされやすいことを利用して、凹凸部分の形状を変化させる試みが付加されている。表面層として基板材料よりプラズマによるエッチングの容易な材料の選択により、実施例 2が実現できる。なお、プラズマ処理により基板材料のエツチングが起こっても何ら影響はない。

[実施例 3 ]

図 5は、本発明による電子放出装置の実施例 3を示す断面図である。実施例 3 では、サフアイャ基板上に凹凸表面を有する n型窒化ガリウム層を形成し、その上に電子放出部分を作製した。

実施例 3の電子放出装置は、サファイア基板 3 1、窒化ガリウム層 3 2、窒化ホウ素炭素薄膜 3 3、 S i〇_x薄膜 3 4、引き出し電極 3 5、力ソード電極 3 6およびアノード電極 3 7で構成される。

なお、実施例 3の S i〇_x薄膜 3 4、引き出し電極 3 5およびアノード電極 3 7 は、実施例 1の S i O_x薄膜 4、引き出し電極 5およびアノード電極 7とそれぞれ同じであるので、それらの説明を省略する。

サファイア基板 3 1は、絶縁体材料であるサファイアで作られた基板である。窒化ガリウム層 3 2は、シリコン基板 3 1の表面に設けられている。窒化ガリゥム層 3 2の表面には、断面形状がほぼ三角形状をした波状の凹凸が、ランダムかつ密に形成されている。このとき、窒化ガリウム層 3 2の表面の一部分が平坦な状態に保たれている。

窒化ホウ素炭素薄膜 3 3は、凹凸部分が形成されている、窒化ガリウム層 3 2 の表面だけを覆う薄膜である。この結果、窒化ホウ素炭素薄膜 3 3は、窒化ガリゥム層 3 2の凹凸と同じ形状になる。

カソード電極 3 6は、窒化ガリゥム層 3 2の平坦な表面部分に設けられている。前記構成の電子放出装置を次に示す手順で作成した。つまり、図 6 (Α) に示すように、有機金属化学気相合成法によって、サフアイャ基板 3 1の表面上に、シリコン添加 η型窒化ガリウム層 3 2を 1 [ m] 成長させたウェハーを基板として用いた。

マイクロ波により水素プラズマを生成し、窒化ガリウム層 3 2の表面を処理した。マイクロ波出力 3 0 0 [W] 、水素流量を 5 0 [ s c c m] 、ガス圧力 4 0 [ T o r r ] に設定し、 5分間処理を行った。水素プラズマ処理によって、平坦な窒化ガリウム層 32の表面は、図 6 (B) に示すように、数十 [nm] の凹 ώ を有する表面に変化した。

その上に、三塩化ホウ素とメタンと窒素ガスとを用いたプラズマアシスト化学気相合成法によって、窒化ホウ素炭素薄膜 33 (組成比、ホウ素 0. 4、炭素 0. 2、窒素 4) を 100 [nm] 堆積した（図 6 (B) ) 。この際、窒化ガリゥム層 32の一部に窒化ホウ素炭素薄膜 33が堆積しないように、マスクを設けて行った。窒化ホウ素炭素薄膜 33には、ィォゥ原子を 1 X 10¹⁸ [cm— ³] の濃度に添加した。

次に、図 6 (C) に示すように、窒化ガリウム層 32の表面にアルミニウム（3 00 [nm] ) を電子ビーム蒸着法で形成し、カゾード電極 36を作製する。この後、窒化ホウ素炭素薄膜 33上に S i O_x薄膜 34を 800 [nm] 、および引き出し電極 3 5用金属として T i (20 [nm] ) /Au ( 500 [nm] ) を電子ビーム蒸着法で形成した。

その後、フォトリソグラフィ一工程を用いて、引き出し電極 35用の金属および S i〇_x薄膜 34をエッチングにより除去し、図 6 (D) に示すように、直径 5 [ m] の窓 35Aを形成した。窓 35 Aの中に露出した窒化ホウ素炭素薄膜 3 3の表面を水素プラズマで処理した。この後、真空チェンパー内でアノード電極 37となる金属板を窒化ホウ素炭素薄膜 33に対向させ、その間隔を 125 in m] とした（図 6 (D) ) 。

