JPH07111868B2 - 電界放出冷陰極素子 - Google Patents
電界放出冷陰極素子Info
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- JPH07111868B2 JPH07111868B2 JP8582593A JP8582593A JPH07111868B2 JP H07111868 B2 JPH07111868 B2 JP H07111868B2 JP 8582593 A JP8582593 A JP 8582593A JP 8582593 A JP8582593 A JP 8582593A JP H07111868 B2 JPH07111868 B2 JP H07111868B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/304—Field-emissive cathodes
- H01J1/3042—Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子放出源となる冷陰
極、特に鋭利な先端から電子を放出する電界放出冷陰極
素子に関する。
極、特に鋭利な先端から電子を放出する電界放出冷陰極
素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】微小な円錐状のエミッタとエミッタのす
ぐ近くに形成され、エミッタからの電流を引き出す機能
ならびに電流制御機能を持つゲート電極で構成された微
小冷陰極をアレイ状に並べた冷陰極が提案されている
（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ，Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．１２，ｐｐ．５２４８，１
９７６）。このスピント型冷陰極は、熱陰極と比較して
高い電流密度が得られ、放出電子の速度分散が小さい等
の利点を持つ。また、単一の電界放出エミッタと比較し
て電流雑音が小さく、数１０〜２００Ｖの低い電圧で動
作し、比較的悪い真空度の環境中でも動作するとされて
いる。
ぐ近くに形成され、エミッタからの電流を引き出す機能
ならびに電流制御機能を持つゲート電極で構成された微
小冷陰極をアレイ状に並べた冷陰極が提案されている
（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ，Ｖｏｌ．４７，Ｎｏ．１２，ｐｐ．５２４８，１
９７６）。このスピント型冷陰極は、熱陰極と比較して
高い電流密度が得られ、放出電子の速度分散が小さい等
の利点を持つ。また、単一の電界放出エミッタと比較し
て電流雑音が小さく、数１０〜２００Ｖの低い電圧で動
作し、比較的悪い真空度の環境中でも動作するとされて
いる。
【０００３】図７には従来技術であるスピント型冷陰極
の１個の微小冷陰極の構造を示している。１０１は導電
性の基板で、この上に高さ約１μｍの微小な円錐状のエ
ミッタ１０２が膜堆積法によって形成され、エミッタ１
０２の周囲には絶縁層１０３とゲート電極１０４が形成
されている。基板１０１とエミッタ１０２とは電気的に
接続されており、基板１０１（およびエミッタ１０２）
とゲート電極１０４の間には約１００Ｖの電圧が印加さ
れている。基板１０１とゲート電極１０４の間は約１μ
ｍ、ゲート電極の開口径も約１μｍと狭く、エミッタ１
０２の先端は極めて先鋭に作られているので、エミッタ
１０２の先端には強い電界が加わる。この電界が２〜５
×１０7 Ｖ／ｃｍ以上になるとエミッタ１０２の先端か
ら電子が放出される。このような構造の微小冷陰極を基
板１０１の上にアレイ状に並べることにより大きな電流
を放出する平面状の陰極が構成される。
の１個の微小冷陰極の構造を示している。１０１は導電
性の基板で、この上に高さ約１μｍの微小な円錐状のエ
ミッタ１０２が膜堆積法によって形成され、エミッタ１
０２の周囲には絶縁層１０３とゲート電極１０４が形成
されている。基板１０１とエミッタ１０２とは電気的に
接続されており、基板１０１（およびエミッタ１０２）
とゲート電極１０４の間には約１００Ｖの電圧が印加さ
れている。基板１０１とゲート電極１０４の間は約１μ
ｍ、ゲート電極の開口径も約１μｍと狭く、エミッタ１
０２の先端は極めて先鋭に作られているので、エミッタ
１０２の先端には強い電界が加わる。この電界が２〜５
×１０7 Ｖ／ｃｍ以上になるとエミッタ１０２の先端か
ら電子が放出される。このような構造の微小冷陰極を基
板１０１の上にアレイ状に並べることにより大きな電流
を放出する平面状の陰極が構成される。
【０００４】特開平３−７１５２９には、図８に示すよ
うにコート膜１０６（酸化マグネシウム ＭｇＯ）をス
パッタ法によってゲート電極１０４ならびにエミッタ１
０２の表面を覆うように形成した電界放出冷陰極が開示
されている。これはエミッタ１０２の表面をＭｇＯの様
な仕事関数の低い材料で覆うことでゲート電圧を低下さ
せることを狙ったもので、製造工程上ゲート電極１０４
の上にも形成されたものである。
うにコート膜１０６（酸化マグネシウム ＭｇＯ）をス
パッタ法によってゲート電極１０４ならびにエミッタ１
０２の表面を覆うように形成した電界放出冷陰極が開示
されている。これはエミッタ１０２の表面をＭｇＯの様
な仕事関数の低い材料で覆うことでゲート電圧を低下さ
せることを狙ったもので、製造工程上ゲート電極１０４
の上にも形成されたものである。
【０００５】特開平４−１６７３２４には、図９に示す
ように、ゲート電極１０４を高融点金属シリサイドで形
成された第２ゲート層１０８と多結晶シリコン膜で形成
された第１ゲート層１０７で構成する技術が開示されて
いる。これは、高融点金属シリサイドを用いることによ
り、ゲート電極の酸化による電気伝導度の低下防止とゲ
