JP3437519B2

JP3437519B2 - 電子放出素子の製造方法および調整方法

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Publication number: JP3437519B2
Application number: JP2000042532A
Authority: JP
Inventors: 一佐哲河出
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2003-08-18
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Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出素子の製
造方法および調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子放出素子としては大別して熱
電子放出素子と冷陰極電子放出素子を用いた２種類のも
のが知られている。冷陰極電子放出素子には電界放出型
（以下、「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／金属型
（以下、「ＭＩＭ型」という。）、表面伝導型等があ
る。ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄ
ｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖ
ａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙｓｉｃｓ，
８，８９（１９５６）、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“ＰＨ
ＹＳＩＣＡＬＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ
−ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｃａｔｈ
ｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍｃｏｎ
ｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８
（１９７６）等に開示されたものが知られている。ＭＩ
Ｍ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａｄ，“Ｏｐｅｒａｔｉ
ｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ−ＥｍｉｓｓｉｏｎＤｅｖ
ｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４
６（１９６１）等に開示されたものが知られている。表
面伝導型電子放出素子の例としては、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎ
ｓｏｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈ
ｙｓ．，１０，１２９０，（１９６５）等に開示された
ものがある。

【０００３】表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成
された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことに
より電子放出が生ずる現象を利用するものである。この
表面伝導型電子放出素子としては、前記エリンソン等に
よるＳｎＯ₂薄膜を用いたもの［Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏ
ｎ，ＲａｄｉｏＥｎｇ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈｙ
ｓ．，１０，１２９０，（１９６５）］、Ａｕ薄膜によ
るもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ，“ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ
Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ₂Ｏ₃
／ＳｎＯ₂薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌａ
ｎｄＣ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ，”ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．ＥＤＣｏｎｆ．”，５１９（１９７５）］、カー
ボン薄膜によるもの［荒木久他：真空、第２６巻、第
１号、２２頁（１９８３）］等が報告されている。

【０００４】上述のＦＥ型、ＭＩＭ型、表面伝導型等の
電子放出素子は、基板上に多数素子を配列形成できる利
点があり、これらを応用した様々な画像表示装置の提案
がなされている。

【０００５】基板上に形成された小面積の導電性薄膜
に、膜面に平行に電流を流すことにより、導電性薄膜内
に形成された電子放出部より電子を放出する表面伝導型
電子放出素子は、構造が単純で製造も容易であることか
ら、大面積にわたり多数の素子を形成することができ、
例えば画像表示装置等への応用が研究されている。表面
伝導型電子放出素子を画像表示装置に応用した例として
は、本出願人によるＵＳＰ５，０６６，８８３や特開平
６−３４２６３６号公報等が挙げられる。これらの公報
では、基板上に設けられた一対の素子電極と、これら素
子電極対に接続する導伝膜と、導伝膜内に形成した電子
放出部とからなる表面伝導型電子放出素子を２次元的に
複数配置し、それぞれの電子放出素子から放出される放
出電子を個別に選択するように電気的な選択手段を設
け、入力信号に応じて画像を形成する手段および製造方
法が記載されている。また、本出願人による特開平７−
２３５２５５号公報では、有機物の存在下において表面
伝導型電子放出素子に電圧を印加する等により、電子放
出部近傍に炭素を主成分とする堆積物を形成し、表面伝
導型電子放出素子の電子放出特性を向上させるための手
法が開示されている。また、本出願人による特開平７−
２３５２７５号公報では、電子放出素子が形成された環
境における有機物の残留分圧を、１．３×１０^-6Ｐａ以
下にするなどの手段により、電子放出特性を安定化する
手法が開示されている。また、本出願人による特開平９
−２５９７５３号公報では、２次元的に複数配置したそ
れぞれの表面伝導型電子放出素子に対し、有機ガスの分
圧が１．３×１０^-6Ｐａ以下の雰囲気中で、予め通常の
駆動電圧の最大値と、表面伝導型電子放出素子に入り得
るノイズ電圧とを加算した電圧よりも高い電圧パルスを
印加することで、通常駆動時の駆動回路の温度特性や外
乱によって発生する放出電流の不可逆的な不安定性を抑
制し、輝度むらを低減する手法が開示されている。

【０００６】上述の手法を応用して作成される表面伝導
型電子放出素子を用いた画像表示装置は、従来の他の方
式の画像表示装置よりも優れた特性が期待されている。
例えば、近年普及してきた液晶表示装置と比較しても、
自発光型であるためにバックライトを必要としない点
や、視野角が広いといった点が優れている。

【０００７】上述したように、表面伝導型電子放出素子
は構造が単純で製造も容易であり、また、優れた電子放
出特性を有するため、画像形成部材として蛍光体を用い
た画像形成装置、例えば、大型の自発光型フラットディ
スプレイを構成するのに好適な電子放出素子である。ま
た、電子源を利用した、各種分析装置、加工装置等への
応用も期待される。このように、画像形成装置等への応
用を考慮すると、電子放出素子に対しては、期待される
電子ビーム量を安定して放出し続けることが求められ
る。さらに信頼性の高い画像形成装置や分析装置等を提
供するためには、従来の電子放出素子に対し、さらに安
定した電子放出特性を付与することが求められている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、好適な電子
放出素子を製造できる製造方法および好適な電子放出素
子の調整方法を実現することを課題とする。特には、電
子放出素子において、安定した電子放出特性を実現する
ことを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
め、本発明にかかわる電子放出素子の製造方法は以下の
ように構成される。すなわち、少なくとも２つの電極を
有しており、通常の駆動時には一方の極性の電圧を該２
つの電極間に印加することで電子を放出する電子放出素
子の製造方法であって、前記電子放出素子を構成する２
つの電極間に電圧を印加する電圧印加工程を有してお
り、該電圧印加工程において、通常の駆動時に印加する
前記電圧の極性と同極性（以下、正極性ともいう）の電
圧である同極性電圧の印加と、通常の駆動時に印加する
前記電圧の極性と逆極性の電圧である逆極性電圧の印加
とを、雰囲気中の炭素および炭素化合物の分圧が１×１
０ ^-6 Ｐａ以下の雰囲気で行い、前記同極性電圧および逆
極性電圧の大きさが、いずれも前記通常の駆動時に印加
する前記電圧の大きさよりも大きいことを特徴とする電
子放出素子の製造方法、である。

【００１０】ここで、前記逆極性電圧の大きさが、前記
同極性電圧の大きさよりも小さいと好適である。

【００１１】また、前記電圧印加工程は、高真空雰囲気
で行うと好適である。また、前記２つの電極はそれらの
間に間隙部を有するものである場合、前記電圧印加工程
は、該電圧印加工程において前記２つの電極の間の間隙
部が雰囲気中の物質もしくは雰囲気中の物質に基づく物
質の堆積により狭くならない雰囲気で行うと好適であ
る。また、前記電圧印加工程は、通常の駆動時とほぼ同
様の雰囲気で行うと好適である。また、前記電圧印加工
程に先立ち、間に間隙部を有する前記２つの電極を形成
する工程を有する場合に本発明は特に好適に採用でき
る。

