JPH08315724A - Ferroelectric cold cathode, electronic device provided with the cathode and its manufacture - Google Patents
Ferroelectric cold cathode, electronic device provided with the cathode and its manufactureInfo
- Publication number
- JPH08315724A JPH08315724A JP5340896A JP5340896A JPH08315724A JP H08315724 A JPH08315724 A JP H08315724A JP 5340896 A JP5340896 A JP 5340896A JP 5340896 A JP5340896 A JP 5340896A JP H08315724 A JPH08315724 A JP H08315724A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ferroelectric
- layer
- emitter
- electrode layer
- cold cathode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体冷陰極及
びそれを備えた電子装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric cold cathode and an electronic device having the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、固体内の電子移動や、熱陰極から
の電子放出ではなく、冷陰極からの電子放出を用いる真
空マイクロエレクトロニクス・デバイスの研究・開発が
盛んになされており、それを用いた超高速マイクロ波デ
バイス、パワーデバイス、電子線デバイス、さらにはそ
れを例えば一つ一つの画素部ごとに配列して用いたフラ
ットパネルディスプレイデバイスや、耐環境デバイス等
への応用も検討されている。2. Description of the Related Art In recent years, research and development of vacuum microelectronic devices that use electron emission from a cold cathode rather than electron transfer from a solid state and electron emission from a hot cathode have been actively conducted. The application to ultra-high-speed microwave devices, power devices, electron beam devices, flat panel display devices that use them, for example, for each pixel unit, and environment-resistant devices is also being considered. .
【０００３】しかしながら、このような真空マイクロエ
レクトロニクス・デバイスは、「真空」という言葉が示
すように、いずれの場合も有効な電子放出や大きな電流
容量を確保しながら、かつ安定で信頼性の高い動作を実
現するためには、１０-12 〜１０-6ｔｏｒｒ、好ましく
は１０-8ｔｏｒｒ以下の超高真空が必要である。However, such a vacuum microelectronic device, as the term "vacuum" indicates, ensures stable and reliable operation while ensuring effective electron emission and large current capacity in all cases. In order to realize the above, an ultrahigh vacuum of 10 −12 to 10 −6 torr, preferably 10 −8 torr or less is required.
【０００４】真空マイクロエレクトロニクス・デバイス
の利用を、実際に工業的あるいは商業的に実現するため
には、このような高い真空度を維持して冷陰極を真空封
止することが必要だが、これは実際上、製造方法の点で
もまた素子の取り扱いや信頼性・耐久性等の点で極めて
実現困難である。In order to practically or practically realize the utilization of the vacuum microelectronic device, it is necessary to maintain such a high degree of vacuum and vacuum-seal the cold cathode. In practice, it is extremely difficult to realize in terms of manufacturing method and handling of the element, reliability and durability.
【０００５】また、一般に電子デバイスはできるだけ大
きな電流を利用できるように電流容量の大きいことが好
ましいが、真空度が低い（圧力が高い）ほど放出電流量
が大幅に低下してしまうという問題がある。In general, it is preferable that the electronic device has a large current capacity so that the largest possible current can be used, but there is a problem that the emission current amount is significantly reduced as the vacuum degree is lower (the pressure is higher). .
【０００６】そのような低い真空度で電子放出を可能に
するものとしては、例えばH.Gundelらによる Ferroelec
trcs.Vol 100 (1989) １において開示された、チタン酸
ジルコン酸鉛（ＰＺＴセラミックス）やＬａ変性チタン
酸ジルコン酸鉛（ＰＬＺＴセラミックス）の強誘電体セ
ラミックスを用いた冷陰極、浅野純一らが Jpn.J.Appl.
Phys.Vol31(1992)3098に掲載したチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴセラミックス）の強誘電体セラミックスを用い
た冷陰極が知られている。Ferroelec by H. Gundel et al. Is one that enables electron emission at such a low degree of vacuum.
Junichi Asano, a cold cathode using ferroelectric ceramics such as lead zirconate titanate (PZT ceramics) and La-modified lead zirconate titanate (PLZT ceramics) disclosed in trcs.Vol 100 (1989) 1. .J.Appl.
A cold cathode using a ferroelectric ceramic of lead zirconate titanate (PZT ceramics), which is described in Phys. Vol31 (1992) 3098, is known.
【０００７】これらに記載されている強誘電体冷陰極
は、図１Ａ及び１Ｂに示すように、ＰＺＴセラミックス
板７０１の一方の面に、縞状の電極７０２が形成され、
他方の面には全面に背面電極７０３が形成されてなるも
のである。In the ferroelectric cold cathodes described therein, as shown in FIGS. 1A and 1B, a striped electrode 702 is formed on one surface of a PZT ceramic plate 701.
A back electrode 703 is formed on the entire other surface.