ート電極の変形防止と内部応力緩和を目的としたもの
で、多結晶シリコン膜は第２ゲート層１０８と絶縁層１
０３との間の密着性の向上を図るためのものである。
ように、ゲート電極１０４を高融点金属シリサイドで形
成された第２ゲート層１０８と多結晶シリコン膜で形成
された第１ゲート層１０７で構成する技術が開示されて
いる。これは、高融点金属シリサイドを用いることによ
り、ゲート電極の酸化による電気伝導度の低下防止とゲ
ート電極の変形防止と内部応力緩和を目的としたもの
で、多結晶シリコン膜は第２ゲート層１０８と絶縁層１
０３との間の密着性の向上を図るためのものである。
【０００６】特開平４−２８４３２５には、図１０，図
１１に示すように、ゲート電極１０４を第１ゲート層１
０７、第２ゲート層１０８、第３ゲート層１０９あるい
はゲート電極１０４を第２ゲート層１０８と第３ゲート
層１０９で構成した電界放出冷陰極が開示されている。
これは、第２ゲート層１０８の上に導電性および耐蝕性
に優れた保護層となる第３ゲート層１０９を被着するこ
とにより、ゲート電極の酸化を抑制し、放出電流の安定
化および製造工程中にゲート電極上に形成される中間層
のリフトオフを容易にし、その残さの完全除去を可能と
する技術である。
１１に示すように、ゲート電極１０４を第１ゲート層１
０７、第２ゲート層１０８、第３ゲート層１０９あるい
はゲート電極１０４を第２ゲート層１０８と第３ゲート
層１０９で構成した電界放出冷陰極が開示されている。
これは、第２ゲート層１０８の上に導電性および耐蝕性
に優れた保護層となる第３ゲート層１０９を被着するこ
とにより、ゲート電極の酸化を抑制し、放出電流の安定
化および製造工程中にゲート電極上に形成される中間層
のリフトオフを容易にし、その残さの完全除去を可能と
する技術である。
【０００７】また、特開昭５７−１８７８４９には、図
１２，図１３に示すように、絶縁層１０３の上に局部的
にリング状ゲート１１０を形成し、エミッタ１０２のエ
ミッション電流を個別に制御する技術が開示されてい
る。この技術においては、絶縁層１０３はエミッタ１０
２の周辺を除いて基板１０１の上全面に形成されている
ので、ゲート電極１１０が形成されていない部分は絶縁
層１０３が真空内空間に露出している。
１２，図１３に示すように、絶縁層１０３の上に局部的
にリング状ゲート１１０を形成し、エミッタ１０２のエ
ミッション電流を個別に制御する技術が開示されてい
る。この技術においては、絶縁層１０３はエミッタ１０
２の周辺を除いて基板１０１の上全面に形成されている
ので、ゲート電極１１０が形成されていない部分は絶縁
層１０３が真空内空間に露出している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図７に示すような陰極
では、エミッタとゲート電極の相対的な位置によってエ
ミッション電流が大きく変化する。したがって、陰極と
してのエミッション特性のバラツキが大きく、また、エ
ミッタ毎のエミッション特性のバラツキも大きくなる。
陰極の最大放出電流はエミッションの最も大きいエミッ
タの許容最大放出電流特性で制限されるため、バラツキ
が大きい場合には陰極全体の最大放出電流は低く抑えら
れる。エミッタの高さによるエミッション電流のバラツ
キを抑えるためには、ゲート電極の厚さを厚くしてエミ
ッタの先端をゲート電極の厚みの中央付近よりも高くす
ることが有効である。
では、エミッタとゲート電極の相対的な位置によってエ
ミッション電流が大きく変化する。したがって、陰極と
してのエミッション特性のバラツキが大きく、また、エ
ミッタ毎のエミッション特性のバラツキも大きくなる。
陰極の最大放出電流はエミッションの最も大きいエミッ
タの許容最大放出電流特性で制限されるため、バラツキ
が大きい場合には陰極全体の最大放出電流は低く抑えら
れる。エミッタの高さによるエミッション電流のバラツ
キを抑えるためには、ゲート電極の厚さを厚くしてエミ
ッタの先端をゲート電極の厚みの中央付近よりも高くす
ることが有効である。
【０００９】一方、真空外囲器中に収めて使用する場
合、長い使用時間にわたり高い真空度を保つため、陰極
を含めて真空外囲器内部の部品に吸着されたガスを放出
させる必要がある。このためには、５００℃以上の温度
に保ちながら内部のガスを排気する工程が一般に行なわ
れている。図７に示す冷陰極の構造では、基板１０１，
絶縁層１０３，ゲート電極１０４が積層され、しかも、
エミッタ１０２の収められる絶縁層１０３とゲート電極
１０４の開口部を除いて全面にわたり３層が接してい
る。さらに、陰極としては直径が１０ｍｍφ以上の大面
積のものも使用される可能性があるため、層と層の間の
膨張率の違いにより発生する温度の上昇と降下時の各層
間のストレスは大きくなる。特に、ゲート電極が図７の
ように単層で厚い場合、ならびに、図８，図９，図１
０，図１１に示すようにゲート電極が多層なっていても
厚い場合には各層間のストレスは極めて大きくなる。
合、長い使用時間にわたり高い真空度を保つため、陰極
を含めて真空外囲器内部の部品に吸着されたガスを放出
させる必要がある。このためには、５００℃以上の温度
に保ちながら内部のガスを排気する工程が一般に行なわ
れている。図７に示す冷陰極の構造では、基板１０１，
絶縁層１０３，ゲート電極１０４が積層され、しかも、
エミッタ１０２の収められる絶縁層１０３とゲート電極
１０４の開口部を除いて全面にわたり３層が接してい
る。さらに、陰極としては直径が１０ｍｍφ以上の大面
積のものも使用される可能性があるため、層と層の間の
膨張率の違いにより発生する温度の上昇と降下時の各層
間のストレスは大きくなる。特に、ゲート電極が図７の
ように単層で厚い場合、ならびに、図８，図９，図１
０，図１１に示すようにゲート電極が多層なっていても
厚い場合には各層間のストレスは極めて大きくなる。
