JPH0714501A - 電界放出冷陰極とこれを用いた電子銃 - Google Patents
電界放出冷陰極とこれを用いた電子銃Info
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- JPH0714501A JPH0714501A JP17481793A JP17481793A JPH0714501A JP H0714501 A JPH0714501 A JP H0714501A JP 17481793 A JP17481793 A JP 17481793A JP 17481793 A JP17481793 A JP 17481793A JP H0714501 A JPH0714501 A JP H0714501A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J3/00—Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J3/02—Electron guns
- H01J3/021—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
- H01J3/022—Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source with microengineered cathode, e.g. Spindt-type
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電界放出冷陰極のゲートーエミッタ間の静電
容量を削減し、電子ビームの高速のスイッチングや高周
波の電流変調を可能にすると共に、陰極周辺の電極精度
を向上させ、高品質の電子ビーム形成を可能にし、同時
に、ゲート−エミッタの間の絶縁低下を防止し、安定な
動作を実現する。 【構成】 ゲート電極の周辺部に、これを囲むようにゲ
ート電極とは絶縁された周辺電極を作り、この周辺陰極
にエミッタあるいはゲート電極と同じ電圧あるいは別の
電圧を印加する。さらに、この冷陰極とウエーネルト電
極とを周辺電極を基準にして組み立てて電子銃とする。
容量を削減し、電子ビームの高速のスイッチングや高周
波の電流変調を可能にすると共に、陰極周辺の電極精度
を向上させ、高品質の電子ビーム形成を可能にし、同時
に、ゲート−エミッタの間の絶縁低下を防止し、安定な
動作を実現する。 【構成】 ゲート電極の周辺部に、これを囲むようにゲ
ート電極とは絶縁された周辺電極を作り、この周辺陰極
にエミッタあるいはゲート電極と同じ電圧あるいは別の
電圧を印加する。さらに、この冷陰極とウエーネルト電
極とを周辺電極を基準にして組み立てて電子銃とする。
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
ならびにこれを用いた電子銃に関するものである。
極、特に鋭利な先端から電子を放出する電界放出冷陰極
ならびにこれを用いた電子銃に関するものである。
【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(J
ournal of Applied Physics,Vol.47, No.12, pp.5248,
1976) 。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
利点を持つものである。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(J
ournal of Applied Physics,Vol.47, No.12, pp.5248,
1976) 。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
利点を持つものである。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４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。導電性の基板
１０１の上に高さ約１μｍの微小な円錐状のエミッタ１
０２が膜堆積法によって形成され、エミッタ１０２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１μｍ、ゲ
ート電極の開口径も約１μｍと狭く、エミッタ１０２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２〜５×１０
7 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。導電性の基板
１０１の上に高さ約１μｍの微小な円錐状のエミッタ１
０２が膜堆積法によって形成され、エミッタ１０２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１μｍ、ゲ