前記構成の電子放出装置は、次のよ.うにして用いられる。つまり、引き出し電極 35を接地し、力ソード電極 36に電源 1 1を接続し、アノード電極 37に電源 12を接続する。これによつて、力ソード電極 36とアノード電極 37に各々バイアスが加えられ、電子放出装置が動作する。

電子放出装置が動作状態にあるとき、 8 X 10— ⁷ [To r r] 以下の真空度で放出電流を測定した。アノード電圧を 500 [V] と一定にし、力ソード電圧を変化させた。そして、力ソード電圧 40 [V] の電圧を印加することにより、 0. 1 [mA] の高い放出電流が得られた。

以上、サフアイャ基板 3 1上に凹凸表面を有する n型窒化ガリウム層 32を形成し、その上に作製した電子放出装置について説明した。なお、実施例 3では、次のような構成も可能である。

つまり、実施例 3では、基板材料としてサフアイャを用いたが、それ以外のガラス、石英、ニオブ酸リチウム、酸化マグネシウム、ダイヤモンド等の様々な絶縁体材料を用いても作製できる。

実施例 3では、窒化ガリウム層 3 2を用い、水素プラズマ処理によって凹凸表面を作製したが、基板としてアルミニウムやインジウムを加えた混晶層を用いることもできる。また、インジウムリンを用いることもできる。窒化ガリウム層 3 2つまり導電層の n型不純物として、シリコンだけでなく、 V I族の元素をドナ —不純物として用いることもできる。

プラズマを生成するガスとして、酸素、塩素、フッ素等を含むガスも使用できる。プラズマの生成にはマイクロ波だけではなく R F電力を用いることもでき、プラズマ処理において試料にバイアスをかけることは表面形状の制御に有効である。

実施例 3では、ィォゥ不純物を添加した窒化ホウ素炭素薄膜 3 3を用いたが、ドナー不純物となるリチウム、酸素、シリコン等の原子を添加した窒化ホウ素炭素薄膜を用いることもできる。

実施例 3では、引き出し電極 3 5用金属として T i /A uを用いたが、 T iの代わりに C rを用い、 A uの代わりには様々な金属を用いることができる。窒化ガリゥム層 3 2つまり導電層に対してォーミック電極形成可能な材料であればどのような金属でもカソード電極 3 6用金属として用いることができる。絶縁体基板を用いる実施例 3において、前述の実施例 2を容易に実現することができる。サフアイャ基板 3 1上に金属膜または n型半導体膜（シリコンや炭化珪素膜）を形成した後、窒化ガリウムやインジウムリン膜を成長させた後、その表面を水素プラズマ処理することにより、凹凸を作製することができる。このようにして、これまでに述べてきた方法で電子放出装置を実現することができる。

[実施例 4 ]

図 7は、本発明による電子放出装置の実施例 4を示す断面図である。実施例 4 の電子放出装置では、絶縁体基板にガラス基板を用いた。実施例 4の電子放出装置は、ガラス基板 4 1、力ソード電極 4 2、窒化ホウ素炭素薄膜 4 3、 S i O_x 薄膜 44、引き出し電極 45およびアノード電極 46で構成される。なお、実施例 4の S i O_x薄膜 44、引き出し電極 45およびアノード電極 46 は、実施例 1の S i〇_x薄膜 4、引き出し電極 5およびアノード電極 7とそれぞれ同じであるので、それらの説明を省略する。

ガラス基板 41は、絶縁体材料であるガラスで作られた基板である。ガラス基板 41の表面には、断面形状がほぼ Ξ角形状をした凹凸が、ランダムかつ密形成されている。

力ソード電極 42は、ガラス基板 41の表面全体を覆う金属膜である。カソード電極 42は、ガラス基板 41の凹凸を覆うので、ガラス基板 41の凹凸と同じ形状になる。

窒化ホウ素炭素薄膜 43は、力ソード電極 42の表面を覆う薄膜である。このとき、力ソード電極 42の一部の表面を窒化ホウ素炭素薄膜 43で覆わないで、この部分を、力ソード電極 42を設けるための領域とした。窒化ホウ素炭素薄膜 43は、力ソード電極 42の凹凸を覆うので、力ソード電極 42の凹凸と同じ形状になる。