【００１０】一方、ゲート電極１０４にはエミッタ１０
２で放出された電子の一部や、真空外囲器中の電極で反
射された電子が衝突したり、さらに、エミッタ１０２と
の間で微小な放電が発生する可能性があるので、ゲート
電極１０４特にエミッタ１０２に面している部分は融点
の高い耐熱性のある材料を使用することが信頼性を確保
するためには必要である。ところが、図７に示すような
単層のゲート電極では耐熱性と膨張率の両方が適切な値
を持ち、加工上の制約のない材料は制限される。また、
図８，図９，図１０，図１１に示すような多層構造であ
っても、ゲート電極の耐熱性と熱膨張率を考慮していな
ければ十分な信頼性を確保することはできない。
２で放出された電子の一部や、真空外囲器中の電極で反
射された電子が衝突したり、さらに、エミッタ１０２と
の間で微小な放電が発生する可能性があるので、ゲート
電極１０４特にエミッタ１０２に面している部分は融点
の高い耐熱性のある材料を使用することが信頼性を確保
するためには必要である。ところが、図７に示すような
単層のゲート電極では耐熱性と膨張率の両方が適切な値
を持ち、加工上の制約のない材料は制限される。また、
図８，図９，図１０，図１１に示すような多層構造であ
っても、ゲート電極の耐熱性と熱膨張率を考慮していな
ければ十分な信頼性を確保することはできない。
【００１１】また、図１２，図１３に示す構造では、ゲ
ート電極１０４が形成されていない部分は絶縁層１０３
が真空内空間に露出しているので、電子やイオンが絶縁
層１０３の上に堆積され、その電荷がこの部分の電位を
変えて、エミッタから放出される電子ビームの軌道を変
える恐れがある。
ート電極１０４が形成されていない部分は絶縁層１０３
が真空内空間に露出しているので、電子やイオンが絶縁
層１０３の上に堆積され、その電荷がこの部分の電位を
変えて、エミッタから放出される電子ビームの軌道を変
える恐れがある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明においては、ゲー
ト開口周辺を除く部分ではゲート電極を電圧印加に必要
な部分を除いて取り除くかあるいは絶縁層を部分的に除
去した構造とする。あるいは、ゲート電極のゲート開口
部を除く部分を薄くするか、ゲート電極の開口部付近を
少なくとも２層構造とし、絶縁層に接触した第１層部分
には絶縁層と絶縁層から離れた第２層の中間の熱膨張率
を有する材料を使用する。これらによって、ゲート電極
開口部付近の厚みを十分に保つことを可能とする。
ト開口周辺を除く部分ではゲート電極を電圧印加に必要
な部分を除いて取り除くかあるいは絶縁層を部分的に除
去した構造とする。あるいは、ゲート電極のゲート開口
部を除く部分を薄くするか、ゲート電極の開口部付近を
少なくとも２層構造とし、絶縁層に接触した第１層部分
には絶縁層と絶縁層から離れた第２層の中間の熱膨張率
を有する材料を使用する。これらによって、ゲート電極
開口部付近の厚みを十分に保つことを可能とする。
【００１３】
【作用】この結果、ストレスを伴わずに、ゲート電極を
厚くできるので、エミッタ放出電流ののエミッタ高さ依
存性を緩和でき、エミッション電流の均一性を改善し、
陰極エミッション特性のバラツキを圧縮することができ
る。さらに、基板、絶縁層、ゲート電極の間の膨張率の
違いによるストレスが軽減され、温度の上昇・下降に伴
う膜剥がれ、クラック等の恐れが解決される。同時に、
ゲート電極材料の選択に自由度があるので、耐熱材料が
使用でき、信頼性を増すことができる。
厚くできるので、エミッタ放出電流ののエミッタ高さ依
存性を緩和でき、エミッション電流の均一性を改善し、
陰極エミッション特性のバラツキを圧縮することができ
る。さらに、基板、絶縁層、ゲート電極の間の膨張率の
違いによるストレスが軽減され、温度の上昇・下降に伴
う膜剥がれ、クラック等の恐れが解決される。同時に、
ゲート電極材料の選択に自由度があるので、耐熱材料が
使用でき、信頼性を増すことができる。
【００１４】
【実施例】次に本発明について図面を参照して詳細に説
明する。図１は本発明の第１の実施例を示す電界放出冷
陰極素子の構造図である。図１において、１は導電性の
基板、２は電子を放出する円錐状のエミッタで基板１と
電気的に接続されている。３は基板１の上に形成した絶
縁層、４は絶縁層３のすぐ上に形成したゲート層であ
る。エミッタ２の周辺部は絶縁層３、ゲート層４ともに
除去され、開口が形成されている。ゲート層４とゲート
開口周辺部５でゲート電極６を構成し、ゲート開口周辺
部５は他の部分と比較して厚く形成されている。
明する。図１は本発明の第１の実施例を示す電界放出冷
陰極素子の構造図である。図１において、１は導電性の
基板、２は電子を放出する円錐状のエミッタで基板１と
電気的に接続されている。３は基板１の上に形成した絶
縁層、４は絶縁層３のすぐ上に形成したゲート層であ
る。エミッタ２の周辺部は絶縁層３、ゲート層４ともに
除去され、開口が形成されている。ゲート層４とゲート
開口周辺部５でゲート電極６を構成し、ゲート開口周辺
部５は他の部分と比較して厚く形成されている。
【００１５】通常の動作中においては、基板１と同電位
のエミッタ２に対し、ゲート電極６には数１０Ｖの正の
電圧が印加されている。エミッタ２の先端は極めて鋭利
に形成され、エミッタ２の先端とゲート電極６とは極め
て近接した位置にあるため、エミッタ２の先端には強い
電界が加わり、ここから電子が放出される。１個のエミ
ッタ２とこの周囲にあるゲート電極６の開口で微小冷陰
極が構成され、単一の微小冷陰極あるいは複数の微小冷
陰極の集合が冷陰極となる。
のエミッタ２に対し、ゲート電極６には数１０Ｖの正の
電圧が印加されている。エミッタ２の先端は極めて鋭利
に形成され、エミッタ２の先端とゲート電極６とは極め
