JP2002015658A - Electric field emission type cold cathode device and its manufacturing method, as well as vacuum microdevice - Google Patents
Electric field emission type cold cathode device and its manufacturing method, as well as vacuum microdeviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は低電圧で高電流強度
の電界放出を行う電界放出型冷陰極装置及びその製造方
法、並びに真空マイクロ装置に関する。本発明に係る電
界放出型冷陰極装置は、パワーデバイス、ディスプレ
イ、陰極線管、エミッタ装置、ランプ、電子銃等の真空
マイクロ装置に使用される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission type cold-cathode device for performing field emission with a low voltage and a high current intensity, a method of manufacturing the same, and a vacuum micro device. The field emission cold cathode device according to the present invention is used for vacuum micro devices such as power devices, displays, cathode ray tubes, emitter devices, lamps, and electron guns.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体集積回路を中心に発達して
きた微細加工技術を用いた微小冷陰極の開発が活発に進
められている。これまでに、超高周波素子、フラットデ
スプレイ、光源、センサ等の応用研究が行われており、
その電子源の特徴を生かした、半導体の固体素子の限界
を超えるデバイスの開発への期待が寄せられている。一
般に、電界放出しきい電界や電流密度はエミッタ材料の
仕事関数やエミッタ先端に掛る電界強度に依存する。従
って、エミッタの先端部に強電界を集中させることと、
仕事関数の低い材料を用いることと、が低電圧大電流放
出を得るのに必要となる。2. Description of the Related Art In recent years, the development of micro cold cathodes using fine processing technology developed mainly in semiconductor integrated circuits has been actively promoted. So far, applied research on ultra-high frequency devices, flat displays, light sources, sensors, etc. has been conducted.
There are expectations for the development of devices that take advantage of the characteristics of the electron source and exceed the limits of semiconductor solid-state devices. Generally, the field emission threshold electric field and the current density depend on the work function of the emitter material and the intensity of the electric field applied to the tip of the emitter. Therefore, focusing a strong electric field on the tip of the emitter,
The use of low work function materials is necessary to obtain low voltage, high current emission.
【０００３】理想的なエミッタ材料としては、低電圧で
電子を真空中に放出するため、負の親和力または小さい
親和力を持つことが望ましい。ダイヤモンドは５．５ｅ
Ｖバンドギャップを持つワイドバンドギャップ材料であ
り、負の親和力を示すことが可能であると知られてい
る。このダイヤモンドをエミッタ材料として用いること
により、エミッタを尖らせることなく、非常に低い仕事
関数特性から低電圧大放出電流密度が期待される。An ideal emitter material desirably has a negative affinity or a small affinity in order to emit electrons into a vacuum at a low voltage. 5.5e for diamond
It is a wide band gap material having a V band gap and is known to be capable of exhibiting a negative affinity. By using this diamond as an emitter material, a low voltage and a large emission current density can be expected from a very low work function characteristic without sharpening the emitter.
【０００４】図７は従来のダイヤモンド膜を用いた平面
型の電界放出型冷陰極装置を示す断面図である。図７図
示の如く、ダイヤモンド基板７１上に、エミッタ７Ｅと
して使用されるダイヤモンド膜７２が配設される。ダイ
ヤモンド膜７２上にはＳｉＯ 2 膜からなるゲート絶縁膜
７３が積層され、その上にＭｏ等からなるゲート電極７
４が配設される。ゲート絶縁膜７３及びゲート電極７４
には、エミッタ７Ｅに対応して開口７９が形成される。
更に、開口７９を通してエミッタ７Ｅと対向するように
アノード電極７５が配設される。FIG. 7 is a plan view using a conventional diamond film.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a field emission cold cathode device of the type. Figure 7
As shown, on a diamond substrate 71, an emitter 7E
A diamond film 72 to be used is provided. Die
SiO on the diamond film 72 TwoGate insulating film made of film
A gate electrode 7 made of Mo or the like is laminated thereon.
4 are provided. Gate insulating film 73 and gate electrode 74
, An opening 79 is formed corresponding to the emitter 7E.
Further, the opening 79 is opposed to the emitter 7E.
An anode electrode 75 is provided.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】図７図示の装置におい
て、電界放出のしきい電圧は、ゲート電極とエミッタと
の間の距離、即ちゲート絶縁膜の厚みに概ね比例する。
従って、低電圧電界放出特性を得るためには、極薄のゲ
ート絶縁膜を用いることが必要である。しかし、ＳｉＯ
2 ゲート絶縁膜の場合、薄くなるにつれて、欠陥等の形
成によりリーク電流が無視できなくなり、十分な絶縁耐
性が得られなくなる。このようなＳｉＯ2ゲート絶縁膜
の極薄膜化の問題は、ＵＬＳＩ集積回路において知られ
ている。従って、パワーデバイスに適合するような、極
低電圧で高電流強度の電界放出を行う電界放出型冷陰極
装置を、ＳｉＯ2 ゲート絶縁膜を使用して実現すること
は不可能である。In the device shown in FIG. 7, the threshold voltage of the field emission is approximately proportional to the distance between the gate electrode and the emitter, that is, the thickness of the gate insulating film.
Therefore, it is necessary to use an extremely thin gate insulating film in order to obtain low voltage field emission characteristics. However, SiO
In the case of a two- gate insulating film, as the thickness becomes thinner, leakage current cannot be ignored due to formation of defects and the like, and sufficient insulation resistance cannot be obtained. Such a problem of making the SiO 2 gate insulating film extremely thin is known in ULSI integrated circuits. Therefore, it is impossible to realize a field emission type cold cathode device that performs field emission with an extremely low voltage and a high current intensity, which is suitable for a power device, using an SiO 2 gate insulating film.
【０００６】本発明は、上記従来の技術の問題点に鑑み
てなされたものであり、極低電圧で高電流強度の電界放
出を行うことが可能な電界放出型冷陰極装置及びその製
造方法、並びに真空マイクロ装置を提供することを目的
とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and a field emission type cold cathode device capable of emitting a field with a very low voltage and a high current intensity, and a method of manufacturing the same, Another object of the present invention is to provide a vacuum micro device.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の第１の視点は、
電界放出型冷陰極装置であって、基板と、前記基板上に
配設されたダイヤモンド膜を具備する電子を放出するた
めのエミッタと、前記ダイヤモンド膜の表面に形成され
た、厚さ５ｎｍ以下の含酸素有機層からなる絶縁層と、
前記絶縁層上に配設されたゲート電極と、を具備するこ
とを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION A first aspect of the present invention is as follows.
A field emission type cold cathode device, comprising: a substrate; an emitter for emitting electrons having a diamond film disposed on the substrate; and a 5 nm or less thick film formed on a surface of the diamond film. An insulating layer composed of an oxygen-containing organic layer,
And a gate electrode provided on the insulating layer.
【０００８】本発明の第２の視点は、電界放出型冷陰極
装置であって、基板と、前記基板上に配設されたダイヤ
モンド膜を具備する電子を放出するためのエミッタと、
前記ダイヤモンド膜の表面に酸化処理をすることにより
形成された絶縁層と、前記絶縁層上に配設されたゲート
電極と、を具備することを特徴とする。[0008] A second aspect of the present invention is a field emission cold cathode device, comprising: a substrate; an emitter for emitting electrons, comprising a diamond film disposed on the substrate;
It is characterized by comprising an insulating layer formed by oxidizing the surface of the diamond film and a gate electrode provided on the insulating layer.