前記構成の電子放出装置を次に示す手順で作成した。つまり、図 8 (A) に示すように、ガラス基板 41の表面をメカニカル処理によって凹凸 41 Aを形成した。ガラス基板 41の表面上に、図 8 (B) に示すように、力ソード電極 42として、 T iを 20 [nm] そして T i Nを 200 [nm] スパッタ法により形成した。

カソード電極 42の上に、三塩化ホウ素とメタンと窒素ガスとを用いたプラズマアシスト化学気相合成法によって、図 8 (C) に示すように、窒化ホウ素炭素薄膜 43 (組成比、ホウ素 0. 4、炭素 2、窒素 4) を 100 [nm] 堆積した。この際、表面の一部分に窒化ホウ素炭素薄膜 43を堆積させない領域を設け、力ソード電極領域 42 Aとした。

窒化ホウ素炭素薄膜 43には、ィォゥ原子を 1 X 10¹⁸ [cm—³] の濃度に添加した。窒化ホウ素炭素薄膜 43上には、 3 10；₍薄膜44を800 [nm] 、および引き出し電極 45用金属として T i (20 [nm] ) /Au ( 500 [nm] ) を電子ビーム蒸着法で形成した。その後、フォトリソグラフィ一工程を用いて、引き出し電極 4 5用の金属および S i O_x薄膜 4 4をゥエツトエッチングにより除去し、図 8 (D )に示すように、直径 5 [ z m] の窓 4 5 Aを形成した。窓 4 5 Aの中に露出した窒化ホウ素炭素薄膜 4 3表面を水素プラズマで処理した。この後、真空チェンバー内でアノード電極 4 6となる金属板を窒化ホウ素炭素薄膜 4 3に対向させ、その間隔を 1 2 5 [ ^ m] とした（図 8 (D ) ) 。

前記構成の電子放出装置は、次のようにして用いられる。つまり、引き出し電極 4 5を接地し（図 7 ) 、カソード電極 4 2に電源 1 1を接続し、アノード電極 4 6に電源 1 2を接続する。これよつて、力ソード電極 4 2とァノ一ド電極 4 6 とに各々バイアスが加えられ、電子放出装置が動作する。

電子放出装置が動作状態にあるとき、 8 X 1 0— ⁷ [ T o r r ] 以下の真空度で放出電流を測定した。アノード電圧を 5 0 0 [V] と一定にし、力ソ一ド電圧を変化させて電子放出特性を評価した。この結果、実施例 4による電子放出装置は、実施例 1と同様な電子放出特性を示し、力ソード電圧 4 0 [V] で 0 . 1 [mA] の高い放出電流が得られた。

[実施例 5 ]

図 9は、本発明による電子放出装置の実施例 5を示す断面図である。実施例 5 では、シリコン基板上に凹凸表面を有する n型窒化ガリゥム層を形成し、さらに、窒化ホウ素炭素薄膜表面にも凹凸を作製した。実施例 5の電子放出装置は、シリコン基板 5 1、窒化ガリウム層 5 2、窒化ホウ素炭素薄膜 5 3、 S i O_x薄膜 5 4、引き出し電極 5 5、カソード電極 5 6およびアノード電極 5 7で構成される。なお、実施例 5のシリコン基板 5 1、窒化ガリウム層 5 2、 3 1 0_!(薄膜5 4、引き出し電極 5 5、力ソード電極 5 6およびアノード電極 5 7は、実施例 1のシリコン基板 1、窒化ガリウム層 2、 S i〇_x薄膜 4、引き出し電極 5、カソ一ド電極 6およびァノード電極 7とそれぞれ同じであるので、それらの説明を省略する。窒化ホウ素炭素薄膜 5 3は、窒化ガリゥム層 5 2の表面全体を覆う薄膜である。窒化ホウ素炭素薄膜 5 3は、窒化ガリウム層 5 2の凹凸を覆うので、窒化ホウ素炭素薄膜 5 3の凹凸と同じ形状になる。さらに、窒化ホウ素炭素薄膜 5 3の表面には、窒化ガリウム層 5 2に比べて小さな、しかも断面形状がほぼ三角形状をした凹凸が、ランダムかつ密に形成されている。

