JP3579127B2 - Field emission device, electron emission source and flat display device using the field emission device, and method of manufacturing field emission device - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えば、真空マイクロエレクトロニクス技術を利用した電界電子放出素子、この電界電子放出素子を応用した電子放出源および平面ディスプレイ装置、および電界放出素子および平面ディスプレイ装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、真空を電荷輸送媒体とする真空素子が研究されているが、この真空素子の一つとして電界電子放出素子（真空マイクロ素子）がある。そして、代表的な電界電子放出素子には、図４０に示すようにエミッタ電極１が基板２から略鉛直方向に四角錐や円錐の形状を呈しているもの（以下、スピント型と記す）と、図４１（ａ）及び（ｂ）に示すようにエミッタ電極３が基板２と平行な方向に三角形の飛び込み板形状、即ち楔形の形状を呈しているもの（以下、平面型と記す）とがある。なお、図４０および図４１において、４、５で示すのはそれぞれ上記エミッタ電極１、３から電子を引き出すためのゲ−ト電極である。
【０００３】
上記スピント型の電界電子放出素子の作製は、例えば東北大学電気通信研究所の横尾邦義氏が電気学会誌 Ｖｏｌ．１１２，Ｎｏ．４ （１９９２） ｐｐ２５７−２６２に記しているように、スタンフォ−ド研究所のスピント（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｔ） 氏らの開発した回転させながら斜め方向から陰極チップを蒸着する技術や、アメリカ海軍研究所のグレイ（Ｈ．Ｆ．Ｇｒａｙ）氏らの開発したＳｉ単結晶を選択的に異方性エッチングする技術を基本にして行われる。
【０００４】
さらに、平面型等の他のエミッタ電極の作製方法は、例えば、工業技術院電子技術総合研究所の伊東順司氏及び金丸正剛氏によって、「微小冷陰極の応用−真空マイクロ素子−」（オプトロニクス誌 Ｎｏ．１０９ （１９９１） ｐｐ１９３−１９８）や、「微小三極真空素子の試作とその応用」（日本学術振興会荷電粒子ビ−ムの工業への応用第１３２ 委員会第１１１ 回研究会資料 （１９９０） ｐｐ７−１３）で説明されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の電界電子放出素子には、以下に説明する解決すべき課題がある。
【０００６】
すなわち、従来の電界電子放出素子のエミッタ電極１、３の形状は、前述したように円角錐や円錐、楔状であるので、電界電子放出素子の間隔がエミッタ電極１、３の底面の大きさによって制限されてしまい、電界電子放出素子の密度を高めるのが困難であった。そして、エミッタ電極１、３から放出される電子の密度（エミッション電流の大きさ）は、エミッタ電極１、３の数の影響を受けることから、単位面積当たりのエミッション電流を大きくするのも困難であった。
【０００７】
また、電界電子放出素子において、より低い駆動電圧で高いエミッション電流を得るには、エミッタ電極の先端をできるかぎり尖らせて電界の集中度を向上させる必要がある。
【０００８】
しかし、従来の電界電子放出素子においては、エミッタ電極の尖鋭化を、エッチングや重ね合せ露光により行っていた。このため、エミッタ電極の尖鋭化に複雑なプロセスが必要であり、尖鋭化が困難だった。また、エミッタ電極の作製プロセスが複雑なため、再現性が乏しく、多数のエミッタ電極を均質に作製することは困難だった。
【０００９】
さらに、上記エミッタ電極の尖鋭度は、使用する露光装置の解像度に左右される。装置の解像度には限界があるため、上記エミッタ電極の尖鋭化には一定の限界があった。
【００１０】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、エミッタ電極の尖鋭化が容易に図れ、かつこのエミッタ電極を高密度に配置して、電子放出効率の高い電界電子放出素子および、この電界電子放出素子を応用した平面ディスプレイ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の手段は、導電体の表面に設けられ電界が与えられることで電子を放出するエミッタ電極を備えた電界電子放出素子において、上記エミッタ電極は、それぞれ上記導電体の表面から略垂直方向に成長し互いに密着しているとともにそれぞれ電子を放出する先端部を有した複数の柱状結晶からなる柱状結晶集合体を備えていることを特徴とする電界電子放出素子である。
【００１３】
第２の手段は、第１の手段の電界電子放出素子において、上記柱状結晶の先端部は尖鋭化されていることを特徴とするものである。
【００１４】
第３の手段は、第１の手段の電界電子放出素子において、上記柱状結晶集合体は、導電体上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）の手段により、ＷＦ ₆ とＳｉＨ₄ を反応させ成膜されたものであることを特徴とするものである。
【００１５】
第４の手段は、第１の手段の電界電子放出素子において、上記柱状結晶はβ−タングステン（β−Ｗ）を含有することを特徴とするものである。
【００１６】
第５の手段は、第１の手段の電界電子放出素子において、この柱状結晶集合体に、この導電体との電位差に応じた電界を与えることで、上記柱状結晶集合体の各柱状結晶の先端部から電子を引き出すゲ−ト電極を有することを特徴とするものである。
【００１７】
第６の手段は、第５の手段の電界電子放出素子において、上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体と対向する縁部を有し、この縁部と上記柱状結晶集合体とのギャップを介して上記柱状結晶集合体に電界を与えるものであることを特徴とするものである。
【００１８】
第７の手段は、第６の手段の電界電子放出素子において、上記ゲ−ト電極は、上記導電体に絶縁層を介して積層されていることを特徴とするものである。
【００１９】
第８の手段は、第６の手段の電界電子放出素子において、上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体に絶縁層を介して積層されていることを特徴とするものである。
【００２０】
第９の手段は、第６の手段の電界電子放出素子において、上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体の各柱状結晶の先端部から放出された電子を通す貫通部を有し、上記ゲ−ト電極の縁部は、前記貫通部の周部によって構成されていることを特徴とするものである。
【００２１】
第１０の手段は、第９の手段の電界電子放出素子において、上記ゲ−ト電極は、孔状の貫通部を有することを特徴とするものである。
【００２２】
第１１の手段は、第９の手段の電界電子放出素子において、上記ゲ−ト電極は、溝状の貫通部を有することを特徴とするものである。
【００２３】
第１２の手段は、第９手段の電界電子放出素子において、上記柱状結晶集合体は、上記導電体の表面の、上記ゲ−ト電極の貫通部に対応する部位にのみ選択的に成膜されたものであることを特徴とするものである。
【００２４】
第１３の手段は、第９の手段の電界電子放出素子において、上記柱状結晶集合体は、上記ゲ−ト電極の貫通部の中央部に位置する柱状結晶の先端部の高さ寸法が、周縁部に位置する柱状結晶の先端部の高さ寸法よりも大きく形成されていることを特徴とするものである。
【００２５】
第１４の手段は、第１３の手段の電界電子放出素子において、上記ゲ−ト電極の貫通部の中央部に位置する柱状結晶の先端部が、上記ゲ−ト電極の貫通部を貫通して突出していることを特徴とするものである。
【００２６】
第１５の手段は、第１３の手段の電界電子放出素子において、上記導電体は、上記ゲ−ト電極の貫通部の中央部に位置する部位が、その周縁部に位置する部位よりもゲ−ト電極側に突出していることを特徴とするものである。
【００２７】
第１６の手段は、第５の手段の電界電子放出素子において、上記柱状結晶集合体の各柱状結晶の先端部から放出された電子を受けるアノ−ド電極を有することを特徴とするものである。
【００２８】
第１７の手段は、第１６の手段の電界電子放出素子において、上記アノ−ド電極は、上記ゲ−ト電極の貫通部に対向する蛍光体を有し、この蛍光体は、上記柱状結晶集合体から放出された電子を受けることで発光することを特徴とするものである。
【００２９】
第１８の手段は、第５の手段の電界電子放出素子が集積されてなることを特徴とする電子放出源である。
【００３０】
第１９の手段は、第１８の手段の電子放出源において、上記ゲ−ト電極は、貫通部が複数設けられてなり、各貫通部を通して上記各柱状結晶集合体から電子が放出されることを特徴とするものである。
【００３１】
第２０の手段は、第１９の手段の電子放出源において、上記ゲ−ト電極は孔状の貫通部を有することを特徴とするものである。
【００３２】
第２１の手段は、請求項１９の電子放出源において、上記ゲ−ト電極は溝状の貫通部を有することを特徴とするものである。
【００３３】
第２２の手段は、第５の手段の電界電子放出素子を複数有する電子放出源と、この電子放出源から放出された電子を受けることで発光表示を行う表示部とを有することを特徴とする平面ディスプレイ装置である。
【００３４】
第２３の手段は、請求項２１記載の平面ディスプレイ装置において、上記電子放出源と上記表示部は、上記ゲ−ト電極に積層された絶縁層を介して接合されていることを特徴とするものである。
【００３５】
第２４の手段は、ゲ−ト電極と、このゲ−ト電極から電界が与えられることで先端部から電子を放出するエミッタ電極とを有する電界電子放出素子の製造方法において、導電体上に、この導電体の表面からそれぞれ略垂直方向に成長した多数の柱状結晶が密接してなる柱状結晶集合体を成膜し、各柱状結晶の先端部から電子を放出できるエミッタ電極を形成する第１の工程と、縁部を有するゲ−ト電極を形成する第２の工程とを有することを特徴とするものである。
【００３６】
第２５の手段は、第２４の手段の電界電子放出素子の製造方法において、
前記第１の工程は、導電体上に第１の絶縁膜、導電膜および第２の絶縁膜を積層する工程と、上記第１の絶縁膜、導電膜および第２の絶縁膜の所定の部位をエッチング除去し、貫通部を設ける工程と、この貫通部を通して露出した上記導電体上に柱状結晶集合体を成膜し、前記エミッタ電極を形成する工程とを含み、
前記第２の工程は、上記第１の絶縁膜を選択的にエッチングすることで、上記導電膜を上記柱状結晶集合体側に突出する縁部を有するゲ−ト電極に成形する工程を含むことを有することを特徴とするものである。
【００３７】
第２６の手段は、第２４の手段の電界電子放出素子の製造方法において、
前記第１の工程は、導電体の表面に柱状結晶集合体を成膜し、前記エミッタ電極を形成する工程とを含み、
前記第２の工程は、上記柱状結晶集合体上に絶縁膜と導電膜とを積層する工程と、上記導電膜と上記絶縁膜の所定の部位をエッチング除去して貫通部を設け、上記導電膜を縁部を有するゲ−ト電極に形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００３８】
第２７の手段は、第２４の手段の電界電子放出素子の製造方法において、
前記第１の工程は、上記導電体を、反応器内に収容し、この反応器内にＷＦ₆ とＳｉＨ₄ を導入して反応させることで、上記導電体の表面から略垂直に成長するβ−Ｗを含有する複数の柱状結晶を有する柱状結晶集合体を成膜する工程を含むことを特徴とするものである。
【００３９】
第２８の手段は、第２７の手段の電界電子放出素子の製造方法において、上記柱状結晶集合体を成膜する工程は、反応器内の上記導電体周囲雰囲気の温度を１２０℃〜５００℃、好ましくは３２０℃に保ち、上記ＷＦ₆ とＳｉＨ₄ の流量比（ＳｉＨ₄ ／ＷＦ₆ ）は０．９〜２．０、好ましくは１．０に保つ工程を含むことを特徴とするものである。
【００４０】
第２９の手段は、第２７の手段の電界電子放出素子の製造方法において、上記柱状結晶集合体を成膜する工程は、上記反応器内に、Ｈ₂ を導入する工程を含むことを特徴とするものである。
【００４１】
第３０の手段は、基板の表面に導電体を形成する第１の工程と、この導電体の表面に、それぞれ導電体の表面から略垂直方向に成長しているとともにそれぞれ先端部が尖鋭化された複数の柱状結晶を有する柱状結晶集合体を成膜し、上記各柱状結晶の先端部から電子を放出できるエミッタ電極を形成する第２の工程と、上記柱状結晶集合体に第１の絶縁膜、導電膜、第２の絶縁膜を積層する第３の工程と、上記第１、第２の絶縁膜と導電膜の所定の部位をエッチング除去してこの導電膜に縁部を設ける第４の工程と、表面に透明導電膜と蛍光体とが積層されてなる表示部材を、真空雰囲気中で上記第２の絶縁膜の表面に接合し、上記蛍光体を上記エミッタ電極に対向させる第５の工程とを有することを特徴とする平面ディスプレイ装置の製造方法。
【００４２】
第３１の手段は、第３０の手段の平面ディスプレイ装置の製造方法において、前記第２の工程は、上記導電体の形成された基板を反応器内に収容し、この反応器内に少なくともＷＦ₆ とＳｉＨ₄ を導入して反応させることで、上記導電体の表面にから略垂直に成長するβ−Ｗを含有する柱状結晶を有する柱状結晶集合体を成膜する工程を含むことを特徴とするものである。
【００４３】
第３２の手段は、第３１の手段の平面ディスプレイ装置の製造方法において、上記柱状結晶集合体を成膜する工程は、反応器内の上記導電体周囲雰囲気の温度を１２０℃〜５００℃に保ち、この範囲にてさらに好ましくは３２０℃に保ち、上記ＷＦ₆ とＳｉＨ₄ の流量比（ＳｉＨ₄ ／ＷＦ₆ ）は０．９〜２．０に保ち、さらに好ましくは１．０に保つ工程を含むことを特徴とするものである。
【００４４】
第３３の手段は、第３２の手段の平面ディスプレイ装置の製造方法において、上記柱状結晶集合体を成膜する工程には、上記反応器内に、Ｈ₂ を導入する工程を含むことを特徴とするものである。
【００４５】
【作用】
第１および第２の手段によれば、高密度に設けられた各柱状結晶の尖鋭化された先端部からそれぞれ電子を放出できるので、電子放出効率が良くなる。
【００４６】
また第３、第４の手段のように、ＣＶＤ法を用いてβ−Ｗを含む柱状結晶を成膜することで上述のエミッタ電極を形成できる。すなわち、成膜工程のみで、高密度に配置されかつ先端が尖鋭化されたエミッタ電極を得ることができるので、この電界電子放出素子の製造が非常に容易になる。
【００４７】
第５〜第１１の手段によれば、導電膜に縁部を設け、さらには貫通孔を設けることでゲ−ト電極を得ることができ、かつ、上記エミッタ電極から引き出された電子をこの貫通孔を通して真空中に放出することができる。
【００４８】
また、第１２の手段のように、上記エミッタ電極を構成する柱状結晶集合体は、ゲ−ト電極の貫通孔に対応する箇所だけに成膜しても良いし、上記貫通孔よりも広い範囲に成膜しても良い。
【００４９】
第１３〜第１５の手段によれば、貫通孔の中央部に位置する柱状結晶の先端部を高く位置させることで、この柱状結晶の先端部をゲ−ト電極に近付けることができるので、この柱状結晶に対する電界集中度が向上し、電子放出効率が向上する。
【００５０】
第１６の手段によれば、柱状結晶集合体により構成されたエミッタ電極を有する３極管を得ることができる。また、第１７の手段によれば、３極管のアノ−ド電極に蛍光体を設けることで、放出された電子により蛍光体を発光させることができる。この際、電子放出効率が高いので、低い駆動電圧で高い輝度を得ることができる。
【００５１】
第１８〜第２１の手段によれば、柱状結晶集合体をエミッタ電極とする電界電子放出素子を集積化した電子放出源を得られ、エミッタ電極から引き出された電子は、ゲ−ト電極に設けられた各貫通孔を通して放出される。このとき、任意の電界電子放出素子を選択して電子を放出させることも可能である。
【００５２】
第２２の手段によれば、柱状結晶集合体により構成されたエミッタ電極を有する電子放出素子を平面ディスプレイに適用することが可能であり、この場合、より低い動作電圧で必要な表示を行わせることができる。
【００５３】
また、第２３の手段によれば、絶縁層として、ゲ−ト電極上に成膜した絶縁膜を用いれば、電子放出源と表示部間に挟まれるスペーサが不要になる。なお、この絶縁層は真空層であっても良い。
【００５４】
第２４〜第２９の手段によれば、成膜工程により導電体上に柱状結晶からなる結晶集合体を設けるのみで、先端部が尖鋭化された微細なエミッタ電極を高密度に形成することができる。そして、第２７〜第２９の手段に示す条件の下でＣＶＤを行うことで、このようなエミッタ電極を容易に実現できる。
【００５５】
第２０〜第３３の手段によれば、平面ディスプレイ装置の製造方法において、成膜工程により導電体上に柱状結晶からなる結晶集合体を設けるのみで、先端部が尖鋭化された微細なエミッタ電極を高密度に形成することができる。そして、この後、第１の絶縁膜、導電膜および第２の絶縁膜を積層して電子放出源を製造することができる。また、この第２の絶縁膜を表示部との間のスペーサとして用いることができる。
【００５６】
なお、この平面ディスプレイ装置のエミッタ電極（柱状結晶集合体）は、第３１〜第３３の手段に示すように、前記電界電子放出素子の製造方法と同様の方法により作成することができる。
【００５７】
【実施例】
以下、この発明の実施例を図１〜図３９に基づいて説明する。
【００５８】
まず、この発明の第１の実施例を図１〜図１４を参照して説明する。
【００５９】
図１は、この発明の第１の実施例を示す電界電子放出素子２１の斜視図である。
【００６０】
図中２２で示すのは基板であり、この基板２２上には薄膜状のベ−ス電極２３（導電体）が成膜されている。このベ−ス電極２３の表面には、絶縁膜２４および導電膜２５が順に積層されている。
【００６１】
また、絶縁膜２４及び導電膜２５には、上方に開放し底部は上記ベ−ス電極２３に達する円形のスル−ホ−ル（貫通孔）２６が形成されている。上記導電膜２５の縁部２５ａは上記絶縁膜２４よりもスル−ホ−ル２６の中心方向へ張出し、ゲ−ト電極を構成している。
【００６２】
一方、上記スル−ホ−ル２６の底部に露出した上記ベ−ス電極２３の表面には、導電性の柱状結晶集合体２７が成膜されている。この柱状結晶集合体２７は、エミッタ電極として機能する多数の柱状結晶２８からなるもので、上記ベ−ス電極２３上に成膜されている。
【００６３】
また、この柱状結晶集合体２７は、上記第２の導電膜２５に達しない高さ（厚さ）で垂直に形成されており、各柱状結晶２８の上端２８ａ（先端）は針状に尖っている。
【００６４】
なお、図６（ａ）に示すのは、この柱状結晶集合体２７のＳＥＭ写真である。この写真に示すように、この柱状結晶集合体２７は、全体が柱状結晶２８からなるものではないが、少なくとも上端部については微細な柱状結晶２８の集合体となっている。
【００６５】
このような形状を有する柱状結晶集合体２７は、後述するように、例えば一定の条件の下でＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）により成膜でき、各柱状結晶２８は、例えばβ−Ｗ（β態のタングステン）を含む。
【００６６】
なお、この柱状結晶集合体２７は、要は上記第２の導電膜２５（ゲ−ト電極）に接触しないことが必要であり、接触しない構成であれば、上記第２の導電膜２５よりも高く形成されていても良い。
【００６７】
次に、この電界電子放出素子２１の動作について説明する。
【００６８】
上記柱状結晶集合体２７（エミッタ電極）と上記ベ−ス電極２３は電気的に導通している。
【００６９】
したがって、例えば上記ベ−ス電極２３に負の電圧を与え、上記導電膜２５に正の電圧を与えることによって上記柱状結晶集合体２７と上記導電膜２５の縁部２５ａとの間に電位差を生じさせると、両者間のギャップを介して上記導電膜２５の縁部２５ａから上記柱状結晶集合体２７に対して電界が印加される。
【００７０】
印加された電界は各柱状結晶２８の針状の上端２８ａに集中し、図３に示すように各柱状結晶２８の上端２８ａから電子（−ｅ）が放出される。つまり、前述したように、柱状結晶２８（柱状結晶集合体２７）がエミッタ電極として、導電膜２５がこのエミッタ電極から電子を引き出すゲ−ト電極として機能する。なお、上述したように多数の各柱状結晶２８からそれぞれ電子が放出されるので、この電子放出素子は、面状電子ビ−ム放出源として機能することとなる。
【００７１】
次に、この電子放出素子２１の製造方法を図５を参照して説明する。
【００７２】
まず、図５（ａ）に示すように、基板２２の上にベ−ス電極２３、絶縁膜２４、導電膜２５及び絶縁膜２９を順に積層する。基板２２は、例えばＳｉ（シリコンウエハ）やガラス等であり、上記絶縁膜２４は例えばＳｉＯ_２ である。さらに、上記ベ−ス電極２３および導電膜２５は導電性をもつ金属であり、例えばＣｕやＡｌのような一般的な種々の金属を採用できる。また、上記最上層の導電膜２９は、後述するＣＶＤの際にマスクとして機能するものであり、例えばＳｉＯ２ 等を採用できる。
【００７３】
次に、同図（ｂ）に示すように、最上層の絶縁膜２９上にレジスト３０を塗布し、パタ−ンニングを行う。このレジスト３０のパタ−ン３０ａは、前述のスル−ホ−ル２６に対応した円孔を有している。
【００７４】
こののち、異方性エッチングとして例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｏｎ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）を行い、同図（ｃ）に示すように絶縁膜２９、導電膜２５および絶縁膜２４をレジスト３０の形状に合わせてエッチングする。このことで、前記スル−ホ−ル２６が形成される。スル−ホ−ル２６はベ−ス電極２３に達し、このスル−ホ−ル２６の底部にベ−ス電極２３が露出する。