ート電極の開口径も約１μｍと狭く、エミッタ１０２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２〜５×１０
7 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】図５は図４に示す微小冷陰極を多数アレイ
状に並べた平面状陰極の構成を示し、（ａ）は平面図
で、（ｂ）は図５（ａ）のＡ，Ｂ間の断面図である。図
４と同じ構成要素には同じ番号を付与している。エミッ
タ１０２は基板１０１の中央部に多数形成され、電子ビ
ームの電子源となる。絶縁層１０３は、エミッタ１０２
の周辺を除いて、基板１０１の全面に形成されている。
ゲート電極１０４はエミッタ１０２の形成されている部
分のみに作られ、配線１０６を通してボンディングパッ
ド１０５に接続されている。図６は別の従来技術を示す
冷陰極の構造図で、（ａ）は平面図で、（ｂ）は図６
（ａ）のＡ，Ｂ間の断面図である。図４と同じ構成要素
には同じ番号を付与している。多数のエミッタ１０２は
基板１０１の中央部に形成されているが、絶縁層１０３
とゲート電極１０４は、エミッタの周辺部を除いて、基
板１０１の全面に形成されている。
状に並べた平面状陰極の構成を示し、（ａ）は平面図
で、（ｂ）は図５（ａ）のＡ，Ｂ間の断面図である。図
４と同じ構成要素には同じ番号を付与している。エミッ
タ１０２は基板１０１の中央部に多数形成され、電子ビ
ームの電子源となる。絶縁層１０３は、エミッタ１０２
の周辺を除いて、基板１０１の全面に形成されている。
ゲート電極１０４はエミッタ１０２の形成されている部
分のみに作られ、配線１０６を通してボンディングパッ
ド１０５に接続されている。図６は別の従来技術を示す
冷陰極の構造図で、（ａ）は平面図で、（ｂ）は図６
（ａ）のＡ，Ｂ間の断面図である。図４と同じ構成要素
には同じ番号を付与している。多数のエミッタ１０２は
基板１０１の中央部に形成されているが、絶縁層１０３
とゲート電極１０４は、エミッタの周辺部を除いて、基
板１０１の全面に形成されている。
【０００５】図７は別の従来技術を示す冷陰極の構造図
で、（ａ）が平面図で、（ｂ）がＡ，Ｂ間の断面図であ
る。図４と同じ構成要素には同じ番号を付与している。
多数のエミッタ１０２は基板１０１の中央部に形成され
ており、絶縁層１０３とゲート電極１０４はエミッタ１
０２の形成されている部分のみに作られ、この他には、
基板１０１上には絶縁層と金属層の２層構造になったボ
ンディングパッド１０５と配線１０６が形成されてい
る。図８は特開平４−２８４３２４に開示された従来技
術を示す冷陰極の構造である。エミッタ１０２はこれと
組になったゲート電極要素１０７と共に他のエミッタ・
ゲート電極対と互いに分離され、可溶抵抗体よりなるゲ
ート支線１０８を介してゲート幹線１０９で互いに接続
されている。このため、あるエミッタがゲート電極要素
と短絡しても、これに接続されたゲート支線が過大電流
で断線されるのでゲート幹線から切り離され、他のエミ
ッタは正常に動作する事ができる。
で、（ａ）が平面図で、（ｂ）がＡ，Ｂ間の断面図であ
る。図４と同じ構成要素には同じ番号を付与している。
多数のエミッタ１０２は基板１０１の中央部に形成され
ており、絶縁層１０３とゲート電極１０４はエミッタ１
０２の形成されている部分のみに作られ、この他には、
基板１０１上には絶縁層と金属層の２層構造になったボ
ンディングパッド１０５と配線１０６が形成されてい
る。図８は特開平４−２８４３２４に開示された従来技
術を示す冷陰極の構造である。エミッタ１０２はこれと
組になったゲート電極要素１０７と共に他のエミッタ・
ゲート電極対と互いに分離され、可溶抵抗体よりなるゲ
ート支線１０８を介してゲート幹線１０９で互いに接続
されている。このため、あるエミッタがゲート電極要素
と短絡しても、これに接続されたゲート支線が過大電流
で断線されるのでゲート幹線から切り離され、他のエミ
ッタは正常に動作する事ができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図６に示す陰極構造に
おいては、基板１０１とゲート電極１０４とは約１μｍ
と薄い絶縁層１０３を介して全面で基板１０１と面して
いるので、基板１０１およびエミッタ１０２とゲート電
極１０４の間の静電容量は極めて大きくなる。このた
め、ゲート電極１０４と基板１０１の間にパルス電圧や
アナログ電圧を印加してエミッタ１０２の先端から放出
される電流を制御する場合に、その周波数を十分高くす
ることができなくなる。また、基板１０１の周辺部で
は、基板１０１とゲート電極１０４が同じく約１μｍの
距離で絶縁層１０３の側面を挟んで面しているので、こ
の部分において汚れ等による絶縁劣化の問題がある。図
７に示す陰極構造においては、基板１０１とゲート電極
１０４とはエミッタ１０２が形成されている部分のみで
面しているので、基板１０１とゲート電極１０４の間の