前記構成の電子放出装置を次に示す手順で作成した。つまり、図 10 (A) に示すように、有機金属化学気相合成法によって、 n型シリコン基板 51の表面上に、シリコン添加 n型窒化ガリウム層 52を 1 [/zm] 成長させたウェハ一を基板として用いた。

マイクロ波により水素プラズマを生成し、窒化ガリウム層 52の表面を処理した。マイク口波出力 300 [W] 、水素流量を 50 [ s c cm] 、ガス圧力 40 [To r r] に設定し、 10分間処理を行った。水素プラズマ処理によって、平坦な窒化ガリウム層 52表面は、図 10 (B) に示すように、数百 [nm] の凹凸を有する表面に変化した。

窒化ガリゥム層 52の上に、三塩化ホウ素とメタンと窒素ガスとを用いたブラズマアシスト化学気相合成法によって、窒化ホウ素炭素薄膜 53 (組成比、ホウ素 0. 4、炭素 0. 2、窒素 0. 4) を 200 [nm]堆積した（図 10 (B) ) 。窒化ホウ素炭素薄膜 53には、ィォゥ原子を 1 X 10¹⁸ [cm—³] の濃度に添加した。

この後、再びマイクロ波により生成した水素プラズマを用いて、窒化ホウ素炭素薄膜 53を処理した。処理時間は 5分間とした。この処理によって、窒化ホウ素炭素薄膜 53の表面には、数十 [nm]の凹凸 53 Aが形成された（図 1 0 (B))。次に、図 10 (C) に示すように、窒化ホウ素炭素薄膜 53上に S i O_x薄膜 5 4を 1000 [nm]、および引き出し電極 55用金属として T i (20 [nm] ) /Au ( 500 [nm] ) を電子ビーム蒸着法で形成した。また、シリコン基板 5 1の裏面に、力ソード電極 56として A 1 (500 [nm] ) を電子ビーム蒸着した。

その後、フォトリソグラフィー工程を用いて、引き出し電極 55用の金属および S i O_x薄膜 54をエッチングにより除去し、図 10 (D) に示すように、直径 5 [ m] の窓 55 Aを形成した。窓 55 Aの中に露出した窒化ホウ素炭素薄膜 53の表面を水素プラズマで処理した。この後、真空チェンバ一内でアノード電極 57となる金属板を窒化ホウ素炭素薄膜 53に対向させ、その間隔を 125 [ z m] とした（図 10 (D) ) 。前記構成の電子放出装置は、次のようにして用いられる。つまり、引き出し電極 5 5を接地し（図 9 ) 、力ソード電極 5 6に電源 1 1を接続し、アノード電極 5 7に電源 1 2を接続する。これによつて、力ソード電極 5 6とアノード電極 5 7に各々バイアスが加えられ、電子放出装置が動作する。

電子放出装置が動作状態にあるとき、 8 X 1 0— ⁷ [ T o r r ] 以下の真空度で放出電流を測定した。アノード電圧を 5 0 0 [V] と一定にし、力ソード電圧を変化させた。力ソード電極 5 6に 3 0 [ V] の電圧を印加することにより 0 . 1 [mA] の高い放出電流が得られた。

[実施例 6 ]

図 1 1は、本発明による電子放出装置の実施例 6を示す断面図である。実施例 6では、シリコン基板上に凹凸表面を有する n型窒化ガリウム層を形成し、その上に電子放出部分を作製した。実施例 6の電子放出装置は、シリコン基板 6 1、窒化ガリウム層 6 2、炭化ホウ素薄膜 6 3、 S i O_x薄膜 6 4、引き出し電極 6 5、力ソード電極 6 6およびアノード電極 6 7で構成される。

