JP2001006530A - Field emission electron source and its manufacture - Google Patents

Field emission electron source and its manufacture

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JP2001006530A
JP2001006530A JP2000119969A JP2000119969A JP2001006530A JP 2001006530 A JP2001006530 A JP 2001006530A JP 2000119969 A JP2000119969 A JP 2000119969A JP 2000119969 A JP2000119969 A JP 2000119969A JP 2001006530 A JP2001006530 A JP 2001006530A
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Takashi Hatai
崇 幡井
Takuya Komoda
卓哉 菰田
Koichi Aizawa
浩一 相澤
Nobuyoshi Koshida
信義 越田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field emission electron source having only a little dispersion of the amount of emitted electrons, and a manufacturing method for it. SOLUTION: A strong field drift layer 6 is formed on the surface side of a n-type silicon substrate 1 forming a conductive substrate, a thin gold film 7 forming a thin metal film is formed on the strong field drift layer 6. An ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 1. An electron injected from the n-type silicon substrate 1 to the strong field drift layer 6 is drifted toward its surface in the strong field drift layer 6, and is emitted by tunneling the thin gold film 7. The strong field drift layer 6 is formed by oxidizing a poly-silicon layer formed on the n-type silicon substrate 1 by a rapid thermal oxidizing method after making it porous by an anode oxidization. The strong field drift layer 8 is provided with a low resistance layer 6a having a low resistance in comparison with other parts and a designated thickness in the surface part on the thin gold film 7 side in its thickness direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体材料を用い
て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に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission type electron source which emits an electron beam by field emission using a semiconductor material, and a method of manufacturing the same.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来より、電界放射型電子源として、例
えば米国特許３６６５２４１号などに開示されているい
わゆるスピント（Spindt）型電極と呼ばれるものがあ
る。このスピント型電極は、微小な三角錐状のエミッタ
チップを多数配置した基板と、エミッタチップの先端部
を露出させる放射孔を有するとともにエミッタチップに
対して絶縁された形で配置されたゲート層とを備え、真
空中にてエミッタチップをゲート層に対して負極として
高電圧を印加することにより、エミッタチップの先端か
ら放射孔を通して電子線を放射するものである。2. Description of the Related Art Conventionally, as a field emission type electron source, there is a so-called Spindt electrode disclosed in, for example, US Pat. No. 3,665,241. This Spindt-type electrode has a substrate on which a number of minute triangular pyramid-shaped emitter chips are arranged, a gate layer having a radiation hole for exposing the tip of the emitter chip, and being arranged insulated from the emitter chip. And applying a high voltage with the emitter tip as a negative electrode to the gate layer in a vacuum to emit an electron beam from the tip of the emitter tip through a radiation hole.

【０００３】しかしながら、スピント型電極は、製造プ
ロセスが複雑であるとともに、多数の三角錐状のエミッ
タチップを精度良く構成することが難しく、例えば平面
発光装置やディスプレイなどへ応用する場合に大面積化
が難しいという問題があった。また、スピント型電極
は、電界がエミッタチップの先端に集中するので、エミ
ッタチップの先端の周りの真空度が低くて残留ガスが存
在するような場合、放射された電子によって残留ガスが
プラスイオンにイオン化され、プラスイオンがエミッタ
チップの先端に衝突するから、エミッタチップの先端が
ダメージ（例えば、イオン衝撃による損傷）を受け、放
射される電子の電流密度や効率などが不安定になった
り、エミッタチップの寿命が短くなってしまうという問
題が生じる。したがって、スピント型電極では、この種
の問題の発生を防ぐために、高真空（約１０-5Ｐａ〜約
１０-6Ｐａ）で使用する必要があり、コストが高くなる
とともに、取扱いが面倒になるという不具合があった。However, the Spindt-type electrode has a complicated manufacturing process, and it is difficult to accurately form a large number of triangular pyramid-shaped emitter chips. For example, the Spindt-type electrode has a large area when applied to a flat light emitting device or a display. There was a problem that was difficult. In the Spindt-type electrode, the electric field is concentrated at the tip of the emitter tip, so if the degree of vacuum around the tip of the emitter tip is low and residual gas is present, the emitted gas turns the residual gas into positive ions. Since the ions are ionized and the positive ions collide with the tip of the emitter tip, the tip of the emitter tip is damaged (for example, damage due to ion bombardment), and the current density and efficiency of emitted electrons become unstable. There is a problem that the life of the chip is shortened. Therefore, the Spindt-type electrode needs to be used in a high vacuum (about 10 -5 Pa to about 10 -6 Pa) in order to prevent such a problem from occurring, which increases the cost and complicates handling. There was a problem.

【０００４】この種の不具合を改善するために、ＭＩＭ
（Metal Insulator Metal)方式やＭＯＳ(Metal Oxid
e Semiconductor)型の電界放射型電子源が提案されて
いる。前者は金属−絶縁膜−金属、後者は金属−酸化膜
−半導体の積層構造を有する平面型の電界放射型電子源
である。しかしながら、このタイプの電界放射型電子源
において電子の放射効率を高めるためには（多くの電子
を放射させるためには）、上記絶縁膜や上記酸化膜の膜
厚を薄くする必要があるが、上記絶縁膜や上記酸化膜の
膜厚を薄くしすぎると、上記積層構造の上下の電極間に
電圧を印加した時に絶縁破壊を起こす恐れがあり、この
ような絶縁破壊を防止するためには上記絶縁膜や上記酸
化膜の膜厚の薄膜化に制約があるので、電子の放出効率
（引き出し効率）をあまり高くできないという不具合が
あった。In order to improve this kind of problem, MIM
(Metal Insulator Metal) method and MOS (Metal Oxid
e Semiconductor) type field emission electron sources have been proposed. The former is a flat field emission type electron source having a metal-insulating film-metal structure, and the latter is a metal-oxide film-semiconductor stacked structure. However, in order to increase the emission efficiency of electrons in this type of field emission type electron source (to emit many electrons), it is necessary to reduce the thickness of the insulating film and the oxide film. If the thickness of the insulating film or the oxide film is too thin, dielectric breakdown may occur when a voltage is applied between the upper and lower electrodes of the laminated structure. Since the thickness of the insulating film or the oxide film is limited, the electron emission efficiency (drawing efficiency) cannot be increased.

【０００５】また、近年では、特開平８−２５０７６６
号公報に開示されているように、シリコン基板などの単
結晶の半導体基板を用い、その半導体基板の一表面を陽
極酸化することにより多孔質半導体層（ポーラスシリコ
ン層）を形成して、その多孔質半導体層上に金属薄膜を
形成し、半導体基板と金属薄膜との間に電圧を印加して
電子を放射させるように構成した電界放射型電子源（半
導体冷電子放出素子）が提案されている。In recent years, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-250766
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-209, a porous semiconductor layer (porous silicon layer) is formed by using a single crystal semiconductor substrate such as a silicon substrate and anodizing one surface of the semiconductor substrate. A field emission electron source (semiconductor cold electron emission element) has been proposed in which a metal thin film is formed on a porous semiconductor layer, and a voltage is applied between the semiconductor substrate and the metal thin film to emit electrons. .

【０００６】しかしながら、上述の特開平８−２５０７
６６号公報に記載の電界放射型電子源では、基板が半導
体基板に限られるので、大面積化やコストダウン化が難
しいという不具合がある。また、特開平８−２５０７６
６号公報に記載の電界放射型電子源では電子放出時にい
わゆるポッピング現象が生じやすく、放出電子量にむら
が起こりやすいので、平面発光装置やディスプレイなど
に応用すると、発光むらができてしまうという不具合が
ある。[0006] However, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-2507 has been disclosed.
In the field emission electron source described in Japanese Patent Publication No. 66, since the substrate is limited to a semiconductor substrate, there is a problem that it is difficult to increase the area and reduce the cost. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-25076
In the field emission type electron source described in Japanese Patent Application Publication No. 6 (1995) -76, a so-called popping phenomenon easily occurs during electron emission, and the amount of emitted electrons tends to be uneven. There is.

【０００７】これに対して、本願発明者らは、特願平１
０−２７２３４０号、特願平１０−２７２３４２号など
において大面積化の可能な電界放射型電子源を提案し
た。これらの電子源は、導電性基板と金属薄膜からなる
表面電極との間に、多孔質多結晶半導体層（たとえば、
多孔質化されたポリシリコン層）を急速熱酸化（ＲＴ
Ｏ）技術によって急速熱酸化することによって形成した
強電界ドリフト層を介在させた構造を有し、導電性基板
から強電界ドリフト層に注入された電子が強電界ドリフ
ト層においてドリフトするようになっている。この種の
電界放射型電子源は、例えば図６に示すように、導電性
基板としてのｎ形シリコン基板１の主表面側に、酸化し
た多孔質ポリシリコン層よりなる強電界ドリフト層６の
ドリフト部６ｄ（図示する構成では強電界ドリフト層６
の全体がドリフト部６ｄとして機能する）を介して金薄
膜膜（以下、表面電極と称す）７が積層され、ｎ形シリ
コン基板１の裏面にオーミック電極２が積層された形状
に形成される。On the other hand, the inventors of the present application have disclosed in Japanese Patent Application No. Hei.
Japanese Patent Application No. 0-272340, Japanese Patent Application No. 10-272342, and the like have proposed a field emission type electron source capable of increasing the area. These electron sources include a porous polycrystalline semiconductor layer (for example, between a conductive substrate and a surface electrode made of a metal thin film).
Rapid thermal oxidation (RT) of porous polysilicon layer)
O) It has a structure in which a strong electric field drift layer formed by rapid thermal oxidation by a technique is interposed, and electrons injected from the conductive substrate into the strong electric field drift layer drift in the strong electric field drift layer. I have. For example, as shown in FIG. 6, a field emission type electron source of this type includes a drift of a strong electric field drift layer 6 made of an oxidized porous polysilicon layer on a main surface side of an n-type silicon substrate 1 as a conductive substrate. Portion 6d (in the illustrated configuration, the strong electric field drift layer 6
(Which functions as a drift portion 6d), a gold thin film (hereinafter referred to as a surface electrode) 7 is laminated, and the ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 1 in a shape.

【０００８】図６に示す電界放射型電子源から電子を放
出させるには、図７に示すように、表面電極７に対向配
置されたコレクタ電極２１を設け、表面電極７とコレク
タ電極２１との間を真空とした状態で、表面電極７がｎ
形シリコン基板１（オーミック電極２）に対して高電位
側となるように表面電極７とｎ形シリコン基板１との間
に直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コレクタ電極２１
が表面電極７に対して高電位側となるようにコレクタ電
極２１と表面電極７との間に直流電圧Ｖｃを印加する。
各直流電圧Ｖps，Ｖｃを適宜に設定すれば、ｎ形シリコ
ン基板１から注入された電子が強電界ドリフト層６をド
リフトし表面電極７を通して放出される（なお、図７中
の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ- の
流れを示す）。表面電極７には仕事関数の小さな材料が
採用され、表面電極７の膜厚は１０〜１５ｎｍ程度に設
定されている。In order to emit electrons from the field emission type electron source shown in FIG. 6, as shown in FIG. 7, a collector electrode 21 disposed opposite to the surface electrode 7 is provided. In a state where the space is vacuum, the surface electrode 7 is n
DC voltage Vps is applied between the surface electrode 7 and the n-type silicon substrate 1 so as to be on the higher potential side with respect to the n-type silicon substrate 1 (the ohmic electrode 2).
Is applied between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 such that the voltage Vc is on the high potential side with respect to the surface electrode 7.
If the DC voltages Vps and Vc are appropriately set, electrons injected from the n-type silicon substrate 1 drift in the strong electric field drift layer 6 and are emitted through the surface electrode 7 (the dashed line in FIG. The flow of electrons e − emitted through the electrode 7 is shown). The surface electrode 7 is made of a material having a small work function, and the thickness of the surface electrode 7 is set to about 10 to 15 nm.

【０００９】ここで、強電界ドリフト層６のドリフト部
６ｄは、図８に示すように、柱状のポリシリコンからな
るグレイン５１と、グレイン５１の表面に形成された薄
いシリコン酸化膜５２と、ポリシリコンのグレイン５１
の間に介在するナノメータオーダの微結晶シリコン６３
と、微結晶シリコン６３の表面に形成され微結晶シリコ
ン６３の結晶粒径よりも小さい膜厚の絶縁膜であるシリ
コン酸化膜６４とを少なくとも含むと考えられる。この
ドリフト部６ｄは上述した処理を行う前のポリシリコン
に含まれていたグレインの表面が多孔質化し、残された
グレイン５１で結晶状態が維持されているものと考えら
れる。したがって、ドリフト部６ｄに印加された電界の
大部分はシリコン酸化膜６４を集中的に通り、注入され
た電子ｅ - はグレイン５１の間でシリコン酸化膜６４を
通る強電界により加速され図８の矢印Ａの向き（図８中
の上向き）にドリフトする。なお、ドリフト部６ｄの表
面に到達した電子はホットエレクトロンであると考えら
れ、表面電極７を容易にトンネルし真空中に放出され
る。Here, the drift portion of the strong electric field drift layer 6
6d is made of columnar polysilicon as shown in FIG.
Grain 51 and a thin layer formed on the surface of the grain 51.
Silicon oxide film 52 and polysilicon grains 51
Nanometer order microcrystalline silicon 63 interposed between
And microcrystalline silicon formed on the surface of microcrystalline silicon 63
Is a dielectric film having a thickness smaller than the crystal grain size of
It is considered that at least the con oxide film 64 is included. this
The drift portion 6d is made of polysilicon before performing the above-described processing.
The surface of the grains contained in became porous and remained
It is thought that the crystal state is maintained by the grain 51.
It is. Therefore, the electric field applied to the drift
Most of the ions pass through the silicon oxide film 64 intensively and are implanted.
E -Forms a silicon oxide film 64 between the grains 51.
It is accelerated by the passing strong electric field, and the direction of arrow A in FIG.
Drifts upward). The table of the drift part 6d
Electrons that reach the surface are considered hot electrons
And the surface electrode 7 is easily tunneled and released into a vacuum.
You.

【００１０】上述の構成を有する電界放射型電子源で
は、表面電極７とオーミック電極２との間に流れる電流
をダイオード電流Ｉpsと呼び、コレクタ電極２１と表面
電極７との間に流れる電流を放出電子電流Ｉｅと呼ぶこ
とにすれば（図７参照）、ダイオード電流Ｉpsに対する
放出電子電流Ｉｅの比率（＝Ｉｅ／Ｉps）が大きいほど
電子放出効率が高くなる。なお、この電界放射型電子源
では、表面電極７とオーミック電極２との間に印加する
直流電圧Ｖpsを１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子
を放出させることができる。また、この電界放射型電子
源は、電子放出特性の真空度依存性が小さく、しかも電
子放出時にポッピング現象が発生せず、電子を高い電子
放出効率で安定して放出することができる。In the field emission type electron source having the above configuration, a current flowing between the surface electrode 7 and the ohmic electrode 2 is called a diode current Ips, and a current flowing between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 is emitted. If referred to as the electron current Ie (see FIG. 7), the larger the ratio of the emission electron current Ie to the diode current Ips (= Ie / Ips), the higher the electron emission efficiency. In this field emission type electron source, electrons can be emitted even when the DC voltage Vps applied between the surface electrode 7 and the ohmic electrode 2 is as low as about 10 to 20 V. In addition, this field emission type electron source has a small dependence of the electron emission characteristics on the degree of vacuum, does not cause a popping phenomenon during electron emission, and can stably emit electrons with high electron emission efficiency.

