JP2003346640A - Micro cold-cathode electron emitter and its manufacturing method - Google Patents
Micro cold-cathode electron emitter and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はダイヤモンド膜によ
り微小な尖鋭形状の先端を形成した微小冷陰極電子エミ
ッタ及びその製造方法に関し、特に、電子放出特性を高
効率化した微小冷陰極電子エミッタ及びその製造方法に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micro-cold cathode emitter having a fine sharp tip formed by a diamond film and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a micro-cold cathode emitter with high electron emission characteristics and a method thereof. It relates to a manufacturing method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近時、電子エミッタとして、炭素系材料
(ダイヤモンド、ダイヤモンド様炭素、カーボンナノチ
ューブ等)を使用することにより、従前のように金属を
使用した場合に比して、約１／１０程度の電界を印加す
るだけで、電子を放出できることが判明した。従来の、
金属フィラメントを加熱して熱電子を引き出す方式で
は、電流の殆どがフィラメント加熱（２０００℃程度）
に費やされ、わずかに印加電流の１％程度の電子放出し
か得られない。2. Description of the Related Art Recently, carbon-based materials have been used as electron emitters.
By using diamond (diamond, diamond-like carbon, carbon nanotube, etc.), it was found that electrons can be emitted only by applying an electric field of about 1/10 compared to the case of using metal as before. did. Traditional,
In the method of drawing out thermoelectrons by heating a metal filament, most of the current is heated by the filament (about 2000 ° C).
And electron emission of only about 1% of the applied current can be obtained.
【０００３】これに対し、炭素系材料を使用した冷陰極
方式の電子エミッタでは、電子放出材料に高電圧を印加
するだけで電子放出が起きるので、原理的には流した電
流の１００％を電子放出として引き出すことができると
いう利点を有している。特に、ダイヤモンドを使用した
冷陰極電子エミッタは、ダイヤモンド材料自体の熱伝導
性が物質中最大と高く、イオンスパッタ等による耐久性
にも優れている。また、ダイヤモンドはシリコンのよう
に表面に酸化膜が生成して電子放出が抑制されるという
こともないので、他の炭素系材料と比べて優れた冷陰極
電子エミッタ材料であるといえる。On the other hand, in a cold cathode type electron emitter using a carbon-based material, electron emission occurs only by applying a high voltage to the electron emission material. It has the advantage that it can be withdrawn as a release. In particular, a cold cathode electron emitter using diamond has the highest thermal conductivity of the diamond material itself among materials, and has excellent durability by ion sputtering or the like. In addition, diamond does not form an oxide film on the surface unlike silicon and does not suppress electron emission, and thus can be said to be a cold cathode electron emitter material superior to other carbon-based materials.
【０００４】更に、ダイヤモンドは、「負の電子親和
力」というユニ一クな物性を有しており、ダイヤモンド
中で電子が価電子帯から電導帯に励起されると、自然に
真空中に放出される。このような背景で、ダイヤモンド
冷陰極電子エミッタは、低消費電力の平面パネルディス
プレー、微小電子発生源、電子ビーム利用センサ、大電
力用スイッチング素子等、幅広い応用に向けて技術開発
が進められている。[0004] Furthermore, diamond has a unique physical property of "negative electron affinity", and when electrons are excited from the valence band to the conduction band in diamond, they are spontaneously released into a vacuum. You. Against this background, technological development of diamond cold cathode electron emitters for a wide range of applications, such as flat panel displays with low power consumption, microelectron sources, sensors using electron beams, and switching elements for high power, is being promoted. .
【０００５】また、一般に電子放出は尖鋭な突起に集中
し、しかも尖鋭突起からはより低電界で電子放出が発生
することが知られており、尖鋭な先端形状を有するダイ
ヤモンド冷陰極電子エミッタを製造する方法の確立が要
望されている。このような冷陰極電子エミッタの製造方
法として、「モールド法」と呼ばれる方法がある(例え
ば、特開平１０−９２２９７号公報)。It is generally known that electron emission concentrates on sharp projections, and furthermore, electron emission is generated from the sharp projections in a lower electric field. Therefore, a diamond cold cathode electron emitter having a sharp tip is manufactured. It is desired to establish a method for doing so. As a method of manufacturing such a cold cathode electron emitter, there is a method called a “mold method” (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-922297).
