JPH04274123A - Electron emission element - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】本発明は電界放出型電子放出素子
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission type electron emitting device.
【０００２】0002
【従来の技術】従来、電子放出素子としては熱陰極型電
子放出素子が多く用いられていたが、熱電極を利用した
電子放出は、加熱によるエネルギーロスが大きいこと、
予備加熱が必要であること等の問題点を有していた。[Prior Art] Conventionally, hot cathode type electron-emitting devices have been widely used as electron-emitting devices, but electron emission using a hot electrode involves a large energy loss due to heating.
This method had problems such as the need for preheating.
【０００３】これらの問題点を解決するため、冷陰極型
の電子放出素子がいくつか提案されており、その中に局
所的に高電界を発生させ、電界放出により電子放出を行
なわせる電界効果型の電子放出素子がある。In order to solve these problems, several cold cathode type electron emitting devices have been proposed, and a field effect type device generates a locally high electric field within the device to emit electrons by field emission. There are several electron-emitting devices.
【０００４】図５は上記の電界放出型の電子放出素子の
一例を示す概略的部分断面図であり、図６（ａ）〜図６
（ｄ）はその製造方法を説明するための概略的工程図で
ある。FIG. 5 is a schematic partial cross-sectional view showing an example of the above-mentioned field emission type electron-emitting device, and FIGS.
(d) is a schematic process diagram for explaining the manufacturing method.
【０００５】図５に示すように、Ｓｉ等の基体７０１上
にＭｏ（モリブデン）等により形成された点状電子放出
部６０８を設け、この点状電子放出部６０８を中心とす
る開口部が設けられたＳｉＯ２ 等の絶縁層７０２が形
成され、その上に前記円錐形状の尖頭部の近傍にその端
部が形成された引き出し電極７０９が設けられている。
このような構造の電子放出素子において、基体７０１と
引き出し電極７０９との間に電圧を印加すると、電界強
度の強い尖頭部から電子が放出される。As shown in FIG. 5, a dotted electron emitting portion 608 made of Mo (molybdenum) or the like is provided on a substrate 701 made of Si or the like, and an opening is formed around the dotted electron emitting portion 608. An insulating layer 702 made of SiO2 or the like is formed on the insulating layer 702, and an extraction electrode 709 whose end is formed near the conical point is provided thereon. In the electron-emitting device having such a structure, when a voltage is applied between the base 701 and the extraction electrode 709, electrons are emitted from the tip where the electric field strength is strong.
【０００６】上記電子放出素子は、次のような工程で製
造することができる。The electron-emitting device described above can be manufactured by the following steps.
【０００７】■まず、図６（ａ）に示すように、Ｓｉ等
の基体７０１の上にＳｉＯ２ 酸化膜等 の絶縁
層７０２を形成する。[0007] First, as shown in FIG. 6(a), an insulating layer 702 such as an SiO2 oxide film is formed on a base 701 such as Si.
【０００８】■電子ビーム蒸着等によりＭｏ層７０９を
形成する。(2) A Mo layer 709 is formed by electron beam evaporation or the like.
【０００９】■ＰＭＭＡ（ｐｏｌｙ−ｍｅｔｈｙｌ−ｍ
ｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）等の電子線レジストを、スピ
ンコート法を用いてＭｏ層７０９上に塗布する。■PMMA (poly-methyl-m
An electron beam resist such as ethacrylate is applied onto the Mo layer 709 using a spin coating method.
【００１０】■電子ビームムを照射してパターニングを
行なった後、イソプロピルアルコール等で電子線レジス
トを部分的に除去する。(2) After patterning by irradiating with an electron beam, the electron beam resist is partially removed using isopropyl alcohol or the like.
【００１１】■Ｍｏ層７０９を選択的にエッチングして
第１の開口部６０３を形成する。(2) A first opening 603 is formed by selectively etching the Mo layer 709.
【００１２】■電子線レジストを完全に除去したのち、
弗化水素酸を用いて絶縁層７０２をエッチングして第２
の開口部７０４を形成する。■After completely removing the electron beam resist,
The second layer is etched by etching the insulating layer 702 using hydrofluoric acid.
An opening 704 is formed.
【００１３】■次に、図（ｂ）に示すように、回転軸Ｘ
を中心として基体７０１を回転させながら、一定の角度
θ傾斜させてＡｌをＭｏ層７０９の上面に蒸着させてＡ
ｌ層７０５を形成する。このとき前記Ｍｏ層７０９の側
面部にもＡｌが蒸着されるので、この蒸着量を制御する
ことにより、第１の開口部７０３の直径を任意に小さく
することができる。■Next, as shown in Figure (b), the rotation axis
While rotating the base 701 about
An l layer 705 is formed. At this time, Al is also deposited on the side surfaces of the Mo layer 709, so by controlling the amount of Al deposited, the diameter of the first opening 703 can be made arbitrarily small.
