JP3407289B2 - 電子放出装置およびその駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷陰極より電界放出され
た電子を制御し得る電子放出装置に関するものであっ
て、さらに詳しくは、入力信号電圧とアノード電流が線
形な関係を有し、電力増幅器やリニア増幅器あるいはス
イッチング回路などに利用され得る電子放出装置および
その駆動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子放出装置には、伊藤順司が応
用物理、第５９巻、第２号、ｐｐ．１６４〜１６９（１
９９０）に報告したものなどがある。図３３は従来の多
極電界電子放出装置の概略平面図である。

【０００３】これは平面型三極管素子と呼ばれ、石英基
板１０１の表面に楔型のエミッター電極（カソード電
極）１０２と、柱を有するゲート電極１０３と、アノー
ド電極１０４を順に横に並べて形成した構造である。こ
れら三つの電極は厚さ１μｍのタングステン薄膜をフォ
トエッチング技術で加工し形成したものである。エミッ
ター電極１０２は１０μｍピッチで１７０個並べられて
いる。エミッター電極１０２とゲート電極１０３との距
離は１５μｍ、ゲート電極１０３とアノード電極１０４
との距離は１０μｍである。

【０００４】この平面型三極管素子の電気特性を５×１
０^−６Ｐａの真空度で測定したところ、エミッター放出
電流はフォウラー・ノルデハイム（Ｆ・Ｎ）トンネル電
流であり、ゲート電圧が２２０Ｖ、アノード電圧が３１
８Ｖのとき、約１．２μＡのアノード電流が得られる。
これはエミッター電極１個につき約７ｎＡのアノード電
流となる。相互コンダクタンスは約０．１μＳである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の平
面型三極管素子は以下に述べるようないくつかの問題点
があった。すなわち、エミッター電極１０２より放出さ
れた電子はアノード電極１０４に向かって進行するが、
その途中において正電位に印加されたゲート電極１０３
が存在するため、放出された電子の一部はこれに流入す
る。このゲート電流はアノード電流と同等以上に大きい
ため、ゲート入力抵抗は非常に小さくなる。すなわち、
アノード電極１０４に流入する電子の収率（アノード電
流／全放出電流）が低下し、電力効率や相互コンダクタ
ンスが低いといった電気特性の低下を招き、従来技術で
は収率が６０％程度であった。ゲート入力抵抗が小さな
三極管素子でアノード電流を制御する場合には、ゲート
電極１０３に入力信号を導入するための前段回路に大き
な電流や電力の扱えるものが必要となる。このような制
約から従来の三極管素子は電流増幅器や電力スイッチン
グ装置としての利用が困難であった。

【０００６】また、エミッター放出電流はＦ・Ｎトンネ
ル電流であり、ゲート電圧に対して指数関数的に増減す
る。このためゲート入力信号に対しアノード出力電流は
指数関数的に変化する。このような非線形な入出力関係
を有する三極管素子はリニア増幅器などへの応用には適
さないという問題点があった。

【０００７】さらに、三極管素子の相互コンダクタンス
を大きくして性能を高めるためには、ゲート電極１０３
の構造を工夫してエミッター電極１０２の放出面積を大
きくする必要があるが、放出面積を大きくするとゲート
電極１０３へ流入する電子も増大するため、従来技術に
おいては性能の高い電力増幅器が得られにくいといった
問題点があった。

【０００８】またカソード電極１０２とゲート電極１０
３は同一のフォトエッチング工程で形成される。これら
の電極間距離はレジスト露光時の解像度で決定され、実
用化レベルでは０．８μｍが限界である。しかも微細に
なるほどばらつきが大きい。電界電子放出装置の電子放
出の閾値電圧やその均一性はカソード電極１０２とゲー
ト電極１０３の距離に大きく依存する。したがって従来
の平面型三極管素子は閾値電圧の低減化が難しく、低減
できても均一性が悪いという問題点があった。

【０００９】さらに、電界電子放出装置の閾値電圧はカ
ソード電極１０２の先端曲率半径にも大きく依存する。
すなわち先端曲率半径が小さいほど閾値電圧は低くな
り、実用的な閾値電圧を得るためには先端曲率半径は１
０００オングストローム以下であることが望ましい。し
かし従来技術においてはフォトレジストのだれによって
２０００オングストロームが限界であり、実用的な先端
曲率半径の製造は困難であった。

【００１０】そこで本発明は、このような従来技術の問
題点を克服するためのもので、その目的とするところ
は、大きなゲート入力抵抗と、線形な入出力関係を有
し、しかも相互コンダクタンスが大きい高性能な電子放
出装置およびその駆動方法を提供するところにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による電子放出装
置は、電子を放出せしめるカソード電極と、前記カソー
ド電極に電界を印加せしめるゲート電極と、放出電子を
収集せしめるアノード電極と、前記カソード電極と前記
アノード電極の間に設けられ、前記放出電子を制御せし
めるコントロール電極と、前記コントロール電極と前記
アノード電極の間に設けられたスクリーン電極およびサ
プレッサ電極とを少なくも具備し、前記カソード電極お
よびサプレッサ電極を接地し、前記ゲート電極およびス
クリーン電極にゲート電圧を印加する手段と、前記アノ
ード電極にアノード電圧を印加する手段とを備え、前記
コントロール電極に入力信号電圧を印加してアノード電
流を制御するように構成したことを特徴とする。

【００１２】また本発明による電子放出装置の駆動方法
は、電子を放出せしめるカソード電極と、前記カソード
電極に電界を印加せしめるゲート電極と、放出電子を収
集せしめるアノード電極と、前記カソード電極と前記ア
ノード電極の間に設けられ、前記放出電子を制御せしめ
るコントロール電極と、前記コントロール電極と前記ア
ノード電極の間に設けられたスクリーン電極およびサプ
レッサ電極とを少なくも具備し、前記カソード電極およ
びサプレッサ電極を接地し、前記ゲート電極およびスク
リーン電極にゲート電圧を印加し、前記アノード電極に
アノード電圧を印加し、前記コントロール電極に入力信
号電圧を印加してアノード電流を制御することを特徴と
する。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【実施例】本発明を実施例に基づき説明する。図１は新
規な四極電界電子放出装置の部分斜視図である。本装置
は石英よりなる平面基板１の表面に、厚さ１０００オン
グストロームのモリブデン（Ｍｏ）薄膜よりなるゲート
電極５とコントロール電極６を有し、ゲート電極５とコ
ントロール電極６にそれぞれ隣接して厚さ５０００オン
グストロームの二酸化シリコン薄膜よりなる島状絶縁層
２を有する。ゲート電極５に隣接した島状絶縁層２の表
面にはオーバーハングした放出突起４をもつ厚さ２００
０オングストロームのカソード電極３を有し、コントロ
ール電極６に隣接した島状絶縁層２の表面には厚さ２０
００オングストロームのアノード電極７を有する。

【００１６】カソード電極３は膜厚が１０００オングス
トロームのタングステン（Ｗ）薄膜よりなる第一カソー
ド電極３ａと膜厚が１０００オングストロームのモリブ
デン（Ｍｏ）薄膜よりなる第二カソード電極３ｂが積層
された構造である。アノード電極７はカソード電極３と
同様の薄膜よりなる第一アノード電極７ａと第二アノー
ド電極７ｂが積層された構造である。四個の電極、すな
わちカソード電極３、ゲート電極５、コントロール電極
６およびアノード電極７は平面基板１の表面にこの順序
で配置されている。

【００１７】カソード電極３は５μｍピッチで一列に配
置された放出突起４を有する。放出突起４は平面基板１
の表面に平行にゲート電極５の方向に突出した構造で、
その先端近傍には島状絶縁層２が存在しない。放出突起
４の平面方向の先端曲率半径は約４００オングストロー
ムである。

【００１８】ゲート電極５はカソード電極３に自己整合
的に形成されており、放出突起４の垂直下部において放
出突起４に概ね同形状の欠落部分を有する。ゲート電極
５と放出突起４の距離（Ｌ_ｇｋ）は島状絶縁層２とゲー
ト電極５の膜厚で決まり、それは島状絶縁層２の膜厚か
らゲート電極５の膜厚を引いた値（Ｌ_ｇｋ＝４０００オ
ングストローム）である。最近の薄膜の製造方法によれ
ば膜厚の制御性は非常に良好であり、したがって本装置
のＬ_ｇｋは制御性、再現性、均一性に優れているという
特長を有するものである。

【００１９】放出突起４の先端近傍におけるゲート電極
５の幅は約２μｍ、ゲート電極５とコントロール電極６
の距離（スペース）は４μｍ、コントロール電極６の幅
は８μｍ、コントロール電極６とアノード電極７の距離
（スペース）は約１０μｍ、アノード電極７の幅は１０
０μｍである。ゲート電極５の幅が小さいほどゲート電
流は少なく電力効率がよい。またアノード電極７は幅が
大きく面積が大きいほど電子の収率がよい。コントロー
ル電極６の幅は大きいほど相互コンダクタンスが大きく
なりアノード電極の制御性が良好となるが、コントロー
ル電極６に流入する電子量（コントロール電流）も多く
なるためこれらの兼ね合いで決定される。コントロール
電極６の幅はゲート電極５の幅より大きく、アノード電
極７の幅より小さい範囲であることが望ましい。増幅率
（μ＝Ｃ_ＣＧ／Ｃ_ＡＧ：Ｃ_ＣＧはゲート電極５・コント
ロール電極６間容量、Ｃ_ＡＧはゲート電極５・アノード
電極７間容量）を大きくするにはコントロール電極６の
幅を狭くし、コントロール電極６とアノード電極７のス
ペースを大きくすればよい。