【００１１】ところで、上述した構成例では導電性基板
としてｎ形シリコン基板１を用いているが、ｎ形シリコ
ン基板１に代えてガラス基板のような絶縁性基板上にＩ
ＴＯ膜のような導電体層を形成した基板を用いることも
でき、このような構成の導電性基板を用いると、電子源
の大面積化および低コスト化が可能になる。このような
構成の導電性基板の一例を図９に示す。図９に示す導電
性基板は、ガラス基板よりなる絶縁性基板１１と、絶縁
性基板１１の上に形成したＩＴＯ膜よりなる導電体層８
とで構成した導電性基板を用いており、導電体層８には
強電界ドリフト層６（つまりドリフト層６ｄ）を介して
金属薄膜（以下、表面電極と称す）７が積層されてい
る。この電界放射型電子源では、強電界ドリフト層６が
導電体層８の上にノンドープのポリシリコン層を堆積さ
せた後に、ポリシリコン層を陽極酸化処理にて多孔質化
し、さらに酸化あるいは窒化することにより形成されて
いる。In the above-described configuration example, the n-type silicon substrate 1 is used as the conductive substrate. However, instead of the n-type silicon substrate 1, the I-type silicon substrate 1 is mounted on an insulating substrate such as a glass substrate.
A substrate on which a conductor layer such as a TO film is formed can also be used. When a conductive substrate having such a structure is used, the area of the electron source can be increased and the cost can be reduced. FIG. 9 shows an example of a conductive substrate having such a configuration. The conductive substrate shown in FIG. 9 includes an insulating substrate 11 made of a glass substrate and a conductive layer 8 made of an ITO film formed on the insulating substrate 11.
A metal thin film (hereinafter, referred to as a surface electrode) 7 is laminated on the conductor layer 8 via the strong electric field drift layer 6 (that is, the drift layer 6d). In this field emission type electron source, after the strong electric field drift layer 6 deposits a non-doped polysilicon layer on the conductor layer 8, the polysilicon layer is made porous by anodizing treatment, and further oxidized or nitrided. It is formed by this.

【００１２】図９に示す電界放射型電子源から電子を放
出させるには、図６に示した電界放射型電子源と同様に
表面電極７に対向配置されたコレクタ電極２１を設け
る。つまり、図１０に示すように、表面電極７とコレク
タ電極２１との間を真空とした状態で、表面電極７が導
電体層８に対して高電位側となるように表面電極７と導
電体層８との間に直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コ
レクタ電極２１が表面電極７に対して高電位側となるよ
うにコレクタ電極２１と表面電極７との間に直流電圧Ｖ
ｃを印加する。各直流電圧Ｖps，Ｖｃを適宜に設定すれ
ば、導電体層８から注入された電子が強電界ドリフト層
６をドリフトし表面電極７を通して放出される（なお、
図１０中の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電
子ｅ- の流れを示す）。In order to emit electrons from the field emission type electron source shown in FIG. 9, a collector electrode 21 disposed opposite to the surface electrode 7 is provided similarly to the field emission type electron source shown in FIG. That is, as shown in FIG. 10, in a state where the space between the surface electrode 7 and the collector electrode 21 is evacuated, the surface electrode 7 and the conductor A DC voltage Vps is applied between the collector electrode 21 and the surface electrode 7, and a DC voltage Vps is applied between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 so that the collector electrode 21 is on the higher potential side with respect to the surface electrode 7.
Apply c. If the respective DC voltages Vps and Vc are appropriately set, the electrons injected from the conductor layer 8 drift in the strong electric field drift layer 6 and are emitted through the surface electrode 7 (note that
The dashed line in FIG. 10 indicates the flow of electrons e − emitted through the surface electrode 7).

【００１３】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
強電界ドリフト層６を有する電界放射型電子源では、導
電性基板上のポリシリコン層を陽極酸化にて多孔質化す
ることにより多孔質ポリシリコン層を形成しているの
で、多孔質ポリシリコン層の表面に多数の微細な凹凸が
形成され、結果として強電界ドリフト層６の表面にも多
数の微細な凹凸が形成されており、強電界ドリフト層６
と該強電界ドリフト層６上の導電性薄膜（金属薄膜）で
ある表面電極７との間で両者が接触している部分と接触
していない部分とが存在してしまう。このため、導電性
薄膜と導電性基板との間に電界を印加すると、導電性薄
膜が強電界ドリフト層６に接触している部分と接触して
いない部分とで、強電界ドリフト層６内部への電界のか
かり方が不均一になり、結果として面内での導電性薄膜
表面からの電子放出量も不均一となってしまう。したが
って、この電界放射型電子源をディスプレイなどに応用
した場合、画面の面内の明るさのばらつきが大きくなっ
てしまうという不具合があった。また、この電界放射型
電子源では、強電界ドリフト層６に印加した電界が、強
電界ドリフト層６表面の凸部の先端や凹部の底に集中し
てしまい、電界が集中した部分の電子放出量が増加する
ので、ディスプレイなどに応用した場合、ある特定のス
ポットのみ発光輝度が明るくなってしまい、画面の明る
さの面内ばらつきが大きくなってしまうという不具合が
あった。However, in the field emission type electron source having the strong electric field drift layer 6 described above, the polysilicon layer on the conductive substrate is made porous by anodic oxidation. Since the layer is formed, many fine irregularities are formed on the surface of the porous polysilicon layer, and as a result, many fine irregularities are also formed on the surface of the strong electric field drift layer 6. Layer 6
There is a portion where both are in contact and a portion where they are not in contact with the surface electrode 7 which is a conductive thin film (metal thin film) on the strong electric field drift layer 6. Therefore, when an electric field is applied between the conductive thin film and the conductive substrate, the conductive thin film enters the strong electric field drift layer 6 at a portion where the conductive thin film is in contact with the strong electric field drift layer 6 and a portion where the conductive thin film is not contacted. The method of applying the electric field becomes uneven, and as a result, the amount of electrons emitted from the surface of the conductive thin film in the plane also becomes uneven. Therefore, when this field emission type electron source is applied to a display or the like, there is a problem in that the variation in brightness in the plane of the screen becomes large. Further, in this field emission type electron source, the electric field applied to the strong electric field drift layer 6 is concentrated on the tip of the convex portion or the bottom of the concave portion on the surface of the strong electric field drift layer 6, and the electron emission in the portion where the electric field is concentrated Since the amount increases, when applied to a display or the like, there is a problem in that the light emission luminance of only a specific spot becomes bright, and the in-plane variation of the screen brightness increases.

【００１４】なお、特開平１０−２６９９３２号公報に
は、電界が印加される多孔質シリコン層の表面部分に高
抵抗の低多孔度層を設けた電子放出素子が開示されてお
り、この電子放出素子によれば、高抵抗の低多孔度層を
設けることによって多孔質シリコン層と導電性薄膜との
接触性を向上できるとともに、電子放出素子に流れるダ
イオード電流を小さくできて電子放出効率を向上でき
る。しかしながら、この電子放出素子では、電界が印加
される多孔質シリコン層の表面部分に設けられた低多孔
質層が高抵抗なので、該多孔質シリコン層に印加した電
界が低多孔質層表面の凸部の先端や凹部の底に集中しや
すく、電界が集中した部分の電子放出量が増加すると考
えられ、ディスプレイなどに応用した場合、ある特定の
スポットのみ発光輝度が明るくなって画面の明るさの面
内ばらつきが大きくなる恐れがあった。JP-A-10-269932 discloses an electron-emitting device in which a high-resistance, low-porosity layer is provided on the surface of a porous silicon layer to which an electric field is applied. According to the device, by providing a high-resistance low-porosity layer, the contact between the porous silicon layer and the conductive thin film can be improved, and the diode current flowing through the electron-emitting device can be reduced to improve the electron-emitting efficiency. . However, in this electron-emitting device, since the low-porous layer provided on the surface portion of the porous silicon layer to which an electric field is applied has high resistance, the electric field applied to the porous silicon layer causes the electric field applied to the surface of the low-porous layer to be convex. It is thought that the amount of electron emission is likely to increase in the area where the electric field is concentrated, and the emission luminance of only a certain spot becomes brighter when applied to a display, etc. There was a possibility that in-plane variation would increase.

【００１５】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、電子放出量の面内ばらつきが小さな
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。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a field emission type electron source having a small in-plane variation in the amount of electron emission and a method of manufacturing the same.

【００１６】[0016]

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、導電性基板と、導電性基板の一
表面側に形成された酸化若しくは窒化された多孔質半導
体層よりな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とを備え、導電性薄膜を導電性
基板に対して正極として電圧を印加することにより導電
性基板から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフ
トし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、強電界ドリフト層は、厚み方向における導電性
薄膜側の表面部分に他の部分に比べて抵抗の小さな低抵
抗層が所定厚さで設けられて成ることを特徴とするもの
であり、強電界ドリフト層と導電性薄膜との間に接触し
ている部分と接触していない部分とがあっても、強電界
ドリフト層の表面部分に低抵抗層が設けられていること
により低抵抗層が擬似的な電極として機能し強電界ドリ
フト層の表面部分が面内でほぼ等電位となって、強電界
ドリフト層内部に面内で均一に電界がかかるので、面内
での電子放出量のばらつきが抑えられ、ディスプレイな
どに応用した場合も、画面の面内の明るさのばらつきが
小さくなる。According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising a conductive substrate and an oxidized or nitrided porous semiconductor layer formed on one surface of the conductive substrate. A strong electric field drift layer and a conductive thin film formed on the strong electric field drift layer, and electrons injected from the conductive substrate are applied by applying a voltage with the conductive thin film as a positive electrode to the conductive substrate. A field emission type electron source which drifts through a strong electric field drift layer and is emitted through a conductive thin film. The strong electric field drift layer has a low resistance having a smaller resistance than a surface portion on the conductive thin film side in the thickness direction as compared with other portions. The resistive layer is provided with a predetermined thickness, and even if there is a part that is in contact with the strong electric field drift layer and the conductive thin film and a part that is not in contact, Surface of electric field drift layer The low resistance layer functions as a pseudo electrode because the low resistance layer is provided separately, and the surface portion of the strong electric field drift layer becomes substantially equipotential in the plane, and the inside of the strong electric field drift layer becomes in-plane. Since the electric field is applied uniformly, the variation in the amount of electron emission in the plane is suppressed, and even when applied to a display or the like, the variation in the brightness in the plane of the screen is reduced.

【００１７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記多孔質半導体層は、多孔質ポリシリコンよりな
り、上記低抵抗層の厚さは、当該低抵抗層中の電子の平
均自由行程よりも小さく設定されているので、低抵抗層
を設けたことによる電子放出効率の低下を抑制すること
ができる。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the porous semiconductor layer is made of porous polysilicon, and the thickness of the low-resistance layer is such that the average free of electrons in the low-resistance layer is Since it is set to be smaller than the process, it is possible to suppress a decrease in the electron emission efficiency due to the provision of the low resistance layer.

【００１８】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、上記多孔質半導体層は、多孔質ポリシリコンよりな
り、上記低抵抗層は、上記他の部分に比べて多孔度の小
さな低多孔度層よりなるので、強電界ドリフト層表面の
凹凸が少なくなり、強電界ドリフト層表面の凸部の先端
や凹部の底への電界集中が抑えられ、ディスプレイなど
に応用した場合に画面の特定のスポットのみが明るくな
るのを防ぐことができ、画面の明るさの面内ばらつきが
小さくなる。According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the porous semiconductor layer is made of porous polysilicon, and the low-resistance layer has a low porosity having a smaller porosity than the other portions. Layer, the unevenness on the surface of the strong electric field drift layer is reduced, and the electric field concentration on the tip of the convex portion or the bottom of the concave portion on the surface of the strong electric field drift layer is suppressed. It is possible to prevent only the spot from becoming bright, and the in-plane variation of the brightness of the screen is reduced.

【００１９】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、上記多孔質半導体層は、多孔質ポリシリコンよりな
り、上記低抵抗層は、多孔質ポリシリコン層の表面部分
が再結晶化された再結晶層よりなるので、強電界ドリフ
ト層表面の凹凸が少なくなり、強電界ドリフト層表面の
凸部の先端や凹部の底への電界集中が抑えられ、ディス
プレイなどに応用した場合に画面の特定のスポットのみ
が明るくなるのを防ぐことができ、画面の明るさの面内
ばらつきが小さくなる。According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the porous semiconductor layer is made of porous polysilicon, and the low-resistance layer is formed by recrystallizing a surface portion of the porous polysilicon layer. Because of the recrystallized layer, the unevenness on the surface of the strong electric field drift layer is reduced, and the electric field concentration on the tip of the convex portion or the bottom of the concave portion on the surface of the strong electric field drift layer is suppressed. It is possible to prevent only a specific spot from becoming bright, and the in-plane variation of the brightness of the screen is reduced.

【００２０】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、上記低抵抗層は、多孔質ポリシリコン層の表面側か
ら不純物がイオン注入された不純物導入層よりなるの
で、低抵抗層の不純物の濃度や分布の制御が容易にな
る。According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the low-resistance layer is formed of an impurity-introduced layer into which impurities are ion-implanted from the surface of the porous polysilicon layer. The control of the concentration and distribution of is easy.

【００２１】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、上記低抵抗層は、多孔質ポリシリコン層の表面から
不純物を拡散させた拡散層よりなるので、不純物をイオ
ン注入により注入する場合に比べて大面積化に容易に対
応することができる。According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the low resistance layer is formed of a diffusion layer in which impurities are diffused from the surface of the porous polysilicon layer. Thus, it is possible to easily cope with an increase in the area as compared with the case of FIG.

【００２２】請求項７の発明は、請求項３記載の電界放
射型電子源の製造方法であって、導電性基板上にポリシ
リコン層を形成した後、ポリシリコン層を厚み方向にお
いて導電性基板と反対側の表面部分の多孔度が他の部分
の多孔度に比べて小さくなるように多孔質化することに
より多孔質ポリシリコン層を形成し、その後、多孔質ポ
リシリコン層を酸化若しくは窒化することにより上記低
抵抗層が設けられた強電界ドリフト層を形成し、次い
で、強電界ドリフト層上に導電性薄膜を形成することを
特徴とし、多孔質ポリシリコン層の形成工程において多
孔質シリコン層の表面部分に多孔度の小さな低抵抗領域
が形成され、多孔質ポリシリコン層を酸化若しくは窒化
することにより上記低抵抗領域が低抵抗層になるので、
別途に低抵抗層を形成するための工程を追加することな
しに、低抵抗層を設けることができ、面内での電子放出
量のばらつきが小さな電界放射型電子源を低コストで実
現することができる。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a field emission type electron source according to the third aspect, wherein after forming a polysilicon layer on the conductive substrate, the polysilicon layer is formed in the thickness direction. A porous polysilicon layer is formed by making the surface porous on the opposite side to have a smaller porosity than the other portions, and then the porous polysilicon layer is oxidized or nitrided. Forming a strong electric field drift layer provided with the low resistance layer, and then forming a conductive thin film on the strong electric field drift layer, wherein a porous silicon layer is formed in the porous polysilicon layer forming step. Since a low resistance region with small porosity is formed on the surface portion of the substrate, and the low resistance region becomes a low resistance layer by oxidizing or nitriding the porous polysilicon layer,
A low-resistance layer can be provided without adding a separate step of forming a low-resistance layer, and a field emission electron source with small in-plane variation in electron emission amount can be realized at low cost. Can be.