【００１４】次に、図６（ｃ）に示すように、基体７０
１に対して垂直にＭｏを電子ビーム蒸着等によって蒸着
する。このときＭｏはＡｌ層７０５上および基体７０１
上だけでなくＡｌ層７０５の側面にも堆積されるので、
第１の開口部７０３の直径はＭｏ層７０６の積層に伴っ
て徐々に小さくなっていく。この第１の開口部７０３の
直径の減少に伴って、基体に堆積されていく蒸着物（Ｍ
ｏ）の蒸着範囲も小さくなっていくために、基体７０１
上には略円錐形状の電極７０８が形成される。最後に、
図６（ｄ）に示すように、堆積したＭＯ層７０６および
Ａｌ層７０５を除去することにより、電界放出型電子放
出素子が形成される。Next, as shown in FIG. 6(c), the base 70
Mo is deposited perpendicularly to 1 by electron beam evaporation or the like. At this time, Mo is on the Al layer 705 and on the base 701.
Since it is deposited not only on the top but also on the sides of the Al layer 705,
The diameter of the first opening 703 gradually becomes smaller as the Mo layer 706 is stacked. As the diameter of the first opening 703 decreases, vapor deposits (M
Since the evaporation range of o) also becomes smaller, the substrate 701
A substantially conical electrode 708 is formed thereon. lastly,
As shown in FIG. 6(d), a field emission type electron emitting device is formed by removing the deposited MO layer 706 and Al layer 705.
【００１５】[0015]
【発明が解決しようとしている課題】しかし、上記従来
例では電界形成空間及び電子放出部を斜め蒸着法等の技
術により作製しているため、電子放出部先端の曲率半径
をさらに小さくすることは困難であった。また、電子放
出部となる金属材料を基板全面に蒸着するため、電子放
出部を形成した後に不要な金属材料のみを選択的に除去
しなくてはならなかった。[Problem to be Solved by the Invention] However, in the above conventional example, the electric field forming space and the electron emitting part are fabricated using techniques such as oblique evaporation, so it is difficult to further reduce the radius of curvature at the tip of the electron emitting part. Met. Furthermore, since the metal material that will become the electron-emitting portion is deposited over the entire surface of the substrate, it is necessary to selectively remove only the unnecessary metal material after forming the electron-emitting portion.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明の電界放出型電子
放出素子は、単結晶シリコンからなる基体と、この基体
の表面に形成された絶縁体層と、この絶縁体層に形成し
た、前記単結晶シリコンが露出する穴と、この穴内に露
出する前記単結晶シリコンの表面に、アルミニウムを構
成元素の１つとする有機アルミニウムガスを用いた化学
的気相成長法により堆積された、先端の尖った単結晶ア
ルミニウム堆積部とを備え、この堆積部をエミッタとし
て用いたことを特徴とする。[Means for Solving the Problems] A field emission type electron-emitting device of the present invention includes a base made of single crystal silicon, an insulator layer formed on the surface of the base, and an insulator formed on the insulator layer. A hole in which the single crystal silicon is exposed, and a pointed tip deposited on the surface of the single crystal silicon exposed in the hole by chemical vapor deposition using an organic aluminum gas containing aluminum as one of the constituent elements. A single-crystal aluminum deposited portion is provided, and this deposited portion is used as an emitter.
【００１７】すなわち本発明によれば、単結晶シリコン
上にのみ選択的に単結晶のアルミニウムが堆積可能な技
術を用いることにより、単結晶シリコン基板上に形成し
た絶縁体層に設けた穴を起点として選択的に単結晶アル
ミニウムが成長可能である。したがって、従来例の様に
不必要な場所にアルミニウムが堆積することもなく、工
程の簡略化が可能となる。また、基板である単結晶シリ
コンの結晶面方位が（１１１）である時は、選択的に成
長した単結晶アルミニウムの結晶面方位は常に（１００
）であり、さらに成長を続けると（１００）面はなくな
り、先端の尖った形状となる。したがって、電界放出型
電子放出素子のエミッタとしては優れており、且つ、複
数の単結晶アルミニウムを同一基板内に同時に成長して
も、それぞれの単結晶アルミニウムは均一性が高く、基
板面内のバラツキが著しく少ない。また、絶縁体上に同
様の堆積法を用いてアルミニウムを堆積したい場合は、
絶縁体表面をプラズマ処理することにより、非晶質のア
ルミニウムが堆積可能である。That is, according to the present invention, by using a technique that allows single-crystal aluminum to be deposited selectively only on single-crystal silicon, a hole formed in an insulating layer formed on a single-crystal silicon substrate is formed as a starting point. Single-crystal aluminum can be grown selectively as Therefore, unlike the conventional example, aluminum is not deposited in unnecessary places, and the process can be simplified. Furthermore, when the crystal plane orientation of the single crystal silicon that is the substrate is (111), the crystal plane orientation of selectively grown single crystal aluminum is always (100).
