JP2574500B2 - プレーナ型冷陰極の製造方法 - Google Patents
プレーナ型冷陰極の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は電子源に用いる微小曲率半径の尖端部分を有
するプレーナ型冷陰極に関するものである。
するプレーナ型冷陰極に関するものである。
従来の技術 従来から薄膜電界放出型の冷陰極は数多く報告されて
いる。その中でも第４図（特開昭63−274047号公報に開
示）に示すようなプレーナ型冷陰極は、80V以上の引き
出し電圧で電子放出が起こるとされている。この冷陰極
は第５図に示すように絶縁体基板23の表面に冷陰極24と
引き出し電極25をお互い対向させて構成されている。引
き出し電極に対向する冷陰極の端面には、FIBを用いた
サブミクロンオーダの微細加工技術により、微小曲率半
径の尖端部を有する多数の凸状部26が形成されている。
この冷陰極に設けられた凸状部の尖端部と引き出し電極
の間隔は0.1μｍである。このように構成された冷陰極
と引き出し電極間に80V以上の電圧を印加すると、冷陰
極の尖端部の曲率半径が小さいため、凸状部尖端部には
２×107V/cmの強電界が発生し、尖端部から電界電子放
出が起こる。
いる。その中でも第４図（特開昭63−274047号公報に開
示）に示すようなプレーナ型冷陰極は、80V以上の引き
出し電圧で電子放出が起こるとされている。この冷陰極
は第５図に示すように絶縁体基板23の表面に冷陰極24と
引き出し電極25をお互い対向させて構成されている。引
き出し電極に対向する冷陰極の端面には、FIBを用いた
サブミクロンオーダの微細加工技術により、微小曲率半
径の尖端部を有する多数の凸状部26が形成されている。
この冷陰極に設けられた凸状部の尖端部と引き出し電極
の間隔は0.1μｍである。このように構成された冷陰極
と引き出し電極間に80V以上の電圧を印加すると、冷陰
極の尖端部の曲率半径が小さいため、凸状部尖端部には
２×107V/cmの強電界が発生し、尖端部から電界電子放
出が起こる。
発明が解決しようとする課題 前記のプレーナ型冷陰極は前述のような特徴を有して
いるが、冷陰極の尖端部の曲率半径を極力小さくし、か
つサブミクロンオーダの間隔で電極を形成しなければな
らない。しかし、現状のところ、従来のホトエッチング
技術を使った微細加工法では、0.7μｍ程度が限度とな
っている。従って、これ以下の微細加工を行なうために
は、FIB等のマスクレスエッチング技術を用いる必要が
ある。しかし、この技術では大面積の冷陰極を形成する
のは困難であり、また製造工程のコスト面からも実用化
には適していない。
いるが、冷陰極の尖端部の曲率半径を極力小さくし、か
つサブミクロンオーダの間隔で電極を形成しなければな
らない。しかし、現状のところ、従来のホトエッチング
技術を使った微細加工法では、0.7μｍ程度が限度とな
っている。従って、これ以下の微細加工を行なうために
は、FIB等のマスクレスエッチング技術を用いる必要が
ある。しかし、この技術では大面積の冷陰極を形成する
のは困難であり、また製造工程のコスト面からも実用化
には適していない。
課題を解決するための手段 基板表面に冷陰極材料を成膜し、前記冷陰極材料表面
に冷陰極材料と異なる材料を用いて、従来のホトエッチ
ング技術により尖端部を有する形状の薄膜を形成し、前
記薄膜をレジスト膜として等方性エッチング技術を用い
て、サイドエッチングの深さが、少なくともレジスト膜
尖端部の曲率半径以上となるように冷陰極材料をエッチ
ングすることで、0.1μｍ以下の曲率半径の尖端部を有
する平板形状の冷陰極を形成する。さらに、上記の方法
で製造された微小曲率半径を有するプレーナ型冷陰極尖
端部下部の絶縁体基板の一部を、等方性エッチング技術
を用いて除去することにより、庇状の先端形状を有する
冷陰極を形成する。
に冷陰極材料と異なる材料を用いて、従来のホトエッチ
ング技術により尖端部を有する形状の薄膜を形成し、前
記薄膜をレジスト膜として等方性エッチング技術を用い
て、サイドエッチングの深さが、少なくともレジスト膜
尖端部の曲率半径以上となるように冷陰極材料をエッチ
ングすることで、0.1μｍ以下の曲率半径の尖端部を有
する平板形状の冷陰極を形成する。さらに、上記の方法
で製造された微小曲率半径を有するプレーナ型冷陰極尖
端部下部の絶縁体基板の一部を、等方性エッチング技術
を用いて除去することにより、庇状の先端形状を有する
冷陰極を形成する。
作用 上記の製造方法において、レジスト膜として用いる薄
