JPH06243778A - Electric field emission type electron source and its driving method - Google Patents
Electric field emission type electron source and its driving methodInfo
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- JPH06243778A JPH06243778A JP2633893A JP2633893A JPH06243778A JP H06243778 A JPH06243778 A JP H06243778A JP 2633893 A JP2633893 A JP 2633893A JP 2633893 A JP2633893 A JP 2633893A JP H06243778 A JPH06243778 A JP H06243778A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電界放出の原理に基づ
いて動作する電界放出型電子源及びその駆動方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission electron source which operates on the principle of field emission and a driving method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体集積回路、または薄膜の分
野等で用いられている微細加工技術によって、高電界の
影響下で電子を放出する電界放出型電子源の製造技術の
進歩はめざましく、特に極めて小型の構造を有する電子
源が研究、及び製造されている。この種の電子源は、三
極管型の超小型電子管、蛍光体の発光による薄型表示装
置、超小型発振管等を形成する上で最も重要で、かつ基
本的な電子放出デバイスとなる。2. Description of the Related Art In recent years, due to the fine processing technology used in the fields of semiconductor integrated circuits or thin films, the manufacturing technology of field emission type electron sources which emit electrons under the influence of a high electric field has been remarkably improved. Electron sources having extremely small structures have been studied and manufactured. This type of electron source is the most important and basic electron emitting device in forming a triode type microminiature electron tube, a thin display device that emits light from a phosphor, a microminiature oscillation tube, and the like.
【０００３】電界放出型電子源は、例えば薄型表示装置
や微小三極管の構成要素として考案されたもので、その
動作、及び製造方法は、特に、シー．エー．スピント
（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ）らによってスタンフォード
リサーチ インスティチュート（Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｒ
ｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）で行われ、ジャ
ーナル オブ アプライド フィジックス（Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）第４７
巻、１２号、５２４８〜５２６３頁（１９７６年１２
月）を含む様々な雑誌等に発表された研究によって公知
である。また、エイチ．エフ．グレイ（Ｈ．Ｆ．Ｇｒａ
ｙ）らの米国特許第４ ３０７ ５０７号、及び米国特
許第４ ５１３ ３０８号等にも記載されている。The field emission type electron source was devised as a constituent element of, for example, a thin display device or a micro triode, and its operation and manufacturing method are particularly described in C.I. A. Stanford by CA Spindt et al.
Research Institute (Stanford R
The Institute of Applied Physics (Journ of Applied Physics)
al of Applied Physics) No. 47
Vol. 12, p. 5248-5263 (December 1976)
It is known by research published in various magazines including Also, H. F. Gray (HF Gra
y) et al., U.S. Pat. No. 4,307,507, U.S. Pat. No. 4,513,308, and the like.
【０００４】従来の型の電界放出型電子源であるコーン
型電子源、くし型電子源、及び星型電子源のそれぞれの
概略について図面を参照して説明する。The outlines of conventional cone type electron sources, comb type electron sources, and star type electron sources which are field emission type electron sources will be described with reference to the drawings.
【０００５】図７は、コーン型電子源の概略斜視図であ
る。エミッタ電極４１上に、多数の円錐形状のエミッタ
コーン４５が形成されている。また、エミッタ電極上に
は、絶縁層４３を挟んでゲート電極４２が形成されてお
り、さらに、エミッタコーンを囲うように円筒状の穴４
４が形成されている。ここで、エミッタ電極は、これま
での微細加工技術との互換性や、他の電子素子とのモノ
リシック化等を考慮して、低抵抗の単結晶シリコン基板
が主に用いられる。エミッタコーンは、エミッタ電極と
同一の低抵抗単結晶シリコンで形成するか、あるいは製
造方法によっては、主としてモリブデン、タングステン
等の高融点金属材料で形成される。また、絶縁層には、
二酸化シリコン等が用いられる。このような構成におい
て、エミッタ電極に対し、ゲート電極に５０Ｖ〜１５０
Ｖ程度の電圧を印加すると、エミッタコーン先端部に１
０7 Ｖ／ｃｍ程度の高電界が発生し、電界放出の原理に
基づいてエミッタコーン先端部から電子が放出される。FIG. 7 is a schematic perspective view of a cone type electron source. A large number of cone-shaped emitter cones 45 are formed on the emitter electrode 41. Further, a gate electrode 42 is formed on the emitter electrode with an insulating layer 43 sandwiched therebetween, and a cylindrical hole 4 is formed so as to surround the emitter cone.