静電容量は十分小さくできる。しかし、ゲート電極１０
４の周辺部ならびに配線１０６とボンディングパッド１
０５の周辺部は図５と同様に、約１μｍの距離で絶縁層
１０３の側面を挟んで基板１０１と面しているので、こ
の部分の絶縁層１０３の側面の汚れ等によって基板１０
１とゲート電極１０４の間の絶縁劣化の恐れがあるとい
う問題がある。
おいては、基板１０１とゲート電極１０４とは約１μｍ
と薄い絶縁層１０３を介して全面で基板１０１と面して
いるので、基板１０１およびエミッタ１０２とゲート電
極１０４の間の静電容量は極めて大きくなる。このた
め、ゲート電極１０４と基板１０１の間にパルス電圧や
アナログ電圧を印加してエミッタ１０２の先端から放出
される電流を制御する場合に、その周波数を十分高くす
ることができなくなる。また、基板１０１の周辺部で
は、基板１０１とゲート電極１０４が同じく約１μｍの
距離で絶縁層１０３の側面を挟んで面しているので、こ
の部分において汚れ等による絶縁劣化の問題がある。図
７に示す陰極構造においては、基板１０１とゲート電極
１０４とはエミッタ１０２が形成されている部分のみで
面しているので、基板１０１とゲート電極１０４の間の
静電容量は十分小さくできる。しかし、ゲート電極１０
４の周辺部ならびに配線１０６とボンディングパッド１
０５の周辺部は図５と同様に、約１μｍの距離で絶縁層
１０３の側面を挟んで基板１０１と面しているので、こ
の部分の絶縁層１０３の側面の汚れ等によって基板１０
１とゲート電極１０４の間の絶縁劣化の恐れがあるとい
う問題がある。
【０００７】図５に示す陰極構造においては、絶縁層１
０３はエミッタ１０２の周辺部を除いて基板１０１上の
全面に形成され、ゲート電極１０４はエミッタ１０２が
形成されている部分のみに形成され、配線１０６を通し
てボンディングパッド１０５と接続されている。この構
造では、エミッタ１０２と基板１０１の間の静電容量は
小さい。しかし、絶縁層１０３が真空に露出しているの
で、電子や荷電粒子の衝突によって絶縁層１０３の表面
に電荷を蓄積する恐れがあり、その結果、電子ビームの
形成に悪影響を与える恐れがあるという問題がある。図
８に示す陰極においては、個々の陰極が分離され、ゲー
ト支線１０８、ゲート幹線１０９を通して接続されてい
るため、エミッタの密度を高くすることができず、陰極
の電流密度は低い値にとどまる。また、ゲート電極要素
１０７、ゲート支線１０８、ゲート幹線１０９の占める
面積は比較的大きくなり、ゲート−エミッタ間静電容量
もこの面積に応じて大きくなる恐れがある。さらに、絶
縁層が真空に露出しているため、荷電粒子の衝突、蓄積
による電荷のため、この陰極から放出された電子ビーム
の軌道に影響を及ぼす恐れがあるという問題がある。
０３はエミッタ１０２の周辺部を除いて基板１０１上の
全面に形成され、ゲート電極１０４はエミッタ１０２が
形成されている部分のみに形成され、配線１０６を通し
てボンディングパッド１０５と接続されている。この構
造では、エミッタ１０２と基板１０１の間の静電容量は
小さい。しかし、絶縁層１０３が真空に露出しているの
で、電子や荷電粒子の衝突によって絶縁層１０３の表面
に電荷を蓄積する恐れがあり、その結果、電子ビームの
形成に悪影響を与える恐れがあるという問題がある。図
８に示す陰極においては、個々の陰極が分離され、ゲー
ト支線１０８、ゲート幹線１０９を通して接続されてい
るため、エミッタの密度を高くすることができず、陰極
の電流密度は低い値にとどまる。また、ゲート電極要素
１０７、ゲート支線１０８、ゲート幹線１０９の占める
面積は比較的大きくなり、ゲート−エミッタ間静電容量
もこの面積に応じて大きくなる恐れがある。さらに、絶
縁層が真空に露出しているため、荷電粒子の衝突、蓄積
による電荷のため、この陰極から放出された電子ビーム
の軌道に影響を及ぼす恐れがあるという問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、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、前記制御電極の周辺に
前記制御電極とは絶縁された電極を形成した電界放出冷
陰極であり、また、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成
る電界放出冷陰極と、前記電界放出冷陰極を固定する固
定部品と、前記陰極付近の電位分布を形成する電極部品
で構成され、前記電界放出冷陰極を固定した前記固定部
品を前記電極部品に取り付けた電子銃である。
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、前記制御電極の周辺に
前記制御電極とは絶縁された電極を形成した電界放出冷
陰極であり、また、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成
る電界放出冷陰極と、前記電界放出冷陰極を固定する固