膜の尖端部分は従来の微細加工技術により形成されるた
め、曲率半径は0.1μｍ以上である。等方性エッチング
技術を用いると、レジスト膜下部の冷陰極材料薄膜は、
レジスト膜尖端部の両側からサイドエッチングされるた
め、エッチング深さが少なくともレジスト膜尖端部の曲
率半径以上となるようにサイドエッチングすれば、レジ
スト膜下部に形成された冷陰極の少なくとも上面の尖端
部分は、非常に微小な曲率半径となり、さらにサイドエ
ッチングを続けることで下面の尖端部分も非常に微小な
る。さらに、冷陰極尖端部分の膜厚方向の曲率に関して
も、一方の主面が突出した形状になっているため、突出
部分の曲率は非常に微小になる。この手法によれば、FI
B等のサブミクロンオーダの微細加工技術を用いなくと
も、従来のホトエッチング技術を用いて、0.1μｍ以下
の曲率半径を有する冷陰極が形成され、製造コスト面で
も著しく有利なプレーナ型冷陰極となる。このようにし
て形成された冷陰極とそれに対向して設けられた引き出
し電極間に電圧を印加すると、電極間隔が１μｍ以上で
も前記冷陰極尖端部には強電界が発生し、低電圧での動
作が可能なプレーナ型冷陰極が得られる。
膜の尖端部分は従来の微細加工技術により形成されるた
め、曲率半径は0.1μｍ以上である。等方性エッチング
技術を用いると、レジスト膜下部の冷陰極材料薄膜は、
レジスト膜尖端部の両側からサイドエッチングされるた
め、エッチング深さが少なくともレジスト膜尖端部の曲
率半径以上となるようにサイドエッチングすれば、レジ
スト膜下部に形成された冷陰極の少なくとも上面の尖端
部分は、非常に微小な曲率半径となり、さらにサイドエ
ッチングを続けることで下面の尖端部分も非常に微小な
る。さらに、冷陰極尖端部分の膜厚方向の曲率に関して
も、一方の主面が突出した形状になっているため、突出
部分の曲率は非常に微小になる。この手法によれば、FI
B等のサブミクロンオーダの微細加工技術を用いなくと
も、従来のホトエッチング技術を用いて、0.1μｍ以下
の曲率半径を有する冷陰極が形成され、製造コスト面で
も著しく有利なプレーナ型冷陰極となる。このようにし
て形成された冷陰極とそれに対向して設けられた引き出
し電極間に電圧を印加すると、電極間隔が１μｍ以上で
も前記冷陰極尖端部には強電界が発生し、低電圧での動
作が可能なプレーナ型冷陰極が得られる。
実施例 第１図に本発明の実施例のプレーナ型冷陰極の斜視図
を示す。平板状冷陰極１の尖端部２が0.1μｍ以下の曲
率半径を有しており、一方の主面の尖端部３が突出した
形状になっている。第２図は、上記冷陰極４と、それに
対向して設けた引き出し電極５の配置図である。両電極
はそれぞれ絶縁体基板６の上に形成され、先端部が庇状
７の形状を有している。これらの電極間に、引き出し電
極側を高電位として電圧を印加すれば、電極間隔が１μ
ｍ以上でも、冷陰極尖端部には強電界が発生し、電界電
子放出を行わせることが可能となる。
を示す。平板状冷陰極１の尖端部２が0.1μｍ以下の曲
率半径を有しており、一方の主面の尖端部３が突出した
形状になっている。第２図は、上記冷陰極４と、それに
対向して設けた引き出し電極５の配置図である。両電極
はそれぞれ絶縁体基板６の上に形成され、先端部が庇状
７の形状を有している。これらの電極間に、引き出し電
極側を高電位として電圧を印加すれば、電極間隔が１μ
ｍ以上でも、冷陰極尖端部には強電界が発生し、電界電
子放出を行わせることが可能となる。
本実施例で用いたプレーナ型冷陰極の製造プロセスを
第３図（ａ）〜（ｃ）に示す。Si基板の表面に絶縁層と
して熱酸化により厚さ１μｍのSiO2膜８を形成後、この
SiO2膜８の表面に厚さ0.2μｍのWSi2膜９を形成する。
このWSi2膜９の表面にホトリソグラフィー技術によって
尖端部10を有するレジスト膜11およびそれに対向したレ
ジスト膜12を形成する（第３図ａ）。形成されたレジス
ト膜11の尖端部10の曲率半径は0.5μｍ程度である。次
にこの基板をフッ硝酸に浸漬してWSi2膜９を適当な時間
等方性エッチングすることでサイドエッチを行い、レジ
スト膜11の尖端部13下部に微小曲率半径の尖端部14を有
し、かつ一方の主面15が突出した形状の薄膜状冷陰極16
およびそれに対向する引き出し電極17を同時に形成する
（第３図ｂ）。本実施例では300Å程度の曲率半径の尖
端部15を有する冷陰極が形成された。次に、冷陰極表面
に残っているレジスト膜18を除去し、この基板をバッフ
ァエッチ溶液（HF1容とNH4F6容の混合液）に浸漬してSi
O2膜19を等方性エッチングし、冷陰極と引き出し電極先
