JPH04359831A - 電子放出素子 - Google Patents
電子放出素子Info
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- JPH04359831A JPH04359831A JP3132633A JP13263391A JPH04359831A JP H04359831 A JPH04359831 A JP H04359831A JP 3132633 A JP3132633 A JP 3132633A JP 13263391 A JP13263391 A JP 13263391A JP H04359831 A JPH04359831 A JP H04359831A
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Landscapes
- 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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子顕微鏡、電子ビー
ム露光装置、ＣＲＴ等、各種電子ビーム装置の発生源と
して利用することができる電子放出素子に関するもので
ある。
ム露光装置、ＣＲＴ等、各種電子ビーム装置の発生源と
して利用することができる電子放出素子に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】近年、微細加工技術の進展に伴い、加熱
を必要としない電子放出素子、いわゆる冷陰極、特に、
微小冷陰極に関する研究開発が活発になってきており、
幾つかあるタイプの中で、電界放出型の電子放出素子が
よく研究されている。電界放出型の電子放出素子は、電
子を放出させるために陰極エミッタの先端の曲率が数百
ｎｍ以下となるように針状加工され、このエミッタ先端
に１０７ Ｖ／ｃｍ程度の強電界を集中させることによ
り電子放出を行わせるように構成されている。この電界
放出型の電子放出素子は、（１）電流密度が高い、（２
）陰極を加熱する必要がないので、電力消費が非常に少
ないなどの特徴を有する。
を必要としない電子放出素子、いわゆる冷陰極、特に、
微小冷陰極に関する研究開発が活発になってきており、
幾つかあるタイプの中で、電界放出型の電子放出素子が
よく研究されている。電界放出型の電子放出素子は、電
子を放出させるために陰極エミッタの先端の曲率が数百
ｎｍ以下となるように針状加工され、このエミッタ先端
に１０７ Ｖ／ｃｍ程度の強電界を集中させることによ
り電子放出を行わせるように構成されている。この電界
放出型の電子放出素子は、（１）電流密度が高い、（２
）陰極を加熱する必要がないので、電力消費が非常に少
ないなどの特徴を有する。
【０００３】また、従来の電界放出型の電子放出素子の
他の例として、特願平２−１３３３９７号に記載された
構成が知られている。図１６（ａ）〜（ｃ）はこの従来
の電子放出素子を示し、図１６（ａ）は平面図、図１６
（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ図１６（ａ）のＣ−Ｃ線
およびＤ−Ｄ線に沿う断面図である（なお、図１６（ａ
）の平面図には、理解しやすいように図１６（ｂ）、（
ｃ）に対応する各部に同方向の斜線を付してある。）。
他の例として、特願平２−１３３３９７号に記載された
構成が知られている。図１６（ａ）〜（ｃ）はこの従来
の電子放出素子を示し、図１６（ａ）は平面図、図１６
（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ図１６（ａ）のＣ−Ｃ線
およびＤ−Ｄ線に沿う断面図である（なお、図１６（ａ
）の平面図には、理解しやすいように図１６（ｂ）、（
ｃ）に対応する各部に同方向の斜線を付してある。）。
【０００４】図１６（ａ）〜（ｃ）に示すように、ガラ
ス等からなる絶縁基板１１１の上に導電性物質からなる
ベース電極１１２が形成され、ベース電極１１２の上に
このベース電極１１２から電流が供給される陰極部１１
３が形成されている。この陰極部１１３としては、仕事
関数が低く、かつ高融点の材料が望ましく、例えば、Ｓ
ｉＣ、ＺｒＣ、ＴｉＣ、Ｍｏ、Ｗ等が用いられている。 陰極部１１３は中心より四方に延びる十字状で、エッジ
部１１４を有するように断面において矩形、若しくは台
形に形成され、かつ平面における幅ｗが先端側から中心
側に至るに従い０から所定の大きさまで徐々に直線的に
変化する、いわゆる楔形状に設定されている。ベース電
極１１２の上の陰極部１１３の下側外縁部と陰極部１１
３の形成されていない部分には絶縁層１１５が形成され
ている。陰極部１１３の周囲には、この陰極部１１３に
対し、所定の間隔をおいて絶縁層１１６と制御電極１１
７が絶縁層１１５の上に順次形成されている。絶縁層１
１６はＡｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 等からなり、陰極部
１１３の厚さと同等以上の厚さに形成され、制御電極１
１７は陰極部１１３から電子を引き出すためのものであ
り、金属等で形成されている。
ス等からなる絶縁基板１１１の上に導電性物質からなる
ベース電極１１２が形成され、ベース電極１１２の上に
このベース電極１１２から電流が供給される陰極部１１
３が形成されている。この陰極部１１３としては、仕事
関数が低く、かつ高融点の材料が望ましく、例えば、Ｓ
ｉＣ、ＺｒＣ、ＴｉＣ、Ｍｏ、Ｗ等が用いられている。 陰極部１１３は中心より四方に延びる十字状で、エッジ
部１１４を有するように断面において矩形、若しくは台
形に形成され、かつ平面における幅ｗが先端側から中心
側に至るに従い０から所定の大きさまで徐々に直線的に
変化する、いわゆる楔形状に設定されている。ベース電
極１１２の上の陰極部１１３の下側外縁部と陰極部１１
３の形成されていない部分には絶縁層１１５が形成され
ている。陰極部１１３の周囲には、この陰極部１１３に
対し、所定の間隔をおいて絶縁層１１６と制御電極１１
７が絶縁層１１５の上に順次形成されている。絶縁層１
１６はＡｌ２ Ｏ３ 、ＳｉＯ２ 等からなり、陰極部
１１３の厚さと同等以上の厚さに形成され、制御電極１
１７は陰極部１１３から電子を引き出すためのものであ
り、金属等で形成されている。
【０００５】以上のように構成された電子放出素子にお
いて、以下、その動作について説明する。陰極部１１３
が負、制御電極１１７が正となるように両者の間に電圧
を印加すると、陰極部１１３のエッジ部１１４に電気力