), and as the growth continues, the (100) plane disappears and the tip becomes pointed. Therefore, it is an excellent emitter for field-emission type electron-emitting devices, and even if multiple single-crystal aluminum is grown simultaneously on the same substrate, each single-crystal aluminum is highly uniform and there is no variation within the substrate surface. are significantly less. Also, if you want to deposit aluminum using a similar deposition method on an insulator,
Amorphous aluminum can be deposited by plasma treating the surface of the insulator.
【００１８】[0018]
【実施例】図１は本発明の特徴を良く表わした、電界放
出型電子放出素子を用いた真空３極管の１断面の概略図
である。図中、１０１は基板となる単結晶シリコンウエ
ハ、１０２、１０３及び１０５はそれぞれ絶縁膜、１０
４は導伝膜である引き出し電極、１０６は本発明の特徴
である有機アルミニウムを用いたＣＶＤ法による非晶質
アルミニウムで形成されたコレクタ、１０７は本発明の
特徴である有機アルミニウムを用いたＣＶＤ法による単
結晶アルミニウムで形成されたエミッタ、１０８及び１
０９はそれぞれ電源、１１０は電流計である。本真空３
極管の製造方法の１例を図２により述べる。先ず、図２
（ａ）に示した様に、結晶面方位が（１１１）で、比抵
抗が約５０Ωｃｍであるｎ型シリコン基板２０１上に通
常の真空スパッタ法により酸化シリコン膜２０２を厚さ
０．５μｍ堆積した。次に、この酸化シリコン膜に通常
の電子ビームリソグラフィー法とドライエッチング法と
により０．５μｍ角のエッチング孔２０３を形成した。
次に図２（ｂ）に示した様に、通常の真空スパッタ法に
より酸化シリコン膜２０４、タングステン膜２０５及び
酸化シリコン膜２０６をそれぞれ厚さ１μｍ、０．２μ
ｍ及び１μｍずつ順次堆積した後、通常の電子ビームリ
ソグラフィー法とドライエッチング法とにより１μｍ角
のエッチング孔２０７を形成した。次に図２（ｃ）に示
した様に、本発明の特徴の１つである有機アルミニウム
ガスを用いたＣＶＤ法により電子放出を行なうエミッタ
となる部分の原形２０８を形成した。具体的には、図２
（ｂ）のように加工した試料を前記ＣＶＤ装置の試料ス
テージに設置し後、到達真空度約１×１０−７Ｔｏｒｒ
に排気し、基板温度を２７０℃に加熱した。室温で液体
であるＤＭＡＨ（ジメチルアルミニウムハイドライド）
を水素ガスでバブリングして水素ガスと共に前記ＣＶＤ
装置内に導入し、ノズルより前記試料表面に噴射したと
ころ、試料表面においてＤＭＡＨが基板温度と基板であ
る単結晶シリコン表面の何等かの影響により分解反応を
起こし、単結晶シリコンが露出した部分にのみ単結晶の
アルミニウムが堆積し、それ以外の部分には何も堆積し
なかつた。ここで、ＤＭＡＨを容器に入れ、水素ガスで
バブリングすることにより、水素ガス中のＤＭＡＨ蒸気
圧は７．８×１０−３Ｔｏｒｒであり、ＣＶＤ装置の圧
力としてはキャリアガスである水素ガスを含めた全圧と
して２Ｔｏｒｒとしたところ、堆積速度は約２００Å／
ｍｉｎ であった。ここで、堆積速度は前記基板温度、
ＤＭＡＨ蒸気圧及び全圧により変化した。堆積時間を設
定することにより、堆積した単結晶アルミニウムの断面
形状を図２（ｃ）に示した２０８の様にすることが可能
であった。これは、結晶面方位が（１１１）である単結
晶シリコン基板上に堆積する単結晶アルミニウムの結晶
面方位は（１００）であり、この単結晶アルミニウムは
（１００）の面の成長速度が（１１１）面の成長速度よ
り速いために、やがて（１００）面は見えなくなり、２
０８の様に先端の尖った結晶粒が得られる。次に、先程
のＣＶＤ装置に高周波を印加することにより水素ガスと
ＤＭＡＨガスのプラズマを試料表面付近に形成したとこ
ろ、先に形成した単結晶アルミニウム上にはさらに単結
晶アルミニウムがエピタキシャル成長して２０８’の様
に、プラズマを形成しなかったときには何も堆積しなか
った酸化シリコン膜２０６上には図２（ｃ）の様に非晶
質アルミニウム２０９が堆積した。これは、プラズマに
よる促進効果によりＤＭＡＨガスが分解反応を起こし易
くなり、２７０℃に加熱した酸化シリコン表面にもアル
ミニウムが堆積するようになったものと考えられる。こ
のようにして、図２（ｄ）の様な形状をした真空３極管
を容易に作製した。この真空管を真空度１×１０−７Ｔ
ｏｒｒに排気した真空チャンバ内に設置し、図１に示し
た様に、単結晶シリコン基板１０１に電源１０９により
約−２００Ｖを印加し、単結晶シリコン基板１０１を引
き出し電極であるタングステン膜１０４とに電源１０８
により約５０Ｖを印加したところ、単結晶アルミニウム
１０７の先端より電子放出が起こり、電流計１１０は約
０．１Ａを示した。エミッタ・引き出し電極管に、電源
１０８により電圧２０Ｖ〜８０Ｖを印加することにより
電子放出が起こりコレクタに約０．５Ａ〜０．０５Ａが
流れてＯＮ状態を示し、電圧１００Ｖ以上を印加するこ
とにより電子放出は起こらず、コレクタには電流が流れ
ずにＯＦＦ状態を示した。この様に作製した素子は良好
なスイッチング特性を有した。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a vacuum triode using a field emission type electron-emitting device, which clearly shows the features of the present invention. In the figure, 101 is a single crystal silicon wafer serving as a substrate, 102, 103 and 105 are insulating films, and 10
4 is an extraction electrode which is a conductive film, 106 is a collector formed of amorphous aluminum by the CVD method using organic aluminum, which is a feature of the present invention, and 107 is a CVD method using organic aluminum, which is a feature of the present invention. Emitters made of single crystal aluminum by method, 108 and 1
09 is a power supply, and 110 is an ammeter. Main vacuum 3
An example of a method for manufacturing an electrode tube will be described with reference to FIG. First, Figure 2
