JP4476090B2 - Manufacturing method of electron emission device - Google Patents
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Description
本発明は、電子放出装置の製造方法に関し、より特定的には、画像形成装置の画素として用いられる電子放出装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing an electron-emitting equipment, and more particularly to a method of manufacturing an electron-emitting equipment to be used as a pixel of the image forming apparatus.
画像形成装置は、電子放出源としてナノワイヤが適用された電子放出装置を画素ごとに有している。このような画像形成装置において、電子放出装置は以下のような構造を有している。ストライプ状に形成されたカソード電極の上に絶縁膜が形成されており、絶縁膜上にゲート電極が形成されている。ゲート電極および絶縁膜には、カソード電極に達する孔（ゲート電極開口）が開口されており、孔の底部のカソード電極上にナノワイヤが林立するように形成されている。このような構造の電子放出装置では、ゲート電極とカソード電極との間に電圧（駆動電圧）が印加されると、カソード電極上に形成されているナノワイヤの先端に電界集中が発生し、その先端から電子が放出される。 The image forming apparatus has, for each pixel, an electron emission device to which nanowires are applied as an electron emission source. In such an image forming apparatus, the electron emission device has the following structure. An insulating film is formed on the cathode electrode formed in a stripe shape, and a gate electrode is formed on the insulating film. A hole (gate electrode opening) reaching the cathode electrode is opened in the gate electrode and the insulating film, and nanowires are formed on the cathode electrode at the bottom of the hole. In the electron emission device having such a structure, when a voltage (driving voltage) is applied between the gate electrode and the cathode electrode, an electric field concentration occurs at the tip of the nanowire formed on the cathode electrode, and the tip Emits electrons.
従来の電子放出装置は、カソード電極と絶縁膜とゲート電極とをガラス基板上に積層して形成した後で、フォトリソグラフィ技術によりゲート電極および絶縁膜にゲート電極開口を形成し、ゲート電極開口の底部にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などによってナノワイヤを形成することで製造されていた。 In a conventional electron emission device, a cathode electrode, an insulating film, and a gate electrode are stacked on a glass substrate, and then a gate electrode opening is formed in the gate electrode and the insulating film by a photolithography technique. It was manufactured by forming nanowires at the bottom by CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like.
従来の電子放出装置におけるゲート電極開口の直径は、５μｍ〜２０μｍであった。ゲート電極開口の直径を５μｍよりも小さくしようとすると、フォトリソグラフィ技術によりゲート電極開口を形成する際に、ガラス基板表面のうねりに起因して露光レンズの焦点が場所によってガラス基板表面に合わなくなってしまう。通常使用されるガラス基板では、３０ｃｍの長さ当たり０．０５μｍの表面うねりが存在している。その結果、フォトリソグラフィ技術ではゲート電極開口を精度よく形成することができず、従来のゲート電極開口の直径は５μｍ以上とされていた。 The diameter of the gate electrode opening in the conventional electron emission device was 5 μm to 20 μm. If the diameter of the gate electrode opening is made smaller than 5 μm, the exposure lens may not be focused on the glass substrate surface due to the undulation of the glass substrate surface when the gate electrode opening is formed by photolithography. End up. In a normally used glass substrate, there is a surface undulation of 0.05 μm per 30 cm length. As a result, the gate electrode opening cannot be formed with high precision by the photolithography technique, and the diameter of the conventional gate electrode opening is set to 5 μm or more.
従来の電子放出装置に関する技術については、たとえば以下の非特許文献１〜３に開示されている。
従来の電子放出装置では、電子放出源から電子を放出させるのに必要な駆動電圧が高く、電子放出特性が十分でないという問題があった。 The conventional electron emission device has a problem that the drive voltage required for emitting electrons from the electron emission source is high and the electron emission characteristics are not sufficient.
したがって、本発明の目的は、電子放出特性を向上することのできる電子放出装置の製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electron emission device capable of improving electron emission characteristics.
本発明の電子放出装置の製造方法は、以下の工程を備えている。カソード電極を形成する。カソード電極上に絶縁膜を形成する。絶縁膜上にゲート電極を形成する。ゲート電極上に粒子を付着させる。粒子を覆うように、ゲート電極上にハードマスクを形成する。粒子を除去する。ハードマスクをマスクとしてエッチングすることにより、絶縁膜に第１の孔を形成し、ゲート電極に第２の孔を形成する。カソード電極と電気的に接続され、かつナノワイヤからなる電子放出源を前記第１の孔の底部に形成する。 The manufacturing method of the electron-emitting device of the present invention includes the following steps. A cathode electrode is formed. An insulating film is formed on the cathode electrode. A gate electrode is formed on the insulating film. Particles are deposited on the gate electrode. A hard mask is formed on the gate electrode so as to cover the particles. Remove particles. By etching using the hard mask as a mask, a first hole is formed in the insulating film, and a second hole is formed in the gate electrode. An electron emission source electrically connected to the cathode electrode and made of nanowires is formed at the bottom of the first hole.
本発明の電子放出装置の製造方法によれば、電子放出特性を向上できる。 According to the method of manufacturing an electron-emitting equipment of the present invention, it is possible to improve the electron emission characteristics.
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電子放出装置の構成を示す斜視図である。図１に示すように、基板１０上には複数のカソード電極１１ａ〜１１ｄの各々が形成されている。また、基板１０上には絶縁膜２を介して複数のゲート電極３ａ，３ｂの各々が形成されている。複数のゲート電極３ａ，３ｂの各々は列方向（図１中縦方向）に延びており、複数のカソード電極１１ａ〜１１ｄの各々は行方向（図１中横方向）に延びている。複数のゲート電極３ａ，３ｂの各々と複数のカソード電極１１ａ〜１１ｄの各々とは交差するように配置されている。複数のゲート電極３ａ，３ｂの各々と複数のカソード電極１１ａ〜１１ｄの各々との各交差部近傍にドットが形成されている。本実施の形態では、１つのドットが３個の孔６で形成されている。３個の孔６の各々は行方向に並んでいる。列方向に延びたゲート電極３ａ，３ｂのうちいずれかに電圧を印加して、行方向に延びたカソード電極１１ａ〜１１ｄのうちいずれかに電圧を印加することにより、電圧を印加した電極同士が交差する位置に形成されたドットを選択することができる。なお、図１では１つのドットが３個のゲートホールで形成されている場合について示したが、１つのドットは、通常３個〜約５０００個のゲートホールで形成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the electron emission apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, each of a plurality of cathode electrodes 11 a to 11 d is formed on a substrate 10. A plurality of gate electrodes 3 a and 3 b are formed on the substrate 10 with an insulating film 2 interposed therebetween. Each of the plurality of gate electrodes 3a and 3b extends in the column direction (vertical direction in FIG. 1), and each of the plurality of cathode electrodes 11a to 11d extends in the row direction (lateral direction in FIG. 1). Each of the plurality of gate electrodes 3a and 3b and each of the plurality of cathode electrodes 11a to 11d are arranged to intersect each other. Dots are formed in the vicinity of the intersections between each of the plurality of gate electrodes 3a and 3b and each of the plurality of cathode electrodes 11a to 11d. In the present embodiment, one dot is formed by three holes 6. Each of the three holes 6 is aligned in the row direction. By applying a voltage to one of the gate electrodes 3a and 3b extending in the column direction and applying a voltage to any one of the cathode electrodes 11a to 11d extending in the row direction, the electrodes to which the voltage is applied are The dots formed at the intersecting positions can be selected. Although FIG. 1 shows a case where one dot is formed by three gate holes, one dot is usually formed by three to about 5,000 gate holes.