【０００９】本発明の第３の視点は、第１または第２の
視点の装置において、前記ダイヤモンド膜の表面は水素
により終端されてなることを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the device according to the first or second aspect, the surface of the diamond film is terminated with hydrogen.
【００１０】本発明の第４の視点は、第１または第２の
視点の装置の製造方法であって、前記ダイヤモンド膜を
ＣＶＤ法により形成する工程と、前記ダイヤモンド膜の
表面に対してウエット酸処理を施すことにより、前記絶
縁層を形成する工程と、を具備することを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a device according to the first or second aspect, wherein the step of forming the diamond film by a CVD method and the step of forming a wet acid on the surface of the diamond film. Forming the insulating layer by performing a treatment.
【００１１】本発明の第５の視点は、真空マイクロ装置
であって、基板と、前記基板上に配設されたダイヤモン
ド膜を具備する電子を放出するためのエミッタと、前記
ダイヤモンド膜の表面に形成された、厚さ５ｎｍ以下の
含酸素有機層からなる絶縁層と、前記絶縁層上に配設さ
れたゲート電極と、前記エミッタ、前記絶縁膜、及び前
記ゲート電極を包囲する真空放電空間を形成する包囲部
材と、前記エミッタと対向する位置に配設されたアノー
ド電極と、を具備することを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a vacuum micro device, comprising: a substrate; an emitter for emitting electrons, comprising a diamond film provided on the substrate; The formed insulating layer composed of an oxygen-containing organic layer having a thickness of 5 nm or less, a gate electrode provided on the insulating layer, the emitter, the insulating film, and a vacuum discharge space surrounding the gate electrode. It is characterized by comprising a surrounding member to be formed, and an anode electrode provided at a position facing the emitter.
【００１２】本発明の望ましい形態は以下のようなもの
である。The preferred embodiments of the present invention are as follows.
【００１３】（１）基板は天然または高圧高温合成ダイ
ヤモンド、またはその他半導体や金属からなる。(1) The substrate is made of natural or high-pressure high-temperature synthetic diamond, or other semiconductor or metal.
【００１４】（２）ダイヤモンド膜はダイヤモンド基板
上にマイクロ波ＣＶＤ法により形成されたホモエピタキ
シャル膜、またはその他半導体や金属基板上に形成され
たヘテロエピタキシャルＣＶＤ膜からなる。(2) The diamond film is a homoepitaxial film formed on a diamond substrate by a microwave CVD method or a heteroepitaxial CVD film formed on a semiconductor or metal substrate.
【００１５】（３）ダイヤモンド膜に不純物をドーピン
グする方法としては、ＣＶＤ成膜に際して処理ガス中に
ドーパントを混合させる方法、または形成されたＣＶＤ
膜中に不純物をイオン注入する方法を用いる。不純物ド
ーピングの制御により、ｎ型、ｐ型またはｐｎ接合型エ
ミッタを形成することができる。(3) As a method of doping a diamond film with an impurity, a method of mixing a dopant into a processing gas at the time of CVD film formation, or a method of forming a formed CVD gas is used.
A method of ion-implanting impurities into the film is used. By controlling the impurity doping, an n-type, p-type or pn junction type emitter can be formed.
【００１６】（４）含酸素有機層を形成するためのウエ
ット酸処理には、混酸（硝酸及び硫酸）を使用する。代
わりに、含酸素有機層は、酸素雰囲気中の高温アニール
法により形成することもできる。(4) Mixed acid (nitric acid and sulfuric acid) is used for the wet acid treatment for forming the oxygen-containing organic layer. Alternatively, the oxygen-containing organic layer can be formed by a high-temperature annealing method in an oxygen atmosphere.
【００１７】（５）水素終端ダイヤモンド層はダイヤモ
ンド表面を水素プラズマに晒すことにより形成する。(5) The hydrogen-terminated diamond layer is formed by exposing the diamond surface to hydrogen plasma.
【００１８】（６）エミッタとして使用するダイヤモン
ド膜として、ＣＶＤ法以外に、天然ダイヤモンドや、高
圧合成ダイヤモンド材料の基板や層を用いることもでき
る。これらの材料に不純物ドーピングすることにより導
電性ダイヤモンドを作製することができる。(6) As the diamond film used as the emitter, a substrate or layer of natural diamond or a high-pressure synthetic diamond material can be used other than the CVD method. Conductive diamond can be manufactured by doping these materials with impurities.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】近年、ダイヤモンド膜（薄膜）を
電子、光デバイスに応用するための研究が着実に進んで
おり、原子レベルでの平坦性や結晶性の高品質化ダイヤ
モンドが可能となりつつある。ＣＶＤ法により、電気的
にも構造的にも天然ダイヤモンドに匹敵できる性能を持
つホモエピタキシャルダイヤモンド膜が形成され、その
表面の終端状態による表面電気特性の研究が盛んになっ
ている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In recent years, researches for applying diamond films (thin films) to electronic and optical devices have been steadily progressing, and high quality diamond with flatness and crystallinity at the atomic level is becoming possible. is there. By the CVD method, a homoepitaxial diamond film having a performance comparable to that of natural diamond, both electrically and structurally, is formed, and studies on the surface electrical characteristics based on the terminal state of the surface have been actively conducted.
【００２０】このように、ＣＶＤダイヤモンド膜を利用
した固体デバイス等の研究が行われているが、ダイヤモ
ンド膜を用いた電界放出型冷陰極装置の開発はまだこれ
からの課題である。その理由の一つとして、ダイヤモン
ド膜表面の終端特性のメカニズムはまだ解明されていな
いため、その表面の電気特性制御を利用して電界放出型
冷陰極装置の設計を行うことが難しいということがあ
る。As described above, researches on a solid-state device using a CVD diamond film and the like have been made, but development of a field emission type cold cathode device using a diamond film is still an issue to be solved. One of the reasons is that it is difficult to design the field emission type cold cathode device by using the control of the electrical characteristics of the surface because the mechanism of the terminal characteristics of the diamond film surface has not been elucidated yet. .
【００２１】かかる背景において、本発明者等は、本発
明の開発の過程において、ダイヤモンド膜表面の終端特
性のメカニズムについて研究した。その結果、本発明者
等は、図７を参照して述べたようなＳｉＯ2 ゲート絶縁
膜を用いた電界放出型冷陰極装置における、ゲート絶縁
膜の極薄膜化の限界に関連して、以下に述べるような知
見を得た。Against this background, the present inventors have studied the mechanism of the terminal characteristics of the diamond film surface during the development of the present invention. As a result, the inventors of the present invention have made the following in connection with the limit of making the gate insulating film extremely thin in the field emission cold cathode device using the SiO 2 gate insulating film as described with reference to FIG. The following findings were obtained.