【０００６】図２（ａ）乃至（ｄ）はこのモールド法に
よる冷陰極電子エミッタの製造方法を工程順に示す図で
ある。図１（ａ）に示すように、単結晶シリコンウエハ
１の（１００）面を、フォトリソグラフィ技術によりレ
ジストパターンを形成した後、ＫＯＨ溶液等を使用して
異方性エッチングすることにより、図１（ｂ）に示すよ
うに、単結晶シリコンウエハ１の（１００）面に、角錐
状のエッチングピット２を形成する。FIGS. 2A to 2D are views showing a method of manufacturing a cold cathode electron emitter by this molding method in the order of steps. As shown in FIG. 1A, a resist pattern is formed on the (100) plane of the single-crystal silicon wafer 1 by a photolithography technique, and then anisotropically etched using a KOH solution or the like, thereby obtaining a single crystal silicon wafer 1 as shown in FIG. As shown in (b), pyramidal etching pits 2 are formed on the (100) plane of the single crystal silicon wafer 1.
【０００７】このエッチングピット２がダイヤモンド冷
陰極電子エミッタのモールド（鋳型）となる。なお、こ
のエッチングピット２の角錐の形状及びサイズは、フォ
トリソグラフィ技術により、種々変更することができ、
また所望のパターンで規則的に配列させることも容易で
ある。The etching pits 2 serve as a mold (mold) for the diamond cold cathode electron emitter. The shape and size of the pyramid of the etching pit 2 can be variously changed by photolithography technology.
It is also easy to arrange them regularly in a desired pattern.
【０００８】次いで、このシリコンウエハ１からなる基
板上に、ダイヤモンド膜３を蒸着する。Next, a diamond film 3 is deposited on the substrate made of the silicon wafer 1.
【０００９】その後、図１（ｃ）に示すように、ダイヤ
モンド膜３上に金属薄膜４を蒸着し、導電性接着剤５に
より金属等の導電性基板６に固定する。After that, as shown in FIG. 1C, a metal thin film 4 is deposited on the diamond film 3 and fixed to a conductive substrate 6 such as a metal by a conductive adhesive 5.
【００１０】最後に、図１（ｄ）に示すように、シリコ
ンウエハ１を弗酸等でエッチングして完全に除去するこ
とにより、表面がダイヤモンド膜３により覆われ、角錐
状の尖鋭な先端７を有するダイヤモンド冷陰極電子エミ
ッタを得られる。また、エッチングピット２を所望のパ
ターンで配列することにより、ダイヤモンド冷陰極電子
エミッタのアレイ構造が形成される。Finally, as shown in FIG. 1D, the silicon wafer 1 is completely removed by etching with hydrofluoric acid or the like, so that the surface is covered with the diamond film 3 and the pyramid-shaped sharp tip 7 is formed. Is obtained. By arranging the etching pits 2 in a desired pattern, an array structure of diamond cold cathode electron emitters is formed.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】この図２の方法でモー
ルド法により製造されたダイヤモンド冷陰極電子エミッ
タの構造では、ダイヤモンド膜３で角錐状の突起を形成
するものであるが、この図２（ｄ）に示す構造では、電
子がダイヤモンド膜３の下側の金属電極（導電性基板
６）からダイヤモンド膜３を通り抜けて、その突起部
（先端７）から真空中に放出されると考えられている。
このため、電子の流れによる電流が高抵抗のダイヤモン
ド膜を通過する際に、発熱等による電流損失が生じると
いう問題点がある。また、電子放出の機構として、電子
はダイヤモンド角錐先端７から引き出され、放出電子に
より生成した正孔がダイヤモンド膜３を通過して下側の
導電性基板６に到達することも考えられる。この電子放
出の機構は未だ解明されていないが、正孔がダイヤモン
ド膜３を通過して導電性基板６に進入する場合には、正
孔による電流が高抵抗のダイヤモンド膜を通過すること
になり、発熱等による電流損失が生じるという問題点が
ある。In the structure of the diamond cold cathode electron emitter manufactured by the molding method according to the method shown in FIG. 2, a pyramid-shaped projection is formed by the diamond film 3. In the structure shown in d), it is considered that electrons pass through the diamond film 3 from the metal electrode (conductive substrate 6) under the diamond film 3 and are emitted into a vacuum from the protrusion (tip 7). I have.