端部下部に凹部20を形成し、両電極先端部を庇状にする
（第３図ｃ）。
第３図（ａ）〜（ｃ）に示す。Si基板の表面に絶縁層と
して熱酸化により厚さ１μｍのSiO2膜８を形成後、この
SiO2膜８の表面に厚さ0.2μｍのWSi2膜９を形成する。
このWSi2膜９の表面にホトリソグラフィー技術によって
尖端部10を有するレジスト膜11およびそれに対向したレ
ジスト膜12を形成する（第３図ａ）。形成されたレジス
ト膜11の尖端部10の曲率半径は0.5μｍ程度である。次
にこの基板をフッ硝酸に浸漬してWSi2膜９を適当な時間
等方性エッチングすることでサイドエッチを行い、レジ
スト膜11の尖端部13下部に微小曲率半径の尖端部14を有
し、かつ一方の主面15が突出した形状の薄膜状冷陰極16
およびそれに対向する引き出し電極17を同時に形成する
（第３図ｂ）。本実施例では300Å程度の曲率半径の尖
端部15を有する冷陰極が形成された。次に、冷陰極表面
に残っているレジスト膜18を除去し、この基板をバッフ
ァエッチ溶液（HF1容とNH4F6容の混合液）に浸漬してSi
O2膜19を等方性エッチングし、冷陰極と引き出し電極先
端部下部に凹部20を形成し、両電極先端部を庇状にする
（第３図ｃ）。
このように構成した冷陰極21と引き出し電極22間に50
〜70Vの電圧を印加すると、冷陰極の突出した面の尖端
部には107V/cm以上の強電界が発生し、尖端部から電界
電子放出が起こる。
〜70Vの電圧を印加すると、冷陰極の突出した面の尖端
部には107V/cm以上の強電界が発生し、尖端部から電界
電子放出が起こる。
なお、電極材料と絶縁材料の組合せ、WSi2とSiO2に限
られるものではなく、電極材料としてW,Mo,W2C,NbC,HfC
等高融点、低仕事関数でかつバッファエッチ溶液に難溶
の材料、および絶縁体基板材料としてガラス板等バッフ
ァエッチ溶液に溶解する材料を組合せることが可能であ
る。
られるものではなく、電極材料としてW,Mo,W2C,NbC,HfC
等高融点、低仕事関数でかつバッファエッチ溶液に難溶
の材料、および絶縁体基板材料としてガラス板等バッフ
ァエッチ溶液に溶解する材料を組合せることが可能であ
る。
また、本実施例では、レジスト膜材料には、従来のホ
トレジスト材料を使用したが、冷陰極材料表面にSiO2や
Si3N4を堆積後、これらの材料をホトエッチングしてレ
ジスト膜として使用してもよい。これらの材料をレジス
ト膜として使用すれば、サイドエッチング量を１μｍ以
上にすることも可能となる。
トレジスト材料を使用したが、冷陰極材料表面にSiO2や
Si3N4を堆積後、これらの材料をホトエッチングしてレ
ジスト膜として使用してもよい。これらの材料をレジス
ト膜として使用すれば、サイドエッチング量を１μｍ以
上にすることも可能となる。
本実施例の製造方法を用いて複数個の冷陰極を引き出
し電極に対向させた構成の電子源を作製すれば、個々の
冷陰極に特性状のバラツキがあっても全体としては平均
化された特性となり安定した電子源が得られる。
し電極に対向させた構成の電子源を作製すれば、個々の
冷陰極に特性状のバラツキがあっても全体としては平均
化された特性となり安定した電子源が得られる。
発明の効果 本発明によれば、FIB等を利用したサブミクロンオー
ダの微細加工技術を用いなくとも、0.1μｍ以下の曲率
半径を有する冷陰極尖端部を均一に再現性よく形成する
ことが可能となり、100V以下の低電圧で電界電子放出を
起こす電子源が得られる。この電子源を用いることで、
低コストで高速スイッチング素子や画像表示装置の製造
が可能となる。
ダの微細加工技術を用いなくとも、0.1μｍ以下の曲率
半径を有する冷陰極尖端部を均一に再現性よく形成する
ことが可能となり、100V以下の低電圧で電界電子放出を
起こす電子源が得られる。この電子源を用いることで、
低コストで高速スイッチング素子や画像表示装置の製造
が可能となる。
第１図は、本発明の実施例のプレーナ型冷陰極の斜視
図、第２図は、本発明の実施例における冷陰極と引き出
し電極の配置図、第３図は、本発明の実施例におけるプ
レーナ型冷陰極の製造プロセスの説明図、第４図は、従
来のプレーナ型冷陰極の斜視図である。 １、４、16、21、24……冷陰極、２、14……冷陰極尖端
部、３、15……冷陰極突出部、５、17、22、25……引き
出し電極、６、８、19、23……絶縁体基板、７……電極
庇状部分、９……WSi2膜、10、13……レジスト膜尖端
部、11、12、18……レジスト膜、20……絶縁体基板凹
部。
図、第２図は、本発明の実施例における冷陰極と引き出