【００７５】
次に、上記ベ−ス電極２３の表面に柱状結晶集合体２７を成膜する。
【００７６】
この成膜は、例えばＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法を用いて行う。すなわち、減圧チャンバ内に上記基板２２を保持し、チャンバ内の環境温度を１２０℃〜５００℃、好ましくは３２０℃に設定する。
【００７７】
ついで、このチャンバ内にＷＦ_６ （ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｈｅｘａｆｌｕｏｒｉｄｅ ）とＳｉＨ_４ （ｓｉｌａｎｅ）の２種類の反応ガスを導入し反応させる。この２種類の反応ガスの流量比は好ましくは１：１に設定される。
【００７８】
このことで、上記ス−ルホ−ル２６内に位置するベ−ス電極２３の表面にはタングステン（Ｗ）が成膜されていく。なお、上述した環境の下で生成されるタングステンの各結晶は、β−Ｗ（β態のタングステン）を含むと推測され、上記ベ−ス電極２３の表面から略垂直な柱状（柱状結晶）に成長していくことが実験により確かめられている。そして、各柱状結晶２８の上端２８ａは針状に尖る。
【００７９】
図７〜図１４は、上記反応ガスの流量比（モル比）および環境条件と、上記柱状結晶集合体２８の形状の関係を示すＳＥＭ写真である。
【００８０】
まず、図７（ａ）〜図９（ｅ）に、反応ガスの流量比と柱状結晶集合体２７の形状の関係を示す。この実験は環境温度３２０℃の下で行った。
【００８１】
上記２種類の反応ガスの流量比（ＳｉＨ_４ ／ＷＦ_６ ）を０．６〜２．０に変化させてみると、０．９（図８（ｃ））以上で柱状結晶集合体が生成し初め、１．０（図８（ｄ））で好ましい形状を得ることができることが分かる。また、２．０（図９（ｅ））まで上昇させると、上端の尖鋭性が失われ始めている。したがって、上記反応ガスの好ましい流量比は、上記環境の下で、ＳｉＨ_４ ／ＷＦ_６ ＝０．９〜２．０であり、さらに好ましくはＳｉＨ_４ ／ＷＦ_６ ＝１．０となる。
【００８２】
次に、図１０、図１１に環境温度と柱状結晶集合体の形状の関係を示す。この実験は反応ガスの流量比ＳｉＨ_４ ／ＷＦ_６ ＝１．０の下で行った。
【００８３】
柱状結晶集合体２７はＴ＝２４０℃（図１０（ａ））及びＴ＝４００℃（図１１（ｃ））でも生成されているが、好ましくはＴ＝３２０℃（図１０（ｂ））であることが分かる。
【００８４】
さらに、ＣＶＤにおいては、チャンバ内に圧力調節用の水素ガス（Ｈ_２ ）を導入して行うが、この水素ガスの流量も上記柱状結晶集合体の形状に大きな影響を及ぼす。図１２〜図１４にその結果を示す。
【００８５】
この実験は、環境温度３２０℃、反応ガスの流量比ＳｉＨ_４ ／ＷＦ_６ ＝１．０（この実験では１０ｓｃｃｍ）の下で、この反応ガスに対する水素ガスの流量日を０〜５０（０〜１０００ｓｃｃｍ）に変化させて実験したものである。
【００８６】
図１３（ｃ）より、２５（２５０ｓｃｃｍ）以上（ＳｉＨ_４ ：ＷＦ_６ ：Ｈ_２ ＝１：１：２５以上）の場合で最も好ましい形状を得られることが分かる。
【００８７】
また、この柱状結晶集合体２７の高さは、上記ＣＶＤの時間を設定することで上記導電膜２５に接しない高さに設定される。すなわち、このことで、この柱状結晶集合体２７で構成されるエミッタ電極と上記導電膜２５によって構成されるゲ−ト電極との間に、電界を印加するための（電子を引き出すための）所定のギャップが確保される。
【００８８】
なお、上記マスクとしての絶縁膜２９に覆われた部分には自由電子が存在しないので、ＣＶＤを行った場合、この部分には上記柱状結晶集合体２７は成長しない。したがって、図５（ｄ）に示すように、上記ベ−ス電極２３の表面のみに、上記柱状結晶集合体２７を選択的に形成することができる。
【００８９】
なお、上記反応チャンバ内の圧力調整用に用いるガスとしては他にアルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウムガス（Ｈｅ）、ネオンガス（Ｎｅ）等の不活性ガスがあるが、水素ガスを導入した場合が、上記柱状結晶集合体２７の形成の選択性が最も高くなるということが実験により確かめられている。
【００９０】
すなわち、アルゴンガスを用いた場合でも、上記柱状結晶集合体２７を作成することはできるのであるが、選択性が低くなるため、上記ベ−ス電極２３の表面以外の箇所すなわち上記絶縁膜２９上にも上記柱状結晶集合体２７が成膜されてしまうおそれがある。
【００９１】
したがって、この実施例においては圧力調整用のガスとして水素ガスを用いることがより好ましい。
【００９２】
なお、上記柱状結晶２８の上端部の尖鋭度や、単位面積当りの柱状結晶の数については、成膜条件の設定次第で変化させることが可能である。
【００９３】
このようにして上記柱状結晶集合体２７が形成されたならば、次に、ＨＦを用いたウェットエッチング（等方性エッチング）を行う。このことで、図５（ｅ）に示すように、上記マスクとして用いた絶縁膜２９および上記スル−ホ−ル２６内に露出する絶縁膜２４が選択的にエッチングされる。すなわち、上記絶縁膜２９が面内方向に削られると共に、下層の絶縁膜２４の一部が面内方向にさらにエッチング除去されて上記導電膜２５の縁部２５ａがスル−ホ−ル２６内に突出する。このことで、図１、図２に示した電界電子放出素子２１が得られる。
【００９４】
以上述べた電界電子放出素子２１によれば、以下に説明する効果を得ることができる。
【００９５】
第１に、微細かつ尖鋭化された多数のエミッタ電極を容易に製造することができ、電子放出素子２１の電子放出効率を向上させることができる効果がある。
【００９６】
すなわち、従来の電界電子放出素子（図４０、図４１）では、成膜後、エッチングによってエミッタ電極（１、３）の尖鋭化を図る必要があるので、エミッタ電極を形成するには複雑なプロセスを経なければならなかった。また、その尖鋭度はパタ−ンニング時のステッパ等の解像度によって決定される。このため、エミッタ電極の尖鋭化には一定の限界があった。
【００９７】
また、従来のスピント型の電界電子放出素子（図４０）では、エミッタ電極１が角錐あるは円錐であったために、その底面の大きさによりエミッタ電極の高密度化が妨げられていた。
【００９８】
これに対して、この発明は、成膜技術（ＣＶＤ）により、先端２８ａが十分に尖鋭化された微細な柱状結晶２８の集合体２７が形成できることに着目し、各柱状結晶２８をエミッタ電極として利用するようにしたものである。したがって、成膜技術だけで、十分に尖鋭化されたエミッタ電極を、しかも高密度に形成することができる。
【００９９】
また、電子放出単位（各エミッタ電極）は微細な柱状結晶２８であるから、電子放出密度の高密度化も容易である。
【０１００】
したがって、微細かつ尖鋭化された高密度なエミッタ電極を容易に製造することができる。このことで、電子放出効率を向上させることが可能であり、より低い電圧で高いエミッション電流を得ることができる効果がある。
【０１０１】
なお、上述したようにパタ−ンニングの解像度が要求されないので、半導体製造プロセスに用いられる高解像度の装置でなくとも、既存のＬＣＤ（液晶ディスプレイ装置）の製造プロセスに用いられる比較的低解像度の装置を使用することで上述した電界電子放出素子を製造することが可能である。よって、安価な製造設備で尖鋭かつ高密度に配設されたエミッタ電極を備えた電界電子放出素子を容易に製造することができる。
【０１０２】
第２に、従来技術と比べ均質な電子放出特性を有する電子放出素子を得ることができる効果がある。
【０１０３】
すなわち、従来の電子放出素子では、上記エミッタ電極の尖鋭化のために複雑なプロセスが必要であったので、再現性が乏しく、多数の均質なエミッタ電極を得ることが困難であった。このため、電子放出素子毎に電子放出特性のばらつきが生じる恐れがあった。
【０１０４】
しかし、この発明の電界電子放出素子２１のエミッタ電極は多数の微細な柱状結晶２８の集合体であるので、個々の柱状結晶２８の形状精度は電子放出特性にさほど影響を与えない。このため、より均質な電子放出特性を有する電界電子放出素子２１を得ることができる。
【０１０５】
第３に、この電界電子放出素子２１では、上記一つのゲ−ト電極（導電膜２５）で、高密度に設けられた多数の微細なエミッタ電極（柱状結晶２８）から電子を引き出すことができ、前述したように面状電子ビ−ム放出源として機能する。
【０１０６】
したがって、図４０や図４１に示すようなエミッタ電極１、３が一つである点状電子放出源である従来の電界電子放出素子と比較して、単純に電界放出効率及び電流密度が高い。また、面状電子ビ−ム放出源であるから、その用途も広いという効果がある。
【０１０７】
第４に、柱状結晶２８は、ＣＶＤにより、自由電子が存在する物質（本実施例ではベ−ス電極２３）の上に選択的に形成することができるので、柱状結晶集合体２７を任意の領域のみに形成することが可能である。このため、エミッタ電極の配置の自由度が高く、特に、一枚の基板２２上に多数の電界電子放出素子２１を配置する場合等にその製造が容易になる。（第３の実施例以下参照）
なお、この第１の実施例においては、柱状結晶２８をベ−ス電極２３の表面に堆積させるためにＣＶＤを行うようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＣＶＤに代えて例えばスパッタリングを採用してもよい。
【０１０８】
また、柱状結晶２８としてβ−Ｗを含む材質を採用しているが、柱状な結晶が得られれば材質は限定しない。例えば、柱状結晶２８の材質としてＡｌを採用することも可能である。この場合も柱状結晶２８を堆積させるためにＣＶＤやスパッタリングを採用できる。
【０１０９】
さらに、柱状結晶集合体２７の成膜条件を種々に変更することで、上記柱状結晶２８の密度（緻密度）等を変更することが可能である。例えば、この実施例では反応性ガスの流量比を１：１に設定しているが、所望の柱状結晶２８を得られれば、反応性ガスの流量比を任意に設定してよい。また、チャンバ内の環境温度も変更可能である。
【０１１０】
また、この実施例では、上記スル−ホ−ル２６（貫通孔）は円形であるが、これに限定されるものではない。四角形や長円形、長方形状であっても良い。所定の長さを有する細幅の溝形状（スリット状）であっても良い。
【０１１１】
次に、この発明の第２の実施例について説明する。なお、上記第１の実施例と同様の構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。
【０１１２】
この第２の実施例の電界電子放出素子３１は、図４に示すようなものであり、上記柱状結晶集合体２７は、上記基板２２´上に直接成膜されている。
【０１１３】
基板２２´は、金属やＳｉ等の導電体であり、自由電子が存在するので、上記第１の実施例と同様にＣＶＤを用いて上記スル−ホ−ル２６内のみに上記β−Ｗを含む柱状結晶集合体２７を成膜することができる。
【０１１４】
すなわち、前記第１の実施例では、導電体としてベ−ス電極２３を用いていたが、この実施例は、上記基板２２´を導電体として用いるものである。
【０１１５】
このような構成であっても、上記基板２２´と上記導電膜２５（ゲ−ト電極）との間に電位差を与えることで、上記柱状結晶集合体２７の各柱状結晶２８の上端部から電子を放出することができ、上記第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１１６】
次に、この発明の第３実施例である電界電子放出素子３２を図１５及び図１６に基づいて説明する。なお、第１実施例と同様の部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
【０１１７】
図１６に示すように本実施例の電界電子放出素子においては、基板２２上にベ−ス電極２３（導電体）、柱状結晶集合体２７（エミッタ電極）、絶縁膜２４、及び、導電膜２５（ゲ−ト電極）が順に積層されている。
【０１１８】
柱状結晶集合体２７は、上記基板２２上に被着されたベ−ス電極２３の表面の略全体に成膜されている。また、絶縁膜２４は、上記第１の実施例と異なり、柱状結晶集合体２７上に形成されている。さらに、導電膜２５と絶縁膜２４とには、スル−ホ−ル２６（貫通孔）が形成されており、このスル−ホ−ル２６を通して柱状結晶集合体２７が露出している。
【０１１９】
この実施例においても、上記絶縁膜２５がゲ−ト電極として、上記柱状結晶集合体２７の各柱状結晶２８がエミッタ電極として機能する。すなわち、上記導電膜２５に負の電圧を与え、上記ベ−ス電極２３に正の電圧を与えると、上記導電膜２５の縁部２５ａから、上記スル−ホ−ル２６内に位置する各柱状結晶２８の上端２８ａに電圧が印加される。このことで、各柱状結晶２８の上端２８ａから電子が放出される。
【０１２０】
次に、この第３の実施例の電界電子放出素子３２の製造方法を図１６（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
【０１２１】
まず、図１６（ａ）に示すように、基板２２の表面にベ−ス電極２３と柱状結晶集合体２７とを積層する。
【０１２２】
上記柱状結晶集合体２７の成膜は、第１の実施例と同様にＣＶＤによって行う。ただし、この実施例では、上記ベ−ス電極２３上に絶縁膜がつけられていないので、上記柱状結晶集合体２７は、この自由電子の存在するベ−ス電極２３の全体に亘って形成されることとなる。
【０１２３】
こののち、同図（ｂ）に示すように、柱状結晶集合体２７の上に絶縁膜２４及び導電膜２５を積層する。ついで、同図（ｃ）に示すように導電膜２５の上にレジスト３０を塗布しパタ−ンニングを行う。最後に、導電膜２５と絶縁膜２４とをＲＩＥ及びウエットエッチングによってエッチング除去する。このことで、スル−ホ−ル２６が形成され、ゲ−ト電極（導電膜２５）の縁部２５ａが形成され、同図（ｄ）に示すように電界電子放出素子３２が得られる。
【０１２４】
なお、図１６（ｄ）に示すのは、上記電界電子放出素子３２をアレイ状に集積してなる電界放出源３３であり、上記ベ−ス電極２３と上記導電膜２５とに電位差を与えると、上記導電膜２５に形成された複数の各スル−ホ−ル２６から電子が放出されることとなる。
【０１２５】
このような電界電子放出素子３２および電子放出源３３においても、第１の実施例と同様の効果を得ることが可能である。
【０１２６】
次に、第４の実施例について図１７を参照して説明する。なお、上記第１の実施例と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明は省略する。
【０１２７】
この実施例の電界電子放出素子３４では、上記基板２２の、上記スル−ホ−ル２６の中央部に対応する部位に、その周縁部より高く形成された突起部３５が形成されている。このため、上記第１の実施例と同様の工程により電界電子放出素子を作成すると、図１７に示すように、スル−ホ−ル２６の中央部に位置する柱状結晶２８が周辺の柱状結晶２８よりも上方に突出した形状となる。
【０１２８】
すなわち、上述の第１〜第３実施例においては、すべての柱状結晶２８の先端２８ａが導電膜２５（ゲ−ト電極）よりも低く位置しているが、この第４の実施例では、スル−ホ−ル２６の中央部に位置する柱状結晶２８の上端２８ａを導電膜２５（ゲ−ト電極）よりも高く位置させている。
【０１２９】
このことにより、中央部に位置する柱状結晶２８の上端２８ａを上記導電膜２５（ゲ−ト電極）の縁部２５ａに近付けることができる。したがって、中央部に位置する柱状結晶２８の上端２８ａに対しても電界を有効に印加することができ、電界の集中度合が均一化し、全体として電子放出効率が高まる。このため、大きなエミッション電流を得ることができる効果がある。
【０１３０】
次に、第５の実施例について図１８を参照して説明する。
【０１３１】
上記第４の実施例の電界電子放出素子３４は、第１の実施例を変形したものであったが、この第５の実施例の電界電子放出素子３７は、上記第３の実施例（図１５に示す）を変形したものである。
【０１３２】
すなわち、上記第４の実施例と同様に突起部３５が設けられてなる基板２２を用い、この基板２２を用いて第３の実施例と同様の工程により電界電子放出素子を作成する。このことで、図１８に示す形状の電界電子放出素子３７を得ることができる。
【０１３３】
この電界電子放出素子３７は、上記第４の実施例（図１７）と異なり、上記ベ−ス電極２３の略全面に亘って柱状結晶集合体２７が成膜され、この柱状結晶集合体２７の上に絶縁膜２４及び導電膜２５が積層されている。そして、上記絶縁膜２４及び導電膜２５に跨がるスル−ホ−ル２６が形成されゲ−ト電極２５が突設されている。そして、突起部３５の上面（スル−ホ−ル２６の中央部）に形成された柱状結晶２８は周囲の柱状結晶２８よりも高く位置しており、上端２８ａをスル−ホ−ル２６から上方に突出させている。
【０１３４】
このような構成によっても、上記第４の実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１３５】
なお、第４及び第５実施例において、上記基板２２に設けられていた突起部３５の形状としては、例えば円柱形や直方体のように種々の形状を採用することができる。
【０１３６】
さらに、突起部３５の作製方法としては、例えばエッチングを用いて基板２２を削ったり、スパッタリングや蒸着を用いて基板２２に凸部を設けるなど、一般的な種々の方法を採用できる。
【０１３７】
次に、第６の実施例について図１９を参照して説明する。
【０１３８】
この第６の実施例の電界電子放出素子３８は、上記第４の実施例や第５の実施例のように基板２２に突起部３５を設けるのではなく、柱状結晶集合体２７全体を高く形成して、すべての柱状結晶集合体２７の上端２８ａを全体的に上記スル−ホ−ル２６から上方に突出させたものである。
【０１３９】
つまり、この実施例においては、第１の実施例の電界電子放出素子２１の製造方法において、上記柱状結晶２８を成長させるためのＣＶＤの時間を長くとり、各柱状結晶２８を高く成長させたものである。
【０１４０】
このような構成においても、上記第４、第５の実施例と略同様の効果を得ることができる。
【０１４１】
次に、この発明の第７の実施例を図２０に基づいて説明する。
【０１４２】
この実施例の電界電子放出素子３９においては、基板２２に略四角錐形の突起部４０が形成されている。この突起部４０は、絶縁膜２４と導電膜２５とに跨がるスル−ホ−ル２６の底部の略中央に位置している。
【０１４３】
この略四角錐形の突起部４０の製造方法を図２２に基づいて説明する。
【０１４４】
まず、図２２（ａ）に示すように、上記Ｓｉ基板上にパタ−ンニングされた絶縁膜（ＳｉＯ２ ）４１を形成する。ついで、この絶縁膜４１をマスクとして等方性エッチング（例えばウエットエッチング）を行うと、同図（ｂ）、（ｃ）に示すように突起部４０が作成される。この際、上記絶縁膜３１の形状が四角形であると上記突起部の形状は図２３に示すように略四角錐となる。
【０１４５】
このような基板２２を用いて第１の実施例の製造方法を施すと、図２０に示す電界電子放出素子３９を得ることができる。すなわち、上記柱状結晶２８の上端２８ａの高さは突起部４０の周囲からスル−ホ−ル２６の中央へ向かって徐々高くなるように変化し、スル−ホ−ル２６の中央に位置する柱状結晶２８の上端２８ａが最も高く位置している。
【０１４６】
このような構成によれば、図に示すように上記導電膜２５（ゲ−ト電極）の縁部２５ａと各柱状結晶２８の上端２８ａとの距離を略等しくすることができる。このため、各柱状結晶２８の上端２８ａに電界が集中しやすくなる。また、この柱状結晶集合体２７を全体として見た場合、中央部が上方に向かって尖っているので、特に最も高く位置する柱状結晶２８の上端２８ａに電界が集中しやすくなる。
【０１４７】
このことで、この電界電子放出素子の電子放出効率が全体として向上する効果がある。
【０１４８】
なお、柱状結晶２８の上端２８ａに高低差を設けることによって、突起部４０の周縁部へいくほど電子放出が生じにくくなることが考えられるが、少なくとも中央の柱状結晶２８に上記各実施例よりも低い印加電圧で電界放出を行わせることが可能である。
【０１４９】
次に、この発明の第８の実施例について図２１を参照して説明する。
【０１５０】
上記第７の実施例では、上記柱状結晶集合体２７の最上端２８ａが導電膜２５と略同じ高さあるいはそれよりも低く位置しているが、この第８の実施例の電界電子放出素子４２では、スル−ホ−ル２６の中央部に位置する柱状結晶２８の上端２８ａが上記導電膜２５よりも高く上方へ突出している。
【０１５１】
このような柱状結晶集合体２７は、上記第７の実施例において、ＣＶＤを施す時間を長く設定することで形成することができる。
【０１５２】
このような構成によれば、上記第７の実施例と略同様の効果を得ることができる他、中央部に位置する柱状結晶２８の上端部に対しては、さらに電界の集中度合を高めることができる効果がある。
【０１５３】
なお、上記第７、第８の実施例では、上記突起部４０を有する基板２２に対して上記第１の実施例の製造方法を適用して電界電子放出素子３９、４２を得たが、第３の実施例の製造方法を適用して電界電子放出素子を得ても良い。
【０１５４】
この場合、上記基板２２の平坦面に形成された上記柱状結晶集合体２７の上に上記絶縁膜２４および導電膜２５（ゲ−ト電極）が作成されることとなる（図１８参照）。
【０１５５】
なお、以上述べた第１〜第８の実施例では、電界電子放出素子自体の構成について説明したが、この電界電子放出素子の用途は自由である。例えば、面発光型の平面ディスプレイ装置、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）、電子ビ−ム直描装置、或いは、レチクル作製用の露光装置等の電子放出源として利用することが考えられる。