【０００８】図１Ａに示すように、何らかの方法で上向
きにセラミックス板７０１を分極させると、分極を補償
するために、ＰＺＴセラミックス板７０１の縞状電極７
０２が形成された側は、電子や負イオンが他の部位より
も多く存在することになる。As shown in FIG. 1A, when the ceramic plate 701 is polarized upward by some method, the striped electrodes 7 of the PZT ceramic plate 701 are used to compensate the polarization.
On the side where 02 is formed, there are more electrons and negative ions than other sites.
【０００９】このとき、図１Ｂに示すように、背面電極
７０３に十分な電圧を印加すると、分極は急速に反転さ
れ、露出するＰＺＴセラミックス板７０１から電子７０
４や負イオンが放出される。At this time, as shown in FIG. 1B, when a sufficient voltage is applied to the back electrode 703, the polarization is rapidly reversed and electrons 70 are emitted from the exposed PZT ceramic plate 701.
4 and negative ions are released.
【００１０】電子７０４が放出される原理は必ずしも明
確ではないが、恐らく、次のような理由によるものと考
えられる。即ち、分極が反転されると、極めて強い電界
が縞状電極７０２及びその近傍に発生し、縞状電極７０
２の近傍の強誘電体はこの強い電界にさらされ、この強
い電界による反発力により、強誘電体内の電子および一
部には表面に付着していた負イオンが真空中に放出され
るものと考えられる。Although the principle of emission of the electron 704 is not always clear, it is considered that it is probably due to the following reason. That is, when the polarization is reversed, an extremely strong electric field is generated in and around the striped electrode 702,
The ferroelectric substance in the vicinity of 2 is exposed to this strong electric field, and the repulsive force due to this strong electric field causes electrons and some negative ions attached to the surface of the ferroelectric substance to be emitted into the vacuum. Conceivable.
【００１１】この電子放出現象は、他の冷陰極では電子
を放出することが出来ない、１０-2〜１０-1ｔｏｒｒの
低い真空度でも生じるため、注目を集めている分野であ
る。しかも、かかる冷陰極によると、数Ａ／ｃｍ2 〜１
０００Ａ／ｃｍ2 にも及ぶ高い電流密度も得られるた
め、広範な応用が期待されている。This electron emission phenomenon is a field that has been drawing attention because it occurs even at a low vacuum degree of 10 -2 to 10 -1 torr, which cannot emit electrons with other cold cathodes. Moreover, according to such a cold cathode, several A / cm 2 to 1
Since a high current density as high as 000 A / cm 2 can be obtained, wide application is expected.
【００１２】しかしながら、上述のような従来の強誘電
体冷陰極においては、下記のような重大な欠点があっ
た。まず、電子放出を誘起する分極反転を生じさせるた
めに、 Gunndelらの技術では数ｋＶもの高電圧の印加が
必要である。However, the conventional ferroelectric cold cathode as described above has the following serious drawbacks. First, in order to cause polarization reversal that induces electron emission, the technique of Gunndel et al. Requires application of a high voltage of several kV.
【００１３】また、浅野らの技術では、分極反転を容易
にするためにＰＺＴセラミックス板７０１を３０〜６０
μｍの薄さに研磨したが、それでもなお７５〜１５０Ｖ
もの高電圧を必要とする。しかし、例えば乾電池駆動が
可能となるような低電圧駆動対応が望まれているが、こ
れへの対応は、浅野らの技術では実際上不可能である。In the technique of Asano et al., The PZT ceramic plate 701 is made to have a thickness of 30 to 60 in order to facilitate polarization reversal.
Polished to a thickness of μm, but still 75-150V
It requires a high voltage. However, there is a demand for low voltage driving that enables, for example, dry cell driving, which is practically impossible with the technology of Asano et al.
【００１４】しかも、このようにＰＺＴセラミックス板
７０１を薄くした場合、分極反転自体は容易にはなる
が、その一方で肝心の電子放出に必要な誘起電界が低く
なるという問題がある。Moreover, when the PZT ceramic plate 701 is made thin as described above, polarization reversal itself becomes easy, but on the other hand, there is a problem that the induced electric field required for essential electron emission becomes low.
【００１５】また、前記のＰＺＴセラミックス板７０１
のようなセラミックス材料は、一般に研磨して薄くした
場合、厚さが３０〜５０μｍ程度以下となると物理的に
極めて脆くなり、製造時や取り扱い時に割れてしまい、
その製造やハンドリングが困難であるという問題があ
る。The PZT ceramics plate 701 is also used.
When such a ceramic material as described above is generally thinned by polishing, it becomes physically extremely brittle when the thickness is about 30 to 50 μm or less, and cracks during manufacturing or handling,
There is a problem that its manufacture and handling are difficult.