し電極の配置図、第３図は、本発明の実施例におけるプ
レーナ型冷陰極の製造プロセスの説明図、第４図は、従
来のプレーナ型冷陰極の斜視図である。 １、４、16、21、24……冷陰極、２、14……冷陰極尖端
部、３、15……冷陰極突出部、５、17、22、25……引き
出し電極、６、８、19、23……絶縁体基板、７……電極
庇状部分、９……WSi2膜、10、13……レジスト膜尖端
部、11、12、18……レジスト膜、20……絶縁体基板凹
部。
Claims (1)
- 【請求項１】絶縁体基板の表面に前記絶縁体基板とは異
なる材料からなる冷陰極材料膜を形成する工程と、前記
冷陰極材料膜上に尖端部を有する形状の第１のレジスト
膜を形成するとともに前記冷陰極材料膜上の前記第１の
レジストの尖端部と対向する位置に第２のレジスト膜を
形成する工程と、前記第１及び第２のレジスト膜をマス
クとする等方性のウェットエッチングにより前記冷陰極
材料膜をエッチングし尖端部を有する形状の冷陰極及び
前記冷陰極に対向する引き出し電極を形成する工程と、
前記エッチングの後に前記第１及び第２のレジスト膜を
除去する工程と、前記冷陰極と前記引き出し電極間の前
記絶縁体基板をエッチング除去する工程とを有するプレ
ーナ型冷陰極の製造方法であって、前記冷陰極材料膜を
エッチングする工程において、前記第１のレジスト下の
前記冷陰極材料膜のサンドエッチングの深さが前記第１
のレジスト膜尖端部の曲率半径以上となるように前記冷
陰極材料膜をエッチングすることにより0.1μｍ以下の
曲率半径を有し、かつ上面より下面が突出した形状の冷
陰極尖端部を形成することを特徴とするプレーナ型冷陰
極の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4977090A JP2574500B2 (ja) | 1990-03-01 | 1990-03-01 | プレーナ型冷陰極の製造方法 |
| DE69104393T DE69104393T2 (de) | 1990-03-01 | 1991-02-28 | Flachgestaltete Kaltkathode mit spitzen Enden und Herstellungsverfahren derselben. |
| EP91103012A EP0444670B1 (en) | 1990-03-01 | 1991-02-28 | Planar type cold cathode with sharp tip ends and manufacturing method therefor |
| US07/662,574 US5148079A (en) | 1990-03-01 | 1991-03-01 | Planar type cold cathode with sharp tip ends and manufacturing method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4977090A JP2574500B2 (ja) | 1990-03-01 | 1990-03-01 | プレーナ型冷陰極の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03252025A JPH03252025A (ja) | 1991-11-11 |
| JP2574500B2 true JP2574500B2 (ja) | 1997-01-22 |
Family
ID=12840407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4977090A Expired - Fee Related JP2574500B2 (ja) | 1990-03-01 | 1990-03-01 | プレーナ型冷陰極の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5148079A (ja) |
| EP (1) | EP0444670B1 (ja) |
| JP (1) | JP2574500B2 (ja) |
| DE (1) | DE69104393T2 (ja) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2601091B2 (ja) * | 1991-02-22 | 1997-04-16 | 松下電器産業株式会社 | 電子放出素子 |
| JP3235172B2 (ja) * | 1991-05-13 | 2001-12-04 | セイコーエプソン株式会社 | 電界電子放出装置 |