【０１５６】
次に述べる第９、第１０の実施例では、上記電界電子放出素子を平面ディスプレイ装置に適用した例を説明する。
【０１５７】
まず、第９の実施例の平面ディスプレイ装置を図２４〜図２６に基づいて説明する。
【０１５８】
この平面ディスプレイ装置は、図２５および図２６に示すようなものであり、第１の実施例の電子放出素子２１を集積してなる電子放出源４５と、この電子放出源４５から放出された電子を受けて発光表示を行う表示部４６とからなる。
【０１５９】
この電子放出源４５は、次のようにして作成される。
【０１６０】
まず、上記基板２２上にベ−ス電極２３、絶縁膜２４、導電膜２５を積層する。ついで、エッチング等の手段を用いて最上層の導電膜２５を図２２に示すように多数の帯板状の導電膜２５ｂに分割する。このことで、アドレスラインが形成される。
【０１６１】
次に、上記絶縁膜２４および導電膜２５ｂの所定の部位をエッチングし、上記スルーホ−ル２６を形成する。このスル−ホ−ル２６は、各帯板状の導電膜２５ｂに沿って所定間隔で形成され、上記ベ−ス電極２３上にマトリックス状に多数個形成される。
【０１６２】
ついで、基板２２を減圧チャンバ内に保持し、上記第１の実施例と同様にＣＶＤを施す。このことで、上記スル−ホ−ル２６内に露出した上記ベ−ス電極２３の表面のみに上記柱状結晶集合体２７（エミッタ電極）が成膜される。なお、図６（ｂ）に示すのは、このようにして形成された多数の柱状結晶集合体２７のＳＥＭ写真である。
【０１６３】
最後に、上記スル−ホ−ル２６内に露出する導電膜２６を選択的にエッチング除去（ＨＦによるウエットエッチング）し、上記導電膜２５の縁部２５ａを上記スル−ホ−ル２６内に突出させる。このことで、ゲ−ト電極が作成される。
【０１６４】
以上の工程により、多数の電界電子放出素子２１をマトリックス状に集積してなる電子放出源４５を得ることができる。（図２４図参照）
一方、上記表示部４６は、透明基板（石英ガラス等）４７と、この透明基板４７の上記電子放出源４５側の表面に被着され、上記導電膜２５ｂと直交する多数の帯状に分割された透明導電膜４８（アノ−ド電極）と、この透明導電膜４８の表面側に被着された多色発光蛍光体４９とからなる。
【０１６５】
ここでは、上記透明導電膜４８として、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜を用いている。このＩＴＯ膜は、酸化錫をド−プした酸化インジウム膜であり、導電性と透光製を有する膜である。
【０１６６】
また、上記多色発光蛍光体４９は、低加速電子線用の蛍光体であり、例えばＺｎＯ：Ｚｎが利用される。
【０１６７】
なお、上記帯状の透明導電膜４８は、上記電子放出源４５に形成されたアドレスライン（導電膜２５ｂ）に対してデ−タラインを構成する。
【０１６８】
最後に、この表示部４６と上記電子放出源４５は、図示しない縁部で互いに接合される。この接合は、例えば真空雰囲気中で静電接合を利用して行われ、上記表示部４６と電子放出源４５とによって挟まれた空間は真空に保たれる。
【０１６９】
このように構成された平面ディスプレイ装置では、上記各電界電子放出素子２１が、この平面ディスプレイ装置の１画素を構成する。そして、上記電子放出源４５の導電膜２５ｂからなるアドレスラインと上記表示部４６の透明導電膜４８からなるデ−タラインとに、それぞれ駆動ドライバ５０、５１を接続すれば、例えば、単純マトリックス方式の液晶ディスプレイ装置と同様の方法で駆動することができる。
【０１７０】
すなわち、上記ベ−ス電極２３に対しては電圧を加えず、ｇｒａｎｄ（０Ｖ）としておき、所定のアドレスライン（導電膜２５ｂ）に高い電圧を印加すれば、その電圧差によって、そのアドレスライン上に位置する任意の上記電界電子放出素子２１から電子が放出されることになる。
【０１７１】
一方、放出された電子は、選択的電圧が印加されたデ−タライン（透明導電膜４８）に引き寄せられ収束する。このことによって、所望位置の蛍光体４９を発光させることができ、表示部４６に必要な表示を行わせることができる。
【０１７２】
このような構成によれば、以下に説明する効果を得ることができる。
【０１７３】
第１に、低い作動電力であっても良好に作動する平面ディスプレイ装置を得ることができる。
【０１７４】
すなわち、この発明の電界電子放出素子２１は、電子放出効率の非常に高い面状電子ビ−ム放出源である。このため、この電界電子放出素子２１を高密度に集積して平面ディスプレイ装置の電子放出源４５を構成すれば、低い作動電力であっても良好に作動する平面ディスプレイ装置を得ることができる。
【０１７５】
また、この発明では、前述したように、柱状結晶集合体２８の結晶の形を利用することで尖鋭化の図られたエミッタ電極を得ているので、その形成が容易であり、欠陥も少ない。このため、平面ディスプレイ装置の製造の歩留まりを向上させることも可能である。
【０１７６】
第２に、平面ディスプレイ装置の各画素を非常に緻密に配置することができる効果がある。
【０１７７】
すなわち、この平面ディスプレイ装置では、各画素を構成する電界電子放出素子２１どうしを接近させても、各電界電子放出素子２１間の距離がエミッタ電極（柱状結晶集合体２７の上端部）とゲ−ト電極（導電膜２５ｂ）間の距離よりも少しでも大きければ影響はない。
【０１７８】
このため、電界電子放出素子２１どうしの間隔を非常に小さくして画素を緻密に配置し、上記電子放出源４５側に狭い間隔でアドレスラインを形成するようにしてもクロスト−ク等の問題は生じない。
【０１７９】
第３に、このような構成によれば、上記表示部４６側にデ−タラインを設けることによって、発散する電子ビ−ムを収束させることができ、発光箇所を正確に制御することができる効果がある。
【０１８０】
なお、この実施例では、上記アドレスライン（導電膜２５ｂ）に沿って多数の円形のスル−ホ−ル２６を形成していたが、このような構成に限定されるものではない。例えば、上記多数のスル−ホ−ルをアドレスラインに沿ってすべて連結したような溝状（スリット状）のものに形成し、このようなスル−ホ−ルを通して上記柱状結晶集合体２７を形成するようにしても良い。このような場合、上記柱状結晶集合体２７は、上記スル−ホ−ルの形状にそって直線状に形成されることとなる。
【０１８１】
また、この実施例では、１つの電界電子放出素子２１で１画素が構成されていたが、これに限定されるものではなく、複数の電界電子放出素子２１で構成されていても良い。例えば、図３５（ｂ）に示すように８個の電界電子放出素子２１で１画素が構成されていても良い。
【０１８２】
次に、第１０の実施例の平面ディスプレイ装置について図２７を参照して説明する。なお、上記第９の実施例と同一の構成要素については同一符号を付してその説明は省略する。
【０１８３】
この第１０の実施例の平面ディスプレイ装置は、上記第９の実施例と異なり、上記電子放出源４５´側に、アドレスラインとデ−タラインの双方を形成するようにしたものである。
【０１８４】
すなわち、上記ベ−ス電極２３を上記帯状の導電膜２５ｂと直交する帯状のベ−ス電極２３ａに分割し、これをアドレスラインとして用い、上記帯状の導電膜２５ｂをデ−タラインとして用いるものである。
【０１８５】
なお、上記基板２２上に分割されたベ−ス電極２３ａを形成した後、上記第９の実施例で説明した製造方法と同様の製造方法を適用することで、図２３に示す形状の電子放出源４５´を得ることができる。
【０１８６】
一方、上記表示部４６´に設けられた透明導電膜４８は、上記第９の実施例と異なり分割されておらず、上記透明基板４７の表面の全面に亘って被着されている。そして、この透明導電膜４８の表面には上記多色発光蛍光体４９が成膜されている。
【０１８７】
このような平面ディスプレイによれば、ＴＦＴを利用したアクティブマトリックス方式の液晶ディスプレイ装置と同様の駆動方法により表示動作を行うことができる。
【０１８８】
すなわち、各ライン（２５ｂ、２３ａ）に接続された駆動ドライバ５０、５１を作動させ、任意のアドレスライン（２３ａ）とデ−タライン（２５ｂ）とを選択して電圧を印加することによって各ラインが交わる箇所に設けられた電界電子放出素子２１から電子を放出させる。
【０１８９】
このとき、上記表示部４６´に設けられた上記透明導電膜４８に対して上記導電膜２５ｂに与えた電圧より高い電圧を与えておくと、放出された電子は略１００パ−セント上記透明導電膜４８に引き寄せられ、この透明導電膜４８の表面に被着された蛍光体４９に衝突する。このことで、上記蛍光体４９を発光させることができる。
【０１９０】
このような構成によれば、上記第９の実施例と略同様の効果を得ることができる。なお、この実施例では、１つの電界電子放出素子２１で１画素が構成されていたが、これに限定されるものではなく、複数個の電界電子放出素子２１で構成されたものであっても良い。例えば、図３５（ｂ）に示すように８個の電界電子放出素子２１で１画素が構成されていても良い。
【０１９１】
次に、第１１の実施例の平面ディスプレイ装置について、図２８および図２９を参照して説明する。
【０１９２】
この第１１の実施例の平面ディスプレイ装置は、第３の実施例の電界電子放出素子３２を集積してなる電子放出源５２を有するものである。
【０１９３】
すなわち、上記基板２２の表面に被着されたベ−ス電極２３上には、全面に亘って柱状結晶集合体２７が成膜されている。そして、この柱状結晶集合体２７上には、絶縁膜２４と導電膜２５（２５ｂ）とが積層されている。
【０１９４】
上記導電膜２５は、第９の実施例と同様に帯状の導電膜２５ｂに分割され、アドレスラインを構成している。一方、上記帯状の導電膜２５ｂと、上記絶縁膜２４には、上記柱状結晶集合体２７を露出させるスル−ホ−ル２６が形成されている。
【０１９５】
なお、上記第９の実施例では、上記スル−ホ−ル２６は、上記導電膜２５ｂに沿って１列状に設けられていたが、この実施例のように、複数列あるいは千鳥状に設けられているものであっても良い。
【０１９６】
一方、上記表示部４６は、上記第９の実施例と同じ構成を有する。すなわち、上記透明基板４７には、帯状の透明導電膜４８が形成され、デ−タラインとして機能するようになっている。
【０１９７】
この平面ディスプレイ装置は、上記第９の実施例と同様に、単純マトリックス方式の液晶ディスプレイ装置と同様の方法で駆動することができる。
【０１９８】
次に、この第１１の実施例の平面ディスプレイ装置の製造方法を図２９（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。
【０１９９】
まず、図２９（ａ）に示すように、上記基板２２の表面に薄膜状のベ−ス電極２３を形成し、このベ−ス電極２３上に柱状結晶集合体２７を成膜する。この柱状結晶集合体２７の成膜は、上記第１の実施例と同様にＣＶＤで行う。
【０２００】
ついで、図２９（ｂ）に示すように、柱状結晶集合体２７上に第１の絶縁膜２４（導電膜２４）、導電膜２５および第２の絶縁膜５３を積層し、上記第２の絶縁膜５３の表面にレジスト５４を塗布する。ついで、このレジスト５４をパタ−ンニングし、図２９（ｃ）に示すように、スル−ホ−ル２６を形成するためのパタ−ン孔５４ａを形成する。このパタ−ン孔５４ａは、例えば、円孔をなすように形成する。
【０２０１】
次に、このレジスト５４をマスクとして異方性エッチングを行いスル−ホ−ル２６を形成した後、ＨＦを用いたウエットエッチングにより上記第１、第２の絶縁膜２４、５３を選択的にエッチングする。このことにより、図２９（ｄ）に示すように上記導電膜２５の縁部２５ａをスル−ホ−ル２６に突出させゲ−ト電極を形成する。ついで、上記レジスト５４を洗浄除去することで、電子放出源５２が完成する。
【０２０２】
次に、この電子放出源５２の上面に、表示部４６を固定する。この表示部４６は、上記第９の実施例に説明した方法により上記デ−タラインとしての透明導電膜４８が形成されたものである。
【０２０３】
そして、両者間の固定は、図２９（ｅ）に示すように、真空雰囲気中で上記透明導電膜４８に対応する箇所の蛍光体４９で上記スル−ホ−ル２６を閉塞するようにして行い、上記第２の絶縁膜５３の上面と上記蛍光体４９の下面とを接着する。
【０２０４】
このことで、平面ディスプレイ装置が完成する。
【０２０５】
このような平面ディスプレイ装置によれば、前記第９の実施例と同様の効果を得ることができる。また、この実施例では、柱状結晶集合体２７はベ−ス電極２３の略全面に成膜しておき、電子の放出位置は上記導電膜２５に形成されたスル−ホ−ル２６の位置で制御するようにしている。したがって、電子放出位置の配置の自由度が高く、また、製造方法の自由度も高くなる
例えば、あらかじめ多数の孔（スル−ホ−ル）が設けられた導電膜を用意しておいて、この導電膜を上記柱状結晶集合体２７に被せるという方法でもこの第１１の実施例と同形状の電子放出源５２を得ることができる。
【０２０６】
また、この実施例の平面ディスプレイの製造方法によれば、図２９（ｅ）に示すように、ゲ−ト電極として作用する導電膜２５上に成膜された第２の絶縁膜５３を、透明導電膜４８と導電膜２５ｂ（ゲ−ト電極２５）間のスペーサとして用いることができる。したがって、ビ−ズ等の他のスペーサが不要になり、この平面ディスプレイ装置の製造が非常に容易になる効果がある。
【０２０７】
次に、第１２の実施例について図３０〜図３５を参照して説明する。なお、上記第１の実施例の電界電子放出素子と同様の構成要素については同一符号を付してその説明は省略する。
【０２０８】
この実施例の電界電子放出素子５５は、図３０および図３１に示すようなものであり、基板２２上にベ−ス電極２３が成膜され、このベ−ス電極２３上にはエミッタ電極として機能する柱状結晶集合体２７が形成されている。この柱状結晶集合体２７は、第１の実施例あるいはい第２の実施例と同様の方法（パタ−ンニング、露光、ＣＶＤ）で、所定の範囲に亘って形成されている。
【０２０９】
そして、この針状結晶集合体２７の上面中央部には絶縁膜２４´が形成され、この絶縁膜２４´上にはゲ−ト電極として機能する導電膜２５´が積層されている。この導電膜２５´は上記絶縁膜２４´よりも外側に突出する縁部５６を有する。
【０２１０】
この実施例においては、図３１に示すように、上記柱状結晶集合体２７は円形の範囲に亘って形成されており、上記導電膜２５´はこの柱状結晶集合体２７の範囲よりも小さい面積を有する円形に形成されている。したがって、上記柱状結晶集合体２７は上記導電膜２５´を囲むようにこの導電膜２５´の径方向外側に広がっている。
【０２１１】
次に、この電界電子放出素子５５の動作について説明する。
【０２１２】
上記ベ−ス電極２３に負の電圧を与え、上記導電膜２５´（ゲ−ト電極）に正の電圧を与えることによって上記柱状結晶集合体２７と上記導電膜２５´との間に電位差を生じさせると、この導電膜２５´の縁部５６から上記柱状結晶集合体２７の上端に対して電圧が印加される。
【０２１３】
印加された電圧は、上記柱状結晶集合体２７を構成する各柱状結晶２８の上端２８ａに集中し、各柱状結晶２８の上端２８ａから電子が放出されることとなる。なお、電子の放出量は、同図に一点鎖線で示すように推移する。すなわち、上記導電膜２５´の縁部５６に最も近接する柱状結晶２８からの電子放出量が一番大きくなり、外側にいくにしたがってその電子放出量は小さくなる。電子放出の効率は、上記ゲ−ト電極（導電膜２５´）の縁部５６からの物理的距離に大きく依存するからである。
【０２１４】
したがって、この実施例のように上記導電膜２５´の縁部５６が円形に形成されている場合には電子は略円環状に放出されることとなる。図３２は、この実施例に電界放出素子５５により放出された電子によってアノ−ド電極５７（第１０の実施例の表示部４６に相当）の蛍光体４９が円環状に発光した状態を示すものである。
【０２１５】
一方、図３３に示すのは、導電膜２５´（ゲ−ト電極）の縁部５６が直線状に形成されてなる電界電子放出素子５５´である。すなわち、この実施例の電界放出素子では、上記縁部５６の形状は特に限定されず、自由な形状にすることができる。
【０２１６】
この図３３に示す電界電子放出素子５５´においては、上記導電膜２５´に溝状のスリットを形成することで、上記縁部５６を形成している。この実施例においても、上記電子の放出効率は、この縁部５６に近い箇所で最大となるから、電子の放出量は図に一点鎖線で示すように推移することとなる。
【０２１７】
したがって、この電界電子放出素子５５´から放出された電子によりアノ−ド電極（図３３には図示を省略）の蛍光体を発光させると図３４に示すように、平行な直線状の発光状態を得ることができる。なお、この図では、３つの電界電子放出素子５５´が並列に設けられてなり、電子放出源５９を構成している。
【０２１８】
このような構成によれば、以下に説明する効果がある。
【０２１９】
上記第１〜第１１の実施例では、導電膜２５にスル−ホ−ル２６を設けることでゲ−ト電極の縁部２５ａを形成していたが、この実施例では、スル−ホ−ル２６を設けることなく単に縁部５６を作成したものである。
【０２２０】
すなわち、上記第１〜第１１の実施例においては、ゲ−ト電極となる導電膜２５に円形のスル−ホ−ル２６を形成することで、このスル−ホ−ル２６の中央部に位置する柱状結晶２８に対しても有効に電界を印加するようにしていたが、この実施例ではそのような効果は得られない。
【０２２１】
しかし、上記スル−ホ−ル２６を設けた場合の欠点として、電界電子放出素子２１の配置自由度がかなり制限されるということがある。すなわち、各スル−ホ−ル２６間を一定の寸法だけ互いに離間させる必要があり、また、露光装置の解像度によってもこのスル−ホ−ル２６の間の距離が一定値以上に制限されることになる。
【０２２２】
一方、この実施例によれば、縁部５６を有していればその形状は特に規制されない。したがって、電界電子放出素子５５、５５´の配置自由度が向上するという効果を得ることができる。
【０２２３】
また、この実施例によれば、前記第１〜第１１の実施例の電界電子放出素子と同様に、従来のスピント型の電界電子放出素子と比較して電子放出の密度を向上させることができる効果がある。この効果を図３５を参照して説明する。
【０２２４】
図３５（ａ）は従来のスピント型の電界放出素子アレイ（集積された電子放出素子）を示すものであり、図３５（ｂ）は第１１の実施例の電界放出素子アレイ、図３５（ｃ）はこの第１２の実施例の電界放出素子アレイを示すものである。
【０２２５】
今、図３５（ａ）に示すように、ゲ−ト電極として機能する導電膜に形成されたスル−ホ−ルの直径をｄとして、５ｄ×５ｄの正方形の範囲を考える。スピント型の電界電子放出素子の場合には、１つのスル−ホ−ルにつき１つのエミッタ電極しか設けられないので（図４０参照）、エミッタ電極１の数は全部８つである。したがって電子放出点の数は８となる。
【０２２６】
次に、第１〜第１１の実施例に示した電界電子放出素子の場合（図３５（ｂ））には、上記スル−ホ−ル２６内に位置する柱状結晶集合体２７の略すべての柱状結晶２８から電子が放出されることとなる。各柱状結晶２８の上端２８ａ（最先端）間の距離をｎとすると、各スル−ホ−ル２６内に位置する柱状結晶の数はπｄ^２ ／４ｎである。したがって、電子放出点の数は、（πｄ^２ ／４ｎ）×８となる。
【０２２７】
第１２の実施例の場合（図３５（ｃ））には、直線状に設けられた縁部５６に沿う位置に存在する柱状結晶２８から電子が放出される。各縁部５６の近傍に位置する柱状結晶２８の数は、５ｄ／ｎとなる。したがって電子放出点の数は、（５ｄ／ｎ）×６となる。
【０２２８】
いずれにしても、ｄ＞＞ｎであるから、この第１２の実施例の電子放出源５９によれば、従来のスピント型の電界電子放出素子を集積してなる電子放出源（図３５（ａ））に比べてエミッタ電極の数が非常に多くなり、電子放出効率が向上するのが分かる。
【０２２９】
次に、第１３の実施例を図３６に基づいて説明する。
【０２３０】
この実施例の電界電子放出源５９は、第１２の実施例の図３３に示した電界放出素子５５´の導電膜２５´（ゲ−ト電極）に、絶縁層６０〜６２を介して収束電極６４、加速電極６５、偏向電極６６を設けたものである。
【０２３１】
すなわち、上記第１〜第１１の実施例の電界放出素子ではスル−ホ−ル２６は円形を有しており、このスル−ホ−ル２６の中央部に向かって電界を集中させるという効果を得ることができたので、放出される電子の軌道はそれ程広がらないということがある。しかし、第１２の実施例に示した電界放出素子５５´では、電子の軌道を規制する手段が存在しないので、電子の軌道がかなり広がる恐れがある。
【０２３２】
そこで、この実施例では、上記導電膜２５´（ゲ−ト電極）の上面に、この導電膜２５´の縁部５６と同形状の縁部を有する収束電極６４、加速電極６５、偏向電極６６をそれぞれの間に絶縁層６０〜６２を介在させて設けることで、上記柱状結晶集合体２７から放出される電子の軌道を収束、加速および必要に応じて偏向させるようにしたものである。
【０２３３】
なお、この電界放出素子の製造は、上記ベ−ス電極２３上に形成された柱状結晶集合体２７に、上記ゲ−ト電極２５、収束電極６４、加速電極６５および偏向電極６６となり得る絶縁体と導電体とを交互に積層し、これを所定のパタ−ンでエッチングすることで、上記各電極に縁部（５６）を形成する。そして、最後に、前述したＨＦを用いたウエットエッチング等により、上記絶縁層のみを選択的にエッチングして面内方向に後退させることで、図３６に示す電界電子放出素子を得ることができる。
【０２３４】
次に、第１４の実施例を図３７を参照して説明する。なお、前記第１２の実施例と同様の構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。
【０２３５】
この実施例の電界電子放出素子６０は、前記第１の実施例の電界放出素子２１と同様の製造方法によって、前記第１１の実施例の電界電子放出素子５５（図２９）と同様の作用効果を得るものである。
【０２３６】