【００２０】図２は本実施例の図１に示す４極電界電子
放出装置の製造方法を説明するためのもので、主要な製
造工程が終了した後の概略縦断面図である。図２（Ａ）
は平面基板１の表面に絶縁層８、カソード電極層９、エ
ッチング保護層１０を順次積層して形成し、さらに、フ
ォトレジスト１１を形成した後の断面図である。平面基
板１は絶縁性の石英基板である。絶縁層８、カソード電
極層９およびエッチング保護層１０はスパッタ法で連続
的に堆積したもので、それぞれ、５０００オングストロ
ームの二酸化シリコン薄膜、１０００オングストローム
のＷ薄膜および２０００オングストロームの二酸化シリ
コン薄膜である。フォトレジスト１１はカソード電極３
およびアノード電極７の形状にパターン化してある。

【００２１】図２（Ｂ）はエッチング保護層１０を過剰
エッチング法によって加工しエッチングマスク１２を形
成した後の断面図である。過剰エッチング法はＨＦ系エ
ッチング液などを用いたエッチング保護層１０を選択的
にエッチングする手段により、フォトレジスト１１の形
状で規定される領域よりもさらに多くエッチング保護層
１０をエッチング除去することである。フォトレジスト
１１の放出突起４に対応する部分の曲率半径よりも大き
くフォトレジスト１１の外周より内側へエッチング保護
層１０を過剰エッチングすることにより、曲率半径の小
さな放出突起４の形状を有するエッチングマスク１２を
得ることができる。本実施例ではフォトレジスト１１の
曲率半径が３０００オングストロームであるため、５０
００オングストロームの過剰エッチングを行い３００オ
ングストロームの曲率半径を有するエッチングマスク１
２を得た。

【００２２】図２（Ｃ）はカソード電極層９をエッチン
グ加工して第一カソード電極３ａと第一アノード電極７
ａを形成した後の断面図である。フォトレジスト１１を
除去した後、鋭い放出突起形状を有するエッチングマス
ク１２を利用してカソード電極層９の加工を行った。カ
ソード電極層９の加工にはドライエッチング法を利用
し、ガス流量比ＣＦ_４ ／Ｏ_２ ＝６０／２００、ＲＦ
パワー７００Ｗにて５分間行った。このときカソード電
極層９は過剰エッチングされ、先端の曲率半径が３００
オングストロームの鋭い放出突起形状を有する第一カソ
ード電極３ａが得られた。

【００２３】図２（Ｄ）は絶縁層８を部分的にエッチン
グ除去し島状絶縁層２を形成して、放出突起４を露出さ
せた後の断面図である。第一カソード電極３ａと第一ア
ノード電極７ａをエッチング用のマスクとして利用し、
ＨＦ系エッチング液によって不要な部分の絶縁層８を除
去し島状絶縁層２を形成した。このとき放出突起４は島
状絶縁層２よりオーバーハングして露出した。また、エ
ッチングマスク１２は除去され、平面基板１は石英であ
ってほとんどエッチングされなかった。

【００２４】図２（Ｅ）は方向性粒子堆積法でゲート電
極層１３を形成した後の断面図である。方向性粒子堆積
法としてスパッタ法を利用し、厚さ１０００オングスト
ロームのＭｏ薄膜を堆積しゲート電極層１３を形成し
た。方向性粒子堆積法は粒子源より平面基板１の表面に
概ね垂直に粒子を飛ばし堆積させる方法である。この方
法を用いると、放出突起４のようなオーバーハングした
部分が陰となり、第一カソード電極３ａの上に堆積した
Ｍｏ薄膜１３１や第一アノード電極７ａの表面に堆積し
たＭｏ薄膜１３２と平面基板１の表面に堆積したゲート
電極層１３は電気的に分断され、また、放出突起４と同
形状の欠落部分が放出突起４の垂直下部に自己整合的
（一方の電極の位置がずれても他方の電極の位置がそれ
に対応して修正された位置に形成される。）に形成され
るのである。このような方向性粒子堆積法として、蒸着
法、スパッタ法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌ
ｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ堆積法、ク
ラスターイオンビーム法などが適用できる。

【００２５】図２（Ｆ）はゲート電極層１３及びＭｏ薄
膜１３１、１３２をエッチング加工し第二カソード電極
３ｂ、ゲート電極５、コントロール電極６および第二ア
ノード電極７ｂを形成した後の断面図である。フォトエ
ッチング技術を利用し、放出突起４とゲート電極５の欠
落部分をレジストで覆った後、ドライエッチングでＭｏ
薄膜をエッチング加工した。

【００２６】完成した多極電界電子放出装置のカソード
電極３の放出突起４の先端曲率半径は４００オングスト
ロームであった。これは第二カソード電極３ｂの積層に
よって、第一カソード電極３ａのものより丸みを帯びた
ことによる。しかし、この丸みによって、放出突起４の
電界集中を受ける面積が広がり、放出量が大きく安定し
た電子放出を得ることが可能となった。なお、第一カソ
ード電極３ａと第二カソード電極３ｂの材料が異なる場
合などは、おもに放出突起４の部分の第一カソード電極
３ａもしくは第二カソード電極３ｂのどちらかをエッチ
ング除去すると、放出突起４が薄くなり膜厚方向の先端
曲率半径が小さくなって、より低閾値な多極電界電子放
出装置が実現できた。

【００２７】カソード電極とゲート電極の距離を均一性
よく短くし、しかも放出突起の先端曲率半径を小さくす
れば閾値電圧を低減化できる。以下その製造方法を三極
電界電子放出装置を例にして説明する。

【００２８】図３はその製造方法により製造された三極
電界電子放出装置の概略斜視図である。本装置は平面基
板１と、その表面に形成されたシリコン酸化膜よりなる
島状絶縁層２０２と、その表面にオーバーハングして形
成された放出突起４を具備するカソード電極２０３と、
放出突起４に自己整合して形成されたゲート電極２０５
と、平面基板１の表面に設けられたアノード電極７とが
主な構成要素である。また、島状絶縁層２０２の周囲、
特に、ゲート電極２０５付近の平面基板１には斜面２１
３が設けられている。この斜面２１３は放出突起４より
放出された電子がゲート電極５に流入する割合を低下さ
せ電界電子放出装置の電力効率を向上させる利点があ
る。

【００２９】この電界電子放出装置は５μｍピッチで形
成された放出突起４を並列に１００個有し、放出突起４
の先端曲率半径は４００オングストロームである。カソ
ード電極２０３とゲート電極２０５の距離（Ｌ_ＧＫ）は
４０００オングストローム、放出突起４の先端でのゲー
ト電極２０５の幅は２μｍ、カソード電極２０３とアノ
ード電極７の距離（Ｌ_ＡＫ）は約１０μｍである。平面
基板１は＃７０５９ガラス基板（コーニング社製）、島
状絶縁層２０２は膜厚が５０００オングストロームのシ
リコン酸化膜、第一カソード電極２０３ａは膜厚が１０
００オングストロームのモリブデン（Ｍｏ）薄膜、第二
カソード電極２０３ｂ、ゲート電極２０５およびアノー
ド電極７は膜厚が２０００オングストロームのタンタル
（Ｔａ）薄膜よりなる。また斜面２１３の角度は約１０
度である。

【００３０】図４（Ａ）乃至（Ｆ）は図３に示す電界電
子放出装置の製造方法に従う主要な製造工程の終了時に
おける平面基板１の概略縦断面図である。また図５
（Ａ）乃至（Ｃ）はそれぞれ図４（Ｂ）、（Ｄ）および
（Ｅ）に対応した平面基板１の概略平面図である。以下
に、本実施例の電界電子放出装置の製造方法を説明す
る。

【００３１】まず、平面基板１の表面にエッチングマス
ク層としての絶縁層８とカソード電極層９を積層して形
成し、その後、レジスト層１１を形成する（図４
（Ａ））。平面基板１は絶縁性の＃７０５９ガラス基板
である。絶縁層８は常圧ＣＶＤ法によって形成した膜厚
が５０００オングストロームの二酸化シリコン薄膜で、
カソード電極層９はスパッタ法で堆積した膜厚が１００
０オングストロームのＭｏ薄膜である。レジスト層１１
は概ねカソード電極２０３の形状にフォトエッチング法
によって形成した。

【００３２】つぎに、カソード電極層９をレジスト層１
１の形状に加工し、仮カソード電極９１を形成する。
（図４（Ｂ）および図５（Ａ））。カソード電極層９の
Ｍｏ薄膜はＣＦ_４ ガスを用いたドライエッチング法に
よってエッチング加工した。レジスト先端１１ａはその
先端曲率半径が約７０００オングストロームであり、仮
カソード電極９１のそれも同様である。

【００３３】つぎに、絶縁層８を過剰エッチング法によ
って加工しエッチングマスク８１を形成する（図４
（Ｃ））。過剰エッチング法とは等方的エッチング手段
を用いて仮カソード電極９１の形状で規定される領域の
内部深くまで絶縁層８をエッチング除去する方法であ
る。等方的エッチング手段によれば、仮カソード電極９
１の外周から内部方向にエッチングが等速度で進行する
ため、凸形状の部分においてはその形状が鋭くなる。従
って、過剰エッチング法は凸形状の部分において先端曲
率半径が小さくできるという特徴がある。

【００３４】ここでは等方的エッチング手段としてＨＦ
系エッチング液を用い、絶縁層８の二酸化シリコン薄膜
の過剰エッチングを行った。仮カソード電極９１の外周
より約１．５μｍ内側まで過剰エッチングしたところ、
逆テーパ形状のエッチングマスク８１が形成され、その
突起部分の先端曲率半径は約３００オングストロームで
あった。仮カソード電極９１の先端曲率半径が７０００
オングストロームであるのと比較すると約２０倍のシャ
ープ化が達成できた。この工程において平面基板１の表
面もエッチングされ、エッチングマスク８１の周辺に斜
面２１３が形成された。絶縁層８のエッチング速度は平
面基板１に比べ約５倍大きく、このため、放出突起４の
下部に形成された斜面２１３の勾配は約１０度であっ
た。