【００２２】エピタキシャルダイヤモンド膜の表面に対
して、混酸（硝酸及び硫酸）を用いてウエット酸処理を
施すと、同表面に数ナノメートル程度の極薄化学吸着層
が形成される。この極薄化学吸着層の存在は、処理後の
ダイヤモンド膜の表面を走査型プローブ顕微鏡を用いて
解析することにより判明した。この極薄化学吸着層の組
成の詳細は不確定であるが、Ｃ、Ｈ、Ｏ等の元素より形
成された一種のポリマ層（含酸素有機層）と考えられ
る。また、この吸着層は電界放出の方向においては絶縁
であり、電界放出冷陰極装置の極薄絶縁層として働くこ
とができる。即ち、ウエット酸処理によりダイヤモンド
膜表面に形成した含酸素有機層は、従来技術の積層Ｓｉ
Ｏ2 膜に代え、ゲート絶縁膜として使用可能となる。When the surface of the epitaxial diamond film is subjected to wet acid treatment using a mixed acid (nitric acid and sulfuric acid), an extremely thin chemical adsorption layer of about several nanometers is formed on the surface. The existence of this ultrathin chemical adsorption layer was found by analyzing the surface of the diamond film after the treatment using a scanning probe microscope. Although the details of the composition of the ultrathin chemical adsorption layer are uncertain, it is considered to be a kind of polymer layer (oxygen-containing organic layer) formed from elements such as C, H, and O. This adsorbing layer is insulative in the direction of field emission, and can function as an ultra-thin insulating layer of the field emission cold cathode device. That is, the oxygen-containing organic layer formed on the diamond film surface by the wet acid treatment is the same as that of the conventional laminated Si.
Instead of the O 2 film, it can be used as a gate insulating film.
【００２３】以下に、このような知見に基づいて構成さ
れた本発明の実施の形態について図面を参照して説明す
る。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成
を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説
明は必要な場合にのみ行う。Hereinafter, embodiments of the present invention based on such knowledge will be described with reference to the drawings. In the following description, components having substantially the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals, and repeated description will be made only when necessary.
【００２４】図１（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置の製造方法を工程順に示す
断面図である。1A to 1E are sectional views showing a method of manufacturing a field emission cold cathode device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.
【００２５】図１（ｅ）図示の如く、この電界放出型冷
陰極装置の完成構造において、ダイヤモンド基板１１上
の全体に亘って、ＣＶＤにより形成されたアンドープダ
イヤモンド膜１２が積層され、ダイヤモンド膜１２の表
面全体にエミッタ１Ｅ及び配線層として使用されるｎ型
ダイヤモンド層１３が形成される。平面型のエミッタ１
Ｅに対応する位置には、ダイヤモンド層１３の表面に水
素が吸着することにより形成された水素終端ダイヤモン
ド層からなるの表面層１６が配設される。As shown in FIG. 1E, in the completed structure of the field emission type cold cathode device, an undoped diamond film 12 formed by CVD is laminated on the entire surface of a diamond substrate 11, and the diamond film 12 is formed. An emitter 1E and an n-type diamond layer 13 used as a wiring layer are formed on the entire surface of the substrate. Planar emitter 1
At a position corresponding to E, a surface layer 16 made of a hydrogen-terminated diamond layer formed by absorbing hydrogen on the surface of the diamond layer 13 is provided.
【００２６】ダイヤモンド層１３の表面にはまた、ダイ
ヤモンド層１３の表面に酸化処理をすることにより形成
された、厚さ５ｎｍ以下、望ましくは厚さ１ｎｍ〜２ｎ
ｍの含酸素有機層からなる絶縁層１４が配設される。絶
縁層１４にはエミッタ１Ｅに対応して開口１９が形成さ
れる。絶縁層１４上にはエミッタ１Ｅに臨むようにＭｏ
等からなるゲート電極１５が配設される。更に、開口１
９を通してエミッタ１Ｅと対向するようにＭｏ等からな
るアノード電極１７が配設される。The surface of the diamond layer 13 is also formed by oxidizing the surface of the diamond layer 13 and has a thickness of 5 nm or less, preferably 1 nm to 2 n.
An insulating layer 14 composed of m oxygen-containing organic layers is provided. An opening 19 is formed in the insulating layer 14 corresponding to the emitter 1E. On the insulating layer 14, Mo is applied so as to reach the emitter 1E.
A gate electrode 15 is provided. In addition, opening 1
An anode electrode 17 made of Mo or the like is provided so as to face the emitter 1E through 9.
【００２７】図１（ｅ）図示の電界放出型冷陰極装置で
は、アノード電極１７及びエミッタ１Ｅ間に順方向の電
圧が印加された状態において、ゲート電極１５に印加さ
れる電圧により電子の電界放出が制御される。即ち、エ
ミッタ１Ｅの電位を基準としてゲート電極１５に対して
所定の正の電位が印加されると、水素終端ダイヤモンド
からなる表面層１６の表面から真空中へ電子が電界放出
される。放出された電子はアノード電極１７の電位に引
かれ、アノード電極１７へと流れる。In the field emission type cold cathode device shown in FIG. 1E, when a forward voltage is applied between the anode electrode 17 and the emitter 1E, the voltage applied to the gate electrode 15 causes the field emission of electrons. Is controlled. That is, when a predetermined positive potential is applied to the gate electrode 15 with reference to the potential of the emitter 1E, electrons are field-emitted from the surface of the surface layer 16 made of hydrogen-terminated diamond into vacuum. The emitted electrons are attracted by the potential of the anode electrode 17 and flow to the anode electrode 17.
【００２８】本実施の形態に係る電界放出型冷陰極装置
の製造方法においては、高圧高温合成し且つ通常の半導
体ウエハの標準洗浄により表面処理したＩｂ型（００
１）単結晶ダイヤモンド基板１１を用意する。そして、
先ず、図１（ａ）図示の如く、マイクロ波ＣＶＤ法を用
いて、ホモエピタキシャルにより基板１１の上にアンド
ープダイヤモンド膜１２を形成する。ダイヤモンド膜１
２は、ＣＨ4 ／Ｈ2 の混合ガスの比を２段階に切換えて
流すことにより成長させる。具体的には、先ず、平坦な
表面を得るため、０．０５％のＣＨ4 ／Ｈ2 比で３ｈ成
長させる、次に、０．３％〜１．８％のＣＨ4 ／Ｈ2 比
で６ｈ成長させる。最初の低ＣＨ4 濃度条件は平坦な結
晶面を形成するために重要となる。In the method of manufacturing the field emission type cold cathode device according to the present embodiment, the Ib type (00) which is synthesized under high pressure and high temperature and surface-treated by standard cleaning of a normal semiconductor wafer is used.
1) A single crystal diamond substrate 11 is prepared. And
First, as shown in FIG. 1A, an undoped diamond film 12 is formed on a substrate 11 by homoepitaxial method using a microwave CVD method. Diamond film 1
No. 2 is grown by switching the ratio of the mixed gas of CH 4 / H 2 to two stages and flowing. Specifically, first, to obtain a flat surface to 3h grown in CH 4 / H 2 ratio of 0.05%, then with CH 4 / H 2 ratio of 0.3% to 1.8% Grow for 6h. The first condition of low CH 4 concentration is important for forming a flat crystal plane.