て近接した位置にあるため、エミッタ２の先端には強い
電界が加わり、ここから電子が放出される。１個のエミ
ッタ２とこの周囲にあるゲート電極６の開口で微小冷陰
極が構成され、単一の微小冷陰極あるいは複数の微小冷
陰極の集合が冷陰極となる。
【００１６】図２は計算で求めたエミッタコーンの高さ
に対するエミッション電流の関係である（１９９０年電
子情報通信学会秋季全国大会、ＳＣ−８−１）。図２に
おいて、絶縁層の厚さは１μｍ、ゲート電極の厚さは
０．４μｍであるので、エミッタコーンの高さ１．０か
ら１．４μｍの位置にゲート電極が形成されている。エ
ミッタコーンの先端が１．０μｍ以下のときにはエミッ
ション電流の変化は約１２０％／０．１μｍであるが、
ゲート電極の高さ付近になるとエミッション電流の変化
は約２０％／０．１μｍと小さくなっている。これはゲ
ート電極の開口の部分では等電位面の密度が小さくなる
ためであると考えられる。したがって、開口周囲のゲー
ト電極を厚くすることは、エミッタコーンの高さの不均
一性があってもエミッション電流の不均一性は緩和され
やすくなり、緩和されるエミッタコーンの高さの範囲が
拡大されることを意味している。
に対するエミッション電流の関係である（１９９０年電
子情報通信学会秋季全国大会、ＳＣ−８−１）。図２に
おいて、絶縁層の厚さは１μｍ、ゲート電極の厚さは
０．４μｍであるので、エミッタコーンの高さ１．０か
ら１．４μｍの位置にゲート電極が形成されている。エ
ミッタコーンの先端が１．０μｍ以下のときにはエミッ
ション電流の変化は約１２０％／０．１μｍであるが、
ゲート電極の高さ付近になるとエミッション電流の変化
は約２０％／０．１μｍと小さくなっている。これはゲ
ート電極の開口の部分では等電位面の密度が小さくなる
ためであると考えられる。したがって、開口周囲のゲー
ト電極を厚くすることは、エミッタコーンの高さの不均
一性があってもエミッション電流の不均一性は緩和され
やすくなり、緩和されるエミッタコーンの高さの範囲が
拡大されることを意味している。
【００１７】図３は本発明の第２の実施例を示す電界放
出冷陰極素子の構造図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平
面図を示す。図３において、図１と同じ番号の部分は図
１の構成要素と全く同じ構成要素を示す。７は絶縁層３
のすぐ上に被着した第１ゲート層、８は第１ゲート層７
の上でゲート開口の周辺部に形成した第２ゲート層で、
ゲート電極９は第１ゲート層７と第２ゲート層８で構成
される。
出冷陰極素子の構造図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平
面図を示す。図３において、図１と同じ番号の部分は図
１の構成要素と全く同じ構成要素を示す。７は絶縁層３
のすぐ上に被着した第１ゲート層、８は第１ゲート層７
の上でゲート開口の周辺部に形成した第２ゲート層で、
ゲート電極９は第１ゲート層７と第２ゲート層８で構成
される。
【００１８】いま、基板１にシリコン（線膨張率３．１
×１０-6／℃）、絶縁層３にシリコン熱酸化膜（ＳｉＯ
2 線膨張率１．５×１０-6／℃）を使用し、第１ゲート
層７に多結晶シリコン（線膨張率３．１×１０-6／
℃）、第２ゲート層８にタングステンシリサイド（ＷＳ
ｉ2 線膨張率８．４×１０-6／℃）を使用する。多結晶
シリコンの融点は約１４００℃であるのに対し、ＷＳｉ
2 の融点は約２６０℃であるので、このような構成とす
ることにより、ゲート電極の上層には融点が高い材料
（ＷＳｉ2 ）で耐熱性を確保し、絶縁層近いゲート電極
の下層には絶縁層の膨張率に近い膨張率を持つ材料（多
結晶シリコン）で温度変化に伴うストレスを緩和してい
る。
×１０-6／℃）、絶縁層３にシリコン熱酸化膜（ＳｉＯ
2 線膨張率１．５×１０-6／℃）を使用し、第１ゲート
層７に多結晶シリコン（線膨張率３．１×１０-6／
℃）、第２ゲート層８にタングステンシリサイド（ＷＳ
ｉ2 線膨張率８．４×１０-6／℃）を使用する。多結晶
シリコンの融点は約１４００℃であるのに対し、ＷＳｉ
2 の融点は約２６０℃であるので、このような構成とす
ることにより、ゲート電極の上層には融点が高い材料
（ＷＳｉ2 ）で耐熱性を確保し、絶縁層近いゲート電極
の下層には絶縁層の膨張率に近い膨張率を持つ材料（多
結晶シリコン）で温度変化に伴うストレスを緩和してい
る。
【００１９】図３のような構成とすることにより、エミ
ッタの高さの不均一性があってもエミッション電流の不
均一性は緩和されやすくなり、緩和されるエミッタの高
さの範囲が拡大される。さらに、エミッタとの間で微小
放電が発生する可能の強く、残留ガスと電子との衝突に
よって発生した負イオンの衝突する可能性の強いゲート
電極の開口周辺部の耐熱性を高くし、これらの恐れの少
ない部分は通常の電極材料のみとしている。この結果、
ゲート電極の耐熱性を保ちながら同時に温度変化による
ストレスを緩和することができる。
ッタの高さの不均一性があってもエミッション電流の不
均一性は緩和されやすくなり、緩和されるエミッタの高
さの範囲が拡大される。さらに、エミッタとの間で微小
放電が発生する可能の強く、残留ガスと電子との衝突に
よって発生した負イオンの衝突する可能性の強いゲート
電極の開口周辺部の耐熱性を高くし、これらの恐れの少
ない部分は通常の電極材料のみとしている。この結果、
ゲート電極の耐熱性を保ちながら同時に温度変化による
ストレスを緩和することができる。
【００２０】図４は本発明の第３の実施例を示す電界放
出冷陰極素子の構造図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平
面図を示す。図４において、図１と同じ番号の部分は図
１の構成要素と全く同じ構成要素を示す。１２は絶縁層
３のすぐ上に被着した第１ゲート層、１３は第１ゲート