For this reason, there is a problem that a current loss due to heat generation or the like occurs when a current due to the flow of electrons passes through the high-resistance diamond film. Further, as a mechanism of electron emission, it is conceivable that electrons are extracted from the diamond pyramid tip 7 and holes generated by the emitted electrons pass through the diamond film 3 and reach the lower conductive substrate 6. Although the mechanism of this electron emission has not been elucidated yet, when holes pass through the diamond film 3 and enter the conductive substrate 6, current due to holes passes through the high-resistance diamond film. In addition, there is a problem that current loss due to heat generation or the like occurs.
【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、印加電流に対する電子の放出効果が高く、
高効率の微小冷陰極電子エミッタ及びその製造方法を提
供することを目的とする。The present invention has been made in view of such a problem, and has a high electron emission effect with respect to an applied current.
It is an object of the present invention to provide a highly efficient micro cold cathode electron emitter and a method for manufacturing the same.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明に係る微小冷陰極
電子エミッタは、ダイヤモンド膜を用いた微小冷陰極電
子エミッタにおいて、導電性シリコン基板と、このシリ
コン基板の第１面側からエッチングすることにより形成
され底面に尖鋭形状を有するピットと、このピットを含
む前記シリコン基板の表面上に形成され前記ピット内で
尖鋭形状をもつダイヤモンド膜と、を有し、前記シリコ
ン基板は前記第１面の反対側の第２面を前記ダイヤモン
ド膜の形成後にエッチングすることにより、前記尖鋭形
状が露出されていることを特徴とする。A minute cold cathode electron emitter according to the present invention is a minute cold cathode electron emitter using a diamond film, comprising etching a conductive silicon substrate and a first surface side of the silicon substrate. And a pit having a sharp shape on the bottom surface formed by the method, and a diamond film formed on the surface of the silicon substrate including the pit and having a sharp shape in the pit, wherein the silicon substrate is formed on the first surface. The sharpened shape is exposed by etching the second surface on the opposite side after the formation of the diamond film.
【００１４】本発明に係る微小冷陰極電子エミッタの製
造方法は、導電性シリコン基板の第１面にエッチングに
より底面に尖鋭形状を有するピットを形成する工程と、
前記ピットを含むシリコン基板の表面上にダイヤモンド
膜を形成する工程と、前記シリコン基板の第１面の反対
側の第２面をエッチングすることにより前記ダイヤモン
ド膜の尖鋭形状の先端を露出させる工程と、を有するこ
とを特徴とする。According to the method of manufacturing a micro cold cathode electron emitter according to the present invention, a step of forming a sharp pit on the bottom surface by etching on a first surface of a conductive silicon substrate;
Forming a diamond film on the surface of the silicon substrate including the pits, and exposing a sharp tip of the diamond film by etching a second surface opposite to the first surface of the silicon substrate. , Is characterized by having.
【００１５】この微小冷陰極電子エミッタにおいて、前
記ダイヤモンド膜は、ホウ素、窒素、燐及び硫黄からな
る群から選択された少なくとも１種の元素がドーピング
されていて、導電性又は半導電性を示すことが好まし
い。また、電流損失を低減するためには、前記ダイヤモ
ンド膜の膜厚は０．５乃至５μｍであることが好まし
い。更に、ダイヤモンド尖鋭先端への電界集中を最適化
するためには、前記ダイヤモンド膜の前記尖鋭形状は、
その先端の前記シリコン基板からの突出高さが、前記シ
リコン基板表面から０．５乃至５μｍであることが好ま
しい。In the micro cold cathode electron emitter, the diamond film is doped with at least one element selected from the group consisting of boron, nitrogen, phosphorus and sulfur, and exhibits conductivity or semiconductivity. Is preferred. In order to reduce the current loss, the thickness of the diamond film is preferably 0.5 to 5 μm. Further, in order to optimize the electric field concentration on the diamond sharp tip, the sharp shape of the diamond film is:
It is preferable that the height of the tip protruding from the silicon substrate is 0.5 to 5 μm from the surface of the silicon substrate.