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図２に示すように、本実施の形態の電子放出装置１は、カソード電極１１ｂと、絶縁膜２と、ゲート電極３ａと、電子放出源としてのナノワイヤ７と、触媒層５とを備えている。基板１０上にはカソード電極１１ｂが形成されており、カソード電極１１ｂを覆うように基板１０上には絶縁膜２が形成されており、絶縁膜２上にはゲート電極３ａが形成されている。絶縁膜２は第１の孔としての孔６ａを有しており、ゲート電極３ａは第２の孔としての孔６ｂを有している。孔６ａはカソード電極１１ｂにまで達しており、孔６ｂは孔６ａに連通している。孔６ａと孔６ｂとにより孔（ゲート電極開口）６が構成されている。孔６の底部におけるカソード電極１１ｂ上には触媒層５が形成されており、触媒層５を挟んでナノワイヤ７が林立して形成されている。ナノワイヤ７は触媒層５を介してカソード電極１１ｂと電気的に接続されている。 FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. As shown in FIG. 2, the electron emission device 1 of the present embodiment includes a cathode electrode 11b, an insulating film 2, a gate electrode 3a, a nanowire 7 as an electron emission source, and a catalyst layer 5. . A cathode electrode 11b is formed on the substrate 10, an insulating film 2 is formed on the substrate 10 so as to cover the cathode electrode 11b, and a gate electrode 3a is formed on the insulating film 2. The insulating film 2 has a hole 6a as a first hole, and the gate electrode 3a has a hole 6b as a second hole. The hole 6a reaches the cathode electrode 11b, and the hole 6b communicates with the hole 6a. A hole (gate electrode opening) 6 is constituted by the hole 6a and the hole 6b. A catalyst layer 5 is formed on the cathode electrode 11 b at the bottom of the hole 6, and nanowires 7 are formed in a forest with the catalyst layer 5 interposed therebetween. The nanowire 7 is electrically connected to the cathode electrode 11 b through the catalyst layer 5.
電子放出装置１では、カソード電極１１ｂとゲート電極３ａとの間に駆動電圧が印加される（ゲート電極３ａ側に正の電位を与える）と、ナノワイヤ７の表面に強い電場がかかり、トンネル効果によりナノワイヤ７の先端から電子が放出される。 In the electron emission device 1, when a driving voltage is applied between the cathode electrode 11b and the gate electrode 3a (a positive potential is applied to the gate electrode 3a side), a strong electric field is applied to the surface of the nanowire 7, and the tunnel effect causes Electrons are emitted from the tip of the nanowire 7.
基板１０は、たとえば４０インチ角型であり、厚さ２．８ｍｍの白板ガラス基板よりなっている。また、白板ガラス基板の他に、高歪点ガラス、石英、シリコン、アルミナ、またはセラミクスなどよりなっていてもよい。 The substrate 10 is, for example, a 40-inch square type, and is formed of a white glass substrate having a thickness of 2.8 mm. In addition to the white plate glass substrate, it may be made of high strain point glass, quartz, silicon, alumina, ceramics, or the like.
カソード電極１１ｂはモリブデンよりなっている。また、モリブデンの他に、たとえばアルミニウム、クロム、チタン、タングステン、チタンシリサイド、チタンナイトライド、金、銀、またはアルミ基合金などよりなっていてもよい。さらに、導電性のシリコンや酸化物透明電極であるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などよりなっていてもよい。 The cathode electrode 11b is made of molybdenum. In addition to molybdenum, it may be made of, for example, aluminum, chromium, titanium, tungsten, titanium silicide, titanium nitride, gold, silver, or an aluminum-based alloy. Furthermore, it may be made of conductive silicon, indium tin oxide (ITO) which is an oxide transparent electrode, or the like.
絶縁膜２は、たとえばシリコン酸化膜よりなっている。また、シリコン酸化膜の他に、たとえばシリコン窒化膜、耐熱性絶縁樹脂などよりなっていてもよい。 The insulating film 2 is made of, for example, a silicon oxide film. In addition to the silicon oxide film, it may be made of, for example, a silicon nitride film, a heat-resistant insulating resin, or the like.
ゲート電極３ａはアルミニウムよりなっている。また、アルミニウムの他に、たとえばクロム、チタン、モリブデン、タングステン、チタンシリサイド、チタンナイトライド、またはアルミ基合金などよりなっていてもよい。 The gate electrode 3a is made of aluminum. In addition to aluminum, it may be made of, for example, chromium, titanium, molybdenum, tungsten, titanium silicide, titanium nitride, or an aluminum-based alloy.
触媒層５は、たとえばＦｅ−Ｎｉ合金よりなっており、少なくともＦｅ、Ｎｉ、およびＣｏなどを含む合金が触媒層５として好適である。 The catalyst layer 5 is made of, for example, an Fe—Ni alloy, and an alloy containing at least Fe, Ni, Co, and the like is suitable as the catalyst layer 5.
ナノワイヤ７とは、たとえば数ｎｍから数百ｎｍの径をもつワイヤ状の物質である。ナノワイヤ７は、たとえばカーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノワイヤー、シリコンワイヤー、チタンワイヤー、また金ワイヤーなどよりなっている。ナノワイヤ７は中身が中空でないチューブ状のものでもよい。 The nanowire 7 is a wire-like substance having a diameter of several nm to several hundred nm, for example. The nanowire 7 is made of, for example, a carbon nanotube, a carbon nanohorn, a carbon nanowire, a silicon wire, a titanium wire, or a gold wire. The nanowire 7 may have a tube shape whose content is not hollow.
本実施の形態において、孔６ａおよび孔６ｂ（ゲート電極開口）の直径ｎは０．５μｍ以上３μｍ以下である。本願発明者らは、孔６ｂの直径ｎを０．５μｍ以上３μｍ以下とすることにより、ナノワイヤ７から電子を放出させるのに必要な駆動電圧を低下でき、電子放出特性を向上できることを見出した。 In the present embodiment, the diameter n of the hole 6a and the hole 6b (gate electrode opening) is not less than 0.5 μm and not more than 3 μm. The inventors of the present application have found that by setting the diameter n of the hole 6b to 0.5 μm or more and 3 μm or less, the driving voltage necessary for emitting electrons from the nanowire 7 can be lowered and the electron emission characteristics can be improved.