【００１２】なお、本発明による電子放出素子の製造方
法は、特に冷陰極素子の製造方法として好適に採用でき
る。特には、電界放出型の電子放出素子や、表面伝導型
の電子放出素子や、２つの電極間に絶縁層を挟んだ構成
のＭＩＭ型の電子放出素子の製造方法として好適に採用
できる。特には、２つの電極の間に間隙部を有する電子
放出素子の製造方法として好適に採用できる。例えばス
ピント型の電界放出型電子放出素子においては、エミッ
タコーン電極とゲート電極が間に間隙を有する２つの電
極となる。表面伝導型の電子放出素子の場合は、高電位
側電極と低電位側電極が間に間隙を有する２つの電極と
なる。一対の素子電極と該一対の素子電極の間に導電性
膜を有している表面伝導型の電子放出素子においては、
該導電性膜が有する間隙が前記間隙部となる。

【００１３】例えば表面伝導型の電子放出素子において
は、２つの電極の間の間隙部に炭素もしくは炭素化合物
を堆積させる活性化といわれる工程を製造時に行う技術
が知られている。該活性化を行うことにより、堆積物が
堆積された間隙部を間に有する２つの電極を構成するこ
とができる。本発明は電極間の間隙部がそのような堆積
物を有する構成に特に好適に適用することができる。堆
積物を堆積させる際に、雰囲気が含む物質もしくは雰囲
気が含む物質に由来する物質を堆積させる堆積工程を用
いている場合は、本発明の電圧印加工程は、堆積工程の
後、堆積物となる物質の分圧を低くしてから行うとよ
い。

【００１４】また、本発明において、前記電圧印加工程
における電圧の印加は、パルス電圧の印加であると好適
であり、該パルス電圧を複数回印加する構成が好適に採
用できる。また、本発明において、前記電圧印加工程で
は、パルス状の前記同極性電圧の印加と、パルス状の前
記逆極性電圧の印加とを交互に行うと好適である。ま
た、該交互の電圧印加を複数回繰り返す構成を好適に採
用できる。

【００１５】また、本発明において、前記電圧印加工程
における、前記正極性電圧の印加時間の合計は５００μ
ｓｅｃ以上、および/ または、６０ｓｅｃ以下であると
よい。また、前記電圧印加工程における、前記逆極性電
圧の印加時間の合計は前記正極性電圧の印加時間の合計
以下であるとよい。ここで、電圧の印加時間の合計と
は、パルス電圧の印加である場合は各パルスの印加時間
の合計である。

【００１６】

【００１７】

【００１８】また、本発明は以下の構成の電子放出素子
の調整方法を含んでいる。すなわち、少なくとも２つの
電極を有しており、通常の駆動時には一方の極性の電圧
を該２つの電極間に印加することで電子を放出する電子
放出素子の調整方法であって、前記電子放出素子を構成
する２つの電極間に電圧を印加する電圧印加工程を有し
ており、該電圧印加工程において、通常の駆動時に印加
する前記電圧の極性と同極性の電圧である同極性電圧の
印加と、通常の駆動時に印加する前記電圧の極性と逆極
性の電圧である逆極性電圧の印加とを、雰囲気中の炭素
および炭素化合物の分圧が１×１０ ^-6 Ｐａ以下の雰囲気
で行い、前記同極性電圧および逆極性電圧の大きさが、
いずれも前記通常の駆動時に印加する前記電圧の大きさ
よりも大きいことを特徴とする電子放出素子の調整方
法、である。

【００１９】この調整方法は、製造された電子放出素子
が出荷された後に調整を行う場合に好適に用いることが
できる。これら駆動方法および調整方法においても、前
記製造方法として延べたのと同様の条件を採用すること
ができる。

【００２０】本発明によれば、以下に詳述するように、
放出電流が長期に渡って安定した電子放出素子が提供さ
れる。したがって、画像形成装置等の製造または調整に
適用することにより、信頼性の高い画像形成装置等が提
供される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。まず、本発明の電子放出素子の製造方法の説
明に先立ち、本発明が適用可能な表面伝導型電子放出素
子が有する電気特性について説明する。図２は、本発明
が適用可能な表面伝導型電子放出素子の典型的な構成例
の概略図である。図２（ａ）は平面型表面伝導型電子放
出素子の平面図、図２（ｂ）は平面型表面伝導型電子放
出素子の断面図、図２（ｃ）は垂直型表面伝導型電子放
出素子の断面図である。図２（ａ）〜（ｃ）中、同一の
符号は同種の構成部材を示す。これらの図において、１
は絶縁性の基板、２１は基板１上に設けられた絶縁性の
材料からなる段差形成部、２および３は基板１または段
差形成部２１上に設けられた素子電極、４は素子電極２
および３を電気的に連絡した導電性膜、５は導電性膜４
中に形成した間隙部（電子放出部）である。

【００２２】図６は、次に説明する表面伝導型電子放出
素子の電気特性を測定するための測定系を示す概略図で
あり、図６中の図２と同一の符号で示したものは、図２
と同一の構成部材を示す。なお、図６に示す装置は、後
述する表面伝導型電子放出素子の製造工程で使用される
場合もある。図６において、５４は電子放出部５から放
出した電子を捕捉するためのアノード電極、５１は素子
電極２および３間に印加する電圧（以降、素子電圧Ｖｆ
と呼ぶ）を発生するための電源、５０は素子電極２およ
び３間を流れる素子電流Ｉｆを計測するための電流計、
５３はアノード電極５４に印加する高電圧を発生するた
めの高圧電源、５２はアノード電極５４に流れる放出電
流Ｉｅを計測するための電流計、５５は真空槽、５７は
真空槽５５と真空ポンプ５６との間に設けたゲートバル
ブである。また、この測定装置を後述する活性化工程で
も使用する場合は、活性化物質の収容容器５８と、活性
化物質の真空槽への導入量を制御する制御バルブ５９を
有する。

【００２３】表面伝導型電子放出素子の電気特性は、通
常、放出電流Ｉｅと素子電圧Ｖｆとの関係、ならびに、
素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆとの関係により代表され
る。これらの関係を求めるためには、図６に示すよう
に、表面伝導型電子放出素子を真空に排気された環境下
に配置し、素子の２ｍｍ〜８ｍｍ上方にアノード電極を
配置する。そして、アノード電極に対して１００Ｖ〜１
０ｋＶ程度の電圧を印加し、素子電極間には素子電圧Ｖ
ｆを印加して、このときに流れる素子電流Ｉｆと放出電
流Ｉｅを計測する。

【００２４】以上のようにして求めた電気特性の代表的
な例を図７に示す。放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆに比べ
て著しく小さいので、図７ではこれらを任意単位で示し
ている。また、縦軸および横軸はともにリニアスケール
である。同図に示されるように、表面伝導型電子放出素
子は、ある電圧（しきい値電圧Ｖｔｈ）以上の素子電圧
Ｖｆを印加すると、急激に放出電流Ｉｅが単調増加し、
また、後述する安定化処理を行った表面伝導型電子放出
素子においては、素子電流Ｉｆも素子電圧Ｖｆの増加に
伴い急激に単調増加する。安定化処理とは、後述する活
性化処理時に見られるような、表面伝導型電子放出素子
への通電によって電子放出部やその近傍に更に新たな炭
素もしくは炭素化合物が堆積する現象を抑制するため、
表面伝導型電子放出素子の周辺の空間に存在し、もしく
は表面上に吸着している有機ガスの残留量を低減させる
処理である。具体的には、新たな有機ガスの流入がない
状態で、例えば、真空槽ならびに表面伝導型電子放出素
子を加熱しながら真空排気を継続することによって行う
ことができる。