【００１６】そして、電子放出量を最大化するために
は、前記ダイヤモンド膜の前記尖鋭形状の先端は、例え
ば、平面上又は曲面上に規則的に複数個配列しており、
隣接する前記先端の間隔が、前記先端の前記シリコン基
板からの突出高さの１／２以上離れていることが好まし
い。In order to maximize the amount of electron emission, a plurality of the sharp tips of the diamond film are regularly arranged on a plane or a curved surface, for example.
It is preferable that the interval between the adjacent tips is at least 1/2 of the height of the tip projecting from the silicon substrate.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１
（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る微小冷
陰極電子エミッタの製造方法を工程順に示す断面図であ
り、本実施形態の微小冷陰極電子エミッタの構造を図１
（ｃ）に示す。Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. FIG.
1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a micro cold cathode electron emitter according to an embodiment of the present invention in the order of steps. FIG.
It is shown in (c).
【００１８】図１（ａ）に示すように、単結晶シリコン
ウエハ１１を用意する。この単結晶シリコンウエハ１１
は、その表面（第１面）が例えば（１００）面であり、
低抵抗であって（０．１Ω・ｃｍ以下）、導電性を示
す。As shown in FIG. 1A, a single crystal silicon wafer 11 is prepared. This single crystal silicon wafer 11
Has a surface (first surface) of, for example, a (100) surface;
It has low resistance (0.1 Ω · cm or less) and exhibits conductivity.
【００１９】そして、図１（ｂ）に示すように、このウ
エハ１１の第１面にピット１２を形成する。このピット
１２は、ウエハ１１上にピット形成予定領域が開口した
レジスト（図示せず）を形成し、前記レジストをマスク
として、ＫＯＨ溶液等でシリコンウエハを異方性エッチ
ングすることにより形成することができる。この異方性
エッチングにより、角錐状のエッチングピット１２が形
成される。この場合に、前記レジストの開口を所定のピ
ッチで規則的に配列されるように設けることにより、ピ
ット１２を所定のピッチでアレイ状に配置することがで
きる。また、このピット１２はその底面が尖鋭形状の先
端を有するものであるが、このような尖鋭形状は角錐状
に限らず、先端が尖鋭形状を有するものであれば、種々
のものを採用することができる。Then, as shown in FIG. 1B, pits 12 are formed on the first surface of the wafer 11. The pits 12 can be formed by forming a resist (not shown) having a pit forming area opened on the wafer 11 and anisotropically etching the silicon wafer with a KOH solution or the like using the resist as a mask. it can. By this anisotropic etching, pyramid-shaped etching pits 12 are formed. In this case, by providing the resist openings so as to be regularly arranged at a predetermined pitch, the pits 12 can be arranged in an array at a predetermined pitch. In addition, the pit 12 has a sharp bottom end, but such a sharp shape is not limited to a pyramid, and various shapes may be used as long as the pit 12 has a sharp end. Can be.
【００２０】その後、ダイヤモンド膜１３をピット１２
の内面も含めて、シリコン基板１１の全面に形成する。
従って、このダイヤモンド膜１３のピット１２内の部分
も、尖鋭形状を示す。After that, the diamond film 13 is
Is formed on the entire surface of the silicon substrate 11 including the inner surface of the silicon substrate 11.
Therefore, the portion of the diamond film 13 inside the pit 12 also shows a sharp shape.