As shown in (a), a silicon oxide film 202 with a thickness of 0.5 μm was deposited by normal vacuum sputtering on an n-type silicon substrate 201 with a crystal plane orientation of (111) and a resistivity of about 50 Ωcm. . Next, an etching hole 203 of 0.5 μm square was formed in this silicon oxide film by ordinary electron beam lithography and dry etching. Next, as shown in FIG. 2(b), a silicon oxide film 204, a tungsten film 205, and a silicon oxide film 206 are deposited to a thickness of 1 μm and 0.2 μm, respectively, by a normal vacuum sputtering method.
After sequentially depositing 1 .mu.m and 1 .mu.m, etching holes 207 of 1 .mu.m square were formed by ordinary electron beam lithography and dry etching. Next, as shown in FIG. 2C, a prototype 208 of a portion that will become an emitter for emitting electrons was formed by CVD using organic aluminum gas, which is one of the features of the present invention. Specifically, Figure 2
After placing the sample processed as in (b) on the sample stage of the CVD apparatus, the ultimate vacuum level is approximately 1 x 10-7 Torr.
The temperature of the substrate was heated to 270°C. DMAH (dimethylaluminum hydride), which is a liquid at room temperature
is bubbled with hydrogen gas to perform the CVD process together with the hydrogen gas.
When introduced into the apparatus and sprayed onto the sample surface from the nozzle, DMAH caused a decomposition reaction on the sample surface due to the substrate temperature and some influence of the single crystal silicon surface, and the monocrystalline silicon was exposed to the exposed part. Only single-crystal aluminum was deposited, and nothing else was deposited on the other parts. Here, by putting DMAH in a container and bubbling it with hydrogen gas, the DMAH vapor pressure in the hydrogen gas is 7.8 x 10-3 Torr, and the pressure of the CVD equipment includes hydrogen gas as a carrier gas. When the total pressure was 2 Torr, the deposition rate was about 200 Å/
It was min. Here, the deposition rate is the substrate temperature,
It varied depending on the DMAH vapor pressure and total pressure. By setting the deposition time, it was possible to make the cross-sectional shape of the deposited single crystal aluminum like 208 shown in FIG. 2(c). This means that the crystal plane orientation of single crystal aluminum deposited on a single crystal silicon substrate whose crystal plane direction is (111) is (100), and the growth rate of the (100) plane of this single crystal aluminum is (111). ) plane, the (100) plane eventually becomes invisible, and the 2
Crystal grains with sharp tips like 08 are obtained. Next, plasma of hydrogen gas and DMAH gas was formed near the sample surface by applying high frequency to the CVD apparatus, and single crystal aluminum further epitaxially grew on the previously formed single crystal aluminum. As shown in FIG. 2C, amorphous aluminum 209 was deposited on the silicon oxide film 206, on which nothing was deposited when plasma was not formed. This is considered to be because the DMAH gas is more likely to cause a decomposition reaction due to the promoting effect of plasma, and aluminum is also deposited on the silicon oxide surface heated to 270°C. In this way, a vacuum triode having a shape as shown in FIG. 2(d) was easily manufactured. This vacuum tube has a vacuum degree of 1 x 10-7T.