線が集中し、強電界となる。このとき、陰極部１１３お
よび制御電極１１７の幅が場所によって徐々に変わって
いるため、電界強度も変化することになる。したがって
、製造時において陰極部１１３および制御電極１１７の
パターン精度にバラツキが生じても、電子を放出するの
に必要な電界強度となる陰極部１１３のエッジ部は必ず
存在し、そのため、安定した電子放出特性を得ることが
できる。
いて、以下、その動作について説明する。陰極部１１３
が負、制御電極１１７が正となるように両者の間に電圧
を印加すると、陰極部１１３のエッジ部１１４に電気力
線が集中し、強電界となる。このとき、陰極部１１３お
よび制御電極１１７の幅が場所によって徐々に変わって
いるため、電界強度も変化することになる。したがって
、製造時において陰極部１１３および制御電極１１７の
パターン精度にバラツキが生じても、電子を放出するの
に必要な電界強度となる陰極部１１３のエッジ部は必ず
存在し、そのため、安定した電子放出特性を得ることが
できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の構成では、陰極部１１３の断面形状が矩形、若し
くは台形であるため、陰極部１１３の上面のエッジ部１
１４に十分に電界集中することができず、電子放出特性
を十分に向上させることができないという問題があった
。
来例の構成では、陰極部１１３の断面形状が矩形、若し
くは台形であるため、陰極部１１３の上面のエッジ部１
１４に十分に電界集中することができず、電子放出特性
を十分に向上させることができないという問題があった
。
【０００７】本発明は、上記従来技術の問題を解決する
ものであり、電界集中度を増すことができ、したがって
、低電圧で動作させることができると共に、電子放出特
性を向上させることができるようにした電子放出素子を
提供し、また、上記目的に加えて不必要な部分への電界
集中が起きないようにして動作を安定させることができ
るようにした電子放出素子を提供することを目的とする
ものである。
ものであり、電界集中度を増すことができ、したがって
、低電圧で動作させることができると共に、電子放出特
性を向上させることができるようにした電子放出素子を
提供し、また、上記目的に加えて不必要な部分への電界
集中が起きないようにして動作を安定させることができ
るようにした電子放出素子を提供することを目的とする
ものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の技術的解決手段は、基板と、この基板上に形
成されたベース電極と、このベース電極上の一部に形成
された陰極接続部と、この陰極接続部の上に形成され、
表面に比べて裏面の方が広くなり、裏面側端縁が断面鋭
角のエッジ部となるメサ形状で、幅が徐々に変化する楔
状部分を有する陰極部と、この陰極部の楔状部分と所定
の間隔をおいて形成された絶縁層と、この絶縁層上に形
成され、上記陰極部から電子を引き出すための制御電極
とを備えたものである。
に本発明の技術的解決手段は、基板と、この基板上に形
成されたベース電極と、このベース電極上の一部に形成
された陰極接続部と、この陰極接続部の上に形成され、
表面に比べて裏面の方が広くなり、裏面側端縁が断面鋭
角のエッジ部となるメサ形状で、幅が徐々に変化する楔
状部分を有する陰極部と、この陰極部の楔状部分と所定
の間隔をおいて形成された絶縁層と、この絶縁層上に形
成され、上記陰極部から電子を引き出すための制御電極
とを備えたものである。
【０００９】上記目的を達成するための本発明の他の技
術的解決手段は、上記技術的解決手段における陰極部の
エッジ部が陰極接続部の側方に突出されたものである。
術的解決手段は、上記技術的解決手段における陰極部の
エッジ部が陰極接続部の側方に突出されたものである。
【００１０】または基板と、この基板上に形成されたベ
ース電極と、このベース電極上の一部に形成された陰極
接続部と、この陰極接続部の上に形成され、表面に比べ
て裏面の方が狭くなり、表面側端縁が断面鋭角のエッジ
部となる逆メサ形状で幅が徐々に変化する楔状部分を有
する陰極部と、この陰極部の楔状部分と所定の間隔をお
いて形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成され、上
記陰極部から電子を引き出すための制御電極とを備えた
ものである。
ース電極と、このベース電極上の一部に形成された陰極
接続部と、この陰極接続部の上に形成され、表面に比べ
て裏面の方が狭くなり、表面側端縁が断面鋭角のエッジ
部となる逆メサ形状で幅が徐々に変化する楔状部分を有
する陰極部と、この陰極部の楔状部分と所定の間隔をお
いて形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成され、上
記陰極部から電子を引き出すための制御電極とを備えた
ものである。
【００１１】そして、上記各技術的解決手段における陰
極接続部を陰極部と異なる導電体材料、若しくは半導電
体材料のいずれかにより形成することができる。
極接続部を陰極部と異なる導電体材料、若しくは半導電
体材料のいずれかにより形成することができる。
【００１２】
【作用】本発明は、上記構成により、陰極部に陰極接続
部を介して電気的に接続されているベース電極と制御電
極との間に電圧を印加することにより、陰極部のエッジ
部に電気力線が集中し、強電界となるので、電子を放出
することができる。そして、陰極部のエッジ部を断面鋭
角に形成しているので、電界の集中度を増すことができ
る。
部を介して電気的に接続されているベース電極と制御電
極との間に電圧を印加することにより、陰極部のエッジ
部に電気力線が集中し、強電界となるので、電子を放出
することができる。そして、陰極部のエッジ部を断面鋭
角に形成しているので、電界の集中度を増すことができ
る。
【００１３】また、電界の集中する陰極部のエッジ部を
陰極接続部の側方へ突出させて空中に浮かすように構成
することにより、不必要な部分への電界集中が起きない
ようにすることができる。
陰極接続部の側方へ突出させて空中に浮かすように構成
することにより、不必要な部分への電界集中が起きない
ようにすることができる。
【００１４】
（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について図面
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
【００１５】図１（ａ）は本発明の第１の実施例におけ