【００２１】次いで、図１（ｃ）に示すように、シリコ
ンウエハ１１のダイヤモンド膜１３に覆われていない第
２面を、弗酸等でエッチングすることにより、ダイヤモ
ンド膜１３の尖鋭形状の先端１４を露出させる。このダ
イヤモンド尖鋭形状の先端１４が所定の高さになった時
点でエッチングを停止する。Next, as shown in FIG. 1C, the second surface of the silicon wafer 11 which is not covered with the diamond film 13 is etched with hydrofluoric acid or the like to form a sharp tip 14 of the diamond film 13. To expose. Etching is stopped when the point 14 having the sharp diamond shape reaches a predetermined height.
【００２２】これにより、ダイヤモンド膜１２の尖鋭形
状の先端１４がシリコンウエハ１１から突出するように
形成される。このダイヤモンド尖鋭先端の曲率半径は例
えば０．１μｍ以下の鋭いものである。Thus, the sharp tip 14 of the diamond film 12 is formed so as to protrude from the silicon wafer 11. The radius of curvature of the sharp tip of the diamond is, for example, as sharp as 0.1 μm or less.
【００２３】このように、本実施形態においては、モー
ルドとして使用した低抵抗のシリコンウエハ１１を、図
１（ｃ）の工程で完全には除去せず、エミッタ電極とし
て利用する。これにより、図２に示す従来方法に比し
て、工程数が著しく減少し、製造コストを大幅に低減す
ることできる。また、シリコンウエハ１１は、ダイヤモ
ンド膜１３の尖鋭形状の先端１４と同一側に電極として
のシリコンウエハ１１が存在しているので、従来のよう
に、ダイヤモンド膜１３を膜厚方向に電流が流れること
による抵抗発熱で、電流損失が発生することはない。ま
た、放出電子により生成した正孔が電子エミッタ側に戻
ってきても、この正孔は直接導電性のシリコンウエハ１
１（エミッタ電極）に進入するので、従来のようにダイ
ヤモンド膜１３は通過しない。このため、正孔電流によ
るダイヤモンド膜１３での発熱が防止される。As described above, in this embodiment, the low-resistance silicon wafer 11 used as a mold is used as an emitter electrode without being completely removed in the step of FIG. As a result, the number of steps is significantly reduced as compared with the conventional method shown in FIG. 2, and the manufacturing cost can be significantly reduced. In addition, since the silicon wafer 11 has the silicon wafer 11 as an electrode on the same side as the sharp tip 14 of the diamond film 13, current flows through the diamond film 13 in the thickness direction as in the related art. As a result, no current loss occurs due to resistance heating. Further, even if holes generated by the emitted electrons return to the electron emitter side, the holes are directly transferred to the conductive silicon wafer 1.
1 (emitter electrode), so that the diamond film 13 does not pass through as in the prior art. Therefore, heat generation in the diamond film 13 due to the hole current is prevented.
【００２４】また、本実施形態においては、図１（ｃ）
におけるシリコンウエハ１１の除去量をエッチングの程
度を調節することにより調節することができ、これによ
りダイヤモンド膜１２の尖鋭形状の先端１４の高さ（シ
リコンウエハ１１からの高さ）を制御することができ
る。これにより、最適な尖鋭突起の高さを得ることがで
きる。即ち、ダイヤモンド尖鋭形状先端のみが突出した
時点でシリコン基板のエッチングを止めることにより、
表面に残った低抵抗シリコンを電極として利用できると
ともに、ダイヤモンド尖鋭先端部の長さを、電子放出効
率が最適となるよう制御できる。In this embodiment, FIG. 1 (c)
Can be adjusted by adjusting the degree of etching, whereby the height of the sharp tip 14 of the diamond film 12 (the height from the silicon wafer 11) can be controlled. it can. Thereby, the optimal height of the sharp projection can be obtained. That is, by stopping the etching of the silicon substrate when only the diamond-shaped sharp tip protrudes,
The low-resistance silicon remaining on the surface can be used as an electrode, and the length of the diamond sharp tip can be controlled so that the electron emission efficiency is optimized.