【００２９】次に、図１（ｂ）図示の如く、ダイヤモン
ド膜１２の表面にインプラにより不純物硫黄（Ｓ）をド
ーピングし、ｎ型ダイヤモンド層１３を形成する。な
お、インプラ不純物は、ダイヤモンドをｎ型にするもの
であれば、Ｓ以外の不純物、例えばＰ等であってもよ
い。次に、図１（ｃ）図示の如く、ダイヤモンド層１３
の表面に対してウエット酸処理を施すことにより、ダイ
ヤモンド層１３の表面に酸素及び水素を吸着させ、含酸
素有機層からなる絶縁層１４を形成する。具体的には、
例えば、硝酸（ＨＮＯ3 ）と硫酸（Ｈ2 ＳｉＯ4 ）との
混酸を使用し、２００℃、３０分間煮沸処理を行うこと
により、厚さ５ｎｍ以下、望ましくは厚さ１ｎｍ〜２ｎ
ｍの絶縁層１４を形成する。次に、絶縁層１４の上に、
Ｍｏ等からなるゲート電極１５を蒸着またはスパッタ法
により形成する。Next, as shown in FIG. 1B, the surface of the diamond film 12 is doped with impurity sulfur (S) by implantation to form an n-type diamond layer 13. The implantable impurity may be an impurity other than S, for example, P or the like as long as it makes the diamond n-type. Next, as shown in FIG.
The surface of the diamond layer 13 is subjected to wet acid treatment to adsorb oxygen and hydrogen on the surface of the diamond layer 13 to form an insulating layer 14 made of an oxygen-containing organic layer. In particular,
For example, using a mixed acid of nitric acid (HNO 3 ) and sulfuric acid (H 2 SiO 4 ) and performing a boiling treatment at 200 ° C. for 30 minutes, the thickness is 5 nm or less, preferably 1 nm to 2 n.
m of insulating layers 14 are formed. Next, on the insulating layer 14,
A gate electrode 15 made of Mo or the like is formed by vapor deposition or sputtering.
【００３０】次に、図１（ｄ）図示の如く、ゲート電極
１５及び絶縁層１４に対してリソグラフィ法を用いてエ
ッチング処理を施し、エミッタ１Ｅに対応して開口１９
を形成する。次に、図１（ｅ）図示の如く、開口１９に
露出するダイヤモンド層１３の表面に対して水素プラズ
マ処理（プラズマに晒す）を施すことにより、ダイヤモ
ンド層１３の表面に水素を吸着させ、表面層１６を形成
する。表面層１６はダイヤモンドが水素終端処理される
ことにより、仕事関数が低減される。最後に、開口１９
を通してエミッタ１Ｅと対向するようにＭｏ等からなる
アノード電極１７を配設する。Next, as shown in FIG. 1D, an etching process is performed on the gate electrode 15 and the insulating layer 14 using lithography, and an opening 19 corresponding to the emitter 1E is formed.
To form Next, as shown in FIG. 1E, the surface of the diamond layer 13 exposed to the opening 19 is subjected to hydrogen plasma treatment (exposure to plasma), so that hydrogen is adsorbed on the surface of the diamond layer 13 and A layer 16 is formed. The work function of the surface layer 16 is reduced by diamond-terminated diamond. Finally, opening 19
An anode electrode 17 made of Mo or the like is provided so as to face the emitter 1E through the anode.
【００３１】図１（ａ）〜（ｅ）図示の方法により製造
した電界放出型冷陰極装置においては、ダイヤモンドの
表面処理特性を利用し、極薄のゲート絶縁膜（絶縁層１
４）を形成することができる。電界放出のしきい電圧
は、ゲート電極とエミッタとの間の距離、即ちゲート絶
縁膜の厚みに反比例する。従って、図１（ｅ）図示の装
置においては、ゲート絶縁膜の極薄膜化により、電界放
出のしきい電圧が低下する。しかも、エミッタ１Ｅの表
面層１６は、仕事関数の低い水素終端ダイヤモンドから
なる。従って、図１（ｅ）図示の装置によれば、極低電
圧で高電流強度の電界放出特性を得ることができる。In the field emission type cold cathode device manufactured by the method shown in FIGS. 1A to 1E, an extremely thin gate insulating film (insulating layer 1) is utilized by utilizing the surface treatment characteristics of diamond.
4) can be formed. The field emission threshold voltage is inversely proportional to the distance between the gate electrode and the emitter, that is, the thickness of the gate insulating film. Therefore, in the device shown in FIG. 1E, the threshold voltage of the field emission decreases due to the extremely thin gate insulating film. Moreover, the surface layer 16 of the emitter 1E is made of hydrogen-terminated diamond having a low work function. Therefore, according to the apparatus shown in FIG. 1E, it is possible to obtain a field emission characteristic of an extremely low voltage and a high current intensity.
【００３２】図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の別の実施の
形態に係る電界放出型冷陰極装置の製造方法を工程順に
示す断面図である。FIGS. 2A to 2D are sectional views showing a method of manufacturing a field emission cold cathode device according to another embodiment of the present invention in the order of steps.
【００３３】図２（ｄ）図示の如く、この電界放出型冷
陰極装置の完成構造において、ダイヤモンド基板１１上
の全体に亘って、ＣＶＤにより形成されたｎ型ダイヤモ
ンド膜２１が積層され、これが直接エミッタ２Ｅ及び配
線層として使用される。エミッタ２Ｅに対応する位置に
は、ダイヤモンド膜２１の表面に水素が吸着することに
より形成された水素終端ダイヤモンドからなる表面層２
３が配設される。As shown in FIG. 2D, in the completed structure of the field emission type cold cathode device, an n-type diamond film 21 formed by CVD is laminated over the entire surface of the diamond substrate 11, and this is directly Used as the emitter 2E and the wiring layer. At a position corresponding to the emitter 2E, a surface layer 2 made of hydrogen-terminated diamond formed by adsorption of hydrogen on the surface of the diamond film 21 is formed.
3 are provided.
【００３４】ダイヤモンド膜２１の表面にはまた、ダイ
ヤモンド膜２１の表面に酸化処理をすることにより形成
された、厚さ５ｎｍ以下、望ましくは厚さ１ｎｍ〜２ｎ
ｍの含酸素有機層からなる絶縁層２２が配設される。絶
縁層２２にはエミッタ２Ｅに対応して開口１９が形成さ
れる。絶縁層２２上にはエミッタ２Ｅに臨むようにゲー
ト電極１５が配設される。更に、開口１９を通してエミ
ッタ２Ｅと対向するようにアノード電極１７が配設され
る。The surface of the diamond film 21 is also formed by oxidizing the surface of the diamond film 21 and has a thickness of 5 nm or less, preferably 1 nm to 2 n.
An insulating layer 22 composed of m oxygen-containing organic layers is provided. An opening 19 is formed in the insulating layer 22 corresponding to the emitter 2E. A gate electrode 15 is provided on insulating layer 22 so as to face emitter 2E. Further, an anode electrode 17 is provided so as to face the emitter 2E through the opening 19.
【００３５】本実施の形態に係る電界放出型冷陰極装置
の製造方法においては、先ず、図２（ａ）図示の如く、
マイクロ波ＣＶＤ法を用いて、ホモエピタキシャルによ
り基板１１の上にｎ型ダイヤモンド膜２１を形成する。
ダイヤモンド膜２１は、図１（ａ）を参照して述べたダ
イヤモンド膜１２と同様に、ＣＨ4 ／Ｈ2 の混合ガスの
比を２段階に切換えて流すことにより成長させる。この
際、処理ガス中にドーパントとしてＳを混入させること
により、ｎ型ダイヤモンド膜２１を成長させる。In the method of manufacturing the field emission type cold cathode device according to the present embodiment, first, as shown in FIG.