層１２の上に被着した第２ゲート層で、第１ゲート層１
２および第２ゲート層１３の２層構造で構成されたゲー
ト電極１４をゲート開口の周辺部に形成している。ゲー
ト開口の周辺以外の部分は第２ゲート層１３を除去する
とともに、第１ゲート層１２の厚さを薄くして、ゲート
開口周辺部のゲート電極１４を厚くしながら、ストレス
を吸収しやすい構造としている。本実施例においても、
各部分の材料は図１の第１の実施例と同一である。
出冷陰極素子の構造図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平
面図を示す。図４において、図１と同じ番号の部分は図
１の構成要素と全く同じ構成要素を示す。１２は絶縁層
３のすぐ上に被着した第１ゲート層、１３は第１ゲート
層１２の上に被着した第２ゲート層で、第１ゲート層１
２および第２ゲート層１３の２層構造で構成されたゲー
ト電極１４をゲート開口の周辺部に形成している。ゲー
ト開口の周辺以外の部分は第２ゲート層１３を除去する
とともに、第１ゲート層１２の厚さを薄くして、ゲート
開口周辺部のゲート電極１４を厚くしながら、ストレス
を吸収しやすい構造としている。本実施例においても、
各部分の材料は図１の第１の実施例と同一である。
【００２１】図５は本発明の第４の実施例を示す電界放
出冷陰極素子の構造図で、（ｂ）は平面図、（ａ）は平
面図（ｂ）のＡＢの部分の断面図を示す。図５におい
て、図１と同じ番号の部分は図１の構成要素と全く同じ
構成要素を示す。図５において、ゲート開口の周辺部を
除いてゲート電極１５にはゲート窓１６が形成されてい
る。このゲート窓１６を通してＳｉＯ2 で作られた絶縁
層３がオーバーエッチングされ、ゲート開口の周辺部を
除いてゲート電極１５の下に空洞が作られている。
出冷陰極素子の構造図で、（ｂ）は平面図、（ａ）は平
面図（ｂ）のＡＢの部分の断面図を示す。図５におい
て、図１と同じ番号の部分は図１の構成要素と全く同じ
構成要素を示す。図５において、ゲート開口の周辺部を
除いてゲート電極１５にはゲート窓１６が形成されてい
る。このゲート窓１６を通してＳｉＯ2 で作られた絶縁
層３がオーバーエッチングされ、ゲート開口の周辺部を
除いてゲート電極１５の下に空洞が作られている。
【００２２】ゲート電極１５には多数のゲート窓１６が
形成され、さらに、絶縁層３の多くの部分が除去されて
いるので、ゲート電極１５を厚く形成しても、絶縁層３
とゲート電極１５の間の膨張率の差で生じる温度変化に
伴うストレスは大幅に緩和される。さらに、絶縁層３は
部分的に基板１の上に形成されているので、絶縁層３と
基板１の間の同じストレスも軽減される。
形成され、さらに、絶縁層３の多くの部分が除去されて
いるので、ゲート電極１５を厚く形成しても、絶縁層３
とゲート電極１５の間の膨張率の差で生じる温度変化に
伴うストレスは大幅に緩和される。さらに、絶縁層３は
部分的に基板１の上に形成されているので、絶縁層３と
基板１の間の同じストレスも軽減される。
【００２３】図６は本発明の第５の実施例を示す電界放
出冷陰極素子の構造図で、（ｂ）は平面図、（ａ）は平
面図（ｂ）のＡＢの部分の断面図を示す。図６におい
て、図１と同じ番号の部分は図１の構成要素と全く同じ
構成要素を示す。１７はゲート電極で、エミッタ２の周
辺部およびエミッタ２間の導通に必要な部分を除いて、
ゲート電極１７とその下の絶縁層３を除去している。こ
の結果、ゲート電極１７と絶縁層３を部分的に除去して
いるので、ゲート電極１７と絶縁層３の間のストレスお
よび、絶縁層３と基板１との間のストレスも大幅に緩和
される。この結果、ストレスを生じさせずにゲート電極
１７の厚さを厚くできるので、エミッションの均一性を
改善できる。
出冷陰極素子の構造図で、（ｂ）は平面図、（ａ）は平
面図（ｂ）のＡＢの部分の断面図を示す。図６におい
て、図１と同じ番号の部分は図１の構成要素と全く同じ
構成要素を示す。１７はゲート電極で、エミッタ２の周
辺部およびエミッタ２間の導通に必要な部分を除いて、
ゲート電極１７とその下の絶縁層３を除去している。こ
の結果、ゲート電極１７と絶縁層３を部分的に除去して
いるので、ゲート電極１７と絶縁層３の間のストレスお
よび、絶縁層３と基板１との間のストレスも大幅に緩和
される。この結果、ストレスを生じさせずにゲート電極
１７の厚さを厚くできるので、エミッションの均一性を
改善できる。
【００２４】第４の実施例（図５）および第５の実施例
（図６）において、ゲート電極の一部を除去している
が、除去したゲート電極の真下およびその周辺の絶縁層
も除去しているので、電子やイオンなどの荷電粒子が絶
縁層のうえに付着して、この電位に影響を与える恐れは
ない。
（図６）において、ゲート電極の一部を除去している
が、除去したゲート電極の真下およびその周辺の絶縁層
も除去しているので、電子やイオンなどの荷電粒子が絶
縁層のうえに付着して、この電位に影響を与える恐れは
ない。
【００２５】なお、第４の実施例（図５）および第５の
実施例（図６）において、第１の実施例（図１）、第２
の実施例（図３）、第３の実施例（図４）のように、ゲ
ート周辺部のみ厚くするか、あるいはゲート周辺のみ第
２ゲート層を形成して厚くするか、あるいはゲート周辺
のみに第２ゲート層を形成し、第１ゲート層もゲート周
辺部を除いて薄くすることによって、さらにストレス緩
和効果を大きくすることができる。
実施例（図６）において、第１の実施例（図１）、第２
の実施例（図３）、第３の実施例（図４）のように、ゲ
ート周辺部のみ厚くするか、あるいはゲート周辺のみ第
２ゲート層を形成して厚くするか、あるいはゲート周辺
のみに第２ゲート層を形成し、第１ゲート層もゲート周
辺部を除いて薄くすることによって、さらにストレス緩
和効果を大きくすることができる。
【００２６】また、第４の実施例において、ゲート電極