【００２５】なお、ダイヤモンド膜１３に、ホウ素、窒
素、燐及び硫黄からなる群から選択された少なくとも１
種の元素をドーピングすることにより、ダイヤモンド膜
１３の電気抵抗を低減することができる。また、ダイヤ
モンド膜１３に、窒素、燐又は硫黄をドーピングするこ
とにより、ダイヤモンド膜１３を電子伝導が容易なｎ型
半導体にすることができる。これにより、電子放出効率
が更に向上する。The diamond film 13 has at least one selected from the group consisting of boron, nitrogen, phosphorus and sulfur.
By doping the element, the electric resistance of the diamond film 13 can be reduced. Further, by doping the diamond film 13 with nitrogen, phosphorus, or sulfur, the diamond film 13 can be made an n-type semiconductor with easy electron conduction. Thereby, the electron emission efficiency is further improved.
【００２６】ダイヤモンドの最適な膜厚は印加電圧及び
ダイヤモンドの膜質に依存するが、通常の多結晶ダイヤ
モンドの場合では０．５乃至５μｍが望ましい。ダイヤ
モンド膜厚が０．５μｍ未満ではダイヤモンド膜の品質
が悪く、電子放出効率が下がる。逆に、ダイヤモンド膜
厚が５μｍを超えると、ダイヤモンド膜の合成に長時間
が必要となり、製造コスト低減が不十分となる。The optimum thickness of the diamond depends on the applied voltage and the film quality of the diamond, but is preferably 0.5 to 5 μm in the case of ordinary polycrystalline diamond. If the diamond film thickness is less than 0.5 μm, the quality of the diamond film is poor, and the electron emission efficiency decreases. Conversely, when the diamond film thickness exceeds 5 μm, a long time is required for synthesizing the diamond film, and the reduction in manufacturing cost becomes insufficient.
【００２７】ダイヤモンド膜１３の尖鋭形状の先端１４
の突出高さが、シリコンウエハ１１の表面より０．５μ
ｍ未満であると、電界集中効果が得られず、電子放出効
率が低くなる。逆に、突出高さが５μｍを超えると、電
気伝導の経路が長くなり、ダイヤモンド膜１３における
発熱等による電流損失が生じて、十分な電子放出効率が
得られない。The sharp tip 14 of the diamond film 13
Is 0.5 μm higher than the surface of the silicon wafer 11.
If it is less than m, the effect of concentrating the electric field cannot be obtained, and the electron emission efficiency decreases. Conversely, if the protruding height exceeds 5 μm, the path of electric conduction becomes long, causing a current loss due to heat generation in the diamond film 13 and the like, and sufficient electron emission efficiency cannot be obtained.
【００２８】前述のように、フォトリソグラフィ技術を
使用すれば、シリコンウエハ表面のエッチングピット１
２の形状サイズ及び密度を任意に設定することができ、
更にダイヤモンド膜の尖鋭形状先端が平面的又は曲面的
に規則的に配列することができ、ダイヤモンド微小冷陰
極電子エミッタアレイを容易に製造することができる。As described above, if photolithography is used, the etching pits 1
2, the shape size and density can be set arbitrarily,
Further, the sharp tips of the diamond film can be regularly arranged in a plane or a curved surface, and a diamond micro-cathode electron emitter array can be easily manufactured.