Using a microwave CVD method, an n-type diamond film 21 is formed on the substrate 11 by homoepitaxial.
Like the diamond film 12 described with reference to FIG. 1A, the diamond film 21 is grown by flowing the mixed gas of CH 4 / H 2 by switching the ratio between two stages. At this time, the n-type diamond film 21 is grown by mixing S as a dopant into the processing gas.
【００３６】次に、図１（ｃ）〜（ｅ）を参照して述べ
た手順と同様な手順で、他の部分を順次形成する。即
ち、先ず、図２（ｂ）図示の如く、混酸処理により含酸
素有機層からなる絶縁層２２を形成すると共に、ゲート
電極１５を形成する。次に、図２（ｃ）図示の如く、絶
縁層２２及びゲート電極１５をパターニングし、エミッ
タ２Ｅに対応して開口１９を形成する。次に、図２
（ｄ）図示の如く、開口１９に露出するダイヤモンド膜
２１の表面を水素プラズマ処理し、表面層１６を形成す
る。そして、最後に、アノード電極１７を配設する。Next, other portions are sequentially formed by a procedure similar to the procedure described with reference to FIGS. 1 (c) to 1 (e). That is, first, as shown in FIG. 2B, an insulating layer 22 made of an oxygen-containing organic layer is formed by a mixed acid treatment, and a gate electrode 15 is formed. Next, as shown in FIG. 2C, the insulating layer 22 and the gate electrode 15 are patterned to form an opening 19 corresponding to the emitter 2E. Next, FIG.
(D) As shown, the surface of the diamond film 21 exposed in the opening 19 is subjected to hydrogen plasma treatment to form a surface layer 16. Then, finally, the anode electrode 17 is provided.
【００３７】図２（ｄ）図示の装置によれば、図１
（ｅ）図示の装置と同様、極低電圧で高電流強度の電界
放出特性を得ることができる。According to the apparatus shown in FIG.
(E) As in the illustrated device, it is possible to obtain a field emission characteristic of an extremely low voltage and a high current intensity.
【００３８】図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の更に別の実
施の形態に係る電界放出型冷陰極装置の製造方法を工程
順に示す断面図である。FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views showing a method of manufacturing a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of steps.
【００３９】図３（ｄ）図示の如く、この電界放出型冷
陰極装置の完成構造において、ダイヤモンド基板１１上
の全体に亘って、ＣＶＤにより形成されたアンドープダ
イヤモンド膜１２が積層され、ダイヤモンド膜１２の表
面一部にエミッタ３Ｅ及び配線層として使用されるｎ+
型ダイヤモンド層３２が形成される。エミッタ３Ｅに対
応する位置には、ダイヤモンド層３２の表面に水素が吸
着することにより形成された水素終端ダイヤモンドから
なる表面層３３が配設される。As shown in FIG. 3D, in the completed structure of the field emission type cold cathode device, an undoped diamond film 12 formed by CVD is laminated on the entire surface of the diamond substrate 11, and the diamond film 12 is formed. N + used as an emitter 3E and a wiring layer on a part of the surface of
A mold diamond layer 32 is formed. At a position corresponding to the emitter 3E, a surface layer 33 made of hydrogen-terminated diamond formed by absorbing hydrogen on the surface of the diamond layer 32 is provided.
【００４０】ダイヤモンド膜１２の表面にはまた、ダイ
ヤモンド膜１２の表面に酸化処理をすることにより形成
された、厚さ５ｎｍ以下、望ましくは厚さ１ｎｍ〜２ｎ
ｍの含酸素有機層からなる絶縁層３１が配設される。絶
縁層３１にはエミッタ３Ｅに対応して開口１９が形成さ
れる。絶縁層３１上にはエミッタ３Ｅに臨むようにゲー
ト電極１５が配設される。更に、開口１９を通してエミ
ッタ３Ｅと対向するようにアノード電極１７が配設され
る。The surface of the diamond film 12 is also formed by oxidizing the surface of the diamond film 12 and has a thickness of 5 nm or less, preferably 1 nm to 2 n.
An insulating layer 31 composed of m oxygen-containing organic layers is provided. An opening 19 is formed in the insulating layer 31 corresponding to the emitter 3E. Gate electrode 15 is arranged on insulating layer 31 so as to face emitter 3E. Further, an anode electrode 17 is provided so as to face the emitter 3E through the opening 19.
【００４１】本実施の形態に係る電界放出型冷陰極装置
の製造方法においては、先ず、図３（ａ）図示の如く、
基板１１の上にアンドープダイヤモンド膜１２を形成す
る。ダイヤモンド膜１２は、図１（ａ）を参照して述べ
たダイヤモンド膜１２と同様の手順で形成する。次に、
図３（ｂ）図示の如く、混酸処理により含酸素有機層か
らなる絶縁層３１を形成すると共に、ゲート電極１５を
形成する。次に、図３（ｃ）図示の如く、絶縁層３１及
びゲート電極１５をパターニングし、エミッタ３Ｅに対
応して開口１９を形成する。これ等の工程は、図１
（ｃ）〜（ｄ）を参照して述べた手順と同様な手順で行
う。In the method of manufacturing a field emission cold cathode device according to the present embodiment, first, as shown in FIG.
An undoped diamond film 12 is formed on a substrate 11. The diamond film 12 is formed in the same procedure as the diamond film 12 described with reference to FIG. next,
As shown in FIG. 3B, the insulating layer 31 made of the oxygen-containing organic layer is formed by the mixed acid treatment, and the gate electrode 15 is formed. Next, as shown in FIG. 3C, the insulating layer 31 and the gate electrode 15 are patterned to form an opening 19 corresponding to the emitter 3E. These steps are illustrated in FIG.
The procedure is performed in the same manner as the procedure described with reference to (c) to (d).
【００４２】次に、図３（ｄ）図示の如く、ゲート電極
１５等をマスクとして、エミッタ３Ｅ及び配線層に対応
する位置において、ダイヤモンド膜１２の表面にインプ
ラにより不純物硫黄（Ｓ）をドーピングし、ｎ+ 型ダイ
ヤモンド層３２を形成する。次に、ダイヤモンド層３２
の表面を水素プラズマ処理し、表面層３３を形成する。
最後に、アノード電極１７を配設する。Next, as shown in FIG. 3D, the surface of the diamond film 12 is doped with impurity sulfur (S) by implantation at a position corresponding to the emitter 3E and the wiring layer using the gate electrode 15 and the like as a mask. , N + type diamond layer 32 is formed. Next, the diamond layer 32
Is subjected to a hydrogen plasma treatment to form a surface layer 33.
Finally, the anode electrode 17 is provided.
【００４３】図３（ｄ）図示の装置によれば、図１
（ｅ）図示の装置と同様、極低電圧で高電流強度の電界
放出特性を得ることができる。なお、本実施の形態にお
いて、ダイヤモンド膜１２は、ｐ型或いはｎ- 型として
もよい。According to the apparatus shown in FIG.