4 are formed. Here, as the emitter electrode, a low-resistance single crystal silicon substrate is mainly used in consideration of compatibility with the fine processing technology up to now and monolithicization with other electronic elements. The emitter cone is formed of the same low-resistance single crystal silicon as that of the emitter electrode, or depending on the manufacturing method, is mainly formed of a refractory metal material such as molybdenum or tungsten. In addition, the insulating layer,
Silicon dioxide or the like is used. In such a structure, 50V to 150V is applied to the gate electrode with respect to the emitter electrode.
When a voltage of about V is applied, 1 is applied to the tip of the emitter cone.
A high electric field of about 0 7 V / cm is generated, and electrons are emitted from the tip of the emitter cone based on the principle of field emission.
【０００６】図８は、くし型電子源の概略斜視図であ
る。エミッタ電極５１は、絶縁基板５３上に金属膜を加
工した矩形のエミッタ５５が平面的に連続するように形
成されている。また、ゲート電極５２は、同一の絶縁基
板上で、エミッタ電極に比べ深さ方向に段５４を設けた
位置に、直線的に形成される。尚、矩形のエミッタをく
さび型のエミッタで置き換えた、のこぎり型の電子源も
ほぼ同様に構成され得る。ここで、絶縁基板には、石英
基板が、電極材料には、タングステン、あるいはモリブ
デンがそれぞれ用いられる。このような構成において、
エミッタ電極に対し、ゲート電極に１００Ｖ〜３００Ｖ
程度の電圧を印加すると、矩形のエミッタ先端部に１０
7 Ｖ／ｃｍ程度の高電界が発生し、電解放出の原理に基
づいてエミッタ先端部から電子が放出される。FIG. 8 is a schematic perspective view of a comb electron source. The emitter electrode 51 is formed so that a rectangular emitter 55 formed by processing a metal film on an insulating substrate 53 is planarly continuous. Further, the gate electrode 52 is linearly formed on the same insulating substrate at a position where the step 54 is provided in the depth direction as compared with the emitter electrode. A saw-type electron source in which a rectangular emitter is replaced with a wedge-shaped emitter can be configured in substantially the same manner. Here, a quartz substrate is used as the insulating substrate, and tungsten or molybdenum is used as the electrode material. In such a configuration,
100V to 300V for the gate electrode with respect to the emitter electrode
Applying a voltage of about 10
A high electric field of about 7 V / cm is generated, and electrons are emitted from the tip of the emitter based on the principle of field emission.
【０００７】図９は星型電子源の部分上図面を、図１０
は同じく星型電子源のＣ−Ｃ′断面図を、それぞれ示
す。絶縁基板６６上に形成されたエミッタ電極６１上
に、複数の星型エミッタ６５が形成される。また、エミ
ッタ電極上には、絶縁層６３を挟んでゲート電極６２が
形成されており、さらに、絶縁層、及びゲート電極に
は、星型エミッタを囲うような微小隙間６４が形成され
ている。ここで、絶縁基板には、ガラス基板が、電極材
料には、クロムや、モリブデンがそれぞれ用いられる。
このような構成において、エミッタ電極に対し、ゲート
電極に５０Ｖ〜１００Ｖ程度の電圧を印加すると、星型
エミッタ先端部に１０7 Ｖ／ｃｍ程度の高電界が発生
し、電界放出の原理に基づいてエミッタ先端部から電子
が放出される。FIG. 9 is a top view of a portion of the star-shaped electron source, and FIG.
Shows the CC ′ cross-sectional views of the star-shaped electron source, respectively. A plurality of star-shaped emitters 65 are formed on the emitter electrode 61 formed on the insulating substrate 66. A gate electrode 62 is formed on the emitter electrode with an insulating layer 63 sandwiched therebetween, and a minute gap 64 surrounding the star-shaped emitter is formed on the insulating layer and the gate electrode. Here, a glass substrate is used as the insulating substrate, and chromium or molybdenum is used as the electrode material.