【００２５】上述の電気特性について、図７に示した手
法とは異なる表示手法によって表示した例を図８に示
す。図８に示すグラフの表現方法は、所謂Ｆｏｗｌｅｒ
−Ｎｏｒｄｈｅｉｍプロットと呼ばれる表現方法であ
り、電子放出素子から放出される電子が電界放出による
ものであるとき、右下がりの直線となる。本発明が適用
可能な表面伝導型電子放出素子の電気特性を、図８のＦ
ｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍプロットで表現すると、
図８に示すように、放出電流Ｉｅおよび素子電流Ｉｆに
ついて共に右下がりの直線となって表される。なお、素
子電流から求めた直線と、放出電流から求めた直線の傾
きは、ほぼ同じ値となる。これより、素子電流Ｉｆの伝
導機構は電界放出によるものであること、また、Ａ．Ａ
ｓａｉら〔ＳＩＤＩｎｔｌ．Ｓｙｍｐ．Ｄｉｇｅｓｔ
Ｔｅｃｈ．Ｐａｐｅｒｓ，１２７（１９９７）〕によ
れば、放出電流Ｉｅは素子電流Ｉｆの一部が多重の弾性
散乱を行った後にアノード電極へ到達したものであるか
ら、電界放出による素子電流Ｉｆの伝導機構を反映し
て、放出電流ＩｅもＦｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍプ
ロットで右下がりの直線として表されるということが言
える。

【００２６】素子電流Ｉｆが電界放出によるので、φを
電子放出部の仕事関数とすると、素子電流Ｉｆは数１式
で表すことができる。

【００２７】

【数１】

【００２８】ここで、αは電子放出領域であり、βは電
界換算係数であって、電子放出部近傍の形状を反映する
パラメータである。なお、βＶｆが電界放出を行う領域
の電界強度に相当する。したがって、仕事関数φの値を
指定すれば、図８の直線の傾きとｙ軸との切片から、放
出領域αと電界換算係数βを得ることができる。ここ
で、電子放出素子を一定の素子電圧Ｖｆで駆動を行うと
き、駆動中に仕事関数φと電界換算係数βが変化しない
ならば、素子電流Ｉｆの変動は放出領域αの変動である
ということができる。さらに、放出電流Ｉｅは素子電流
Ｉｆの一部であるので、放出電流Ｉｅの変動は放出領域
αの変動に起因すると言ってもよい。詳しくは後述する
が、本発明の製造方法はこの放出領域αの変動を抑える
ことによって、放出電流Ｉｅを安定化させる製造方法で
あることも１つの特徴としている。

【００２９】次に、本発明が適用可能な表面伝導型電子
放出素子が有する別の特性である「メモリ特性」につい
て説明する。「メモリ特性」とは、表面伝導型電子放出
素子の電気特性カーブ（放出電流と駆動電圧、ならびに
素子電流と駆動電圧の関係）が、それまで経験した印加
電圧の最大値よりも大きな電圧を新たに経験すると、異
なる特性へとシフトし、以降、さらに大きな駆動電圧を
経験するまで、それが維持されるという特性である。メ
モリ特性は、先述した安定化処理を施した表面伝導型電
子放出素子に顕著に見られる特性である。これを、図９
を用いて説明する。

【００３０】図９（ａ）は、表面伝導型電子放出素子に
印加する素子電圧Ｖｆと、アノード電極によって捕捉さ
れる放出電流Ｉｅとの関係を表すグラフである。グラフ
の横軸は素子電圧Ｖｆ、縦軸は放出電流Ｉｅの大きさを
表す。図中の電気特性曲線Ａは、安定化処理後に初めて
印加される素子電圧の最大値（以降、最大素子電圧Ｖｍ
ａｘと呼ぶ）がＶｆ１であるときの特性曲線であり、同
様に、特性曲線ＢはＶｍａｘがＶｆ２（＞Ｖｆ１）のと
き、特性曲線ＣはＶｍａｘがＶｆ３（＞Ｖｆ２）のとき
の特性曲線である。図で示すように、最大素子電圧Ｖｍ
ａｘがＶｆ１であるとき、印加電圧がＶｆ１以下であれ
ば、経時劣化が無視できる範囲の時間において、素子電
圧Ｖｆと放出電流Ｉｅの関係は常に特性曲線Ａ上にあ
る。ところが、ひとたびＶｆ１以上の最大素子電圧、例
えばＶｆ２を経験させると、特性曲線はＢにシフトし、
再びＶｆ１以下の素子電圧を印加しても、放出電流Ｉｅ
は特性曲線Ａで得られたときの値よりも小さな値にな
る。さらに大きな最大素子電圧例えばＶｆ３を経験させ
ると、特性曲線はＣにシフトして、同様の傾向を示す。
なお、素子電流Ｉｆと素子電圧Ｖｆとの関係において
も、同様の特性を有している。

【００３１】上記特性曲線Ａ、Ｂ、Ｃに対応する素子電
流Ｉｆと素子電圧Ｖｆの関係をＦｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄ
ｈｅｉｍプロットで表し、その傾きから、特性曲線Ａ、
Ｂ、Ｃそれぞれの電界換算係数β_A、β_B、β_Cを求める
と、β_A＞β_B＞β_Cであり、さらに、β_AＶｆ１≒β_BＶ
ｆ２≒β_CＶｆ３という結果が得られる。これはすなわ
ち、最大素子電圧Ｖｍａｘが大きくなるに伴い、電子放
出部近傍の最大電界強度βＶｍａｘが一定となるよう
に、電子放出部近傍の形状が変化し、それがβの変化と
なって現れていることを示している。

【００３２】このように、安定化工程後に、それまで経
験したことの無い最大素子電圧Ｖｍａｘを初めて経験す
る時、電子放出部近傍の形状変化を伴う。なお、一度Ｖ
ｍａｘを経験した後、Ｖｍａｘ以下の素子電圧Ｖｆによ
って駆動を行うと、電界換算係数βの変化はほとんど無
く、したがって、電子放出部近傍の形状変化も少ない。
また、Ｖｆ＜Ｖｍａｘなる素子電圧で駆動するため、電
気放出部近傍に印加される電界強度βＶｆは、最大素子
電圧印加時に規定される電界強度βＶｍａｘよりも低く
なる。

【００３３】一方、電子放出部に炭素ないし炭素化合物
の膜を有する冷陰極電子放出素子、とりわけ、表面伝導
型電子放出素子において、電子放出部が経験する最大電
界強度を維持した状態で駆動を継続すると、強い電界強
度の影響で、駆動に伴い電子放出領域αが減少してい
く。

【００３４】本発明の製造方法で行われるように、電子
放出素子の駆動を、最大電界強度βＶｍａｘよりも低い
電界強度で駆動すると、駆動に伴う放出領域αの減少を
抑えることができるため、放出電流Ｉｅを安定させるこ
とができる。