定部品と、前記陰極付近の電位分布を形成する電極部品
で構成され、前記電界放出冷陰極を固定した前記固定部
品を前記電極部品に取り付けた電子銃である。
【０００９】
【作用】本発明においては、ゲート電極をエミッタが集
合した電子放出部とその周辺の部分とに分離し、分離し
た周辺電極にゲート電極と同一あるいは独立の電圧を印
加できる様にしたものである。さらに、この陰極をこの
陰極の前に電位分布を形成して、電子ビームを形成する
電極と組み合わせて、電子銃を構成するものであるか
ら、この結果、エミッターゲート間絶縁を十分良好に保
ちながら、エミッターゲート電極の間の静電容量を十分
小さくすることができる。さらに、絶縁層に電荷の蓄積
の恐れがないので、電子ビームの形成に悪影響を与える
恐れがなく、電子ビーム形成のための電位分布を作る電
極を高い精度で設定でき、この結果、精度の良い高品質
の電子ビームが形成できるものである。
合した電子放出部とその周辺の部分とに分離し、分離し
た周辺電極にゲート電極と同一あるいは独立の電圧を印
加できる様にしたものである。さらに、この陰極をこの
陰極の前に電位分布を形成して、電子ビームを形成する
電極と組み合わせて、電子銃を構成するものであるか
ら、この結果、エミッターゲート間絶縁を十分良好に保
ちながら、エミッターゲート電極の間の静電容量を十分
小さくすることができる。さらに、絶縁層に電荷の蓄積
の恐れがないので、電子ビームの形成に悪影響を与える
恐れがなく、電子ビーム形成のための電位分布を作る電
極を高い精度で設定でき、この結果、精度の良い高品質
の電子ビームが形成できるものである。
【００１０】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明
する。 ［実施例１］図１は本発明の第１の実施例を示す電界放
出冷陰極の構造図で、（ａ）は平面図で、（ｂ）は図１
（ａ）のＡ，Ｂ間の断面図である。図１において、導電
性シリコンの基板１の上には電子を放出する円錐状のエ
ミッタ２が形成され、基板１とエミッタ２とは電気的に
接続されている。絶縁層３は基板１の上に、エミッタ２
の形成された付近を除いて積層され、ゲート電極４は絶
縁層３のすぐ上に形成されており、ゲート電極４と同じ
金属層のパターンニングによって、配線６，ボンディン
グパッド５及び周辺電極７が作られる。ゲート電極４と
配線６、ボンディングパッド５は互いに電気的に接続さ
れており、周辺電極７はこれらとは電気的に絶縁されて
いる。なお、エミッタ２にはタングステン、モリブデン
が、ゲート電極４にはタングステン等の金属で作られ、
絶縁層３にはたとえばシリコンの熱酸化膜が使用され
る。また、基板１の周辺部は絶縁層３よりも周辺電極７
ならびにボンディングパッド５の外枠が約１０μｍから
数１０μｍだけ内側になる様にしている。
する。 ［実施例１］図１は本発明の第１の実施例を示す電界放
出冷陰極の構造図で、（ａ）は平面図で、（ｂ）は図１
（ａ）のＡ，Ｂ間の断面図である。図１において、導電
性シリコンの基板１の上には電子を放出する円錐状のエ
ミッタ２が形成され、基板１とエミッタ２とは電気的に
接続されている。絶縁層３は基板１の上に、エミッタ２
の形成された付近を除いて積層され、ゲート電極４は絶
縁層３のすぐ上に形成されており、ゲート電極４と同じ
金属層のパターンニングによって、配線６，ボンディン
グパッド５及び周辺電極７が作られる。ゲート電極４と
配線６、ボンディングパッド５は互いに電気的に接続さ
れており、周辺電極７はこれらとは電気的に絶縁されて
いる。なお、エミッタ２にはタングステン、モリブデン
が、ゲート電極４にはタングステン等の金属で作られ、
絶縁層３にはたとえばシリコンの熱酸化膜が使用され
る。また、基板１の周辺部は絶縁層３よりも周辺電極７
ならびにボンディングパッド５の外枠が約１０μｍから
数１０μｍだけ内側になる様にしている。
【００１１】この陰極を動作させるには、基板１すなわ
ちエミッタ２の電位を基準にして、ゲート電極４に数１
０〜約１００Ｖの電圧を印加し、周辺電極７にはたとえ
ば基板１とゲート電極４の間の電圧を加える。周辺電極
７とゲート電極４、配線６、ボンディングパッド５との
間の距離は約１０μｍあるいは数１０μｍに設定され、
これは絶縁層３の厚さ１μｍと比較して十分大きい。こ
のため、ゲート電極４と周辺電極７との間の静電容量
は、ゲート電極４とエミッタ２の間の静電容量と比較し
て十分小さく、絶縁の問題の発生する可能性も十分小さ
い。基板１の周辺部に絶縁層を露出させて、基板１とボ
ンディングパッド５すなわちゲート電極４の間および基
板１との周辺電極７の間の絶縁を確保している。この冷
陰極を製作するには、通常の製作法（Journal of Appli
ed Physics, Vol.47, No.12, pp.5248, 1976) を少し変
えれば良い。すなわち、シリコン基板の上に絶縁膜を積
層し、次にゲート電極および周辺電極となる金属層を積