In such a structure, when a voltage of about 50 V to 100 V is applied to the gate electrode of the emitter electrode, a high electric field of about 10 7 V / cm is generated at the tip of the star-shaped emitter, which is based on the principle of field emission. Electrons are emitted from the tip of the emitter.
【０００８】以上のようにして放出された電子は、さら
に高電位に保たれた、例えば、アノード電極、あるいは
蛍光体を塗布した透明電極等へと電界分布にしたがって
到達する。The electrons emitted as described above reach, for example, an anode electrode or a transparent electrode coated with a phosphor, which is kept at a higher potential, according to the electric field distribution.
【０００９】図１１は、従来の電界放出型電子源のゲー
ト電極−エミッタ電極間に交流電圧を印加した場合の電
子放出特性を模式的に表したものである。印加電圧ＶE-
G は、エミッタ電極に対するゲート電極の電圧を、ＩE
は、そのときの放出電流量（放出される電子の量）を、
それぞれ表している。ＶE-G が正の値で、かつエミッタ
先端部に電界放出に必要な高電界が発生する値になった
場合のみ電子は放出されることになる。FIG. 11 schematically shows electron emission characteristics when an AC voltage is applied between the gate electrode and the emitter electrode of the conventional field emission electron source. Applied voltage VE-
G is the voltage of the gate electrode with respect to the emitter electrode, I E
Is the amount of emission current (the amount of emitted electrons) at that time,
Each represents. Electrons are emitted only when V EG has a positive value and a value at which a high electric field necessary for field emission is generated at the tip of the emitter.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】従来の電子源におい
て、ゲート電極−エミッタ電極間に直流電圧を印加し
て、電子放出させる際に、特に、高電圧を印加して放出
電流量を大きくしようとした場合、微小領域である電子
放出点に大電流が流れることにより発生する発熱等の理
由により、電子放出部が破壊するという問題があった。
そのため、電圧の印加方法として、交流印加等の断続的
な電圧印加が試みられている。しかしながら、従来構造
の電子源に交流を印加すると、エミッタ電極に対し、ゲ
ート電極が正の電位となった場合にしか電子を放出しな
いという問題がある。さらに、従来構造の、特に、コー
ン型、あるいは星型の電子源においては、ゲート電極層
とエミッタ電極層が１μｍ程度の絶縁層を挟んで対向す
るように形成されており、ゲート電極−エミッタ電極間
のキャパシタンスが大きいため、印加電圧の周波数もあ
まり高周波を用いることができないという問題がある。
また、絶縁層を挟んだ電極の積層構造は、製造工程もや
や複雑となり、絶縁不良や高電圧印加時の微視的な絶縁
破壊等の原因となり得るという問題がある。In the conventional electron source, when a DC voltage is applied between the gate electrode and the emitter electrode to emit electrons, a high voltage is applied to increase the emission current amount. In this case, there is a problem that the electron emitting portion is destroyed due to heat generation or the like generated by a large current flowing to the electron emitting point which is a minute area.
Therefore, intermittent voltage application such as AC application has been attempted as a voltage application method. However, when an alternating current is applied to an electron source having a conventional structure, there is a problem that electrons are emitted only when the gate electrode has a positive potential with respect to the emitter electrode. Furthermore, in the conventional structure, particularly in the cone type or star type electron source, the gate electrode layer and the emitter electrode layer are formed so as to face each other with an insulating layer of about 1 μm interposed therebetween. Since the capacitance between them is large, there is a problem that the frequency of the applied voltage cannot be very high.
Further, the laminated structure of the electrodes sandwiching the insulating layer has a problem that the manufacturing process becomes slightly complicated, which may cause insulation failure or microscopic dielectric breakdown when a high voltage is applied.