The single-crystal silicon substrate 101 is placed in a vacuum chamber evacuated to orr, and as shown in FIG. power supply 108
When about 50V was applied, electrons were emitted from the tip of the single crystal aluminum 107, and the ammeter 110 showed about 0.1A. By applying a voltage of 20V to 80V to the emitter/extractor electrode tube from the power supply 108, electron emission occurs and approximately 0.5A to 0.05A flows to the collector, indicating an ON state.By applying a voltage of 100V or more, electrons are emitted. No emission occurred, and no current flowed through the collector, indicating an OFF state. The device manufactured in this manner had good switching characteristics.
【００１９】図３は、本発明を利用して作製したフラッ
トディスプレイの１部分を、断面図図３（ｃ）と、この
断面図に示した矢印位置における平面図（図３（ａ）及
び図３（ｂ）とにより、模式的に示したものである。図
中、３０１はシリコン基板、３０２、３０３及び３０５
はそれぞれ絶縁体層、３０４は１方向に長い引き出し電
極、３０６は３０４と直交する方向に長いゲート、３０
７は電界放出型エミッタ、３０８は隔壁、３０９はバッ
クメタル、３１０は蛍光体、３１１はガラス基板である
。引き出し電極３０４とゲート３０６との交点にエミッ
タ３０７が位置しており、マトリクスを形成している。
以下に、本フラットディスプレイの製造方法について述
べる。先ず、図３（ｃ）に示した様に、結晶面方位が（
１１１）で、比抵抗が約５０ΩｃｍであるＮ型シリコン
基板３０１上に通常の真空スパッタ法により酸化シリコ
ン膜３０２を厚さ０．５μｍ堆積した。次に、この酸化
シリコン膜に通常の電子ビームリソグラフィー法とドラ
イエッチング法とにより０．５μｍ角のエッチング孔を
形成した。さらに、通常の真空スパッタ法により酸化シ
リコン膜３０３、タングステン膜３０４及び酸化シリコ
ン膜３０５をそれぞれ厚さ１μｍ、０．２μｍ及び０．
６μｍずつ順次堆積した後、通常の電子ビームリソグラ
フィー法とドライエッチング法とにより１μｍ角のエッ
チング孔を形成した。次に、本発明の特徴の１つである
有機アルミニウムガスを用いたＣＶＤ法により電子放出
を行なうエミッタ３０８となる部分の原形を形成した。
具体的には、試料を前記ＣＶＤ装置の試料ステージに設
置した後、到達真空度約１×１０−７Ｔｏｒｒに排気し
、基板温度を２７０℃に加熱した。室温で液体であるＤ
ＭＡＨ（ジメチルアルミニウムハイドライド）を水素ガ
スでバブリングして水素ガスと共に前記ＣＶＤ装置内に
導入し、ノズルより前記試料表面に噴射したところ、試
料表面においてＤＭＡＨが基板温度と基板である単結晶
シリコン表面の何等かの影響により分解反応を起こし、
単結晶シリコンが露出した部分にのみ単結晶のアルミニ
ウムが堆積し、それ以外の部分には何も堆積しなかった
。ここで、ＤＭＡＨを容器に入れ、水素ガスでバブリン
グすることにより、水素ガス中のＤＭＡＨ蒸気圧は７．
８×１０−３Ｔｏｒｒであり、ＣＶＤ装置の圧力として
はキャリアガスである水素ガスを含めた全圧として２Ｔ
ｏｒｒとしたところ、堆積速度は約２００Å／ｍｉｎ
であった。ここで、堆積速度は前記基板温度、ＤＭＡＨ
蒸気圧及び全圧により変化した。堆積時間を設定するこ
とにより、堆積した単結晶アルミニウムの断面形状を図
示した様に先端の尖った形とすることが可能であった。
これは、結晶面方位が（１１１）である単結晶シリコン
基板上に堆積する単結晶アルミニウムの結晶面方位は（
１００）であり、この単結晶アルミニウムは（１００）
面の成長速度が（１１１）面の成長速度より速いために
、やがて（１００）面は見えなくなり、先端の尖った結
晶粒が得られる。次に、先程のＣＶＤ装置に高周波を印
加することにより水素ガスとＤＭＡＨガスのプラズマを
試料表面付近に形成したところ、先に形成した単結晶ア
ルミニウム上にはさらに単結晶アルミニウムがエピタキ
シャル成長して、プラズマを形成しなかったときには何
も堆積しなかった酸化シリコン膜３０５上には非晶質ア