(E) As in the illustrated device, it is possible to obtain a field emission characteristic of an extremely low voltage and a high current intensity. In the present embodiment, the diamond film 12 may be p-type or n - type.
【００４４】図４（ａ）〜（ｄ）は本発明の更に別の実
施の形態に係る電界放出型冷陰極装置の製造方法を工程
順に示す断面図である。FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views showing a method of manufacturing a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of steps.
【００４５】図４（ｄ）図示の如く、この電界放出型冷
陰極装置の完成構造において、ダイヤモンド基板１１上
の全体に亘って、ＣＶＤにより形成されたｎ型ダイヤモ
ンド膜２１が積層され、これが直接エミッタ２Ｅ及び配
線層として使用される。エミッタ４Ｅに対応する位置に
は、ダイヤモンド膜２１の表面に水素が吸着することに
より形成された水素終端ダイヤモンドからなる表面層４
１が配設される。As shown in FIG. 4D, in the completed structure of this field emission type cold cathode device, an n-type diamond film 21 formed by CVD is laminated over the entire surface of the diamond substrate 11, and this is directly Used as the emitter 2E and the wiring layer. At a position corresponding to the emitter 4E, the surface layer 4 made of hydrogen-terminated diamond formed by the adsorption of hydrogen on the surface of the diamond film 21 is formed.
1 is provided.
【００４６】ダイヤモンド膜２１の表面にはまた、ダイ
ヤモンド膜２１の表面に酸化処理をすることにより形成
された、厚さ５ｎｍ以下、望ましくは厚さ１ｎｍ〜２ｎ
ｍの含酸素有機層からなる絶縁層２２が配設される。絶
縁層２２にはエミッタ４Ｅに対応して開口１９が形成さ
れる。絶縁層２２上にはエミッタ４Ｅに臨むようにゲー
ト電極１５が配設される。更に、開口１９を通してエミ
ッタ２Ｅと対向するようにアノード電極１７が配設され
る。The surface of the diamond film 21 is formed by oxidizing the surface of the diamond film 21 and has a thickness of 5 nm or less, preferably 1 nm to 2 n.
An insulating layer 22 composed of m oxygen-containing organic layers is provided. An opening 19 is formed in the insulating layer 22 corresponding to the emitter 4E. The gate electrode 15 is provided on the insulating layer 22 so as to face the emitter 4E. Further, an anode electrode 17 is provided so as to face the emitter 2E through the opening 19.
【００４７】本実施の形態に係る電界放出型冷陰極装置
の製造方法においては、先ず、図４（ａ）図示の如く、
基板１１の上にｎ型ダイヤモンド膜２１を形成する。ダ
イヤモンド膜２１は、図２（ａ）を参照して述べたダイ
ヤモンド膜２１と同様の手順で形成する。次に、図４
（ｂ）図示の如く、ダイヤモンド膜２１の表面を水素プ
ラズマ処理し、表面層４１を形成する。次に、エミッタ
４Ｅに対応する位置において、リソグラフィ法により表
面層４１上にレジストパターン４２を形成する。In the method of manufacturing the field emission cold cathode device according to the present embodiment, first, as shown in FIG.
An n-type diamond film 21 is formed on a substrate 11. The diamond film 21 is formed in the same procedure as the diamond film 21 described with reference to FIG. Next, FIG.
(B) As shown, the surface of the diamond film 21 is subjected to hydrogen plasma treatment to form a surface layer 41. Next, at a position corresponding to the emitter 4E, a resist pattern 42 is formed on the surface layer 41 by lithography.
【００４８】次に、図４（ｃ）図示の如く、混酸処理に
より、レジストパターン４２で覆われた部分を除いて、
含酸素有機層からなる絶縁層２２を形成する。この際、
水素終端ダイヤモンド層からなる表面層４１は、混酸処
理により完全に含酸素有機層からなる絶縁層２２に転換
される。次に、レジストパターン４２及び絶縁層２２上
の全体に亘って、ゲート電極１５を形成する。次に、図
４（ｄ）図示の如く、リフトオフにより、レジストパタ
ーン４２と共にゲート電極１５の不要な部分を除去し、
エミッタ４Ｅを露出させる。最後に、アノード電極１７
を配設する。Next, as shown in FIG. 4C, the portion covered with the resist pattern 42 by the mixed acid treatment is removed.
An insulating layer 22 made of an oxygen-containing organic layer is formed. On this occasion,
The surface layer 41 composed of the hydrogen-terminated diamond layer is completely converted into the insulating layer 22 composed of the oxygen-containing organic layer by the mixed acid treatment. Next, the gate electrode 15 is formed over the entire surface of the resist pattern 42 and the insulating layer 22. Next, as shown in FIG. 4D, unnecessary portions of the gate electrode 15 are removed together with the resist pattern 42 by lift-off.
The emitter 4E is exposed. Finally, the anode electrode 17
Is arranged.
【００４９】図４（ｄ）図示の装置によれば、図１
（ｅ）図示の装置と同様、極低電圧で高電流強度の電界
放出特性を得ることができる。According to the apparatus shown in FIG.
(E) As in the illustrated device, it is possible to obtain a field emission characteristic of an extremely low voltage and a high current intensity.
【００５０】図５（ａ）〜（ｅ）は本発明の更に別の実
施の形態に係る電界放出型冷陰極装置の製造方法を工程
順に示す断面図である。FIGS. 5A to 5E are cross-sectional views showing a method of manufacturing a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of steps.
【００５１】図５（ｅ）図示の如く、この電界放出型冷
陰極装置の完成構造において、ガラス基板５７の上に、
ＣＶＤにより形成されたｎ型ダイヤモンド膜２１が配設
され、これが直接エミッタ５Ｅ及び配線層として使用さ
れる。エミッタ５Ｅに対応する位置には、ダイヤモンド
膜２１自体が突出する先端が尖ったピラミッド状の凸部
５６が形成される。As shown in FIG. 5E, in the completed structure of the field emission type cold cathode device, a glass substrate 57 is
An n-type diamond film 21 formed by CVD is provided, and is directly used as the emitter 5E and the wiring layer. At a position corresponding to the emitter 5E, a pyramid-shaped convex portion 56 having a sharp pointed tip from which the diamond film 21 itself protrudes is formed.
【００５２】凸部５６を包囲するように、ダイヤモンド
膜２１の表面にはまた、ダイヤモンド膜２１の表面に酸
化処理をすることにより形成された、厚さ５ｎｍ以下、
望ましくは厚さ１ｎｍ〜２ｎｍの含酸素有機層からなる
絶縁層２２が配設される。絶縁層２２にはエミッタ５Ｅ
に対応して開口１９が形成される。絶縁層２２上にはエ
ミッタ５Ｅに臨むようにゲート電極１５が配設される。
更に、開口１９を通してエミッタ５Ｅと対向するように
アノード電極１７が配設される。The surface of the diamond film 21 is formed by oxidizing the surface of the diamond film 21 so as to surround the convex portion 56 and has a thickness of 5 nm or less.
Desirably, an insulating layer 22 made of an oxygen-containing organic layer having a thickness of 1 nm to 2 nm is provided. The insulating layer 22 has an emitter 5E
An opening 19 is formed corresponding to. A gate electrode 15 is provided on insulating layer 22 so as to face emitter 5E.