【００１１】従って、本発明は電極間の電位差の正、負
にかかわらず、電子を放出し得、高周波駆動にも対応可
能である上、製造が容易な電界放出型電子源及びその駆
動方法を提供することを目的とする。Therefore, the present invention provides a field emission electron source and a driving method thereof which can emit electrons regardless of whether the potential difference between the electrodes is positive or negative, can be applied to high frequency driving, and are easy to manufacture. The purpose is to provide.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、少なく
とも表面の一部が絶縁性を有する基板の絶縁部上に、基
板の面方向に連続的な凹凸形状となる部分をそれぞれ有
する２つの電極を備えた電界放出型電子源であって、前
記２つの電極の凹凸形状の部分が、微小隙間を挟んで相
互に噛み合うように対向して同程度の高さに配置されて
いる電界放出型電子源が提供される。また、本発明の電
界放出型電子源において、基板を絶縁基板としている電
界放出型電子源が提供される。According to the present invention, at least a part of the surface of an insulating portion of an insulating substrate is provided with two portions each having a continuous uneven shape in the surface direction of the substrate. A field emission type electron source including electrodes, wherein the concavo-convex portions of the two electrodes are arranged so as to face each other so as to be meshed with each other with a minute gap therebetween and at the same height. An electron source is provided. Further, in the field emission electron source of the present invention, there is provided a field emission electron source in which the substrate is an insulating substrate.
【００１３】さらに、本発明の電界放出型電子源におけ
る２つの電極間に交流電圧を印加することにより、両電
極から電子を電界放出させて駆動することができる。Further, by applying an AC voltage between the two electrodes in the field emission type electron source of the present invention, electrons can be field-emitted from both electrodes and driven.
【００１４】[0014]
【作用】本発明の電界放出型電子源は、２つの電極が、
それぞれゲート電極、及びエミッタ電極の両方の働きを
する。そのため、両電極間に交流を印加すると、電極間
の電位差の正、負にかかわらず、電子を放出し、そのと
きの電子放出の周波数は、電圧印加の２倍の周波数が得
られる。また、電位差の正、負によって、電子放出電極
が異なるため、発熱等による電子放出電極の破壊が防止
でき、素子の耐久性が向上する。さらに、本発明の電子
源は、構造上、電極間のキャパシタンスが小さく、高周
波駆動にも対応可能である上、製造が容易となり、さら
に基板として絶縁基板を用いた場合には、絶縁層の不具
合も発生しない。In the field emission type electron source of the present invention, two electrodes are
Each of them functions as both a gate electrode and an emitter electrode. Therefore, when an alternating current is applied between both electrodes, electrons are emitted regardless of whether the potential difference between the electrodes is positive or negative, and the electron emission frequency at that time is twice the frequency of the voltage application. Further, since the electron emission electrode differs depending on whether the potential difference is positive or negative, it is possible to prevent the electron emission electrode from being broken due to heat generation or the like, and the durability of the device is improved. Furthermore, the electron source of the present invention has a small capacitance between electrodes due to its structure, can be used for high frequency driving, and is easy to manufacture. Furthermore, when an insulating substrate is used as the substrate, the insulating layer has a problem. Does not occur.
【００１５】[0015]
【実施例】本発明による電界放出型電子について、以下
図面を参照して説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Field emission electrons according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１６】図１は、本発明の一実施例である電界放出
型電子源の部分的な斜視図である。図２は、図１に示し
た電子源の詳細を表す断面図であり、図３は同じくＢ部
拡大上面図である。FIG. 1 is a partial perspective view of a field emission electron source according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing details of the electron source shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged top view of the B section.