孔６ａおよび孔６ｂの直径ｎが３μｍより大きくなると、ナノワイヤ７が横臥した状態で成長する。この状態を図３に示す。このため、ナノワイヤ７の先端に電界集中が起こりにくくなり、ナノワイヤ７から電子放出させるのに高い駆動電圧が必要となる。また、直径ｎが０．５μｍよりも小さくなると、ナノワイヤ７が十分に成長しない。この状態を図４に示す。このため、ナノワイヤ７の先端とゲート電極３ａとの距離が離れて電子放出が起こりにくくなり、ナノワイヤ７から電子放出させるのに高い駆動電圧が必要となる。一方、直径ｎを０．５μｍ以上３μｍ以下とすると、図２に示すようにナノワイヤ７が基板１０に対して起立した形態に成長する。これにより、ナノワイヤ７先端に電界集中が起こりやすくなり、ナノワイヤ７から電子を放出させるのに必要な駆動電圧を低下できる。その結果、電子放出特性を向上できる。 When the diameter n of the hole 6a and the hole 6b is larger than 3 μm, the nanowire 7 grows in a lying state. This state is shown in FIG. For this reason, electric field concentration is unlikely to occur at the tip of the nanowire 7, and a high driving voltage is required to emit electrons from the nanowire 7. On the other hand, when the diameter n is smaller than 0.5 μm, the nanowire 7 does not grow sufficiently. This state is shown in FIG. For this reason, the distance between the tip of the nanowire 7 and the gate electrode 3a is increased, making it difficult for electrons to be emitted, and a high driving voltage is required to emit electrons from the nanowire 7. On the other hand, when the diameter n is set to 0.5 μm or more and 3 μm or less, the nanowire 7 grows in an upright form with respect to the substrate 10 as shown in FIG. As a result, electric field concentration is likely to occur at the tip of the nanowire 7, and the driving voltage necessary for emitting electrons from the nanowire 7 can be reduced. As a result, the electron emission characteristics can be improved.
本願発明者らは、上記効果を確認すべく、ゲート電極開口（孔６）の直径と、ナノワイヤ７から電子を放出させるのに必要な駆動電圧との関係を調べた。図５は、ゲート電極開口の直径ｎと、ナノワイヤから電子を放出させるのに必要な駆動電圧との関係を示す図である。図５を参照して、ゲート電極開口の直径ｎが５μｍである場合に駆動電圧は約８８Vとなっており、ゲート電極開口の直径ｎが５μｍよりも小さくなるにつれて駆動電圧も減少している。そして、ゲート電極開口の直径ｎが３μｍである場合に駆動電圧は約８Vとなっている。ゲート電極開口の直径ｎが０．５μｍ以上３μｍ以下の場合には、駆動電圧はいずれも１０V以下となっている。一方、ゲート電極開口の直径ｎが０．５μｍより小さくなると駆動電圧は再び増加しており、ゲート電極開口の直径ｎが０．３μｍである場合に駆動電圧は約３４Vとなっている。この結果から、ゲート電極開口の直径ｎを０．５μｍ以上３μｍ以下とすることにより、ナノワイヤから電子を放出させるのに必要な駆動電圧を低下でき、電子放出特性を向上できることが分かる。 In order to confirm the above effect, the inventors of the present application investigated the relationship between the diameter of the gate electrode opening (hole 6) and the driving voltage necessary for emitting electrons from the nanowire 7. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the diameter n of the gate electrode opening and the driving voltage necessary for emitting electrons from the nanowire. Referring to FIG. 5, when the diameter n of the gate electrode opening is 5 μm, the driving voltage is about 88 V, and the driving voltage decreases as the diameter n of the gate electrode opening becomes smaller than 5 μm. When the diameter n of the gate electrode opening is 3 μm, the drive voltage is about 8V. When the gate electrode opening diameter n is 0.5 μm or more and 3 μm or less, the drive voltage is 10 V or less. On the other hand, when the diameter n of the gate electrode opening is smaller than 0.5 μm, the driving voltage increases again. When the diameter n of the gate electrode opening is 0.3 μm, the driving voltage is about 34V. From this result, it can be seen that by setting the diameter n of the gate electrode opening to 0.5 μm or more and 3 μm or less, the driving voltage necessary for emitting electrons from the nanowire can be lowered and the electron emission characteristics can be improved.
本実施の形態の電子放出装置において、電子放出源はナノワイヤである。ナノワイヤは、ナノワイヤのアスペクト比は非常に大きく、ナノワイヤの先端は尖鋭であるので、ナノワイヤの表面に強い電場を集中させ易い。このため、ナノワイヤは電子放出源として好適である。 In the electron emission device of the present embodiment, the electron emission source is a nanowire. The nanowire has a very large aspect ratio and the tip of the nanowire is sharp, so that a strong electric field is easily concentrated on the surface of the nanowire. For this reason, nanowire is suitable as an electron emission source.
（実施の形態２）
図２を参照して、本実施の形態においては、孔６ａおよび孔６ｂの直径がｎである場合、孔６ａの深さＤ１と孔６ｂの深さＤ２とを合わせた孔６の深さＤは、０．１ｎ≦Ｄ≦０．４ｎの関係を満たしている。深さＤ１は、ゲート電極３ａの膜厚によって制御することができる。また、深さＤ２は、絶縁膜２の膜厚によって制御することができる。本願発明者らは、深さＤが０．１ｎ≦Ｄ≦０．４ｎの関係を満たすようにすることで、ナノワイヤ７から電子を放出させるのに必要な駆動電圧を低下でき、電子放出特性を向上することができることを見出した。
(Embodiment 2)
Referring to FIG. 2, in the present embodiment, when the diameter of hole 6a and hole 6b is n, depth D of hole 6 is the sum of depth D1 of hole 6a and depth D2 of hole 6b. Satisfies the relationship of 0.1n ≦ D ≦ 0.4n. The depth D1 can be controlled by the film thickness of the gate electrode 3a. The depth D2 can be controlled by the film thickness of the insulating film 2. The inventors of the present application can reduce the driving voltage necessary for emitting electrons from the nanowire 7 by satisfying the relationship of the depth D of 0.1n ≦ D ≦ 0.4n, and the electron emission characteristics. It has been found that it can be improved.