なお、実施例 6のシリコン基板 6 1、窒化ガリウム層 6 2、 S i〇_x薄膜 6 4、引き出し電極 6 5、力ソード電極 6 6およびアノード電極 6 7は、実施例 1のシリコン基板 1、窒化ガリウム層 2、 S i O_x薄膜 4、引き出し電極 5、カソ一ド電極 6およびアノード電極 7とそれぞれ同じであるので、それらの説明を省略する。前記構成の電子放出装置を次に示す手順で作成した。窒化ガリウム層 6 2の形成および処理は、実施例 1の窒化ガリウム層 2の形成および処理と同じであるので、説明を省略する。窒化ガリウム層 6 2に凹凸が形成された後、その上に、三塩化ホウ素とメタンとを原料ガスとして用いたプラズマアシスト化学気相合成法によって、炭化ホウ素薄膜 6 3 (組成比、ホウ素 0 . 2 5、炭素 7 5 ) を 1 0 0 [ n m] 堆積した。炭化ホウ素薄膜 6 3には、ィォゥ原子を 1 X 1 0 ¹⁸ [ c m"³] の濃度に添加した。

この後の S i O_x薄膜 6 4、引き出し電極 6 5、窓 6 5 A、力ソード電極 6 6およびアノード電極 6 7の形成と処理は、実施例 1と同じであるので、説明を省略する。

前記構成の電子放出装置は、実施例 1と同じようにして用いられる。つまり、引き出し電極 6 5を接地し（図 1 1 ) 、力ソード電極 6 6に電源 1 1を接続し'、アノード電極 6 7に電源 1 2を接続する。そして、 8 X 1 0— ⁷ [ T o r r ] 以下の真空度で放出電流を測定した。このとき、アノード電圧を 5 0 0 [V] と一定にし、力ソード電圧を変化させ、力ソード電極 6 6に 5 0 [ V] の電圧を印加することにより、 0 . 1 [mA] の高い放出電流が得られた。

以上、実施例 6について説明したが、実施例 6で用いられた炭化ホウ素薄膜 6 3は、前記のすべての実施例において応用することができる。

[実施例 7 ]

図 1 2は、本発明による電子放出装置の実施例 7を示す断面図である。実施例 7では、シリコン基板上に凹凸表面を有する n型窒化ガリウム層を形成し、その上に電子放出部分を作製した。実施例 7の電子放出装置は、シリコン基板 7 1、窒化ガリウム層 7 2、窒化炭素薄膜 7 3、 S i O_x薄膜 7 4、引き出し電極 7 5、力ソード電極 7 6およびアノード電極 7 7で構成される。

なお、実施例 7のシリコン基板 7 1、窒化ガリウム層 7 2、 S i O_x薄膜 7 4、引き出し電極 7 5、力ソ一ド電極 7 6およびアノード電極 7 7は、実施例 1のシリコン基板 1、窒化ガリウム層 2、 S i〇_x薄膜 4、弓 Iき出し電極 5、カソ一ド電極 6およびアノード電極 7とそれぞれ同じであるので、それらの説明を省略する。前記構成の電子放出装置を次に示す手順で作成した。窒化ガリウム層 7 2の形成および処理は、実施例 1の窒化ガリゥム層 2の形成および処理と同じであるので、説明を省略する。窒化ガリウム層 7 2に凹凸が形成された後、その上に、メタンと窒素ガスとを原料ガスとして用いたプラズマアシスト化学気相合成法によつて、窒化炭素薄膜 7 3 (組成比、炭素 4、窒素 6 ) を 1 0 0 [ n m] 堆積した。

この後の S i〇_x薄膜 7 4、引き出し電極 7 5、窓 7 5 A、力ソ一ド電極 7 6およびアノード電極 7 7の形成と処理は、実施例 1と同じであるので、説明を省略する。

前記構成の電子放出装置は、実施例 1と同じようにして用いられる。つまり、引き出し電極 7 5を接地し（図 1 2 ) 、力ソード電極 7 6に電源 1 1を接続し、アノード電極 7 7に電源 1 2を接続する。そして、 8 X 1 0— ⁷ [ T o r r ] 以下の真空度で放出電流を測定した。このとき、アノード電圧を 500 [V] と一定にし、力ソード電圧を変化させ、力ソード電極 76に 50 [V] の電圧を印加することにより、 0. 1 [mA] の高い放出電流が得られた。