【００３５】つぎに、仮カソード電極９１をエッチング
マスク８１の形状にエッチング加工し、第一カソード電
極２０３ａを形成する（図４（Ｄ）および図５
（Ｂ））。仮カソード電極９１の表面を保護のためのレ
ジスト層１１で覆ったまま、裏面よりそれをドライエッ
チングすると、エッチングマスク８１と同等の平面形状
を有する第一カソード電極２０３ａが形成された。第一
カソード電極２０３ａの放出突起４の先端曲率半径は約
３００オングストロームであった。

【００３６】つぎに、エッチングマスク８１の側面をエ
ッチング除去して島状絶縁層２０２を形成し、レジスト
層１１を除去する（図４（Ｅ）および図５（Ｃ））。エ
ッチングマスク８１の側面を０．７μｍほど除去して第
一カソード電極２０３ａを庇形状に形成し、放出突起４
をオーバーハング状に露出させた。

【００３７】最後に、方向性粒子堆積法によってＴａ薄
膜の電極層をさらに形成した後、それをエッチング加工
して第二カソード電極２０３ｂ、ゲート電極２０５およ
びアノード電極７を形成する（図４（Ｆ））。方向性粒
子堆積法にスパッタ法を利用し厚さ２０００オングスト
ロームのＴａ薄膜よりなるゲート電極２０５を形成し
た。方向性粒子堆積法を用いると放出突起４のようなオ
ーバーハングした部分が陰となり、第一カソード電極２
０３ａの表面に堆積した第二カソード電極２０３ｂと平
面基板１の表面い堆積したゲート電極２０５の層は電気
的に分断され、また、放出突起４と同形状の欠落部分が
放出突起４の垂直下部に自己整合的に形成される。この
ような方向性粒子堆積法としてスパッタ法、蒸着法、Ｅ
ＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓ
ｏｎａｎｃｅ）プラズマ堆積法、クラスタイオンビーム
法などが適用できる。

【００３８】Ｔａ薄膜の電極層はドライエッチング法で
加工し、ゲート電極２０５およびアノード電極７を形成
した。このとき欠落部分が侵食されないようにフォトレ
ジストで覆うことが重要である。カソード電極２０３は
第一カソード電極２０３ａと第二カソード電極２０３ｂ
の積層構造であって、その先端曲率半径は約４００オン
グストロームであった。なお、第一カソード電極２０３
ａと第二カソード電極２０３ｂの材料が異なる場合など
は、放出突起４の部分でどちらかの電極を除去し、残り
を電子放出の電極として利用してもよい。このように放
出突起４を薄くすると膜厚方向の先端曲率半径が小さく
なり、より低閾値化が達成できる。

【００３９】このように製造された電界電子放出装置の
電気特性を高真空中で測定した。カソード電極２０５を
接地してアノードカソード電圧Ｖ_ａｋ＝２００Ｖと一定
としたとき、ゲートカソード電圧Ｖ_ｇｋ＝６０Ｖでカソ
ード電流Ｉ_ｋ ＝４×１０^{− ８}Ａ、１００Ｖで６×１０
^−５Ａが得られた。また、カソード電極２０３とゲート
電極２０５の間の寄生容量は１０ｆＦ程度であった。

【００４０】本実施例ではカソード電極２０３などの電
極材料にＭｏ薄膜とＴａ薄膜を利用したが、本発明はこ
れに限るものでなく、この他にタングステン、シリコ
ン、クロム、アルミニウムなどの金属やこれらを成分に
含む合金などが利用できる。また、平面基板１としてシ
リコン基板などの導電性基板の表面に絶縁体を設けた絶
縁性基板や、アルミナ基板など熱伝導性の良好なセラミ
ック基板などを利用してもよい。さらに、絶縁層８もし
くはエッチングマクス８１は二酸化シリコン薄膜に限る
ものでなく、窒化シリコン薄膜やアルミナ薄膜なども利
用できる。

【００４１】電子放出の閾値電圧を低減するために放出
突起４にバリウム、トリウム、セシウムなどの仕事関数
の小さな材料をコーティングしてもよく、またこのよう
な材料でカソード電極２０３を形成してもよい。

【００４２】電子放出の雑音を低減するために、放出突
起４の数を充分に多く設け、これらを同時に駆動して一
斉に電子放出を行うことでＳ／Ｎ比を大きくすることが
できる。なお、電子放出は放出突起４の先端の一点のみ
でなく、先端の脇に作製された複数の補助突起から発生
しても同じ効果である。また、セルフバイアス抵抗や非
線形抵抗をカソード電極に直列接続すると、過電流を防
止したり、雑音を低減できる。

【００４３】また、アノード電極７の表面に蛍光体を形
成して発光型ディスプレイを構成することや、銅薄膜な
どＸ線を発生する材料を形成して、電子線でこれを励起
することにより微細Ｘ線源を構成することができる。上
記製造方法は当然のことながら図１に示す四極電界電子
放出装置においても同様に利用できるものである。

【００４４】以上説明したように本発明の電界電子装置
の製造方法は下記に列記するような格別なる効果を奏す
る。 （１）カソード電極層もしくはカソード電極層の表面に
形成したエッチングマスク層を過剰エッチングしカソー
ド電極を製造する方法に比べ、先端曲率半径のより小さ
な放出突起が製造できる。これは平面基板１の表面に形
成したエッチングマスクのエッチング特性が非常に等方
的で、しかも湿式エッチング法などのエッチング速度の
大きなエッチング手段を利用できるためである。Ｍｏな
どは湿式エッチングが難しいため、そのものの過剰エッ
チング法による放出突起４の形成は困難である。 （２）Ｌ_ｇｋは島状絶縁層とゲート電極の膜厚によって
概ね決定される。膜厚の制御性はＬＳＩ技術の発展によ
って優れており、均一性がよく電子放出の閾値電圧の低
い電界電子放出装置が実現される。従来の技術ではＬ
_ｇｋは０．８μｍが限界であったが、本発明により０．
１μｍ以下のものが作製できる。 （３）過剰エッチング法によって放出突起４の先端曲率
半径を小さくし低閾値化が達成できた。従来技術では先
端曲率半径は２０００オングストローム程度が限界であ
ったが、本発明により４００オングストローム以下が可
能となった。 （４）過剰エッチング法は放出突起４のような凸部は曲
率半径のより小さな鋭い凸部となり、反対に凹部はより
なめらかな凹部になるという特長がある。このような性
質を利用してカソード電極の凸部と凹部を使い分け、不
慮の電子放出や電極間の短絡を防止できる。 （５）カソード電極に対してゲート電極を自己整合的に
形成することができ、電極間の寄生容量が小さくなり高
速動作が可能となる。特に比抵抗の小さな第一カソード
電極を設けて配線抵抗を小さくし、配線遅延のより小さ
な高速デバイスの製造に適している。

【００４５】図６（Ａ）は上記の新規な四極電界電子放
出装置を利用した平面型四極真空管の概略平面図、同図
（Ｂ）はそのＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。

【００４６】平面型四極真空管は前述した四極電界電子
放出装置を有する平面基板１と対向基板１４を概ね平行
に配置し、その周辺に狭持体１７を設け、平面基板１、
対向基板１４および狭持体１７で囲まれた真空層２３の
内部に四極電界電子放出装置を封入した構造である。対
向基板１４は石英基板よりなり、真空層２３に面した表
面に帯電防止のための導電性薄膜１５をもち、また真空
層２３を真空排気して封止した封止口１６をもつ。封止
口１６はＣｒ／Ａｕ薄膜が形成された開口内部にＡｕ・
Ｓｎ合金を溶かして穴埋めしたものである。ゲッタ材料
１８は対向基板１４の表面に予め形成されたＡｌ・Ｂａ
合金薄膜よりなり、真空層２３の完成後にレーザで加熱
され真空層２３の壁面に蒸着されてゲッタ効果が蘇生さ
れている。狭持体１７は低溶融ガラス粉末に直径１００
μｍのグラスファイバを混合して焼成したもので、それ
ぞれの基板と気密性よく接着され、真空層２３のギャッ
プを１００μｍに維持している。

【００４７】四極電界電子放出装置の各電極の外部取り
出し端子、すなわち、カソード端子１９、ゲート端子２
０、コントロール端子２１およびアノード端子２２は狭
持体１７と平面基板１の間より金属薄膜によって真空層
２３の外部に導出されている。この平面型四極真空管の
大きさは横７ｍｍ、縦４ｍｍ、厚さ２．２ｍｍであっ
て、従来の熱電子放出型の真空管に比べて体積で１／１
０００以下と非常に小さい。真空層２３の真空度は１×
１０^−７Ｔｏｒｒ以下である。なお、アノード電極７は
平面基板１の表面に形成されているが、本発明はこれに
限るものでなく、例えば対向基板の表面に形成されてい
てもよい。また、このときコントロール電極６は放出突
起４とアノード電極７の中間に位置するように真空層２
３の内部に配置されていてもよい。

【００４８】上記四極電界電子放出装置の電気放出特性
を図７〜図９に示す。図７は四極電界電子放出装置をも
ちいたカソード電極接地型の電圧増幅器の電気接続図で
ある。前述した四極真空管を図７の中央に示すシンボル
マーク３０で表現することとする。これはカソード電極
３、ゲート電極５、コントロール電極６およびアノード
電極７を真空層２３の内部に封入したことを意味する。

【００４９】四極電界電子放出装置を利用した電圧増幅
器の駆動方法はつぎの通りである。すなわち、カソード
電極３を接地して、ゲート電極５に正電位のゲート電圧
２６（Ｖ_ＧＫ）を印加し、アノード電極７に負荷抵抗２
８（Ｒ_Ｌ ）を通して正電位のアノード電圧２７（Ｖ
_ＡＫ）を印加し、コントロール電極６にコントロールバ
イアス電圧２５（Ｖ_ＣＫ）とこれに直列接続された入力
信号電圧２４（Ｖ_ｉｎ）を印加すると、アノード電極７
と負荷抵抗２８の接続部分より入力信号電圧２４に比例
した出力信号電圧２９（Ｖ_ｏｕｔ ）が得られる。