【００２３】請求項８の発明は、請求項７の発明におい
て、上記ポリシリコン層の多孔質化を陽極酸化により行
い、該陽極酸化を行う際に、陽極酸化期間のうちの最初
の所定期間は電流密度を小さくし所定期間後に電流密度
を大きくするので、電流密度を制御することにより低抵
抗層の抵抗を制御することができる。According to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect of the present invention, the polysilicon layer is made porous by anodic oxidation. Since the current density is reduced and the current density is increased after a predetermined period, the resistance of the low-resistance layer can be controlled by controlling the current density.

【００２４】請求項９の発明は、請求項７の発明におい
て、上記ポリシリコン層の多孔質化を陽極酸化により行
い、該陽極酸化を行う際に、陽極酸化期間のうちの最初
の所定期間はポリシリコン層の表面に照射する光のパワ
ーを小さくし所定期間後に光のパワーを大きくするの
で、ポリシリコン層の表面に照射する光のパワーを制御
することにより低抵抗層の抵抗を制御することができ
る。According to a ninth aspect of the present invention, in the seventh aspect of the present invention, the polysilicon layer is made porous by anodic oxidation. Since the power of light applied to the surface of the polysilicon layer is reduced and the power of light is increased after a predetermined period, the resistance of the low-resistance layer is controlled by controlling the power of light applied to the surface of the polysilicon layer. Can be.

【００２５】請求項１０の発明は、請求項４記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、導電性基板上にポリ
シリコン層を形成した後、ポリシリコン層を多孔質化す
ることにより多孔質ポリシリコン層を形成し、その後、
多孔質ポリシリコン層の表面部分をレーザアニール法に
よって再結晶化した後に多孔質ポリシリコン層を酸化若
しくは窒化することにより上記低抵抗層が設けられた強
電界ドリフト層を形成し、次いで、強電界ドリフト層上
に導電性薄膜を形成することを特徴とし、多孔質ポリシ
リコン層を酸化若しくは窒化することによりレーザアニ
ール法によって再結晶化した表面部分が低抵抗層になる
ので、比較的簡単に低抵抗層を設けることができ、面内
での電子放出量のばらつきが小さな電界放射型電子源を
低コストで実現することができる。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a field emission type electron source according to the fourth aspect, wherein a polysilicon layer is formed on a conductive substrate and then the polysilicon layer is made porous. Form a porous polysilicon layer, then
After recrystallizing a surface portion of the porous polysilicon layer by a laser annealing method, the porous polysilicon layer is oxidized or nitrided to form a strong electric field drift layer provided with the low-resistance layer. A conductive thin film is formed on the drift layer, and the surface portion recrystallized by laser annealing by oxidizing or nitriding the porous polysilicon layer becomes a low resistance layer. A resistance layer can be provided, and a field emission type electron source having a small variation in the amount of electron emission in a plane can be realized at low cost.

【００２６】請求項１１の発明は、請求項５記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、導電性基板上にポリ
シリコン層を形成した後、ポリシリコン層を多孔質化す
ることにより多孔質ポリシリコン層を形成し、その後、
多孔質ポリシリコン層の表面側からイオン注入法によっ
て不純物をイオン注入した後に多孔質ポリシリコン層を
酸化若しくは窒化することにより上記低抵抗層が設けら
れた強電界ドリフト層を形成し、次いで、強電界ドリフ
ト層上に導電性薄膜を形成することを特徴とし、多孔質
ポリシリコン層を酸化若しくは窒化することにより表面
部分が低抵抗層になるので、低抵抗層を制御性よく設け
ることができ、面内での電子放出量のばらつきが小さな
電界放射型電子源を低コストで実現することができる。According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing a field emission type electron source according to the fifth aspect, wherein a polysilicon layer is formed on a conductive substrate, and then the polysilicon layer is made porous. Form a porous polysilicon layer, then
After the impurity is ion-implanted from the surface side of the porous polysilicon layer by ion implantation, the porous polysilicon layer is oxidized or nitrided to form a strong electric field drift layer provided with the low-resistance layer. It is characterized in that a conductive thin film is formed on the electric field drift layer, and the surface portion becomes a low resistance layer by oxidizing or nitriding the porous polysilicon layer, so that the low resistance layer can be provided with good controllability, A field emission type electron source having a small variation in the amount of electron emission in a plane can be realized at low cost.

【００２７】請求項１２の発明は、請求項６記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、導電性基板上にポリ
シリコン層を形成した後、ポリシリコン層を多孔質化す
ることにより多孔質ポリシリコン層を形成し、その後、
多孔質ポリシリコン層の表面から熱拡散法によって不純
物を拡散した後に多孔質ポリシリコン層を酸化若しくは
窒化することにより上記低抵抗層が設けられた強電界ド
リフト層を形成し、強電界ドリフト層上に導電性薄膜を
形成することを特徴とし、多孔質ポリシリコン層を酸化
若しくは窒化することにより表面部分が低抵抗層になる
ので、低抵抗層を比較的簡単に大面積に設けることがで
き、面内での電子放出量のばらつきが小さな電界放射型
電子源を低コストで実現することができる。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a field emission type electron source according to the sixth aspect, wherein a polysilicon layer is formed on a conductive substrate and then the polysilicon layer is made porous. Form a porous polysilicon layer, then
After diffusing impurities from the surface of the porous polysilicon layer by a thermal diffusion method, the porous polysilicon layer is oxidized or nitrided to form a strong electric field drift layer provided with the low-resistance layer. It is characterized by forming a conductive thin film on the surface, and the surface portion becomes a low-resistance layer by oxidizing or nitriding the porous polysilicon layer, so that the low-resistance layer can be relatively easily provided over a large area, A field emission type electron source having a small variation in the amount of electron emission in a plane can be realized at low cost.

【００２８】[0028]

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１に本実施形態
の電界放射型電子源１０の概略構成図を、図２（ａ）〜
（ｄ）に電界放射型電子源１０の製造方法における主要
工程断面図を示す。なお、本実施形態では、導電性基板
として抵抗率が導体の抵抗率に比較的近い単結晶のｎ形
シリコン基板１（例えば、抵抗率が略０．０１Ωｃｍ〜
０．０２Ωｃｍの（１００）基板）を用いている。(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a field emission type electron source 10 according to this embodiment, and FIGS.
(D) is a sectional view of a main step in the method for manufacturing the field emission electron source 10. In the present embodiment, a single-crystal n-type silicon substrate 1 having a resistivity relatively close to that of a conductor (for example, a resistivity of approximately 0.01 Ωcm
A (100) substrate of 0.02 Ωcm) is used.

【００２９】本実施形態の電界放射型電子源１０は、図
１に示すように、ｎ形シリコン基板１の主表面上に酸化
された多孔質ポリシリコン層よりなる強電界ドリフト層
６が形成され、該強電界ドリフト層６上に導電性薄膜た
る金薄膜７が形成されている。また、ｎ形シリコン基板
１の裏面にはオーミック電極２が形成されている。In the field emission type electron source 10 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, a strong electric field drift layer 6 made of an oxidized porous polysilicon layer is formed on a main surface of an n-type silicon substrate 1. A gold thin film 7 serving as a conductive thin film is formed on the strong electric field drift layer 6. An ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 1.

【００３０】この電界放射型電子源１０では、金薄膜７
を真空中に配置し、金薄膜７をオーミック電極２に対し
て正極として電圧を印加することにより、ｎ形シリコン
基板１から注入された電子が強電界ドリフト層６をドリ
フトし金薄膜７を通して放出される。なお、この電界放
射型電子源１０の基本構成および基本動作につていは本
願発明者らが既に特願平１０−２７２３４０号、特願平
１０−２７２３４２号などにおいて提案している。In the field emission type electron source 10, the gold thin film 7
Are placed in a vacuum, and a voltage is applied to the ohmic electrode 2 using the gold thin film 7 as a positive electrode, so that electrons injected from the n-type silicon substrate 1 drift in the strong electric field drift layer 6 and are emitted through the gold thin film 7. Is done. The inventors of the present invention have already proposed the basic configuration and basic operation of the field emission electron source 10 in Japanese Patent Application Nos. 10-272340 and 10-272342.

【００３１】本実施形態では、強電界ドリフト層６が、
厚み方向（図１の上下方向）における金薄膜７側の表面
部分に他の部分６ｂ（以下、主ドリフト層６ｂと称す）
に比べて抵抗の小さな低抵抗層６ａが所定厚さで設けら
れている点に特徴がある。ここにおいて、低抵抗層６ａ
の厚さは、ポリシリコン中の電子の平均自由行程よりも
小さく設定してあるので、低抵抗層６ａを設けたことに
よる電子放出効率の低下を抑制することができる。ま
た、本実施形態では、低抵抗層６ａは、主ドリフト層６
ｂに比べて多孔度の小さな低多孔度層により形成してあ
る。In the present embodiment, the strong electric field drift layer 6
Another portion 6b (hereinafter referred to as main drift layer 6b) is provided on the surface portion on the gold thin film 7 side in the thickness direction (the vertical direction in FIG. 1).
The feature is that the low-resistance layer 6a having a smaller resistance than that of the first embodiment is provided with a predetermined thickness. Here, the low resistance layer 6a
Is set to be smaller than the mean free path of electrons in the polysilicon, it is possible to suppress a decrease in electron emission efficiency due to the provision of the low-resistance layer 6a. Further, in the present embodiment, the low resistance layer 6a is
It is formed of a low porosity layer having a smaller porosity than b.

【００３２】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
１０では、強電界ドリフト層６と導電性薄膜たる金薄膜
７との間に接触している部分と接触していない部分とが
あっても、強電界ドリフト層６の表面部分に低抵抗層６
ａが設けられていることにより、電界がかかったときに
低抵抗層６ａが擬似的な電極として機能し強電界ドリフ
ト層６の表面部分が面内でほぼ等電位となって、強電界
ドリフト層６内部に面内で均一に電界がかかるので、面
内での電子放出量のばらつきが抑えられ、ディスプレイ
などに応用した場合も、画面の明るさのばらつきが小さ
くなる。In the field emission type electron source 10 according to the present embodiment, there is a portion that is in contact between the strong electric field drift layer 6 and the gold thin film 7 as a conductive thin film, and a portion that is not in contact. Also, a low resistance layer 6 is formed on the surface of the strong electric field drift layer 6.
is provided, when an electric field is applied, the low resistance layer 6a functions as a pseudo electrode, and the surface portion of the strong electric field drift layer 6 becomes substantially equipotential in the plane, so that the strong electric field drift layer Since an electric field is uniformly applied to the inside of the device 6 within the surface, the variation in the amount of electron emission in the surface is suppressed, and the variation in the brightness of the screen is reduced even when applied to a display or the like.

【００３３】また、本実施形態の電界放射型電子源１０
では、低抵抗層６ａが主ドリフト層６ｂに比べて多孔度
の小さな低多孔度層よりなるので、強電界ドリフト層６
の全部が主ドリフト層６ｂで形成されている場合に比べ
て強電界ドリフト層６表面の凹凸が少なくなり、強電界
ドリフト層６表面の凸部の先端や凹部の底への電界集中
が抑えられ（電界が集中する部分が少なくなり）、ディ
スプレイなどに応用した場合に画面の特定のスポットの
みが明るくなる（輝度が高くなる）のを防ぐことがで
き、画面の明るさの面内ばらつきが小さくなる。The field emission type electron source 10 of the present embodiment
In this case, since the low resistance layer 6a is a low porosity layer having a smaller porosity than the main drift layer 6b,
Are less formed on the surface of the strong electric field drift layer 6 than in the case where the entire structure is formed by the main drift layer 6b, and the electric field concentration on the tip of the convex portion or the bottom of the concave portion on the surface of the strong electric field drift layer 6 is suppressed. (Electric field concentration is reduced), and it is possible to prevent only specific spots on the screen from becoming brighter (higher brightness) when applied to displays, etc., and to reduce in-plane variations in screen brightness. Become.

【００３４】ところで、本実施形態では、導電性基板と
してｎ形シリコン基板１を用いているが、導電性基板
は、電界放射型電子源１０の負極を構成するとともに真
空中において上述の強電界ドリフト層６を支持し、なお
且つ、強電界ドリフト層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１０
の負極を構成し強電界ドリフト層６を支持することがで
きればよいので、ｎ形シリコン基板に限定されるもので
はなく、クロムなどの金属基板であってもよいし、ガラ
スなどの絶縁性基板の一表面に導電性膜（例えば、ＩＴ
Ｏ膜）を形成したものであってもよい。ガラス基板の一
表面に導電性膜を形成した基板を用いる場合には、半導
体基板を用いる場合に比べて、電子源の大面積化および
低コスト化が可能になる。In this embodiment, the n-type silicon substrate 1 is used as the conductive substrate. The conductive substrate constitutes the negative electrode of the field emission electron source 10 and has the above-mentioned strong electric field drift in vacuum. It supports the layer 6 and injects electrons into the strong electric field drift layer 6. Therefore, the conductive substrate is used for the field emission electron source 10.
Is not limited to an n-type silicon substrate, but may be a metal substrate such as chromium or an insulating substrate such as glass. A conductive film (for example, IT
O film) may be formed. In the case where a substrate in which a conductive film is formed on one surface of a glass substrate is used, the area and cost of the electron source can be increased as compared with the case where a semiconductor substrate is used.

【００３５】また、本実施形態においては、導電性薄膜
として金薄膜７を用いているが、導電性薄膜は、電界放
射型電子源１０の正極を構成するものであり、強電界ド
リフト層６に電界を印加するものである。この電界の印
加により強電界ドリフト層６の表面に到達した電子はト
ンネル効果によって金薄膜７の表面から放出される。し
たがって、導電性基板と導電性薄膜との間に印加する直
流電圧によって得られる電子のエネルギから導電性薄膜
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、導電性薄膜の仕事関数は小
さいほど望ましい。なお、本実施形態では、導電性薄膜
の材料として金を用いているが、導電性薄膜の材料は金
に限定されるものではなく、仕事関数の小さな材料であ
ればよく、例えば、アルミニウム、クロム、タングステ
ン、ニッケル、白金などを用いてもよい。ここに、金の
仕事関数は５．１０ｅＶ、アルミニウムの仕事関数は
４．２８ｅＶ、クロムの仕事関数は４．５０ｅＶ、タン
グステンの仕事関数は４．５５ｅＶ、ニッケルの仕事関
数は５．１５ｅＶ、白金の仕事関数は５．６５ｅＶであ
る。In this embodiment, the gold thin film 7 is used as the conductive thin film. However, the conductive thin film constitutes the positive electrode of the field emission electron source 10 and An electric field is applied. Electrons that reach the surface of the strong electric field drift layer 6 by application of the electric field are emitted from the surface of the gold thin film 7 by a tunnel effect. Therefore, the energy obtained by subtracting the work function of the conductive thin film from the energy of the electron obtained by the DC voltage applied between the conductive substrate and the conductive thin film becomes the ideal energy of the emitted electrons. The smaller the work function of the thin film, the better. In this embodiment, gold is used as the material of the conductive thin film. However, the material of the conductive thin film is not limited to gold, and may be any material having a small work function, such as aluminum or chromium. , Tungsten, nickel, platinum or the like may be used. Here, the work function of gold is 5.10 eV, the work function of aluminum is 4.28 eV, the work function of chromium is 4.50 eV, the work function of tungsten is 4.55 eV, the work function of nickel is 5.15 eV, and the work function of platinum is The work function is 5.65 eV.