孔６の深さＤがＤ＜０．１ｎとなると絶縁膜２の厚さが薄くなるので、ゲート電極３ａに駆動電圧が印加されるとゲート電極３ａと絶縁破壊が発生しやすくなる。この状態を図６に示す。図６においてＡで示す部分が、絶縁破壊が発生した部分である。この場合、カソード電極１１ｂとゲート電極３ａとが電気的に導通して同電位となり電子放出装置として機能しなくなる。また、ＣＶＤ法でナノワイヤ７を形成する場合、孔６の深さＤがＤ＞０．４ｎとなると孔６のアスペクト比が大きくなるので、図７に示すようにナノワイヤの成膜前駆体８が孔６の底部まで十分に到達することができず、結晶性に優れたナノワイヤ７を形成できないおそれがある。一方、孔６の深さＤを０．１ｎ≦Ｄ≦０．４ｎとすると、絶縁破壊が発生しにくく、結晶性に優れたナノワイヤ７を形成することができる。 When the depth D of the hole 6 is D <0.1n, the thickness of the insulating film 2 is reduced. Therefore, when a driving voltage is applied to the gate electrode 3a, breakdown with the gate electrode 3a is likely to occur. This state is shown in FIG. A portion indicated by A in FIG. 6 is a portion where dielectric breakdown has occurred. In this case, the cathode electrode 11b and the gate electrode 3a are electrically connected to have the same potential and do not function as an electron emission device. Further, when the nanowire 7 is formed by the CVD method, the aspect ratio of the hole 6 is increased when the depth D of the hole 6 is D> 0.4n. Therefore, as shown in FIG. The bottom of the hole 6 cannot be sufficiently reached, and the nanowire 7 having excellent crystallinity may not be formed. On the other hand, when the depth D of the hole 6 is 0.1n ≦ D ≦ 0.4n, it is difficult for dielectric breakdown to occur, and the nanowire 7 having excellent crystallinity can be formed.
本願発明者らは、孔６の深さＤをＤ≦０．４ｎとすることの効果を確認すべく以下の実験を行なった。図８は、ゲート電極開口の深さＤと、ナノワイヤ成長速度との関係を示す図である。図８を参照して、ゲート電極開口の深さＤが０．４ｎより大きくなると、ナノワイヤの成長速度は大きく減少している。一方、ゲート電極開口の深さＤが０．４ｎ以下である場合には、ナノワイヤの成長速度は高い状態で保たれる。このことから、ゲート電極開口の深さＤが０．４ｎ以下とすることで、ナノワイヤの成膜前駆体８を孔６の底部まで十分に到達させることができ、結晶性に優れたナノワイヤ７を形成できることが分かる。 The inventors of the present application conducted the following experiment to confirm the effect of setting the depth D of the hole 6 to D ≦ 0.4n. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the depth D of the gate electrode opening and the nanowire growth rate. Referring to FIG. 8, when the depth D of the gate electrode opening is larger than 0.4 n, the growth rate of the nanowire is greatly reduced. On the other hand, when the depth D of the gate electrode opening is 0.4 n or less, the growth rate of the nanowire is kept high. From this, when the depth D of the gate electrode opening is 0.4 n or less, the nanowire deposition precursor 8 can sufficiently reach the bottom of the hole 6, and the nanowire 7 having excellent crystallinity can be obtained. It can be seen that it can be formed.
（実施の形態３）
本実施の形態では、図２に示す電子放出装置の製造方法について、図９〜図１３を用いて説明する。なお、図９〜図１３では、図２の構造と図１中横方向で隣接している部分についても示している。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, a method for manufacturing the electron-emitting device shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. 9 to 13 also show a portion adjacent to the structure of FIG. 2 in the horizontal direction in FIG.
まず、図９を参照して、スパッタリング法を用いてカソード電極１１ｂとなる膜を基板１０上に形成する。次に、フォトリソグラフィなどの方法を用いてこの膜をパターニングし、たとえば数１００μｍ幅のライン状のカソード電極１１ｂを形成する。カソード電極１１ｂの厚さはたとえば１０ｎｍ〜１μｍであり、好ましくは１００〜４００ｎｍである。なお、カソード電極１１ｂとなる膜は、スパッタリング法の他に、たとえばＣＶＤ法、真空蒸着法、メッキ法、または印刷法などの方法を用いて形成してもよい。 First, referring to FIG. 9, a film to be cathode electrode 11b is formed on substrate 10 by sputtering. Next, this film is patterned by using a method such as photolithography to form a line-like cathode electrode 11b having a width of, for example, several 100 μm. The thickness of the cathode electrode 11b is, for example, 10 nm to 1 μm, and preferably 100 to 400 nm. Note that the film to be the cathode electrode 11b may be formed by using, for example, a CVD method, a vacuum deposition method, a plating method, or a printing method in addition to the sputtering method.
次に、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いて、カソード電極１１ｂを覆うように基板１０上に絶縁膜２を形成する。絶縁膜２の厚さは、たとえば５０ｎｍ〜１０μｍであり、耐熱性、構造安定性、および絶縁耐性などの観点から３００ｎｍ〜２μｍであることが好ましい。なお、図示していないが、カソード電極１１ｂと絶縁膜２との密着性を向上するなどの目的で、絶縁膜２を形成する前に、チタンやシリコンを含んだ密着促進剤をカソード電極１１ｂの上面に塗付したり、スパッタ蒸着したりしてもよい。 Next, the insulating film 2 is formed on the substrate 10 so as to cover the cathode electrode 11b by using, for example, a plasma CVD method. The thickness of the insulating film 2 is, for example, 50 nm to 10 μm, and is preferably 300 nm to 2 μm from the viewpoint of heat resistance, structural stability, insulation resistance, and the like. Although not shown, an adhesion promoter containing titanium or silicon is added to the cathode electrode 11b before forming the insulating film 2 for the purpose of improving the adhesion between the cathode electrode 11b and the insulating film 2. It may be applied to the upper surface or sputter-deposited.
続いて、たとえばスパッタリング法を用いて、ゲート電極３ａとなる膜を絶縁膜２上に形成する。そして、フォトリソグラフィなどの方法を用いてこの膜をパターニングし、たとえば数１００μｍ幅のライン状のゲート電極３ａを形成する。ゲート電極３ａの厚さはたとえば１０ｎｍ〜１μｍであり、好ましくは１００〜５００ｎｍである。なお、ゲート電極３ａとなる膜は、スパッタリング法の他に、たとえばＣＶＤ法、真空蒸着法、メッキ法、または印刷法などの方法を用いて形成してもよい。 Subsequently, a film to be the gate electrode 3a is formed on the insulating film 2 by using, for example, a sputtering method. Then, this film is patterned using a method such as photolithography to form, for example, a line-shaped gate electrode 3a having a width of several hundred μm. The thickness of the gate electrode 3a is, for example, 10 nm to 1 μm, preferably 100 to 500 nm. Note that the film to be the gate electrode 3a may be formed by using a method such as a CVD method, a vacuum evaporation method, a plating method, or a printing method in addition to the sputtering method.