【００５０】図８は前述の四極電界電子放出装置の電子
放出特性を示すグラフである。これは図７の電気接続図
において入力信号電圧２４とコントロールバイアス電圧
２５を０Ｖ、アノード電極２７をＶ_ＡＫ＝４００Ｖとし
て四極電界電子放出装置のゲート電圧２６に対するゲー
ト電流３２（Ｉ_Ｇ ）およびアノード電流３１（Ｉ_Ａ）
の依存性を測定した結果である。ゲート電圧２６に対し
てゲート電流３２およびアノード電流３１は指数関数的
に増加し、放出電流がＦ・Ｎトンネル電流であることを
示している。アノード電流３１はゲート電流３２に対し
て約２桁小さい。ゲート電圧２６でアノード電流３１を
制御する従来の駆動方法では、Ｉ_Ｇ＞Ｉ_Ａ であるため
に電力変換効率が悪く、また伝達特性も指数関数になる
ためにリニア増幅器などには利用しにくい。そこで、ア
ノード電流３１をコントロール電極６に印加する電圧で
制御するに至った。

【００５１】図９は前述の四極電界電子放出装置の入出
力静特性を示すグラフである。これは図７の電気接続図
においてゲート電圧２６をＶ_ＧＫ＝１４０Ｖ、入力信号
電圧２４を０Ｖ、アノード電極２７をＶ_ＡＫ＝４００Ｖ
として四極電界電子放出装置のコントロールバイアス電
圧２５に対するコントロール電流３３（Ｉ_Ｃ ）とアノ
ード電流３４の依存性を測定した結果である。Ｖ_ＣＫ＜
０Ｖの範囲でアノード電流３４は指数関数的（非線形）
に変化するものの、Ｖ_ＣＫ＞０Ｖの範囲ではアノード電
流３４は直線的（線形）に変化する。すなわち、Ｖ_ＣＫ
＞０Ｖの範囲でコントロール電極６に印加する電圧にア
ノード電流３４は比例するため、リニア増幅器として利
用できる。このときコントロール電流３３はアノード電
流３４に比べ１％以下であって、入出力の電力変換効率
が良好な電界効果型の電圧増幅器となる。

【００５２】このようなコントロール電極６の電界効果
によるアノード電流３４の制御機構は従来の熱電子放出
型真空管のグリッド電極のそれに類似している。すなわ
ち、コントロール電極６の電位によってコントロール電
極６とカソード電極３の中間に形成される電界（電位勾
配）によりアノード電流３４が制御される機構である。
コントロール電極６に負の電圧が印加され放出突起４の
近傍に負の電界が形成されると、アノード電極７に向か
う放出電子に斥力が印加され、アノード電極７に到達で
きる電子量は制限される。

【００５３】カソード電極から飛び出した電子は、初速
度を持っているためアノード電極方向へとんでいくが、
途中に負電位のコントロール電極が存在すると、この負
電位の電位勾配によって減速され、一部の電子はカソー
ド電極方向に戻る。こうして電子がカソード電極とコン
トロール電極との間に滞在し電子雲（空間電荷制限領
域）を形成する。アノード電極へ流れることができる電
子は統計的にコントロール電位よりエネルギーの高いも
のに限られる。このような空間電荷制限領域における電
子の伝導は、雑音電流が非常に小さくなることが知られ
ている。空間電荷のゆらぎは、カソード電極からの放出
電流のゆらぎ（雑音電流）に比べて小さく、特にエネル
ギーの小さな電子のゆらぎはほとんど無視でき、エネル
ギーの大きな電子の一部のみがアノード電流の雑音の原
因となるのみであるからである。従来の三極電界電子放
出装置は、上記の空間電荷制限領域を有せず、カソード
電極から放出された電子はほとんどアノード電極に到達
する（放射制限領域での電子の伝導）ので放出電流の雑
音がそのままアノード電流の雑音となってあらわれる。

【００５４】一方、コントロール電極６に正の電圧を印
加していくと、放出電子への斥力は弱まりアノード電流
３４が増加する。ところで、正電位のゲート電極５は従
来の五極真空管の空間電荷グリッド電極と同様の役割を
果たし、カソード電極３の付近に空間電荷が滞留するの
を防止している。なお、本発明においてはアノード電極
７の二次電子の影響を防止するために後記のとおりアノ
ード電極７とコントロール電極６との中間に抑制電極を
追加して形成してもよい。

【００５５】コントロールバイアス電圧２５の設定によ
り線形領域と非線形領域の使い分けができる。線形領域
の動作は電圧増幅器などのリニア増幅機能として都合が
よく、非線形領域の動作はスイッチング機能などに都合
がよい。またゲート電圧２６を小さくすると、直線領域
と非線形領域の境界を与えるコントロールバイアス電圧
２５が低電圧側にシフトするため、ゲート電圧２６を任
意に設定することでコントロールバイアス電圧２５の設
定電圧を自由に選択できるなどの特長がある。しかし、
前述の四極電界電子放出装置においては、図８に示すよ
うに、ゲート電流がアノード電流より著しく多く、ゲー
ト電極に流れる無効電流の存在は非効率的である。

【００５６】図１０は本実施例の多極電界電子放出装置
のアノード静特性を示すグラフである。図７の電気接続
図におけるゲート電圧２６をＶ_ＧＫ＝１４０Ｖとし、入
力信号２４を０Ｖとして、コントロールバイアス電圧２
５をＶ_ＣＫ＝２０、４０、６０、８０Ｖと変化させたと
きのＶ_ＡＫ−Ｉ_ＡＫ静特性を測定した結果である。図１
０よりわかるように本実施例の多極電界電子放出装置
は、Ｖ_ＡＫ＞１５０Ｖの範囲でＩ_ＡＫはほぼ一定にな
り、またＩ_ＡＫはＶ_ＧＫに比例して増加するという、従
来の熱電子放出型の五極真空管に類似したアノード静特
性を有する。この特性はアノード抵抗が非常に大きく、
しかも入出力が比例関係にあるため、リニア増幅器など
への応用に最適なものである。

【００５７】図７における負荷抵抗２８をＲ_Ｌ ＝５Ｇ
Ωとすると、図１０のアノード電極静特性のグラフに負
荷直線３６が引ける。このような回路によって増幅器と
しての基本機能を確認した。すなわち、コントロールバ
イアス電圧２５をＶ_ＡＫ＝４０Ｖとし、２０Ｖの正弦波
（ｖ_ｉｎ＝２０ｓｉｎ（ωｔ）Ｖ）を入力信号２４とし
て印加したところ、出力信号２９として５０Ｖの正弦波
（ｖ_ｏｕｔ ＝−５０ｓｉｎ（ωｔ）Ｖ）が得られ、電
圧増幅率が２．５倍という増幅機能を確認した。周波数
ωを大きくしていき、増幅器としての周波数特性を測定
したところ、カットオフ周波数ω_ｃ は１００ＭＨｚ以
上であった。

【００５８】図１１はコントロール電圧２５（Ｖ_ＣＫ）
に対するゲート電極Ｉ_Ｇ 、アノード電流Ｉ_Ａ および
コントロール電流Ｉ_Ｃ の関係を示す。ゲート電流Ｉ_Ｇ
はほぼ一定である。コントロール電流Ｉ_Ｃ はＶ_ＣＫ
＜Ｖ_ＧＫのときＩ_Ｃ ＜０である。負電流の原因として
真空中のイオン電流と基板の表面リーク電流が考えられ
るが、電流が安定であることからゲート電極との間の表
面リーク電流であろう。アノード電流Ｉ_Ａ はコントロ
ール電圧Ｖ_ＣＫに対して単調増加する。特にコントロー
ル電圧が大きいとき、アノード電流はこれにほぼ比例し
て増加する。すなわち伝達特性に線形領域が認められ
た。なお、Ｖ_ＣＫに対して放射電流はほぼ一定であり放
射電流がゲート電圧で定まり他の電極電位に影響されな
いことがわかった。

【００５９】図１２はコントロール電圧Ｖ_ＣＫをパラメ
ータとしたアノード特性である。アノード電流Ｉ_Ａ は
アノード電圧Ｖ_ＡＫとコントロール電圧Ｖ_ＣＫの双方に
依存して増加し、次式に従う。

【００６０】Ｉ_Ａ ＝Ｋ（Ｖ_ＣＫ＋ａＶ_ＡＫ）^ｎ ここでＫ、ａおよびｎは定数である。この特性は空間電
荷制限領域における熱電子放射型三極真空管の特性と同
様である。増幅率μ（＝１／ａ）および相互コンダクタ
ンスｇ_ｍ （＝ｄＩ_Ａ ／ｄＩ_ＣＫ）を同図より見積も
るとＶ_ＡＫ＝３００Ｖ、Ｖ_ＣＫ＝１５０Ｖのときそれぞ
れ１および２．６Ｅ−１０Ｓである。またｎ値は約１．
３であった。Ｖ_ＣＫ＞Ｖ_ＧＫのときアノード電流の一部
がコントロール電流に流入する傾向がある。

【００６１】図１２の特性においてはｇ_ｍ およびμが
非常に小さい。実用的には１ｍＳ以上および１００以上
がそれぞれ要求される。それぞれについて改善方法はい
くつかあるが、特にｇ_ｍ については放射電流を増やす
ことが効果的である。