【００２９】本願発明者等の研究によれば、ダイヤモン
ド徴小冷陰極電子エミッタアレイにおいて、隣接するダ
イヤモンド尖鋭形状先端１４間の間隔が、ダイヤモンド
尖鋭形状先端１４の突出高さ（シリコンウエハ表面から
の）の１／２以上離れていないと、ダイヤモンド尖鋭形
状先端１４への電界集中が不十分となり、電子放出効率
が低下することが判明した。According to the study of the present inventors, in the diamond-shaped small cold cathode electron emitter array, the interval between adjacent diamond-shaped tips 14 is determined by the projection height of the diamond-shaped tips 14 (from the silicon wafer surface). ), The electric field concentration on the diamond-shaped tip 14 becomes insufficient, and the electron emission efficiency decreases.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
シリコン基板を電極とし、このシリコン基板から突出す
る尖鋭形状の先端を有するダイヤモンド膜を膜自体は前
記先端が形成された側の反対側のシリコン基板表面に形
成したので、印加電流に対する電子放出効率を著しく高
めることができる。また、その製造方法においては、シ
リコン基板の前記ダイヤモンド膜が形成されていない側
の面をエッチングして削っていくだけで、ダイヤモンド
膜の尖鋭形状の先端を露出させて、電子エミッタを製造
することができ、工程数が削減されて製造コストを著し
く低減することができる。As described in detail above, according to the present invention,
The silicon substrate is used as an electrode, and a diamond film having a sharp tip protruding from the silicon substrate is formed on the surface of the silicon substrate opposite to the side on which the tip is formed. Can be significantly increased. Further, in the manufacturing method, it is possible to manufacture an electron emitter by exposing the sharp tip of the diamond film only by etching and shaving the surface of the silicon substrate on which the diamond film is not formed. As a result, the number of steps can be reduced, and the manufacturing cost can be significantly reduced.
【図１】（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の実施形態に係る
微小冷陰極電子エミッタの製造方法を工程順に示す断面
図である。FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views showing a method of manufacturing a micro cold cathode electron emitter according to an embodiment of the present invention in the order of steps.
【図２】（ａ）乃至（ｄ）は、従来の微小冷陰極電子エ
ミッタの製造方法を工程順に示す断面図である。2 (a) to 2 (d) are cross-sectional views showing a method for manufacturing a conventional micro cold cathode electron emitter in the order of steps.
１，１１：シリコンウエハ ２，１２：エッチングピット ３，１３：ダイヤモンド膜 ５，１４：ダイヤモンド尖鋭形状先端 1,11: Silicon wafer 2, 12: Etching pit 3, 13: diamond film 5, 14: Diamond sharp shape tip
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C127 AA01 AA08 AA09 BA02 BB06 CC06 DD22 DD61 EE06 EE08 EE15 5C135 AA02 AB06 AB16 AB17 AC07 GG10 HH06 HH08 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page F term (reference) 5C127 AA01 AA08 AA09 BA02 BB06 CC06 DD22 DD61 EE06 EE08 EE15 5C135 AA02 AB06 AB16 AB17 AC07 GG10 HH06 HH08
Claims (12)
エミッタにおいて、導電性シリコン基板と、このシリコ
ン基板の第１面側からエッチングすることにより形成さ
れ底面に尖鋭形状を有するピットと、このピットを含む
前記シリコン基板の表面上に形成され前記ピット内で尖
鋭形状をもつダイヤモンド膜と、を有し、前記シリコン
基板は前記第１面の反対側の第２面を前記ダイヤモンド
膜の形成後にエッチングすることにより、前記尖鋭形状
が露出されていることを特徴とする微小冷陰極電子エミ
ッタ。1. A micro cold cathode electron emitter using a diamond film, comprising: a conductive silicon substrate; pits formed by etching from the first surface side of the silicon substrate and having a sharp bottom surface; And a diamond film formed on the surface of the silicon substrate and having a sharp shape in the pits. The silicon substrate etches a second surface opposite to the first surface after forming the diamond film. Thereby, the sharp cold cathode electron emitter is exposed.
燐及び硫黄からなる群から選択された少なくとも１種の
元素がドーピングされていて、導電性又は半導電性を示
すことを特徴とする請求項１に記載の微小冷陰極電子エ
ミッタ。2. The method according to claim 1, wherein the diamond film includes boron, nitrogen,
The micro cold cathode electron emitter according to claim 1, wherein the micro cold cathode electron emitter is doped with at least one element selected from the group consisting of phosphorus and sulfur and exhibits conductivity or semi-conductivity.
５μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の
微小冷陰極電子エミッタ。3. The micro cold cathode electron emitter according to claim 1, wherein said diamond film has a thickness of 0.5 to 5 μm.