る電子放出素子を示す平面図、図１（ｂ）および図１（
ｃ）はそれぞれ図１（ａ）におけるＡ−Ａ線およびＢ−
Ｂ線に沿う断面図である（なお、図１（ａ）の平面図に
は、理解しやすいように図１（ｂ）、（ｃ）に対応する
各部に同方向の斜線を付してある。）。
る電子放出素子を示す平面図、図１（ｂ）および図１（
ｃ）はそれぞれ図１（ａ）におけるＡ−Ａ線およびＢ−
Ｂ線に沿う断面図である（なお、図１（ａ）の平面図に
は、理解しやすいように図１（ｂ）、（ｃ）に対応する
各部に同方向の斜線を付してある。）。
【００１６】図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように
、ガラス、Ａｌ２ Ｏ３ 、Ｓｉ等からなる絶縁性の基
板１１の上に、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｉｎ２ Ｏ３ 、Ｔ
ａ等からなるベース電極１２が形成され、ベース電極１
２上の所定の部分に、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ等か
らなる陰極接続部１３が形成され、陰極接続部１３の上
にＭｏ、Ｗ、ＺｒＣ、ＬａＢ６ 等からなる陰極部１４
が形成されている。この陰極部１４は、平面において、
少なくともその一部の幅が先端側から中心側に至るに従
い０から所定の大きさまで徐々に直線的に変化する、い
わゆる楔状に形成され、しかも、表面に比べて裏面の方
が広くなる、いわゆるメサ形状に形成され、裏面側端縁
に断面鋭角のエッジ部１５が形成されている。したがっ
て、先端裏面側にエッジ部１５が交わる尖鋭部１５ａが
形成されている。陰極部１４の尖鋭部１５ａを含むエッ
ジ部１５は陰極接続部１３の側方に突出されて空中に浮
くように設定されている。陰極部１４から所定の間隔を
おいて、ベース電極１２の上にＳｉＯ２ 、Ａｌ２ Ｏ
３ 、Ｓｉ３ Ｎ４ 等からなる絶縁層１６が形成され
、絶縁層１６の上に陰極部１４から電子を引き出すため
のＣｒ、Ｍｏ、Ｗ等からなる制御電極１７が形成されて
いる。
、ガラス、Ａｌ２ Ｏ３ 、Ｓｉ等からなる絶縁性の基
板１１の上に、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｉｎ２ Ｏ３ 、Ｔ
ａ等からなるベース電極１２が形成され、ベース電極１
２上の所定の部分に、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ等か
らなる陰極接続部１３が形成され、陰極接続部１３の上
にＭｏ、Ｗ、ＺｒＣ、ＬａＢ６ 等からなる陰極部１４
が形成されている。この陰極部１４は、平面において、
少なくともその一部の幅が先端側から中心側に至るに従
い０から所定の大きさまで徐々に直線的に変化する、い
わゆる楔状に形成され、しかも、表面に比べて裏面の方
が広くなる、いわゆるメサ形状に形成され、裏面側端縁
に断面鋭角のエッジ部１５が形成されている。したがっ
て、先端裏面側にエッジ部１５が交わる尖鋭部１５ａが
形成されている。陰極部１４の尖鋭部１５ａを含むエッ
ジ部１５は陰極接続部１３の側方に突出されて空中に浮
くように設定されている。陰極部１４から所定の間隔を
おいて、ベース電極１２の上にＳｉＯ２ 、Ａｌ２ Ｏ
３ 、Ｓｉ３ Ｎ４ 等からなる絶縁層１６が形成され
、絶縁層１６の上に陰極部１４から電子を引き出すため
のＣｒ、Ｍｏ、Ｗ等からなる制御電極１７が形成されて
いる。
【００１７】以上のように構成された電子放出素子にお
いて、以下、その動作について説明する。陰極部１４に
陰極接続部１３を介して電気的に接続されているベース
電極１２が負、制御電極１８が正となるように両者の間
に電圧を印加すると、陰極部１４に電圧が印加され、陰
極部１４における断面鋭角のエッジ部１５に電気力線が
集中する。本実施例では、シミュレーションの結果から
明らかなように、特に、楔状陰極部１４の先端裏面側の
尖鋭部１５ａに電気力線が集中する。そして、所定の電
界以上になるとトンネル現象によって電子が真空中に透
過し、尖鋭部１５ａから電子が放出される。
いて、以下、その動作について説明する。陰極部１４に
陰極接続部１３を介して電気的に接続されているベース
電極１２が負、制御電極１８が正となるように両者の間
に電圧を印加すると、陰極部１４に電圧が印加され、陰
極部１４における断面鋭角のエッジ部１５に電気力線が
集中する。本実施例では、シミュレーションの結果から
明らかなように、特に、楔状陰極部１４の先端裏面側の
尖鋭部１５ａに電気力線が集中する。そして、所定の電
界以上になるとトンネル現象によって電子が真空中に透
過し、尖鋭部１５ａから電子が放出される。
【００１８】このように本実施例によれば、陰極部１４
をメサ形状とし、陰極部１４の裏面側のエッジ部１５の
断面形状を尖鋭化させている。これによりエッジ部１５
、特に、尖鋭部１５ａにおける電界の集中度が増し、低
電圧で動作させることができると共に、電子放出特性を
向上させることができる。また、陰極部１４における電
界の集中するエッジ部（尖鋭部１５ａを含む）１５を陰
極接続部１３の側方に突出させて空中に浮くように形成
しているので、不必要な部分への電界集中が起こらず、
電子放出動作を安定させることができる。
をメサ形状とし、陰極部１４の裏面側のエッジ部１５の
断面形状を尖鋭化させている。これによりエッジ部１５
、特に、尖鋭部１５ａにおける電界の集中度が増し、低
電圧で動作させることができると共に、電子放出特性を
向上させることができる。また、陰極部１４における電
界の集中するエッジ部（尖鋭部１５ａを含む）１５を陰
極接続部１３の側方に突出させて空中に浮くように形成
しているので、不必要な部分への電界集中が起こらず、
電子放出動作を安定させることができる。
【００１９】次に、図１（ａ）〜（ｃ）に示した上記第
１の実施例における電子放出素子の一製造方法について
、図２ないし図７に示す断面図を参照しながら説明する
（なお、各図は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に相当する断面図
である。）。
１の実施例における電子放出素子の一製造方法について
、図２ないし図７に示す断面図を参照しながら説明する
（なお、各図は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に相当する断面図
である。）。
【００２０】まず、図２に示すように、ガラス、Ａｌ２
Ｏ３ 、Ｓｉ等からなる基板１１の上に、Ｃｒ、Ｐｔ