ルミニウム３０６が堆積した。これは、プラズマによる
促進効果によりＤＭＡＨガスが分解反応を起こし易くな
り、２７０℃に加熱した酸化シリコン表面にもアルミニ
ウムが堆積するようになったものと考えられる。さらに
、通常のフォトレジストにより隔壁３０８の反転パター
ンを作製し、全面に酸化シリコンを電子ビーム蒸着後、
前記フォトレジストのリフトオフプロセスにより前記酸
化シリコン膜の隔壁３０８を形成した。この隔壁３０８
としての絶縁膜の絶縁抵抗値や膜質はあまり重要ではな
いので、電子ビーム蒸着による酸化シリコン膜を用いた
。この隔壁は隣の素子とのクロストークを防ぐ効果と、
内部が真空である本フラットディスプレイを耐大気圧構
造とするために重要である。このようにして、フラット
ディスプレイの電子放出側を容易に作製できた。次に、
表示側の作製方法について述べる。ガラス基板３１１上
に赤、緑、青の３原色の蛍光体を塗り分けるために、フ
ォトレジストにより１色ずつリフトオフ法を繰り返して
作製した。これは、ブラウン管やプラズマディスプレイ
パネルの様な通常の蛍光体を用いたカラーディスプレイ
の作製方法の１種である。３色の蛍光体３１０が塗り終
わった後、その表面へ通常の電子ビーム蒸着法によりア
ルミニウムを堆積してバックメタル３０９とした。この
バックメタルは、エミッタより放出した電子ビームを蛍
光体に衝突させるときの加速電極としての役割と、蛍光
体よりの発光を前面に反射させることによるディスプレ
イの輝度アップの役割とがある。この様にして作製した
電子放出側と表示側とを真空封着することにより本フラ
ットディスプレイを完成した。本ディスプレイの模式的
な分解斜視図を図４に示した。本ディスプレイは、通常
の液晶ディスプレイ等のＸＹマトリクスを形成したディ
スプレイの駆動と同じように、それぞれ直交した異なる
方向に長い引き出し電極３０４とゲート３０６との交点
に位置するエミッタ３０７から放出した電子ビームのみ
が蛍光体３１０を発光させるものである。FIG. 3 shows a cross-sectional view of a portion of a flat display manufactured using the present invention (FIG. 3(c)) and a plan view (FIG. 3(a) and FIG. 3(b). In the figure, 301 is a silicon substrate, 302, 303, and 305.
are insulator layers, 304 is an extraction electrode long in one direction, 306 is a gate long in a direction perpendicular to 304, and 30
7 is a field emission type emitter, 308 is a partition, 309 is a back metal, 310 is a phosphor, and 311 is a glass substrate. An emitter 307 is located at the intersection of the extraction electrode 304 and the gate 306, forming a matrix. The method for manufacturing this flat display will be described below. First, as shown in Figure 3(c), the crystal plane orientation is (
111), a silicon oxide film 302 having a thickness of 0.5 μm was deposited on an N-type silicon substrate 301 having a specific resistance of about 50 Ωcm by a normal vacuum sputtering method. Next, etching holes of 0.5 μm square were formed in this silicon oxide film by ordinary electron beam lithography and dry etching. Furthermore, a silicon oxide film 303, a tungsten film 304, and a silicon oxide film 305 are formed with thicknesses of 1 μm, 0.2 μm, and 0.0 μm, respectively, by a normal vacuum sputtering method.