【００３６】ところで、本実施形態では、導電性薄膜
（表面電極）として、金薄膜７を用いているが、導電性
薄膜としては、仕事関数が小さくかつ強電界ドリフト層
６との密着性が良い性質を有することが望ましい。この
ような性質を有する導電性薄膜を実現するには、例え
ば、導電性薄膜を、厚み方向に積層された二層の薄膜電
極層により構成し、最上層の薄膜電極層が、耐酸化性に
優れ仕事関数が小さな性質を有し、最下層の薄膜電極層
が、仕事関数が小さくかつ強電界ドリフト層６との密着
性が良い性質を有していればよい。ここに、最下層の薄
膜電極層の材料は、最上層の薄膜電極層の材料に比べて
強電界ドリフト層６中で拡散しにくい（つまり、強電界
ドリフト層６の材料中での拡散係数が小さい）性質を有
していることが望ましい。なお、導電性薄膜を厚み方向
に積層された三層以上の薄膜電極層により構成してもよ
く、厚み方向に隣接する薄膜電極層間は密着性が良いこ
とが望ましい。In this embodiment, the gold thin film 7 is used as the conductive thin film (surface electrode). However, the conductive thin film has a small work function and good adhesion to the strong electric field drift layer 6. It is desirable to have properties. In order to realize a conductive thin film having such properties, for example, a conductive thin film is constituted by two thin film electrode layers stacked in the thickness direction, and the uppermost thin film electrode layer has oxidation resistance. It suffices if the work function is excellent and has a small property, and the lowermost thin-film electrode layer has a property having a small work function and good adhesion to the strong electric field drift layer 6. Here, the material of the lowermost thin film electrode layer is less likely to diffuse in the strong electric field drift layer 6 than the material of the uppermost thin film electrode layer (that is, the diffusion coefficient in the material of the strong electric field drift layer 6 is lower). (Small) properties. Note that the conductive thin film may be composed of three or more thin film electrode layers stacked in the thickness direction, and it is desirable that the thin film electrode layers adjacent in the thickness direction have good adhesion.

【００３７】上述のような仕事関数が小さくかつ強電界
ドリフト層６との密着性が良い性質を有する導電性薄膜
を採用することにより、導電性薄膜が強電界ドリフト層
６から剥離するのを防止することができ、経時安定性が
向上するとともに、歩留まりが高くなって低コスト化を
図ることができる。By employing a conductive thin film having a small work function and good adhesion to the strong electric field drift layer 6 as described above, the conductive thin film is prevented from peeling off from the strong electric field drift layer 6. Thus, the stability over time is improved, the yield is increased, and the cost can be reduced.

【００３８】また、最上層の薄膜電極層としては例えば
金を用い、最下層の薄膜電極層としては、クロムを用い
ればよいが、最下層の薄膜電極層としてはクロムの代わ
りに、ニッケル、白金、チタン、ジルコニウム、ロジウ
ム、ハフニウム、イリジウムのいずれかあるいはそれら
の酸化物を用いてもよい。最下層の薄膜電極層として、
クロム、ニッケル、白金、チタン、ジルコニウム、ロジ
ウム、ハフニウム、イリジウムのいずれかあるいはそれ
らの酸化物を用いることにより、最下層の薄膜電極層の
材料コストを比較的安価にすることができる。Further, for example, gold may be used as the uppermost thin film electrode layer, and chromium may be used as the lowermost thin film electrode layer, but nickel or platinum may be used instead of chromium as the lowermost thin film electrode layer. , Titanium, zirconium, rhodium, hafnium, iridium or oxides thereof. As the bottom thin film electrode layer,
By using any of chromium, nickel, platinum, titanium, zirconium, rhodium, hafnium, and iridium or their oxides, the material cost of the lowermost thin-film electrode layer can be made relatively inexpensive.

【００３９】ところで、強電界ドリフト層６は、図８に
て説明したように、柱状のポリシリコンからなるグレイ
ン５１と、グレイン５１の表面に形成された薄いシリコ
ン酸化膜５２と、ポリシリコンのグレイン５１の間に介
在するナノメータオーダの微結晶シリコン６３と、微結
晶シリコン６３の表面に形成され微結晶シリコン６３の
結晶粒径よりも小さい膜厚の絶縁膜であるシリコン酸化
膜６４とを少なくとも含むと考えられる。As described with reference to FIG. 8, the strong electric field drift layer 6 has a grain 51 made of columnar polysilicon, a thin silicon oxide film 52 formed on the surface of the grain 51, and a grain of polysilicon. At least a nanometer-order microcrystalline silicon 63 interposed between the microcrystalline silicon 63 and a silicon oxide film 64 formed on the surface of the microcrystalline silicon 63 and having a thickness smaller than the crystal grain size of the microcrystalline silicon 63. it is conceivable that.

【００４０】また、導電性薄膜を二層の薄膜電極層によ
り構成したものにおいて、当該二層の薄膜電極層を溶融
させ、両薄膜電極層の金属材料を原子レベルで相互に混
じり合わせて合金化処理を行うことにより、電子散乱が
少なく電子放出効率の高い電極となる。二層の薄膜電極
層が合金化されていることは、例えばＸ線マイクロアナ
ライザ（ＸＭＡ）の測定結果などにより確認することが
できる。ここにおいて、合金化処理は、ＵＶ光を照射す
ることにより行えばよい。すなわち、ＵＶ光を照射する
ことで二層の薄膜電極層からなる導電性薄膜の温度を上
昇させて溶融状態とし相互拡散を生じさせ合金化すれば
よい。なお、合金化処理においては、ＵＶ光の照射に加
えて、ｎ形シリコン基板１を加熱することにより、合金
化処理の工程時間を短くすることができる。このときの
加熱温度は、導電性基板を含めたデバイス全体の耐熱温
度を考慮して適宜設定すればよい。また、合金化処理を
施した導電性薄膜であっても表面が有機物により汚染さ
れると、電子放出効率が低下してしまい、特に基板加熱
を行う場合には有機物の汚染が更に進行する恐れがあ
る。このような有機物汚染を防ぐには、ＵＶ光の照射に
加えてｎ形シリコン基板１を加熱して合金化処理を行う
際に、同時にオゾン処理を行えばよい（例えば、オゾン
雰囲気でＵＶ光を照射するとともに加熱を行うようにす
ればよい）。なお、オゾン処理を行うことによりオゾン
処理を行っていないものに比べて電子放出効率が約２桁
向上した。Further, in the case where the conductive thin film is composed of two thin film electrode layers, the two thin film electrode layers are melted, and the metal materials of both thin film electrode layers are mixed together at the atomic level to form an alloy. By performing the treatment, an electrode having low electron scattering and high electron emission efficiency can be obtained. The fact that the two thin-film electrode layers are alloyed can be confirmed by, for example, a measurement result of an X-ray microanalyzer (XMA). Here, the alloying treatment may be performed by irradiating UV light. That is, by irradiating UV light, the temperature of the conductive thin film formed of the two thin-film electrode layers may be raised to a molten state to cause mutual diffusion and alloying. In addition, in the alloying process, the process time of the alloying process can be shortened by heating the n-type silicon substrate 1 in addition to the irradiation with the UV light. The heating temperature at this time may be appropriately set in consideration of the heat resistance temperature of the entire device including the conductive substrate. In addition, even if the conductive thin film is subjected to alloying treatment, if the surface is contaminated with an organic substance, the electron emission efficiency is reduced. In particular, when the substrate is heated, the contamination of the organic substance may further progress. is there. In order to prevent such organic contamination, ozone treatment may be performed at the same time that the n-type silicon substrate 1 is heated and alloyed in addition to irradiation with UV light (for example, UV light is irradiated in an ozone atmosphere). Irradiation and heating may be performed). Note that the ozone treatment improved the electron emission efficiency by about two orders of magnitude as compared with those without the ozone treatment.

【００４１】本実施形態の電界放射型電子源１０は、導
電性基板をｎ形シリコン基板１により構成しているが、
無アルカリガラスや低アルカリガラスなどのガラス板
（絶縁性基板）上に導電体層を積層して形成し基板（図
９参照）を用いても良い。In the field emission type electron source 10 of this embodiment, the conductive substrate is constituted by the n-type silicon substrate 1,
A substrate (see FIG. 9) formed by laminating a conductor layer on a glass plate (insulating substrate) such as non-alkali glass or low-alkali glass may be used.

【００４２】また、本実施形態では、強電界ドリフト層
６を酸化された多孔質ポリシリコン層により形成してい
るが、強電界ドリフト層６を窒化された多孔質ポリシリ
コン層により形成しても同様の効果が得られる。また、
強電界ドリフト層６を酸窒化された多孔質ポリシリコン
層により形成してもよく、この場合には図８にて説明し
たポリシリコンのグレイン５１、微結晶シリコン６３の
表面にそれぞれ形成される絶縁膜（酸窒化膜）の欠陥密
度を少なくでき、電界放射型電子源１０の絶縁耐圧を向
上させることができる。また、酸化された多孔質ポリシ
リコン層に水素アニール処理を施すことにより、水素ア
ニール処理を施していないものに比べて絶縁耐圧および
電子放出効率を向上させることができる。これは、酸化
された多孔質ポリシリコン層に水素アニール処理を施す
ことにより、図８にて説明したシリコン酸化膜６４の欠
陥密度が少なくなるとともに、シリコン酸化膜６４と微
結晶シリコン６３との界面準位密度が低下しているため
であると考えられる。In the present embodiment, the strong electric field drift layer 6 is formed of an oxidized porous polysilicon layer. However, the strong electric field drift layer 6 may be formed of a nitrided porous polysilicon layer. Similar effects can be obtained. Also,
The strong electric field drift layer 6 may be formed of an oxynitrided porous polysilicon layer. In this case, the insulating layers formed on the surfaces of the polysilicon grains 51 and the microcrystalline silicon 63 described with reference to FIG. The defect density of the film (oxynitride film) can be reduced, and the withstand voltage of the field emission electron source 10 can be improved. Further, by subjecting the oxidized porous polysilicon layer to the hydrogen annealing treatment, the withstand voltage and the electron emission efficiency can be improved as compared with those not subjected to the hydrogen annealing treatment. This is because by performing a hydrogen annealing process on the oxidized porous polysilicon layer, the defect density of the silicon oxide film 64 described with reference to FIG. 8 is reduced, and the interface between the silicon oxide film 64 and the microcrystalline silicon 63 is reduced. This is probably because the level density has decreased.

【００４３】以下、図１の電界放射型電子源１０の製造
方法について図２を参照しながら説明する。Hereinafter, a method for manufacturing the field emission electron source 10 of FIG. 1 will be described with reference to FIG.

【００４４】まず、ｎ形シリコン基板１の裏面にオーミ
ック電極２を形成した後、ｎ形シリコン基板１の表面に
所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープのポリシ
リコン層（ポリシリコン薄膜）３を例えばＬＰＣＶＤ法
によって形成（成膜）することにより図２（ａ）に示す
ような構造が得られる。なお、ポリシリコン層３の成膜
は、導電性基板が半導体基板の場合にはＬＰＣＶＤ法の
他にスパッタ法により行ってもよいし、あるいは、プラ
ズマＣＶＤ法によってアモルファスシリコンを成膜した
後にアニール処理を行うことにより結晶化させて成膜し
てもよい。また、導電性基板がガラス基板に導電体層
（例えば、透明導電性膜）を形成した基板の場合には、
ＣＶＤ法により透明導電性膜上にアモルファスシリコン
を成膜した後にアニールすることにより、ポリシリコン
層３を形成してもよい。また、導電体層上にポリシリコ
ン層３を形成する方法はＣＶＤ法に限定されるものでは
なく、例えばＣＧＳ（Continuous Grain Silicon）法
や触媒ＣＶＤ法などを用いてもよい。ところで、図９に
おいて説明した電界放射型電子源では、強電界ドリフト
層６が、導電体層８上にノンドープのポリシリコン層を
堆積させた後に、該ポリシリコン層を陽極酸化処理にて
多孔質化し、さらに急速熱酸化法によって酸化すること
により形成されており、導電体層８上にノンドープのポ
リシリコン層を堆積させる際に、導電体層８との界面近
傍に高抵抗のアモルファス層が形成されてしまい、しか
も該アモルファス層の膜厚が面内でばらつくので、面内
でポテンシャルがばらついてしまい、陽極酸化処理によ
る多孔質化の度合いに面内ばらつきが生じて面内での電
子放出量にばらつきが生じる恐れがある。また、強電界
ドリフト層６中に高抵抗のアモルファス層が残ると、強
電界ドリフト層６の抵抗が高くなって強電界ドリフト層
６に流れる電流値が小さくなり、ｎ形シリコン基板１を
利用した電界放射型電子源に比べて電子放出量が低下し
てしまう恐れがある。この種の不具合を解決するには、
例えば、導電体層８を、例えば厚み方向に積層された二
層の導電性膜により構成し、最上層の導電性膜が、強電
界ドリフト層６の形成温度近傍の温度（例えば、１００
℃から６００℃の温度範囲）でシリコンと反応しやすい
性質を有する導電性材料により形成し、最下層の導電性
膜をシリコンと反応しにくい性質を有する導電性材料に
より形成すればよい。要するに、導電体層８の厚み方向
において少なくとも強電界ドリフト層６側が、強電界ド
リフト層６中のアモルファスの形成を抑制可能な導電性
材料により形成することで、強電界ドリフト層６中に含
まれるアモルファス層を減少させることができ、低コス
ト化を図りつつ電子放出量を高めることができる。ここ
において、導電体層８は、厚み方向に積層された三層以
上の導電性膜により構成してもよく、この場合には最上
層の導電性膜および最下層の導電性膜がそれぞれ上記性
質を有していればよい。なお、このような導電体層８と
しては、例えば最上層の導電性膜をアルミニウム、最下
層の導電性膜を銅によりそれぞれ形成すればよく、最上
層の導電性膜としてはアルミニウムの代わりに、ニッケ
ル、コバルト、クロム、ハフニウム、モリブデン、パラ
ジウム、白金、ロジウム、タンタル、チタン、タングス
テン、ジルコニウムのいずれかを用いてもよい。最下層
の導電性膜としては、銅、銀、アルミニウムなどの低抵
抗材料を用いたり、クロム、チタンなどガラスとの密着
性の高い材料を用いることができ、さらにこれらの材料
を複数層堆積することも可能である。導電体層８を、上
述の厚み方向に積層された二層の導電性膜により構成す
れば、上述のノンドープのポリシリコン層３は例えばプ
ラズマＣＶＤ法により６００℃以下（１００℃〜６００
℃）の低温プロセスで成膜することができる。また、触
媒ＣＶＤ法でも６００℃以下の低温プロセスで成膜する
ことができる。First, after the ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 1, a non-doped polysilicon layer (polysilicon thin film) having a predetermined thickness (for example, 1.5 μm) is formed on the surface of the n-type silicon substrate 1. By forming (depositing) 3 by, for example, the LPCVD method, a structure as shown in FIG. 2A is obtained. When the conductive substrate is a semiconductor substrate, the polysilicon layer 3 may be formed by a sputtering method instead of the LPCVD method, or an annealing treatment after forming an amorphous silicon film by a plasma CVD method. May be performed to crystallize and form a film. When the conductive substrate is a substrate in which a conductive layer (for example, a transparent conductive film) is formed on a glass substrate,
The polysilicon layer 3 may be formed by annealing after forming amorphous silicon on the transparent conductive film by the CVD method. The method for forming the polysilicon layer 3 on the conductor layer is not limited to the CVD method, and for example, a CGS (Continuous Grain Silicon) method or a catalytic CVD method may be used. In the field emission type electron source described with reference to FIG. 9, after the strong electric field drift layer 6 deposits a non-doped polysilicon layer on the conductor layer 8, the polysilicon layer is made porous by anodizing. And a non-doped polysilicon layer is deposited on the conductor layer 8 to form a high-resistance amorphous layer near the interface with the conductor layer 8 when the non-doped polysilicon layer is deposited on the conductor layer 8. In addition, since the thickness of the amorphous layer varies within the plane, the potential varies within the plane, and the degree of porosity due to the anodic oxidation treatment varies within the plane, resulting in the amount of electron emission within the plane. May vary. Also, if the high-resistance amorphous layer remains in the strong electric field drift layer 6, the resistance of the strong electric field drift layer 6 increases, the current flowing through the strong electric field drift layer 6 decreases, and the n-type silicon substrate 1 is used. There is a possibility that the amount of electron emission is reduced as compared with the field emission type electron source. To solve this kind of problem,
For example, the conductor layer 8 is formed of, for example, two layers of conductive films stacked in the thickness direction, and the uppermost conductive film has a temperature near the formation temperature of the strong electric field drift layer 6 (for example, 100
(Temperature range of 600 ° C. to 600 ° C.), a conductive material having a property of easily reacting with silicon may be used, and a lowermost conductive film may be formed of a conductive material having a property of hardly reacting with silicon. In short, at least the strong electric field drift layer 6 side in the thickness direction of the conductor layer 8 is formed of a conductive material capable of suppressing the formation of amorphous in the strong electric field drift layer 6, and thus is included in the strong electric field drift layer 6. The number of amorphous layers can be reduced, and the amount of electron emission can be increased while reducing costs. Here, the conductor layer 8 may be composed of three or more conductive films laminated in the thickness direction. In this case, the uppermost conductive film and the lowermost conductive film have the above-described properties, respectively. It is sufficient if it has. In addition, as such a conductor layer 8, for example, the uppermost conductive film may be formed of aluminum, and the lowermost conductive film may be formed of copper. Any of nickel, cobalt, chromium, hafnium, molybdenum, palladium, platinum, rhodium, tantalum, titanium, tungsten, and zirconium may be used. As the lowermost conductive film, a low-resistance material such as copper, silver, or aluminum can be used, or a material having high adhesion to glass such as chromium or titanium can be used. Further, a plurality of these materials are deposited. It is also possible. If the conductor layer 8 is formed of the two-layered conductive film stacked in the thickness direction, the non-doped polysilicon layer 3 can be formed at a temperature of 600 ° C. or less (100 ° C. to 600 ° C.) by, for example, a plasma CVD method.
C) at a low temperature process. Also, a film can be formed by a low-temperature process of 600 ° C. or lower even by the catalytic CVD method.