、Ｉｎ２ Ｏ３ 、Ｔａ等からなるベース電極１２、Ａ
ｕ、Ｃ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｇｅ等からなる陰極接続部材料２
３、Ｍｏ、Ｗ等からなる陰極材料２４およびＡｌ、Ｓｉ
Ｏ２ 等からなるマスク材３１を例えば、蒸着等の方法
により順次形成する。次に、図３に示すように、マスク
材３１の上に通常のリソグラフィー技術を用い、形成し
ようとする陰極部１４の形状に対応したレジストパター
ン３２を形成し、このレジストパターン３２をマスクと
してマスク材３１をエッチング加工する。次に、図４に
示すように、エッチング加工されたマスク材３１をマス
クとし、例えば、ＣＦ４ 系ガスによるリアクティブ・
イオン・エッチングにより、陰極材料２４をマスク材３
１のパターンよりやや小さくなるように加工し、陰極部
１４を形成する。この陰極部１４の加工の際、等方性エ
ッチングの条件にすることにより、裾が広がった、すな
わち、表面より裏面の方が広くなるメサ形状に形成し、
裏面側端縁に断面鋭角のエッジ部１５を形成すると共に
、先端裏面側に尖鋭部１５ａ（図１（ａ）、（ｂ）参照
）を形成することができる。したがって、陰極接続部材
料２３として、ＣＦ４ 系ガスでエッチングされない材
料を用いる必要がある。次に、図５に示すように、マス
ク材３１および陰極部１４をマスクとし、例えば、Ｃｌ
２ 系ガスを用いて陰極接続部材料２３を陰極部１４の
パターンよりやや小さくなるようにエッチング加工する
ことにより陰極接続部１３を形成し、陰極部１４の尖鋭
部１５ａを含むエッジ部１５を陰極接続部１３の側方へ
突出させて空中に浮かせる。したがって、陰極材料２４
として、Ｃｌ２ 系ガスでエッチングされない材料を用
いる必要がある。 次に、図６に示すように、ＳｉＯ２ 、Ａｌ２ Ｏ３
、Ｓｉ３ Ｎ４ 等からなる絶縁層１６およびＭｏ、Ｗ
、Ｃｒ等からなる制御電極１７を上方から順次蒸着等の
方法により全面に形成する。最後に、図７に示すように
、マスク材３１をその上の絶縁層１６および制御電極１
７と共にリフトオフすることにより、陰極部１４を露出
させ、この陰極部１４から所定の間隔をおいて絶縁層１
６、制御電極１７を形成した本実施例の電子放出素子を
製造することができる。
Ｏ３ 、Ｓｉ等からなる基板１１の上に、Ｃｒ、Ｐｔ
、Ｉｎ２ Ｏ３ 、Ｔａ等からなるベース電極１２、Ａ
ｕ、Ｃ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｇｅ等からなる陰極接続部材料２
３、Ｍｏ、Ｗ等からなる陰極材料２４およびＡｌ、Ｓｉ
Ｏ２ 等からなるマスク材３１を例えば、蒸着等の方法
により順次形成する。次に、図３に示すように、マスク
材３１の上に通常のリソグラフィー技術を用い、形成し
ようとする陰極部１４の形状に対応したレジストパター
ン３２を形成し、このレジストパターン３２をマスクと
してマスク材３１をエッチング加工する。次に、図４に
示すように、エッチング加工されたマスク材３１をマス
クとし、例えば、ＣＦ４ 系ガスによるリアクティブ・
イオン・エッチングにより、陰極材料２４をマスク材３
１のパターンよりやや小さくなるように加工し、陰極部
１４を形成する。この陰極部１４の加工の際、等方性エ
ッチングの条件にすることにより、裾が広がった、すな
わち、表面より裏面の方が広くなるメサ形状に形成し、
裏面側端縁に断面鋭角のエッジ部１５を形成すると共に
、先端裏面側に尖鋭部１５ａ（図１（ａ）、（ｂ）参照
）を形成することができる。したがって、陰極接続部材
料２３として、ＣＦ４ 系ガスでエッチングされない材
料を用いる必要がある。次に、図５に示すように、マス
ク材３１および陰極部１４をマスクとし、例えば、Ｃｌ
２ 系ガスを用いて陰極接続部材料２３を陰極部１４の
パターンよりやや小さくなるようにエッチング加工する
ことにより陰極接続部１３を形成し、陰極部１４の尖鋭
部１５ａを含むエッジ部１５を陰極接続部１３の側方へ
突出させて空中に浮かせる。したがって、陰極材料２４
として、Ｃｌ２ 系ガスでエッチングされない材料を用
いる必要がある。 次に、図６に示すように、ＳｉＯ２ 、Ａｌ２ Ｏ３
、Ｓｉ３ Ｎ４ 等からなる絶縁層１６およびＭｏ、Ｗ
、Ｃｒ等からなる制御電極１７を上方から順次蒸着等の
方法により全面に形成する。最後に、図７に示すように
、マスク材３１をその上の絶縁層１６および制御電極１
７と共にリフトオフすることにより、陰極部１４を露出
させ、この陰極部１４から所定の間隔をおいて絶縁層１
６、制御電極１７を形成した本実施例の電子放出素子を
製造することができる。
【００２１】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について図面を参照しながら説明する。
について図面を参照しながら説明する。
【００２２】図８（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施
例における電子放出素子を示し、それぞれ図１（ｂ）、
（ｃ）と同様の断面図である。本実施例において、平面
形状は上記第１の実施例の平面図とほぼ同様であるので
、断面図のみ示す。
例における電子放出素子を示し、それぞれ図１（ｂ）、
（ｃ）と同様の断面図である。本実施例において、平面
形状は上記第１の実施例の平面図とほぼ同様であるので
、断面図のみ示す。
【００２３】図８（ａ）、（ｂ）に示すように、ガラス
、Ａｌ２ Ｏ３ 、Ｓｉ等からなる絶縁性の基板４１の
上に、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｉｎ２ Ｏ３ 、Ｔａ等から
なるベース電極４２が形成され、ベース電極４２上の所
定の部分に、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ等からなる陰
極接続部４３が形成され，陰極接続部４３の上にＭｏ、
Ｗ、ＺｒＣ、ＬａＢ６ 等からなる陰極部４４が形成さ
れている。この陰極部４４は、平面において、少なくと
もその一部の幅が徐々に直線的に変化する、いわゆる楔
状に形成され、しかも、表面に比べて裏面の方が狭くな
る、いわゆる逆メサ形状に形成され、表面側端縁に断面
鋭角のエッジ部４５が形成されている。したがって、先
端表面側にエッジ部４５ａが交わる尖鋭部４５ａが形成
されている。陰極部４４は逆メサ形状に形成されている
ので、尖鋭部４５ａを含むエッジ部４５は陰極接続部４
３の側方に突出されて空中に浮かされている。陰極部４
４から所定の間隔をおいて、ベース電極４２の上にＳｉ