すなわち、まず、上記基板２２上に形成されたベ−ス電極２３上に絶縁膜２４´および導電膜２５´を形成すると共に、この絶縁膜２４´および導電膜２５´を所定のパタ−ンでエッチングして上記ベ−ス電極２３の表面を露出させる。
【０２３７】
ついで、上記ベ−ス電極２３の表面のみに上記柱状結晶集合体２７を選択的に成膜する。最後に、ＨＦを用いたウエットエッチングによって上記柱状結晶集合体２７の周囲に位置する絶縁膜２４´を面内方向に後退させ、上記導電膜２５´（ゲ−ト電極）の縁部５６を上記柱状結晶集合体２７側に突出させる。
【０２３８】
このことで、同図に示すように、上記第１１の実施例と同様に、上記柱状結晶集合体２７が上記導電膜２５´の縁部５６の外側に広がるという構成を有する電界電子放出素子６０を得ることができる。
【０２３９】
このような構成であれば、上記第１２の実施例と同様の作用効果を得ることができる。また、第１３の実施例と同様に、収束電極６４、加速電極６５および偏向電極６６を設けて、放出された電子の軌道を制御することも可能である。
【０２４０】
次に、第１５の実施例として、図３３に示した第１２の実施例の電界電子放出素子５５´を応用してなる平面ディスプレイ装置を図３８に示す。
【０２４１】
この平面ディスプレイ装置は、図２７に示した第１０の実施例の平面ディスプレイ装置の１画素を、図３３に示す第１２の実施例の電界放出素子５５´で構成したものである。
【０２４２】
この実施例においては、上記電界電子放出素子５５´のゲ−ト電極（導電膜２５´）の縁部５６は、上記アドレスラインを構成する導電膜２５´ｂに溝状のスリットを３列設けることで形成されている。
【０２４３】
また、図３９に示すのは、第１６の実施例の平面ディスプレイ装置である。
【０２４４】
この実施例は、図２８に示した第１２の実施例の平面ディスプレイ装置のアドレスラインを構成する導電膜２５´ｂに、３列の溝状のスリットを設けることで、直線状の縁部５６を設け、図３３に示した第１１の実施例の電界電子放出素子５５´を構成するようにしたものである。
【０２４５】
なお、これら第１４、第１５の実施例の平面ディスプレイ装置においては、前述したように各電界電子放出素子５５´から放出される電子軌道が広がりが大きいと考えられる。このために、前記第１３の実施例で説明したように上記導電膜上面に、収束電極６４、加速電極６５および偏向電極６６を設けて電子の放出軌道を制御するようにしても良い。
【０２４６】
なお、この発明は、上記第１〜第１６の実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。
【０２４７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の電界電子放出素子は、エミッタ電極として柱状結晶集合体を用いたものである。
【０２４８】
このような構成によれば、製造が容易で電子放出効率の高い電界電子放出素子を提供することができる。したがって、この電界電子放出素子を集積して電子放出源や平面ディスプレイ装置を構成することによって、これらの装置を低い電圧であっても良好に作動させることができる。
【０２４９】
また、この発明の電界電子放出素子およびこの電界電子放出素子を応用した平面ディスプレイ装置の製造方法によれば、上記エミッタ電極の製造を成膜技術のみで行え、しかも同時に先端部の尖鋭化も行える。したがって上述した電子放出効率の高い電界電子放出素子およびこの電界電子放出素子を集積してなる平面ディスプレイ装置を容易に製造することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例の電界電子放出素子を一部破断して示す斜視図。
【図２】同じく縦断面図。
【図３】同じく電界電子放出素子の作用を示す説明図。
【図４】第２の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図５】第１の実施例の電界電子放出素子の製造方法を示す工程図。
【図６】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図７】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図８】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図９】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図１０】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図１１】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図１２】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図１３】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図１４】同じく、柱状結晶集合体の結晶構造をＳＥＭ（走査型トンネル顕微鏡）で拡大した写真。
【図１５】第３の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図１６】同じく、電界電子放出素子の製造方法を示す工程図。
【図１７】第４の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図１８】第５の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図１９】第６の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図２０】第７の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図２１】第８の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図２２】第７の実施例の電界電子放出素子の突起部の作製方法を示す説明図。
【図２３】同じく突起部を示す平面図。
【図２４】第９の実施例の平面ディスプレイ装置の要部を示す平面図。
【図２５】同じく、縦断面図。
【図２６】同じく、斜視図。
【図２７】第１０の実施例の平面ディスプレイ装置を示す斜視図。
【図２８】第１１の実施例の平面ディスプレイ装置を示す斜視図。
【図２９】同じく、製造工程を示す工程図。
【図３０】第１２の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図３１】同じく、斜視図。
【図３２】同じく、電子の放出パタ−ンを示す説明図。
【図３３】同じく、電界電子放出素子の別の例を示す斜視図。
【図３４】同じく、電子の放出パタ−ンを示す説明図。
【図３５】同じく、電子の放出密度を説明する説明図。
【図３６】第１３の実施例の電子放出源を示す縦断面図。
【図３７】第１４の実施例の電界電子放出素子を示す縦断面図。
【図３８】第１５の実施例の平面ディスプレイ装置を示す斜視図。
【図３９】第１６の実施例の平面ディスプレイ装置を示す斜視図。
【図４０】従来のスピント型の電界電子放出素子を示す断面図。
【図４１】従来の平面型の電界電子放出素子を示す平面図、および縦断面図。
【符号の説明】
２１…電界電子放出素子、２２…基板、２２´…基板（導電体）、２３…ベ−ス電極（導電体）、２４…絶縁膜、２５…導電膜（ゲ−ト電極）、２５ａ…縁部、２６…スル−ホ−ル（貫通孔）、２７…柱状結晶集合体（エミッタ電極）、２８…柱状結晶（エミッタ電極）、４５…電子放出源、４６…表示部、５３…第２の絶縁膜（スペーサ）。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to, for example, a field emission device using vacuum microelectronics technology, an electron emission source and a flat display device using the field emission device, and a method of manufacturing the field emission device and the flat display device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, vacuum devices using a vacuum as a charge transporting medium have been studied. One of these vacuum devices is a field electron emission device (vacuum micro device). A typical field-emission element includes an emitter electrode 1 having a shape of a quadrangular pyramid or a cone in a substantially vertical direction from a substrate 2 as shown in FIG. 40 (hereinafter referred to as Spindt type). As shown in FIGS. 41A and 41B, there is a type in which the emitter electrode 3 has a triangular dive plate shape, that is, a wedge shape in a direction parallel to the substrate 2 (hereinafter, referred to as a planar type). . In FIGS. 40 and 41, reference numerals 4 and 5 denote gate electrodes for extracting electrons from the emitter electrodes 1 and 3, respectively.
[0003]
For example, Kunyoshi Yokoo of the Institute of Electrical Communication, Tohoku University, manufactured the Spindt-type field emission device, Vol. 112, No. 4 (1992) As described in pp. 257-262, a technique for depositing a cathode tip from a diagonal direction while rotating, developed by CA Spint et al. The technique is based on a technique for selectively anisotropically etching a Si single crystal developed by HF Gray et al.
[0004]
Further, for example, a method of fabricating another emitter electrode such as a planar type is described in "Application of micro cold cathode-vacuum micro device-" by Junji Ito and Masatake Kanamaru of the Electronic Technology Research Institute of the Institute of Industrial Science and Technology (Optronics). No. 109 (1991) pp. 193-198) and "Prototype Production of Micro Triode Vacuum Element and Its Application" (JSPS Charged Particle Beam Application to Industry 132nd Committee, 111th Meeting of the 111th meeting) 1990) pp. 7-13).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above-mentioned conventional field emission device has a problem to be solved as described below.
[0006]
That is, since the shape of the emitter electrodes 1 and 3 of the conventional field emission device is a circular pyramid, a cone, or a wedge as described above, the interval between the field emission devices depends on the size of the bottom surface of the emitter electrodes 1 and 3. Therefore, it is difficult to increase the density of the field emission device. Since the density of electrons emitted from the emitter electrodes 1 and 3 (the magnitude of the emission current) is affected by the number of the emitter electrodes 1 and 3, it is difficult to increase the emission current per unit area. there were.
[0007]
In order to obtain a high emission current at a lower driving voltage in the field emission device, it is necessary to sharpen the tip of the emitter electrode as much as possible to improve the concentration of the electric field.
[0008]
However, in the conventional field emission device, the sharpening of the emitter electrode is performed by etching or overlapping exposure. Therefore, a complicated process is required to sharpen the emitter electrode, and it has been difficult to sharpen the emitter electrode. In addition, since the process for fabricating the emitter electrode is complicated, reproducibility is poor, and it is difficult to fabricate a large number of emitter electrodes uniformly.
[0009]
Further, the sharpness of the emitter electrode depends on the resolution of the exposure apparatus used. Since the resolution of the device is limited, there is a certain limit to the sharpening of the emitter electrode.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to easily achieve sharpening of an emitter electrode, and arrange the emitter electrodes at a high density to provide a field emission device having a high electron emission efficiency. An object of the present invention is to provide a flat display device to which a field emission device is applied.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A first means is a field electron emission device including an emitter electrode provided on a surface of a conductor and emitting electrons when an electric field is applied, wherein the emitter electrode includes:A columnar crystal aggregate composed of a plurality of columnar crystals, each of which grows in a substantially vertical direction from the surface of the conductor, adheres to each other, and has a tip for emitting electrons, is provided.A field emission device characterized by the above.
[0013]
No.2The means of the first aspect is characterized in that, in the field emission device of the first means, the tip of the columnar crystal is sharpened.
[0014]
No.3In the field electron emission device according to the first aspect, the columnar crystal aggregate is formed on a conductor by CVD (Chemical Vapor Deposition).F ₆And SiH_FourAre reacted to form a film.
[0015]
No.4Means of the1In the field emission device according to the above means, the columnar crystal contains β-tungsten (β-W).
[0016]
No.5Means for applying the electric field according to the potential difference between the columnar crystal aggregate and the conductor to the columnar crystal aggregate in the field electron emission element according to the first means, so that the columnar crystal aggregates can be moved from the tip of each columnar crystal of the columnar crystal aggregate. It has a gate electrode for extracting electrons.
[0017]
No.6Means of the5In the field electron emission device according to the above means, the gate electrode has an edge facing the columnar crystal aggregate, and the columnar crystal aggregate is formed through a gap between the edge and the columnar crystal aggregate. And an electric field.
[0018]
No.7Means of the6In the field electron emission device of the above means, the gate electrode is laminated on the conductor via an insulating layer.
[0019]
No.8Means of the6In the field electron emission device of the above means, the gate electrode is laminated on the columnar crystal aggregate via an insulating layer.