【００４５】上記ノンドープのポリシリコン層３を形成
した後、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールと
を略１：１で混合した混合液よりなる電解液の入った陽
極酸化処理槽を利用し、白金電極（図示せず）を負極、
ｎ形シリコン基板１（オーミック電極２）を正極とし
て、ポリシリコン層３に光照射を行いながら所定の条件
で陽極酸化処理を行うことによって、多孔質ポリシリコ
ン層４が形成され図２（ｂ）に示すような構造が得られ
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、ポリシリコン層３の表面に一定の光パワーで
光照射を行いつつ陽極酸化期間のうちの最初の所定期間
は電流密度を小さくし所定期間後に電流密度を大きくす
ることにより、ｎ形シリコン基板１上に多孔度の大きな
多孔質ポリシリコン層４ａと多孔度の小さな多孔質ポリ
シリコン層４ａとを積層した形の多孔質ポリシリコン層
４を形成している。なお、陽極酸化処理において、電流
密度を一定として、陽極酸化期間のうちの最初の所定期
間はポリシリコン層３の表面に照射する光のパワーを小
さくし所定期間後に光のパワーを大きくするようにして
も、同様の構造を実現することができる。また、ポリシ
リコンのグレインによる表面凹凸を緩和する平坦化処理
（研磨、エッチングなど）を施した後に低抵抗層を設け
てもよい。この場合には、擬似的な表面電極として働く
低抵抗層と導電性基板との間の距離が均一になり、強電
界ドリフト層６にかかる電界がより均一となり、電子放
出量のばらつきを少なくすることができ、ディスプレイ
に応用した場合に特定のスポットが明るくなる問題を防
ぐことができる。また、強電界ドリフト層６を薄くする
ほどエミッション電流は増加するが、電界集中による問
題が大きくなるので、上記平坦化処理を施した後に低抵
抗層を形成する方法は特に有効である。また、ポリシリ
コン層３を陽極酸化処理により多孔質化する場合に、多
孔質化される厚さが面内でばらつくと、強電界ドリフト
層６の各領域での電界強度にばらつきが生じることにな
るので、多孔質化される厚さが面内で略均一になるよう
に陽極酸化処理の条件を適宜設定することにより、上記
平坦化処理を施した後に低抵抗層を形成する方法を採用
した場合の効果が大きくなる。After the non-doped polysilicon layer 3 is formed, an anodizing tank containing an electrolytic solution comprising a mixture of a 55 wt% aqueous solution of hydrogen fluoride and ethanol in a ratio of about 1: 1 is used. A platinum electrode (not shown) is used as a negative electrode,
By using the n-type silicon substrate 1 (ohmic electrode 2) as a positive electrode and performing anodizing treatment under predetermined conditions while irradiating the polysilicon layer 3 with light, a porous polysilicon layer 4 is formed. The structure as shown in FIG. Here, in the present embodiment, as a condition of the anodic oxidation treatment, the surface of the polysilicon layer 3 is irradiated with light at a constant light power while the current density is reduced during the first predetermined period of the anodic oxidation period and the predetermined period is reduced. By increasing the current density later, the porous polysilicon layer 4 having a shape in which the porous polysilicon layer 4a having a large porosity and the porous polysilicon layer 4a having a small porosity are laminated on the n-type silicon substrate 1 is formed. Has formed. In the anodizing treatment, the current density is kept constant, the power of the light applied to the surface of the polysilicon layer 3 is reduced during the first predetermined period of the anodizing period, and the power of the light is increased after the predetermined period. However, a similar structure can be realized. Alternatively, the low-resistance layer may be provided after performing a planarization process (polishing, etching, or the like) for reducing surface unevenness due to polysilicon grains. In this case, the distance between the low resistance layer serving as a pseudo surface electrode and the conductive substrate becomes uniform, the electric field applied to the strong electric field drift layer 6 becomes more uniform, and the variation in the amount of emitted electrons is reduced. This can prevent a problem that a specific spot becomes bright when applied to a display. The emission current increases as the thickness of the strong electric field drift layer 6 decreases, but the problem due to electric field concentration increases. Therefore, the method of forming the low resistance layer after performing the above-described flattening treatment is particularly effective. Also, when the polysilicon layer 3 is made porous by anodizing treatment, if the thickness to be made porous varies in the plane, the electric field strength in each region of the strong electric field drift layer 6 may vary. Therefore, by appropriately setting the conditions of the anodic oxidation treatment so that the thickness to be made porous becomes substantially uniform in the plane, a method of forming a low-resistance layer after performing the above-mentioned flattening treatment was adopted. The effect in the case becomes large.

【００４６】上述の陽極酸化処理が終了した後、急速熱
酸化技術によって多孔質ポリシリコン層４の急速熱酸化
を行うことにより図２（ｃ）に示す構造が得られる。図
２（ｃ）における６は多孔質ポリシリコン層４を急速熱
酸化によって酸化することにより形成された強電界ドリ
フト層６を示し、強電界ドリフト層６は、上述の低抵抗
層６ａと主ドリフト層６ｂとからなる。ここに、低抵抗
層６ａは多孔度の小さな多孔質ポリシリコン層（低多孔
度層）４ａが急速熱酸化によって酸化されることにより
形成され、主ドリフト層６ｂは多孔度の大きな多孔質ポ
リシリコン層４ｂが急速熱酸化によって酸化されること
により形成される。ここに、本実施形態では、多孔質ポ
リシリコン層４の酸化を急速熱酸化により行っているの
で、数秒で酸化温度まで昇温することが可能であり、通
常の炉心管タイプの酸化装置で問題となる入炉時の巻き
込み酸化を抑制することができる。After the above-described anodic oxidation treatment is completed, the structure shown in FIG. 2C is obtained by performing rapid thermal oxidation of the porous polysilicon layer 4 by rapid thermal oxidation technology. In FIG. 2C, reference numeral 6 denotes a strong electric field drift layer 6 formed by oxidizing the porous polysilicon layer 4 by rapid thermal oxidation. And a layer 6b. Here, the low-resistance layer 6a is formed by oxidizing a porous polysilicon layer (low-porosity layer) 4a having a small porosity by rapid thermal oxidation, and the main drift layer 6b is formed of a porous polysilicon having a large porosity. The layer 4b is formed by being oxidized by rapid thermal oxidation. Here, in this embodiment, since the porous polysilicon layer 4 is oxidized by rapid thermal oxidation, the temperature can be raised to the oxidizing temperature in a few seconds, which is a problem in a normal furnace tube type oxidizing apparatus. Entrapment oxidation at the time of entering the furnace can be suppressed.

【００４７】なお、多孔質ポリシリコン層４の酸化方法
としては、熱酸化法の他に、酸（例えば、希硫酸、希硝
酸、王水などを用いて電気化学的に酸化してもよいし、
酸によって電気化学的に酸化する前に多孔質ポリシリコ
ン層４の極表面が酸化する程度の時間だけ酸化性の溶液
（例えば、硝酸、硫酸、塩酸、過酸化水素水など）に浸
すことにより、シリコン原子を終端している水素原子を
酸素原子に置換してもよいし、酸素とオゾンとの少なく
とも一方を含むガス雰囲気で紫外光を照射して酸化して
もよいし、酸素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス
雰囲気でプラズマにさらすことにより酸化してもよい
し、少なくともオゾンを含むガス雰囲気で加熱を行う
（加熱温度は１００℃〜６００℃の温度範囲で適宜設定
すればよい）ことにより酸化してもよいし、紫外光を照
射するとともに加熱を行う（加熱温度は１００℃〜６０
０℃の温度範囲で適宜設定すればよい）ことにより酸化
してもよいし、酸素とオゾンとの少なくとも一方を含む
ガス雰囲気で紫外光を照射するとともに加熱を行う（加
熱温度は１００℃〜６００℃の温度範囲で適宜設定すれ
ばよい）ことにより酸化してもよいし、これらを組み合
わせるようにしてもよく、熱酸化法以外の方法を採用す
ることにより、比較的低温で多孔質ポリシリコン層４を
酸化することができ、図８にて説明したシリコン酸化膜
５２，６４への不純物の拡散量が少なくなり、絶縁耐圧
が向上する。また、多孔質ポリシリコン層４を酸化する
代わりに、窒化するようにしてよい。The porous polysilicon layer 4 may be oxidized electrochemically using an acid (for example, dilute sulfuric acid, dilute nitric acid, aqua regia, etc.) in addition to the thermal oxidation method. ,
By immersing the porous polysilicon layer 4 in an oxidizing solution (for example, nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrogen peroxide solution, etc.) for a period of time enough to oxidize the extreme surface of the porous polysilicon layer 4 before electrochemically oxidizing with acid, A hydrogen atom terminating a silicon atom may be replaced with an oxygen atom, or may be oxidized by irradiation with ultraviolet light in a gas atmosphere containing at least one of oxygen and ozone, or a mixture of oxygen and ozone. Oxidation may be performed by exposure to plasma in a gas atmosphere containing at least one of them, or heating may be performed in a gas atmosphere containing at least ozone (the heating temperature may be appropriately set in a temperature range of 100 ° C. to 600 ° C.). Oxidation may be performed, or heating may be performed while irradiating ultraviolet light (heating temperature is 100 ° C to 60 ° C).
Oxidation may be performed by appropriately setting the temperature in a temperature range of 0 ° C.), or heating is performed while irradiating with ultraviolet light in a gas atmosphere containing at least one of oxygen and ozone (heating temperature is 100 ° C. to 600 ° C.). (The temperature may be appropriately set in a temperature range of ℃) or a combination thereof. By employing a method other than the thermal oxidation method, the porous polysilicon layer can be formed at a relatively low temperature. 4 can be oxidized, the amount of diffusion of impurities into the silicon oxide films 52 and 64 described with reference to FIG. 8 is reduced, and the withstand voltage is improved. Further, instead of oxidizing the porous polysilicon layer 4, nitriding may be performed.

【００４８】強電界ドリフト層６を形成した後は、強電
界ドリフト層６上に導電性薄膜たる金薄膜７を例えば蒸
着により形成することによって、図２（ｄ）に示す構造
の電界放射型電子源１０が得られる。なお、金薄膜７の
膜厚は特に限定するものではなく、強電界ドリフト層６
を通ってきた電子がトンネルできる膜厚であればよい。
また、本実施形態では、導電性薄膜たる金薄膜７を蒸着
により形成しているが、導電性薄膜の形成方法は蒸着に
限定されるものではなく、例えばスパッタ法を用いても
よい。After the strong electric field drift layer 6 is formed, a gold thin film 7 serving as a conductive thin film is formed on the strong electric field drift layer 6 by, for example, vapor deposition to obtain a field emission type electron having a structure shown in FIG. A source 10 is obtained. The thickness of the gold thin film 7 is not particularly limited.
Any thickness may be used as long as electrons passing therethrough can tunnel.
Further, in the present embodiment, the gold thin film 7 as the conductive thin film is formed by vapor deposition, but the method of forming the conductive thin film is not limited to vapor deposition, and for example, a sputtering method may be used.

【００４９】しかして、上述の製造方法を採用すること
により、多孔質ポリシリコン層４の形成工程において多
孔質シリコン層４の表面部分に多孔度の小さな多孔質ポ
リシリコン層（低抵抗領域）４ａが形成され、多孔質ポ
リシリコン層４を酸化若しくは窒化することにより上記
低抵抗領域４ａが低抵抗層６ａになるから、別途に低抵
抗層６ａを形成するための工程を追加することなしに、
低抵抗層６ａを設けることができ、面内での電子放出量
のばらつきが小さな電界放射型電子源１０を低コストで
実現することができる。By adopting the above-described manufacturing method, a porous polysilicon layer (low resistance region) 4a having a low porosity is formed on the surface of the porous silicon layer 4 in the step of forming the porous polysilicon layer 4. Is formed, and the low-resistance region 4a becomes the low-resistance layer 6a by oxidizing or nitriding the porous polysilicon layer 4. Therefore, without adding a separate process for forming the low-resistance layer 6a,
The low-resistance layer 6a can be provided, and the field emission type electron source 10 having a small variation in the amount of electron emission in the plane can be realized at low cost.