Ｏ２ 、Ａｌ２ Ｏ３ 、Ｓｉ３ Ｎ４ 等からなる絶
縁層４６が形成され、絶縁層４６の上に陰極部４４から
電子を引き出すためのＣｒ、Ｍｏ、Ｗ等からなる制御電
極４７が形成されている。
、Ａｌ２ Ｏ３ 、Ｓｉ等からなる絶縁性の基板４１の
上に、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｉｎ２ Ｏ３ 、Ｔａ等から
なるベース電極４２が形成され、ベース電極４２上の所
定の部分に、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ等からなる陰
極接続部４３が形成され，陰極接続部４３の上にＭｏ、
Ｗ、ＺｒＣ、ＬａＢ６ 等からなる陰極部４４が形成さ
れている。この陰極部４４は、平面において、少なくと
もその一部の幅が徐々に直線的に変化する、いわゆる楔
状に形成され、しかも、表面に比べて裏面の方が狭くな
る、いわゆる逆メサ形状に形成され、表面側端縁に断面
鋭角のエッジ部４５が形成されている。したがって、先
端表面側にエッジ部４５ａが交わる尖鋭部４５ａが形成
されている。陰極部４４は逆メサ形状に形成されている
ので、尖鋭部４５ａを含むエッジ部４５は陰極接続部４
３の側方に突出されて空中に浮かされている。陰極部４
４から所定の間隔をおいて、ベース電極４２の上にＳｉ
Ｏ２ 、Ａｌ２ Ｏ３ 、Ｓｉ３ Ｎ４ 等からなる絶
縁層４６が形成され、絶縁層４６の上に陰極部４４から
電子を引き出すためのＣｒ、Ｍｏ、Ｗ等からなる制御電
極４７が形成されている。
【００２４】以上のように構成された電子放出素子にお
いて、以下、その動作について説明する。陰極部４４に
陰極接続部４３を介して電気的に接続されているベース
電極４２が負、制御電極４７が正となるように両者の間
に電圧を印加すると、陰極部４４に電圧が印加され、陰
極部４４のエッジ部４５に電気力線が集中する。本実施
例では、シミュレーションの結果から明らかなように、
特に、楔状陰極部４４の先端表面側の尖鋭部４５ａに電
気力線が集中する。そして、所定の電界以上になるとト
ンネル現象によって電子が真空中に透過し、尖鋭部４５
ａから電子が放出される。
いて、以下、その動作について説明する。陰極部４４に
陰極接続部４３を介して電気的に接続されているベース
電極４２が負、制御電極４７が正となるように両者の間
に電圧を印加すると、陰極部４４に電圧が印加され、陰
極部４４のエッジ部４５に電気力線が集中する。本実施
例では、シミュレーションの結果から明らかなように、
特に、楔状陰極部４４の先端表面側の尖鋭部４５ａに電
気力線が集中する。そして、所定の電界以上になるとト
ンネル現象によって電子が真空中に透過し、尖鋭部４５
ａから電子が放出される。
【００２５】このように本実施例によれば、陰極部４４
を逆メサ形状とし、陰極部４４の表面側のエッジ部４５
の断面形状をより尖鋭化させている。これによりエッジ
部４５、特に、尖鋭部４５ａにおける電界の集中度が増
し、低電圧で動作させることができると共に、電子放出
特性を向上させることができる。また、陰極部４４にお
ける電界の集中するエッジ部（尖鋭部４５ａを含む）４
５を陰極接続部４３の側方に突出させて空中に浮くよう
に形成しているので、不必要な部分への電界集中が起こ
らず、電子放出動作を安定させることができる。
を逆メサ形状とし、陰極部４４の表面側のエッジ部４５
の断面形状をより尖鋭化させている。これによりエッジ
部４５、特に、尖鋭部４５ａにおける電界の集中度が増
し、低電圧で動作させることができると共に、電子放出
特性を向上させることができる。また、陰極部４４にお
ける電界の集中するエッジ部（尖鋭部４５ａを含む）４
５を陰極接続部４３の側方に突出させて空中に浮くよう
に形成しているので、不必要な部分への電界集中が起こ
らず、電子放出動作を安定させることができる。
【００２６】次に、図８（ａ）、（ｂ）に示した上記第
２の実施例における電子放出素子の一製造方法について
、図９ないし図１５に示す断面図を参照しながら説明す
る（なお、各図は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に相当する断面
図である。）。
２の実施例における電子放出素子の一製造方法について
、図９ないし図１５に示す断面図を参照しながら説明す
る（なお、各図は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に相当する断面
図である。）。
【００２７】まず、図９に示すように、ガラス、Ａｌ２
Ｏ３ 、Ｓｉ等からなる基板４１の上に、Ｃｒ、Ｐｔ
、Ｉｎ２ Ｏ３ 、Ｔａ等からなるベース電極４２、Ａ
ｕ、Ｃ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｇｅ等からなる陰極接続部材料５
３、Ｍｏ、Ｗ等からなる陰極材料５４およびＡｌ、Ｓｉ
Ｏ２ 等からなるマスク材６１を例えば、蒸着等の方法
により順次形成する。次に、図１０に示すように、マス
ク６１の上に通常のリソグラフィー技術を用い、形成し
ようとする陰極部４４の形状に対応したレジストパター
ン６２を形成し、このレジストパターン６２をマスクと
してマスク材６１をエッチング加工する。次に、図１１
に示すように、エッチング加工されたマスク材６１をマ
スクとし、例えば、ＣＦ４ 系ガスによるリアクティブ
・イオン・エッチングの異方性エッチングの条件によっ
て陰極材料５４をマスク材６１のパターンと同じように
加工する。次に、図１２に示すように、マスク材６１お
よび陰極材料５４をマスクとして，例えば、Ｃｌ２ 系
ガスによるリアクティブ・イオン・エッチングによって
陰極接続部材料５３を加工して陰極接続部４３を形成す
る。この加工の際、エッチング条件を等方性エッチング
の条件にすることにより、陰極接続部材料５３を所定の
パターンで、かつ陰極材料５４の裏面内方まで後退する
ようにエッチングする。次に、図１３に示すように、Ｃ
Ｆ４ 系ガスの等方性エッチングの条件で陰極材料５４
をエッチングすることにより、表面に比べて裏面の方が
狭くなる逆メサ形状で、表面側端縁に断面鋭角の尖鋭化
したエッジ部４５を有すると共に、先端表面側に尖鋭部
４５ａを有する陰極部４４を形成し、陰極部４４の尖鋭
部４５ａを含むエッジ部４５を陰極接続部４３の側方へ
突出させて空中に浮かせることができる。次に、図１４
に示すように、ＳｉＯ２ 、Ａｌ２ Ｏ３ 、Ｓｉ３
Ｎ４ 等からなる絶縁層４６およびＭｏ、Ｗ、Ｃｒ等か
らなる制御電極４７を上方から順次蒸着等の方法により