| US5382867A (en) * | 1991-10-02 | 1995-01-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Field-emission type electronic device |
| JP2635879B2 (ja) * | 1992-02-07 | 1997-07-30 | 株式会社東芝 | 電子放出素子及びこれを用いた平面ディスプレイ装置 |
| JP2669749B2 (ja) * | 1992-03-27 | 1997-10-29 | 工業技術院長 | 電界放出素子 |
| DE69322005T2 (de) * | 1992-07-09 | 1999-04-01 | Varian Associates | Einkristalline Feldemissionsvorrichtung |
| JP2639308B2 (ja) * | 1992-11-19 | 1997-08-13 | 富士電機株式会社 | 力センサ，温度センサおよび温度・力センサ装置 |
| JPH08138561A (ja) * | 1992-12-07 | 1996-05-31 | Mitsuteru Kimura | 微小真空デバイス |
| KR970000963B1 (ko) * | 1992-12-22 | 1997-01-21 | 재단법인 한국전자통신연구소 | 광게이트를 갖는 진공 트랜지스터 및 그 제조방법 |
| US5519414A (en) * | 1993-02-19 | 1996-05-21 | Off World Laboratories, Inc. | Video display and driver apparatus and method |
| JP3599765B2 (ja) * | 1993-04-20 | 2004-12-08 | 株式会社東芝 | 陰極線管装置 |
| US5502314A (en) * | 1993-07-05 | 1996-03-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Field-emission element having a cathode with a small radius |
| DE69432174T2 (de) * | 1993-11-24 | 2003-12-11 | Tdk Corp | Kaltkathoden-elektrodenquellenelement und verfahren zur herstellung desselben |
| JPH07254354A (ja) * | 1994-01-28 | 1995-10-03 | Toshiba Corp | 電界電子放出素子、電界電子放出素子の製造方法およびこの電界電子放出素子を用いた平面ディスプレイ装置 |
| US5771039A (en) * | 1994-06-06 | 1998-06-23 | Ditzik; Richard J. | Direct view display device integration techniques |
| US5712527A (en) * | 1994-09-18 | 1998-01-27 | International Business Machines Corporation | Multi-chromic lateral field emission devices with associated displays and methods of fabrication |
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| KR100366694B1 (ko) * | 1995-03-28 | 2003-03-12 | 삼성에스디아이 주식회사 | 다중팁전계방출소자의그제조방법 |
| KR100343207B1 (ko) * | 1995-03-29 | 2002-11-22 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전계효과전자방출소자및그제조방법 |
| KR100322696B1 (ko) * | 1995-03-29 | 2002-06-20 | 김순택 | 전계효과전자방출용마이크로-팁및그제조방법 |
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