１５と絶縁層３の一部ならびにゲート開口付近を除いた
ゲート電極１５の下の絶縁層が除去されており、第５の
実施例においては、ゲート電極１７と絶縁層３の一部が
除去されているので、エミッタ２とゲート電極１７の間
の静電容量も削減することができ、エミッション電流制
御のためにエミッタ２とゲート電極１７の間に加える信
号を高周波化でき、この信号を作る駆動増幅器を簡易化
できる。
１５と絶縁層３の一部ならびにゲート開口付近を除いた
ゲート電極１５の下の絶縁層が除去されており、第５の
実施例においては、ゲート電極１７と絶縁層３の一部が
除去されているので、エミッタ２とゲート電極１７の間
の静電容量も削減することができ、エミッション電流制
御のためにエミッタ２とゲート電極１７の間に加える信
号を高周波化でき、この信号を作る駆動増幅器を簡易化
できる。
【００２７】また、第２の実施例では、ゲート電極が２
種類の金属材料で構成される例を示したが、３種類以上
の金属材料で構成された場合にも本発明が適用されるこ
とは明らかである。
種類の金属材料で構成される例を示したが、３種類以上
の金属材料で構成された場合にも本発明が適用されるこ
とは明らかである。
【００２８】全実施例を通じ、基板１には導電性のシリ
コンを使用するとしているが、これに限らず他の導電性
材料、ならびにガラスやセラミックのような絶縁材料の
上に金属薄膜を堆積したものを使用しても全く同様に構
成することができる。さらに、本発明は金属材料の堆積
あるいは基板１のエッチング等で形成されたエミッタ２
の冷陰極に適用できる。
コンを使用するとしているが、これに限らず他の導電性
材料、ならびにガラスやセラミックのような絶縁材料の
上に金属薄膜を堆積したものを使用しても全く同様に構
成することができる。さらに、本発明は金属材料の堆積
あるいは基板１のエッチング等で形成されたエミッタ２
の冷陰極に適用できる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷陰極に
おいては、ゲート電極の開口周辺部の厚さを厚くしたの
で、エミッタの高さのバラツキに対してエミッション電
流のバラツキを比較的小さく抑えることができる。
おいては、ゲート電極の開口周辺部の厚さを厚くしたの
で、エミッタの高さのバラツキに対してエミッション電
流のバラツキを比較的小さく抑えることができる。
【００３０】さらに、ゲート電極の開口周辺部の厚さを
厚くしても、冷陰極ゲート電極の膜剥がれや変形等の恐
れなしに処理温度を十分高くできるので、電子管内ある
いは真空容器内に冷陰極を封入した時、十分高い管内真
空度を実現できる。このため、管内に残留したガスが及
ぼす悪影響、たとえばエミッタの先端にイオン化したガ
ス原子が衝突してこれを損傷させたり、ガス分子がエミ
ッタの先端に吸着して電子放出効率を低下させる恐れが
少なくなり、長期間にわたって特性の安定した冷陰極を
実現できる。
厚くしても、冷陰極ゲート電極の膜剥がれや変形等の恐
れなしに処理温度を十分高くできるので、電子管内ある
いは真空容器内に冷陰極を封入した時、十分高い管内真
空度を実現できる。このため、管内に残留したガスが及
ぼす悪影響、たとえばエミッタの先端にイオン化したガ
ス原子が衝突してこれを損傷させたり、ガス分子がエミ
ッタの先端に吸着して電子放出効率を低下させる恐れが
少なくなり、長期間にわたって特性の安定した冷陰極を
実現できる。
【００３１】また、ゲート電極の少なくとも開口周辺部
の上部の層を比較的自由に選ぶことができるので、これ
を耐熱性のある材料とすることによって、ゲート電極へ
のエミッション電流の流入やイオンの衝突、エミッタゲ
ート電極間の部分的な微小放電に対しても耐える信頼性
のある構造とすることができる。
の上部の層を比較的自由に選ぶことができるので、これ
を耐熱性のある材料とすることによって、ゲート電極へ
のエミッション電流の流入やイオンの衝突、エミッタゲ
ート電極間の部分的な微小放電に対しても耐える信頼性
のある構造とすることができる。
【００３２】また、第４，第５の実施例では、エミッタ
ゲート間の静電容量を低減できるので、電流制御周波数
を上昇させ、駆動増幅器の出力電力を削減できる。
ゲート間の静電容量を低減できるので、電流制御周波数
を上昇させ、駆動増幅器の出力電力を削減できる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す冷陰極素子の断面
図である。
図である。
【図２】エミッタコーンの高さに対するエミッション電
流の関係を示すグラフである。
流の関係を示すグラフである。
【図３】（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施例を示す
冷陰極素子の断面図と平面図である。
冷陰極素子の断面図と平面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は本発明の第３の実施例を示す
冷陰極素子の断面図と平面図である。
冷陰極素子の断面図と平面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は本発明の第４の実施例を示す
冷陰極素子の断面図と平面図である。
冷陰極素子の断面図と平面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は本発明の第５の実施例を示す
冷陰極素子の断面図と平面図である。
冷陰極素子の断面図と平面図である。
【図７】従来例の冷陰極素子の断面図である。
【図８】従来例の冷陰極素子の断面図である。
【図９】従来例の冷陰極素子の断面図である。
【図１０】従来例の冷陰極素子の断面図である。
【図１１】従来例の冷陰極素子の断面図である。
【図１２】従来例の冷陰極素子の断面図である。
【図１３】従来例の冷陰極素子の断面図である。