【００６２】なお、電圧増幅率、相互コンダクタンスお
よび周波数特性をより高めるためにはカソード電極３の
放出突起４の数を増やし放出電流を大きくするか、もし
くはゲート電極３の構造を工夫し無効なゲート電極を減
らしてアノード電流を増加させることが必要である。本
実施例では放出突起４は６個であるが、これを例えば１
万倍にして放出電流を１万倍とすると、電圧増幅率、相
互コンダクタンスは約１万倍になり、周波数特性は約１
００倍に改善できた。無効なゲート電流を減らすために
は、ゲート電極５の幅をより小さくした構造や、放出突
起４の突出方向に開き角をもった斜面にゲート電極５を
形成した構造として、放出電子がゲート電極５に衝突す
る確率を小さくすればよい。

【００６３】本実施例では電気接続法としてカソード電
極３を接地したが、本発明はこれに限るものではなく、
例えばゲート電極５を接地した電気接続法であってもか
まわない。図１３は本実施例の多極電界電子放出装置を
ゲート電極接地型の電圧増幅器に利用した電気接続図で
ある。ゲート電極５を接地して、カソード電極３に負電
圧のカソード電圧３７を印加したものである。この電気
接続法によれば、図７に示したものと違い、放出電流の
値によって直線領域と非線形領域の境界が変動しないた
め使いやすい増幅器である。

【００６４】放射電流が大きい場合、雑音の少ない放出
電流を得るため、図１４に示すようにカソード電極とア
ノード電極間にセルフバイアス抵抗Ｒ_ＳＢを入れる駆動
方法が考えられる。図１５はこのアノード特性である。
放出電流の安定化のため２ＭΩのセルフバイアス抵抗Ｒ
_ＳＢをカソード電極に直列に挿入した。Ｖ_ＫＧ＝−２７
０Ｖのとき放射電流は約１０μＡであった。このグラフ
よりｇ_ｍ ＝１０ｎＳ、μ＝１．５が得られた。

【００６５】表１に特性をまとめた。四極デバイスのう
ちＡは図１２に対応し、Ｂは図１５に対応するものであ
る。

【００６６】

【表１】

【００６７】図１６は上記四極電界電子放出装置にスク
リーン電極Ｓを加えた五極電界電子放出装置の回路図で
あり、図１７はそのアノード特性を示す図である。カソ
ード電極の突起数は１００００個、Ｖ_ＫＧ＝−１４０
Ｖ、カソード電極電流Ｉ_ｋ ＝２０ｍＡ、Ｖ_ＳＧ＝１０
０Ｖ、Ｒ_Ｌ ＝１ＫΩの条件にて測定したものである。
図１７においてＲ_Ｌ ＝８０ＫΩの負荷を挿入すれば
（破線で示す。）、増幅率は４倍である。このときの動
作点はＶ_ｉ ＝−４０Ｖとなる。この五極を有する装置
は、アノード電圧が変動してもスクリーン電極の存在に
よりコントロール電極近傍の電界が変動しないため、ア
ノード電流は不変となる特性を有する。すなわちアノー
ド抵抗γａ γａ＝ΔＶ_Ａ ／ΔＩ_Ａ が増大する。

【００６８】次の実施例では平面型の六極電界電子放出
装置の構造と製造方法について述べる。図１８（Ａ）、
（Ｂ）および（Ｃ）はそれぞれ平面型の六極電界電子放
出装置の概略平面図、Ｂ−Ｂ線に沿った概略縦断面図お
よびＣ−Ｃ線に沿った概略縦断面図である。本装置は四
極電界電子放出装置のコントロール電極６とアノード電
極７の中間にスクリーン電極５０とサプレッサ電極５３
を設けた構造である。また、コントロール電極６および
スクリーン電極５０はそれぞれの電極上に形成された柱
状コントロール電極６４および柱状スクリーン電極６５
をそれぞれ具備する。それらの柱状電極はカソード電極
３の表面で規定される平面を串刺しするように形成され
ており、その高さは少なくも島状絶縁層２の膜厚より大
きい。

【００６９】柱状コントロール電極６４は直径３μｍ、
高さ５μｍの円柱形状で、放出突起４から約１０μｍ離
れた位置において二つの放出突起４の中間に配置される
ように１０μｍピッチで設けられている。柱状スクリー
ン電極６５は幅５μｍ、厚さ３μｍ、高さ５μｍの平板
形状で、個々の柱状コントロール電極６４にそれぞれ１
０μｍの距離をおいて一つずつ設けられている。サプレ
ッサ電極５３は５μｍの幅でアノード電極７とスクリー
ン電極５０の中間に設けられ、スクリーン電極５０との
距離は約２０μｍ、アノード電極７との距離は約５０μ
ｍである。

【００７０】カソード電極３は５μｍピッチで形成され
た８個の放出突起４を有する。島状絶縁層２の厚さは５
０００オングストロームである。ゲート電極５はカソー
ド電極３に自己整合的に形成されており、放出突起４と
のきょりは３０００オングストロームであり、その先端
近傍における幅は約２μｍである。また、コントロール
電極６との距離は４μｍである。

【００７１】ゲート電極５の電界によってカソード電極
３より放出された電子はコントロール電極６の電界によ
って制御され、アノード電極７に到達できる電子量が制
限される。スクリーン電極５０は一定電位に保持され、
アノード電極７の電界によるコントロール電極６の電界
のゆらぎを防止する。サプレッサ電極５３はアノード電
極７より発生する二次電子がコントロール電極６の方向
へ戻るのを防止する。図１９は本実施例の六極電界電子
放出装置の製造方法を説明するためのもので、主要な製
造工程が終了した後の概略縦断面図である。以下に製造
方法を説明する。

【００７２】まず、平面基板１の表面に絶縁層８、カソ
ード電極層９を順次積層して形成し、さらに、フォトレ
ジスト１１を形成する（図１９（Ａ））。平面基板１は
アルミナ基板よりなる。アルミナ基板のようなセラミッ
ク基板は絶縁性で、しかも熱伝導率が大きいため、大電
力を扱う電界電子放出装置用の基板として優れている。
このほかに半絶縁性ＧａＡｓ基板、ダイアモンド基板の
ような結晶性基板を用いてもよい。絶縁層８は膜厚５０
００オングストロームの二酸化シリコン薄膜、カソード
電極層９は膜厚１０００オングストロームのタンタル
（Ｔａ）薄膜よりなる。フォトレジスト１１はカソード
電極３の形成のために用いる。

【００７３】つぎに、カソード電極層９を過剰エッチン
グ法で加工し、第一カソード電極３ａを形成する（図１
９（Ｂ））。過剰エッチング法としてドライエッチング
法を利用した。ＣＦ_４ ／Ｏ_２ ガス＝１２０／１０
０、ＲＦパワー７００Ｗにて２５分間のエッチング法を
行ったところ、カソード電極層９は１μｍほど過剰エッ
チングされ、先端曲率半径が３００オングストロームの
放出突起４が形成された。

【００７４】つぎに、絶縁層８を部分的にエッチング除
去して島状絶縁層２を形成し、またフォトレジスト１１
を除去する（図１９（Ｃ））。島状絶縁層２の形成方法
は前記の実施例で述べた方法と同様である。

【００７５】つぎに、柱形成層５６を形成する（図１７
（Ｄ））。柱形成層５６は塗布法によって形成した膜厚
５μｍの感光性ポリイミド樹脂よりなる。感光性ポリイ
ミド樹脂は、例えば、ネガタイプのＰＩ−４１０（宇部
興産（株）製造）などが利用できる。なお、柱形成層５
６の材料としてこのような有機材料のほかに無機材料も
利用できることは明白である。

【００７６】つぎに、柱形成層５６をフォトエッチング
加工し、コントロール電極柱６４とスクリーン電極柱６
５を形成する（図１９（Ｅ））。柱形成層５６が感光性
材料のときはフォトエッチング法で加工でき、これ以外
の有機材料や無機材料のときはＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖ
ｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法などの異方性エッチン
グ法が適する。

【００７７】つぎに、方向性粒子堆積法でゲート電極層
１３３を形成する（図１９（Ｆ））。方向性粒子堆積法
としてスパッタ法を利用し、膜厚が２０００オングスト
ロームのＴａ薄膜よりなるゲート電極層１３３を形成し
た。ゲート電極層１３３はコントロール電極柱６４とス
クリーン電極柱６５を被覆するようにそれらの側面部分
にも堆積した。

【００７８】最後に、ゲート電極層１３３をエッチング
加工し第二カソード電極３ｂ、ゲート電極５、コントロ
ール電極６、柱状コントロール電極６４、スクリーン電
極５０、柱状スクリーン電極６５、サプレッサ電極５３
およびアノード電極７を形成する（図１９（Ｇ））。

【００７９】なおコントロール電極柱６４とスクリーン
電極柱６５が有機材料の場合には、これらを除去してし
まうと高真空状態が維持できる。これらの除去方法を説
明する。まず、平面基板１の表面にレジストを塗布す
る。このとき、柱状コントロール電極６４と柱状スクリ
ーン電極６５の先端部においてレジストの膜厚が他より
薄くなる。つぎに、ドライエッチング法によってレジス
トを灰化していくと柱状電極の先端部のゲート電極層１
３３が現れる。このゲート電極層１３３もエッチング除
去すると、その開口部よりそれぞれの電極柱の先端部が
現れる。最後に、これらの電極柱を溶剤などで除去す
る。このようにして製造された柱状電極はその内部に脱
ガス源となる有機材料がなく空洞であるため、加熱排気
などによって高真空状態が生成、維持できる。

【００８０】図２０は本実施例の六極電界電子放出装置
を利用した六極真空管の概略斜視図である。これは六極
電界電子放出装置をメタル缶で真空パッケージしたもの
である。すなわち、六極電界電子放出装置の形成された
平面基板１１１をハーメチックシール１６０に固定し、
それぞれの電極とハーメチック端子１６１をワイヤ１６
２で接続し、真空中でハーメチックシール１６０とキャ
ップ１６３を封着して真空層１６４を形成したものであ
る。高真空の維持のためにキャップ１６３の内部壁面な
どにゲッタ材料１６５を形成し蘇生してある。