以上、実施例 7について説明したが、実施例 7で用いられた窒化炭素薄膜 7 3 は、前記のすべての実施例においても応用できる。

[実施例 8 ]

図 13は、本発明による電子放出装置の実施例 8を示す断面図である。実施例 8では、シリコン基板上に凹凸表面を有する n型窒化ガリウム層を形成し、その上に電子放出部分を作製した。実施例 8の電子放出装置は、シリコン基板 8 1、窒化ガリウム層 82、 DLC (ダイヤモンドライクカーボン）薄膜 83、 S i O_x 薄膜 84、引き出し電極 85、力ソード電極 86およびアノード電極 87で構成される。

なお、実施例 8のシリコン基板 81、窒化ガリウム層 82、 S i 0_X¾SI84, 引き出し電極 85、力ソード電極 86およびアノード電極 87は、実施例 1のシリコン基板 1、窒化ガリウム層 2、 S i O_x薄膜 4、引き出し電極 5、力ソード電極 6およびアノード電極 7とそれぞれ同じであるので、それらの説明を省略する。前記構成の電子放出装置を次に示す手順で作成した。窒化ガリウム層 82の形成および処理は、実施例 1の窒化ガリウム層 2の形成および処理と同じであるので、説明を省略する。窒化ガリウム層 82に凹凸が形成された後、その上に、メタンを原料ガスとして用いたプラズマアシスト化学気相合成法によって、 DL C 薄膜 83を 100 [nm] 堆積した。 DL C薄膜 83には、窒素原子を 1 X 1 0 ¹⁸ [cm—³] の濃度に添加した。

この後の S i〇_x薄膜 84、引き出し電極 85、窓 85 A、力ソ一ド電極 86およびアノード電極 87の形成と処理は、実施例 1と同じであるので、説明を省略する。

前記構成の電子放出装置は、実施例 1と同じようにして用いられる。つまり、引き出し電極 85を接地し（図 13) 、力ソード電極 86に電源 1 1を接続し、アノード電極 87に電源 12を接続する。そして、 8 X 10—7 [To r r ] 以下の真空度で放出電流を測定した。このとき、アノード電圧を 500 [V] と一定にし、力ソード電圧を変化させ、力ソード電極 86に 50 [V] の電圧を印加することにより、 0. 1 [mA] の高い放出電流が得られた。

以上、実施例 8について説明したが、実施例 8で用いられた DLC薄膜 83は前記のすべての実施例においても応用できる。

[実施例 9 ]

図 14は、本発明による電子放出装置の実施例 9を示す断面図である。実施例 9では、シリコン基板上に炭素ナノチューブを形成し、その上に電子放出部分を作製した。実施例 9の電子放出装置は、シリコン基板 9 1、炭素ナノチュ一ブ 9 2、窒化ホウ素炭素薄膜 93、 S i O_x薄膜 94、引き出し電極 95、カソ一ド電極 96およびアノード電極 97で構成される。

なお、実施例 9のシリコン基板 9 1、窒化ホウ素炭素薄膜 93、 S i〇_x薄膜 9 4、引き出し電極 95、カゾード電極 96およびアノード電極 97は、実施例 1 のシリコン基板 1、窒化ホウ素炭素薄膜 3、 S i O_x薄膜 4、引き出し電極 5、力ソード電極 6およびアノード電極 7とそれぞれ同じであるので、それらの説明を省略する。

前記構成の電子放出装置を次に示す手順で作成した。つまり、図 1 5 (A) に示すように、 n型シリコン基板 9 1の表面上に、蒸着法により鉄の微粒子を作製した。その上に、プラズマ化学気相合成法によってメタンを原料ガスとして炭素ナノチューブ 92を合成した。

この後、図 1 5 (B) に示すように、シリコン基板 9 1の上に、三塩化ホウ素とメタンと窒素ガスとを用いたプラズマアシスト化学気相合成法によって、窒化ホウ素炭素薄膜 93 (組成比、ホウ素 0. 4、炭素 0. 2、窒素 0. 4) を 50 [nm] 堆積した。窒化ホウ素炭素薄膜 93には、ィォゥ原子を 1 X 10¹⁸ [ c m— ³] の濃度に添加した。このとき、炭素ナノチューブ 92も窒化ホウ素炭素薄膜 93で覆われた（図 1 5 (B) ) 。