全面に形成する。最後に、図１５に示すように、マスク
材６１をその上の絶縁層４６および制御電極４７と共に
リフトオフすることにより、陰極部４４を露出させ、こ
の陰極部４４から所定の間隔をおいて絶縁層４６、制御
電極４７を形成した本実施例の電子放出素子を製造する
ことができる。
Ｏ３ 、Ｓｉ等からなる基板４１の上に、Ｃｒ、Ｐｔ
、Ｉｎ２ Ｏ３ 、Ｔａ等からなるベース電極４２、Ａ
ｕ、Ｃ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｇｅ等からなる陰極接続部材料５
３、Ｍｏ、Ｗ等からなる陰極材料５４およびＡｌ、Ｓｉ
Ｏ２ 等からなるマスク材６１を例えば、蒸着等の方法
により順次形成する。次に、図１０に示すように、マス
ク６１の上に通常のリソグラフィー技術を用い、形成し
ようとする陰極部４４の形状に対応したレジストパター
ン６２を形成し、このレジストパターン６２をマスクと
してマスク材６１をエッチング加工する。次に、図１１
に示すように、エッチング加工されたマスク材６１をマ
スクとし、例えば、ＣＦ４ 系ガスによるリアクティブ
・イオン・エッチングの異方性エッチングの条件によっ
て陰極材料５４をマスク材６１のパターンと同じように
加工する。次に、図１２に示すように、マスク材６１お
よび陰極材料５４をマスクとして，例えば、Ｃｌ２ 系
ガスによるリアクティブ・イオン・エッチングによって
陰極接続部材料５３を加工して陰極接続部４３を形成す
る。この加工の際、エッチング条件を等方性エッチング
の条件にすることにより、陰極接続部材料５３を所定の
パターンで、かつ陰極材料５４の裏面内方まで後退する
ようにエッチングする。次に、図１３に示すように、Ｃ
Ｆ４ 系ガスの等方性エッチングの条件で陰極材料５４
をエッチングすることにより、表面に比べて裏面の方が
狭くなる逆メサ形状で、表面側端縁に断面鋭角の尖鋭化
したエッジ部４５を有すると共に、先端表面側に尖鋭部
４５ａを有する陰極部４４を形成し、陰極部４４の尖鋭
部４５ａを含むエッジ部４５を陰極接続部４３の側方へ
突出させて空中に浮かせることができる。次に、図１４
に示すように、ＳｉＯ２ 、Ａｌ２ Ｏ３ 、Ｓｉ３
Ｎ４ 等からなる絶縁層４６およびＭｏ、Ｗ、Ｃｒ等か
らなる制御電極４７を上方から順次蒸着等の方法により
全面に形成する。最後に、図１５に示すように、マスク
材６１をその上の絶縁層４６および制御電極４７と共に
リフトオフすることにより、陰極部４４を露出させ、こ
の陰極部４４から所定の間隔をおいて絶縁層４６、制御
電極４７を形成した本実施例の電子放出素子を製造する
ことができる。
【００２８】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について説明する。本実施例においては、図１（ａ）〜
（Ｃ）に示す上記第１の実施例、若しくは図８（ａ）、
（ｂ）に示す上記第３の実施例と同様に形成され、陰極
接続部１３、若しくは４３が陰極部１４、若しくは４４
の材料と異なる導電体材料、若しくは半導電体材料から
構成された点に特徴を有する。
について説明する。本実施例においては、図１（ａ）〜
（Ｃ）に示す上記第１の実施例、若しくは図８（ａ）、
（ｂ）に示す上記第３の実施例と同様に形成され、陰極
接続部１３、若しくは４３が陰極部１４、若しくは４４
の材料と異なる導電体材料、若しくは半導電体材料から
構成された点に特徴を有する。
【００２９】陰極部１４、４４の材料として、例えば、
Ｍｏ、Ｗ等を用いるのに対し、陰極接続部１３、４３の
材料として、例えば、Ａｕ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｇｅ等の陰極
部材料とは異なった材料を用いることにより、例えば、
上記第１および第２の実施例で説明したような方法で陰
極部１４および４４のエッジ部１５および４５を極めて
容易に尖鋭化加工することができる。また、陰極接続部
１３、４３の材料としてＳｉ、Ｇｅ等の半導電体材料を
用いることにより、電子放出電流が急激に増大したとき
、陰極接続部１３、４３の抵抗効果によって電圧降下を
起こし、陰極部１４、４４にかかる電圧を下げ、過大な
電流放出による陰極部１４、４４の損傷を防止すること
ができる。その他の作用効果については上記第１、第２
の実施例と同様であるので、その説明を省略する。
Ｍｏ、Ｗ等を用いるのに対し、陰極接続部１３、４３の
材料として、例えば、Ａｕ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｇｅ等の陰極
部材料とは異なった材料を用いることにより、例えば、
上記第１および第２の実施例で説明したような方法で陰
極部１４および４４のエッジ部１５および４５を極めて
容易に尖鋭化加工することができる。また、陰極接続部
１３、４３の材料としてＳｉ、Ｇｅ等の半導電体材料を
用いることにより、電子放出電流が急激に増大したとき
、陰極接続部１３、４３の抵抗効果によって電圧降下を
起こし、陰極部１４、４４にかかる電圧を下げ、過大な
電流放出による陰極部１４、４４の損傷を防止すること
ができる。その他の作用効果については上記第１、第２
の実施例と同様であるので、その説明を省略する。
【００３０】なお、陰極部１４、４４と制御部１７、４
７との間のベース電極１２、４２上の表面が絶縁物であ
っても、本発明の効果が失われるものではない。
７との間のベース電極１２、４２上の表面が絶縁物であ
っても、本発明の効果が失われるものではない。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、陰
極部をメサ形状とし、若しくは逆メサ形状とし、エッジ
部を断面鋭角に形成して尖鋭化させているので、電界集
中度を増し、低電圧で動作させることができると共に、
電子放出特性を向上させることができる。
極部をメサ形状とし、若しくは逆メサ形状とし、エッジ
部を断面鋭角に形成して尖鋭化させているので、電界集
中度を増し、低電圧で動作させることができると共に、
電子放出特性を向上させることができる。
【００３２】また、電界の集中する陰極部のエッジ部を
陰極接続部の側方に突出させて空中に浮かすように構成
することにより、不必要な部分への電界集中が起こらず
、動作を安定させることができる。
陰極接続部の側方に突出させて空中に浮かすように構成
することにより、不必要な部分への電界集中が起こらず
、動作を安定させることができる。
【００３３】また、陰極部をベース電極に接続する陰極
接続部を陰極部とは異なる材料により形成することによ
り、陰極部のエッジ部の尖鋭化加工を容易に行うことが