【００５０】また、上述の製造方法で製造された電界放
射型電子源１０は、本願発明者らが特願平１０−２７２
３４０号、特願平１０−２７２３４２号で提案した電界
放射型電子源と同様に、電子放出特性の真空度依存性が
小さく且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安定
して電子を放出することができ、また、導電性基板とし
て単結晶シリコン基板などの半導体基板の他にガラス基
板などに導電性膜（例えば、ＩＴＯ膜）を形成した基板
などを使用することもできるから、スピント型電極に比
べて、電子源の大面積化および低コスト化が可能にな
る。The field emission electron source 10 manufactured by the above-described manufacturing method is disclosed by the present inventors in Japanese Patent Application No. 10-272.
Similar to the field emission type electron source proposed in Japanese Patent Application No. 340 and Japanese Patent Application No. 10-272342, the electron emission characteristics have a small dependence on the degree of vacuum and emit electrons stably without popping phenomenon during electron emission. In addition to a semiconductor substrate such as a single crystal silicon substrate as a conductive substrate, a substrate obtained by forming a conductive film (for example, an ITO film) on a glass substrate or the like can be used. In comparison, the area of the electron source can be increased and the cost can be reduced.

【００５１】次に、本実施形態の電界放射型電子源１０
を利用したディスプレイについて図３を参照しながら説
明する。Next, the field emission type electron source 10 of this embodiment
Will be described with reference to FIG.

【００５２】図３に示すディスプレイは、電界放射型電
子源１０の金薄膜７よりなる表面電極に対向配置される
ガラス基板３３を備え、ガラス基板３３の電界放射型電
子源１０と対向する面にはストライプ状にコレクタ電極
３１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３２がコレクタ電極３１
を覆うように形成されている。ここに、表面電極７はス
トライプ状に形成されている。なお、電界放射型電子源
１０とガラス基板３３との間の空間は真空にしてある。The display shown in FIG. 3 is provided with a glass substrate 33 arranged opposite to the surface electrode made of the gold thin film 7 of the field emission type electron source 10. Is formed with a collector electrode 31 in a stripe shape, and a phosphor layer 32 that emits visible light by an electron beam emitted from the surface electrode 7 is formed on the collector electrode 31.
It is formed so that it may cover. Here, the surface electrode 7 is formed in a stripe shape. The space between the field emission electron source 10 and the glass substrate 33 is evacuated.

【００５３】このディスプレイでは、表面電極７をスト
ライプ状に形成するとともに、コレクタ電極３１を表面
電極７に直交するストライプ状に形成しておき、コレク
タ電極３１および表面電極７を適宜選択して電圧（電
界）を印加することにより、電圧を印加した表面電極７
からのみ電子が放出される。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３１に電圧が印加されている領域から放出
された電子だけが加速され、該コレクタ電極３１を覆う
蛍光体を光らせる。In this display, the surface electrode 7 is formed in a stripe shape, and the collector electrode 31 is formed in a stripe shape orthogonal to the surface electrode 7, and the collector electrode 31 and the surface electrode 7 are appropriately selected and the voltage ( By applying an electric field, the surface electrode 7 to which a voltage is applied
Only electrons are emitted from. In the emitted electrons, only the electrons emitted from the region where the voltage is applied to the opposing collector electrode 31 in the surface electrode 7 from which the electrons are emitted are accelerated, and the phosphor covering the collector electrode 31 is accelerated. Shine.

【００５４】要するに、図３に示す構成のディスプレイ
では、特定の表面電極７と特定のコレクタ電極３１とに
電圧を印加することにより、蛍光体層３２のうち前記電
圧が印加された両電極７，３１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３１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。なお、このディスプレイでは、電界放射型電子源１
０から放出された電子で蛍光体層３２の蛍光体を光らせ
るためには、コレクタ電極３１に高電圧を印加し電子を
加速する必要があり、コレクタ電極３１には、数百Ｖな
いし数ｋＶの高電圧を印加すればよい。In short, in the display having the configuration shown in FIG. 3, by applying a voltage to the specific surface electrode 7 and the specific collector electrode 31, both electrodes 7, 7 of the phosphor layer 32 to which the voltage is applied are applied. The portion corresponding to the area where 31 intersects can be illuminated. By appropriately switching the surface electrode 7 and the collector electrode 31 to which a voltage is applied, images, characters, and the like can be displayed. In this display, the field emission type electron source 1
In order to illuminate the phosphor of the phosphor layer 32 with electrons emitted from 0, it is necessary to apply a high voltage to the collector electrode 31 to accelerate the electrons, and the collector electrode 31 has a voltage of several hundred V to several kV. What is necessary is just to apply a high voltage.

【００５５】（実施例）実施形態１にて図２を参照しな
がら説明した電界放射型電子源１０の製造方法で以下の
条件により図１の電界放射型電子源１０を作成した。(Example) The field emission type electron source 10 of FIG. 1 was produced by the method of manufacturing the field emission type electron source 10 described in Embodiment 1 with reference to FIG. 2 under the following conditions.

【００５６】ｎ形シリコン基板１としては、抵抗率が
０．０１〜０．０２Ωｃｍ、厚さが５２５μｍの（１０
０）基板を用いた。ポリシリコン層３（図２（ａ）参
照）の成膜は、ＬＰＣＶＤ法により行い、成膜条件は、
真空度を２０Ｐａ、基板温度を６４０℃、モノシランガ
スの流量を６００ｓｃｃｍとした。The n-type silicon substrate 1 has a resistivity of 0.01 to 0.02 Ωcm and a thickness of 525 μm (10
0) A substrate was used. The polysilicon layer 3 (see FIG. 2A) is formed by an LPCVD method.
The degree of vacuum was 20 Pa, the substrate temperature was 640 ° C., and the flow rate of the monosilane gas was 600 sccm.

【００５７】陽極酸化では電解液として、５５ｗｔ％の
フッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した
電解液を用いた。陽極酸化は、ポリシリコン層３のうち
表面の直径１０ｍｍの領域のみが電解液に触れるように
し、他の部分は電解液に接触しないようにシールを行
い、電解液中に白金電極を浸し、５００Ｗのタングステ
ンランプを用いてポリシリコン層３に一定の光パワーで
光照射を行いながら、白金電極を負極、ｎ形シリコン基
板１（オーミック電極２）を正極として所定の電流を流
した。ここに、陽極酸化期間における電流密度は、最初
の４秒間は３ｍＡ／ｃｍ2で一定とし、その後の１０秒
間は３０ｍＡ／ｃｍ2で一定とした。なお、多孔質ポリ
シリコン層４（図２（ｂ）参照）の多孔度は陽極酸化時
の電流の大きさによって決まるので、多孔質ポリシリコ
ン層４のうち表面側の多孔質ポリシリコン層４ａの方が
ｎ形シリコン基板１側の多孔質ポリシリコン層４ｂより
も多孔度が小さくなる。In the anodic oxidation, an electrolytic solution obtained by mixing a 55 wt% aqueous solution of hydrogen fluoride and ethanol at a ratio of about 1: 1 was used. The anodic oxidation is performed such that only the surface area of the polysilicon layer 3 having a diameter of 10 mm is in contact with the electrolytic solution, the other portions are sealed so as not to contact the electrolytic solution, and the platinum electrode is immersed in the electrolytic solution. While irradiating the polysilicon layer 3 with a constant light power using the tungsten lamp described above, a predetermined current was passed using the platinum electrode as the negative electrode and the n-type silicon substrate 1 (the ohmic electrode 2) as the positive electrode. Here, the current density in the anodic oxidation period, the first four seconds was fixed at 3mA / cm 2, the subsequent 10 seconds was fixed at 30 mA / cm 2. Since the porosity of the porous polysilicon layer 4 (see FIG. 2B) is determined by the magnitude of the current at the time of anodic oxidation, of the porous polysilicon layer 4a on the surface side of the porous polysilicon layer 4, The porosity is smaller than that of the porous polysilicon layer 4b on the n-type silicon substrate 1 side.

【００５８】多孔質ポリシリコン層４を急速熱酸化する
条件は、酸素ガスの流量を３００ｓｃｃｍ、酸化温度を
９００℃、酸化時間を１時間とした。また、金薄膜７は
蒸着法によって形成し、厚さを１５ｎｍとした。The conditions for rapid thermal oxidation of the porous polysilicon layer 4 were as follows: the flow rate of oxygen gas was 300 sccm, the oxidation temperature was 900 ° C., and the oxidation time was 1 hour. The gold thin film 7 was formed by a vapor deposition method, and had a thickness of 15 nm.

【００５９】本実施例の電界放射型電子源１０を真空チ
ャンバ（図示せず）内に導入して、図４に示すように金
薄膜７と対向する位置にコレクタ電極２１（放射電子収
集電極）を配置し、真空チャンバ内の真空度を５×１０
-5Ｐａとして、金薄膜７（正極）とオーミック電極２
（負極）との間に２０Ｖの直流電圧Ｖpsを印加するとと
もに、コレクタ電極２１と金薄膜７との間に１００Ｖの
直流電圧Ｖｃを印加することによって、金薄膜７とオー
ミック電極２との間に流れるダイオード電流Ｉpsと、電
界放射型電子源１０から金薄膜７を通して放射される電
子ｅ-（なお、図４中の一点鎖線は放射電子流を示す）
によりコレクタ電極２１と金薄膜７との間に流れる放出
電子電流Ｉｅとを測定した。その結果、金薄膜７からコ
レクタ電極２１に向かって電子が放出されるのを観測す
ることができた。The field emission type electron source 10 of this embodiment is introduced into a vacuum chamber (not shown), and a collector electrode 21 (radiation electron collection electrode) is provided at a position facing the gold thin film 7 as shown in FIG. And set the degree of vacuum in the vacuum chamber to 5 × 10
-5 Pa, gold thin film 7 (positive electrode) and ohmic electrode 2
(Negative electrode) and a DC voltage Vps of 20 V, and a DC voltage Vc of 100 V is applied between the collector electrode 21 and the gold thin film 7, so that a voltage between the gold thin film 7 and the ohmic electrode 2 is increased. a diode current Ips flowing electrons emitted from the field emission electron source 10 through the thin gold film 7 e - (alternate long and short dash line in FIG. 4 shows the emission electron current)
The emission electron current Ie flowing between the collector electrode 21 and the gold thin film 7 was measured. As a result, emission of electrons from the gold thin film 7 toward the collector electrode 21 could be observed.

【００６０】また、本実施例の電界放射型電子源１０の
金薄膜７に対向して、金薄膜７との対向面側にコレクタ
電極およびコレクタ電極を覆う蛍光体層が設けられたガ
ラス基板を設置して、コレクタ電極と金薄膜７との間に
５００Ｖの直流電圧（コレクタ電極側を正極、金薄膜７
側を負極とした直流電圧）を印加すると、金薄膜７の形
状に対応して蛍光体層が発光するのを観測することがで
きた。一方、比較例として陽極酸化時の電流密度を３０
ｍＡ／ｃｍ2で一定（陽極酸化時間は１０秒）として他
の工程の条件を同じにした電子源においても、金薄膜７
の形状に対応して蛍光体層が発光するのを観測すること
ができたが、発光領域の中に、スポット的に明るく発光
する部分が見られ、このスポットの数は、金薄膜７とオ
ーミック電極２との間に印加する直流電圧（金薄膜７側
を正極、オーミック電極２側を負極とする直流電圧）を
高くするほど増加した。これに対し、本実施例の電界放
射型電子源１０では、このようなスポット的な発光は全
く見られなかった。Further, a glass substrate provided with a collector electrode and a phosphor layer covering the collector electrode on the side opposite to the gold thin film 7 of the field emission type electron source 10 of this embodiment is provided. A DC voltage of 500 V is applied between the collector electrode and the gold thin film 7 (the collector electrode side is a positive electrode, the gold thin film 7
When a DC voltage with the negative side applied) was applied, it was observed that the phosphor layer emitted light corresponding to the shape of the gold thin film 7. On the other hand, as a comparative example, the current density during anodic oxidation was 30
In the case of an electron source in which the conditions of the other steps were the same with the constant value of mA / cm 2 (anodizing time was 10 seconds), the gold thin film 7
It was observed that the phosphor layer emits light corresponding to the shape of the light emitting element. However, in the light emitting region, a portion that emits light brightly as a spot is seen. It increased as the DC voltage applied between the electrodes 2 (the DC voltage with the gold thin film 7 side as the positive electrode and the ohmic electrode 2 side as the negative electrode) was increased. On the other hand, in the field emission type electron source 10 of the present embodiment, such spot-like light emission was not observed at all.

【００６１】（実施形態２）本実施形態の電界放射型電
子源の基本構成は実施形態１と略同じであって、図１に
おける電界ドリフト層６の表面部分に設けられた低抵抗
層６ａが、多孔質ポリシリコン層４の表面部分を再結晶
化した再結晶層を酸化（若しくは窒化）することにより
形成されている点に特徴がある。(Embodiment 2) The basic configuration of the field emission type electron source of this embodiment is substantially the same as that of Embodiment 1, and the low resistance layer 6a provided on the surface portion of the electric field drift layer 6 in FIG. It is characterized in that it is formed by oxidizing (or nitriding) a recrystallized layer obtained by recrystallizing the surface portion of the porous polysilicon layer 4.

【００６２】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
においても実施形態１と同様の効果が得られ、さらに、
上記低抵抗層６ａが、多孔質ポリシリコン層４の表面部
分が再結晶化された再結晶層よりなるので、強電界ドリ
フト層６表面の凹凸が少なくなり、強電界ドリフト層６
表面の凸部の先端や凹部の底への電界集中が抑えられ、
ディスプレイなどに応用した場合に画面の特定のスポッ
トのみが明るくなるのを防ぐことができ、画面の明るさ
の面内ばらつきが小さくなる。Thus, the same effect as in the first embodiment can be obtained in the field emission type electron source of the present embodiment.
Since the low resistance layer 6a is made of a recrystallized layer in which the surface portion of the porous polysilicon layer 4 is recrystallized, unevenness on the surface of the strong electric field drift layer 6 is reduced, and
Electric field concentration on the tip of the convex part on the surface and the bottom of the concave part is suppressed,
When applied to a display or the like, it is possible to prevent only a specific spot on the screen from becoming bright, and the in-plane variation of the brightness of the screen is reduced.

【００６３】以下、本実施形態の電界放射型電子源１０
の製造方法について図５を参照しながら説明するが、実
施形態１の製造方法と略同じなので、実施形態１と同様
の構成要素には同一の符号を付して簡単に説明する。Hereinafter, the field emission type electron source 10 of this embodiment will be described.
5 will be described with reference to FIG. 5. However, since the manufacturing method is substantially the same as that of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and will be simply described.

【００６４】すなわち、本実施形態では、導電性基板た
るｎ形シリコン基板１の裏面にオーミック電極２を形成
した後、ｎ形シリコン基板１の表面上にポリシリコン層
３を形成することにより図５（ａ）に示す構造が得られ
る。その後、ポリシリコン層３を陽極酸化にて多孔質化
して多孔質ポリシリコン層４を形成することによって図
５（ｂ）に示す構造が得られる。ここに、本実施形態で
は、陽極酸化時の電流密度および光パワーを一定として
いるので、多孔質ポリシリコン層４は厚み方向における
多孔度が一様となる。That is, in the present embodiment, the ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 1 serving as the conductive substrate, and then the polysilicon layer 3 is formed on the surface of the n-type silicon substrate 1 as shown in FIG. The structure shown in (a) is obtained. Thereafter, the polysilicon layer 3 is made porous by anodic oxidation to form a porous polysilicon layer 4, whereby the structure shown in FIG. 5B is obtained. Here, in the present embodiment, since the current density and the optical power at the time of anodic oxidation are constant, the porosity of the porous polysilicon layer 4 in the thickness direction is uniform.