【００３５】なお、実際に電子放出素子を駆動する際、
駆動用の電圧パルスの印加時にリンギングが発生した
り、あるいは外部からのノイズ等により逆極性の電圧が
印加される場合がある。これにより、電子放出部近傍が
ダメージを受け、電子放出領域αが減少したりすること
によって、上述したメモリ特性を失い、放出電流の減少
や素子の破壊等を引き起こす場合がある。これに対して
は、本発明の製造方法において、予め、正極性のパルス
電圧だけでなく、通常の駆動とは逆極性のパルス電圧を
印加しておくようにすれば、ある決まった状態の特性が
メモリされる。したがって、上記のような逆極性の電圧
が印加されても、そのメモリ特性に変化が生じることな
く、安定な駆動が行われる。

【００３６】以下、図１を用いて本発明の製造方法を説
明する。図１は、本発明の製造方法の一例において、安
定化工程を経た電子放出素子に対して、通常の駆動に先
立って印加するパルス状電圧を示す図である。図１に示
すように、Ｖｍａｘなる波高値をもつ正極性のパルス電
圧と、−Ｖｍａｘの波高値をもつ逆極性のパルス電圧を
１回以上交互に印加し、これを繰り返す。この時点まで
の電圧パルス印加を総称して、以降、予備駆動と呼ぶ。
この予備駆動を行った後、Ｖｍａｘよりも低く、かつ電
子放出しきい値電圧以上の素子電圧Ｖｄｒｖの波高値の
パルスで駆動を行うことによって、安定して電子放出を
行うことができる。なお、Ｖｍａｘの値は、表面伝導型
電子放出素子を損傷させない程度の値を上限とする。

【００３７】予備駆動における波高値Ｖｍａｘの正極性
パルス電圧で駆動する時間の総和、例えばパルス幅×パ
ルス数は、５００μｓｅｃ以上であることが望ましい。
これにより、素子電圧Ｖｄｒｖによる通常駆動時におい
て放出領域αが安定し、したがって、放出電流Ｉｅが安
定する。また、波高値Ｖｍａｘで駆動される時間の総和
は、６０ｓｅｃ以下であることが好ましい。この値以上
の時間、Ｖｍａｘによる駆動を行うと、予備駆動中に放
出領域αが大きく減少し、通常駆動時の放出電流Ｉｅが
少なくなってしまうからである。なお、予備駆動中に放
出領域αが大きく減少して、通常駆動時の放出電流Ｉｅ
が少なくなってしまう現象を防ぐためにも、前記逆極性
のパルス電圧で印加される各パルスの印加時間の合計
が、前記正極性のパルス電圧で印加される各パルスの印
加時間の合計以下であることが好ましい。

【００３８】また、図１では波高値Ｖｍａｘの正極性の
パルス電圧と波高値−Ｖｍａｘの逆極性のパルス電圧を
交互に繰り返し印加しているが、特にこれにこだわるこ
となく、波高値の絶対値が通常駆動時の素子電圧Ｖｄｒ
ｖより大きくかつＶｍａｘ以下である逆極性のパルス電
圧が予備駆動中に少なくとも１回印加されればよい。例
えば、図１０に示すように、波高値Ｖｍａｘの正極性の
パルス電圧を繰り返し印加した後、逆極性のパルス電圧
を印加し、再度正極性のパルスを印加するといった方法
を採ることもできる。

【００３９】以下、本発明が適用可能な表面伝導型電子
放出素子の構成について述べ、その後、本発明の特徴で
ある予備駆動工程を備えた電子放出素子の製造方法につ
いて具体的に述べる。

【００４０】＜表面伝導型電子放出素子の構成と製法＞
図２を用いて本発明が適用可能な表面伝導型電子放出素
子について説明する。本発明を適用し得る表面伝導型電
子放出素子の基本的構成としては大別して、平面型およ
び垂直型の２つがある。先ず、平面型表面伝導型電子放
出素子について説明する。図２（ａ）および（ｂ）は、
本発明が適用可能な平面型表面伝導型電子放出素子の構
成を模式的に示す平面図および断面図である。これらの
図において、１は基板、２と３は基板１上の素子電極、
４は素子電極２と３間に設けられた導電性膜、５は導電
性膜４中に形成された電子放出部である。

【００４１】基板１としては、石英ガラス、Ｎａ等の不
純物含有量を減少したガラス、ソーダライムガラス、ソ
ーダライムガラスにスパッタ法等により形成したＳｉＯ
₂を積層したガラス基板、アルミナ等のセラミックス、
Ｓｉ基板等を用いることができる。

【００４２】対向する素子電極２および３の材料として
は一般的な導体材料を用いることができる。例えばＮ
ｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、
Ｐｄ等の金属あるいは合金、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、ＲｕＯ
₂、Ｐｄ−Ａｇ等の金属あるいは金属酸化物とガラス等
から構成されるの印刷導体、Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂等の透
明導電体、ポリシリコン等の半導体材料等から適宜選択
することができる。素子電極２および３間の間隔Ｌ、素
子電極２および３の長さＷ、導電性膜４の形状等は、応
用される形態等を考慮して設計される。素子電極間隔Ｌ
は、好ましくは数百ｎｍ〜数百μｍの範囲とすることが
でき、より好ましくは、数μｍ〜数十μｍの範囲とする
ことができる。素子電極長さＷは、電極の抵抗値、電子
放出特性等を考慮して、数μｍ〜数百μｍの範囲とする
ことができる。素子電極２および３の膜厚ｄは、数十ｎ
ｍ〜数μｍの範囲とすることができる。なお、図２に示
した構成だけでなく、基板１上に、導電性膜４、対向す
る素子電極２および３の順に積層した構成とすることも
できる。

【００４３】導電性膜４としては、良好な電子放出特性
を得るために、微粒子で構成された微粒子膜を用いるの
が好ましい。その膜厚は、素子電極２、３へのステップ
カバレージ、素子電極２、３間の抵抗値および後述する
フォーミング条件等を考慮して適宜設定されるが、通常
は数百ｐｍ〜数百ｎｍの範囲とするのが好ましく、より
好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲とするのが良い。そ
の抵抗値は、Ｒｓが１０²〜１０⁷Ω／□の値である。な
お、Ｒｓは、厚さがｔ、幅がｗで長さがＬの薄膜の抵抗
Ｒを、Ｒ＝Ｒｓ（Ｌ／ｗ）とおいたときに現れる量であ
る。本明細書において、フォーミング処理については、
通電処理を例に挙げて説明するが、フォーミング処理は
これに限られるものではなく、膜に亀裂を生じさせて高
抵抗状態を形成する処理を包含するものである。導電性
膜４を構成する材料は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ａｇ、Ａ
ｕ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｐｄ等の金属、ＰｄＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、
ＰｂＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃等の酸化物、ＨｆＢ₂、ＺｒＢ₂、Ｌａ
Ｂ₆、ＣｅＢ₆、ＹＢ₄、ＧｄＢ₄等の硼化物、ＴｉＣ、Ｚ
ｒＣ、ＨｆＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＷＣ等の炭化物、Ｔｉ
Ｎ、ＺｒＮ、ＨｆＮ等の窒化物、Ｓｉ、Ｇｅ等の半導
体、カーボン等の中から適宜選択される。ここで述べる
微粒子膜とは、複数の微粒子が集合した膜であり、その
微細構造は、微粒子が個々に分散配置した状態、あるい
は微粒子が互いに隣接または重なり合った状態（いくつ
かの微粒子が集合し、全体として島状構造を形成してい
る場合も含む）をとっている。微粒子の粒径は、０．１
ｎｍの数倍〜数百ｎｍの範囲、好ましくは、１ｎｍ〜２
０ｎｍの範囲である。