[0020]
No.9Means of the6In the field electron emission device of the above means, the gate electrode has a penetrating portion for passing electrons emitted from the tip of each columnar crystal of the columnar crystal aggregate, and the edge of the gate electrode has , And a peripheral portion of the through portion.
[0021]
No.10Means of the9In the field emission device of the above means, the gate electrode has a hole-shaped through portion.
[0022]
No.11Means of the9In the field electron emission device of the above means, the gate electrode has a groove-shaped through portion.
[0023]
No.12Means of the9In the field emission device of the invention, the columnar crystal aggregate is selectively formed only on a portion of the surface of the conductor corresponding to the penetrating portion of the gate electrode. Is what you do.
[0024]
No.ThirteenMeans of the9In the field electron emission device according to the above means, the columnar crystal aggregate is such that the height of the tip of the columnar crystal located at the center of the penetrating portion of the gate electrode is equal to the height of the columnar crystal located at the periphery. It is characterized by being formed larger than the height dimension of the part.
[0025]
No.14Means of theThirteenThe tip of a columnar crystal located at the center of the penetrating portion of the gate electrode projects through the penetrating portion of the gate electrode. Things.
[0026]
No.FifteenMeans of theThirteenIn the above-mentioned field emission device, the conductor may have a portion located at the center of the penetrating portion of the gate electrode protruding more toward the gate electrode than a portion located at the periphery thereof. It is characterized by the following.
[0027]
No.16Means of the5The field electron emission device according to the above means, further comprising an anode electrode for receiving electrons emitted from the tip of each columnar crystal of the columnar crystal aggregate.
[0028]
No.17Means of the16In the field electron emission device of the above means, the anode electrode has a phosphor facing a penetrating portion of the gate electrode, and the phosphor receives electrons emitted from the columnar crystal aggregate. In this way, light is emitted.
[0029]
No.18Means of the5An electron emission source characterized in that the field emission device of the above means is integrated.
[0030]
No.19Means of the18In the electron emission source of the above means, the gate electrode is provided with a plurality of through portions, and electrons are emitted from each of the columnar crystal aggregates through each of the through portions.
[0031]
No.20Means of the19In the electron emission source of the above means, the gate electrode has a hole-shaped through portion.
[0032]
No.21The means of claim19In the above electron emission source, the gate electrode has a groove-like penetrating portion.
[0033]
No.22Means of the5A flat display device comprising: an electron emission source having a plurality of field emission devices according to the above means; and a display unit for performing light emission display by receiving electrons emitted from the electron emission source.
[0034]
No.23The means of claim21In the flat display device described above, the electron emission source and the display section are joined via an insulating layer laminated on the gate electrode.
[0035]
No.24Means for producing a field-emission element having a gate electrode and an emitter electrode which emits electrons from a tip portion when an electric field is applied from the gate electrode.Grown on the conductor in a substantially vertical direction from the surface of the conductor.A first step of forming a columnar crystal aggregate in which a number of columnar crystals are in close contact with each other to form an emitter electrode capable of emitting electrons from the tip of each columnar crystal; and forming a gate electrode having an edge. And a second step of performing the above.
[0036]
No.25Means of the24In the method for manufacturing a field emission device according to the means,
The first step includes a step of laminating a first insulating film, a conductive film, and a second insulating film on a conductor, and a predetermined portion of the first insulating film, the conductive film, and the second insulating film. A step of providing a through portion, forming a columnar crystal aggregate on the conductor exposed through the through portion, and forming the emitter electrode,
The second step includes a step of forming the conductive film into a gate electrode having an edge projecting toward the columnar crystal aggregate by selectively etching the first insulating film. It is characterized by having.
[0037]
No.26Means of the24In the method for manufacturing a field emission device according to the means,
The first step includes forming a columnar crystal aggregate on a surface of a conductor, and forming the emitter electrode;
The second step includes a step of laminating an insulating film and a conductive film on the columnar crystal aggregate, and a step of providing a through portion by etching and removing a predetermined portion of the conductive film and the insulating film. Forming on a gate electrode having an edge portion.
[0038]
No.27Means of the24In the method for manufacturing a field emission device according to the means,
In the first step, the conductor is accommodated in a reactor, and WF is contained in the reactor.₆And SiH_FourBy introducing and reacting, comprising a step of forming a columnar crystal aggregate having a plurality of columnar crystals containing β-W that grow substantially perpendicularly from the surface of the conductor. is there.
[0039]
No.28Means of the27In the method of manufacturing a field electron emission device according to the means, the step of forming the columnar crystal aggregate may include maintaining the temperature of the atmosphere around the conductor in the reactor at 120 ° C. to 500 ° C., preferably 320 ° C. WF₆And SiH_FourFlow rate ratio (SiH_Four/ WF₆) Is characterized by including a step of maintaining the temperature at 0.9 to 2.0, preferably 1.0.
[0040]
No.29Means of the27In the method of manufacturing a field electron emission device according to the above means, the step of forming a film of the columnar crystal aggregate includes the step of:_TwoIs introduced.
[0041]
No.30Means comprises: a first step of forming a conductor on the surface of the substrate; andEach grows almost vertically from the surface of the conductor andTip sharpenedpluralA second step of forming a columnar crystal aggregate having columnar crystals and forming an emitter electrode capable of emitting electrons from the tip of each of the columnar crystals; a first insulating film and a conductive film on the columnar crystal aggregate; A third step of laminating a second insulating film, a fourth step of etching and removing predetermined portions of the first and second insulating films and the conductive film to form an edge in the conductive film, A fifth step of joining a display member having a transparent conductive film and a phosphor laminated on the surface thereof to the surface of the second insulating film in a vacuum atmosphere, and causing the phosphor to face the emitter electrode. A method for manufacturing a flat display device, comprising:
[0042]
No.31Means of the30In the method of manufacturing a flat display device according to the above means, the second step is such that the substrate on which the conductor is formed is accommodated in a reactor, and at least WF is contained in the reactor.₆And SiH_FourAnd causing a reaction to form a columnar crystal aggregate having a columnar crystal containing β-W that grows substantially perpendicularly from the surface of the conductor. .
[0043]
No.32Means of the31In the method of manufacturing a flat display device according to the means, the step of forming the columnar crystal aggregate may include maintaining the temperature of the atmosphere around the conductor in the reactor at 120 ° C. to 500 ° C., and more preferably in this range. Keep at 320 ° C,₆And SiH_FourFlow rate ratio (SiH_Four/ WF₆) Is characterized by including a step of maintaining the ratio at 0.9 to 2.0, more preferably at 1.0.
[0044]
No.33Means of the32In the method of manufacturing a flat display device according to the means, the step of forming the columnar crystal aggregate may include:_TwoIs introduced.
[0045]
[Action]
FirstAnd the secondAccording to the means, electrons can be emitted from the sharpened tips of the columnar crystals provided at high density, so that the electron emission efficiency is improved.
[0046]
Also3rd, 4thAs described above, the above-mentioned emitter electrode can be formed by forming a columnar crystal containing β-W using a CVD method. That is, an emitter electrode having a high density and a sharpened tip can be obtained only by the film forming process, so that the manufacture of this field emission device becomes very easy.
[0047]
No.5th to 11thAccording to the means, a gate electrode can be obtained by providing an edge portion in the conductive film and further providing a through-hole, and electrons extracted from the emitter electrode can be evacuated to vacuum through the through-hole. Can be released.
[0048]
Also,12The columnar crystal aggregate constituting the emitter electrode may be formed only at a portion corresponding to the through hole of the gate electrode, or may be formed over a wider area than the through hole. May be.
[0049]
Thirteenth to fifteenthAccording to the means, the tip of the columnar crystal located at the center of the through hole is positioned higher, so that the tip of the columnar crystal can be closer to the gate electrode. The electron emission efficiency is improved.
[0050]
SixteenthAccording to the means, a triode having an emitter electrode composed of a columnar crystal aggregate can be obtained. Also,SeventeenthAccording to the means, by providing the phosphor on the anode electrode of the triode, the phosphor can emit light by the emitted electrons. At this time, since the electron emission efficiency is high, high luminance can be obtained with a low driving voltage.
[0051]
18th to 21stAccording to the means, an electron emission source in which a field electron emission element having a columnar crystal aggregate as an emitter electrode is integrated can be obtained, and electrons extracted from the emitter electrode can pass through each through hole provided in the gate electrode. Released through At this time, it is also possible to select an arbitrary field emission device to emit electrons.
[0052]
22ndAccording to the means, it is possible to apply an electron-emitting device having an emitter electrode composed of a columnar crystal aggregate to a flat display, and in this case, it is possible to perform necessary display with a lower operating voltage. .
[0053]
Also,23rdAccording to the means, if an insulating film formed on the gate electrode is used as the insulating layer, a spacer interposed between the electron emission source and the display unit becomes unnecessary. This insulating layer may be a vacuum layer.
[0054]
24th to 29thAccording to the means, a fine emitter electrode having a sharpened tip can be formed at a high density only by providing a crystal aggregate composed of columnar crystals on a conductor by a film forming process. And27th to 29thBy performing CVD under the conditions described in the means, such an emitter electrode can be easily realized.
[0055]
20th to 33rdAccording to the means, in a method of manufacturing a flat display device, a fine-grained emitter electrode having a sharpened tip portion is formed at a high density only by providing a crystal aggregate composed of columnar crystals on a conductor by a film forming process. can do. Then, after that, the first insulating film, the conductive film, and the second insulating film are stacked to manufacture an electron emission source. Further, the second insulating film can be used as a spacer between the second insulating film and the display portion.
[0056]
In addition, the emitter electrode (columnar crystal aggregate) of this flat display device is31st to 33rdAs described above, it can be manufactured by the same method as the method of manufacturing the above-mentioned field emission device.
[0057]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0058]
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0059]
FIG. 1 is a perspective view of a field emission device 21 according to a first embodiment of the present invention.
[0060]
In the drawing, reference numeral 22 denotes a substrate, on which a thin-film base electrode 23 (conductor) is formed. On the surface of the base electrode 23, an insulating film 24 and a conductive film 25 are sequentially laminated.
[0061]
In the insulating film 24 and the conductive film 25, a circular through hole (through hole) 26 which is open upward and reaches the base electrode 23 at the bottom is formed. The edge portion 25a of the conductive film 25 extends beyond the insulating film 24 toward the center of the through-hole 26 to form a gate electrode.
[0062]
On the other hand, a conductive columnar crystal aggregate 27 is formed on the surface of the base electrode 23 exposed at the bottom of the through hole 26. The columnar crystal aggregate 27 is composed of a large number of columnar crystals 28 functioning as an emitter electrode, and is formed on the base electrode 23.
[0063]
The columnar crystal aggregate 27 is vertically formed at a height (thickness) that does not reach the second conductive film 25, and the upper end 28a (tip) of each columnar crystal 28 is sharpened in a needle shape. I have.
[0064]
FIG. 6A is an SEM photograph of the columnar crystal aggregate 27. As shown in this photograph, the columnar crystal aggregate 27 does not entirely consist of the columnar crystals 28, but is an aggregate of fine columnar crystals 28 at least at the upper end.
[0065]
As described later, the columnar crystal aggregate 27 having such a shape can be formed into a film by, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition) under certain conditions, and each columnar crystal 28 is formed of, for example, β-W (β-form). Tungsten).
[0066]
It is necessary that the columnar crystal aggregate 27 does not essentially contact the second conductive film 25 (gate electrode). It may be formed high.
[0067]
Next, the operation of the field electron emission device 21 will be described.
[0068]
The columnar crystal aggregate 27 (emitter electrode) and the base electrode 23 are electrically connected.
[0069]
Therefore, for example, by applying a negative voltage to the base electrode 23 and applying a positive voltage to the conductive film 25, a potential difference is generated between the columnar crystal aggregate 27 and the edge 25a of the conductive film 25. Then, an electric field is applied to the columnar crystal aggregate 27 from the edge 25a of the conductive film 25 via a gap between the two.
[0070]
The applied electric field is concentrated on the needle-like upper ends 28a of the columnar crystals 28, and electrons (-e) are emitted from the upper ends 28a of the columnar crystals 28 as shown in FIG. That is, as described above, the columnar crystal 28 (columnar crystal aggregate 27) functions as an emitter electrode, and the conductive film 25 functions as a gate electrode for extracting electrons from the emitter electrode. Since electrons are emitted from each of the columnar crystals 28 as described above, this electron-emitting device functions as a planar electron beam emission source.
[0071]
Next, a method of manufacturing the electron-emitting device 21 will be described with reference to FIG.
[0072]
First, as shown in FIG. 5A, a base electrode 23, an insulating film 24, a conductive film 25, and an insulating film 29 are sequentially stacked on a substrate 22. The substrate 22 is, for example, Si (silicon wafer), glass, or the like.₂It is. Further, the base electrode 23 and the conductive film 25 are conductive metals, and various general metals such as Cu and Al can be employed. The uppermost conductive film 29 functions as a mask at the time of CVD described later, and for example, SiO2 or the like can be adopted.
[0073]
Next, as shown in FIG. 2B, a resist 30 is applied on the uppermost insulating film 29 and patterning is performed. The pattern 30a of the resist 30 has a circular hole corresponding to the above-described through hole 26.
[0074]
Thereafter, for example, RIE (Reaction Ion Etching) is performed as anisotropic etching, and the insulating film 29, the conductive film 25, and the insulating film 24 are etched according to the shape of the resist 30 as shown in FIG. Thus, the through-hole 26 is formed. The through-hole 26 reaches the base electrode 23, and the base electrode 23 is exposed at the bottom of the through-hole 26.
[0075]
Next, a columnar crystal aggregate 27 is formed on the surface of the base electrode 23.
[0076]
This film formation is performed by using, for example, a CVD (chemical vapor deposition) method. That is, the substrate 22 is held in the decompression chamber, and the environmental temperature in the chamber is set to 120 ° C. to 500 ° C., preferably 320 ° C.
[0077]
Next, WF is placed in this chamber.₆(Tungsten hexafluoride) and SiH₄(Silane) are introduced and reacted. The flow ratio of the two reaction gases is preferably set to 1: 1.
[0078]
As a result, tungsten (W) is deposited on the surface of the base electrode 23 located in the so-called hole 26. It is assumed that each crystal of tungsten generated under the above-described environment contains β-W (β-state tungsten), and is formed into a columnar shape (columnar crystal) substantially perpendicular to the surface of the base electrode 23. Experiments have shown that it grows. The upper end 28a of each columnar crystal 28 is sharpened in a needle shape.
[0079]
7 to 14 are SEM photographs showing the relationship between the flow rate ratio (molar ratio) of the reaction gas and the environmental conditions, and the shape of the columnar crystal aggregate 28.
[0080]
First, FIGS. 7A to 9E show the relationship between the flow ratio of the reaction gas and the shape of the columnar crystal aggregate 27. This experiment was performed at an ambient temperature of 320 ° C.
[0081]
The flow rate ratio (SiH₄/ WF₆) Is changed to 0.6 to 2.0, a columnar crystal aggregate starts to be formed at 0.9 (FIG. 8 (c)) or more, and a preferable shape is formed at 1.0 (FIG. 8 (d)). It can be seen that can be obtained. Further, when it is raised to 2.0 (FIG. 9 (e)), the sharpness of the upper end has begun to be lost. Therefore, the preferred flow rate ratio of the reaction gas is such that the SiH₄/ WF₆= 0.9 to 2.0, more preferably SiH₄/ WF₆= 1.0.
[0082]
Next, FIGS. 10 and 11 show the relationship between the environmental temperature and the shape of the columnar crystal aggregate. In this experiment, the reaction gas flow ratio SiH₄/ WF₆= 1.0.
[0083]
The columnar crystal aggregate 27 is also formed at T = 240 ° C. (FIG. 10A) and T = 400 ° C. (FIG. 11C), but preferably at T = 320 ° C. (FIG. 10B). You can see that there is.
[0084]
Furthermore, in CVD, a hydrogen gas (H₂) Is introduced, and the flow rate of the hydrogen gas also has a great influence on the shape of the columnar crystal aggregate. 12 to 14 show the results.
[0085]
In this experiment, the ambient temperature was 320 ° C.₄/ WF₆= 1.0 (10 sccm in this experiment), and the experiment was conducted by changing the flow day of the hydrogen gas with respect to this reaction gas to 0 to 50 (0 to 1000 sccm).
[0086]
According to FIG. 13C, 25 (250 sccm) or more (SiH₄: WF₆: H₂= 1: 1: 25 or more), the most preferable shape can be obtained.
[0087]
The height of the columnar crystal aggregate 27 is set to a height that does not contact the conductive film 25 by setting the CVD time. That is, this allows a predetermined (for extracting electrons) for applying an electric field between the emitter electrode composed of the columnar crystal aggregate 27 and the gate electrode composed of the conductive film 25. Gap is secured.
[0088]
Since free electrons do not exist in the portion covered with the insulating film 29 as the mask, the columnar crystal aggregate 27 does not grow in this portion when CVD is performed. Therefore, as shown in FIG. 5D, the columnar crystal aggregate 27 can be selectively formed only on the surface of the base electrode 23.
[0089]
In addition, other gases used for adjusting the pressure in the reaction chamber include an inert gas such as an argon gas (Ar), a helium gas (He), and a neon gas (Ne). It has been confirmed by experiments that the selectivity of the formation of the columnar crystal aggregate 27 is highest.
[0090]
In other words, although the columnar crystal aggregate 27 can be formed even when argon gas is used, the selectivity is low, so that a portion other than the surface of the base electrode 23, that is, the insulating film 29 is formed. Also, the columnar crystal aggregate 27 may be formed.
[0091]
Therefore, in this embodiment, it is more preferable to use hydrogen gas as the pressure adjusting gas.
[0092]
The sharpness of the upper end of the columnar crystal 28 and the number of columnar crystals per unit area can be changed depending on the setting of the film forming conditions.
[0093]
After the columnar crystal aggregate 27 is formed in this manner, next, wet etching (isotropic etching) using HF is performed. As a result, as shown in FIG. 5E, the insulating film 29 used as the mask and the insulating film 24 exposed in the through hole 26 are selectively etched. That is, the insulating film 29 is shaved in the in-plane direction, and a part of the lower insulating film 24 is further etched away in the in-plane direction, so that the edge 25a of the conductive film 25 is in the through hole 26. Protrude. Thus, the field emission device 21 shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.
[0094]
According to the field emission device 21 described above, the effects described below can be obtained.
[0095]
First, there is an effect that a large number of fine and sharp emitter electrodes can be easily manufactured, and the electron emission efficiency of the electron-emitting device 21 can be improved.
[0096]
That is, in the conventional field emission device (FIGS. 40 and 41), it is necessary to sharpen the emitter electrodes (1, 3) by etching after film formation. Had to go through. The sharpness is determined by the resolution of a stepper or the like at the time of patterning. For this reason, there is a certain limit to the sharpening of the emitter electrode.
[0097]
Further, in the conventional Spindt-type field emission device (FIG. 40), the emitter electrode 1 is a pyramid or a cone, so that the size of the bottom surface of the emitter electrode 1 prevents high density of the emitter electrode.