【００１６】このように問題が多々あるため、低電圧駆
動化を実現する手法として、ＰＺＴセラミックス板７０
１のような脆い誘電体自体を薄板化する手法は、既に限
界に達しつつあり、その低電圧駆動化の進展はこれ以上
実際上不可能であると考えられ、強誘電体冷陰極の実現
における大きな障害となっている。Since there are many problems as described above, a PZT ceramic plate 70 is used as a method for realizing low voltage driving.
The method of thinning the fragile dielectric itself such as No. 1 is already reaching the limit, and it is considered that further progress in driving at a low voltage is practically impossible, and in the realization of a ferroelectric cold cathode. It is a big obstacle.
【００１７】[0017]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題の
下になされ、強誘電体層の厚さを薄くすることなく、低
い真空度においても安定で信頼性の高い動作が可能な強
誘電体冷陰極を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made under the above-mentioned problems, and is capable of stable and reliable operation even at a low degree of vacuum without reducing the thickness of the ferroelectric layer. An object is to provide a body cold cathode.
【００１８】本発明の他の目的は、上記強誘電体冷陰極
を具備する電子装置を提供することにある。本発明の更
に他の目的は、上記強誘電体冷陰極の製造方法を提供す
ることにある。Another object of the present invention is to provide an electronic device including the above-mentioned ferroelectric cold cathode. Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the above ferroelectric cold cathode.
【００１９】[0019]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明（請求項１）は、強誘電体材料からなり、先
端が尖った凸部からなるエミッタを一方の面に有する強
誘電体層と、前記強誘電体層の一方の面に形成され、前
記エミッタの先端が露出するように開口部を有する第１
の電極層と、前記強誘電体層の他方の面に形成された第
２の電極層とを具備することを特徴とする強誘電体冷陰
極を提供する。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention (Claim 1) is a ferroelectric material which is made of a ferroelectric material and has an emitter consisting of a convex portion with a sharp tip on one surface. And a first layer formed on one surface of the ferroelectric layer and having an opening so that a tip of the emitter is exposed.
And a second electrode layer formed on the other surface of the ferroelectric layer, to provide a ferroelectric cold cathode.
【００２０】また、本発明（請求項２）は、強誘電体材
料からなり、先端が尖った凸部からなるエミッタを一方
の面に有する強誘電体層と、前記強誘電体層の一方の面
に形成され、前記エミッタの先端が露出するように開口
部を有する第１の電極層と、前記第１の電極層上に形成
され、前記エミッタの先端が露出するように開口部を有
する第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に形成され、
前記エミッタの先端が露出するように開口部を有する補
助電極と、前記強誘電体層の他方の面に形成された第２
の電極層とを具備することを特徴とする強誘電体冷陰極
を提供する。Further, according to the present invention (claim 2), a ferroelectric layer which is made of a ferroelectric material and has an emitter having a convex portion with a pointed tip on one surface, and one of the ferroelectric layer A first electrode layer formed on a surface and having an opening so that the tip of the emitter is exposed; and a first electrode layer formed on the first electrode layer and having an opening so that the tip of the emitter is exposed. A first insulating film, and formed on the first insulating film,
An auxiliary electrode having an opening so that the tip of the emitter is exposed, and a second electrode formed on the other surface of the ferroelectric layer.
The present invention provides a ferroelectric cold cathode, comprising:
【００２１】また、本発明（請求項３）は、上記強誘電
体冷陰極（請求項１又は２）において、前記第１及び第
２の電極層間に電圧を印加し、それによって前記強誘電
体層に分極反転を生じさせる電圧印加手段を更に具備す
ることを特徴とする。Further, according to the present invention (Claim 3), in the ferroelectric cold cathode (Claim 1 or 2), a voltage is applied between the first and second electrode layers, whereby the ferroelectric It is characterized by further comprising voltage applying means for causing polarization reversal in the layer.
【００２２】また、本発明（請求項４）は、強誘電体冷
陰極、及び強誘電体冷陰極に対向して配置されたアノ−
ドを含む電子装置であって、前記強誘電体冷陰極は、強
誘電体材料からなり、先端が尖った凸部からなる複数の
エミッタを一方の面に有する強誘電体層と、前記強誘電
体層の一方の面に形成され、前記エミッタの先端が露出
するように複数の開口部を有する第１の電極層と、前記
強誘電体層の他方の面に形成された第２の電極層と、前
記第１及び第２の電極層間に電圧を印加し、それによっ
て前記強誘電体層に分極反転を生じさせる、電圧印加手
段とを具備することを特徴とし、前記分極反転が生じる
ことにより前記エミッタの先端から電子が放出され、前
記アノ−ドに到達する電子装置を提供する。According to the present invention (claim 4), a ferroelectric cold cathode and an anode arranged so as to face the ferroelectric cold cathode.
