JPH038236A - プレーナ型冷陰極 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はプレーナ型冷陰極を用いた電子源に関するもの
であム 従来の技術 従来から薄膜電界放出型の冷陰極は数多く報告されてい
も　その中でも第４図（特開昭６３−２７４０４７号公
報の第５図）に示すようなプレーナ型冷陰極１．ｔ、８
０Ｖ以上のゲート電圧で電子放出が起こるとされていも
　この冷陰極は第４図に示すように絶縁体基板１の表面
に冷陰極２とゲート電極３をお互い対向させて構成され
ていも　ゲート電極に対向する冷陰極の端面には多数の
凸状部４が形成されていも　この冷陰極に設けられた凸
状部の尖端とゲート電場の間隔は０．１μｍであも　こ
のように構成された冷陰極とゲート電極間に８０Ｖ以上
の電圧を印加すると、冷陰極の凸状部の尖端曲率半径が
小さいたべ　凸状部には２×１０’Ｖ／ｃｍの強電界が
発生し　尖端部から電子放出が起こム 発明が解決しようとする課題 前記のプレーナ型冷陰極は前述のような特徴を有してい
る力交　実用化するためには製造工程のコスト面か収　
冷陰極とゲート電極の間隔を２〜４μｍ程度にまで広げ
る必要がある。これらの条件を満たすためには　さらに
小さい曲率半径を有する冷陰極の凸状部が必要である力
丈　現在のホトエツチング技術では限度がある。

また　プレーナ型冷陰極の製造プロセス中に電極表面に
不純物が付着したり酸化膜が形成された場合、電極表面
の仕事関数が変化するために電子放出開始電圧が素子間
で変動する問題があつ九課題を解決するための手段 絶縁体基板の表面に形成された対をなす二組の電極から
構成されるプレーナ型冷陰極において、冷陰極の先端部
を壁間Ｌ　壁開面を形成する。

作用 冷陰極先端部に壁開面を形成することにより、壁開面の
エツジ部分には非常に微少な曲率半径を有するエツジが
形成され　前記のエツジ部分には強電界が発生し　従来
の構成のプレーナ型冷陰極に比較して、低電圧での動作
が可能となり、また壁開面には清浄な金属表面が現れる
た八　冷陰極先端の電子放出部の仕事関数か均一化され
　電子放出開始電圧が素子間で均一で安定なプレーナ型
冷陰極が得られる。

実施例 実施例１ 第１図に実施例１の電極構成の要部を示１−０電極は基
板５の表面に形成された絶縁層６の表面に壁開面７を有
する冷陰極８とゲート電極９をお互いに平行平板上に対
向させて構成されている。

このプレーナ型冷陰極の製造プロセスを第２図に示す。

Ｓｉウェハー基板５の表面に絶縁層として熱酸化により
厚さ１μｍのＳｉＯ２膜６を形成後このＳ　ｉ　Ｏ＝膜
６の表面に厚さ０８２μｍのＷＳ２膜７を形成する（第
２図ａ）。このＷＳｉ２膜７をホトエツチング技術によ
って冷陰極８とゲート電極９を同時に形成すも　冷陰極
とゲート電極の間隔は１〜４μｍである（第２図ｂ）。

次にこの基板をバッファエッチ溶液（ＨＦＩ容とＮＨ，
Ｆ６容の混合液）に浸漬してＳ　ｉ　０２膜６をエツチ
ングし冷陰極先端部下部に凹部１０を形成Ｌ　冷陰極先
端部を庇状にする（第２図Ｃ）。更にこの基板をフッ硝
酸に浸漬して、冷陰極８の庇状部分を上下方向からエツ
チングし厚さ２００人から１０００人の先端部１１を有
する冷陰極を形成した（第２図ｄ）。このようにして形
成した庇状の先端形状を有する冷陰極先端部１１を超音
波により壁間ヒ　壁開面１２を有する冷陰極を形成する
（第２図ｅ）。

電極材料と絶縁材料の組合せｌ；Ｌ　　Ｗ　Ｓ　ｉ　２
と５１０２に限られるものではなく、電極材料としてＷ
。

ＭＯ，Ｗ２Ｃ，ＮｂＣ，ＨｆＣ等高融、ζ　低仕事関数
でかつバッファエッチ溶液に難溶の材料、および絶縁体
基板材料としてガラス板等バッファエッチ溶液に溶解す
る材料を組合せることが可能てあこのように構成した冷
陰極とゲート電極間に５０〜７０Ｖの電圧を印加すると
、冷陰極先端壁開面のエツジ部分にはＩＯ’Ｖ／ｃｍ以
上の強電界か発生し　先端部から電子放出が起こる。

まな　本実施例の構成では電子放出開始電圧のばらつき
級　従来構成では３０Ｖ程度であったものがＩＯＶ程度
に抑えることができる。

実施例２ 第３図に実施例２の電極構成の要部を示す。重積は導電
性材料１３と冷陰極材料１４の二重層で形成されている
。

このプレーナ型冷陰極の製造方法について説明す＆Ｓｉ
基板１５上に熱酸化５１０２絶縁層１６を形成すも　こ
の表面に　厚さ０．２μｍのＷＳｉ２膜１３を形成しそ
の表面に厚さ５００人のＷＣ膜１４を積層すム　このＷ
Ｓｉ２．ＷＣの二重層をホトエツチング技術によって冷
陰極部１７とゲート電極部１８を同時に形成すも　冷陰
極とゲート電極の間隔は１〜４μｍである。次にこの基
板をバッファエッチ溶液に浸漬して絶縁層１６をエツチ
ングし冷陰極先端部下部に凹部１９を形成Ｌ−冷陰極先
端部を庇状にする。更にこの基板をフッ硝酸に浸漬して
、電極二重層のうち先端部下部のＷＳｉ２膜１３のみを
エツチングによって除去し　厚さ５００人のＷＣの先端
部を有する冷陰極を形成ず仏　このようにして形成した
庇状の先端形状を有する冷陰極先端部を超音波により壁
間Ｌ　壁開面２０を有する冷陰極を形成する。

導電性材料１３は防服　ゲート電極および配線抵抗を小
さくするためと、冷陰極材料と基板材料の接着強度を大
きくする役目をしている。

電極部二重層の導電性材料と冷陰極材料の組合せはＷ　
Ｓ　ｉ　２とＷＣに限られるものではなく、導電性材料
としてＷ、ＭＯ，Ｗ２Ｃ，ＮｂＣ，ＨｆＣ＼フッ硝酸に
溶解ヒ　バッファエッチ溶液に難溶の材粧　および冷陰
極材料としてはＷＣ，ＳｉＣ。

Ｔａ、Ｂ４ＣＲフッ硝酸及びバッファエッチ溶液に難溶
の低仕事関数材料の組合せが可能である。

更に　基板材料をエツチングする溶液および導電性材料
をエツチングする酸、アルカリ溶液に難溶で、比較的仕
事関数の低い材料であれば冷陰極材料として使用するこ
とができる。また　導電性材料としてはフッ硝酸以外の
酸、またはアルカリ溶液に溶解する金属材料およびＡｕ
Ｃｒなどの合金材料を使用することができる。更（ミ　
必要に応じて二重層以上の電極で構成することができる
。

このように構成した冷陰極とゲート電極間に５０〜６０
Ｖの電圧を印加すると、冷陰極先端には１０’Ｖ／ｃｍ
以上の強電界が発生し　先端部から電子放出が起こも 発明の効果 本発明によれば　冷陰極先端部に壁開面を形成すること
によって、　１００Ｖ以下の低電圧で電子放出を起こし
　しかも電子放出開始電圧が素子間で均一で安定な電子
源が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図１友　本発明の一実施例におけるプレーナ型冷陰
極の斜視皿　第２図（友　本発明の一実施例におけるプ
レーナ型冷陰極の製造プロセスを説明するだめの断面は
　第３図（よ　本発明の他の実施例におけるプレーナ型
冷陰極の断面は　第４図（瓜従来のプレーナ型冷陰極の
斜視図であムト・・絶縁体基板、　２，８．１７・・・
冷陰凰　３，９．１８・・・ゲート重態　４・・・冷陰
極先端部　５，１５・・・Ｓ１ウエハー基板、６、１６
・・・絶縁層　１０，１９・・・絶縁層凹部　１１・・
・冷陰極先端部　７、１２、２０・壁間献　１３・・・
導電性材料、　１４・・冷陰極材札

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁体基板の表面に形成された対をなす二組の電
   極から構成されるプレーナ型冷陰極において、少なくと
   も冷陰極先端部の一部に壁開面が形成されていることを
   特徴とするプレーナ型冷陰極。
2. （２）冷陰極先端部と対向するゲート電極との間隔が０
   ．３μｍ以上、かつ５μｍ以下であることを特徴とする
   請求項１に記載のプレーナ型冷陰極。
3. （３）冷陰極とゲート電極間の絶縁体基板表面に凹部を
   設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のプレ
   ーナ型冷陰極。
4. （４）絶縁体基板表面に冷陰極材料を成膜し、冷陰極お
   よびゲート電極を形成後、前記絶縁体基板表面をエッチ
   ングして庇状の冷陰極を形成し、前記庇状の冷陰極の厚
   さが０．１μｍ以下となるようにエッチングし、さらに
   前記冷陰極の庇状部分を壁開し、請求項１から３のいず
   れかに記載のプレーナ型冷陰極を形成することを特徴と
   するプレーナ型冷陰極の製造方法。