次に、図 1 5 (C) に示すように、窒化ホウ素炭素薄膜 93上に S i O_x薄膜 9 4を 800 [nm] 、および引き出し電極 95用金属として T i (20 [nm] ) /Au ( 500 [nm] ) を電子ビーム蒸着法で形成した。また、シリコン基板 9 1の裏面に、力ソード電極 96として A 1 ( 500 [nm] ) を電子ビーム蒸着した。

その後、フォトリソグラフィ一工程を用いて、引き出し電極 9 5用の金属および S i〇_x薄膜 9 4をエッチングにより除去し、図 1 5 (D ) に示すように、直径 5 [ m] の窓 9 5 Aを形成した。窓 9 5 Aの中に露出した窒化ホウ素炭素薄膜 9 3の表面を水素プラズマで処理した。この後、真空チャンバ一内でアノード電極 9 7となる金属板を窒化ホウ素炭素薄膜 9 3に対向させ、その間隔を 1 2 5 [ X m] とした（図 1 5 (D ) ) 。

前記構成の電子放出装置は、実施例 1と同じようにして用いられる。つまり、引き出し電極 9 5を接地し（図 1 4 ) 、力ソ一ド電極 9 6に電源 1 1を接続し、アノード電極 9 7に電源 1 2を接続する。そして、 8 X 1 0 —7 [ T o r r ] 以下の真空度で放出電流を測定した。このとき、アノード電圧を 5 0 0 [ V] と一定にし、力ソード電圧を変化させ、力ソード電極 9 6に 3 0 [V] の電圧を印加することにより、 0 . 1 [mA] の高い放出電流が得られた。

以上、シリコン基板 9 1上に炭素ナノチューブ 9 2を形成し、その上に作製した電子放出装置について説明した。なお、実施例 9では、炭素ナノチューブ 9 2 を合成するためにプラズマ化学気相合成法を用いたが、グロ一放電や熱化学気相合成法も用いることができる。さらに、炭素ナノチューブ上に作製する薄膜として、前記実施例で述べた炭化ホウ素ゃ窒化炭素薄膜も利用できる。

以上、実施例 1〜9について説明した。これらの実施例では、電子放出部の材料として窒素、ホウ素、炭素を含有する薄膜を用いたが、薄膜内の各元素の組成比は、前記実施例に示した場合に限らず、様々な組成の薄膜を使用することができる。

また、前記実施例で説明した電子放出部を 2つ以上同一基板上に作製し、ァレ一を実現することができる。産業上の利用可能性

以上、説明したように、本発明では、基板表面に凹凸を形成し、その上に窒素、ホウ素、炭素含有薄膜を用いて、前記薄膜表面に凹凸を形成する。これによつて、前記薄膜表面での電界集中度を増加することができる。また、電子放出用薄膜部分と基板との付着性が向上するので、剥離を防止することができる。

本発明によって、引き出し電極を有する平面型の電子放出装置を提供することができる。また、低電圧で高輝度動作が実現できる。この結果、本発明は、表示装置、電子ビーム露光機、撮像装置、および電子ビームを用いた材料評価装置のキーデバィスとして効果的である。

さらに、本発明を、フラットパネルディスプレのキーテクノロジ一となる電子放出アレー装置として提供することが可能である。

Claims

請求の範囲

1. 表面に凹凸を有する基板または半導体基板上に電気的に接続してホウ素（組成比 X) 、炭素（組成比 y) 、窒素（組成比 z ) を含む組成比が 0≤ χ<1、 0 ≤y≤ l、 0≤ζ<1の薄膜が設けられ、前記薄膜に電気的に絶縁して第 1の金属体が設けられ、前記薄膜に対向して前記第 1の金属体と空間をもって第 2の金属体を設けたことを特徴とする電子放出装置。