[0098]
On the other hand, the present invention focuses on the fact that an aggregate 27 of fine columnar crystals 28 whose tips 28a are sufficiently sharpened can be formed by a film forming technique (CVD), and each columnar crystal 28 is used as an emitter electrode. It is intended to be used. Therefore, a sufficiently sharp emitter electrode can be formed at a high density only by the film forming technique.
[0099]
Further, since the electron emission units (each emitter electrode) are the fine columnar crystals 28, the electron emission density can be easily increased.
[0100]
Therefore, a fine and sharpened high-density emitter electrode can be easily manufactured. As a result, the electron emission efficiency can be improved, and a higher emission current can be obtained at a lower voltage.
[0101]
Since the resolution of the patterning is not required as described above, a relatively low-resolution device used in an existing LCD (liquid crystal display device) manufacturing process may be used instead of a high-resolution device used in a semiconductor manufacturing process. It is possible to manufacture the above-described field emission device by using. Therefore, it is possible to easily manufacture a field-emission element having an emitter electrode arranged sharply and at high density with inexpensive manufacturing equipment.
[0102]
Secondly, there is an effect that an electron-emitting device having a more uniform electron-emitting characteristic than the conventional technology can be obtained.
[0103]
That is, in the conventional electron-emitting device, a complicated process was required to sharpen the emitter electrode, so that reproducibility was poor and it was difficult to obtain a large number of uniform emitter electrodes. For this reason, there is a possibility that the electron emission characteristics vary from one electron emission element to another.
[0104]
However, since the emitter electrode of the field electron emitting device 21 of the present invention is an aggregate of many fine columnar crystals 28, the shape accuracy of each columnar crystal 28 does not significantly affect the electron emission characteristics. Therefore, it is possible to obtain the field emission device 21 having more uniform electron emission characteristics.
[0105]
Third, in the field emission device 21, electrons can be extracted from a large number of fine emitter electrodes (columnar crystals 28) provided at high density by the one gate electrode (conductive film 25). , Functions as a planar electron beam emission source as described above.
[0106]
Therefore, the field emission efficiency and the current density are simply higher than those of a conventional field electron emission element which is a point-like electron emission source having one emitter electrode 1, 3 as shown in FIGS. Further, since it is a planar electron beam emission source, there is an effect that its application is wide.
[0107]
Fourth, since the columnar crystals 28 can be selectively formed on a substance (in this embodiment, the base electrode 23) in which free electrons exist by CVD, the columnar crystal aggregates 27 can be formed as desired. It can be formed only in the region. Therefore, the degree of freedom in the arrangement of the emitter electrodes is high, and the manufacture becomes easy especially when a large number of field emission devices 21 are arranged on one substrate 22. (Refer to the third embodiment and below)
In the first embodiment, CVD is performed to deposit the columnar crystals 28 on the surface of the base electrode 23. However, the present invention is not limited to this. Instead, for example, sputtering may be employed.
[0108]
Further, a material containing β-W is used as the columnar crystal 28, but the material is not limited as long as a columnar crystal can be obtained. For example, Al can be adopted as the material of the columnar crystal 28. Also in this case, CVD or sputtering can be employed to deposit the columnar crystals 28.
[0109]
Furthermore, the density (density) of the columnar crystals 28 and the like can be changed by variously changing the film forming conditions of the columnar crystal aggregate 27. For example, in this embodiment, the flow ratio of the reactive gas is set to 1: 1. However, if a desired columnar crystal 28 can be obtained, the flow ratio of the reactive gas may be arbitrarily set. Also, the environmental temperature in the chamber can be changed.
[0110]
Further, in this embodiment, the through hole 26 (through hole) is circular, but is not limited to this. It may be square, oval, or rectangular. It may be a narrow groove shape (slit shape) having a predetermined length.
[0111]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0112]
The field electron-emitting device 31 of the second embodiment is as shown in FIG. 4, and the columnar crystal aggregate 27 is formed directly on the substrate 22 '.
[0113]
The substrate 22 'is a conductor such as metal or Si, and has free electrons. Therefore, the β-W is deposited only in the through hole 26 by using CVD as in the first embodiment. The columnar crystal aggregate 27 containing the film can be formed.
[0114]
That is, in the first embodiment, the base electrode 23 is used as the conductor, but in this embodiment, the substrate 22 'is used as the conductor.
[0115]
Even in such a configuration, by applying a potential difference between the substrate 22 ′ and the conductive film 25 (gate electrode), electrons are generated from the upper end of each columnar crystal 28 of the columnar crystal aggregate 27. Can be released, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0116]
Next, a field emission device 32 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0117]
As shown in FIG. 16, in the field emission device of this embodiment, a base electrode 23 (conductor), a columnar crystal aggregate 27 (emitter electrode), an insulating film 24, and a conductive film 25 are formed on a substrate 22. (Gate electrodes) are sequentially stacked.
[0118]
The columnar crystal aggregate 27 is formed on substantially the entire surface of the base electrode 23 deposited on the substrate 22. Further, the insulating film 24 is formed on the columnar crystal aggregate 27, unlike the first embodiment. Further, a through-hole 26 (through hole) is formed in the conductive film 25 and the insulating film 24, and the columnar crystal aggregate 27 is exposed through the through-hole 26.
[0119]
Also in this embodiment, the insulating film 25 functions as a gate electrode, and each columnar crystal 28 of the columnar crystal aggregate 27 functions as an emitter electrode. That is, when a negative voltage is applied to the conductive film 25 and a positive voltage is applied to the base electrode 23, each of the pillars located in the through hole 26 from the edge 25 a of the conductive film 25. A voltage is applied to upper end 28 a of crystal 28. As a result, electrons are emitted from the upper end 28a of each columnar crystal 28.
[0120]
Next, a method of manufacturing the field emission device 32 of the third embodiment will be described with reference to FIGS.
[0121]
First, as shown in FIG. 16A, a base electrode 23 and a columnar crystal aggregate 27 are laminated on the surface of a substrate 22.
[0122]
The columnar crystal aggregate 27 is formed by CVD in the same manner as in the first embodiment. However, in this embodiment, since no insulating film is formed on the base electrode 23, the columnar crystal aggregate 27 is formed over the entire base electrode 23 where the free electrons exist. The Rukoto.
[0123]
Thereafter, as shown in FIG. 3B, an insulating film 24 and a conductive film 25 are stacked on the columnar crystal aggregate 27. Then, a resist 30 is applied on the conductive film 25 and patterned as shown in FIG. Finally, the conductive film 25 and the insulating film 24 are removed by RIE and wet etching. As a result, a through hole 26 is formed, an edge 25a of the gate electrode (conductive film 25) is formed, and a field emission device 32 is obtained as shown in FIG.
[0124]
FIG. 16D shows a field emission source 33 obtained by integrating the field emission devices 32 in an array. When a potential difference is applied between the base electrode 23 and the conductive film 25, the field emission source 33 shown in FIG. Electrons are emitted from the plurality of through-holes 26 formed on the conductive film 25.
[0125]
With such a field electron emission element 32 and an electron emission source 33, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
[0126]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0127]
In the field emission device 34 of this embodiment, a protrusion 35 is formed on the substrate 22 at a position corresponding to the center of the through hole 26 so as to be higher than the periphery thereof. Therefore, when the field emission device is manufactured by the same process as that of the first embodiment, as shown in FIG. 17, the columnar crystal 28 located at the center of the through hole 26 is It has a shape protruding upward.
[0128]
That is, in the above-described first to third embodiments, the tips 28a of all the columnar crystals 28 are located lower than the conductive film 25 (gate electrode). -The upper end 28a of the columnar crystal 28 located at the center of the hole 26 is positioned higher than the conductive film 25 (gate electrode).
[0129]
Thus, the upper end 28a of the columnar crystal 28 located at the center can be brought closer to the edge 25a of the conductive film 25 (gate electrode). Accordingly, an electric field can be effectively applied also to the upper end 28a of the columnar crystal 28 located at the center, the concentration of the electric field is made uniform, and the electron emission efficiency is increased as a whole. Therefore, there is an effect that a large emission current can be obtained.
[0130]
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
[0131]
Although the field electron emission device 34 of the fourth embodiment is a modification of the first embodiment, the field electron emission device 37 of the fifth embodiment is different from the third embodiment (FIG. 15 (shown in FIG. 15).
[0132]
That is, as in the fourth embodiment, the substrate 22 provided with the protruding portions 35 is used, and the field emission device is formed by using the substrate 22 in the same process as in the third embodiment. As a result, the field electron emitting device 37 having the shape shown in FIG. 18 can be obtained.
[0133]
Unlike the fourth embodiment (FIG. 17), the field electron emission element 37 has a columnar crystal aggregate 27 formed over substantially the entire surface of the base electrode 23. An insulating film 24 and a conductive film 25 are stacked thereon. A through-hole 26 is formed so as to extend over the insulating film 24 and the conductive film 25, and a gate electrode 25 is protruded. The columnar crystal 28 formed on the upper surface of the protrusion 35 (the center of the through-hole 26) is located higher than the surrounding columnar crystal 28, and the upper end 28a is located above the through-hole 26. To protrude.
[0134]
With such a configuration, the same effect as in the fourth embodiment can be obtained.
[0135]
In the fourth and fifth embodiments, various shapes such as a columnar shape and a rectangular parallelepiped can be adopted as the shape of the protrusion 35 provided on the substrate 22.
[0136]
Further, as a method of forming the protrusion 35, various general methods such as, for example, shaving the substrate 22 by etching, and providing a protrusion on the substrate 22 by sputtering or vapor deposition can be adopted.
[0137]
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG.
[0138]
The field electron emission device 38 of the sixth embodiment does not provide the projections 35 on the substrate 22 as in the fourth and fifth embodiments, but forms the entire columnar crystal aggregate 27 high. Then, the upper ends 28a of all the columnar crystal aggregates 27 protrude upward from the through holes 26 as a whole.
[0139]
In other words, in this embodiment, in the method of manufacturing the field electron emission device 21 of the first embodiment, the CVD time for growing the columnar crystals 28 is increased and each columnar crystal 28 is grown higher. It is.
[0140]
Even in such a configuration, substantially the same effects as those of the fourth and fifth embodiments can be obtained.
[0141]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0142]
In the field emission device 39 of this embodiment, a substantially quadrangular pyramid-shaped projection 40 is formed on the substrate 22. The protrusion 40 is located substantially at the center of the bottom of the through-hole 26 extending over the insulating film 24 and the conductive film 25.
[0143]
A method of manufacturing the substantially quadrangular pyramid-shaped projection 40 will be described with reference to FIG.
[0144]
First, as shown in FIG. 22A, a patterned insulating film (SiO2) 41 is formed on the Si substrate. Then, when isotropic etching (for example, wet etching) is performed using the insulating film 41 as a mask, the projections 40 are formed as shown in FIGS. At this time, if the shape of the insulating film 31 is quadrangular, the shape of the protruding portion becomes a substantially quadrangular pyramid as shown in FIG.
[0145]
When the manufacturing method of the first embodiment is performed using such a substrate 22, a field emission device 39 shown in FIG. 20 can be obtained. That is, the height of the upper end 28a of the columnar crystal 28 gradually changes from the periphery of the projection 40 toward the center of the through hole 26, and the columnar crystal located at the center of the through hole 26 The upper end 28a of the crystal 28 is located highest.
[0146]
According to such a configuration, as shown in the figure, the distance between the edge 25a of the conductive film 25 (gate electrode) and the upper end 28a of each columnar crystal 28 can be made substantially equal. Therefore, the electric field tends to concentrate on the upper end 28a of each columnar crystal 28. In addition, when the columnar crystal aggregate 27 is viewed as a whole, the electric field tends to concentrate on the upper end 28a of the columnar crystal 28, which is located at the highest position, since the central portion is sharpened upward.
[0147]
This has the effect of improving the electron emission efficiency of the field emission device as a whole.
[0148]
By providing a height difference at the upper end 28a of the columnar crystal 28, it is conceivable that electron emission is less likely to occur toward the periphery of the protrusion 40. Field emission can be performed with a low applied voltage.
[0149]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0150]
In the seventh embodiment, the uppermost end 28a of the columnar crystal aggregate 27 is located at substantially the same height as or lower than the conductive film 25. In this case, the upper end 28a of the columnar crystal 28 located at the center of the through hole 26 protrudes higher and higher than the conductive film 25.
[0151]
Such a columnar crystal aggregate 27 can be formed by setting a longer time for performing the CVD in the seventh embodiment.
[0152]
According to such a configuration, substantially the same effects as in the seventh embodiment can be obtained, and the concentration of the electric field can be further increased with respect to the upper end of the columnar crystal 28 located at the center. There is an effect that can be.
[0153]
In the seventh and eighth embodiments, the field emission devices 39 and 42 are obtained by applying the manufacturing method of the first embodiment to the substrate 22 having the projections 40. The field emission device may be obtained by applying the manufacturing method of the third embodiment.
[0154]
In this case, the insulating film 24 and the conductive film 25 (gate electrode) are formed on the columnar crystal aggregate 27 formed on the flat surface of the substrate 22 (see FIG. 18).
[0155]
In the first to eighth embodiments described above, the configuration of the field electron emitting device itself has been described, but the field electron emitting device may be used in any application. For example, it can be considered to be used as an electron emission source of a surface-emitting type flat display device, an SEM (scanning electron microscope), an electron beam direct writing device, or an exposure device for producing a reticle.
[0156]
In the following ninth and tenth embodiments, examples in which the above-described field emission device is applied to a flat display device will be described.
[0157]
First, a flat display device according to a ninth embodiment will be described with reference to FIGS.
[0158]
This flat display device is as shown in FIGS. 25 and 26, and has an electron emission source 45 in which the electron emission elements 21 of the first embodiment are integrated, and electrons emitted from the electron emission source 45. And a display unit 46 for receiving and displaying light.
[0159]
This electron emission source 45 is created as follows.
[0160]
First, a base electrode 23, an insulating film 24, and a conductive film 25 are stacked on the substrate 22. Next, the uppermost conductive film 25 is divided into a number of strip-shaped conductive films 25b by means of etching or the like, as shown in FIG. As a result, an address line is formed.
[0161]
Next, predetermined portions of the insulating film 24 and the conductive film 25b are etched to form the through holes 26. The through-holes 26 are formed at predetermined intervals along each strip-shaped conductive film 25b, and a plurality of through-holes 26 are formed in a matrix on the base electrode 23.
[0162]
Next, the substrate 22 is held in a reduced pressure chamber, and CVD is performed in the same manner as in the first embodiment. As a result, the columnar crystal aggregate 27 (emitter electrode) is formed only on the surface of the base electrode 23 exposed in the through hole 26. FIG. 6B is an SEM photograph of a large number of columnar crystal aggregates 27 thus formed.
[0163]
Finally, the conductive film 26 exposed in the through hole 26 is selectively removed by etching (wet etching using HF), and the edge 25a of the conductive film 25 is projected into the through hole 26. Let it. As a result, a gate electrode is formed.
[0164]
Through the above steps, an electron emission source 45 obtained by integrating a large number of field electron emission elements 21 in a matrix can be obtained. (See Fig. 24)
On the other hand, the display section 46 is attached to a transparent substrate (eg, quartz glass) 47 and the surface of the transparent substrate 47 on the electron emission source 45 side, and is divided into a number of strips orthogonal to the conductive film 25b. It is composed of a transparent conductive film 48 (anode electrode) and a multicolor phosphor 49 attached on the surface of the transparent conductive film 48.
[0165]
Here, as the transparent conductive film 48, for example, an ITO (Indium Tin Oxide) film is used. This ITO film is an indium oxide film doped with tin oxide, and has conductivity and light transmission.
[0166]
The multicolor phosphor 49 is a phosphor for a low-acceleration electron beam, and for example, ZnO: Zn is used.
[0167]
The strip-shaped transparent conductive film 48 constitutes a data line with respect to an address line (conductive film 25b) formed on the electron emission source 45.
[0168]
Finally, the display section 46 and the electron emission source 45 are joined to each other at an edge (not shown). This bonding is performed using, for example, electrostatic bonding in a vacuum atmosphere, and the space between the display unit 46 and the electron emission source 45 is kept in a vacuum.
[0169]
In the thus configured flat display device, each of the field emission devices 21 constitutes one pixel of the flat display device. If drive drivers 50 and 51 are respectively connected to the address line composed of the conductive film 25b of the electron emission source 45 and the data line composed of the transparent conductive film 48 of the display unit 46, for example, a simple matrix type It can be driven in the same manner as the liquid crystal display device.
[0170]
That is, a voltage is not applied to the base electrode 23, but is set to ground (0 V). If a high voltage is applied to a predetermined address line (conductive film 25b), the voltage difference is applied to the address line. The electron is emitted from any of the field electron emission elements 21 located at the position (1).
[0171]
On the other hand, the emitted electrons are attracted to the data line (transparent conductive film 48) to which the selective voltage is applied and converge. As a result, the phosphor 49 at the desired position can emit light, and the display unit 46 can perform necessary display.
[0172]
According to such a configuration, the effects described below can be obtained.
[0173]
First, it is possible to obtain a flat display device that operates well even with a low operating power.
[0174]
That is, the field electron emission device 21 of the present invention is a planar electron beam emission source having extremely high electron emission efficiency. For this reason, if the field emission devices 21 are integrated at a high density to form the electron emission source 45 of the flat display device, a flat display device that operates well even with low operating power can be obtained.
[0175]
Further, in the present invention, as described above, a sharpened emitter electrode is obtained by utilizing the crystal shape of the columnar crystal aggregate 28, so that the formation is easy and the number of defects is small. For this reason, it is also possible to improve the production yield of the flat display device.
[0176]
Second, there is an effect that each pixel of the flat display device can be arranged very precisely.
[0177]
That is, in this flat display device, even if the field emission devices 21 constituting each pixel are brought close to each other, the distance between the field emission devices 21 is equal to the distance between the emitter electrode (upper end of the columnar crystal aggregate 27) and the gate. There is no effect if it is slightly larger than the distance between the electrodes (conductive film 25b).
[0178]
For this reason, even if the distance between the field emission devices 21 is made very small and pixels are densely arranged, and address lines are formed at a small interval on the electron emission source 45 side, the problem of crosstalk and the like will not occur. Does not occur.
[0179]
Third, according to such a configuration, by providing a data line on the display unit 46 side, it is possible to converge the diverging electron beam and to control the light emitting portion accurately. There is.
[0180]
In this embodiment, a large number of circular through-holes 26 are formed along the address lines (conductive film 25b). However, the present invention is not limited to such a configuration. For example, the plurality of through-holes are formed in a groove shape (slit shape) in which all the through holes are connected along the address line, and the columnar crystal aggregate 27 is formed through such a through hole. You may do it. In such a case, the columnar crystal aggregates 27 are formed linearly along the shape of the through-hole.
[0181]
Further, in this embodiment, one pixel is constituted by one field electron emission element 21. However, the present invention is not limited to this, and may be constituted by a plurality of field emission elements 21. For example, as shown in FIG. 35 (b), one pixel may be constituted by eight field emission devices 21.