【００４４】電子放出部５は、導電性膜４の一部に形成
された高抵抗の亀裂により構成され、導電性膜４の膜
厚、膜質、材料および後述する通電フォーミング等の手
法等に依存したものとなる。電子放出部５の内部には、
０．１ｎｍの数倍〜数十ｎｍの範囲の粒径の導電性微粒
子が存在する場合もある。この導電性微粒子は、導電性
膜４を構成する材料の元素の一部、あるいは全ての元素
を含有するものとなる。電子放出部５およびその近傍の
導電性膜４には、炭素および炭素化合物を有することも
できる。

【００４５】次に、垂直型表面伝導型電子放出素子につ
いて説明する。図２（ｃ）は、本発明の表面伝導型電子
放出素子に使用できる垂直型表面伝導型電子放出素子の
一例を示す模式図である。図２（ｃ）においては、図２
（ａ）ならび（ｂ）に示した部位と同じ部位には図２
（ａ）ならび（ｂ）に付した符号と同一の符号を付して
いる。２１は段差形成部である。基板１、素子電極２お
よび３、導電性膜４、電子放出部５は、前述した平面型
表面伝導型電子放出素子の場合と同様の材料で構成する
ことができる。段差形成部２１は、真空蒸着法、印刷
法、スパッタ法等で形成されたＳｉＯ₂等の絶縁性材料
で構成することができる。段差形成部２１の膜厚は、先
に述べた平面型表面伝導型電子放出素子の素子電極間隔
Ｌに対応させて、数百ｎｍ〜数十μｍの範囲とすること
ができる。この膜厚は、段差形成部２１の製法、および
素子電極２、３間に印加する電圧を考慮して設定される
が、数十ｎｍ〜数μｍの範囲が好ましい。導電性膜４
は、素子電極２および３と段差形成部２１の作成後に、
素子電極２、３の上に積層される。電子放出部５は、図
２（ｃ）においては、段差形成部２１に形成されている
が、作成条件、フォーミング条件等に依存し、形状、位
置ともこれに限られるものでない。

【００４６】上述の表面伝導型電子放出素子の製造方法
としては様々な方法があるが、その一例を図３に模式的
に示す。以下、図２および図３を参照しながら製造方法
の一例について説明する。図３においても、図２に示し
た部位と同じ部位には図２に付した符号と同一の符号を
付している。

【００４７】（１）まず、基板１を洗剤、純水および有
機溶剤等を用いて十分に洗浄し、真空蒸着法、スパッタ
法等により素子電極材料を堆積させてから、例えばフォ
トリソグラフィ技術を用いて基板１上に素子電極２およ
び３を形成する（図３（ａ））。

【００４８】（２）次に、素子電極２および３を設けた
基板１に、有機金属溶液を塗布して有機金属薄膜を形成
する。有機金属溶液には、前述の導電性膜４の材料の金
属を主元素とする有機金属化合物の溶液を用いることが
できる。そして、有機金属薄膜を加熱焼成処理し、例え
ば導電性膜４の形状に対応したマスクを用いてリフトオ
フを行う方法や、エッチング等によりパターニングし、
導電性膜４を形成する（図３（ｃ））。なお、ここで
は、有機金属溶液の塗布法を挙げて説明したが、導電性
膜４の形成法はこれに限られるものでなく、真空蒸着
法、スパッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布法、ディ
ッピング法、スピンナ法等を用いることもでき、インク
ジェット法等により直接パターニングを行うこともでき
る。

【００４９】（３）続いて、フォーミング工程を施す。
このフォーミング工程の方法の一例として、図６の真空
容器内での通電処理による方法を説明する。図６におい
て、５５は真空容器であり、ゲートバルブ５７を通じて
ターボ分子ポンプ、スパッタイオンポンプ、クライオポ
ンプなどからなる真空ポンプ５６により排気される。な
お、必要に応じてスクロールポンプ、ロータリポンプ、
ソープションポンプ等からなる補助ポンプが設けられる
場合もある。５８は以降で説明する活性化工程で用いる
活性化ガスを収容する容器であり、バリアブルリークバ
ルブやニードルバルブ等のスローリークバルブからなる
調節バルブ５９を通じて真空容器５５に接続している。
素子電極２および３には、電圧印加手段を接続する。例
えば、図６に示すように、素子電極２をグランド電位に
接続し、素子電極３を電流導入端子を通じて電源５１に
接続する。なお、素子電極２、３間を流れる電流値をモ
ニタするために電流計５０を設ける。５４はこの後の工
程で用いられるアノード電極であり、電流計５２を通じ
て高圧電源５３に接続している。

【００５０】フォーミングは、真空容器５５内を排気
し、素子電極２、３間に、電源５１を用いて通電するこ
とにより行う。これにより、導電性膜４の部位に、構造
の変化した電子放出部５が形成される（図３（ｃ））。
この通電フォーミングによれば導電性膜４に局所的に破
壊、変形もしくは変質等の構造の変化した部位である電
子放出部５が形成される。

【００５１】通電フォーミングにおいて印加する電圧波
形の例を図４に示す。同図に示すように、電圧波形はパ
ルス波形が好ましい。これにはパルス波高値を定電圧と
したパルスを連続的に印加する図４（ａ）に示した手法
と、パルス波高値を増加させながら電圧パルスを印加す
る図４（ｂ）に示した手法がある。図４（ａ）における
Ｔ１およびＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔であ
る。通常Ｔ１は１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ、Ｔ２は１０
μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃの範囲で設定される。パルスの
波高値は、表面伝導型電子放出素子の形態に応じて適宜
選択される。このような条件のもとで、例えば、数秒〜
数十分間電圧を印加する。パルス波形は矩形波に限定さ
れるものではなく、三角波などの所望の波形を採用する
ことができる。図４（ｂ）におけるＴ１およびＴ２は、
図４（ａ）に示したのと同様とすることができる。パル
スの波高値は、例えば０．１Ｖステップ程度づつ増加さ
せることができる。

【００５２】通電フォーミング処理の終了は、例えば導
電性膜２が局所的に破壊、変形することによって生じる
抵抗値の変化を読み取ることによって判断することがで
きる。例えば、パルス間隔Ｔ２中に、導電性膜２を局所
的に破壊、変形しない程度の電圧を印加し、電流を測定
して検知することができる。例えば０．１Ｖ程度の電圧
印加により流れる素子電流を測定し、抵抗値を求めて、
１ＭΩ以上の抵抗を示した時、通電フォーミングを終了
させる。