【００１７】基板３上に配置された第１の電極１、及び
第２の電極２が同程度の高さに形成されており、両電極
間は、微小隙間４により絶縁されている。両電極は基本
的には、基板３の面方向に連続的な凹凸形状となる部分
が互いに相補的に噛み合うくし型構造であるが、さらに
隣接するくし歯部分の側縁部が相互に噛み合うように、
くさび型を連続的に配置したのこぎり型をしている。そ
れぞれの電極の凸部先端近傍が電子放出部５、及び６と
なる。本実施例では、第１の電極、及び第２の電極の厚
さを０．３〜０．５μｍ程度で形成して両電極を同程度
の高さとし、微小隙間を０．５〜１．０μｍ程度で形成
した。このような構成において、両電極間に５０〜１０
０Ｖ程度の電圧を印加することで、電圧の印加方向に従
い、電子放出部５、あるいは６から電子が放出された。The first electrode 1 and the second electrode 2 arranged on the substrate 3 are formed at the same height, and both electrodes are insulated by a minute gap 4. Basically, both electrodes have a comb-shaped structure in which the concavo-convex portions that are continuous in the surface direction of the substrate 3 complementarily mesh with each other, but the side edges of the adjacent comb teeth portions also mesh with each other. To
It has a sawtooth shape with wedges arranged continuously. Electron emitting portions 5 and 6 are formed in the vicinity of the tip of the convex portion of each electrode. In this embodiment, the first electrode and the second electrode are formed to have a thickness of about 0.3 to 0.5 μm so that both electrodes have the same height, and the minute gap is 0.5 to 1.0 μm. Formed in a degree. In such a structure, between the electrodes, 50 to 10
By applying a voltage of about 0 V, electrons were emitted from the electron emitting portion 5 or 6 in accordance with the voltage application direction.
【００１８】次に、作製方法について説明する。シリコ
ン基板上にスパッタリング法により、モリブデンを堆積
させる。その上に電極形状のマスクを形成する。次に、
マスクに従って、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により、モリブデンをエッチング加
工して微小隙間を形成した後、マスクを除去する。これ
により、目的の電子源が作製される。ここで、絶縁層に
よる不具合を考慮して、基板として絶縁基板であるノン
ドープ単結晶シリコン基板を用いたが、これに限るもの
ではなく、石英基板、その他ガラス基板等の絶縁基板を
用いてもよい。また、絶縁層による不具合を考慮しなく
てもよい場合には、絶縁層を設けた金属基板等、少なく
とも表面の一部が絶縁性を有する基板を用いてもよい。
電極材料には、モリブデンを用いたが、これに限るもの
ではなく、クロムやタングステン、その他、従来からの
電極材料を用いてもよい。また、電極材料の製膜には、
スパッタリング法を用いたが、使用する材料等に合わせ
て、電子ビーム真空蒸着法、ＣＶＤ法等、他の製膜方法
を用いてもよい。Next, a manufacturing method will be described. Molybdenum is deposited on the silicon substrate by the sputtering method. An electrode-shaped mask is formed thereon. next,
According to the mask, RIE (Reactive Ion)
Etching) method is used to etch molybdenum to form minute gaps, and then the mask is removed. As a result, the intended electron source is produced. Here, the non-doped single crystal silicon substrate which is an insulating substrate is used as the substrate in consideration of the problem due to the insulating layer, but the substrate is not limited to this, and an insulating substrate such as a quartz substrate or another glass substrate may be used. . In addition, when it is not necessary to consider the problem caused by the insulating layer, a substrate having an insulating property such as a metal substrate provided with the insulating layer may be used.
Although molybdenum was used as the electrode material, the present invention is not limited to this, and chromium, tungsten, and other conventional electrode materials may be used. In addition, for film formation of electrode material,
Although the sputtering method is used, other film forming methods such as an electron beam vacuum vapor deposition method and a CVD method may be used depending on the material to be used.
【００１９】他の作製方法としては、ノンドープシリコ
ン基板上にリン、ボロン等の不純物をドープすることに
より形成した低抵抗シリコン層を、同様に、マスクに従
ってエッチングすることにより、低抵抗シリコンの電極
を作製してもよい。その他、絶縁基板上に、微小隙間に
相当する箇所にマスクを形成した後、電極金属を堆積さ
せ、マスクとともに、マスク上の不要な堆積金属を除去
する方法で作製してもよい。As another manufacturing method, a low resistance silicon layer formed by doping impurities such as phosphorus and boron on a non-doped silicon substrate is similarly etched according to a mask to form a low resistance silicon electrode. You may produce. Alternatively, a mask may be formed on the insulating substrate at a position corresponding to a minute gap, and then an electrode metal may be deposited to remove unnecessary metal deposited on the mask together with the mask.