１，１０１，１０５ 基板 ２，１０２ エミッタ ３，１０３ 絶縁層 ４ ゲート層 ５ ゲート開口周辺部 ６，９，１４，１５，１７，１０４ ゲート電極 ７，１２，１０７ 第１ゲート層 ８，１３，１０８ 第２ゲート層 １６ ゲート窓 １０６ コート膜 １０９ 第３ゲート膜 １１０ リング状ゲート
Claims (5)
- 【請求項１】 導電性を持つ基板あるいは絶縁性材料上
に導電性層を積層した基板と、前記基板の上に形成し先
端を先鋭化した電極と、前記電極とその付近を除いて前
記基板上に形成した絶縁層と、前記絶縁層の上に積層し
前記電極を取り囲む開口を持つ制御電極から構成され、
前記制御電極の前記開口の周辺部を前記開口の周辺部を
除く部分よりも厚く形成したことを特徴とする電界放出
冷陰極素子。 - 【請求項２】 前記制御電極の前記開口の周辺部を前記
絶縁層の上に積層した第１層と前記第１層の上に積層し
た第２層の少なくとも２層構造としたことを特徴とする
請求項１記載の電界放出冷陰極素子。 - 【請求項３】 前記第１層の膨張率が前記制御電極の他
の部分よりも前記絶縁層の膨張率に近いことを特徴とす
る請求項２の電界放出冷陰極素子。 - 【請求項４】 前記第１層の材料を多結晶シリコン、前
記第２層の材料をタングステンシリサイドとしたことを
特徴とする請求項２記載の電界放出冷陰極素子。 - 【請求項５】 導電性を持つ基板あるいは絶縁性材料上
に導電性層を積層した基板と、前記基板の上に形成され
先端を先鋭化され前記基板と電気的に接続された電極
と、前記電極とその付近を除いて前記基板上に形成した
絶縁層と、前記絶縁層の上に積層し前記電極を取り囲む
開口を持つ制御電極から構成され、前記制御電極の前記
開口の周辺部を除く部分に窓を開け、前記窓の部分およ
びその周辺部の前記絶縁層を除去したことを特徴とする
電界放出冷陰極素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8582593A JPH07111868B2 (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 電界放出冷陰極素子 |
| US08/225,976 US5559390A (en) | 1993-04-13 | 1994-04-12 | Field emission cold cathode element with locally thickened gate electrode layer |
| US08/460,065 US5648698A (en) | 1993-04-13 | 1995-06-02 | Field emission cold cathode element having exposed substrate |
| US08/460,750 US5650688A (en) | 1993-04-13 | 1995-06-02 | Field emission cold cathode element having exposed substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8582593A JPH07111868B2 (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 電界放出冷陰極素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06302266A JPH06302266A (ja) | 1994-10-28 |
| JPH07111868B2 true JPH07111868B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=13869636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8582593A Expired - Fee Related JPH07111868B2 (ja) | 1993-04-13 | 1993-04-13 | 電界放出冷陰極素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US5559390A (ja) |
| JP (1) | JPH07111868B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5975975A (en) * | 1994-09-16 | 1999-11-02 | Micron Technology, Inc. | Apparatus and method for stabilization of threshold voltage in field emission displays |
| US6417605B1 (en) | 1994-09-16 | 2002-07-09 | Micron Technology, Inc. | Method of preventing junction leakage in field emission devices |
| TW289864B (ja) * | 1994-09-16 | 1996-11-01 | Micron Display Tech Inc | |
| JP2812356B2 (ja) * | 1995-02-24 | 1998-10-22 | 日本電気株式会社 | 電界放出型電子銃 |
| JP2897674B2 (ja) * | 1995-02-28 | 1999-05-31 | 日本電気株式会社 | 電界放出型冷陰極とこれを用いた電子銃 |
| JP2917898B2 (ja) * | 1996-03-29 | 1999-07-12 | 日本電気株式会社 | 電界放出冷陰極素子およびその使用方法 |