【００６５】多孔質ポリシリコン層４の形成後は、多孔
質ポリシリコン層４の表面部分をレーザアニール法によ
って再結晶化した後に多孔質ポリシリコン層４を酸化
（若しくは窒化）することにより低抵抗層６ａが設けら
れた強電界ドリフト層６が形成され図５（ｃ）に示す構
造が得られる。なお、多孔質ポリシリコン層４の表面部
分をレーザアニール法にて再結晶化するには、多孔質ポ
リシリコン層４の表面に、例えばアルゴンレーザやエキ
シマレーザを照射すればよい。After the formation of the porous polysilicon layer 4, the surface portion of the porous polysilicon layer 4 is recrystallized by a laser annealing method, and then the porous polysilicon layer 4 is oxidized (or nitrided) to reduce the resistance. The strong electric field drift layer 6 provided with the layer 6a is formed, and the structure shown in FIG. 5C is obtained. In order to recrystallize the surface of the porous polysilicon layer 4 by laser annealing, the surface of the porous polysilicon layer 4 may be irradiated with, for example, an argon laser or an excimer laser.

【００６６】強電界ドリフト層６を形成した後、強電界
ドリフト層６上（つまり、低抵抗層６ａ上）に導電性薄
膜たる金薄膜７を形成することにより、図５（ｄ）に示
す構造の電界放射型電子源１０が得られる。After the strong electric field drift layer 6 is formed, a gold thin film 7 which is a conductive thin film is formed on the strong electric field drift layer 6 (that is, on the low resistance layer 6a) to obtain a structure shown in FIG. Is obtained.

【００６７】陽極酸化後の多孔質ポリシリコン層表面
に、アルゴンレーザやエキシマレーザを照射することに
より、多孔質ポリシリコン層の表面のみを再結晶化す
る。By irradiating the surface of the porous polysilicon layer after anodic oxidation with an argon laser or an excimer laser, only the surface of the porous polysilicon layer is recrystallized.

【００６８】しかして、本実施形態では、多孔質ポリシ
リコン層４をレーザアニール法によって再結晶化した表
面部分が低抵抗層６ａになるから、比較的簡単に低抵抗
層６ａを設けることができ、面内での電子放出量のばら
つきが小さな電界放射型電子源１０を低コストで実現す
ることができる。In the present embodiment, however, the surface portion of the porous polysilicon layer 4 recrystallized by the laser annealing method becomes the low resistance layer 6a, so that the low resistance layer 6a can be provided relatively easily. The field emission type electron source 10 having a small variation in the amount of emitted electrons in the plane can be realized at low cost.

【００６９】（実施形態３）本実施形態の電界放射型電
子源の基本構成は実施形態１と略同じであって、図１に
おける低抵抗層６ａが、多孔質ポリシリコン層４の表面
側から不純物（例えば、リン、ホウ素など）がイオン注
入された不純物導入層を酸化（若しくは窒化する）する
ことにより形成されている点に特徴がある。(Embodiment 3) The basic configuration of a field emission type electron source of this embodiment is substantially the same as that of Embodiment 1, and the low resistance layer 6a in FIG. It is characterized in that impurities (for example, phosphorus, boron, etc.) are formed by oxidizing (or nitriding) an impurity-implanted layer into which ions have been implanted.

【００７０】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
１０においても実施形態１と同様の効果が得られ、さら
に、上記低抵抗層６ａが、多孔質ポリシリコン層４の表
面側から不純物がイオン注入された不純物導入層よりな
るので、低抵抗層６ａの不純物の濃度や分布の制御が容
易になる。Thus, the same effect as that of the first embodiment can be obtained in the field emission type electron source 10 of the present embodiment. Further, the low resistance layer 6 a is formed by removing impurities from the surface of the porous polysilicon layer 4. Since it is formed of the ion-implanted impurity introduction layer, it is easy to control the concentration and distribution of the impurity in the low-resistance layer 6a.

【００７１】本実施形態の電界放射型電子源の製造方法
は実施形態２と略同じであって、多孔質ポリシリコン層
４（図５（ｂ）参照）の形成後に、多孔質ポリシリコン
層４の表面側からイオン注入法によって不純物をイオン
注入した後に多孔質ポリシリコン層４を酸化（若しくは
窒化）することにより低抵抗層６ａが設けられた強電界
ドリフト６を形成している点が相違するだけである。The method of manufacturing the field emission type electron source of the present embodiment is substantially the same as that of the second embodiment. After the formation of the porous polysilicon layer 4 (see FIG. 5B), Is different from the above in that a strong electric field drift 6 provided with a low resistance layer 6a is formed by oxidizing (or nitriding) the porous polysilicon layer 4 after ion implantation of impurities from the surface side of the substrate by ion implantation. Only.

【００７２】しかして、本実施形態では、イオン注入後
に多孔質ポリシリコン層４を酸化（若しくは窒化）する
ことにより表面部分が低抵抗層６ａになるから、低抵抗
層６ａを制御性よく設けることができ、面内での電子放
出量のばらつきが小さな電界放射型電子源１０を低コス
トで実現することができる。In the present embodiment, however, the surface portion becomes the low-resistance layer 6a by oxidizing (or nitriding) the porous polysilicon layer 4 after ion implantation. Therefore, it is necessary to provide the low-resistance layer 6a with good controllability. Thus, the field emission type electron source 10 having a small variation in the amount of electron emission in the plane can be realized at low cost.

【００７３】（実施形態４）本実施形態の電界放射型電
子源の基本構成は実施形態１と略同じであって、図１に
おける低抵抗層６ａが、多孔質ポリシリコン層４の表面
から不純物（例えば、リン、ホウ素など）が拡散法によ
り拡散された拡散層を酸化（若しくは窒化する）するこ
とにより形成されている点に特徴がある。(Embodiment 4) The basic configuration of the field emission type electron source of this embodiment is substantially the same as that of Embodiment 1, and the low resistance layer 6a in FIG. (Eg, phosphorus, boron, etc.) is formed by oxidizing (or nitriding) a diffusion layer diffused by a diffusion method.

【００７４】しかして、本実施形態の電界放射型電子源
１０においても実施形態１と同様の効果が得られ、さら
に、上記低抵抗層６ａが、多孔質ポリシリコン層４の表
面から不純物を拡散させた拡散層よりなるので、不純物
をイオン注入により注入する場合に比べて大面積化に容
易に対応することができる。Thus, the same effect as that of the first embodiment can be obtained in the field emission type electron source 10 of the present embodiment. Further, the low resistance layer 6 a diffuses impurities from the surface of the porous polysilicon layer 4. Since the diffusion layer is formed, it is possible to easily cope with an increase in area as compared with a case where impurities are implanted by ion implantation.

【００７５】本実施形態の電界放射型電子源の製造方法
は実施形態２と略同じであって、多孔質ポリシリコン層
４（図５（ｂ）参照）の形成後に、多孔質ポリシリコン
層４の表面から拡散法によって不純物を拡散させた後に
多孔質ポリシリコン層４を酸化（若しくは窒化）するこ
とにより低抵抗層６ａが設けられた強電界ドリフト６を
形成している点が相違するだけである。The method of manufacturing the field emission type electron source of this embodiment is substantially the same as that of the second embodiment. After the formation of the porous polysilicon layer 4 (see FIG. 5B), The only difference is that a strong electric field drift 6 provided with a low resistance layer 6a is formed by oxidizing (or nitriding) the porous polysilicon layer 4 after diffusing impurities from the surface by a diffusion method. is there.

【００７６】しかして、本実施形態では、拡散後に多孔
質ポリシリコン層４を酸化（若しくは窒化）することに
より表面部分が低抵抗層６ａになるから、低抵抗層６ａ
を比較的簡単に大面積に設けることができ、面内での電
子放出量のばらつきが小さな電界放射型電子源１０を低
コストで実現することができる。In the present embodiment, however, the porous polysilicon layer 4 is oxidized (or nitrided) after diffusion, so that the surface portion becomes the low-resistance layer 6a.
Can be relatively easily provided over a large area, and the field emission type electron source 10 having a small variation in the amount of electron emission in the plane can be realized at low cost.

【００７７】[0077]

【発明の効果】請求項１の発明は、導電性基板と、導電
性基板の一表面側に形成された酸化若しくは窒化された
多孔質半導体層よりな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とを備え、導電性薄
膜を導電性基板に対して正極として電圧を印加すること
により導電性基板から注入された電子が強電界ドリフト
層をドリフトし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、強電界ドリフト層は、厚み方向にお
ける導電性薄膜側の表面部分に他の部分に比べて抵抗の
小さな低抵抗層が所定厚さで設けられているので、強電
界ドリフト層と導電性薄膜との間に接触している部分と
接触していない部分とがあっても、強電界ドリフト層の
表面部分に低抵抗層が設けられていることにより低抵抗
層が擬似的な電極として機能し強電界ドリフト層の表面
部分が面内でほぼ等電位となって、強電界ドリフト層内
部に面内で均一に電界がかかるから、面内での電子放出
量のばらつきが抑えられ、ディスプレイなどに応用した
場合も、画面の面内の明るさのばらつきが小さくなると
いう効果がある。According to the first aspect of the present invention, there is provided a conductive substrate, a strong electric field drift layer formed of an oxidized or nitrided porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate, and The electron injected from the conductive substrate drifts through the strong electric field drift layer and is emitted through the conductive thin film by applying a voltage with the conductive thin film as a positive electrode with respect to the conductive substrate. In the field emission type electron source, the strong electric field drift layer is provided with a low-resistance layer having a smaller resistance than the other portion at a predetermined thickness on the surface portion on the conductive thin film side in the thickness direction. Even if there is a part that is in contact between the strong electric field drift layer and the conductive thin film and a part that is not in contact, the low resistance layer is provided on the surface Layers with pseudo electrodes And the surface portion of the strong electric field drift layer becomes almost equipotential in the plane, and an electric field is uniformly applied in the plane inside the strong electric field drift layer, so that the variation in the amount of electron emission in the plane is suppressed. Also, when the present invention is applied to a display or the like, there is an effect that variation in brightness in the screen is reduced.

【００７８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記多孔質半導体層は、多孔質ポリシリコンよりな
り、上記低抵抗層の厚さは、当該低抵抗層中の電子の平
均自由行程よりも小さく設定されているので、低抵抗層
を設けたことによる電子放出効率の低下を抑制すること
ができるという効果がある。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the porous semiconductor layer is made of porous polysilicon, and the thickness of the low-resistance layer is such that the mean free electron in the low-resistance layer is free of charge. Since the distance is set to be smaller than the process, there is an effect that a decrease in the electron emission efficiency due to the provision of the low resistance layer can be suppressed.

【００７９】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、上記多孔質半導体層は、多孔質ポリシリコンよりな
り、上記低抵抗層は、上記他の部分に比べて多孔度の小
さな低多孔度層よりなるので、強電界ドリフト層表面の
凹凸が少なくなり、強電界ドリフト層表面の凸部の先端
や凹部の底への電界集中が抑えられ、ディスプレイなど
に応用した場合に画面の特定のスポットのみが明るくな
るのを防ぐことができ、画面の明るさの面内ばらつきが
小さくなるという効果がある。According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the porous semiconductor layer is made of porous polysilicon, and the low-resistance layer has a low porosity smaller than the other portions. Layer, the unevenness on the surface of the strong electric field drift layer is reduced, and the electric field concentration on the tip of the convex portion or the bottom of the concave portion on the surface of the strong electric field drift layer is suppressed. It is possible to prevent only the spots from becoming bright, and there is an effect that the in-plane variation of the brightness of the screen is reduced.

【００８０】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、上記多孔質半導体層は、多孔質ポリシリコンよりな
り、上記低抵抗層は、多孔質ポリシリコン層の表面部分
が再結晶化された再結晶層よりなるので、強電界ドリフ
ト層表面の凹凸が少なくなり、強電界ドリフト層表面の
凸部の先端や凹部の底への電界集中が抑えられ、ディス
プレイなどに応用した場合に画面の特定のスポットのみ
が明るくなるのを防ぐことができ、画面の明るさの面内
ばらつきが小さくなるという効果がある。According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the porous semiconductor layer is made of porous polysilicon, and the low-resistance layer is formed by recrystallizing a surface portion of the porous polysilicon layer. Because of the recrystallized layer, the unevenness on the surface of the strong electric field drift layer is reduced, and the electric field concentration on the tip of the convex portion or the bottom of the concave portion on the surface of the strong electric field drift layer is suppressed. It is possible to prevent only a specific spot from becoming brighter, and there is an effect that in-plane variation in screen brightness is reduced.

【００８１】請求項５の発明は、請求項１の発明におい
て、上記低抵抗層は、多孔質ポリシリコン層の表面側か
ら不純物がイオン注入された不純物導入層よりなるの
で、低抵抗層の不純物の濃度や分布の制御が容易になる
という効果がある。According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the low-resistance layer is formed of an impurity-doped layer in which impurities are ion-implanted from the surface of the porous polysilicon layer. This has the effect that the control of the concentration and distribution of is easy.

【００８２】請求項６の発明は、請求項１の発明におい
て、上記低抵抗層は、多孔質ポリシリコン層の表面から
不純物を拡散させた拡散層よりなるので、不純物をイオ
ン注入により注入する場合に比べて大面積化に容易に対
応することができるという効果がある。According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the low resistance layer is formed of a diffusion layer in which impurities are diffused from the surface of a porous polysilicon layer. There is an effect that it is possible to easily cope with an increase in area as compared with the case of

【００８３】請求項７の発明は、請求項３記載の電界放
射型電子源の製造方法であって、導電性基板上にポリシ
リコン層を形成した後、ポリシリコン層を厚み方向にお
いて導電性基板と反対側の表面部分の多孔度が他の部分
の多孔度に比べて小さくなるように多孔質化することに
より多孔質ポリシリコン層を形成し、その後、多孔質ポ
リシリコン層を酸化若しくは窒化することにより上記低
抵抗層が設けられた強電界ドリフト層を形成し、次い
で、強電界ドリフト層上に導電性薄膜を形成するので、
多孔質ポリシリコン層の形成工程において多孔質シリコ
ン層の表面部分に多孔度の小さな低抵抗領域が形成さ
れ、多孔質ポリシリコン層を酸化若しくは窒化すること
により上記低抵抗領域が低抵抗層になるから、別途に低
抵抗層を形成するための工程を追加することなしに、低
抵抗層を設けることができ、面内での電子放出量のばら
つきが小さな電界放射型電子源を低コストで実現するこ
とができるという効果がある。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing a field emission type electron source according to the third aspect, wherein the polysilicon layer is formed on the conductive substrate and then the polysilicon layer is formed in the thickness direction. A porous polysilicon layer is formed by making the surface porous on the opposite side to have a smaller porosity than the other portions, and then the porous polysilicon layer is oxidized or nitrided. By forming a strong electric field drift layer provided with the low resistance layer, and then forming a conductive thin film on the strong electric field drift layer,
In the step of forming the porous polysilicon layer, a low-resistance region having small porosity is formed on the surface portion of the porous silicon layer, and the low-resistance region becomes a low-resistance layer by oxidizing or nitriding the porous polysilicon layer. Therefore, a low-resistance layer can be provided without adding a separate step of forming a low-resistance layer, and a field-emission electron source with small in-plane variation in the amount of electron emission is realized at low cost. There is an effect that can be.