【００８１】図２１は上記の六極電界電子放出装置を用
いたカソード電極接地型の電圧増幅器の電気接続図であ
る。図１８に示した六極真空管を図２１の中央に示すシ
ンボルマーク６６で表現する。これはカソード電極３、
ゲート電極５、コントロール電極６、スクリーン電極５
０、サプレッサ電極５３およびアノード電極７を真空層
１６４の内部に封入したことを意味する。カソード電極
３とサプレッサ電極５３を接地し、ゲート電極５に正電
位のゲート電圧２６を印加し、コントロール電極６にコ
ントロールバイアス電圧２５とこれに直列接続された入
力信号電圧２４を印加し、アノード電極７に負荷抵抗２
８を介してアノード電圧２７を印加する。スクリーン電
極５０には任意の正電位を印加できるが、電源数、配線
数の簡略化のためにゲート電極５と同電位（Ｖ_ＧＫ）と
した。カソード電極５とサプレッサ電極５３、およびゲ
ート電極５とスクリーン電極５０の接続は平面基板１の
表面もしくは真空層１６４の内部で行うことも可能であ
る。以上の電気接続法により六極でありながらすでに記
述した四極真空管と端子数および電源数は同数となる。

【００８２】つぎに六極電界電子放出装置の駆動方法に
ついて述べる。まずゲート電極５に一定のゲート電圧２
６を印加すると、カソード電極３より一定量の電子が放
出される。この放出電子量はゲート電圧２６を変えない
限り常に一定である。この状態でアノード電圧２７を一
定として、コントロール電極６に直流バイアスされた入
力信号電圧２４を印加すると、アノード電流がこれに比
例して制御され、負荷抵抗２８で増幅された出力信号電
圧２９が得られる。コントロール電極６の電子に対する
電界効果はすでに開示の実施例で記述したものと同様の
効果である。スクリーン電極５０はアノード電極７の電
圧変動によるコントロール電極６の近傍の電界変動を防
止し、アノード抵抗と周波数特性を向上させる役割を持
つ。サプレッサ電極５３はアノード電極７より発生する
二次電子がコントロール電極５０の方向に流れるのを防
止する。

【００８３】Ｖ_ＡＫ＝３００Ｖ、Ｖ_ＧＫ＝１６０Ｖ、Ｖ
_ＧＫ＝６０Ｖ、Ｒ_Ｌ ＝１ＧΩにて六極電界電子放出装
置を駆動したところ、電圧増幅率μ＝８が得られた。こ
のとき相互コンダクタンスｇ_ｍ ＝２×１０^−９Ｓであ
った。また、周波数特性は前記の実施例に記述した四極
電界電子放出装置に比べ約２倍の改善がみられた。これ
はスクリーン電極５０によるアノード電界の遮蔽効果に
よるものと考えられる。

【００８４】図２２は六極電界電子放出装置の他の電気
接続図を示すものであり、図２３はそのアノード特性を
示す図である。カソード電極の突起数は１００００個、
Ｖ_{Ｋ Ｇ}＝−１４０Ｖ、カソード電極電流Ｉ_Ｋ ＝２０ｍ
Ａ、Ｖ_ＳＧ＝１００Ｖ、Ｒ_Ｌ＝１ＫΩの条件で測定した
ものである。図２３を図１７と比較すれば明らかなよう
にサプレッサ電極の存在によりアノード抵抗がさらに増
加し、Ｖ_ＡＧが小さい領域でも飽和特性を示す。γ_ａ
＝８ＭΩとなる。

【００８５】本発明は上記のような平面型装置に適用さ
れるだけでなく、縦型装置にも適用されうる。本実施例
ではこの一例として、シリコン単結晶基板の表面に形成
された縦型の四極電界電子放出装置について説明する。

【００８６】図２４は本実施例の縦型の四極電界電子放
出装置の概略的な部分縦断面図である。この装置は（１
００）面を有するｎ型シリコン単結晶基板よりなる導電
性の平面基板４０と、平面基板４０の表面に設けられ、
その表面に垂直な方向に突出した錘形状を有するカソー
ド電極４１と、平面基板４０の表面に設けられ、カソー
ド電極４１の周囲で開口した第一絶縁層４２と、第一絶
縁層４２の表面に設けられ、カソード電極４１の周囲で
開口したゲート電極４３と、ゲート電極４３の表面に設
けられ、カソード電極４１の周囲で開口した第二絶縁層
４４と、第二絶縁層４４の表面に設けられ、カソード電
極４１の周囲で開口したコントロール電極４５と、コン
トロール電極４５に真空層４８を介して配置されたアノ
ード電極４７を有する対向基板４６が主な構成要素であ
る。

【００８７】カソード電極４１は平面基板４０の表面を
異方性エッチング法で加工して製造されたもので、概ね
円錐形状を有する。また、その錘軸は平面基板４０に垂
直であって、その高さは約１．２μｍ、断面頂角は約９
０度である。なお、本発明においてはこれ以外の製造方
法によって形成されたカソード電極を用いてもよく、例
えばスピント型のものであってもよい。第一絶縁層４２
および第二絶縁層４４は二酸化シリコン薄膜よりなり、
膜厚はそれぞれ６０００オングストロームおよび３μｍ
である。両絶縁層の開口径はほぼ同じで約３μｍであ
る。ゲート電極４３およびコントロール電極４５はＭｏ
薄膜よりなり、膜厚はそれぞれ２０００オングストロー
ムおよび３０００オングストロームである。両電極の開
口径はほぼ同じで約１．２μｍである。平面基板４０と
対向基板４６はこれらの周辺に形成された狭持体で接着
され、その中間に真空層４８を形成する。真空層４８の
厚さは約５０μｍである。アノード電極４７はアルミニ
ウム薄膜や透明導電膜が用いられる。

【００８８】この四極電界電子放出装置の動作機構を説
明する。カソード電極４１に対してゲート電極４３に正
の電位を印加すると、カソード電極４１の突起先端より
電子が電界放出する。この放出電子はゲート電極４３と
コントロール電極４５の開口を通過してアノード電極４
７に到達できる。しかし、アノード電極４７に到達でき
る電子量（アノード電流）はコントロール電極４５の電
圧によって制御される。コントロール電極４５の電界効
果によるアノード電流の制御は実施例１で述べた機構と
同様である。従って、コントロール電極４５の電圧とア
ノード電流が比例関係にある直線領域が存在する。すな
わち、コントロール電極４５の電圧が負に大きいときは
コントロール電極４５よりカソード電極４１の方向に負
の電位勾配が形成され、放出電子はゲート電極４３の方
向に跳ね返される。このようなときはアノード電流は小
さい。一方、コントロール電極４５の電圧が大きいとき
は正の電位勾配が形成され、多くの電子がこれを通過可
能で大きなアノード電流が得られる。

【００８９】１万個のカソード電極４１が形成された本
実施例の四極電界電子放出装置の電気特性を測定した。
カソード電極接地型回路において、ゲート電圧が１２０
Ｖのとき３ｍＡの放出電流が得られ、コントロール電極
４５の電圧に対するアノード電流の変化、すなわち相互
コンダクタンスはｇ_ｍ ＝２０μＳであった。ゲート電
極４３に流れる無効電流は１％以下であって、良好な特
性が得られた。

【００９０】なお本実施例の四極電界電子放出装置にス
クリーン電極、サプレッサ電極などを形成すれば、さら
に電気特性を向上できるのは明白である。また、本実施
例においてはアノード電極４７を対向基板４６に形成し
たが、平面基板４０の表面に形成してもよい。このとき
コントロール電極４５はアノード電極４７とゲート電極
４３の中間に配置されるよう工夫する。例えば、真空層
４８の内部に空中設置してもよい。また、電極間の重な
り容量を減少させ、周波数特性と耐圧の改善を図るには
カソード電極４１の下部の配線を薄膜化し、これの余分
な領域を除去して重なり部分を排除することが適切であ
る。この場合、絶縁性の平面基板４０を使用する。

【００９１】本実施例の四極電界電子放出装置のように
カソード電極４１からの電子の放出方向に対してゲート
電極４３が垂直に形成され、またはゲート電極４３の開
口が放出電子の流路を包囲するように形成された多極電
界電子放出装置はゲート電極４３に流入する無効電流が
小さく電力効率がよい。なぜなら、放出電子がゲート電
極４３を通過するとき、わずかにゲート電極４３の膜厚
程度の距離を横切るだけであり、しかも開口の中央付近
を通過していくために放出電子がゲート電極４３に衝突
する確率が小さくなるからである。横型の多極電界電子
放出装置にこのような構造を適用すれば非常に効果的で
ある。

【００９２】模型の多極管素子の相互コンダクタンスを
大きくして性能を高めるためには、例えば、図１に示す
四極電界電子放出装置におけるゲート電極５の構造を工
夫してカソード電極３の放出面積を大きくする必要があ
るが、放出面積を大きくするとゲート電極５へ流入する
電子も増大するため、性能の高い電力増幅器が得られに
くいといった問題点がある。

【００９３】図２５は、ゲート電極５１の構造をリング
状とした多極電界電子放出装置の部分拡大斜視図であ
る。カソード電極３は図１に示される構造と同じであ
る。ゲート電極５１の一部を、カソード電極３の放出突
起４に対応する位置に開口部５２を設け、放出突起４か
ら放出された電子を開口部５２を通過させることによっ
て、ゲート電流、コントロール電流が小さくなり、無効
電流を軽減し、入力抵抗を大きくすることができる。

【００９４】開口部５２は図２５に示される形状に限ら
れず、放出突起４に対して周囲に同電位の開口状の電極
が形成され、その開口状の電極内を放出突起から放出さ
れる電子が通過できる構造であればよい。従って、開口
部５２は円状のもの、角状のものであってもよい。又開
口部５２は、放出突起４のすべてに対応して形成されて
いなくとも、例えば放出突起４に対応して１つおきに形
成されていても、電子放出装置としては機能できる。