【００５３】（４）フォーミングを終えた素子には活性
化工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。活性化工程
とは、この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが
著しく変化する工程である。活性化工程は、例えば、有
機物質のガスを含有する雰囲気下で、通電フォーミング
と同様に、パルスの印加を繰り返すことによって行うこ
とができる。パルス電圧としては、図４（ａ）に示した
ような電圧パルスの他に、図５に示すような両極性の電
圧パルスを用いることができる。活性化工程時の真空容
器内の雰囲気は、例えば油拡散ポンプやロータリポンプ
などを用いて真空容器内を排気した場合に雰囲気内に残
留する有機ガスを利用して形成することができる他、イ
オンポンプなどにより一旦十分に排気した真空中に適当
な有機物質のガスを導入することによっても得られる。
このときの好ましい有機物質のガス圧は、前述の応用の
形態、真空容器の形状や、有機物質の種類などにより異
なるため、場合に応じ適宜設定される。

【００５４】適当な有機物質としてはアルカン、アルケ
ン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、
アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フ
ェノール、カルボン、スルホン酸等の有機酸類等を挙げ
ることができる。具体的にはメタン、エタン、プロパン
等の飽和炭化水素、エチレン、プロピレン等の不飽和炭
化水素、ブタジエン、ｎ−ヘキサン、ｌ−ヘキセン、ベ
ンゼン、トルエン、ｏ−キシレン、ベンゾニトリル、ト
ルニトリル、クロロエチレン、トリクロロエチレン、メ
タノール、エタノール、イソプロパノール、ホルムアル
デヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケ
トン、ジエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、
酢酸、プロピオン酸等あるいはこれらの混合物が使用で
きる。

【００５５】活性化の処理により、雰囲気中に存在する
有機物質から、炭素あるいは炭素化合物が素子上に堆積
し、素子電流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅが著しく変化する
ようになる。活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆや
放出電流Ｉｅを測定しながら適宜行う。なお、パルス
幅、パルス間隔、パルス波高値などは適宜設定される。（５）このような工程を経て得られた電子放出素子に対
して、安定化工程を行うことが好ましい。この工程は、
真空容器内の有機物質を排気する工程である。真空容器
を排気する真空排気装置は、装置から発生するオイル等
の有機物質が素子の特性に影響を与えないように、オイ
ルを使用しないものを用いるのが好ましい。具体的に
は、磁気浮上型ターボ分子ポンプ、クライオポンプ、ソ
ープションポンプ、イオンポンプ等の真空排気装置を挙
げることができる。

【００５６】前記活性化の工程において、排気装置とし
て油拡散ポンプやロータリーポンプを用い、そこから発
生するオイル成分に由来する有機ガスを用いた場合は、
この成分の分圧を極力低く抑える必要がある。真空容器
内の有機成分の分圧は、上記の炭素および炭素化合物が
ほぼ新たに堆積しない分圧であって１×１０^-6Ｐａ以下
が好ましく、さらには１×１０^-8Ｐａ以下が特に好まし
い。さらに真空容器内を排気するときには、真空容器全
体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に吸着し
た有機物質分子を排気しやすくするのが好ましい。この
ときの加熱条件は、８０〜２５０℃、好ましくは１５０
℃以上であり、できるだけ長時間処理するのが望ましい
が、特にこの条件に限るものではなく、真空容器の大き
さや形状、電子放出素子の構成などの諸条件により適宜
選ばれる条件により行う。真空容器内の圧力は極力低く
することが必要であり、１×１０^-5Ｐａ以下が好まし
く、さらに１×１０^-6Ｐａ以下が特に好ましい。

【００５７】安定化工程を行った後の、駆動時の雰囲気
は、上記安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、真空容器の圧力は多少上昇しても、ある
程度安定な特性を維持することができる。このような真
空雰囲気を採用することにより、新たな炭素あるいは炭
素化合物の堆積を抑制でき、また真空容器や基板などに
吸着したＨ₂Ｏ、Ｏ₂なども除去でき、結果として素子電
流Ｉｆおよび放出電流Ｉｅが安定する。

【００５８】（６）上記安定化工程を行った後、通常の
駆動を行う前に、素子電極２、３間に先述した予備駆動
電圧パルスを印加する予備駆動工程を行う。

【００５９】以上により、本発明が適用可能な表面伝導
型電子放出素子の製造工程を終了する。完成した電子放
出素子に対して、素子電極２、３間に、予備駆動工程で
印加したＶｍａｘ以下の駆動電圧Ｖｄｒｖを印加し、電
子放出素子の上方に配置したアノード電極５４に高圧電
源５３を用いて高電圧を印加することによって、安定し
た電子放出を得ることができる。

【００６０】

【実施例】以下に、具体的な実施例を挙げて本発明を説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
なく、本発明の目的が達成される範囲内で、各要素の置
換えや設計変更がなされたものを包含するものである。

【００６１】［実施例１］本実施例は、図２に模式的に
示したものと同様の構成を有する表面伝導型電子放出素
子に対して、本発明の製造方法を適用した例である。図
３に従い、本実施例を説明する。

【００６２】まず、石英基板からなる基板１の洗浄後、
スパッタ法により基板１上に５ｎｍのＴｉと５０ｎｍの
Ｐｔを堆積させた。そして、この堆積膜上にフォトレジ
ストを塗布し、素子電極対２ならびに３に対応する形状
のパターンを形成してから、エッチングにより不要な部
分のＰｔとＴｉを除去し、そして、レジストを除去する
ことによって、基板１上に、図３（ａ）に示すような素
子電極２、３を形成した。なお、素子電極２、３間の間
隔Ｌは３μｍ、素子電極２、３の長さＷは５００μｍと
した。

【００６３】次に、素子電極２、３を設けた基板１上
に、真空蒸着により厚さ５０ｎｍのＣｒを堆積させ、こ
のＣｒ膜に対して、フォトリソグラフィ技術を用いて、
導電性膜を形成する位置に対応した開口部を形成した。
その後、有機Ｐｄ化合物の溶液（ｃｃｐ−４２３０：奥
野製薬（株）製）を塗布し、大気中で３００℃の加熱処
理をした。そして、Ｃｒ膜をウエットエッチにより除去
し、純水で洗浄し、乾燥させることにより、図３（ｂ）
に示すような導電性膜４を形成した。

【００６４】次に、以降の工程を行うために、図６に示
すように、製造工程中の電子放出素子を真空容器５５内
に配置して電気的接続を行った。すなわち、素子電極２
はグランド電位に接続し、素子電極３は電流導入端子を
通じて電流計５０ならびに素子電圧電源５１に接続し、
また、基板１の５ｍｍ上方にアノード電極５４を配置
し、アノード電極５４は電流導入端子を通じて電流計５
２ならびに高圧電源５３に接続した。