【００８４】請求項８の発明は、請求項７の発明におい
て、上記ポリシリコン層の多孔質化を陽極酸化により行
い、該陽極酸化を行う際に、陽極酸化期間のうちの最初
の所定期間は電流密度を小さくし所定期間後に電流密度
を大きくするので、電流密度を制御することにより低抵
抗層の抵抗を制御することができるという効果がある。According to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect of the present invention, the polysilicon layer is made porous by anodic oxidation. Since the current density is reduced and the current density is increased after a predetermined period, there is an effect that the resistance of the low-resistance layer can be controlled by controlling the current density.

【００８５】請求項９の発明は、請求項７の発明におい
て、上記ポリシリコン層の多孔質化を陽極酸化により行
い、該陽極酸化を行う際に、陽極酸化期間のうちの最初
の所定期間はポリシリコン層の表面に照射する光のパワ
ーを小さくし所定期間後に光のパワーを大きくするの
で、ポリシリコン層の表面に照射する光のパワーを制御
することにより低抵抗層の抵抗を制御することができる
という効果がある。According to a ninth aspect of the present invention, in the seventh aspect of the present invention, the polysilicon layer is made porous by anodic oxidation. Since the power of light applied to the surface of the polysilicon layer is reduced and the power of light is increased after a predetermined period, the resistance of the low-resistance layer is controlled by controlling the power of light applied to the surface of the polysilicon layer. There is an effect that can be.

【００８６】請求項１０の発明は、請求項４記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、導電性基板上にポリ
シリコン層を形成した後、ポリシリコン層を多孔質化す
ることにより多孔質ポリシリコン層を形成し、その後、
多孔質ポリシリコン層の表面部分をレーザアニール法に
よって再結晶化した後に多孔質ポリシリコン層を酸化若
しくは窒化することにより上記低抵抗層が設けられた強
電界ドリフト層を形成し、次いで、強電界ドリフト層上
に導電性薄膜を形成するので、多孔質ポリシリコン層を
酸化若しくは窒化することによりレーザアニール法によ
って再結晶化した表面部分が低抵抗層になるから、比較
的簡単に低抵抗層を設けることができ、面内での電子放
出量のばらつきが小さな電界放射型電子源を低コストで
実現することができるという効果がある。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a field emission type electron source according to the fourth aspect, wherein a polysilicon layer is formed on a conductive substrate and then the polysilicon layer is made porous. Form a porous polysilicon layer, then
After recrystallizing a surface portion of the porous polysilicon layer by a laser annealing method, the porous polysilicon layer is oxidized or nitrided to form a strong electric field drift layer provided with the low-resistance layer. Since a conductive thin film is formed on the drift layer, the surface portion recrystallized by the laser annealing method by oxidizing or nitriding the porous polysilicon layer becomes a low-resistance layer. Thus, there is an effect that a field emission electron source having a small variation in the amount of electron emission in a plane can be realized at low cost.

【００８７】請求項１１の発明は、請求項５記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、導電性基板上にポリ
シリコン層を形成した後、ポリシリコン層を多孔質化す
ることにより多孔質ポリシリコン層を形成し、その後、
多孔質ポリシリコン層の表面側からイオン注入法によっ
て不純物をイオン注入した後に多孔質ポリシリコン層を
酸化若しくは窒化することにより上記低抵抗層が設けら
れた強電界ドリフト層を形成し、次いで、強電界ドリフ
ト層上に導電性薄膜を形成するので、多孔質ポリシリコ
ン層を酸化若しくは窒化することにより表面部分が低抵
抗層になるから、低抵抗層を制御性よく設けることがで
き、面内での電子放出量のばらつきが小さな電界放射型
電子源を低コストで実現することができるという効果が
ある。According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a field emission type electron source according to the fifth aspect, wherein a polysilicon layer is formed on a conductive substrate, and then the polysilicon layer is made porous. Form a porous polysilicon layer, then
After the impurity is ion-implanted from the surface side of the porous polysilicon layer by ion implantation, the porous polysilicon layer is oxidized or nitrided to form a strong electric field drift layer provided with the low-resistance layer. Since a conductive thin film is formed on the electric field drift layer, the surface portion becomes a low-resistance layer by oxidizing or nitriding the porous polysilicon layer. Therefore, the low-resistance layer can be provided with good controllability. There is an effect that a field emission type electron source having a small variation in the amount of emitted electrons can be realized at low cost.

【００８８】請求項１２の発明は、請求項６記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、導電性基板上にポリ
シリコン層を形成した後、ポリシリコン層を多孔質化す
ることにより多孔質ポリシリコン層を形成し、その後、
多孔質ポリシリコン層の表面から熱拡散法によって不純
物を拡散した後に多孔質ポリシリコン層を酸化若しくは
窒化することにより上記低抵抗層が設けられた強電界ド
リフト層を形成し、強電界ドリフト層上に導電性薄膜を
形成するので、多孔質ポリシリコン層を酸化若しくは窒
化することにより表面部分が低抵抗層になるから、低抵
抗層を比較的簡単に大面積に設けることができ、面内で
の電子放出量のばらつきが小さな電界放射型電子源を低
コストで実現することができるという効果がある。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a field emission type electron source according to the sixth aspect, wherein a polysilicon layer is formed on a conductive substrate, and then the polysilicon layer is made porous. Form a porous polysilicon layer, then
After diffusing impurities from the surface of the porous polysilicon layer by a thermal diffusion method, the porous polysilicon layer is oxidized or nitrided to form a strong electric field drift layer provided with the low-resistance layer. Since the conductive thin film is formed on the surface, the surface portion becomes a low-resistance layer by oxidizing or nitriding the porous polysilicon layer, so that the low-resistance layer can be relatively easily provided over a large area, and There is an effect that a field emission type electron source having a small variation in the amount of emitted electrons can be realized at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】実施形態１を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment.

【図２】同上の製造プロセスを説明するための主要工程
断面図である。FIG. 2 is a main process sectional view for explaining the manufacturing process of the above.

【図３】同上を応用したディスプレイの概略説明図であ
る。FIG. 3 is a schematic explanatory view of a display to which the above is applied.

【図４】実施例の放射電子の測定原理の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a principle of measuring emitted electrons according to the embodiment.

【図５】実施形態２の製造プロセスを説明するための主
要工程断面図である。FIG. 5 is a main process sectional view for explaining the manufacturing process of the second embodiment.

【図６】従来例を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a conventional example.

【図７】同上の動作説明図である。FIG. 7 is an operation explanatory diagram of the above.

【図８】同上の原理説明図である。FIG. 8 is a diagram illustrating the principle of the above.

【図９】他の従来例を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing another conventional example.

【図１０】同上の動作説明図である。FIG. 10 is an operation explanatory view of the above.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ｎ形シリコン基板 ２ オーミック電極 ６ 強電界ドリフト層 ６ａ 低抵抗層 ７ 金薄膜 １０ 電界放射型電子源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 N-type silicon substrate 2 Ohmic electrode 6 Strong electric field drift layer 6a Low resistance layer 7 Gold thin film 10 Field emission type electron source

フロントページの続き (72)発明者 菰田 卓哉 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 相澤 浩一 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 越田 信義 東京都小平市上水本町６−５−10−203Continuing on the front page (72) Inventor Takuya Komoda 1048 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Works Co., Ltd. Nobuyoshi Koshida 6-5-10-203, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 導電性基板と、導電性基板の一表面側に
形成された酸化若しくは窒化された多孔質半導体層より
なる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成さ
れた導電性薄膜とを備え、導電性薄膜を導電性基板に対
して正極として電圧を印加することにより導電性基板か
ら注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし導電
性薄膜を通して放出される電界放射型電子源であって、
強電界ドリフト層は、厚み方向における導電性薄膜側の
表面部分に他の部分に比べて抵抗の小さな低抵抗層が所
定厚さで設けられて成ることを特徴とする電界放射型電
子源。1. A conductive substrate, a strong electric field drift layer made of an oxidized or nitrided porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate, and a conductive thin film formed on the strong electric field drift layer A field emission type electron source in which electrons injected from the conductive substrate are drifted through the strong electric field drift layer and emitted through the conductive thin film by applying a voltage with the conductive thin film as a positive electrode with respect to the conductive substrate. And
A field emission type electron source characterized in that the strong electric field drift layer is provided with a low-resistance layer having a smaller resistance than other portions in a predetermined thickness on a surface portion on a conductive thin film side in a thickness direction. 【請求項２】 上記多孔質半導体層は、多孔質ポリシリ
コンよりなり、上記低抵抗層の厚さは、当該低抵抗層中
の電子の平均自由行程よりも小さく設定されてなること
を特徴とする請求項１記載の電界放射型電子源。2. The method according to claim 1, wherein the porous semiconductor layer is made of porous polysilicon, and the thickness of the low resistance layer is set smaller than the mean free path of electrons in the low resistance layer. The field emission type electron source according to claim 1. 【請求項３】 上記多孔質半導体層は、多孔質ポリシリ
コンよりなり、上記低抵抗層は、上記他の部分に比べて
多孔度の小さな低多孔度層よりなることを特徴とする請
求項１記載の電界放射型電子源。3. The method according to claim 1, wherein the porous semiconductor layer is made of porous polysilicon, and the low resistance layer is made of a low porosity layer having a smaller porosity than the other portions. The field emission type electron source according to the above. 【請求項４】 上記多孔質半導体層は、多孔質ポリシリ
コンよりなり、上記低抵抗層は、多孔質ポリシリコン層
の表面部分が再結晶化された再結晶層よりなることを特
徴とする請求項１記載の電界放射型電子源。4. The method according to claim 1, wherein the porous semiconductor layer is made of porous polysilicon, and the low resistance layer is made of a recrystallized layer in which a surface portion of the porous polysilicon layer is recrystallized. Item 2. A field emission electron source according to Item 1. 【請求項５】 上記低抵抗層は、多孔質ポリシリコン層
の表面側から不純物がイオン注入された不純物導入層よ
りなることを特徴とする請求項１記載の電界放射型電子
源。5. The field emission type electron source according to claim 1, wherein said low resistance layer comprises an impurity-introduced layer into which impurities are ion-implanted from the surface side of the porous polysilicon layer. 【請求項６】 上記低抵抗層は、多孔質ポリシリコン層
の表面から不純物を拡散させた拡散層よりなることを特
徴とする請求項１記載の電界放射型電子源。6. The field emission type electron source according to claim 1, wherein said low resistance layer comprises a diffusion layer obtained by diffusing impurities from a surface of a porous polysilicon layer. 【請求項７】 請求項３記載の電界放射型電子源の製造
方法であって、導電性基板上にポリシリコン層を形成し
た後、ポリシリコン層を厚み方向において導電性基板と
反対側の表面部分の多孔度が他の部分の多孔度に比べて
小さくなるように多孔質化することにより多孔質ポリシ
リコン層を形成し、その後、多孔質ポリシリコン層を酸
化若しくは窒化することにより上記低抵抗層が設けられ
た強電界ドリフト層を形成し、次いで、強電界ドリフト
層上に導電性薄膜を形成することを特徴とする電界放射
型電子源の製造方法。7. The method for manufacturing a field emission type electron source according to claim 3, wherein after forming a polysilicon layer on the conductive substrate, the surface of the polysilicon layer is opposite to the conductive substrate in the thickness direction. The porous polysilicon layer is formed by making it porous so that the porosity of the part is smaller than the porosity of the other parts, and then the porous polysilicon layer is oxidized or nitrided to obtain the low resistance. Forming a strong electric field drift layer provided with a layer, and then forming a conductive thin film on the strong electric field drift layer. 【請求項８】 上記ポリシリコン層の多孔質化を陽極酸
化により行い、該陽極酸化を行う際に、陽極酸化期間の
うちの最初の所定期間は電流密度を小さくし所定期間後
に電流密度を大きくすることを特徴とする請求項７記載
の電界放射型電子源の製造方法。8. The method according to claim 8, wherein the polysilicon layer is made porous by anodic oxidation, and when performing the anodic oxidation, the current density is reduced during the first predetermined period of the anodic oxidation period and is increased after the predetermined period. The method for manufacturing a field emission type electron source according to claim 7, wherein 【請求項９】 上記ポリシリコン層の多孔質化を陽極酸
化により行い、該陽極酸化を行う際に、陽極酸化期間の
うちの最初の所定期間はポリシリコン層の表面に照射す
る光のパワーを小さくし所定期間後に光のパワーを大き
くすることを特徴とする請求項７記載の電界放射型電子
源の製造方法。9. The method of making the polysilicon layer porous by anodic oxidation, wherein the power of light applied to the surface of the polysilicon layer during the first predetermined period of the anodizing period is reduced. 8. The method for manufacturing a field emission electron source according to claim 7, wherein the power of the light is increased after a predetermined period. 【請求項１０】 請求項４記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、導電性基板上にポリシリコン層を形成
した後、ポリシリコン層を多孔質化することにより多孔
質ポリシリコン層を形成し、その後、多孔質ポリシリコ
ン層の表面部分をレーザアニール法によって再結晶化し
た後に多孔質ポリシリコン層を酸化若しくは窒化するこ
とにより上記低抵抗層が設けられた強電界ドリフト層を
形成し、次いで、強電界ドリフト層上に導電性薄膜を形
成することを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。10. The method for manufacturing a field emission type electron source according to claim 4, wherein after forming a polysilicon layer on the conductive substrate, the polysilicon layer is made porous. After that, the surface portion of the porous polysilicon layer is recrystallized by a laser annealing method, and then the porous polysilicon layer is oxidized or nitrided to form a strong electric field drift layer provided with the low resistance layer. And then forming a conductive thin film on the strong electric field drift layer. 【請求項１１】 請求項５記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、導電性基板上にポリシリコン層を形成
した後、ポリシリコン層を多孔質化することにより多孔
質ポリシリコン層を形成し、その後、多孔質ポリシリコ
ン層の表面側からイオン注入法によって不純物をイオン
注入した後に多孔質ポリシリコン層を酸化若しくは窒化
することにより上記低抵抗層が設けられた強電界ドリフ
ト層を形成し、次いで、強電界ドリフト層上に導電性薄
膜を形成することを特徴とする電界放射型電子源の製造
方法。11. The method for manufacturing a field emission type electron source according to claim 5, wherein a polysilicon layer is formed on a conductive substrate, and then the polysilicon layer is made porous. After that, the impurity is ion-implanted from the surface side of the porous polysilicon layer by ion implantation, and then the porous polysilicon layer is oxidized or nitrided to form the strong electric field drift layer provided with the low resistance layer. Forming a conductive thin film on the strong electric field drift layer, and manufacturing the field emission type electron source. 【請求項１２】 請求項６記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、導電性基板上にポリシリコン層を形成
した後、ポリシリコン層を多孔質化することにより多孔
質ポリシリコン層を形成し、その後、多孔質ポリシリコ
ン層の表面から熱拡散法によって不純物を拡散した後に
多孔質ポリシリコン層を酸化若しくは窒化することによ
り上記低抵抗層が設けられた強電界ドリフト層を形成
し、強電界ドリフト層上に導電性薄膜を形成することを
特徴とする電界放射型電子源の製造方法。12. The method for manufacturing a field emission electron source according to claim 6, wherein a polysilicon layer is formed on a conductive substrate, and then the polysilicon layer is made porous. After that, after diffusing impurities from the surface of the porous polysilicon layer by a thermal diffusion method, the porous polysilicon layer is oxidized or nitrided to form a strong electric field drift layer provided with the low resistance layer. Forming a conductive thin film on a strong electric field drift layer.
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