Further, an anode electrode 17 is provided so as to face the emitter 5E through the opening 19.
【００５３】本実施の形態に係る電界放出型冷陰極装置
の製造方法においては、先ず、図５（ａ）図示の如く、
モールド基板となるｐ型で（１００）結晶面方位のＳｉ
単結晶基板５１に、（１１１）面からなる４斜面により
規定される逆ピラミッドの形状の凹部５２を形成する。
なお、ここで、凹部５２の内面を酸化することにより、
凹部５２の最深部をより先鋭にすることができる。次
に、マイクロ波ＣＶＤ法を用いて、ヘテロエピタキシャ
ルにより基板５１の上にｎ型ダイヤモンド膜２１を形成
する。ダイヤモンド膜２１は、図２（ａ）を参照して述
べたダイヤモンド膜２１と同様の手順で形成する。この
際、エミッタ５Ｅとして使用されるピラミッド状の凸部
５６がモールド基板５１の凹部５２内に形成される。In the method of manufacturing a field emission cold cathode device according to the present embodiment, first, as shown in FIG.
P-type (100) crystal plane Si as mold substrate
In the single crystal substrate 51, a concave portion 52 having an inverted pyramid shape defined by four inclined surfaces composed of (111) planes is formed.
Here, by oxidizing the inner surface of the concave portion 52,
The deepest portion of the concave portion 52 can be made sharper. Next, an n-type diamond film 21 is formed on the substrate 51 by heteroepitaxial using a microwave CVD method. The diamond film 21 is formed in the same procedure as the diamond film 21 described with reference to FIG. At this time, a pyramid-shaped convex portion 56 used as the emitter 5E is formed in the concave portion 52 of the mold substrate 51.
【００５４】次に、図５（ｂ）図示の如く、ダイヤモン
ド膜２１の背面にガラス基板５７を接着する。また、モ
ールド基板５１をエッチングにより除去し、ピラミッド
状の凸部５６を有するダイヤモンド膜２１を露出させ
る。次に、図５（ｃ）図示の如く、リソグラフィ法によ
り、ピラミッド状の凸部５６の頂部のみをレジストパタ
ーン５８により被覆する。次に、混酸処理により、レジ
ストパターン５８で覆われた部分を除いて、含酸素有機
層からなる絶縁層２２を形成する。次に、図５（ｄ）図
示の如く、レジストパターン５８及び絶縁層２２上の全
体に亘って、ゲート電極１５を形成する。次に、図５
（ｅ）図示の如く、リフトオフにより、レジストパター
ン５８と共にゲート電極１５の不要な部分を除去し、エ
ミッタ５Ｅを露出させる。最後に、アノード電極１７を
配設する。Next, as shown in FIG. 5B, a glass substrate 57 is bonded to the back surface of the diamond film 21. In addition, the mold substrate 51 is removed by etching to expose the diamond film 21 having the pyramid-shaped protrusions 56. Next, as shown in FIG. 5C, only the tops of the pyramidal projections 56 are covered with a resist pattern 58 by lithography. Next, an insulating layer 22 made of an oxygen-containing organic layer is formed by a mixed acid treatment except for a portion covered with the resist pattern 58. Next, as shown in FIG. 5D, a gate electrode 15 is formed over the entire surface of the resist pattern 58 and the insulating layer 22. Next, FIG.
(E) As shown, unnecessary portions of the gate electrode 15 are removed together with the resist pattern 58 by lift-off to expose the emitter 5E. Finally, the anode electrode 17 is provided.
【００５５】図５（ｅ）図示の装置によれば、図１
（ｅ）図示の装置と同様、極低電圧で高電流強度の電界
放出特性を得ることができる。なお、本実施の形態にお
いては、エミッタ５Ｅは、仕事関数の低い水素終端ダイ
ヤモンドからなる表面層を有していないが、ピラミッド
状の凸部５６の先鋭な形状により、電界放出特性が改善
される。According to the apparatus shown in FIG.
(E) As in the illustrated device, it is possible to obtain a field emission characteristic of an extremely low voltage and a high current intensity. In this embodiment, although the emitter 5E does not have a surface layer made of hydrogen-terminated diamond having a low work function, the field emission characteristics are improved by the sharp shape of the pyramid-shaped protrusion 56. .
【００５６】図６は本発明の更に別の実施の形態に係る
真空マイクロ装置の一例である平板型画像表示装置を示
す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a flat panel type image display device as an example of a vacuum micro device according to still another embodiment of the present invention.
【００５７】図６図示の如く、ガラス製の支持基板６０
上に、図１（ｅ）図示の電界放出型冷陰極装置を利用し
て形成されたエミッタアレイが配設される。ゲート電極
１５を含む導電材料層のパターンにより構成される複数
のゲートラインが紙面に平行な方向に配列され、エミッ
タ１Ｅを含むｎ型ダイヤモンド層１３のパターンにより
構成される複数のカソードラインが紙面に垂直な方向に
配列される。各画素に対応して、複数のエミッタ１Ｅか
らなるエミッタ群がカソードライン上に配設される。As shown in FIG. 6, a support substrate 60 made of glass is used.
An emitter array formed by using the field emission type cold cathode device shown in FIG. A plurality of gate lines formed by a pattern of a conductive material layer including a gate electrode 15 are arranged in a direction parallel to the plane of the paper, and a plurality of cathode lines formed by a pattern of an n-type diamond layer 13 including an emitter 1E are formed on the paper. They are arranged in a vertical direction. An emitter group including a plurality of emitters 1E is arranged on the cathode line corresponding to each pixel.
【００５８】支持基板６０と対向するようにガラス製の
対向基板６２が配設され、両基板６０、６２間に真空放
電空間６３が形成される。両基板６０、６２間の間隔
は、周辺のフレーム及びスペーサ６４により維持され
る。支持基板６０と対向する対向基板６２の面上には、
透明な共通電極即ちアノード電極１７と、蛍光体層６８
とが配設される。A counter substrate 62 made of glass is provided so as to face the supporting substrate 60, and a vacuum discharge space 63 is formed between the substrates 60 and 62. The space between the substrates 60 and 62 is maintained by the peripheral frame and the spacer 64. On the surface of the counter substrate 62 facing the support substrate 60,
A transparent common electrode or anode electrode 17 and a phosphor layer 68
And are arranged.
【００５９】この平板型画像表示装置においては、ゲー
トラインとカソードラインとを介して各画素におけるゲ
ート電極１５とエミッタ１Ｅとの間の電圧を任意に設定
することにより、画素の点灯及び点滅を選択することが
できる。即ち、画素の選択は、いわゆるマトリックス駆
動により、例えば、ゲートラインを線順次に選択して所
定の電位を付与するのに同期して、カソードラインに選
択信号である所定の電位を付与することにより行なうこ
とができる。ある１つのゲートラインとある１つのカソ
ードラインとが選択され、夫々所定の電位が付与された
時、そのゲートラインとカソードラインとの交点にある
エミッタ群のみが動作する。エミッタ群より放出された
電子は、アノード電極１７に印加された電圧により引か
れ、選択されたエミッタ群に対応した位置の蛍光体層６
８に達してこれを発光させる。In this flat panel type image display device, the lighting and blinking of the pixel can be selected by arbitrarily setting the voltage between the gate electrode 15 and the emitter 1E in each pixel via the gate line and the cathode line. can do. That is, the selection of the pixel is performed by so-called matrix driving, for example, by applying a predetermined potential as a selection signal to the cathode line in synchronization with line-sequentially selecting a gate line and applying a predetermined potential. Can do it. When one gate line and one cathode line are selected and given a predetermined potential, respectively, only the emitter group at the intersection of the gate line and the cathode line operates. The electrons emitted from the emitter group are pulled by the voltage applied to the anode electrode 17, and the phosphor layer 6 at a position corresponding to the selected emitter group is drawn.