その先端の前記シリコン基板からの突出高さが、前記シ
リコン基板表面から０．５乃至５μｍであることを特徴
とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の微小冷陰
極電子エミッタ。4. The sharp shape of the diamond film,
4. The micro cold cathode electron emitter according to claim 1, wherein a height of a tip of the micro cold cathode electron emitter from the silicon substrate is 0.5 to 5 μm from a surface of the silicon substrate. 5.
端が平面上又は曲面上に規則的に複数個配列しているこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
徴小冷陰極電子エミッタ。5. The method according to claim 1, wherein a plurality of the sharp-shaped tips of the diamond film are regularly arranged on a plane or a curved surface. Cold cathode electron emitter.
前記シリコン基板からの突出高さの１／２以上離れてい
ることを特徴とする請求項５に記載の微小冷陰極電子エ
ミッタ。6. The micro cold cathode electron emitter according to claim 5, wherein an interval between the adjacent tips is at least １ ／ of a height of the tip protruding from the silicon substrate.
グにより底面に尖鋭形状を有するピットを形成する工程
と、前記ピットを含むシリコン基板の表面上にダイヤモ
ンド膜を形成する工程と、前記シリコン基板の第１面の
反対側の第２面をエッチングすることにより前記ダイヤ
モンド膜の尖鋭形状の先端を露出させる工程と、を有す
ることを特徴とする微小冷陰極電子エミッタの製造方
法。7. A step of forming a pit having a sharp shape on a bottom surface by etching on a first surface of a conductive silicon substrate, a step of forming a diamond film on a surface of the silicon substrate including the pit, and the silicon substrate Exposing the sharpened tip of the diamond film by etching a second surface opposite to the first surface of the micro-cathode electron emitter.
燐及び硫黄からなる群から選択された少なくとも１種の
元素をドーピングすることにより、前記ダイヤモンド膜
を導電性又は半導電性にする工程を有することを特徴と
する請求項７に記載の微小冷陰極電子エミッタの製造方
法。8. The method according to claim 8, wherein the diamond film includes boron, nitrogen,
The micro cold cathode according to claim 7, comprising a step of making the diamond film conductive or semiconductive by doping at least one element selected from the group consisting of phosphorus and sulfur. Manufacturing method of electron emitter.
５μｍであることを特徴とする請求項７又は８に記載の
微小冷陰極電子エミッタの製造方法。9. The method according to claim 7, wherein the diamond film has a thickness of 0.5 to 5 μm.
は、その先端の前記シリコン基板からの突出高さが、前
記シリコン基板表面から０．５乃至５μｍであることを
特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の微小
冷陰極電子エミッタの製造方法。10. The method according to claim 7, wherein the sharp shape of the diamond film has a tip protruding from the silicon substrate at a height of 0.5 to 5 μm from the silicon substrate surface. A method for producing a micro cold cathode electron emitter according to any one of the preceding claims.
先端が平面上又は曲面上に規則的に複数個配列している
ことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記
載の徴小冷陰極電子エミッタの製造方法。11. The feature according to claim 7, wherein a plurality of the sharpened tips of the diamond film are regularly arranged on a plane or a curved surface. Manufacturing method of cold cathode electron emitter.
の前記シリコン基板からの突出高さの１／２以上離れて
いることを特徴とする請求項１１に記載の微小冷陰極電
子エミッタの製造方法。12. The micro cold cathode electron emitter according to claim 11, wherein an interval between the adjacent tips is at least 以上 of a height of the tip projecting from the silicon substrate. Method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002151159A JP2003346640A (en) | 2002-05-24 | 2002-05-24 | Micro cold-cathode electron emitter and its manufacturing method |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003346640A true JP2003346640A (en) | 2003-12-05 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2003346640A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007518240A (en) * | 2004-01-08 | 2007-07-05 | イン エス． タン | Small field emission device for flat panel display |
| RU2765635C1 (en) * | 2021-04-20 | 2022-02-01 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (АО "НПП "Алмаз") | Increasing the steepness of the vac of high-current field electron sources |
-
2002
- 2002-05-24 JP JP2002151159A patent/JP2003346640A/en active Pending
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