層した後、はじめに、露光、エッチングによってゲート
電極と周辺電極とを分離形成しておけば良い。このあと
は通常の工程に沿ってエミッタ空洞の形成、エミッタの
形成を続けることにより、図１に示す構造の冷陰極が作
製できる。
ちエミッタ２の電位を基準にして、ゲート電極４に数１
０〜約１００Ｖの電圧を印加し、周辺電極７にはたとえ
ば基板１とゲート電極４の間の電圧を加える。周辺電極
７とゲート電極４、配線６、ボンディングパッド５との
間の距離は約１０μｍあるいは数１０μｍに設定され、
これは絶縁層３の厚さ１μｍと比較して十分大きい。こ
のため、ゲート電極４と周辺電極７との間の静電容量
は、ゲート電極４とエミッタ２の間の静電容量と比較し
て十分小さく、絶縁の問題の発生する可能性も十分小さ
い。基板１の周辺部に絶縁層を露出させて、基板１とボ
ンディングパッド５すなわちゲート電極４の間および基
板１との周辺電極７の間の絶縁を確保している。この冷
陰極を製作するには、通常の製作法（Journal of Appli
ed Physics, Vol.47, No.12, pp.5248, 1976) を少し変
えれば良い。すなわち、シリコン基板の上に絶縁膜を積
層し、次にゲート電極および周辺電極となる金属層を積
層した後、はじめに、露光、エッチングによってゲート
電極と周辺電極とを分離形成しておけば良い。このあと
は通常の工程に沿ってエミッタ空洞の形成、エミッタの
形成を続けることにより、図１に示す構造の冷陰極が作
製できる。
【００１２】［実施例２］図２は本発明の第２の実施例
を示す電界放出冷陰極の構造図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は図２（ａ）Ａ，Ｂ間の断面図を示す。図２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２が図１と異なる点は、周辺電極
８がゲート電極４を囲むようにリング状になっており、
配線１０を通してボンディングパッド９に接続されてい
る点である。
を示す電界放出冷陰極の構造図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は図２（ａ）Ａ，Ｂ間の断面図を示す。図２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２が図１と異なる点は、周辺電極
８がゲート電極４を囲むようにリング状になっており、
配線１０を通してボンディングパッド９に接続されてい
る点である。
【００１３】［実施例３］図３は本発明の第３の実施例
を示す冷陰極電子銃の構造図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は図３（ａ）Ａ，Ｂ間の断面図を示す。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
じ構成要素を示し、基板１から周辺電極７で構成される
冷陰極には図１に示す第１の実施例の冷陰極を使用した
構造になっているが、図２に示す第２の実施例の冷陰極
を使用しても全く同様に構成できる。なお、図３におい
て冷陰極１１のエミッタ２やエミッタの周辺の構造は省
略してある。
を示す冷陰極電子銃の構造図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は図３（ａ）Ａ，Ｂ間の断面図を示す。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
じ構成要素を示し、基板１から周辺電極７で構成される
冷陰極には図１に示す第１の実施例の冷陰極を使用した
構造になっているが、図２に示す第２の実施例の冷陰極
を使用しても全く同様に構成できる。なお、図３におい
て冷陰極１１のエミッタ２やエミッタの周辺の構造は省
略してある。
【００１４】図３において、冷陰極１１はセラミック製
の陰極ホルダ１２に固定され、図３には示されていない
が、基板１、ゲート電極４、周辺電極７は陰極ホルダ１
２の上に形成されたメタライズ層のパターンニングに接
続され、さらに陰極ホルダから外部に導き出されてい
る。冷陰極１１を収めた陰極ホルダ１２はホルダ金具１
３でウエーネルト１４に固定されている。陰極ホルダ１
２とウエーネルト１４の組み立てには、陰極ホルダ１２
とウエーネルト１４とを適当な治具に収め、ウエーネル
ト１４の上から顕微鏡で観察しながら、ホルダ金具１３
とウエーネルト１４を溶接等の手段で固定する。この
時、図３（ａ）の平面図に示すようにウエーネルト１４
の内径部の内側に周辺電極７の内径およびゲート電極４
の外径が見えるため、高い精度で、ウエーネルト１４と
陰極ホルダ１３との位置を合わせることができる。ウエ
ーネルト１４と周辺電極７とは電子銃設計思想に基い
て、同電位あるいは異なった電位が印加される。ウエー
ネルト１４と周辺電極７とが同じ電位のとき、両者を周