できる。
接続部を陰極部とは異なる材料により形成することによ
り、陰極部のエッジ部の尖鋭化加工を容易に行うことが
できる。
【００３４】また、陰極接続部に半導電体材料を用いる
ことにより、電子放出電流が増大したとき、この陰極接
続部で電圧降下を起こさせ、過大な電流放出による陰極
部の損傷を防止することができる。
ことにより、電子放出電流が増大したとき、この陰極接
続部で電圧降下を起こさせ、過大な電流放出による陰極
部の損傷を防止することができる。
【図１】（ａ）本発明の第１の実施例における電子放出
素子を示す平面図 （ｂ）本発明の第１の実施例における電子放出素子を示
し、（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図 （ｃ）本発明の第１の実施例における電子放出素子を示
し、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図
素子を示す平面図 （ｂ）本発明の第１の実施例における電子放出素子を示
し、（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図 （ｃ）本発明の第１の実施例における電子放出素子を示
し、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図
【図２】本発明の第１の実施例における電子放出素子の
製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する断
面図
製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する断
面図
【図３】本発明の第１の実施例における電子放出素子の
製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する断
面図
製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する断
面図
【図４】本発明の第１の実施例における電子放出素子の
製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する断
面図
製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する断
面図
【図５】本発明の第１の実施例における電子放出素子の
製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する断
面図
製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する断
面図
【図６】本発明の第１の実施例における電子放出素子の
製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する断
面図
製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する断
面図
【図７】本発明の第１の実施例における電子放出素子の
製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する断
面図
製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する断
面図
【図８】（ａ）本発明の第２の実施例における電子放出
素子を示し、図１（ｂ）と同様の断面図（ｂ）本発明の
第２の実施例における電子放出素子を示し、図１（ｃ）
と同様の断面図
素子を示し、図１（ｂ）と同様の断面図（ｂ）本発明の
第２の実施例における電子放出素子を示し、図１（ｃ）
と同様の断面図
【図９】本発明の第２の実施例における電子放出素子の
製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する断
面図
製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する断
面図
【図１０】本発明の第２の実施例における電子放出素子
の製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する
断面図
の製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する
断面図
【図１１】本発明の第２の実施例における電子放出素子
の製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する
断面図
の製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する
断面図
【図１２】本発明の第２の実施例における電子放出素子
の製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する
断面図
の製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する
断面図
【図１３】本発明の第２の実施例における電子放出素子
の製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する
断面図
の製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する
断面図
【図１４】本発明の第２の実施例における電子放出素子
の製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する
断面図
の製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する
断面図
【図１５】本発明の第２の実施例における電子放出素子
の製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する
断面図
の製造工程を説明するための図１のＢ−Ｂ線に相当する
断面図
【図１６】（ａ）従来の電子放出素子を示す平面図（ｂ
）従来の電子放出素子を示し、（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う
断面図 （ｃ）従来の電子放出素子を示し、（ａ）のＤ−Ｄ線に
沿う断面図
）従来の電子放出素子を示し、（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う
断面図 （ｃ）従来の電子放出素子を示し、（ａ）のＤ−Ｄ線に