【００６５】次に、真空容器５５内を、スクロールポン
プ（不図示）ならびに磁気浮上型ターボ分子ポンプ５６
を用いて、１×１０^-3Ｐａ以下の程度まで排気した後、
素子電圧電源５１で発生させた電圧を素子電極３に印加
し、フォーミング処理を施して電子放出部５を形成し
た。印加した電圧は、図４（ｂ）に示すようなパルス状
の電圧とし、時間の経過とともに波高値の漸増するパル
スとした。パルス幅Ｔ１は１ｍｓｅｃとし、パルス間隔
Ｔ２は１６．７ｍｓｅｃとした。フォーミング処理中、
パルス波高値が５Ｖに達した時点で電流計５０を流れる
電流値が激減した。その後、パルス波高値が５．５Ｖに
なるまでパルス電圧を印加してから、電圧の印加を停止
し、素子電極２、３間の抵抗値を測定した。その結果、
１ＭΩ以上の値を示したため、フォーミング処理を終了
した。この工程により導電性膜に間隙部（電子放出部）
が形成される。

【００６６】次に、真空容器５５内の排気をさらに継続
し、容器内圧力が１０^-6Ｐａ以下まで減少した後、スロ
ーリークバルブ５９を調節して、活性化ガス収容容器５
８から真空容器５５内にベンゾニトリルガスを導入して
活性化工程を行った。活性化工程は、活性化ガスを導入
した真空容器５５内の圧力が１０^-4Ｐａになるように調
節し、素子電圧電源５１で発生させた電圧を素子電極３
に印加することによって行った。印加した電圧は図５に
示すような両極性のパルス状の電圧であり、波高値Ｖｆ
ｐとＶｆｎの絶対値が等しい一定のパルスである。パル
ス波高値は１６Ｖとし、パルス幅Ｔ３は１ｍｓｅｃと
し、パルス間隔Ｔ４は１６．７ｍｓｅｃとした。活性化
処理は１時間行い、その後、電圧の印加を停止し、活性
化ガスの導入を停止して、真空容器５５内から活性化ガ
スを排気した。

【００６７】次に、不図示のヒータを用いて真空容器５
５全体ならびに電子放出素子を一旦２５０℃に１０時間
加熱し、さらに排気を継続することによって、その後の
室温時における真空容器内圧力を１×１０^-8Ｐａ程度ま
で低下させた。

【００６８】このように真空容器内圧力を調整した後、
本発明の製造方法の特徴である予備駆動を行った。予備
駆動時のパルス電圧波形を図１に示す。図１中の電圧値
Ｖｄｒｖは１５Ｖ、Ｖｍａｘは１６Ｖである。すなわ
ち、正極性パルス電圧の波高値を１６Ｖ、逆極性パルス
の波高値を−１６Ｖとし、両者のパルス幅は１００μｓ
ｅｃとし、正極性パルスと逆極性パルスのパルス間隔は
１００ｍｓｅｃとして、正極性パルス電圧を５発印加す
ることにより、予備駆動を行った。その後、素子電圧Ｖ
ｆをＶｄｒｖ（＝１５Ｖ）に設定して駆動を行った。

【００６９】一方、比較例として、全く同様の製法で作
成した電子放出素子に対し、予備駆動を行わずに最初か
ら駆動電圧を１５Ｖに設定して駆動を行った。本実施例
の素子と比較したところ、予備駆動を行った本実施例の
素子は、予備駆動を行わなかった比較例の素子に比べ
て、駆動中の放出電流ならびに素子電流の減少と変動が
少なく、安定な電子放出特性が得られた。

【００７０】また、本実施例および比較例の電子放出素
子に対し、駆動途中に波高値−１０Ｖの逆極性電圧パル
スを故意に印加し、その後、再度素子電圧を１５Ｖとし
て駆動を行った。この結果、予備駆動を行った本実施例
の素子は、予備駆動を行わなかった比較例の素子に比べ
て、放出電流ならびに素子電流の減少が少なく、安定な
電子放出特性が得られた。

【００７１】さらに、本実施例および比較例の電子放出
素子について、駆動中における素子電流の電気特性から
放出領域αと電界換算係数βを観測したところ、予備駆
動を行った本実施例の電子放出素子は、駆動期間内にお
いて両者とも変動が少なく、安定しており、とりわけ放
出領域αの安定性が、予備駆動を行わなかった比較例の
電子放出素子に比べて優れていた。

【００７２】［実施例２］活性化工程で印加するパルス
電圧の波高値を１５Ｖとし、また、予備駆動の方法を異
なるものとした以外は実施例１と同様にして電子放出素
子の作成および駆動を行った。図１１は本実施例で適用
した予備駆動のパルス電圧波形を示す。同図中の正極性
パルス電圧の波高値Ｖｍａｘは１６Ｖ、パルス幅は１ｍ
ｓｅｃ、パルス間隔は１０ｍｓｅｃとした。また、逆極
性パルス電圧の波高値−Ｖｍａｘは−１５．５Ｖ、パル
ス幅は１ｍｓｅｃ、パルス間隔は１０ｍｓｅｃとした。
本実施例では、この正極性パルスと逆極性パルスを交互
に印加して予備駆動を行った。印加した正極性パルス電
圧は合計６００００発、このパルス電圧の印加時間の合
計は６０ｓｅｃであった。その後、素子電圧ＶｆをＶｄ
ｒｖ（＝１５Ｖ）に設定して駆動を行った。

【００７３】一方、比較例として、全く同様の製法で作
成した電子放出素子に対して、予備駆動を行わずに最初
から駆動電圧を１５Ｖに設定して駆動を行い、また実施
例１と同様、駆動途中に逆極性の電圧印加も行った。こ
の結果、予備駆動を行った本実施例の素子は、予備駆動
を行わなかった比較例の素子に比べて、駆動中の放出電
流ならびに素子電流の減少と変動が少なく、安定な電子
放出特性が得られた。

【００７４】さらに、本実施例および比較例の電子放出
素子について、駆動中の素子電流の電気特性から放出領
域αと電界換算係数βを観測したところ、本実施例の電
子放出素子は、駆動期間内において、両者とも変動が少
なく安定しており、とりわけ放出領域αの安定性が、比
較例の電子放出素子に比べ優れていた。

【００７５】［実施例３］活性化工程で印加するパルス
電圧の波高値を１５Ｖとし、また、予備駆動の方法を異
なるものとした以外は実施例１と同様にして電子放出素
子の作成および駆動を行った。図１０は本実施例で適用
した予備駆動のパルス電圧波形を示す。すなわち、本実
施例では、正極性パルス電圧と逆極性パルス電圧を交互
に繰り返し印加するのではなく、正極性パルス電圧を１
０発印加した後、逆極性パルス電圧を１発印加するとい
う工程を繰り返すことによって予備駆動を行った。図１
０中の正極性パルス電圧の波高値Ｖｍａｘは１６Ｖ、パ
ルス幅は１ｍｓｅｃ、パルス間隔は１０ｍｓｅｃとし
た。また、逆極性パルス電圧の波高値−Ｖｍａｘは−１
５．５Ｖ、パルス幅は１ｍｓｅｃ、パルス間隔は１０ｍ
ｓｅｃとした。また、印加した正極性パルス電圧は合計
６００００発であり、このパルス電圧の印加時間の合計
は６０ｓｅｃであった。その後、素子電圧ＶｆをＶｄｒ
ｖ（＝１５Ｖ）に設定して駆動を行った。一方、比較例
として、全く同様の製法で作成した電子放出素子に対し
て、予備駆動を行わずに最初から駆動電圧を１５Ｖに設
定して駆動を行い、また実施例１と同様に、駆動途中に
逆極性の電圧印加も行った。