An electronic device including a ferroelectric layer, wherein the ferroelectric cold cathode is made of a ferroelectric material, and has a ferroelectric layer having a plurality of emitters each having a convex portion with a pointed tip on one surface, and the ferroelectric layer. A first electrode layer formed on one surface of the body layer and having a plurality of openings so that the tip of the emitter is exposed, and a second electrode layer formed on the other surface of the ferroelectric layer. And a voltage applying unit that applies a voltage between the first and second electrode layers, thereby causing polarization reversal in the ferroelectric layer. An electron device is provided which emits electrons from the tip of the emitter and reaches the anode.
【００２３】また、本発明（請求項５）は、基板に底部
が先鋭な凹部を設ける工程と、前記凹部内を含む前記基
板表面に強誘電体材料を堆積して、強誘電体層を形成す
る工程と、前記基板を除去して、前記凹部内に堆積され
た前記強誘電体材料からなる、先端が尖った凸部からな
るエミッタを露出させる工程と、前記強誘電体層の前記
エミッタが形成された側に、前記エミッタの先端が露出
するように開口部を有する第１の電極層を形成する工程
と、前記強誘電体層の前記エミッタが形成された側とは
反対側に、第２の電極層を形成する工程とを具備するこ
とを特徴とする強誘電体冷陰極の製造方法を提供する。Further, according to the present invention (claim 5), a step of forming a concave portion having a sharp bottom portion on the substrate and a ferroelectric material is deposited on the surface of the substrate including the inside of the concave portion to form a ferroelectric layer. The step of removing the substrate to expose the emitter composed of the ferroelectric material deposited in the recess, the projection having a pointed tip, and the emitter of the ferroelectric layer A step of forming a first electrode layer having an opening so that the tip of the emitter is exposed on the formed side, and a step of forming a first electrode layer on the side of the ferroelectric layer opposite to the side where the emitter is formed, And a step of forming two electrode layers. A method of manufacturing a ferroelectric cold cathode is provided.
【００２４】本発明の強誘電体冷陰極は、強誘電体材料
からなり、先端が尖った凸部からなるエミッタを一方の
面に有する強誘電体層と、前記強誘電体層の一方の面に
形成され、前記エミッタの先端が露出するように開口部
を有する第１の電極層と、前記強誘電体層の他方の面に
形成された第２の電極層と、前記第１及び第２の電極層
間に電圧を印加し、それによって前記強誘電体層に誘電
分極を生じさせる、電圧印加手段とを具備することを特
徴とする。A ferroelectric cold cathode according to the present invention comprises a ferroelectric layer made of a ferroelectric material and having an emitter having a convex portion with a sharp tip on one surface, and one surface of the ferroelectric layer. A first electrode layer formed on the other surface of the ferroelectric layer, the first electrode layer having an opening so that the tip of the emitter is exposed, and the first and second electrodes. A voltage applying means for applying a voltage between the electrode layers, thereby causing dielectric polarization in the ferroelectric layer.
【００２５】エミッタを構成する凸部は、先端が尖って
おり、先端の曲率半径は、好ましくは０．５〜５００ｎ
ｍ、より好ましくは１〜２００ｎｍである。先端の曲率
半径が０．５ｎｍ未満では、分極ドメインの大きさが小
さくなり過ぎ、反転の歪みによる作用もあり、一方、５
００ｎｍを越えると本発明の効果を得ることが出来な
い。The convex portion forming the emitter has a sharp tip, and the radius of curvature of the tip is preferably 0.5 to 500 n.
m, more preferably 1 to 200 nm. If the radius of curvature of the tip is less than 0.5 nm, the size of the polarization domain becomes too small, and there is also the effect of inversion distortion.
If it exceeds 00 nm, the effect of the present invention cannot be obtained.
【００２６】強誘電体層の厚さは、好ましくは０．０２
μｍ以上、より好ましくは０．１μｍ以上である。強誘
電体層の厚さが０．０２μｍ未満では、膜形成が困難に
なる場合がある。The thickness of the ferroelectric layer is preferably 0.02.
It is at least μm, more preferably at least 0.1 μm. If the thickness of the ferroelectric layer is less than 0.02 μm, it may be difficult to form a film.
【００２７】凸部の高さは、特に限定されないが、通常
は０．１〜１００μｍである。凸部の形状は、特に限定
されないが、角錐状、例えばピラミッド状、円錐状等と
することが出来る。また、これらの孤立した形状に限ら
ず、うね状のような連続した形状とすることも出来る。The height of the convex portion is not particularly limited, but is usually 0.1 to 100 μm. The shape of the convex portion is not particularly limited, but may be a pyramid shape, for example, a pyramid shape, a conical shape, or the like. Further, not only these isolated shapes but also a continuous shape such as a ridge can be used.