After sequentially depositing 6 μm each, etching holes of 1 μm square were formed by ordinary electron beam lithography and dry etching. Next, a prototype of a portion that will become the emitter 308 that emits electrons was formed by CVD using organic aluminum gas, which is one of the features of the present invention. Specifically, after the sample was placed on the sample stage of the CVD apparatus, the vacuum was evacuated to an ultimate vacuum of about 1 x 10-7 Torr, and the substrate temperature was heated to 270°C. D is liquid at room temperature
When MAH (dimethylaluminum hydride) was bubbled with hydrogen gas and introduced into the CVD apparatus together with the hydrogen gas, it was injected onto the sample surface from the nozzle. A decomposition reaction occurs due to some influence,
Single-crystal aluminum was deposited only on the exposed parts of single-crystal silicon, and nothing was deposited on other parts. Here, by putting DMAH in a container and bubbling it with hydrogen gas, the DMAH vapor pressure in the hydrogen gas becomes 7.
The pressure of the CVD equipment is 2T as the total pressure including the carrier gas hydrogen gas.
orr, the deposition rate is about 200 Å/min
Met. Here, the deposition rate is the substrate temperature, DMAH
It varied depending on vapor pressure and total pressure. By setting the deposition time, it was possible to form the cross-sectional shape of the deposited single crystal aluminum into a pointed shape as shown in the figure. This means that the crystal plane orientation of single crystal aluminum deposited on a single crystal silicon substrate whose crystal plane orientation is (111) is (111).
100), and this single crystal aluminum is (100)
Since the growth rate of the (111) plane is faster than that of the (111) plane, the (100) plane eventually disappears and crystal grains with sharp tips are obtained. Next, plasma of hydrogen gas and DMAH gas was formed near the surface of the sample by applying high frequency to the CVD equipment, and single crystal aluminum further epitaxially grew on the previously formed single crystal aluminum, and the plasma Amorphous aluminum 306 was deposited on the silicon oxide film 305, on which nothing was deposited when no amorphous aluminum was formed. This is considered to be because the DMAH gas is more likely to cause a decomposition reaction due to the promoting effect of plasma, and aluminum is also deposited on the silicon oxide surface heated to 270°C. Furthermore, an inverted pattern of the barrier ribs 308 is made using a normal photoresist, and after electron beam evaporation of silicon oxide on the entire surface,
The barrier ribs 308 of the silicon oxide film were formed by the photoresist lift-off process. This partition wall 308
Since the insulation resistance value and film quality of the insulating film are not very important, a silicon oxide film formed by electron beam evaporation was used. This partition wall has the effect of preventing crosstalk with neighboring elements,
This is important in order to make this flat display, which has a vacuum inside, resistant to atmospheric pressure. In this way, the electron-emitting side of the flat display could be easily produced. next,
The method for manufacturing the display side will be described. In order to separately coat the three primary colors of phosphors of red, green, and blue on the glass substrate 311, a lift-off method was repeated for each color using photoresist. This is one type of method for producing color displays using common phosphors such as cathode ray tubes and plasma display panels. After the three-color phosphor 310 was coated, aluminum was deposited on the surface by the usual electron beam evaporation method to form a back metal 309. This back metal has the role of an accelerating electrode when the electron beam emitted from the emitter collides with the phosphor, and the role of increasing the brightness of the display by reflecting the light emitted from the phosphor to the front. This flat display was completed by vacuum sealing the electron emitting side and the display side fabricated in this manner. A schematic exploded perspective view of this display is shown in FIG. This display is driven only by electron beams emitted from emitters 307 located at the intersections of long extraction electrodes 304 and gates 306, which are long in different orthogonal directions, in the same way as the drive of a display that forms an XY matrix such as a normal liquid crystal display. is what causes the phosphor 310 to emit light.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上説明した様に、有機アルミニウムガ
スを用いた化学的気相成長法により、単結晶シリコン基
板が露出した部分にのみアルミニウムが堆積可能であり
、且つ、そのアルミニウムが単結晶であるため、電界放
出型電子放出素子のエミッタのように先端のとがった構
造が容易に形成可能である。また、不必要な部分には堆
積しないので工程の簡略化が容易である。また、絶縁体
上においても同様の堆積法を用いてアルミニウムを堆積
した場合は、絶縁体表面をプラズマ処理することにより
、非晶質のアルミニウムが堆積可能である。したがって
、電界放出型電子放出部のエミッタ及び引き出し電極や
ゲート等を同一のＣＶＤ装置内で形成可能であり、プロ
セスの簡略化に大いに貢献するものである。[Effects of the Invention] As explained above, by chemical vapor deposition using organic aluminum gas, aluminum can be deposited only on the exposed portion of a single crystal silicon substrate, and the aluminum can be deposited in a single crystal. Therefore, a structure with a pointed tip like an emitter of a field emission type electron-emitting device can be easily formed. Furthermore, since it is not deposited on unnecessary parts, it is easy to simplify the process. Furthermore, when aluminum is deposited on an insulator using a similar deposition method, amorphous aluminum can be deposited by plasma treating the surface of the insulator. Therefore, the emitter, extraction electrode, gate, etc. of the field emission type electron emitting section can be formed in the same CVD apparatus, which greatly contributes to process simplification.