【００７６】この結果、予備駆動を行った本実施例の素
子は、予備駆動を行わなかった比較例の素子に比べて、
駆動中の放出電流ならびに素子電流の減少と変動が少な
く、安定な電子放出特性が得られた。

【００７７】さらに、本実施例および比較例の電子放出
素子について、電子放出素子の駆動中における素子電流
の電気特性から放出領域αと電界換算係数βを観測した
ところ、実施例の電子放出素子は、駆動期間内におい
て、両者とも変動が少なく安定しており、とりわけ放出
領域αの安定性が、比較例の電子放出素子に比べて優れ
ていた。

【００７８】以上の実施例によれば、通常の駆動時に印
加するパルス電圧の波高値より大きい波高値の正極性の
パルス電圧を印加するとともに、通常の駆動時とは逆極
性のパルス電圧を印加するようにしたため、電子放出素
子からの放出電流を、長期に渡り安定させることができ
る。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、好適な電子放出素子の
製造方法、調整方法を実現することができる。また、好
適な電子放出素子の製造装置を実現することができる。
また、好適な電子放出素子の駆動方法を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用できる電圧パルスの例を示す図
である。

【図２】本発明が適用可能な電子放出素子を示す概略
平面図ならびに概略断面図である。

【図３】本発明が適用可能な電子放出素子の製造工程
を示す図である。

【図４】本発明が適用可能な電子放出素子のフォーミ
ング工程中に使用する電圧パルスを示す図である。

【図５】本発明が適用可能な電子放出素子の活性化工
程中に使用する電圧パルスを示す図である。

【図６】本発明が適用可能な電子放出素子の製造なら
びに電気特性の測定に使用する真空装置ならびに駆動お
よび測定装置を示す図である。

【図７】本発明が適用可能な電子放出素子の電気特性
を示す図である。

【図８】本発明が適用可能な電子放出素子の電気特性
を示す図である。

【図９】本発明が適用可能な電子放出素子のメモリ特
性を説明する図である。

【図１０】本発明の製造方法で使用できる電圧パルス
の他の例を示す図である。

【図１１】本発明の製造方法で使用できる電圧パルス
の他の例を示す図である。

【符号の説明】

１：基板、２，３：素子電極、４：導電性膜、５：電子
放出部、２１：段差形成部、５０：電流計、５１：電
源、５２：電流計、５３：高圧電源、５４：アノード電
極、５５：真空容器、５６：真空ポンプ、５７：ゲート
バルブ、５８：活性化ガス収容容器、５９：スローリー
クバルブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平９−259753（ＪＰ，Ａ) 特開平８−329864（ＪＰ，Ａ) 特開平９−69333（ＪＰ，Ａ) 特開平９−213224（ＪＰ，Ａ) 特開平９−237571（ＪＰ，Ａ) 特開平９−45228（ＪＰ，Ａ) 特開平９−134144（ＪＰ，Ａ) 特開2000−243293（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 9/02 H01J 9/44 H01J 1/316 H01J 29/04 H01J 31/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つの電極を有しており、通
常の駆動時には一方の極性の電圧を該２つの電極間に印
加することで電子を放出する電子放出素子の製造方法で
あって、前記電子放出素子を構成する２つの電極間に電圧を印加
する電圧印加工程を有しており、該電圧印加工程におい
て、通常の駆動時に印加する前記電圧の極性と同極性の
電圧である同極性電圧の印加と、通常の駆動時に印加す
る前記電圧の極性と逆極性の電圧である逆極性電圧の印
加とを、雰囲気中の炭素および炭素化合物の分圧が１×
１０^-6 Ｐａ以下の雰囲気で行い、前記同極性電圧および
逆極性電圧の大きさが、いずれも前記通常の駆動時に印
加する前記電圧の大きさよりも大きいことを特徴とする
電子放出素子の製造方法。
【請求項２】前記逆極性電圧の大きさが、前記同極性
電圧の大きさよりも小さい請求項１に記載の電子放出素
子の製造方法。
【請求項３】前記電圧印加工程は、高真空雰囲気で行
う請求項１または２に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】前記２つの電極は間に間隙部を有してい
る請求項１〜３のいずれか１つに記載の電子放出素子の
製造方法。
【請求項５】前記間隙部は炭素もしくは炭素化合物を
有する請求項４に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項６】前記電圧印加工程に先立ち、間に間隙部
を有する前記２つの電極を形成する工程を有する請求項
１〜５のいずれか１つに記載の電子放出素子の製造方
法。
【請求項７】前記電圧印加工程に先立ち、堆積物が堆
積された間隙部を間に有する前記２つの電極を形成する
工程を有する請求項１〜６のいずれか１つに記載の電子
放出素子の製造方法。
【請求項８】前記電圧印加工程は、該電圧印加工程に
おいて前記２つの電極の間の間隙部が雰囲気中の物質も
しくは雰囲気中の物質に基づく物質の堆積により狭くな
らない雰囲気で行う請求項４〜７のいずれか１つに記載
の電子放出素子の製造方法。
【請求項９】前記電圧印加工程は、通常の駆動時とほ
ぼ同様の雰囲気で行う請求項１〜８のいずれか１つに記
載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１０】前記電圧印加工程における電圧の印加
は、パルス電圧の印加である請求項１〜９のいずれか１
つに記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１１】前記電圧印加工程において、前記パル
ス電圧を複数回印加する請求項１０に記載の電子放出素
子の製造方法。
【請求項１２】前記電圧印加工程においては、パルス
状の前記同極性電圧の印加と、パルス状の前記逆極性電
圧の印加とを交互に行う請求項１〜１１のいずれか１つ
に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項１３】前記電圧印加工程における、前記正極
性電圧の印加時間の合計は５００μｓｅｃ以上である請
求項１〜１２のいずれか１つに記載の電子放出素子の製
造方法。
【請求項１４】前記電圧印加工程における、前記正極
性電圧の印加時間の合計は６０ｓｅｃ以下である請求項
１〜１３のいずれか１つに記載の電子放出素子の製造方
法。
【請求項１５】前記電圧印加工程における、前記逆極
性電圧の印加時間の合計は前記正極性電圧の印加時間の
合計以下である請求項１〜１４のいずれか１つに記載の
電子放出素子の製造方法。
【請求項１６】少なくとも２つの電極を有しており、
通常の駆動時には一方の極性の電圧を該２つの電極間に
印加することで電子を放出する電子放出素子の調整方法
であって、前記電子放出素子を構成する２つの電極間に電圧を印加
する電圧印加工程を有しており、該電圧印加工程におい
て、通常の駆動時に印加する前記電圧の極性と同極性の
電圧である同極性電圧の印加と、通常の駆動時に印加す
る前記電圧の極性と逆極性の電圧である逆極性電圧の印
加とを、雰囲気中の炭素および炭素化合物の分圧が１×
１０ ^-6 Ｐａ以下の雰囲気で行い、前記同極性電圧および
逆極性電圧の大きさが、いずれも前記通常の駆動時に印
加する前記電圧の大きさよりも大きいことを特徴とする
電子放出素子の調整方法。