【００２８】凸部先端の露出する部分の寸法は、特に限
定されないが、通常は０．０４〜１０μｍである。本発
明において、使用される強誘電体としては、ＰｂＺｒＯ
3 −ＰｂＴｉＯ3系材料（ＰＺＴ）、（Ｐｂ，Ｌａ）
（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 系材料（ＰＬＺＴ）、ＰｂＴｉＯ3
系材料、（Ｐｂ，Ｃａ）ＴｉＯ3 系材料、Ｐｂ（Ｍｇ
1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 系材
料、ＬｉＴａＯ3 系材料、ＬｉＮｂＯ3系材料等を挙げ
ることが出来る。The dimension of the exposed portion of the tip of the convex portion is not particularly limited, but is usually 0.04 to 10 μm. The ferroelectric used in the present invention is PbZrO.
3- PbTiO 3 based material (PZT), (Pb, La)
(Zr, Ti) O 3 based material (PLZT), PbTiO 3
Based materials, (Pb, Ca) TiO 3 based materials, Pb (Mg
1/3 Nb 2/3) O 3 -PbZrO 3 -PbTiO 3 system material, LiTaO 3 material, may be mentioned LiNbO 3 based material.
【００２９】強誘電体層の一方の面に形成され、エミッ
タの先端が露出するように開口部を有する第１の電極層
としては、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ等
の金属、及びＳｉ等の半導体に不純物をド−プしたもの
を挙げることが出来る。第１の電極層の厚さは、０．１
〜１００ｎｍが好ましい。As the first electrode layer formed on one surface of the ferroelectric layer and having an opening so that the tip of the emitter is exposed, W, Cr, Mo, Ta, Ni, Al, Au or the like is used. Examples include metals and semiconductors such as Si doped with impurities. The thickness of the first electrode layer is 0.1
-100 nm is preferable.
【００３０】強誘電体層の他方の面に形成される第２の
電極としては、ＩＴＯ等の透明導電性材料、Ｍｏ、Ｔ
ａ、Ａｌ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ等を挙げることが出来
る。以上のように構成される強誘電体冷陰極は、ガラス
等からなる基板上に形成することが出来る。即ち、基板
と第２の電極とを接着することが出来る。As the second electrode formed on the other surface of the ferroelectric layer, a transparent conductive material such as ITO, Mo, T
a, Al, W, Cr, Ni, Au, etc. can be mentioned. The ferroelectric cold cathode configured as described above can be formed on a substrate made of glass or the like. That is, the substrate and the second electrode can be bonded.
【００３１】また、絶縁層、特に熱酸化絶縁層は、冷陰
極先端部を先鋭化するため、強誘電体層と第１の電極層
との間に絶縁層を設けてもよい。絶縁層としては、熱酸
化により形成されたＳｉＯ2 、ＳｉＮ等を用いることが
出来る。The insulating layer, particularly the thermal oxidation insulating layer, may be provided between the ferroelectric layer and the first electrode layer in order to sharpen the tip of the cold cathode. As the insulating layer, SiO 2 , SiN or the like formed by thermal oxidation can be used.
【００３２】更に、第１の電極層上に、絶縁層を間に介
して補助電極層を設けることが出来る。この補助電極層
も、第１の電極層と同様に、エミッタの先端が露出する
ように開口部を有している。補助電極層は、エミッタの
先端近傍の電界を制御し、電子の放出を容易にする作用
を有する。Further, an auxiliary electrode layer can be provided on the first electrode layer with an insulating layer interposed therebetween. Like the first electrode layer, this auxiliary electrode layer also has an opening so that the tip of the emitter is exposed. The auxiliary electrode layer has a function of controlling the electric field near the tip of the emitter and facilitating the emission of electrons.
【００３３】この補助電極層の材質及び開口部の寸法
は、第１の電極層と同様でもよい。また、補助電極層の
開口部の寸法は、電子線の出る方向、駆動電圧の関係を
勘案して決めれば良い。The material of the auxiliary electrode layer and the size of the opening may be the same as those of the first electrode layer. Further, the size of the opening of the auxiliary electrode layer may be determined in consideration of the relationship between the electron beam emitting direction and the driving voltage.
【００３４】以上説明した本発明の強誘電体冷陰極は、
種々の電子装置に適用することができる。即ち、複数の
エミッタを平面上に配列し、これらエミッタに対向して
アノ−ドを配置することにより、電子装置を構成するこ
とが出来る。The ferroelectric cold cathode of the present invention described above is
It can be applied to various electronic devices. That is, an electronic device can be constructed by arranging a plurality of emitters on a plane and arranging the anodes facing these emitters.
【００３５】特に、エミッタを各画素ごとに配置し、か
つ強誘電体冷陰極とアノ−ドとの間に蛍光体を配置する
ことにより、ディスプレイデバイスを構成することが出
来る。強誘電体冷陰極のエミッタから放出された電子
は、アノ−ドに向かって走り、蛍光体に衝突して光を発
生し、それによって所定の表示を行なうことが出来る。In particular, the display device can be constructed by arranging the emitter for each pixel and arranging the phosphor between the ferroelectric cold cathode and the anode. The electrons emitted from the emitter of the ferroelectric cold cathode run toward the anode and collide with the phosphor to generate light, whereby a predetermined display can be performed.