沿う断面図
１１ 基板
１２ ベース電極
１３ 陰極接続部
１４ 陰極部
１５ エッジ部
１６ 絶縁層
１７ 制御電極
４１ 基板
４２ ベース電極
４３ 陰極接続部
４４ 陰極部
４５ エッジ部
４６ 絶縁層
４７ 制御電極
Claims (5)
- 【請求項１】 基板と、この基板上に形成されたベー
ス電極と、このベース電極上の一部に形成された陰極接
続部と、この陰極接続部の上に形成され、表面に比べて
裏面の方が広くなり、裏面側端縁が断面鋭角のエッジ部
となるメサ形状で、幅が徐々に変化する楔状部分を有す
る陰極部と、この陰極部の楔状部分と所定の間隔をおい
て形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成され、上記
陰極部から電子を引き出すための制御電極とを備えた電
子放出素子。 - 【請求項２】 陰極部のエッジ部が陰極接続部の側方
に突出された請求項１記載の電子放出素子。 - 【請求項３】 基板と、この基板上に形成されたベー
ス電極と、このベース電極上の一部に形成された陰極接
続部と、この陰極接続部の上に形成され、表面に比べて
裏面の方が狭くなり、表面側端縁が断面鋭角のエッジ部
となる逆メサ形状で、幅が徐々に変化する楔状部分を有
する陰極部と、この陰極部の楔状部分と所定の間隔をお
いて形成された絶縁層と、この絶縁層上に形成され、上
記陰極部から電子を引き出すための制御電極とを備えた
電子放出素子。 - 【請求項４】 陰極接続部が陰極部と異なる導電体材
料により形成されている請求項１ないし３のいずれかに
記載の電子放出素子。 - 【請求項５】 陰極接続部が半導電体材料により形成
されている請求項１ないし３のいずれかに記載の電子放
出素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13263391A JPH0785397B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 電子放出素子 |
| US07/889,938 US5343110A (en) | 1991-06-04 | 1992-06-02 | Electron emission element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13263391A JPH0785397B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 電子放出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04359831A true JPH04359831A (ja) | 1992-12-14 |
| JPH0785397B2 JPH0785397B2 (ja) | 1995-09-13 |
Family
ID=15085895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13263391A Expired - Fee Related JPH0785397B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | 電子放出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0785397B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0665571A1 (en) * | 1994-01-28 | 1995-08-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Device for emitting electrons and method of manufacturing the same |
| US5449983A (en) * | 1993-04-20 | 1995-09-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Color cathode ray tube apparatus |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02239538A (ja) * | 1989-03-13 | 1990-09-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | プレーナ型冷陰極 |
| JPH038236A (ja) * | 1989-06-01 | 1991-01-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | プレーナ型冷陰極 |
-
1991
- 1991-06-04 JP JP13263391A patent/JPH0785397B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02239538A (ja) * | 1989-03-13 | 1990-09-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | プレーナ型冷陰極 |
| JPH038236A (ja) * | 1989-06-01 | 1991-01-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | プレーナ型冷陰極 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5449983A (en) * | 1993-04-20 | 1995-09-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Color cathode ray tube apparatus |
| EP0665571A1 (en) * | 1994-01-28 | 1995-08-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Device for emitting electrons and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0785397B2 (ja) | 1995-09-13 |
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