辺電極７の上面で接触させても良いし、真空外囲器の外
で接続させても良い。前者の場合、ゲート電極４とボン
ディングパッド５とを接続する配線６が周辺電極の一部
を横切っているので、この部分にあたるウエーネルト１
４の一部を切り欠いて、配線６とウエーネルト１４との
接触を防ぐ必要がある。
の陰極ホルダ１２に固定され、図３には示されていない
が、基板１、ゲート電極４、周辺電極７は陰極ホルダ１
２の上に形成されたメタライズ層のパターンニングに接
続され、さらに陰極ホルダから外部に導き出されてい
る。冷陰極１１を収めた陰極ホルダ１２はホルダ金具１
３でウエーネルト１４に固定されている。陰極ホルダ１
２とウエーネルト１４の組み立てには、陰極ホルダ１２
とウエーネルト１４とを適当な治具に収め、ウエーネル
ト１４の上から顕微鏡で観察しながら、ホルダ金具１３
とウエーネルト１４を溶接等の手段で固定する。この
時、図３（ａ）の平面図に示すようにウエーネルト１４
の内径部の内側に周辺電極７の内径およびゲート電極４
の外径が見えるため、高い精度で、ウエーネルト１４と
陰極ホルダ１３との位置を合わせることができる。ウエ
ーネルト１４と周辺電極７とは電子銃設計思想に基い
て、同電位あるいは異なった電位が印加される。ウエー
ネルト１４と周辺電極７とが同じ電位のとき、両者を周
辺電極７の上面で接触させても良いし、真空外囲器の外
で接続させても良い。前者の場合、ゲート電極４とボン
ディングパッド５とを接続する配線６が周辺電極の一部
を横切っているので、この部分にあたるウエーネルト１
４の一部を切り欠いて、配線６とウエーネルト１４との
接触を防ぐ必要がある。
【００１５】さらに、冷陰極１１から放出された電子ビ
ームを形成する電界は主にウエーネルト１４と周辺電極
７で作られるが、周辺電極７は冷陰極１１の上にリソグ
ラフィー技術によって作られるので高い精度で形成で
き、ウエーネルト１４も上に述べた様に高精度の組み立
てが可能であるので、リップル等の小さい高品質の電子
ビームが形成できる。図６に示す従来技術の冷陰極とウ
エーネルトを組み合わせる場合、両者の中心軸の組み立
て精度は１０μｍ以上になる。しかし、本発明によれ
ば、ゲート電極４と周辺電極７との位置精度は０．１μ
ｍ以下、ゲート電極４とウエーネルト１４との中心軸組
み立て精度は５μｍ以下にできる。第１の実施例および
第２の実施例において、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ｔ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。
ームを形成する電界は主にウエーネルト１４と周辺電極
７で作られるが、周辺電極７は冷陰極１１の上にリソグ
ラフィー技術によって作られるので高い精度で形成で
き、ウエーネルト１４も上に述べた様に高精度の組み立
てが可能であるので、リップル等の小さい高品質の電子
ビームが形成できる。図６に示す従来技術の冷陰極とウ
エーネルトを組み合わせる場合、両者の中心軸の組み立
て精度は１０μｍ以上になる。しかし、本発明によれ
ば、ゲート電極４と周辺電極７との位置精度は０．１μ
ｍ以下、ゲート電極４とウエーネルト１４との中心軸組
み立て精度は５μｍ以下にできる。第１の実施例および
第２の実施例において、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ｔ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。
【００１６】
【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−エミッタ間の絶縁を良好に保ちなが
ら、ゲート−エミッタ間の静電容量を十分に小さくで
き、同時に絶縁膜上に電荷が蓄積されるのを防ぐことが
できる。さらに、冷陰極からの電子ビームを高い精度で
形成することができる。特に図７に示す従来例と比較し
て絶縁長を１０倍から数１０倍に設定できるので、絶縁
劣化の可能性は著しく低下するという効果を有し、この
結果、放出電流を高速でスイッチングすることができ、
あるいは放出電流を高周波で変調することができる。ま
た、陰極の高い信頼性を長期間維持でき、リップル等の
少ない高品質の電子ビームが形成できるという効果を奏
するものである。
おいては、ゲート−エミッタ間の絶縁を良好に保ちなが
ら、ゲート−エミッタ間の静電容量を十分に小さくで
き、同時に絶縁膜上に電荷が蓄積されるのを防ぐことが
できる。さらに、冷陰極からの電子ビームを高い精度で
形成することができる。特に図７に示す従来例と比較し
て絶縁長を１０倍から数１０倍に設定できるので、絶縁
劣化の可能性は著しく低下するという効果を有し、この
結果、放出電流を高速でスイッチングすることができ、
あるいは放出電流を高周波で変調することができる。ま
た、陰極の高い信頼性を長期間維持でき、リップル等の
少ない高品質の電子ビームが形成できるという効果を奏