【００２０】図４は、本発明の他の実施例を示す断面図
であり、図２の断面図に対応するように表したものであ
る。尚、電極自体の平面的形状は図１及び図３に示した
形状と同一である。基板１５上に微小隙間１６を隔てて
形成された両電極は、ともに２層構造となっており、上
面電極層１１、及び１２は、低電圧での電界放出を可能
とする低仕事関数材料層により形成され、下面電極層１
３、及び１４は、導電性、放熱性、熱的安定性等に優れ
た材料で形成される。下面電極層１３、及び１４間の隙
間は、上面電極１１、及び１２間の隙間よりわずかに広
く形成されており、上面電極１１、及び１２は下面電極
１３、及び１４に対して、それぞれ幾分オーバーハング
するように形成されている。FIG. 4 is a sectional view showing another embodiment of the present invention, which is shown so as to correspond to the sectional view of FIG. The planar shape of the electrode itself is the same as that shown in FIGS. 1 and 3. Both electrodes formed on the substrate 15 with a minute gap 16 therebetween have a two-layer structure, and the upper electrode layers 11 and 12 are low work function material layers capable of field emission at a low voltage. Formed by the lower electrode layer 1
3 and 14 are formed of a material having excellent conductivity, heat dissipation and thermal stability. The gap between the lower surface electrode layers 13 and 14 is formed slightly wider than the gap between the upper surface electrodes 11 and 12, and the upper surface electrodes 11 and 12 are slightly larger than the lower surface electrodes 13 and 14, respectively. It is formed to overhang.
【００２１】本実施例では、上面電極層に窒化チタン
を、下面電極層にチタンを用いて良好な電極を得た。こ
れらの電極層材料は、他にも、化学的安定性、基板ある
いは各電極層間の付着性、機械的安定性等を考慮して選
定すれば良い。また、２層構造に限るものではなく、目
的に応じて３層以上の構造としても良い。In this example, titanium nitride was used for the upper electrode layer and titanium was used for the lower electrode layer to obtain a good electrode. These electrode layer materials may be selected in consideration of chemical stability, adhesion between the substrate or each electrode layer, mechanical stability, and the like. Further, the structure is not limited to the two-layer structure, and may be a structure having three or more layers depending on the purpose.
【００２２】図５は、本発明の他の実施例を示す上面図
であり、図３の上面図に対応するように表したものであ
る。尚、この場合、その断面構造は図２に関連して説明
したような１層構造のものでも、図４に関連して説明し
た２層以上のものでもよい。図３に示したような側縁部
にくさび形状を連続的に配置した電極形状に対して、本
実施例は側縁部に矩形を連続的に配置した電極形状とな
っている。図３の電子源と同様に、第１の電極２１と第
２の電極２２が、微小隙間２４を隔てて形成されてお
り、電極先端部２５、及び２６から電子が放出される。
図３の形状に比較して、本形状は、電極先端部の電界集
中の割合が小さく、電界放出に必要な印加電圧は大きく
なる傾向にあるが、電子放出部面積が拡大され、電子放
出量、及び発熱等の防止の点では効果的な形状となる。FIG. 5 is a top view showing another embodiment of the present invention and is shown so as to correspond to the top view of FIG. In this case, the sectional structure may be a one-layer structure as described with reference to FIG. 2 or two or more layers described with reference to FIG. In contrast to the electrode shape in which the wedge shape is continuously arranged at the side edge portion as shown in FIG. 3, the present embodiment has an electrode shape in which rectangles are continuously arranged at the side edge portion. Similar to the electron source in FIG. 3, the first electrode 21 and the second electrode 22 are formed with a minute gap 24 therebetween, and electrons are emitted from the electrode tip portions 25 and 26.
Compared with the shape shown in FIG. 3, this shape has a smaller ratio of electric field concentration at the electrode tip and tends to have a larger applied voltage for field emission, but the area of the electron emitting portion is expanded and the amount of electron emission is increased. In addition, the shape is effective in terms of preventing heat generation and the like.