【００３６】本発明の強誘電体冷陰極は、以下に示すよ
うな方法により製造することが出来る。 （１）例えばＳｉ単結晶基板に底部が尖った凹部を形成
し、この凹部内を含むＳｉ単結晶基板表面に強誘電体を
堆積し、次いで、Ｓｉ単結晶基板を、例えばエッチング
等により除去する方法。The ferroelectric cold cathode of the present invention can be manufactured by the following method. (1) For example, a concave portion having a sharp bottom is formed on a Si single crystal substrate, a ferroelectric is deposited on the surface of the Si single crystal substrate including the concave portion, and then the Si single crystal substrate is removed by, for example, etching. Method.
【００３７】（２）底部が尖った凹部を有する型を用い
て、バインダ−を含む強誘電体組成物を成形し、次いで
焼結する方法。 （３）底部が尖った凹部を有する型を用いて、ホットプ
レス法により成形及び焼結する方法。(2) A method in which a ferroelectric composition containing a binder is molded using a mold having a concave bottom portion and then sintered. (3) A method of forming and sintering by hot pressing using a mold having a concave bottom portion.
【００３８】（４）底部が尖った凹部を有する型を用い
て、静水圧ホットプレス法により成形及び焼結する方
法。 以上説明した本発明の強誘電体冷陰極によると、分極反
転により誘起される電界をエミッタおよびその近傍に配
置された第１の電極層の開口周縁に集中させることがで
きるため、エミッタの周囲に従来よりも飛躍的に強い電
界を得ることができる。その結果、電子または負イオン
の放出効率が大幅に向上し、低電圧駆動化が可能とな
る。(4) Forming and sintering by isostatic hot pressing using a mold having a concave bottom. According to the ferroelectric cold cathode of the present invention described above, the electric field induced by the polarization reversal can be concentrated on the emitter and the peripheral edge of the opening of the first electrode layer arranged in the vicinity of the emitter, so that the field around the emitter can be reduced. It is possible to obtain a dramatically stronger electric field than before. As a result, the emission efficiency of electrons or negative ions is significantly improved, and low voltage driving is possible.
【００３９】このような電子放出エミッタおよび第１の
電極を多数配列した電子装置は、低い真空度でも動作可
能であり、かつ大電流・低電圧での駆動が可能である。
即ち、本発明によると、１０-1torr〜１０-2torrもの低
い真空度で、約１００Ａ／ｃｍ2 の大電流で、かつ７〜
３０Ｖという低電圧での駆動が可能である。An electronic device in which a large number of such electron emission emitters and first electrodes are arranged can operate even at a low degree of vacuum and can be driven with a large current and a low voltage.
That is, according to the present invention, the vacuum degree is as low as 10 -1 torr to 10 -2 torr, the large current is about 100 A / cm 2 , and
It can be driven at a low voltage of 30V.
【００４０】また、分極反転を容易にするために強誘電
体材料を薄くした場合でも、その際の電界強度の低下
を、上述のような電界集中の効果によって十分に補うこ
とができる。Further, even when the ferroelectric material is thinned to facilitate the polarization reversal, the decrease in the electric field strength at that time can be sufficiently compensated by the effect of the electric field concentration as described above.
【００４１】更に、強誘電体材料の厚さを研磨等により
薄板化する必要がなく、例えば薄膜の形で堆積すること
により形成できる。このような堆積形成された薄膜は、
一般に適度の柔軟性があり、しかも基板上に形成されて
いるので、従来の強誘電体材料の薄板化の困難さやその
ハンドリングの困難さの問題を、全く解消することがで
きる。Further, it is not necessary to reduce the thickness of the ferroelectric material by polishing or the like, and the ferroelectric material can be formed by depositing it in the form of a thin film. Such a deposited thin film,
Generally, since it has appropriate flexibility and is formed on a substrate, it is possible to solve the problems of the conventional thinning of the ferroelectric material and the difficulty of handling it.
【００４２】以上のように、本発明によれば、低真空動
作が可能で製造や取り扱いの簡易な、信頼性が高く低電
圧駆動化や大電流容量化も実現できる強誘電体冷陰極及
びそれを用いた電子装置を得ることが可能となる。As described above, according to the present invention, a ferroelectric cold cathode capable of low-vacuum operation, easy to manufacture and handle, highly reliable, low-voltage driving, and large-current capacity, and the same. It is possible to obtain an electronic device using the.
【００４３】[0043]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る強誘電体冷陰
極及びそれを用いた電子装置及びその製造方法の実施例
を、図面に基づいて詳細に説明する。 実施例１ 図２は、本発明の第１の実施例に係る強誘電体冷陰極の
構造の概要を示す図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a ferroelectric cold cathode according to the present invention, an electronic device using the same, and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the drawings. Example 1 FIG. 2 is a diagram showing an outline of the structure of a ferroelectric cold cathode according to the first example of the present invention.