| US5847407A (en) * | 1997-02-03 | 1998-12-08 | Motorola Inc. | Charge dissipation field emission device |
| US6155900A (en) * | 1999-10-12 | 2000-12-05 | Micron Technology, Inc. | Fiber spacers in large area vacuum displays and method for manufacture |
| US6469436B1 (en) * | 2000-01-14 | 2002-10-22 | Micron Technology, Inc. | Radiation shielding for field emitters |
| JP2007538359A (ja) * | 2004-05-19 | 2007-12-27 | コメット ホールディング アーゲー | 高線量ｘ線管 |
| KR100814850B1 (ko) * | 2006-10-02 | 2008-03-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 발광 장치 및 표시 장치 |
| JP6352894B2 (ja) * | 2015-12-24 | 2018-07-04 | トヨタ自動車株式会社 | 太陽電池モジュール |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5325632B2 (ja) * | 1973-03-22 | 1978-07-27 | ||
| JPS57187849A (en) * | 1981-05-15 | 1982-11-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Electron gun |
| NL8400297A (nl) * | 1984-02-01 | 1985-09-02 | Philips Nv | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van een elektronenbundel. |
| US4874981A (en) * | 1988-05-10 | 1989-10-17 | Sri International | Automatically focusing field emission electrode |
| JP3007654B2 (ja) * | 1990-05-31 | 2000-02-07 | 株式会社リコー | 電子放出素子の製造方法 |
| JP2969913B2 (ja) * | 1990-10-30 | 1999-11-02 | ソニー株式会社 | 電界放出型エミッタ |
| US5281890A (en) * | 1990-10-30 | 1994-01-25 | Motorola, Inc. | Field emission device having a central anode |
| JP3054205B2 (ja) * | 1991-02-20 | 2000-06-19 | 株式会社リコー | 電子放出素子集積基板 |
| JP3084768B2 (ja) * | 1991-03-13 | 2000-09-04 | ソニー株式会社 | 電界放出型陰極装置 |
| US5278472A (en) * | 1992-02-05 | 1994-01-11 | Motorola, Inc. | Electronic device employing field emission devices with dis-similar electron emission characteristics and method for realization |
| KR960009127B1 (en) * | 1993-01-06 | 1996-07-13 | Samsung Display Devices Co Ltd | Silicon field emission emitter and the manufacturing method |
| US5340997A (en) * | 1993-09-20 | 1994-08-23 | Hewlett-Packard Company | Electrostatically shielded field emission microelectronic device |
-
1993
- 1993-04-13 JP JP8582593A patent/JPH07111868B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-04-12 US US08/225,976 patent/US5559390A/en not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-06-02 US US08/460,750 patent/US5650688A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-06-02 US US08/460,065 patent/US5648698A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5650688A (en) | 1997-07-22 |
| US5559390A (en) | 1996-09-24 |
| JPH06302266A (ja) | 1994-10-28 |
| US5648698A (en) | 1997-07-15 |
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