【００９５】ゲート電極５１に開口部を設けることによ
り、図８に示すような、Ｉ_Ｇ ≧Ｉ _Ａ の電力変換効率
の悪さは著しく改善され、かつコントロール電極の存在
によって線形の入出力静特性を有する電界電子放出装置
を提供することができる。６１はコントロール電極であ
り、７はアノード電極である。図２５においては、コン
トロール電極６１の構造はゲート電極５１と同様に放出
電流を通過させるための第２の開口部６２が設けられて
いるが、コントロール電極６１は必ずしもこのような構
造にする必要はなく、図１に示される平板状の電極であ
ってもさしつかえない。

【００９６】図２５に示すようなゲート電極の構造を有
する四極電界電子放出装置は、図１に示す構造のもつ線
形な入出力関係を有するとともに、ゲート電流が著しく
減少し（ゲート電流はアノード電流の１／１０以下）、
ゲート無効電流が著しく減少させることが可能である。

【００９７】図２６は、コントロール電極６１につき、
柱状コントロール電極６３を設けた斜視図である。図に
おいて柱状コントロール電極６３は隣接する開口部５２
間の中間に設けられている。その形状は円柱、角柱を問
わない。

【００９８】本発明の多極電界電子放出装置において
は、多極性の数は任意であり、もちろん例えば六極電界
電子放出装置であってもよい。図１８（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）に示される六極電界電子放出装置のゲート電極２
０を図２５に示されるゲート電極５１とおき換えた構造
のものが考えられる。

【００９９】それは図１８におけるゲート電極５を、図
２５に示すゲート電極５１の構造のものにおき替えた装
置となる。この場合、放出突起４より放出された電子
は、コントロール電極６の電界によって制御され、アノ
ード電極７に到達できる電子量は制限される。スクリー
ン電極５０は一定電位に保持され、アノード電極７の電
界によるコントロール電極６の電界のゆらぎを防止す
る。サプレッサ電極５３はアノード電極７より発生する
二次電子がコントロール電極６の方向へ戻るのを防止す
る。

【０１００】しかし上記の立体化したゲート電極の構造
は、薄膜製造技術上ギャップコントロールが難しいなど
の製造上の問題があり、又カソード電極とゲート電極間
の電界分布が均一ではなく、Ｉａ／Ｉｇ特性にも限界が
ある。さらにその製造工程は４つのフォトマスク工程が
必要となり、複雑な製造技術を要する。そこで、カソー
ド電極とゲート電極間の三次元的電界分布を対象、均一
にした構造のゲート電極を提供し、かつその製造いおい
ても自己整合的（一方の電極の位置がずれても他方の電
極の位置がそれに対応して修正された位置に形成され
る）な製造ができる構造が望ましい。

【０１０１】以下に開示するものは、その技術的課題を
解決した多極電界電子放出装置及びその製造方法であっ
て、極めて安定した電極を形成しＩａ／Ｉｇ特性が著し
く改善されたものである。それは、絶縁性平面基板の表
面に設けられた絶縁層上に形成され、該絶縁層よりオー
バーハングした複数の放出突起を有するカソード電極、
該絶縁性平面基板の表面に形成された放出電子を収集せ
しめるアノード電極、該カソード電極と該アノード電極
の間に設けられた複数の柱状のゲート電極を含んで構成
され、該放出突起は隣接するゲート電極の中間に位置
し、該ゲート電極の形状はカソード電極側に該放出突起
に対応した突起状となっていることを特徴とする多極電
界電子放出装置である。そしてこの多極電界電子放出装
置は、絶縁性平面基板の表面に絶縁層、電極層を順次形
成し、ゲート電極の平面パターンを残してレジストを塗
布した後、電極層及び絶縁層を該平面パターンから浸入
したエッチング液によって該平面パターンを超えて過剰
エッチングすることにより放出突起を形成し、その後柱
状のゲート電極を該平面パターンの位置に形成し、該レ
ジストを除去することにより製造される。

【０１０２】図２７（ａ）は新規な多極電界電子装置の
平面図であり、同図（ｂ）はそのａ−ａ線、同図（ｃ）
はそのｂ−ｂ線のそれぞれの縦断面図、同図（ｄ）は部
分斜視図である。本装置は石英よりなる平面基板１の表
面に、カソード電極３０３とゲート電極３０５とアノー
ド電極３０７を有する。カソード電極３０３はＳｉＯ _２
の島状絶縁層３０２の表面にオーバーハングした放出
突起４をもつ薄膜（例えば厚さ約２０００ ）で形成さ
れる。カソード電極３０３は複数の薄膜を積層したもの
（例えばタングステン薄膜にモリブデン薄膜を積層した
もの）であってもよい。放出突起４は平面基板１の表面
に平行にゲート電極３０５の方向に突出した構造で、そ
の先端近傍には島状絶縁層３０２が存在しない。放出突
起４の平面方向の先端曲率半径は４００オングストロー
ム以下である。

【０１０３】ゲート電極３０５はカソード電極３０３に
自己整合的に形成されており、五角柱の形状のうちカソ
ード電極３０３の方向の一角θが例えば６０°〜９０°
の角度を有する。放出突起４は隣接するゲート電極３０
５の中間の位置に等距離に形成されている。従って、放
出突起４近傍の電界分布は左右対称となる。ゲート電極
３０５の五角柱の高さＧをカソード電極３０３より高く
形成すると、放出突起４近傍の電界分布は左右対称であ
るとともに上下方向においてもほぼ均一になる。従っ
て、カソード電極３０３とゲート電極３０５との間の電
界によって放出突起４から放出された電子は隣接するゲ
ート電極３０５間の間を通過しアノード電極３０７に効
率的に到達し、ゲート電流に流れ込む無効電流を著しく
軽減することができる。すなわちＩａ／Ｉｇ特性（電力
変換効率）が著しく改善される。

【０１０４】ゲート電極３０５の構造は五角柱に限られ
るものではなく、放出突起４の近傍の電界分布を対称に
形成させ、放出電子が効率的にアノード電極３０７に放
出される柱状のものであればよい（例えば三角柱、後部
が曲率を有する柱等）。

【０１０５】本実施例は平面型三極電界電子放出装置を
開示したが、本発明は四極、五極の多極電界電子放出装
置においても実施できる。

【０１０６】図２７において７１はゲート電極配線であ
る。各部の寸法を例示すると、ゲート電極３０５間の距
離Ａ３μｍ、ゲート電極３０５の五角柱の辺Ｂ５μｍ、
辺Ｃ７μｍ、ゲート電極３０５とカソード電極３０５間
のギャップＤ１．５μｍ、島状絶縁層３０２の厚さＥ
０．５μｍ、ゲート電極３０３の厚さＦ０．１μｍであ
る。

【０１０７】次に、上記発明装置の製造方法の概略を説
明する。図２８、図２９、図３０はその製造工程の説明
図である。まず、図２８（ａ）の縦断面図に示すように
石英ガラス等の基板１の表面に熱ＣＶＤ等の方法でＳｉ
Ｏ_２ 膜３１１を、さらにその上にスパッタリング等の
方法でタングステン膜３１２を形成する。その膜の材料
はタングステンに限らず例えばタンタルなどであっても
よい。その後、図２８（ｂ）の平面図に示すように、ゲ
ート電極の柱状の形状（平面図）をした、レジスト穴３
１３を残してレジスト膜３１４を形成する。図２８
（ｃ）は、図２８（ｂ）のｂ−ｂ線の縦断面図であり、
符号は図２８（ａ）、図２８（ｂ）と同じである。これ
をＣＦ_４ ガス等でエッチングすると、レジスト穴３１
３に露出しているタングステン膜３１５がエッチングさ
れ、図２８（ｃ）は図２９（ａ）の縦断面図に示すよう
にＳｉＯ_２ 膜３１６が露出する。

【０１０８】その後ＨＦ系のエッチャントでエッチング
すると、図２９（ａ）のＳｉＯ_２膜３１６がエッチング
され、それを過剰エッチングすると図２９（ｂ）のよう
にＳｉＯ_２ 膜３１１の縦断面は略逆テーパ状になる。
次にＣＨ_４ 系エッチャントでタングステン膜３１２を
エッチングすると図２９（ｃ）平面図、及びそのｃ−ｃ
線の縦断面図である図２９（ｄ）に示すように、タング
ステン膜３１２のエッチングは破線３１７、３１８まで
進み、カソードの放出突起３１９が形成される。この放
出突起３１９は逆テーパ状のＳｉＯ_２ 膜上に形成され
ている。本発明の方法は、レジスト穴３１３から進入し
たエッチング剤がレジスト穴３１３の形状にそってタン
グステン膜を隣接するレジスト穴３１３の双方から過剰
エッチングするので形成されたカソード電極の放出突起
３１９の先端はシャープになるとともに、その先端の位
置は隣接するレジスト穴３１３と等距離になる。従っ
て、製造工程において、レジスト穴３１３の設定位置に
誤差が生じても形成された放出突起３１９は常に隣接す
るレジスト穴３１３の中間に位置することが可能とな
り、放出突起３１９とゲート電極で形成される電界分布
が常に左右対称となる。すなわちカソード電極とゲート
電極を自己整合的に形成することが可能である。

【０１０９】その後、モリブデン等のゲート電極を形成
する材料を蒸着又はスパッタリングによって膜形成する
と、断面図の図３０（ａ）に示すようにモリブデン膜３
２１、３２２が形成され、モリブデン膜３２１は平面形
状がレジスト穴３１３の形状をもったゲート電極とな
る。蒸着又はスパッタリングの製造条件によりモリブデ
ン膜３２１はタングステン膜３１２の高さより形成する
ことが可能である。次にレジスト膜３１４をリフトオフ
すれば図３０（ａ）は図３０（ｂ）のようになり、図２
７（ｃ）に示すようなカソード電極とゲート電極が形成
される。