【００４４】強誘電体層１０２は、強誘電体材料から構
成されており、その表面には電子放出用の尖鋭な突起状
のエミッタ１０１が形成されている。この強誘電体層１
０２上には、エミッタ１０１の少なくとも尖鋭な先端部
分を露出させるように開口を有し、電圧を強誘電体層１
０２に印加する電圧印加電極層１０３が形成されてい
る。また、この電圧印加電極層１０３の上を覆うよう
に、エミッタ１０１の少なくとも突起先端部分を露出さ
せるように開口を有する絶縁層１０４が形成されてい
る。The ferroelectric layer 102 is made of a ferroelectric material, and a sharp projecting emitter 101 for electron emission is formed on the surface thereof. This ferroelectric layer 1
02 has an opening so as to expose at least a sharp tip portion of the emitter 101, and voltage is applied to the ferroelectric layer 1
A voltage application electrode layer 103 applied to No. 02 is formed. Further, an insulating layer 104 having an opening is formed so as to cover at least the voltage applying electrode layer 103 and expose at least the tip end portion of the protrusion of the emitter 101.
【００４５】この絶縁層１０４の上は、エミッタ１０１
の少なくとも突起先端部分を露出させるように開口を有
する補助電極層１０５が形成されている。この補助電極
層１０５の開口の周縁とエミッタ１０１の突起先端部と
の間は間隙を隔てており、両者の間で電位差が生じ、エ
ミッタ１０１の周囲の電界が制御される。The emitter 101 is on the insulating layer 104.
Of the auxiliary electrode layer 105 having an opening so as to expose at least the tip end portion of the protrusion. There is a gap between the peripheral edge of the opening of the auxiliary electrode layer 105 and the tip of the protrusion of the emitter 101, and a potential difference occurs between the two, and the electric field around the emitter 101 is controlled.
【００４６】強誘電体層１０２の、電圧印加電極層１０
３が形成された面とは反対側の面には、背面電極層１０
６が形成され、この背面電極層１０６には、電圧印加電
極層１０３に印加される電圧とは異なる電圧が印加さ
れ、これら電圧どうしの電位差により強誘電体層１０２
に分極反転を発生させる。The voltage application electrode layer 10 of the ferroelectric layer 102.
3 is formed on the surface opposite to the surface on which the back electrode layer 10 is formed.
6, a voltage different from the voltage applied to the voltage application electrode layer 103 is applied to the back electrode layer 106, and the ferroelectric layer 102 is caused by the potential difference between these voltages.
Polarization inversion is generated.
【００４７】背面電極層１０６の図中下側の主面には、
構造基板としてのガラス基板１０７が接着されて、この
ガラス基板１０７により、強誘電体層１０２をはじめと
する構造が物理的に支持されている。On the lower main surface of the back electrode layer 106 in the drawing,
A glass substrate 107 as a structural substrate is adhered, and the glass substrate 107 physically supports the structure including the ferroelectric layer 102.
【００４８】そして、以上説明した強誘電体冷陰極のエ
ミッタ１０１側に対向してアノード１１０が配置されて
いる。アノード１１０は、板状のアノード支持基板１０
８と、その上に形成されたアノ−ド電極１０９とから構
成される。Then, the anode 110 is arranged facing the emitter 101 side of the ferroelectric cold cathode described above. The anode 110 is a plate-shaped anode support substrate 10
8 and an anode electrode 109 formed thereon.
【００４９】次に、以上のような構造の、本発明の第１
の実施例に係る強誘電体冷陰極の製造方法を、それに用
いた形成材料も含めて詳述する。図３及び図４は、第１
の実施例に係る強誘電体冷陰極の製造プロセスを工程純
に示す断面図である。Next, the first embodiment of the present invention having the above structure
The method for manufacturing the ferroelectric cold cathode according to the example will be described in detail including the forming material used therefor. 3 and 4 show the first
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a process of manufacturing a ferroelectric cold cathode according to Example in a pure manner.
【００５０】まず、単結晶基板２０１の一方の主面（図
３（ａ）では上側の主面）に、底部が尖鋭な形状のＶ型
凹部２０２を形成する。このような凹部２０２を形成す
る方法としては、以下に述べるようなＳｉ単結晶基板の
異方性エッチングを利用する方法がある。First, a V-shaped recess 202 having a sharp bottom is formed on one main surface of the single crystal substrate 201 (upper main surface in FIG. 3A). As a method for forming such a recess 202, there is a method utilizing anisotropic etching of a Si single crystal substrate as described below.