するものである。
【図１】本発明の第１の実施例を示す冷陰極の構造図
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す冷陰極の構造図
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す冷陰極電子銃の構
造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】従来技術の微小冷陰極を示す構造図である。
【図５】従来技術の冷陰極の構造図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は断面図である。
図、（ｂ）は断面図である。
【図６】従来技術の冷陰極の構造図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は断面図である。
図、（ｂ）は断面図である。
【図７】従来技術の冷陰極の構造図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は断面図である。
図、（ｂ）は断面図である。
【図８】特開平４−２８４３２４に開示された従来技術
の冷陰極の構造図である。
の冷陰極の構造図である。
１，１０１ 基板 ２，１０２ エミッタ ３，１０３ 絶縁層 ４，１０４ ゲート電極 ５，９，１０５ ボンディングパッド ６，１０，１０６ 配線 ７，８ 周辺電極 １１ 冷陰極 １２ 陰極ホルダ １３ ホルダ金具 １４ ウエーネルト １０７ ゲート電極要素 １０８ ゲート支線 １０９ ゲート幹線
Claims (4)
- 【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、前記制御電極の周辺に前記制御電極とは絶縁された
電極を形成したことを特徴とする電界放出冷陰極。 - 【請求項２】 制御電極の周辺の前記制御電極とは絶縁
された電極が、前記制御電極とは同一工程で積層し、露
光およびエッチング技術によって分離形成したものであ
ることを特徴とする請求項１記載の電界放出冷陰極。 - 【請求項３】 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成る電
界放出冷陰極と、前記電界放出冷陰極を固定する固定部
品と、前記陰極付近の電位分布を形成する電極部品で構
成され、前記電界放出冷陰極を固定した前記固定部品を
前記電極部品に取り付けたことを特徴とする電子銃。 - 【請求項４】 電界放出冷陰極が、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、前記制御電極の周辺に前記制御
電極とは絶縁された電極を形成したものであることを特
徴とする請求項３記載の電子銃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17481793A JP2646963B2 (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 電界放出冷陰極とこれを用いた電子銃 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17481793A JP2646963B2 (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 電界放出冷陰極とこれを用いた電子銃 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0714501A true JPH0714501A (ja) | 1995-01-17 |
| JP2646963B2 JP2646963B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=15985186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17481793A Expired - Fee Related JP2646963B2 (ja) | 1993-06-22 | 1993-06-22 | 電界放出冷陰極とこれを用いた電子銃 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2646963B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5889359A (en) * | 1995-12-27 | 1999-03-30 | Nec Corporation | Field-emission type cold cathode with enhanced electron beam axis symmetry |