【図１】本発明を実施した電界放出型電子放出素子によ
る真空３極管の断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view of a vacuum triode made of a field emission type electron-emitting device embodying the present invention.
【図２】図１に示した真空３極管の製造工程を示した断
面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the vacuum triode shown in FIG. 1.
【図３】本発明を実施した電界放出型電子放出素子によ
るフラットディスプレイを示し、（ａ）、（ｂ）は断面
図、（ｃ）は平面図。FIG. 3 shows a flat display using a field emission type electron-emitting device according to the present invention, in which (a) and (b) are cross-sectional views, and (c) is a plan view.
【図４】図３に示したフラットディスプレイの分解斜視
図。FIG. 4 is an exploded perspective view of the flat display shown in FIG. 3.
【図５】従来の電界放出型電子放出素子の断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional field emission type electron-emitting device.
【図６】従来の電界放出型電子放出素子の製造工程を示
した断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of a conventional field emission type electron-emitting device.
１０１ 単結晶シリコンウエハ
１０２，１０３，１０５ 絶縁膜１０４
引き出し電極
１０６ コレクタ
１０７ エミッタ
１０８，１０９ 電源
１１０ 電流計101 Single crystal silicon wafer 102, 103, 105 Insulating film 104
Extraction electrode 106 Collector 107 Emitter 108, 109 Power supply 110 Ammeter
Claims (4)
基体の表面に形成された絶縁体層と、この絶縁体層に形
成した、前記単結晶シリコンが露出する穴と、この穴内
に露出する前記単結晶シリコンの表面に、アルミニウム
を構成元素の１つとする有機アルミニウムガスを用いた
化学的気相成長法により堆積された、先端の尖った単結
晶アルミニウム堆積部とを備え、この堆積部をエミッタ
として用いたことを特徴とする電界放出型電子放出素子
。1. A base made of single crystal silicon, an insulating layer formed on the surface of the base, a hole formed in the insulating layer through which the single crystal silicon is exposed, and a base made of single crystal silicon exposed in the hole. A single-crystal aluminum deposited portion with a pointed tip is deposited on the surface of single-crystal silicon by a chemical vapor deposition method using an organic aluminum gas containing aluminum as one of the constituent elements, and this deposited portion is used as an emitter. A field emission type electron emitting device characterized in that it is used as a.
ル・アルミニウム・ハイドライド、ジエチル・アルミニ
ウム・ハイドライド、モノメチル・アルミニウム・ハイ
ドライドあるいはトリメチル・アンモニウム・アルミニ
ウム・ハイドライドであることを特徴とする請求項１に
記載の電界放出型電子放出素子。2. The electric field according to claim 1, wherein the organoaluminum gas is dimethyl aluminum hydride, diethyl aluminum hydride, monomethyl aluminum hydride, or trimethyl ammonium aluminum hydride. Emissive electron emitting device.
ＶＤ法により、プラズマ処理を施した絶縁体上に堆積し
た非晶質アルミニウムを、前記単結晶アルミニウムのエ
ミッタとの間で高電界を形成して電子をエミッタ表面よ
り引き出すための引き出し電極として用いたことを特徴
とする請求項１に記載の電界放出型電子放出素子。[Claim 3] C using the organic aluminum gas
Amorphous aluminum deposited on a plasma-treated insulator by the VD method was used as an extraction electrode to form a high electric field with the single-crystal aluminum emitter and extract electrons from the emitter surface. The field emission type electron-emitting device according to claim 1, characterized in that:
基体に複数個設けられていることを特徴とする請求項１
〜３に記載の電界放出型電子放出素子。4. Claim 1, wherein a plurality of the emitters and extraction electrodes are provided on the same base.
3. The field emission type electron-emitting device according to 3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5559591A JP3135131B2 (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Electron-emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5559591A JP3135131B2 (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Electron-emitting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04274123A true JPH04274123A (en) | 1992-09-30 |
| JP3135131B2 JP3135131B2 (en) | 2001-02-13 |
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ID=13003121
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5739628A (en) * | 1995-05-31 | 1998-04-14 | Nec Corporation | Field emission type cold cathode device with conical emitter electrode and method for fabricating the same |
-
1991
- 1991-02-28 JP JP5559591A patent/JP3135131B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5739628A (en) * | 1995-05-31 | 1998-04-14 | Nec Corporation | Field emission type cold cathode device with conical emitter electrode and method for fabricating the same |
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| JP3135131B2 (en) | 2001-02-13 |
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