【００２３】図６は、本発明の電界放出型電子源の両電
極間に交流電圧を印加した場合の電子放出特性を模式的
に表したものである。印加電圧ＶE は、第１の電極に対
する第２の電極の電圧を表している。ＩE は、その時の
放出電流量（放出される電子の量）を表しており、Ｉ1
は第１の電極からの電子放出によるものであり、Ｉ2は
第２の電極からの電子放出によるものである。両電極間
の印加電圧の絶対値が、電界放出に必要な高電界をエミ
ッタ先端部に発生させるために必要な値に達した場合
に、電子が放出されることになる。これは、先述の従来
の電子源の電子放出（図１１参照）に比較して、２倍の
周波数となる。また、本発明の電子源は、電子放出電極
が、第１の電極から第２の電極へと交互に入れかわる。
そのため、従来の電子源を用いて、印加電圧の周波数を
２倍にすることで、これと同一の電子放出の周波数を得
ようとした場合に比較して、本発明の電子源は、電子放
出部の発熱等による破壊が防止でき、耐久性が向上す
る。FIG. 6 schematically shows electron emission characteristics when an AC voltage is applied between both electrodes of the field emission type electron source of the present invention. The applied voltage V E represents the voltage of the second electrode with respect to the first electrode. I E represents the amount of emission current (the amount of emitted electrons) at that time, and I 1
Is due to electron emission from the first electrode, and I 2 is due to electron emission from the second electrode. Electrons are emitted when the absolute value of the applied voltage between both electrodes reaches a value required to generate a high electric field required for field emission at the emitter tip. This is twice the frequency of the electron emission of the conventional electron source described above (see FIG. 11). Further, in the electron source of the present invention, the electron emitting electrodes alternate from the first electrode to the second electrode.
Therefore, the electron source of the present invention emits electrons as compared with the case where the same frequency of electron emission is obtained by doubling the frequency of the applied voltage using the conventional electron source. It is possible to prevent the parts from being damaged by heat generation, etc., and improve the durability.
【００２４】なお、電極の凹凸形状部分の形状は、上記
実施例に限定されるものではなく、凸部と凹部とが共に
台形である形状や、凸部がくさび形状で凹部が台形であ
る形状等、連続的な凹凸形状となっていればよい。The shape of the concave-convex portion of the electrode is not limited to the above-mentioned embodiment, but the shape in which the convex portion and the concave portion are both trapezoidal, or the shape in which the convex portion is wedge-shaped and the concave portion is trapezoidal. It suffices that it has a continuous uneven shape.
【００２５】[0025]
【発明の効果】本発明による電界放出型電子源は、基板
の絶縁部上に基板の面方向に連続的な凹凸形状となる部
分をそれぞれ有する２つの電極を、その凹凸形状の部分
が微小隙間を挟んで相互に噛み合うように対向して同程
度の高さに配置されている。したがって、２つの電極間
に交流電圧を印加することにより、両電極から電子を電
界放出させることができる。その結果、印加交流の２倍
の周波数で電子が放出されるとともに、電子放出電極が
交互に入れかわるため、発熱等による電子放出電極の破
壊が防止され、素子の耐久性が向上する。さらに、構造
的に、電極間のキャパシタンスが小さく、高周波駆動が
可能である上、製造が容易となり、さらに基板として絶
縁基板を用いた場合には、絶縁層の不具合が発生しない
電界放出型電子源が提供できる。In the field emission electron source according to the present invention, two electrodes each having a continuous uneven portion in the surface direction of the substrate are formed on the insulating portion of the substrate, and the uneven portion has a minute gap. They are arranged at the same height so as to face each other so as to be engaged with each other. Therefore, by applying an AC voltage between the two electrodes, electrons can be field-emitted from both electrodes. As a result, electrons are emitted at a frequency twice as high as the applied alternating current, and the electron emitting electrodes are alternately replaced, so that the electron emitting electrodes are prevented from being broken by heat generation or the like, and the durability of the element is improved. Further, structurally, the capacitance between the electrodes is small, high-frequency driving is possible, manufacturing is easy, and when an insulating substrate is used as the substrate, a defect of the insulating layer does not occur, and the field emission electron source is not generated. Can be provided.
【図１】本発明に係る電界放出型電子源の一実施例の部
分的な斜視図である。FIG. 1 is a partial perspective view of an embodiment of a field emission electron source according to the present invention.
【図２】図１の電界放出型電子源のＡ−Ａ′線の断面図
である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the field emission electron source of FIG.