It reaches 8 and emits light.
【００６０】なお、図６図示の表示装置は、図１（ｅ）
図示の電界放出型冷陰極装置を利用して形成されるが、
他の実施の形態の電界放出型冷陰極装置を利用した場合
でも、同様に表示装置を形成することができる。また、
これらの電界放出型冷陰極装置を利用して、電力変換装
置例えばパワースイッチング装置のような、表示装置以
外の真空マイクロ装置を形成することもできる。It should be noted that the display device shown in FIG.
It is formed using the illustrated field emission type cold cathode device,
A display device can be formed in the same manner even when a field emission cold cathode device according to another embodiment is used. Also,
Using these field emission cold cathode devices, a vacuum micro device other than a display device, such as a power conversion device, for example, a power switching device, can be formed.
【００６１】[0061]
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、極低電
圧で高電流強度の電界放出を行うことが可能な電界放出
型冷陰極装置及びその製造方法、並びに真空マイクロ装
置を提供することができる。As described above, according to the present invention, there are provided a field emission type cold cathode device capable of performing a field emission with a very low voltage and a high current intensity, a method of manufacturing the same, and a vacuum micro device. be able to.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施の形態に係る電
界放出型冷陰極装置の製造方法を工程順に示す断面図。FIGS. 1A to 1E are cross-sectional views showing a method of manufacturing a field emission cold cathode device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の別の実施の形態に係
る電界放出型冷陰極装置の製造方法を工程順に示す断面
図。FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a field emission cold cathode device according to another embodiment of the present invention in the order of steps.
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の更に別の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置の製造方法を工程順に示す
断面図。3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of steps.
【図４】（ａ）〜（ｄ）は本発明の更に別の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置の製造方法を工程順に示す
断面図。FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of steps.
【図５】（ａ）〜（ｅ）は本発明の更に別の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置の製造方法を工程順に示す
断面図。FIGS. 5A to 5E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of steps.
【図６】本発明の更に別の実施の形態に係る真空マイク
ロ装置の一例である平板型画像表示装置を示す断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a flat panel display as an example of a vacuum micro device according to still another embodiment of the present invention.
【図７】従来の電界放出型冷陰極装置を示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing a conventional field emission cold cathode device.
１Ｅ、２Ｅ、３Ｅ、４Ｅ、５Ｅ…エミッタ １１…ダイヤモンド基板 １２…ＣＶＤアンドープダイヤモンド膜 １３…ｎ型ダイヤモンド層 １４、２２、３１…含酸素有機層 １５…ゲート電極 １６、２３、３３、４１…水素終端表面層 １７…アノード電極 １９…開口 ２１…ＣＶＤｎ型ダイヤモンド膜 ３２…ｎ+ 型ダイヤモンド層 ４２、５８…レジストパターン ５１…モールド基板 ５２…凹部 ５６…ピラミッド状凸部 ５７、６０、６２…ガラス基板 ６３…真空放電空間 ６４…スペーサ ６８…蛍光体層。1E, 2E, 3E, 4E, 5E Emitter 11 Diamond substrate 12 CVD undoped diamond film 13 N-type diamond layer 14, 22, 31 Oxygen-containing organic layer 15 Gate electrode 16, 23, 33, 41 Hydrogen Termination surface layer 17 Anode electrode 19 Opening 21 CVD n-type diamond film 32 n + type diamond layer 42, 58 Resist pattern 51 Mold substrate 52 Concave 56 Pyramidal protrusion 57, 60, 62 Glass substrate 63: vacuum discharge space 64: spacer 68: phosphor layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 富男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 佐久間 尚志 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 5C031 DD17 5C036 EE19 EF01 EF06 EF09 EG02 EG12 EH11 EH17 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tomio Ono 1st Toshiba Research and Development Center, Komukai Toshiba, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Naoshi Sakuma Toshiba Komukai-shi, Kawasaki-shi, Kanagawa 1-cho, Toshiba R & D Center F-term (reference) 5C031 DD17 5C036 EE19 EF01 EF06 EF09 EG02 EG12 EH11 EH17
Claims (5)
を放出するためのエミッタと、 前記ダイヤモンド膜の表面に形成された、厚さ５ｎｍ以
下の含酸素有機層からなる絶縁層と、 前記絶縁層上に配設されたゲート電極と、を具備するこ
とを特徴とする電界放出型冷陰極装置。1. A substrate, an emitter for emitting electrons comprising a diamond film provided on the substrate, and an oxygen-containing organic layer having a thickness of 5 nm or less formed on the surface of the diamond film. A field emission cold cathode device, comprising: an insulating layer; and a gate electrode disposed on the insulating layer.
を放出するためのエミッタと、 前記ダイヤモンド膜の表面に酸化処理をすることにより
形成された絶縁層と、 前記絶縁層上に配設されたゲート電極と、を具備するこ
とを特徴とする電界放出型冷陰極装置。2. A substrate, an emitter for emitting electrons comprising a diamond film provided on the substrate, an insulating layer formed by oxidizing a surface of the diamond film, A field emission cold cathode device comprising: a gate electrode provided on an insulating layer.
端されてなることを特徴とする請求項１または２に記載
の電界放出型冷陰極装置。3. The field emission cold cathode device according to claim 1, wherein the surface of the diamond film is terminated by hydrogen.
する工程と、 前記ダイヤモンド膜の表面に対してウエット酸処理を施
すことにより、前記絶縁層を形成する工程と、 を具備することを特徴とする請求項１または２に記載の
電界放出型冷陰極装置の製造方法。4. A step of forming the diamond film by a CVD method, and a step of forming the insulating layer by subjecting a surface of the diamond film to a wet acid treatment. A method for manufacturing the field emission cold cathode device according to claim 1.
を放出するためのエミッタと、 前記ダイヤモンド膜の表面に形成された、厚さ５ｎｍ以
下の含酸素有機層からなる絶縁層と、 前記絶縁層上に配設されたゲート電極と、 前記エミッタ、前記絶縁膜、及び前記ゲート電極を包囲
する真空放電空間を形成する包囲部材と、 前記エミッタと対向する位置に配設されたアノード電極
と、を具備することを特徴とする真空マイクロ装置。5. A substrate, an emitter for emitting electrons comprising a diamond film disposed on the substrate, and an oxygen-containing organic layer having a thickness of 5 nm or less formed on the surface of the diamond film. An insulating layer, a gate electrode provided on the insulating layer, a surrounding member forming a vacuum discharge space surrounding the emitter, the insulating film, and the gate electrode, and a position facing the emitter. And a provided anode electrode.
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