2. 導体または半導体基板上に前記導体または前記半導体基板と異なる材料で表面に凹凸を有する導電性層または半導体層が設けられ、電気的に接続してホウ素 (組成比 X) 、炭素（組成比 y) 、窒素（組成比 z) を含む組成比が 0≤ χ< 1、 0≤y≤ 1, 0≤ ζ <1の薄膜が設けられ、前記薄膜に電気的に絶縁して第 1の金属体が設けられ、前記薄膜に対向して前記第 1の金属体と空間をもって第 2の金属体を設けたことを特徴とする電子放出装置。

3. 導体または半導体基板上に電気的に接続して炭素ナノチューブが設けられ、ホウ素（組成比 X) 、炭素（組成比 y) 、窒素（組成比 z ) を含む組成比が 0≤ Xく 1、 0≤ y≤ l , 0≤ zく 1の薄膜が設けられ、前記薄膜に電気的に絶縁して第 1の金属体が設けられ、前記薄膜に対向して前記第 1の金属体と空間をもつて第 2の金属体を設けたことを特徴とする電子放出装置。

4. 絶縁体基板上に表面に凹凸を有する導電性層または半導体層が設けられ、前記導電性層または前記半導体層に電気的に接続してホウ素（組成比 X)、炭素（組成比 y) 、窒素（組成比 z ) を含む組成比が 0≤ xく 1、 0≤y≤ l , 0≤ z < 1の薄膜が設けられ、前記薄膜に電気的に絶縁して第 1の金属体が設けられ、前記薄膜に対向して前記第 1の金属体と空間をもって第 2の金属体を設けたことを特徴とする電子放出装置。

5. 絶縁体基板上に前記絶縁体基板と異なる材料で表面に凹凸を有する 2層構造の導電性層または半導体層が設けられ、前記導電性層または前記半導体層に電気的に接続してホウ素（組成比 X) 、炭素（組成比 y) 、窒素（組成比 z ) を含む組成比が 0≤ x< l、 0≤y≤ l 0≤ ζ<1の薄膜が設けられ、前記薄膜に電気的に絶縁して第 1の金属体が設けられ、前記薄膜に対向して前記第 1の金属体と空間をもって第 2の金属体を設けたことを特徴とする電子放出装置。

6 . 前記導体または前記半導体基板として金属、シリコン、ガリウム砒素、インジゥムリン、炭化珪素、窒化ガリウムの中の 1つを用いたことを特徴とする請求項 1〜 3のいずれか 1項に記載の電子放出装置。

7 . 前記絶縁体基板としてガラス、石英、ニオブ酸リチウム、酸化マグネシウム、サフアイャ、ダイヤモンドの中の 1つを用いたことを特徴とする請求項 4または 5に記載の電子放出装置。

8 . 前記薄膜の表面にも凹凸が存在することを特徴とする請求項 1〜 7のいずれか 1項に記載の電子放出装置。

9 . 前記基板として表面層に窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウムまたはそれらの混晶薄膜またはインジウムリンを用いたことを特徴とする請求項 1〜 8のいずれか 1項に記載の電子放出装置 _ά

1 0 . 前記半導体基板または前記半導体層の表面層が η型半導体であることを特徴とする請求項 1〜 9のいずれか 1項に記載の電子放出装置。

1 1 . 前記薄膜が単層または組成比の異なる多層構造になっていることを特徴とする請求項 1〜 1 0のいずれか 1項に記載の電子放出装置。

1 2 . 前記薄膜内で組成比を徐々に変化させて形成したことを特徴とする請求項 1〜 1 1のいずれか 1項に記載の電子放出装置。

1 3 . 前記薄膜にィォゥ、シリコン、リチウム、酸素等のドナ一不純物となる原子を導入したことを特徴とする請求項 1〜 1 2のいずれか 1項に

記載の電子放出装置。

1 4 . 前記薄膜の表面を水素原子で終端したことを特徴とする請求項 1〜 1 3のいずれか 1項に記載の電子放出装置。

1 5 . 請求項 1〜 1 4のいずれか 1項に記載の電子放出装置が 2つ以上のアレーからなることを特徴とする電子放出装置。