【図３】図１の電界放出型電子源のＢ部拡大上面図であ
る。FIG. 3 is an enlarged top view of a B portion of the field emission electron source of FIG.
【図４】本発明に係る電界放出型電子源の他の実施例の
断面図である。FIG. 4 is a sectional view of another embodiment of the field emission electron source according to the present invention.
【図５】本発明に係る電界放出型電子源の他の実施例の
部分拡大上面図である。FIG. 5 is a partially enlarged top view of another embodiment of the field emission electron source according to the present invention.
【図６】本発明に係る電界放出型電子源の印加電圧と電
子放出を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing applied voltage and electron emission of a field emission electron source according to the present invention.
【図７】従来の電界放出型電子源であるコーン型電子源
の斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a cone type electron source which is a conventional field emission type electron source.
【図８】従来の電界放出型電子源であるくし型電子源の
斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of a comb electron source that is a conventional field emission electron source.
【図９】従来の電界放出型電子源である星型電子源の上
面図である。FIG. 9 is a top view of a star electron source that is a conventional field emission electron source.
【図１０】図９の電子源のＣ−Ｃ′線の断面図である。10 is a cross-sectional view of the electron source of FIG. 9 taken along the line CC ′.
【図１１】従来の電界放出型電子源の印加電圧と電子放
出を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an applied voltage and electron emission of a conventional field emission electron source.
１、１１、２１ 第１の電極 ２、１２、２２ 第２の電極 ３、１５ 基板 ４、１６、２４ 微小隙間 1, 11, 21 First electrode 2, 12, 22 Second electrode 3, 15 Substrate 4, 16, 24 Micro gap
Claims (3)
基板の絶縁部上に、基板の面方向に連続的な凹凸形状と
なる部分をそれぞれ有する２つの電極を備えた電界放出
型電子源であって、 前記２つの電極の凹凸形状の部分が、微小隙間を挟んで
相互に噛み合うように対向して同程度の高さに配置され
ていることを特徴とする電界放出型電子源。1. A field emission electron source comprising two electrodes each having, on an insulating portion of a substrate, at least a part of the surface of which has an insulating property, a portion having a continuous uneven shape in the surface direction of the substrate. A field-emission electron source, characterized in that the uneven portions of the two electrodes are arranged so as to face each other so as to be engaged with each other with a minute gap therebetween and at the same height.
いて、前記基板が絶縁基板であることを特徴とする電界
放出型電子源。2. The field emission electron source according to claim 1, wherein the substrate is an insulating substrate.
ける２つの電極間に交流電圧を印加し、両電極から電子
を電界放出させることを特徴とする電子放出型電子源の
駆動方法。3. A method for driving an electron emission type electron source according to claim 1, wherein an AC voltage is applied between two electrodes in the field emission type electron source to cause electrons to be field-emitted from both electrodes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2633893A JPH06243778A (en) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | Electric field emission type electron source and its driving method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2633893A JPH06243778A (en) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | Electric field emission type electron source and its driving method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06243778A true JPH06243778A (en) | 1994-09-02 |
Family
ID=12190659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2633893A Pending JPH06243778A (en) | 1993-02-16 | 1993-02-16 | Electric field emission type electron source and its driving method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06243778A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100911011B1 (en) * | 2007-11-28 | 2009-08-05 | 삼성에스디아이 주식회사 | Electron emission device and light emission device therewith |
| WO2009154084A1 (en) * | 2008-06-17 | 2009-12-23 | サンケン電気株式会社 | Fed lighting device |
| WO2012019503A1 (en) * | 2010-08-12 | 2012-02-16 | 福州大学 | Novel medium-free tripolar field emitter |
-
1993
- 1993-02-16 JP JP2633893A patent/JPH06243778A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100911011B1 (en) * | 2007-11-28 | 2009-08-05 | 삼성에스디아이 주식회사 | Electron emission device and light emission device therewith |
| WO2009154084A1 (en) * | 2008-06-17 | 2009-12-23 | サンケン電気株式会社 | Fed lighting device |
| WO2012019503A1 (en) * | 2010-08-12 | 2012-02-16 | 福州大学 | Novel medium-free tripolar field emitter |
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