続いて、図１０を参照して、ゲート電極３ａ上に、所望のゲート電極開口の直径と同じ直径のマスク微粒子９を付着させる。具体的には、０．５μｍ以上３μｍ以下の直径ｎを有するマスク微粒子９を付着させる。マスク微粒子９は、たとえばポリスチレンやガラスなどの絶縁体や、アルミナや酸化ケイ素などの酸化物セラミックスなどよりなっている。 Subsequently, referring to FIG. 10, mask fine particles 9 having the same diameter as that of the desired gate electrode opening are deposited on gate electrode 3a. Specifically, mask fine particles 9 having a diameter n of 0.5 μm or more and 3 μm or less are adhered. The mask fine particles 9 are made of, for example, an insulator such as polystyrene or glass, or an oxide ceramic such as alumina or silicon oxide.
次に、図１１を参照して、マスク微粒子９を覆うように、ゲート電極３ａ上にハードマスクとなる膜１６を形成する。ここで、ゲート電極３ａとしてアルミニウムを用いた場合、膜１６としてクロムを使用することで、後述するゲート電極３ａなどをエッチングする際に、より精度良い加工が可能となる。 Next, referring to FIG. 11, film 16 serving as a hard mask is formed on gate electrode 3 a so as to cover mask fine particles 9. Here, when aluminum is used as the gate electrode 3a, the use of chromium as the film 16 enables more accurate processing when the gate electrode 3a and the like described later are etched.
次に、図１２を参照して、たとえばアセトンなどの有機溶媒中でゲート電極３ａ表面を洗浄することにより、マスク微粒子９をゲート電極３ａ上から除去する。これにより、マスク微粒子９に付着している膜１６がマスク微粒子９と共に除去され（リフトオフされ）る。その結果、膜１６におけるマスク微粒子９が付着していた部分には直径ｎの開口部が形成され、ハードマスク１７が形成される。なお、マスク微粒子９の除去方法は任意であり、有機溶媒中での洗浄の他、たとえば酸素プラズマ中での処理により除去してもよい。 Next, referring to FIG. 12, mask fine particles 9 are removed from gate electrode 3a by cleaning the surface of gate electrode 3a in an organic solvent such as acetone. Thereby, the film 16 attached to the mask fine particles 9 is removed (lifted off) together with the mask fine particles 9. As a result, an opening having a diameter n is formed in the portion of the film 16 where the mask fine particles 9 are adhered, and a hard mask 17 is formed. The method for removing the mask fine particles 9 is arbitrary, and may be removed by, for example, treatment in oxygen plasma in addition to cleaning in an organic solvent.
次に、図１３を参照して、ハードマスク１７をマスクとしてゲート電極３ａをエッチングすることにより、直径ｎの孔６ｂを形成する。同様に、ハードマスク１７をマスクとして絶縁膜２をエッチングすることにより、直径ｎの孔６ａを形成する。 Next, referring to FIG. 13, gate electrode 3a is etched using hard mask 17 as a mask to form hole 6b having a diameter n. Similarly, the hole 6a having a diameter n is formed by etching the insulating film 2 using the hard mask 17 as a mask.
次に、図２を参照して、孔６の底部に露出しているカソード電極１１ｂ上の所定の領域に触媒層５を形成する。具体的には、ナノワイヤを成長させる領域以外のカソード電極１１ｂをレジストで被覆し、たとえば蒸着法を用いて厚さ数ｎｍの触媒層５となる膜を孔６の底部全面に形成し、その後レジストを除去する。これにより、余分な触媒層５となる膜がリフトオフされ、カーボンナノチューブを成長させる領域にのみ触媒層５が形成される。あるいは、孔６ａ，６ｂを形成する際に用いたハードマスク１７をそのまま流用してもよい。 Next, referring to FIG. 2, the catalyst layer 5 is formed in a predetermined region on the cathode electrode 11 b exposed at the bottom of the hole 6. Specifically, the cathode electrode 11b other than the region where the nanowires are to be grown is covered with a resist, and a film to be a catalyst layer 5 having a thickness of several nanometers is formed on the entire bottom surface of the hole 6 by, for example, vapor deposition. Remove. Thereby, the film | membrane used as the excess catalyst layer 5 is lifted off, and the catalyst layer 5 is formed only in the area | region which grows a carbon nanotube. Alternatively, the hard mask 17 used when forming the holes 6a and 6b may be used as it is.
続いて、たとえばＣＶＤ法を用いて、ナノワイヤ７を触媒層５上に形成する。ナノワイヤ７は、触媒層５が形成された領域に選択的に成長し、カソード電極１１ｂと電気的に接続する。ナノワイヤ７としてたとえばカーボンナノチューブを形成する際には、アセチレン、エチレン、またはメタンなどの炭化水素ガスや、エタノール、メタノール、またはテトラヒドロフラン（Ｃ４Ｈ８Ｏ：ＴＨＦ）などの有機化合物がＣＶＤの原料として用いられる。また、ナノワイヤ７は、基板１０の温度３５０℃〜７００℃、圧力１０〜１０００００Ｐａの条件でＣＶＤ法を用いて形成される。好ましくは、基板１０の温度４００℃〜６００℃、圧力１００Ｐａ〜１００００Ｐａの条件でＣＶＤ法を用いて形成される。以上の工程により、本実施の形態の電子放出装置１が完成する。 Subsequently, the nanowire 7 is formed on the catalyst layer 5 by using, for example, a CVD method. The nanowire 7 selectively grows in the region where the catalyst layer 5 is formed, and is electrically connected to the cathode electrode 11b. For example, when a carbon nanotube is formed as the nanowire 7, a hydrocarbon gas such as acetylene, ethylene, or methane, or an organic compound such as ethanol, methanol, or tetrahydrofuran (C 4 H 8 O: THF) is used as a raw material for CVD. Used. The nanowire 7 is formed using the CVD method under the conditions of the substrate 10 at a temperature of 350 ° C. to 700 ° C. and a pressure of 10 to 100,000 Pa. Preferably, the substrate 10 is formed using a CVD method under conditions of a temperature of 400 ° C. to 600 ° C. and a pressure of 100 Pa to 10000 Pa. Through the above steps, the electron emission device 1 of the present embodiment is completed.