[0182]
Next, a flat panel display according to a tenth embodiment will be described with reference to FIG. Note that the same components as those in the ninth embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0183]
The flat display device according to the tenth embodiment differs from the ninth embodiment in that both address lines and data lines are formed on the electron emission source 45 'side.
[0184]
That is, the base electrode 23 is divided into band-shaped base electrodes 23a orthogonal to the band-shaped conductive films 25b, and these are used as address lines, and the band-shaped conductive films 25b are used as data lines. is there.
[0185]
After forming the divided base electrodes 23a on the substrate 22, the same manufacturing method as that described in the ninth embodiment is applied to obtain the electron emission having the shape shown in FIG. A source 45 'can be obtained.
[0186]
On the other hand, the transparent conductive film 48 provided in the display section 46 'is not divided unlike the ninth embodiment, and is applied over the entire surface of the transparent substrate 47. On the surface of the transparent conductive film 48, the multicolor light emitting phosphor 49 is formed.
[0187]
According to such a flat display, a display operation can be performed by a driving method similar to that of an active matrix type liquid crystal display device using a TFT.
[0188]
That is, the drive drivers 50, 51 connected to the respective lines (25b, 23a) are operated to select an arbitrary address line (23a) and a data line (25b) and apply a voltage to the respective lines. Electrons are emitted from the field electron emission elements 21 provided at the intersections.
[0189]
At this time, if a voltage higher than the voltage applied to the conductive film 25b is applied to the transparent conductive film 48 provided in the display section 46 ', the emitted electrons will be approximately 100%. The fluorescent film 49 is attracted to the film 48 and collides with the phosphor 49 attached to the surface of the transparent conductive film 48. Thus, the phosphor 49 can emit light.
[0190]
According to such a configuration, substantially the same effects as in the ninth embodiment can be obtained. In this embodiment, one pixel is constituted by one field emission element 21. However, the present invention is not limited to this, and a pixel constituted by a plurality of field emission elements 21 may be used. good. For example, as shown in FIG. 35 (b), one pixel may be constituted by eight field emission devices 21.
[0191]
Next, a flat display device according to an eleventh embodiment will be described with reference to FIGS.
[0192]
The flat display device according to the eleventh embodiment has an electron emission source 52 formed by integrating the field emission devices 32 according to the third embodiment.
[0193]
That is, the columnar crystal aggregate 27 is formed over the entire surface of the base electrode 23 attached to the surface of the substrate 22. The insulating film 24 and the conductive film 25 (25b) are stacked on the columnar crystal aggregate 27.
[0194]
The conductive film 25 is divided into strip-shaped conductive films 25b, as in the ninth embodiment, to form address lines. On the other hand, a through hole 26 for exposing the columnar crystal aggregate 27 is formed on the strip-shaped conductive film 25b and the insulating film 24.
[0195]
In the ninth embodiment, the through-holes 26 are provided in one row along the conductive film 25b. However, as in this embodiment, the through-holes 26 are provided in a plurality of rows or in a staggered manner. May be used.
[0196]
On the other hand, the display section 46 has the same configuration as the ninth embodiment. That is, on the transparent substrate 47, a strip-shaped transparent conductive film 48 is formed so as to function as a data line.
[0197]
This flat display device can be driven in the same manner as the simple matrix type liquid crystal display device, similarly to the ninth embodiment.
[0198]
Next, a method of manufacturing the flat display device according to the eleventh embodiment will be described with reference to FIGS.
[0199]
First, as shown in FIG. 29A, a thin-film base electrode 23 is formed on the surface of the substrate 22, and a columnar crystal aggregate 27 is formed on the base electrode 23. The film formation of the columnar crystal aggregate 27 is performed by CVD in the same manner as in the first embodiment.
[0200]
Next, as shown in FIG. 29B, a first insulating film 24 (conductive film 24), a conductive film 25, and a second insulating film 53 are stacked on the columnar crystal aggregate 27, and the second insulating film A resist 54 is applied on the surface of the film 53. Then, the resist 54 is patterned to form a pattern hole 54a for forming the through hole 26, as shown in FIG. The pattern hole 54a is formed, for example, so as to form a circular hole.
[0201]
Next, after the through hole 26 is formed by performing anisotropic etching using the resist 54 as a mask, the first and second insulating films 24 and 53 are selectively etched by wet etching using HF. I do. As a result, as shown in FIG. 29D, the edge 25a of the conductive film 25 is projected to the through-hole 26 to form a gate electrode. Then, the electron emission source 52 is completed by washing and removing the resist 54.
[0202]
Next, the display unit 46 is fixed on the upper surface of the electron emission source 52. The display section 46 has a transparent conductive film 48 as the data line formed by the method described in the ninth embodiment.
[0203]
The fixing between the two is performed by closing the through-hole 26 with the fluorescent material 49 at a location corresponding to the transparent conductive film 48 in a vacuum atmosphere as shown in FIG. Then, the upper surface of the second insulating film 53 and the lower surface of the phosphor 49 are bonded.
[0204]
Thus, the flat display device is completed.
[0205]
According to such a flat display device, the same effect as in the ninth embodiment can be obtained. In this embodiment, the columnar crystal aggregate 27 is formed on substantially the entire surface of the base electrode 23, and the electron emission position is the position of the through hole 26 formed on the conductive film 25. I control it. Therefore, the degree of freedom in the arrangement of the electron emission positions is high, and the degree of freedom in the manufacturing method is also high.
For example, a method in which a conductive film provided with a large number of holes (sulfur holes) is prepared in advance, and the conductive film is covered on the columnar crystal aggregate 27, has the same shape as that of the eleventh embodiment. Can be obtained.
[0206]
Further, according to the method of manufacturing a flat display of this embodiment, as shown in FIG. 29E, the second insulating film 53 formed on the conductive film 25 acting as a gate electrode is transparent. It can be used as a spacer between the conductive film 48 and the conductive film 25b (gate electrode 25). Therefore, other spacers such as beads are not required, and there is an effect that the manufacture of the flat display device becomes very easy.
[0207]
Next, a twelfth embodiment will be described with reference to FIGS. Note that the same components as those of the field emission device of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0208]
The field electron emission element 55 of this embodiment is as shown in FIGS. 30 and 31, in which a base electrode 23 is formed on a substrate 22, and an emitter electrode is formed on the base electrode 23. A functioning columnar crystal aggregate 27 is formed. The columnar crystal aggregate 27 is formed over a predetermined range by the same method (patterning, exposure, CVD) as in the first embodiment or the second embodiment.
[0209]
An insulating film 24 'is formed at the center of the upper surface of the needle-like crystal aggregate 27, and a conductive film 25' functioning as a gate electrode is laminated on the insulating film 24 '. The conductive film 25 'has an edge 56 projecting outside the insulating film 24'.
[0210]
In this embodiment, as shown in FIG. 31, the columnar crystal aggregate 27 is formed over a circular range, and the conductive film 25 ′ has an area smaller than the range of the columnar crystal aggregate 27. It has a circular shape. Therefore, the columnar crystal aggregate 27 extends radially outward of the conductive film 25 'so as to surround the conductive film 25'.
[0211]
Next, the operation of the field electron emission element 55 will be described.
[0212]
By applying a negative voltage to the base electrode 23 and applying a positive voltage to the conductive film 25 '(gate electrode), a potential difference is generated between the columnar crystal aggregate 27 and the conductive film 25'. When this occurs, a voltage is applied from the edge 56 of the conductive film 25 ′ to the upper end of the columnar crystal aggregate 27.
[0213]
The applied voltage is concentrated on the upper ends 28a of the columnar crystals 28 constituting the columnar crystal aggregate 27, and electrons are emitted from the upper ends 28a of the columnar crystals 28. Note that the amount of emitted electrons changes as shown by a dashed line in FIG. That is, the amount of electron emission from the columnar crystal 28 closest to the edge 56 of the conductive film 25 'becomes the largest, and the amount of electron emission becomes smaller toward the outside. This is because the efficiency of electron emission greatly depends on the physical distance from the edge 56 of the gate electrode (conductive film 25 ').
[0214]
Therefore, when the edge portion 56 of the conductive film 25 'is formed in a circular shape as in this embodiment, electrons are emitted in a substantially annular shape. FIG. 32 shows a state in which the phosphor 49 of the anode electrode 57 (corresponding to the display section 46 of the tenth embodiment) emits light in an annular shape by electrons emitted from the field emission element 55 in this embodiment. It is.
[0215]
On the other hand, FIG. 33 shows a field electron emission element 55 ′ in which the edge 56 of the conductive film 25 ′ (gate electrode) is formed linearly. That is, in the field emission device of this embodiment, the shape of the edge portion 56 is not particularly limited, and can be any shape.
[0216]
In the field emission device 55 'shown in FIG. 33, the edge portion 56 is formed by forming a groove-shaped slit in the conductive film 25'. Also in this embodiment, since the electron emission efficiency becomes maximum near the edge 56, the amount of emitted electrons changes as shown by a dashed line in the figure.
[0217]
Accordingly, when the phosphors of the anode electrode (not shown in FIG. 33) emit light by the electrons emitted from the field electron emission element 55 ', as shown in FIG. 34, a parallel linear emission state is obtained. Obtainable. In this figure, three field emission devices 55 ′ are provided in parallel to form an electron emission source 59.
[0218]
According to such a configuration, the following effects can be obtained.
[0219]
In the above-described first to eleventh embodiments, the edge portion 25a of the gate electrode is formed by providing the through hole 26 in the conductive film 25. In this embodiment, however, the through hole is formed. The edge 56 is simply created without providing the 26.
[0220]
That is, in the first to eleventh embodiments, the circular through-hole 26 is formed on the conductive film 25 serving as the gate electrode, so that the conductive film 25 is located at the center of the through-hole 26. Although an electric field is effectively applied to the columnar crystal 28, such an effect cannot be obtained in this embodiment.
[0221]
However, as a disadvantage in the case where the through-hole 26 is provided, the degree of freedom in the arrangement of the field electron emitting elements 21 is considerably limited. In other words, it is necessary to separate the through holes 26 from each other by a certain size, and the distance between the through holes 26 is limited to a certain value or more depending on the resolution of the exposure apparatus. become.
[0222]
On the other hand, according to this embodiment, the shape is not particularly limited as long as it has the edge portion 56. Therefore, the effect that the degree of freedom of arrangement of the field electron emitting elements 55 and 55 'is improved can be obtained.
[0223]
Further, according to this embodiment, similarly to the field electron emitting devices of the first to eleventh embodiments, the electron emission density can be improved as compared with the conventional Spindt-type field electron emitting device. effective. This effect will be described with reference to FIG.
[0224]
FIG. 35A shows a conventional Spindt-type field emission device array (integrated electron emission device), and FIG. 35B shows the field emission device array of the eleventh embodiment, and FIG. () Shows the field emission element array of the twelfth embodiment.
[0225]
Now, as shown in FIG. 35 (a), assuming that the diameter of a through hole formed in a conductive film functioning as a gate electrode is d, a 5d × 5d square range is considered. In the case of the Spindt-type field emission device, only one emitter electrode is provided for one through hole (see FIG. 40), so that the number of the emitter electrodes 1 is eight in all. Therefore, the number of electron emission points is eight.
[0226]
Next, in the case of the field emission devices shown in the first to eleventh embodiments (FIG. 35B), almost all of the columnar crystal aggregates 27 located in the through-holes 26 are formed. Electrons are emitted from the columnar crystals 28. Assuming that the distance between the upper ends 28a (most extreme) of each columnar crystal 28 is n, the number of columnar crystals located in each through hole 26 is πd²/ 4n. Therefore, the number of electron emission points is (πd²/ 4n) × 8.
[0227]
In the case of the twelfth embodiment (FIG. 35 (c)), electrons are emitted from the columnar crystals 28 located at positions along the linearly provided edge portions 56. The number of columnar crystals 28 located near each edge 56 is 5 d / n. Therefore, the number of electron emission points is (5d / n) × 6.
[0228]
In any case, since d >> n, according to the electron emission source 59 of the twelfth embodiment, an electron emission source obtained by integrating a conventional Spindt-type field emission device (FIG. It can be seen that the number of emitter electrodes is much larger than in the case of)) and the electron emission efficiency is improved.
[0229]
Next, a thirteenth embodiment will be described with reference to FIG.
[0230]
The field electron emission source 59 of this embodiment is different from that of the twelfth embodiment in that the conductive film 25 '(gate electrode) of the field emission device 55' shown in FIG. 64, an acceleration electrode 65, and a deflection electrode 66.
[0231]
That is, in the field emission devices of the first to eleventh embodiments, the through hole 26 has a circular shape, and the effect of concentrating the electric field toward the center of the through hole 26 is obtained. Sometimes, the trajectories of the emitted electrons are not so widened. However, in the field emission device 55 'shown in the twelfth embodiment, there is no means for restricting the trajectory of electrons, so that the trajectory of electrons may be considerably widened.
[0232]
Therefore, in this embodiment, on the upper surface of the conductive film 25 '(gate electrode), a converging electrode 64, an accelerating electrode 65, and a deflecting electrode 66 having the same edge as the edge 56 of the conductive film 25'. Are provided with insulating layers 60 to 62 interposed therebetween, so that the trajectory of the electrons emitted from the columnar crystal aggregate 27 is converged, accelerated and, if necessary, deflected.
[0233]
The field emission device is manufactured by forming an insulator which can be the gate electrode 25, the focusing electrode 64, the accelerating electrode 65, and the deflection electrode 66 on the columnar crystal aggregate 27 formed on the base electrode 23. And conductors are alternately laminated, and this is etched in a predetermined pattern to form an edge (56) on each of the electrodes. Finally, the above-mentioned insulating layer alone is selectively etched by, for example, the above-mentioned wet etching using HF and is caused to recede in an in-plane direction, thereby obtaining the field emission device shown in FIG.
[0234]
Next, a fourteenth embodiment will be described with reference to FIG. The same components as those in the twelfth embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0235]
The field emission device 60 of this embodiment has the same operation and effect as the field emission device 55 of the eleventh embodiment (FIG. 29) by the same manufacturing method as that of the field emission device 21 of the first embodiment. Is what you get.
[0236]
That is, first, an insulating film 24 'and a conductive film 25' are formed on a base electrode 23 formed on the substrate 22, and the insulating film 24 'and the conductive film 25' are formed in a predetermined pattern. The surface of the base electrode 23 is exposed by etching.
[0237]
Then, the columnar crystal aggregate 27 is selectively formed only on the surface of the base electrode 23. Finally, the insulating film 24 'located around the columnar crystal aggregate 27 is receded in an in-plane direction by wet etching using HF, and the edge 56 of the conductive film 25' (gate electrode) is removed. It is made to protrude toward the columnar crystal aggregate 27 side.
[0238]
As a result, as shown in the figure, similarly to the eleventh embodiment, the field electron emission element 60 having a configuration in which the columnar crystal aggregate 27 spreads outside the edge 56 of the conductive film 25 '. Can be obtained.
[0239]
With such a configuration, the same operation and effect as those of the twelfth embodiment can be obtained. Further, similarly to the thirteenth embodiment, it is also possible to provide the focusing electrode 64, the accelerating electrode 65 and the deflecting electrode 66 to control the trajectory of the emitted electrons.
[0240]
Next, as a fifteenth embodiment, FIG. 38 shows a flat panel display device obtained by applying the field emission device 55 'of the twelfth embodiment shown in FIG.
[0241]
In this flat display device, one pixel of the flat display device of the tenth embodiment shown in FIG. 27 is constituted by the field emission element 55 'of the twelfth embodiment shown in FIG.
[0242]
In this embodiment, the edge 56 of the gate electrode (conductive film 25 ') of the field emission device 55' is provided with three rows of groove-shaped slits in the conductive film 25'b constituting the address line. It is formed by that.
[0243]
FIG. 39 shows a flat panel display according to a sixteenth embodiment.
[0244]
This embodiment is different from the twelfth embodiment shown in FIG. 28 in that three rows of groove-shaped slits are provided in the conductive film 25'b forming the address lines of the flat display device of the twelfth embodiment, so that the linear edge portion 56 is formed. Are provided to constitute the field emission device 55 'of the eleventh embodiment shown in FIG.
[0245]
In the flat display devices according to the fourteenth and fifteenth embodiments, it is considered that the electron trajectories emitted from the respective field emission elements 55 'have a large spread as described above. To this end, as described in the thirteenth embodiment, the convergence electrode 64, the acceleration electrode 65, and the deflection electrode 66 may be provided on the upper surface of the conductive film to control the electron emission trajectory.
[0246]
The present invention is not limited to the first to sixteenth embodiments, and can be variously modified without changing the gist of the invention.
[0247]
【The invention's effect】
As described above, the field emission device of the present invention uses the columnar crystal aggregate as the emitter electrode.
[0248]
According to such a configuration, it is possible to provide a field electron emitting device that is easy to manufacture and has high electron emission efficiency. Therefore, by integrating these field emission devices to form an electron emission source or a flat display device, these devices can be operated well even at a low voltage.
[0249]
According to the field emission device of the present invention and the method of manufacturing a flat display device to which the field emission device is applied, the emitter electrode can be manufactured only by the film forming technique, and at the same time, the tip can be sharpened. . Therefore, there is an effect that the above-described field emission device having high electron emission efficiency and a flat display device in which the field emission device is integrated can be easily manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a field emission device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the same.
FIG. 3 is an explanatory view showing an operation of the field emission device.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a field emission device of a second embodiment.
FIG. 5 is a process chart showing a method of manufacturing the field emission device of the first embodiment.
FIG. 6 is a photograph in which the crystal structure of the columnar crystal aggregate is similarly enlarged by SEM (scanning tunneling microscope).
FIG. 7 is a photograph in which the crystal structure of the columnar crystal aggregate is enlarged by SEM (scanning tunneling microscope).
FIG. 8 is a photograph in which the crystal structure of the columnar crystal aggregate is similarly enlarged by SEM (scanning tunneling microscope).
FIG. 9 is a photograph in which the crystal structure of the columnar crystal aggregate is similarly enlarged by SEM (scanning tunneling microscope).
FIG. 10 is a photograph in which the crystal structure of the columnar crystal aggregate is enlarged by SEM (scanning tunneling microscope).
FIG. 11 is a photograph in which the crystal structure of the columnar crystal aggregate is similarly enlarged by SEM (scanning tunneling microscope).
FIG. 12 is a photograph in which the crystal structure of the columnar crystal aggregate is similarly enlarged by SEM (scanning tunneling microscope).
FIG. 13 is a photograph in which the crystal structure of the columnar crystal aggregate is similarly enlarged by SEM (scanning tunneling microscope).
FIG. 14 is a photograph in which the crystal structure of the columnar crystal aggregate is similarly enlarged by SEM (scanning tunneling microscope).
FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing a field emission device of a third embodiment.
FIG. 16 is a process chart showing a method for manufacturing the field emission device.
FIG. 17 is a longitudinal sectional view showing a field emission device of a fourth embodiment.
FIG. 18 is a longitudinal sectional view showing a field emission device of a fifth embodiment.
FIG. 19 is a longitudinal sectional view showing a field emission device of a sixth embodiment.
FIG. 20 is a longitudinal sectional view showing a field emission device of a seventh embodiment.
FIG. 21 is a longitudinal sectional view showing a field emission device of an eighth embodiment.