【０１１０】本発明において、アノード電極の形成は、
図２９（ｃ）の工程において過剰エッチングにより形成
された破線３１７をエッヂとするタングステン膜３２０
をアノード電極として用いてもよい。又、アノード電極
は別途形成してもよいが、その場合、タングステン膜３
２０は多極電界電子装置のコントロール電極として利用
してもよいし、不要ならば除去してもよい。

【０１１１】なお、図２７のゲート電極配線７１はあら
かじめフォトマスクによってパターン化しておく。従っ
て、本製造方法は、ゲート電極配線のパターン化のフォ
トマスク工程と、図２８（ｂ）のレジスト膜形成のフォ
トマスク工程の二つのフォトマスク工程によって製造す
ることが可能である。

【０１１２】本発明の装置及び製造方法はカソード電極
の厚さを大きくしたものにも適用できる。従来の多極電
界電子放出装置のカソード電極の厚さは約０．１μｍで
あるが、放出突起形状を有したままこれを厚くした（例
えば１μｍ）場合（ウエッジ型）は、放出電流が多く大
電力用に適する。本発明の製造方法においては、タング
ステン膜３１２が厚い場合であっても、カソード電極の
放出突起はシャープに形成されるので同様に製造するこ
とができる。

【０１１３】又、ゲート電極配線７１の位置は任意に形
成できるので、これをカソード電極側に近づけて形成す
ればカソード電極とゲート電極間の電界が高まり、電界
効率の良い装置を提供することができる。

【０１１４】上記製造方法の図３０（ａ）の工程におい
て、モリブデン膜３２１を蒸着又はスパッタリング等で
形成する際、図３１に示すようなモリブデン膜３２１と
モリブデン膜３２２との間にモリブデンのブリッジ３２
３ができることがある。これはゲート電極の形成に不都
合であるので、かようなブリッジ３２３を形成せしめな
い製造方法を採用するとよい。

【０１１５】以下、その製造方法を例示する。図３２
（ａ）は図２８（ｃ）と同じ工程を示す工程を部分拡大
したものであるが、あらかじめ基板１上にゲート電極配
線を形成する際、レジスト穴の形状に対応した配線パタ
ーン３２５（材質は問わないが例えばアルミニウム）を
形成しておく。

【０１１６】この状態において、ＳｉＯ_２ 膜３１１を
過剰エッチングすると、同図（ｂ）に示すように配線パ
ターン３２５が露出するので、同図（ｃ）に示すように
その配線パターン３２５の上に蒸着又はスパッタリング
によってアルミニウム膜層３２６を薄く形成する。３２
７はレジスト３１４の上に形成されたアルミニウム膜層
である。

【０１１７】次にタングステン膜３１２を過剰エッチン
グした後（同図（ｄ））、レジスト穴３２８の周辺のレ
ジスト膜３１４をＯ_２ プラズマ等によって除去し（同
図（ｅ））、次にゲート電極の素材となるゲート電極金
属３２９（アルミニウム又はモリブデンのいずれであっ
てもよい。）を蒸着又はスパッタリングによって形成し
（同図（ｆ））、その後レジストオフすればよい。（同
図（ｇ））。この製造工程によって、ゲート電極を形成
する際、レジスト１４の周辺が除去されているので上記
のようなブリッジが形成されにくい。

【０１１８】

【発明の効果】本発明は上記の構成を有するので、以下
の顕著な効果を有する。 （１）コントロール電極の電圧とアノード電流は線形関
係にあるため、入出力の伝達特性が線形である。しかも
陽極抵抗が非常に大きい。従って、従来技術では困難で
あった線形増幅器にも利用できる。 （２）ゲートに流れる無効電流が著しく軽減し、消費電
流の観点から効率的な線形増幅作用を有する多極電界電
子放出装置である。 （３）コントロール電極の入力抵抗が非常に大きいた
め、電界効果型の増幅器、スイッチングデバイスに利用
できる。 （４）従来の熱電子放出型真空管と比較して、扱える電
流、電圧、電力が同等以上であって、かつ、非常に小型
である。 （５）相互コンダクタンス、伝達特性の線形度合をゲー
ト電圧によって制御できるため、同一の装置によって特
性パラメータが異なる回路を簡単に構成できる。 （６）周波数特性の優れたもの、電力効率の優れたも
の、扱える電力の大小など、用途に応じた装置の構成に
対して自由度が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】新規な四極電界電子放出装置の部分斜視図。

【図２】図１に示す四極電界電子放出装置の製造方法の
製造方法の工程図。

【図３】本発明の実施例を示す新規な四極電界電子放出
装置の部分拡大斜視図。

【図４】図３に示す四極電界電子放出装置の製造方法の
工程図（縦断面図）。

【図５】図４に示す工程図の平面図。

【図６】図１に示す四極電界電子放出装置を用いた平面
型四極真空管の概略平面図及びそのＡ−Ａ線に沿った概
略縦断面図。

【図７】四極電界電子放出装置を用いたカソード電極接
地型の電気接続図。

【図８】図７の電子放出特性を示すグラフ。

【図９】図７の入出力静特性を示すグラフ。

【図１０】図７のアノード静特性を示すグラフ。

【図１１】四極電界電子放出装置のコントロール電圧に
対するゲート電流、アノード電流、コントロール電流の
関係を示す図。

【図１２】四極電界電子放出装置のアノード特性図。

【図１３】四極電界電子放出装置の他の電気接続図。

【図１４】四極電界電子放出装置の他の電気接続図。

【図１５】図１４の電気接続図の場合のアノード特性。

【図１６】五極電界電子放出装置の電気接続図。

【図１７】図１６の電気接続図の場合のアノード特性。

【図１８】（Ａ）は六極電界電子放出装置の概略平面
図、（Ｂ）、（Ｃ）はその概略縦断面図。

【図１９】図１８に示す六極電界電子放出装置の製造工
程図。

【図２０】六極電界電子放出装置を利用した六極真空管
の概略斜視図。

【図２１】六極電界電子放出装置の電気接続図。

【図２２】六極電界電子放出装置の他の電気接続図。

【図２３】図２２におけるアノード特性図。

【図２４】縦型の四極電界電子放出装置の概略縦断面
図。

【図２５】ゲート電極及びコントロール電極に開口部を
設けた四極電界電子放出装置の概略斜視図。

【図２６】図２５のコントロール電極を柱状電極とした
実施例の概略斜視図。

【図２７】（ａ）は本発明の他の実施例を示す三極電界
電子放出装置の平面図。（ｂ）は（ａ）のａ−ａ線の縦
断面図。（ｃ）は（ａ）のｂ−ｂ線の縦断面図。（ｄ）
は、部分斜視図。

【図２８】図２７の三極電界電子放出装置の製造方法を
説明する工程図。

【図２９】図２７の三極電界電子放出装置の製造方法を
説明する工程図。

【図３０】図２７の三極電界電子放出装置の製造方法を
説明する工程図。

【図３１】図２９〜３０の製造方法においてブリッジが
形成する場合の説明図。

【図３２】図２９〜３０の製造方法においてブリッジを
形成させない場合の説明図。

【図３３】従来の三極電子電界放出装置の概略平面図。

【符号の説明】

１ 平面基板 ２ 島状絶縁層 ３ カソード電極 ３ａ 第一カソード電極 ３ｂ 第二カソード電極 ４ 放出突起 ５ ゲート電極 ６ コントロール電極 ７ アノード電極 ７ａ 第一アノード電極 ７ｂ 第二アノード電極

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｊ 19/38 Ｈ０１Ｊ 19/40 19/40 21/10 21/10 1/30 Ｆ (31)優先権主張番号 特願平3−222088 (32)優先日 平成３年８月７日(1991．8．7) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平3−309757 (32)優先日 平成３年10月29日(1991．10．29) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (56)参考文献 特開 平２−226635（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−16255（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−143731（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−154426（ＪＰ，Ａ) 笹尾利男，真空管工学，日本，三共出 版株式会社，1965年 ２月15日，ｐｐ. 106−10 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 1/304 H01J 1/46 H01J 1/52 H01J 3/08 H01J 19/24 H01J 19/38 H01J 19/40 H01J 21/10 - 21/14

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子を放出せしめるカソード電極と、前
   記カソード電極に電界を印加せしめるゲート電極と、放
   出電子を収集せしめるアノード電極と、前記カソード電
   極と前記アノード電極の間に設けられ、前記放出電子を
   制御せしめるコントロール電極と、前記コントロール電
   極と前記アノード電極の間に設けられたスクリーン電極
   およびサプレッサ電極とを少なくも具備し、前記カソー
   ド電極およびサプレッサ電極を接地し、前記ゲート電極
   およびスクリーン電極にゲート電圧を印加する手段と、
   前記アノード電極にアノード電圧を印加する手段とを備
   え、前記コントロール電極に入力信号電圧を印加してア
   ノード電流を制御するように構成したことを特徴とする
   電子放出装置。
2. 【請求項２】 電子を放出せしめるカソード電極と、前
   記カソード電極に電界を印加せしめるゲート電極と、放
   出電子を収集せしめるアノード電極と、前記カソード電
   極と前記アノード電極の間に設けられ、前記放出電子を
   制御せしめるコントロール電極と、前記コントロール電
   極と前記アノード電極の間に設けられたスクリーン電極
   およびサプレッサ電極とを少なくも具備し、前記カソー
   ド電極およびサプレッサ電極を接地し、前記ゲート電極
   およびスクリーン電極にゲート電圧を印加し、前記アノ
   ード電極にアノード電圧を印加し、前記コントロール電
   極に入力信号電圧を印加してアノード電流を制御するこ
   とを特徴とする電子放出装置の駆動方法。