本実施の形態における電子放出装置１の製造方法は、以下の工程を備えている。カソード電極１１ｂを形成する。カソード電極１１ｂ上に絶縁膜２を形成する。絶縁膜２上にゲート電極３ａを形成する。ゲート電極３ａ上にマスク微粒子９を付着させる。マスク微粒子９を覆うように、ゲート電極３ａ上にハードマスクとなる膜１６を形成する。マスク微粒子９を除去する。ハードマスク１７をマスクとしてエッチングすることにより、絶縁膜２に孔６ａを形成し、ゲート電極３ａに孔６ｂを形成する。カソード電極１１ｂと電気的に接続されたナノワイヤ７を孔６ａの底部に形成する。 The manufacturing method of the electron-emitting device 1 in the present embodiment includes the following steps. The cathode electrode 11b is formed. An insulating film 2 is formed on the cathode electrode 11b. A gate electrode 3 a is formed on the insulating film 2. Mask fine particles 9 are deposited on the gate electrode 3a. A film 16 serving as a hard mask is formed on the gate electrode 3 a so as to cover the mask fine particles 9. The mask fine particles 9 are removed. By etching using the hard mask 17 as a mask, the hole 6a is formed in the insulating film 2, and the hole 6b is formed in the gate electrode 3a. A nanowire 7 electrically connected to the cathode electrode 11b is formed at the bottom of the hole 6a.
本実施の形態における電子放出装置１の製造方法によれば、マスク微粒子９の直径の大きさに応じた孔が形成されるので、３μｍ以下の直径の孔を形成することができる。また、フォトリソグラフィ技術を用いずに孔を形成するので、基板表面のうねりの影響を受けずに寸法精度の良い孔を形成することができる。したがって、ナノワイヤ７から電子を放出させるのに必要な駆動電圧を低下でき、電子放出特性を向上することができる。 According to the manufacturing method of the electron-emitting device 1 in the present embodiment, the hole corresponding to the size of the diameter of the mask fine particles 9 is formed, so that a hole having a diameter of 3 μm or less can be formed. Further, since the hole is formed without using the photolithography technique, it is possible to form the hole with high dimensional accuracy without being affected by the undulation of the substrate surface. Therefore, the drive voltage required for emitting electrons from the nanowire 7 can be reduced, and the electron emission characteristics can be improved.
本実施の形態における電子放出装置１の製造方法において、マスク微粒子９の直径は０．５μｍ以上３μｍ以下である。これにより、直径０．５μｍ以上３μｍ以下の孔６を形成することができるので、電子放出特性を向上することができる。 In the method for manufacturing the electron-emitting device 1 in the present embodiment, the diameter of the mask fine particles 9 is not less than 0.5 μm and not more than 3 μm. Thereby, since the hole 6 having a diameter of 0.5 μm or more and 3 μm or less can be formed, the electron emission characteristics can be improved.
本実施の形態における電子放出装置１の製造方法において、ハードマスク１７はクロムを含んでおり、ゲート電極３ａはアルミニウムを含んでおり、絶縁膜２は酸化シリコンを含んでいる。クロムはアルミニウムおよび酸化シリコンに対しエッチング選択比が高いのでより精度の高い微細加工をすることができる。また、アルミニウムは他の材料に比べて電気抵抗が低いので消費電力を低減できる。 In the manufacturing method of the electron-emitting device 1 in the present embodiment, the hard mask 17 contains chromium, the gate electrode 3a contains aluminum, and the insulating film 2 contains silicon oxide. Since chromium has a high etching selectivity with respect to aluminum and silicon oxide, finer processing can be performed with higher accuracy. In addition, since aluminum has a lower electrical resistance than other materials, power consumption can be reduced.
（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態３の図１０に示す製造工程の具体例について説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a specific example of the manufacturing process shown in FIG. 10 of Embodiment 3 will be described.
図１４を参照して、本実施の形態では、マスク微粒子９を分散させたコロイド状の溶液１３を作製する。そして、図９に示す構造の基板１０を溶液中１３に浸漬する。これによって、基板１０上に形成されたゲート電極３ａ表面にマスク微粒子９がクーロン力により誘引されて付着する。その後、基板１０を溶液１３中から取り出して乾燥することで図１０に示す構造が得られる。 Referring to FIG. 14, in the present embodiment, colloidal solution 13 in which mask fine particles 9 are dispersed is prepared. Then, the substrate 10 having the structure shown in FIG. 9 is immersed in the solution 13. As a result, the mask fine particles 9 are attracted and adhered to the surface of the gate electrode 3a formed on the substrate 10 by the Coulomb force. Thereafter, the substrate 10 is taken out of the solution 13 and dried to obtain the structure shown in FIG.
ここで、ゲート電極３ａとマスク微粒子９との各々に帯電する電荷量は溶液１３のｐＨ値によって制御することができる。たとえば、ゲート電極３ａがアルミニウムよりなっており、マスク微粒子９がポリスチレンよりなっている場合には、溶液１３のｐＨ値と、ゲート電極３ａとマスク微粒子９との各々に帯電する電荷量とは、図１５に示す関係になる。図１５を参照して、ゲート電極３ａは、ｐＨ値が６以下の場合にはおよそ４０を超える電荷量となっており、正に帯電している。そして、ｐＨ値が６を超えるあたりから急激に正の電荷量が減少しており、ｐＨ値が１０になるあたりからマイナスに帯電している。また、マスク微粒子９は、ｐＨ値が３付近ではほぼ０の電荷量となっており、ｐＨ値の増加とともにマイナスの電荷量が増加している。 Here, the amount of charge charged in each of the gate electrode 3 a and the mask fine particles 9 can be controlled by the pH value of the solution 13. For example, when the gate electrode 3a is made of aluminum and the mask fine particles 9 are made of polystyrene, the pH value of the solution 13 and the amount of charge charged in each of the gate electrode 3a and the mask fine particles 9 are: The relationship shown in FIG. 15 is obtained. Referring to FIG. 15, when the pH value is 6 or less, the gate electrode 3a has a charge amount exceeding about 40 and is positively charged. Then, the positive charge amount suddenly decreases when the pH value exceeds 6, and is negatively charged when the pH value reaches 10. Further, the mask fine particles 9 have a substantially zero charge amount near a pH value of 3, and the negative charge amount increases as the pH value increases.
図１５において、特にｐＨ値が６．５以上７．０以下の範囲に注目すると、ゲート電極３ａの電荷量はプラス３５程度となっており、マスク微粒子９の電荷量はマイナス３５程度となっている。つまり、ゲート電極３ａの電荷量の絶対値ａと、マスク微粒子９の電荷量の絶対値ｂとがほぼ等しくなっており、互いに異なる電極に帯電している。このように、ゲート電極３ａとマスク微粒子９との各々に帯電する電荷量の絶対値をほぼ等しくし、かつ互いに異なる電極に帯電させることによって、マスク微粒子９を効率よくゲート電極３ａ表面に引き寄せて、選択的に付着させることができる。また、マスク微粒子９同士は、クーロン力により互いに反発しあうので、ゲート電極３ａに付着する前にマスク微粒子９同士が凝集することはない。したがって、マスク微粒子９を互いに等しい間隔で（均一に）ゲート電極３ａ表面に付着させることができる。なお、本実施の形態の方法でゲート電極３ａ表面にマスク微粒子９を付着させた場合のマスク微粒子９の付着状態を図１６に示す。なお、黒い点がマスク微粒子９である。図１６を参照して、マスク微粒子９が互いに等しい間隔でゲート電極３ａ表面に付着していることが分かる。 In FIG. 15, when paying attention to the range where the pH value is 6.5 or more and 7.0 or less, the charge amount of the gate electrode 3a is about plus 35, and the charge amount of the mask fine particles 9 is about minus 35. Yes. That is, the absolute value a of the charge amount of the gate electrode 3a and the absolute value b of the charge amount of the mask fine particles 9 are substantially equal, and different electrodes are charged. In this way, by making the absolute value of the charge amount charged in each of the gate electrode 3a and the mask fine particles 9 substantially equal and charging different electrodes, the mask fine particles 9 are efficiently attracted to the surface of the gate electrode 3a. , Can be selectively deposited. Further, since the mask fine particles 9 repel each other due to the Coulomb force, the mask fine particles 9 do not aggregate before adhering to the gate electrode 3a. Therefore, the mask fine particles 9 can be attached to the surface of the gate electrode 3a at equal intervals (uniformly). FIG. 16 shows the adhesion state of the mask fine particles 9 when the mask fine particles 9 are attached to the surface of the gate electrode 3a by the method of the present embodiment. The black dots are mask fine particles 9. Referring to FIG. 16, it can be seen that mask fine particles 9 are attached to the surface of gate electrode 3a at equal intervals.
本実施の形態における電子放出装置１の製造方法において、マスク微粒子９を付着する工程は、マスク微粒子９を溶媒中に分散させたコロイド状の溶液１３を作製する工程と、溶液１３をゲート電極３ａ表面に塗布する工程とを含んでいる。 In the manufacturing method of the electron-emitting device 1 in the present embodiment, the step of attaching the mask fine particles 9 includes the step of preparing a colloidal solution 13 in which the mask fine particles 9 are dispersed in a solvent, and the solution 13 as the gate electrode 3a. Applying to the surface.
これにより、マスク微粒子９とゲート電極３ａとを互いに異なる電極に帯電させることで、マスク微粒子９をゲート電極３ａ表面に選択的に付着させることができる。また、マスク微粒子９同士の斥力によって、マスク微粒子９を凝集させることなく互いに等しい間隔でゲート電極３ａ表面に付着させることができる。 Thus, the mask fine particles 9 can be selectively attached to the surface of the gate electrode 3a by charging the mask fine particles 9 and the gate electrode 3a to different electrodes. In addition, the repulsive force between the mask fine particles 9 allows the mask fine particles 9 to adhere to the surface of the gate electrode 3a at equal intervals without aggregating.
本実施の形態における電子放出装置１の製造方法において、ゲート電極３ａはアルミニウムよりなっており、かつマスク微粒子９はポリスチレンよりなっており、溶液１３のｐＨ値は６．５以上７．０以下である。これにより、ポリスチレンよりなるマスク微粒子９をアルミニウムよりなるゲート電極３ａ表面に最も効率よく、かつ互いに等しい間隔で付着させることができる。 In the manufacturing method of the electron-emitting device 1 in the present embodiment, the gate electrode 3a is made of aluminum, the mask fine particles 9 are made of polystyrene, and the pH value of the solution 13 is 6.5 or more and 7.0 or less. is there. Thereby, the mask fine particles 9 made of polystyrene can be most efficiently attached to the surface of the gate electrode 3a made of aluminum at equal intervals.
なお、本実施の形態では、基板１０を溶液１３中に浸漬する場合について示したが、少なくとも基板１０上のゲート電極３ａ表面に溶液１３を塗布すれば同様の効果が得られる。 Note that although the case where the substrate 10 is immersed in the solution 13 has been described in the present embodiment, the same effect can be obtained if the solution 13 is applied to at least the surface of the gate electrode 3a on the substrate 10.
（実施の形態５）
実施の形態４に示す製造方法によってマスク微粒子９をゲート電極３ａ表面に付着させる場合には、マスク微粒子９に帯電する電荷量とゲート電極３ａに帯電する電荷量とが溶液１３のｐＨ値に大きく左右される。このため、マスク微粒子９のゲート電極３ａ表面への付着の程度は、溶液１３のｐＨ値の影響を強く受ける。
(Embodiment 5)
When the mask fine particles 9 are attached to the surface of the gate electrode 3a by the manufacturing method shown in the fourth embodiment, the charge amount charged to the mask fine particles 9 and the charge amount charged to the gate electrode 3a are large in the pH value of the solution 13. It depends. For this reason, the degree of adhesion of the mask fine particles 9 to the surface of the gate electrode 3 a is strongly influenced by the pH value of the solution 13.
たとえば、アルミニウムよりなるゲート電極３ａと、ポリスチレンよりなるマスク微粒子９とを用いた場合には、図１５に示すように、ｐＨ値を６．５より小さくするとマスク微粒子９の帯電量は０に近づき、マスク微粒子９同士の間にはたらくクーロン斥力がなくなって溶液１３中で凝集しやすくなる。また、ｐＨ値を７．０より大きくするとゲート電極３ａの帯電量は０に近づき、マスク微粒子９がゲート電極３ａ表面に誘引されにくくなる。 For example, when the gate electrode 3a made of aluminum and the mask fine particles 9 made of polystyrene are used, as shown in FIG. 15, when the pH value is made smaller than 6.5, the charge amount of the mask fine particles 9 approaches zero. The Coulomb repulsive force acting between the mask fine particles 9 is lost and the solution 13 tends to aggregate. On the other hand, when the pH value is larger than 7.0, the charge amount of the gate electrode 3a approaches 0, and the mask fine particles 9 are hardly attracted to the surface of the gate electrode 3a.
したがって、ｐＨ値が変化すれば、それに伴なってマスク微粒子９のゲート電極３ａへの付着効率が大きく低下する。このような付着効率の低下を防ぐために、本実施の形態では溶液１３の溶媒にｐＨ緩衝液を用いる。ｐＨ緩衝液としては、たとえば中性リン酸塩水溶液などが挙げられる。 Therefore, if the pH value changes, the adhesion efficiency of the mask fine particles 9 to the gate electrode 3a greatly decreases. In this embodiment, a pH buffer solution is used as the solvent of the solution 13 in order to prevent such a reduction in adhesion efficiency. Examples of the pH buffer solution include a neutral phosphate aqueous solution.
図１７は、溶媒として中性リン酸塩水溶液および純水を用いた場合の溶液のｐＨ値の時間変動を示す図である。図１７を参照して、純水の場合には、主として空気中の二酸化炭素が溶解することに起因して、ｐＨ値が時間と共に酸性側に変動している。一方、中性リン酸塩水溶液の場合には、ｐＨ値は時間が経過しても約６．８という値でほぼ一定に保たれている。 FIG. 17 is a diagram showing the temporal variation of the pH value of a solution when a neutral phosphate aqueous solution and pure water are used as the solvent. Referring to FIG. 17, in the case of pure water, the pH value fluctuates to the acidic side with time mainly due to the dissolution of carbon dioxide in the air. On the other hand, in the case of a neutral phosphate aqueous solution, the pH value is kept approximately constant at a value of about 6.8 over time.
本実施の形態における電子放出装置１の製造方法において、溶液１３の溶媒は緩衝液を含んでいる。これにより、溶液のｐＨ値の時間変動を抑止することができるので、たとえば複数の基板を連続で処理するような場合でも、マスク微粒子９を安定してゲート電極３ａに付着することができる。 In the method for manufacturing the electron-emitting device 1 in the present embodiment, the solvent of the solution 13 includes a buffer solution. Thereby, since the time fluctuation of the pH value of the solution can be suppressed, for example, even when a plurality of substrates are processed continuously, the mask fine particles 9 can be stably attached to the gate electrode 3a.
本実施の形態における電子放出装置１の製造方法において、緩衝液は中性リン酸塩水溶液である。ゲート電極３ａがアルミニウムよりなり、かつマスク微粒子９がポリスチレンよりなる場合に、緩衝液として中性リン酸塩水溶液を用いることで、溶液のｐＨ値を約６．８に保つことができる。したがって、緩衝液として好適である。 In the manufacturing method of the electron-emitting device 1 in the present embodiment, the buffer solution is a neutral phosphate aqueous solution. When the gate electrode 3a is made of aluminum and the mask fine particles 9 are made of polystyrene, the pH value of the solution can be maintained at about 6.8 by using a neutral phosphate aqueous solution as a buffer solution. Therefore, it is suitable as a buffer solution.
（実施の形態６）
実施の形態４に示す製造方法によってマスク微粒子９をゲート電極３ａ表面に付着させる場合に、基板１０を溶液１３中から取り出して乾燥する際に、マスク微粒子９がゲート電極３ａ表面において凝集して塊状になることがあった。マスク微粒子９が塊状となった状態を図１８に示す。図１８を参照して、図中左上にある黒い大きな点が、マスク微粒子９が凝集して塊状となった部分である。
(Embodiment 6)
When the mask fine particles 9 are attached to the surface of the gate electrode 3a by the manufacturing method shown in the fourth embodiment, when the substrate 10 is taken out from the solution 13 and dried, the mask fine particles 9 aggregate on the surface of the gate electrode 3a to form a lump. There was a case. FIG. 18 shows a state in which the mask fine particles 9 are agglomerated. Referring to FIG. 18, the large black dot on the upper left in the figure is a portion where the mask fine particles 9 are aggregated to form a lump.
本願発明者らは、マスク微粒子９が凝集して塊状となるのは、以下の理由によるものであることを見出した。すなわち、溶液１３の溶媒として水を用いた場合に、基板１０を乾燥させて水を蒸発させる際に水がその表面張力により粒状に凝集する。このとき、マスク微粒子９は水の凝集とともに凝集し、塊状となる。 The inventors of the present application have found that the mask fine particles 9 are aggregated into a lump for the following reason. That is, when water is used as the solvent of the solution 13, when the substrate 10 is dried to evaporate the water, the water aggregates in a granular form due to the surface tension. At this time, the mask fine particles 9 aggregate together with the aggregation of water to form a lump.
そこで、本実施の形態では、溶液１３の溶媒として水よりも表面張力の低い材料を用いる。これにより、乾燥の際に溶液１３の溶媒が凝集するのを抑制することができ、マスク微粒子９の凝集を抑制することができる。水よりも表面張力の低い材料としてはエタノールが好適である。 Therefore, in the present embodiment, a material having a lower surface tension than water is used as the solvent of the solution 13. Thereby, it can suppress that the solvent of the solution 13 aggregates in the case of drying, and aggregation of the mask fine particle 9 can be suppressed. Ethanol is suitable as a material having a surface tension lower than that of water.
なお、実施の形態１および２では、電子放出源がナノワイヤである場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、たとえばフラーレンなどであってもよい。 In the first and second embodiments, the case where the electron emission source is a nanowire has been described. However, the present invention is not limited to such a case, and may be, for example, fullerene.
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。 The embodiment disclosed above should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments but by the scope of claims, and is intended to include all modifications and variations within the scope and meaning equivalent to the scope of claims.
１ 電子放出装置、２ 絶縁膜、３ａ，３ｂ ゲート電極、５ 触媒層、６，６ａ，６ｂ 孔、７ ナノワイヤ、８ 成膜前駆体、９ マスク微粒子、１０ 基板、１１ａ〜１１ｄ カソード電極、１３ 溶液、１６ 膜、１７ ハードマスク。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron emission apparatus, 2 Insulating film, 3a, 3b Gate electrode, 5 Catalyst layer, 6, 6a, 6b Hole, 7 Nanowire, 8 Film formation precursor, 9 Mask microparticle, 10 Substrate, 11a-11d Cathode electrode, 13 Solution , 16 film, 17 hard mask.
Claims (3)
前記カソード電極上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上に粒子を付着させる工程と、
前記粒子を覆うように、前記ゲート電極上にハードマスクを形成する工程と、
前記粒子を除去する工程と、
前記ハードマスクをマスクとしてエッチングすることにより、前記絶縁膜に第１の孔を形成し、前記ゲート電極に第２の孔を形成する工程と、
前記カソード電極と電気的に接続され、かつナノワイヤからなる電子放出源を前記第１の孔の底部に形成する工程とを備え、
前記粒子の直径は０．５μｍ以上３μｍ以下であり、
前記第１および前記第２の孔の直径がｎである場合、前記第１の孔の深さと前記第２の孔の深さとを合わせた深さＤは、０．１ｎ≦Ｄ≦０．４ｎの関係を満たす、電子放出装置の製造方法。 Forming a cathode electrode;
Forming an insulating film on the cathode electrode;
Forming a gate electrode on the insulating film;
Depositing particles on the gate electrode;
Forming a hard mask on the gate electrode so as to cover the particles;
Removing the particles;
Etching the hard mask as a mask to form a first hole in the insulating film and forming a second hole in the gate electrode;
Forming an electron emission source electrically connected to the cathode electrode and made of nanowires at the bottom of the first hole,
The diameter of the particles is 0.5 μm or more and 3 μm or less,
When the diameters of the first and second holes are n, the depth D, which is the sum of the depth of the first hole and the depth of the second hole, is 0.1n ≦ D ≦ 0.4n A method for manufacturing an electron-emitting device that satisfies the above relationship.
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