FIG. 22 is an explanatory view showing a method for manufacturing a projection of the field emission device of the seventh embodiment.
FIG. 23 is a plan view showing a protrusion.
FIG. 24 is a plan view showing a main part of a flat display device according to a ninth embodiment.
FIG. 25 is a longitudinal sectional view of the same.
FIG. 26 is also a perspective view.
FIG. 27 is a perspective view showing a flat display device according to a tenth embodiment.
FIG. 28 is a perspective view showing a flat display device according to an eleventh embodiment.
FIG. 29 is a process view showing a manufacturing process.
FIG. 30 is a longitudinal sectional view showing a field emission device of a twelfth embodiment.
FIG. 31 is also a perspective view.
FIG. 32 is an explanatory view showing an electron emission pattern.
FIG. 33 is a perspective view showing another example of the field emission device.
FIG. 34 is an explanatory view showing an electron emission pattern.
FIG. 35 is an explanatory diagram illustrating the emission density of electrons.
FIG. 36 is a longitudinal sectional view showing an electron emission source according to a thirteenth embodiment.
FIG. 37 is a longitudinal sectional view showing a field electron emission device of a fourteenth embodiment.
FIG. 38 is a perspective view showing a flat display device according to a fifteenth embodiment.
FIG. 39 is a perspective view showing a flat panel display device according to a sixteenth embodiment.
FIG. 40 is a sectional view showing a conventional Spindt-type field emission device.
41A and 41B are a plan view and a longitudinal sectional view showing a conventional planar field emission device.
[Explanation of symbols]
Reference numeral 21: field electron emission element, 22: substrate, 22 ': substrate (conductor), 23: base electrode (conductor), 24: insulating film, 25: conductive film (gate electrode), 25a: edge Part, 26 ... through-hole (through hole), 27 ... columnar crystal aggregate (emitter electrode), 28 ... columnar crystal (emitter electrode), 45 ... electron emission source, 46 ... display part, 53 ... second Insulating film (spacer).

Claims (33)

導電体の表面に設けられ電界が与えられることで電子を放出するエミッタ電極を備えた電界電子放出素子において、
上記エミッタ電極は、それぞれ上記導電体の表面から略垂直方向に成長し互いに密着しているとともにそれぞれ電子を放出する先端部を有した複数の柱状結晶からなる柱状結晶集合体を備えている
ことを特徴とする電界電子放出素子。In a field emission device provided with an emitter electrode that is provided on a surface of a conductor and emits electrons when an electric field is applied,
The emitter electrode includes a columnar crystal aggregate made up of a plurality of columnar crystals each of which grows in a substantially vertical direction from the surface of the conductor, adheres to each other, and has a tip for emitting electrons. A field emission device characterized by the above-mentioned. 請求項１記載の電界電子放出素子において、
上記柱状結晶の先端部は尖鋭化されている
ことを特徴とする電界電子放出素子。The field electron emission device according to claim 1,
A field emission device wherein the tip of the columnar crystal is sharpened. 請求項１記載の電界電子放出素子において、
上記柱状結晶集合体は、導電体上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）の手段により、ＷＦ ₆ とＳｉＨ₄ を反応させ成膜されたものである
ことを特徴とする電界電子放出素子。The field electron emission device according to claim 1,
The field-emission device according to claim 1, wherein the columnar crystal aggregate is formed by reacting WF ₆ and SiH ₄ on a conductor by means of CVD (Chemical Vapor Deposition). 請求項１載の電界電子放出素子において、
上記柱状結晶はβ−タングステン（β−Ｗ）を含有することを特徴とする電界電子放出素子。The field electron emission device according to claim 1 ,
A field electron emission device, wherein the columnar crystal contains β-tungsten (β-W). 請求項１記載の電界電子放出素子において、
この柱状結晶集合体に、この導電体との電位差に応じた電界を与えることで、上記柱状結晶集合体の各柱状結晶の先端部から電子を引き出すゲ−ト電極を有する
ことを特徴とする電界電子放出素子。The field electron emission device according to claim 1,
An electric field characterized by having a gate electrode for extracting electrons from the tip of each columnar crystal of the columnar crystal aggregate by applying an electric field to the columnar crystal aggregate according to a potential difference from the conductor. Electron-emitting device. 請求項５記載の電界電子放出素子において、
上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体と対向する縁部を有し、この縁部と上記柱状結晶集合体とのギャップを介して上記柱状結晶集合体に電界を与えるものである
ことを特徴とする電界電子放出素子。The field electron emission device according to claim 5 ,
The gate electrode has an edge facing the columnar crystal aggregate, and applies an electric field to the columnar crystal aggregate through a gap between the edge and the columnar crystal aggregate. Characteristic field emission device. 請求項６記載の電界電子放出素子において、
上記ゲ−ト電極は、上記導電体に絶縁層を介して積層されている
ことを特徴とする電界電子放出素子。The field emission device according to claim 6 ,
A field emission device according to claim 1, wherein said gate electrode is laminated on said conductor via an insulating layer. 請求項６記載の電界電子放出素子において、
上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体に絶縁層を介して積層されていることを特徴とする電界電子放出素子。The field emission device according to claim 6 ,
The field electron emission element, wherein the gate electrode is laminated on the columnar crystal aggregate via an insulating layer. 請求項６記載の電界電子放出素子において、
上記ゲ−ト電極は、上記柱状結晶集合体の各柱状結晶の先端部から放出された電子を通す貫通部を有し、
上記ゲ−ト電極の縁部は、前記貫通部の周部によって構成されている
ことを特徴とする電界電子放出素子。The field emission device according to claim 6 ,
The gate electrode has a through portion through which electrons emitted from the tip of each columnar crystal of the columnar crystal aggregate pass,
An edge of the gate electrode is constituted by a peripheral portion of the penetrating portion. 請求項９記載の電界電子放出素子において、
上記ゲ−ト電極は、孔状の貫通部を有する
ことを特徴とする電界電子放出素子。The field emission device according to claim 9 ,
A field electron emission device, wherein the gate electrode has a hole-shaped through portion. 請求項９記載の電界電子放出素子において、
上記ゲ−ト電極は、溝状の貫通部を有する
ことを特徴とする電界電子放出素子。The field emission device according to claim 9 ,
The field electrode has a groove-shaped through portion. 請求項９記載の電界電子放出素子において、
上記柱状結晶集合体は、上記導電体の表面の、上記ゲ−ト電極の貫通部に対応する部位にのみ選択的に成膜されたものである
ことを特徴とする電界電子放出素子。The field emission device according to claim 9 ,
The field-emission device according to claim 1, wherein the columnar crystal aggregate is selectively formed only on a portion of the surface of the conductor corresponding to a penetrating portion of the gate electrode. 請求項９記載の電界電子放出素子において、
上記柱状結晶集合体は、上記ゲ−ト電極の貫通部の中央部に位置する柱状結晶の先端部の高さ寸法が、周縁部に位置する柱状結晶の先端部の高さ寸法よりも大きく形成されている
ことを特徴とする電界電子放出素子。The field emission device according to claim 9 ,
The columnar crystal aggregate is formed such that the height of the tip of the columnar crystal located at the center of the through portion of the gate electrode is larger than the height of the tip of the columnar crystal located at the periphery. A field emission device characterized in that: 請求項１３記載の電界電子放出素子において、
上記ゲ−ト電極の貫通部の中央部に位置する柱状結晶の先端部が、上記ゲ−ト電極の貫通部を貫通して突出している
ことを特徴とする電界電子放出素子。The field emission device according to claim 13 ,
A field-emission element wherein a tip of a columnar crystal located at the center of the through portion of the gate electrode protrudes through the through portion of the gate electrode. 請求項１３記載の電界電子放出素子において、
上記導電体は、上記ゲ−ト電極の貫通部の中央部に位置する部位が、その周縁部に位置する部位よりもゲ−ト電極側に突出している
ことを特徴とする電界電子放出素子。The field emission device according to claim 13 ,
A field-emission element according to claim 1, wherein the conductor has a portion located at the center of the through portion of the gate electrode protruding toward the gate electrode more than a portion located at the periphery thereof. 請求項５記載の電界電子放出素子において、
上記柱状結晶集合体の各柱状結晶の先端部から放出された電子を受けるアノ−ド電極を有する
ことを特徴とする電界電子放出素子。The field electron emission device according to claim 5 ,
A field electron emission device comprising an anode electrode for receiving electrons emitted from the tip of each columnar crystal of the columnar crystal aggregate. 請求項１６記載の電界電子放出素子において、
上記アノ−ド電極は、上記ゲ−ト電極の貫通部に対向する蛍光体を有し、
この蛍光体は、上記柱状結晶集合体から放出された電子を受けることで発光する
ことを特徴とする電界電子放出素子。The field emission device according to claim 16 ,
The anode electrode has a phosphor facing a penetrating portion of the gate electrode,
The field emission device is characterized in that the phosphor emits light when it receives electrons emitted from the columnar crystal aggregate. 請求項５記載の電界電子放出素子が集積されてなることを特徴とする電子放出源。An electron emission source comprising the field emission device according to claim 5 integrated therein. 請求項１８記載の電子放出源において、
上記ゲ−ト電極は、貫通部が複数設けられてなり、
各貫通部を通して上記各柱状結晶集合体から電子が放出される
ことを特徴とする電子放出源。The electron emission source according to claim 18 ,
The gate electrode has a plurality of penetrating portions,
An electron emission source, wherein electrons are emitted from each of the columnar crystal aggregates through each through portion. 請求項１９の電子放出源において、
上記ゲ−ト電極は孔状の貫通部を有する
ことを特徴とする電子放出源。20. The electron emission source of claim 19 ,
An electron emission source, wherein the gate electrode has a hole-shaped through portion. 請求項１９の電子放出源において、
上記ゲ−ト電極は溝状の貫通部を有する
ことを特徴とする電子放出源。20. The electron emission source of claim 19 ,
An electron emission source, wherein the gate electrode has a groove-shaped through portion. 請求項５記載の電界電子放出素子を複数有する電子放出源と、
この電子放出源から放出された電子を受けることで発光表示を行う表示部とを有することを特徴とする平面ディスプレイ装置。An electron emission source having a plurality of the field emission devices according to claim 5 ,
A display unit that performs light-emitting display by receiving electrons emitted from the electron emission source. 請求項２２記載の平面ディスプレイ装置において、
上記電子放出源と上記表示部は、上記ゲ−ト電極に積層された絶縁層を介して接合されている
ことを特徴とする平面ディスプレイ装置。The flat display device according to claim 22 ,
The flat display device, wherein the electron emission source and the display unit are joined via an insulating layer laminated on the gate electrode. ゲ−ト電極と、このゲ−ト電極から電界が与えられることで先端部から電子を放出するエミッタ電極とを有する電界電子放出素子の製造方法において、
導電体上に、この導電体の表面からそれぞれ略垂直方向に成長した多数の柱状結晶が密接してなる柱状結晶集合体を成膜し、各柱状結晶の先端部から電子を放出できるエミッタ電極を形成する第１の工程と、
縁部を有するゲ−ト電極を形成する第２の工程と、
を有することを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。In a method for manufacturing a field emission device having a gate electrode and an emitter electrode which emits electrons from a tip portion when an electric field is applied from the gate electrode,
On a conductor, a columnar crystal aggregate formed by closely contacting a large number of columnar crystals grown in a substantially vertical direction from the surface of the conductor is formed. A first step of forming;
A second step of forming a gate electrode having an edge;
A method for manufacturing a field emission device, comprising: 請求項２４記載の電界電子放出素子の製造方法において、
前記第１の工程は、
導電体上に第１の絶縁膜、導電膜および第２の絶縁膜を積層する工程と、
上記第１の絶縁膜、導電膜および第２の絶縁膜の所定の部位をエッチング除去し、貫通部を設ける工程と、
この貫通部を通して露出した上記導電体上に柱状結晶集合体を成膜し、前記エミッタ電極を形成する工程とを含み、
前記第２の工程は、
上記第１の絶縁膜を選択的にエッチングすることで、上記導電膜を上記柱状結晶集合体側に突出する縁部を有するゲ−ト電極に成形する工程を含む
ことを有することを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。The method for manufacturing a field emission device according to claim 24 ,
The first step includes:
Stacking a first insulating film, a conductive film, and a second insulating film on a conductor;
Etching a predetermined portion of the first insulating film, the conductive film, and the second insulating film to form a penetrating portion;
Forming a columnar crystal aggregate on the conductor exposed through the through portion, and forming the emitter electrode,
The second step includes:
Selectively etching the first insulating film to form the conductive film into a gate electrode having an edge protruding toward the columnar crystal aggregate. A method for manufacturing an electron-emitting device. 請求項２４記載の電界電子放出素子の製造方法において、
前記第２の工程は、
上記柱状結晶集合体上に絶縁膜と導電膜とを積層する工程と、
上記導電膜と上記絶縁膜の所定の部位をエッチング除去して貫通部を設け、上記導電膜を縁部を有するゲ−ト電極に形成する工程とを含む
ことを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。The method for manufacturing a field emission device according to claim 24 ,
The second step includes:
Laminating an insulating film and a conductive film on the columnar crystal aggregate,
Forming a through-hole by etching and removing predetermined portions of the conductive film and the insulating film, and forming the conductive film on a gate electrode having an edge. Production method. 請求項２４記載の電界電子放出素子の製造方法において、
前記第１の工程は、
上記導電体を、反応器内に収容し、
この反応器内にＷＦ₆ とＳｉＨ₄ を導入して反応させることで、上記導電体の表面から略垂直に成長するβ−Ｗを含有する複数の柱状結晶を有する柱状結晶集合体を成膜する工程を含む
ことを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。The method for manufacturing a field emission device according to claim 24 ,
The first step includes:
The conductor is housed in a reactor,
By introducing and reacting WF ₆ and SiH ₄ into this reactor, a columnar crystal aggregate having a plurality of columnar crystals containing β-W that grows substantially perpendicularly from the surface of the conductor is formed. A method for manufacturing a field emission device, comprising the steps of: 請求項２７記載の電界電子放出素子の製造方法において、
上記柱状結晶集合体を成膜する工程は、
反応器内の上記導電体周囲雰囲気の温度を１２０℃〜５００℃、好ましくは３２０℃に保ち、
上記ＷＦ₆ とＳｉＨ₄ の流量比（ＳｉＨ₄ ／ＷＦ₆ ）は０．９〜２．０、好ましくは１．０に保つ工程を含む
ことを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。The method for manufacturing a field emission device according to claim 27 ,
The step of forming a film of the columnar crystal aggregate,
Maintaining the temperature of the atmosphere around the conductor in the reactor at 120 ° C to 500 ° C, preferably at 320 ° C;
Flow ratio of the WF ₆ and _{SiH 4 (SiH 4 / WF 6} ) is 0.9 to 2.0, preferably the method of manufacturing the field emission device, which comprises a step to keep 1.0. 請求項２７記載の電界電子放出素子の製造方法において、
上記柱状結晶集合体を成膜する工程は、
上記反応器内に、Ｈ₂ を導入する工程を含む
ことを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。The method for manufacturing a field emission device according to claim 27 ,
The step of forming a film of the columnar crystal aggregate,
A method for manufacturing a field emission device, comprising a step of introducing H ₂ into the reactor. 基板の表面に導電体を形成する第１の工程と、
この導電体の表面に、それぞれ上記導電体の表面から略垂直方向に成長し互いに密着しているとともにそれぞれ先端部が尖鋭化された複数の柱状結晶を有する柱状結晶集合体を成膜し、上記各柱状結晶の先端部から電子を放出できるエミッタ電極を形成する第２の工程と、
上記柱状結晶集合体に第１の絶縁膜、導電膜、第２の絶縁膜を積層する第３の工程と、
上記第１、第２の絶縁膜と導電膜の所定の部位をエッチング除去してこの導電膜に縁部を設ける第４の工程と、
表面に透明導電膜と蛍光体とが積層されてなる表示部材を、真空雰囲気中で上記第２の絶縁膜の表面に接合し、上記蛍光体を上記エミッタ電極に対向させる第５の工程と
を有することを特徴とする平面ディスプレイ装置の製造方法。A first step of forming a conductor on the surface of the substrate;
On the surface of the conductor , a columnar crystal aggregate having a plurality of columnar crystals, each of which grows in a substantially vertical direction from the surface of the conductor and is in close contact with each other and each of which has a sharpened tip, is formed. A second step of forming an emitter electrode capable of emitting electrons from the tip of each columnar crystal;
A third step of stacking a first insulating film, a conductive film, and a second insulating film on the columnar crystal aggregate;
A fourth step of etching and removing predetermined portions of the first and second insulating films and the conductive film to provide an edge to the conductive film;
A fifth step of joining a display member having a surface on which a transparent conductive film and a phosphor are laminated to the surface of the second insulating film in a vacuum atmosphere, and causing the phosphor to face the emitter electrode. A method for manufacturing a flat display device, comprising: 請求項３０記載の平面ディスプレイ装置の製造方法において、
前記第２の工程は、
上記導電体の形成された基板を反応器内に収容し、
この反応器内に少なくともＷＦ6 とＳｉＨ4 を導入して反応させることで、上記導電体の表面にから略垂直に成長するβ−Ｗを含有する柱状結晶を有する柱状結晶集合体を成膜する工程を含む
ことを特徴とする平面ディスプレイ装置の製造方法。The method for manufacturing a flat display device according to claim 30 ,
The second step includes:
The substrate formed with the conductor is accommodated in a reactor,
By introducing at least WF6 and SiH4 into the reactor and causing them to react with each other, a step of forming a columnar crystal aggregate having a columnar crystal containing β-W that grows substantially perpendicularly from the surface of the conductor is formed. A method for manufacturing a flat display device, comprising: 請求項３１記載の平面ディスプレイ装置の製造方法において、
上記柱状結晶集合体を成膜する工程は、
反応器内の上記導電体周囲雰囲気の温度を１２０℃〜５００℃に保ち、この範囲にてさらに好ましくは３２０℃に保ち、
上記ＷＦ₆ とＳｉＨ₄ の流量比（ＳｉＨ₄ ／ＷＦ₆ ）は０．９〜２．０に保ち、さらに好ましくは１．０に保つ工程を含む
ことを特徴と平面ディスプレイ装置の製造方法。The method for manufacturing a flat display device according to claim 31 ,
The step of forming a film of the columnar crystal aggregate,
The temperature of the atmosphere around the conductor in the reactor is maintained at 120 ° C to 500 ° C, and more preferably at 320 ° C within this range,
Flow ratio of the WF ₆ and _{SiH 4 (SiH 4 / WF 6} ) keeps the 0.9 to 2.0, more preferably the production method of the characteristics and flat display device including the step of maintaining the 1.0. 請求項３２記載の平面ディスプレイ装置の製造方法において、
上記柱状結晶集合体を成膜する工程には、上記反応器内に、Ｈ₂ を導入する工程を含む
ことを特徴とする平面ディスプレイ装置の製造方法。The method for manufacturing a flat display device according to claim 32 ,
The method of manufacturing a flat display device, wherein the step of forming the columnar crystal aggregate includes a step of introducing H ₂ into the reactor.

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