| US5929557A (en) * | 1996-11-01 | 1999-07-27 | Nec Corporation | Field-emission cathode capable of forming an electron beam having a high current density and a low ripple |
| WO1999045559A3 (en) * | 1998-03-06 | 1999-12-09 | Motorola Inc | Field emission display having an ion shield |
| US6024618A (en) * | 1998-02-12 | 2000-02-15 | Nec Corporation | Method of operating electron tube |
| WO2002037527A1 (fr) * | 2000-11-02 | 2002-05-10 | Ebara Corporation | Appareil a faisceau electronique et procede de production de dispositif utilisant cet appareil |
| WO2002049065A1 (fr) * | 2000-12-12 | 2002-06-20 | Ebara Corporation | Dispositif a faisceau d'electrons et procede de production de dispositifs a semi-conducteur utilisant ledit dispositif a faisceau d'electrons |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5416968A (en) * | 1977-07-08 | 1979-02-07 | Hitachi Ltd | Field radiation type electronic gun |
| JPS6454639A (en) * | 1987-08-26 | 1989-03-02 | Matsushita Electric Works Ltd | Field emission cathode |
| JPH01283735A (ja) * | 1988-05-10 | 1989-11-15 | Canon Inc | 電子線発生装置 |
| JPH01298624A (ja) * | 1988-05-26 | 1989-12-01 | Canon Inc | 電子線発生装置 |
| JPH04292832A (ja) * | 1991-03-20 | 1992-10-16 | Sony Corp | マイクロ真空素子の製造方法 |
| JPH05343000A (ja) * | 1992-06-05 | 1993-12-24 | Futaba Corp | 電子銃及び陰極線管 |
-
1993
- 1993-06-22 JP JP17481793A patent/JP2646963B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS5416968A (en) * | 1977-07-08 | 1979-02-07 | Hitachi Ltd | Field radiation type electronic gun |
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| WO2002037527A1 (fr) * | 2000-11-02 | 2002-05-10 | Ebara Corporation | Appareil a faisceau electronique et procede de production de dispositif utilisant cet appareil |
| US7244932B2 (en) | 2000-11-02 | 2007-07-17 | Ebara Corporation | Electron beam apparatus and device fabrication method using the electron beam apparatus |
| WO2002049065A1 (fr) * | 2000-12-12 | 2002-06-20 | Ebara Corporation | Dispositif a faisceau d'electrons et procede de production de dispositifs a semi-conducteur utilisant ledit dispositif a faisceau d'electrons |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2646963B2 (ja) | 1997-08-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |