JPH02278681A - 電子装置 - Google Patents
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- JPH02278681A JPH02278681A JP2046025A JP4602590A JPH02278681A JP H02278681 A JPH02278681 A JP H02278681A JP 2046025 A JP2046025 A JP 2046025A JP 4602590 A JP4602590 A JP 4602590A JP H02278681 A JPH02278681 A JP H02278681A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
- H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
- H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
- H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
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- H—ELECTRICITY
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- H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
- H01T4/00—Overvoltage arresters using spark gaps
- H01T4/10—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel
- H01T4/12—Overvoltage arresters using spark gaps having a single gap or a plurality of gaps in parallel hermetically sealed
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野]
本発明は電子装置の製造方法及び電子装置それ自体に関
する。特に、この装置は電界放出(FieldEmis
s4on)装置である。
する。特に、この装置は電界放出(FieldEmis
s4on)装置である。
[従来技術]
近年、カソードの寸法及びアノード/カフ−1間隔が数
ミクロン程度の電界放出装置の製造への関心が大きくな
ってきている。この種装置のある形式のものを製造する
場合、結晶や金属層の不要部分をエツチングにより除去
して、所要ピラミッド形にすることによって、複数のピ
ラミッド形カソードからなる構成体を形成する。次に、
゛[シ面金属アノード層を形成し、カソードから離し、
絶縁する。このアノード層は連続層でもよ(、あるいは
小領域に分割して、個々のアノード又はアノード群にし
てもよい。
ミクロン程度の電界放出装置の製造への関心が大きくな
ってきている。この種装置のある形式のものを製造する
場合、結晶や金属層の不要部分をエツチングにより除去
して、所要ピラミッド形にすることによって、複数のピ
ラミッド形カソードからなる構成体を形成する。次に、
゛[シ面金属アノード層を形成し、カソードから離し、
絶縁する。このアノード層は連続層でもよ(、あるいは
小領域に分割して、個々のアノード又はアノード群にし
てもよい。
[発明の要約]
本発明の目的は電界放出装置の新規な製造方法を提供す
ることにある。また、別な目的は新規な電界放出装置の
構造を提供することにある。
ることにある。また、別な目的は新規な電界放出装置の
構造を提供することにある。
すなわち、本発明の第1態様によれば、少なくとも一つ
の導電性尖頭体が突出している第1基体からなる第1電
極構造体を用意し、少なくとも一部 つの導電性尖頭体が突出している第2基体からなる第2
電極構造体を用意し、該第1電極構造体に対して該第2
電極構造体を反転させ、そして該基体間に空間を介在さ
せ、かつ各構造体の各尖頭体を該空間に延設させた状態
で、両電極構造体を接合することをガス充填する電子放
出装置の製造方法が提供される。
の導電性尖頭体が突出している第1基体からなる第1電
極構造体を用意し、少なくとも一部 つの導電性尖頭体が突出している第2基体からなる第2
電極構造体を用意し、該第1電極構造体に対して該第2
電極構造体を反転させ、そして該基体間に空間を介在さ
せ、かつ各構造体の各尖頭体を該空間に延設させた状態
で、両電極構造体を接合することをガス充填する電子放
出装置の製造方法が提供される。
また、本発明の第2態様によれば、相互に反転し、それ
ぞれが少なくとも一つの導電性尖頭体を突出させている
2つの電極構造体からなり、間に空間を介在させ、かつ
各構造体の各尖頭体を該空間に延設させた状態で、該構
造体を接合した電界放出装置が提供される。
ぞれが少なくとも一つの導電性尖頭体を突出させている
2つの電極構造体からなり、間に空間を介在させ、かつ
各構造体の各尖頭体を該空間に延設させた状態で、該構
造体を接合した電界放出装置が提供される。
本発明では、第2構造体の各尖頭体端部が第1構造体の
各尖頭体端部に直線状に配列するように、両構造体の尖
頭体の端部を位置決めしてもよく、各構造体の各尖頭体
を対応する構造体の基体の一部に対向させてもよい。
各尖頭体端部に直線状に配列するように、両構造体の尖
頭体の端部を位置決めしてもよく、各構造体の各尖頭体
を対応する構造体の基体の一部に対向させてもよい。
[好適な実施態様の説明]
以下、例示のみを目的として、本発明の好ましい実施態
様を添付図面について説明する。
様を添付図面について説明する。
第1 (a) −1(h)図は、本発明による第1の電
界放出装置の製造方法における第1段階を概略的に示す
図であり、 第2図は、第1図方法によって形成した電極構造を示す
概略平面図であり、 第3(a)図及び第3(b)図は、該製造方法における
第2段階を示す概略図であり、そして第4図は本発明に
よる第2の電界放出装置の製法における後段を示す概略
図である。
界放出装置の製造方法における第1段階を概略的に示す
図であり、 第2図は、第1図方法によって形成した電極構造を示す
概略平面図であり、 第3(a)図及び第3(b)図は、該製造方法における
第2段階を示す概略図であり、そして第4図は本発明に
よる第2の電界放出装置の製法における後段を示す概略
図である。
まづ、第1 (a)図について説明すると、高度にドー
ピングしたn形シリコン基体2に厚さか2μmのニオブ
層1をスパッタリングする。レジスト層3−第1 (b
)図−をニオブ層1にデボンッション処理し、マスク4
を介してレジスト層の紫外線に露光する。レジスト層を
形成し、不要部分を除いて、エツチング用マスクパッド
5を形成する。
ピングしたn形シリコン基体2に厚さか2μmのニオブ
層1をスパッタリングする。レジスト層3−第1 (b
)図−をニオブ層1にデボンッション処理し、マスク4
を介してレジスト層の紫外線に露光する。レジスト層を
形成し、不要部分を除いて、エツチング用マスクパッド
5を形成する。
次に、SF6/CI 210.を使用する反応性イオン
エツチングによりニオブ層1をエツチングし、パッド5
の下にカラム6を残す一第1 (d)図。
エツチングによりニオブ層1をエツチングし、パッド5
の下にカラム6を残す一第1 (d)図。
次に、カラム状部からパッド5を外し、SF。
/ N 2を使用する反応性イオンエツチングによって
全体をエツチングして、カラムを非常に鋭い尖頭形電極
チップ7にする一第2(e)図。
全体をエツチングして、カラムを非常に鋭い尖頭形電極
チップ7にする一第2(e)図。
電極チップ間隔は10μm以下(好ましくは1μm)で
あるが、10μm以上でもよい。
あるが、10μm以上でもよい。
エツチングした層1に、次に、厚さが3μmのドーピン
グ処理した二酸化シリコンの誘電体層8をデポジノショ
ン処理し、そしてこの層8に厚さか1000人の金属層
9をデポジッション処理する。この金属層9は、例えば
、アルミニウム層であればよい。この金属蒸着層9にレ
ジスト層10をデポジッション処理する。中心に矩形開
口を備えた矩形マスク11をレジスト層10に設ける第
1 (f)図。マスク11を介してレジスト層10を紫
外線に露光してから、レジスト層の不要領域をエツチン
グにより除去して、装置周囲にレジスト材料からなる矩
形フレーム13−第1(g)図−を残す。
グ処理した二酸化シリコンの誘電体層8をデポジノショ
ン処理し、そしてこの層8に厚さか1000人の金属層
9をデポジッション処理する。この金属層9は、例えば
、アルミニウム層であればよい。この金属蒸着層9にレ
ジスト層10をデポジッション処理する。中心に矩形開
口を備えた矩形マスク11をレジスト層10に設ける第
1 (f)図。マスク11を介してレジスト層10を紫
外線に露光してから、レジスト層の不要領域をエツチン
グにより除去して、装置周囲にレジスト材料からなる矩
形フレーム13−第1(g)図−を残す。
このレジストフレーム13は、金属層9の不要中心領域
及び誘電体層8をエツチングするさいに使用する。従っ
て、誘電体材料の対応するフレーム部15によって支持
した、金属層9の矩形フレーム部分14は装置構造体の
周囲に保持されることになる。次に、エツチングにより
レジスト材料のフレーム13を除去する。フレーム部1
4と15の合わせた高さは電極チップ7より2μm高く
することができる。
及び誘電体層8をエツチングするさいに使用する。従っ
て、誘電体材料の対応するフレーム部15によって支持
した、金属層9の矩形フレーム部分14は装置構造体の
周囲に保持されることになる。次に、エツチングにより
レジスト材料のフレーム13を除去する。フレーム部1
4と15の合わせた高さは電極チップ7より2μm高く
することができる。
第2図は、このようにして形成した電極構造体16の概
略図である。7つの電極チップからなる電極構造体を図
示しであるが、電極構造体16の電極チップ数は任意の
所望数でよい。
略図である。7つの電極チップからなる電極構造体を図
示しであるが、電極構造体16の電極チップ数は任意の
所望数でよい。
電界放出装置の第2製造段階を示す第3(a)図につい
て説明すると、第2電極構造体17−電極構造体17と
同じ−を、これら構造体の金属フレーム部]/Iを接触
させながら、電極構造体16にこれとは逆の状態で設け
る。
て説明すると、第2電極構造体17−電極構造体17と
同じ−を、これら構造体の金属フレーム部]/Iを接触
させながら、電極構造体16にこれとは逆の状態で設け
る。
次に、装置を加熱して、金属フレーム部を溶融し、一体
層18にする。すなわち、2つの電極構造体16及び1
7を接合し、かつ電極チップ7を含む空間19をシール
する一第3(b)図。この接合操作時に、装置を真空エ
ンクロージャー内に設置しておくと、シールされた空間
18を排気できる。あるいは、該操作をガス雰囲気中で
行ってもよく、この場合には、所望の低いガス圧で空間
19にガスを充填できる。
層18にする。すなわち、2つの電極構造体16及び1
7を接合し、かつ電極チップ7を含む空間19をシール
する一第3(b)図。この接合操作時に、装置を真空エ
ンクロージャー内に設置しておくと、シールされた空間
18を排気できる。あるいは、該操作をガス雰囲気中で
行ってもよく、この場合には、所望の低いガス圧で空間
19にガスを充填できる。
2つの電極構造体の電極チップは、第3(b)図に示す
ように配列してもよく、あるいは、2つの電極構造体を
一緒にした時に、各構造体のチップが対応する構造体の
チップ間の間隙に位置するようにチップの位置を設定し
てもよい。一方のチップと他方のチップとの間の間隙は
10μm以下であればよいが、好ましいのは約1μmで
ある。
ように配列してもよく、あるいは、2つの電極構造体を
一緒にした時に、各構造体のチップが対応する構造体の
チップ間の間隙に位置するようにチップの位置を設定し
てもよい。一方のチップと他方のチップとの間の間隙は
10μm以下であればよいが、好ましいのは約1μmで
ある。
第4図には、別な電界放出装置の構成を示す。
2つの電極構造体20及び21は」−記と同様な方法で
形成するが、この場合には、電極チップ22をニオブ層
23側部の一方に寄せて設ける。従って、各構造体の実
質的に平坦な領域24の層はチップ群と、誘電体層26
及び金属フレーム層27との間に延長することになる。
形成するが、この場合には、電極チップ22をニオブ層
23側部の一方に寄せて設ける。従って、各構造体の実
質的に平坦な領域24の層はチップ群と、誘電体層26
及び金属フレーム層27との間に延長することになる。
構造体21は構造体20に対して180°回転させて、
構造体20に反転セットする。従って、各構造体のチッ
プ20は対応する構造体の平面領域2/Iの方に位ii
’i″する。次に、前と同様にして、構造体を接合して
、間に排気又はガス充填空間を形成する。しかし、この
場合、両構造体のニオブ層は第1実施態様に比較すると
、その間隔は狭い。というのは、一方の構造体のチップ
22と他方の構造体の平面領域24との間の間隙は第1
実施態様における両構造体間の間隙に相当するからであ
る。このため、第2実施態様では、第4 (b)図に示
すように、両構造体の一方のみにフレーム25を8投け
る共に、この構造体の金属フレーム層27を対応する構
造体のニオブ層に直接接合するのが好ましい。
構造体20に反転セットする。従って、各構造体のチッ
プ20は対応する構造体の平面領域2/Iの方に位ii
’i″する。次に、前と同様にして、構造体を接合して
、間に排気又はガス充填空間を形成する。しかし、この
場合、両構造体のニオブ層は第1実施態様に比較すると
、その間隔は狭い。というのは、一方の構造体のチップ
22と他方の構造体の平面領域24との間の間隙は第1
実施態様における両構造体間の間隙に相当するからであ
る。このため、第2実施態様では、第4 (b)図に示
すように、両構造体の一方のみにフレーム25を8投け
る共に、この構造体の金属フレーム層27を対応する構
造体のニオブ層に直接接合するのが好ましい。
上記各実施態様では、多くの変更が可能である。これら
実施態様では、電極チップをニオブ層から構成している
が、別な金属、例えばシリコン、ロジウム、モリブデン
、金、ニッケルやタングステン、あるいは金属化合物や
半導体物質等からなる層で構成することも可能である。
実施態様では、電極チップをニオブ層から構成している
が、別な金属、例えばシリコン、ロジウム、モリブデン
、金、ニッケルやタングステン、あるいは金属化合物や
半導体物質等からなる層で構成することも可能である。
層をエツチングしてチップを形成するためには、任意の
適当な湿式又は乾式エツチング法、例えばプラズマエツ
チング、反応性イオンエツチング、イオンビームミリン
グ、反応性イオンミリング等を使用できる。またいずれ
の場合にも、基体として、別な半導体物質や単結晶金属
が使用できる。またさらに、誘電体層には別な材料も適
用でき、そして金属蒸着層には任意の適当な金属も適用
できる。
適当な湿式又は乾式エツチング法、例えばプラズマエツ
チング、反応性イオンエツチング、イオンビームミリン
グ、反応性イオンミリング等を使用できる。またいずれ
の場合にも、基体として、別な半導体物質や単結晶金属
が使用できる。またさらに、誘電体層には別な材料も適
用でき、そして金属蒸着層には任意の適当な金属も適用
できる。
上記各電界放出装置では、それぞれの基体を介して各組
のチップを電気的に接続できるので、両構造体に電位差
を与えることができる。すなわち、一方を他方に対して
ネガティブ・バイアスできる。電位差が十分大きな場合
には、場合に応じて、ネガティブ・バイアス構造体のチ
ップから他方の構造体のチップ又は平面領域に電界放出
を起こすことができる。各装置の各電極構造体が電極チ
ップを備えているので(換言すれば、装置は対称的なの
で)、バイアスを逆にすると、電流が装置内を反対方向
に流れる。
のチップを電気的に接続できるので、両構造体に電位差
を与えることができる。すなわち、一方を他方に対して
ネガティブ・バイアスできる。電位差が十分大きな場合
には、場合に応じて、ネガティブ・バイアス構造体のチ
ップから他方の構造体のチップ又は平面領域に電界放出
を起こすことができる。各装置の各電極構造体が電極チ
ップを備えているので(換言すれば、装置は対称的なの
で)、バイアスを逆にすると、電流が装置内を反対方向
に流れる。
本発明装置は、例えば、精巧な電子機器を保1獲するサ
ージアレスター(surge arrcsLer)とし
て使用することができる。このような装置は、保護すべ
き機器両端に接続するが、これは、電圧サージを受取る
と、導電性になり、従って作動して、機器を損傷するサ
ージを短絡する。
ージアレスター(surge arrcsLer)とし
て使用することができる。このような装置は、保護すべ
き機器両端に接続するが、これは、電圧サージを受取る
と、導電性になり、従って作動して、機器を損傷するサ
ージを短絡する。
このような装置にとって本質的ことは、サージが損傷を
引起こす前に、動作を直ちに開始することである。従来
のサージアレスターは動作が比較的鈍い。というのは、
イオン化ガスの放電開始に依存しているからである。
引起こす前に、動作を直ちに開始することである。従来
のサージアレスターは動作が比較的鈍い。というのは、
イオン化ガスの放電開始に依存しているからである。
本発明による真空装置は電極間隔が非常に狭く、従って
、電子の流れが妨害されない真空内を通る電子の流れに
依存するものである。このため、極めて高速な動作速度
が実現できる。
、電子の流れが妨害されない真空内を通る電子の流れに
依存するものである。このため、極めて高速な動作速度
が実現できる。
以」二説明したように、電極構造体間のシールした空間
は排気できるか、ガス充填できる。後者の場合には、電
極チップからの電界放出により、力゛スがイオン化し、
電流が装置内を流れる。
は排気できるか、ガス充填できる。後者の場合には、電
極チップからの電界放出により、力゛スがイオン化し、
電流が装置内を流れる。
)1′導体装置に比較して、本発明装置は動作が非常に
速く、攻撃的な環境における可使時間は長い。
速く、攻撃的な環境における可使時間は長い。
第1 Ca)−1(h)図は、本発明による第1の電界
放出装置の製造方法における第1段階を概略的に示す図
であり、 第2図は、第1図方法によって形成した電極構造を示す
概略平面図であり、 第3(a)図及び第3(b)図は、該製造方法における
第2段階を示す概略図であり、そして第4図は本発明に
よる第2の電界放出装置の製法における後段を示す概略
図である。 1はニオブ層、2はシリコン基体、3はレジスト層、4
はマスク、5はマスクパッド、6はカラム、7は電極チ
ップ、8は誘電体層、9は金属層、10はレジスト層、
11は矩形マスク、12は中心矩形開口、13は矩形フ
レーム、1/Iは矩形フレーム部、15はフレーム部、
16は電極構遺体、 17は第2電極構造体、 18は単層、 は空間である。
放出装置の製造方法における第1段階を概略的に示す図
であり、 第2図は、第1図方法によって形成した電極構造を示す
概略平面図であり、 第3(a)図及び第3(b)図は、該製造方法における
第2段階を示す概略図であり、そして第4図は本発明に
よる第2の電界放出装置の製法における後段を示す概略
図である。 1はニオブ層、2はシリコン基体、3はレジスト層、4
はマスク、5はマスクパッド、6はカラム、7は電極チ
ップ、8は誘電体層、9は金属層、10はレジスト層、
11は矩形マスク、12は中心矩形開口、13は矩形フ
レーム、1/Iは矩形フレーム部、15はフレーム部、
16は電極構遺体、 17は第2電極構造体、 18は単層、 は空間である。
Claims (19)
- (1)少なくとも一つの導電性尖頭体(7、22)が突
出している第1基体(2)からなる第1電極構造体(1
6、20)を用意し、少なくとも一つの導電性尖頭体が
突出している第2基体からなる第2電極構造体(17、
21)を用意し、該第1電極構造体に対して該第2電極
構造体を反転させ、そして該基体間に空間(19、28
)を介在させ、かつ各構造体の各尖頭体を該空間に延設
させた状態で、両電極構造体を接合することを特徴とす
る電子放出装置の製造方法。 - (2)各基体に設けた導電性物質の層(1、23)から
各導電体(7、22)を形成した請求項第1項記載の方
法。 - (3)各導電体の所要位置にある導電性物質層(1、2
3)にマスク用パッド(5)をデポジッション処理し、
そして該層をエッチングして、パッドの下に該尖頭体を
形成することによって、該層(1、23)から各導電体
(7、22)を形成する請求項第2項記載の方法。 - (4)湿式エッチング法により層(1、23)をエッチ
ングして、導電体(7、22)を形成する請求項第3項
記載の方法。 - (5)乾式エッチング法により層(1、23)をエッチ
ングして、導電体(7、22)を形成する請求項第3項
記載の方法。 - (6)湿式エッチング法の後に乾式エッチング法を行う
ことにより層(1、23)ををエッチングして、導電体
(7、22)を形成する請求項第3項記載の方法。 - (7)乾式エッチングがプラズマエッチング、反応性イ
オンエッチング、イオンビームエッチング、又は反応性
イオンビームエッチングである請求項第5項又は第6項
記載の方法。 - (8)乾式エッチングがSF_6/Cl_2/O_2中
で行うプラズマエッチング法である請求項第7項記載の
方法。 - (9)乾式エッチングがSF_6/N_2中で行う反応
性イオンエッチング法である請求項第7項記載の方法。 - (10)該層(1、23)が半導体、金属又は金属化合
物からなる請求項第7項記載の方法。 - (11)該層(1、23)がニオブ、シリコン、ロジウ
ム、モリブデン、金、ニッケル又はタングステンからな
る請求項第10項記載の方法。 - (12)該層(1、23)が単結晶ニッケル、タングス
テン又はロジウムからなる請求項第11項記載の方法。 - (13)少なくとも一つの電極構造体(16、17、2
0、21)の周囲に誘電体物質のフレーム(15、26
)を形成して、これを電極構造体間のスペーサとして使
用する工程を含む請求項第1〜12項のいずれか1項に
記載の方法。 - (14)誘電体物質の各フレーム(15、26)に金属
層(14、27)を設け、接合工程で使用する請求項第
13項記載の方法。 - (15)各フレームの金属層(14、27)がアルミニ
ウムからなる請求項第14項記載の方法。 - (16)第1電極構造体(16)の各尖頭体(7)が第
2電極構造体の各尖頭体に実質的に直線状に配列してい
る請求項第1〜15項いずれか1項に記載の方法。 - (17)各電極構造体の各尖頭体(22)が他方の電極
構造体の実質的に平坦な領域(24)に対向している請
求項第1〜15項のいずれか1項に記載の方法。 - (18)該基体(2)間の空間(19、28)を排気す
る請求項第1〜17項のいずれか1項に記載の方法。 - (19)該基体(2)間の空間(19、28)をガス充
填する請求項第1〜17項のいずれか1項に記載の方法
。
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