【００５１】即ち、ｐ型で（１，０，０）結晶面方位の
Ｓｉ単結晶基板２０１上に、厚さ０．１μｍのＳｉＯ2
熱酸化層（図示省略）をドライ酸化法により形成し、こ
の熱酸化層にレジスト（図示省略）をスピンコート法に
より塗布する。続いて、レジストをステッパを用いて露
光し、現象して、例えば０．８μｍ四方の正方形の開口
部を有するレジストパターンを形成する。このレジスト
パターンをマスクとして用いて、ＮＨ4 Ｆ・ＨＦ混合溶
液によりＳｉＯ2 熱酸化層のエッチングを行なう。That is, on a p-type (1,0,0) crystal plane orientation Si single crystal substrate 201, a SiO 2 film having a thickness of 0.1 μm is formed.
A thermal oxidation layer (not shown) is formed by a dry oxidation method, and a resist (not shown) is applied to this thermal oxidation layer by a spin coating method. Then, the resist is exposed by using a stepper, and the phenomenon is caused to form a resist pattern having, for example, a 0.8 μm square opening. Using this resist pattern as a mask, the SiO 2 thermal oxide layer is etched with a NH 4 F / HF mixed solution.
【００５２】その後、レジストパタ−ンを除去した後、
３０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングを
行ない、図３（ａ）に示すように，深さ０．５６μｍの
逆ピラミッド型の凹部２０２をＳｉ単結晶基板２０１に
形成する。Then, after removing the resist pattern,
Anisotropic etching is performed using a 30 wt% KOH aqueous solution to form an inverted pyramid-shaped recess 202 having a depth of 0.56 μm in the Si single crystal substrate 201 as shown in FIG.
【００５３】続いて、ＮＨ4 Ｆ・ＨＦ混合溶液を用い
て、ＳｉＯ2 熱酸化層を一旦除去した後、図３（ｂ）に
示すように、凹部２０２の内面を含むＳｉ単結晶基板２
０１の全面にＳｉＯ2 熱酸化層２０３を形成する。Then, the SiO 2 thermal oxide layer is once removed using a mixed solution of NH 4 F and HF, and then the Si single crystal substrate 2 including the inner surface of the recess 202 is formed as shown in FIG. 3B.
A SiO 2 thermal oxide layer 203 is formed on the entire surface of 01.
【００５４】本実施例においては、このＳｉＯ2 熱酸化
層２０３は、厚さ０．２μｍとなるようにドライ酸化法
により形成した。このとき、凹部２０２の内面の熱酸化
が内部に進行するので、凹部２０２の先端部（底部）
を、エッチングにより形成された凹部２０２の形状より
もさらに先鋭にすることが出来る。この点で、本実施例
のような熱酸化法を用いることが望ましい。ただし、こ
のような尖鋭化をこれほどは進める必要のない場合に
は、また、後述するＳｉ基体除去工程において、エチン
グ液で先端が浸食されない場合、凹部２０２の内面の熱
酸化工程は省略し、凹部２０２の形成は、エッチングに
よる形状のままに用いても良いことはいうまでもない。In this embodiment, the SiO 2 thermal oxide layer 203 is formed by the dry oxidation method so as to have a thickness of 0.2 μm. At this time, since the thermal oxidation of the inner surface of the recess 202 proceeds inward, the tip (bottom) of the recess 202 is formed.
Can be made even sharper than the shape of the recess 202 formed by etching. In this respect, it is desirable to use the thermal oxidation method as in this embodiment. However, when it is not necessary to proceed with such sharpening so much, and when the tip is not eroded by the etching liquid in the Si substrate removing step described later, the thermal oxidation step of the inner surface of the recess 202 is omitted, It goes without saying that the recess 202 may be formed by using the shape as it is by etching.
【００５５】続いて、図３（ｂ）に示すように、ＳｉＯ
2 熱酸化絶縁層２０３の上に、例えばＰｂＺｒＯ3 −Ｐ
ｂＴｉＯ3 系材料（ＰＺＴ）、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3 系材料（ＰＬＺＴ）、ＰｂＴｉＯ3 系材料、
（Ｐｂ，Ｃａ）ＴｉＯ3 系材料、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 系材料、Ｌｉ
ＴａＯ3 系材料、ＬｉＮｂＯ3 系材料等の強誘電体材料
を堆積して、エミッタ１０１およびこれを表面に備えた
強誘電体層１０２を形成する。本実施例においては、強
誘電体層１０２は、厚さが０．８μｍとなるように、ス
パッタリング法により形成した。Then, as shown in FIG. 3B, SiO
2 On the thermal oxidation insulation layer 203, for example, PbZrO 3 -P
bTiO 3 -based material (PZT), (Pb, La) (Zr,
Ti) O 3 based material (PLZT), PbTiO 3 based material,
(Pb, Ca) TiO 3 based material, Pb (Mg 1/3 Nb
2/3) O 3 -PbZrO 3 -PbTiO 3 system material, Li
A ferroelectric material such as TaO 3 based material or LiNbO 3 based material is deposited to form the emitter 101 and the ferroelectric layer 102 having the emitter 101 on the surface. In this example, the ferroelectric layer 102 was formed by a sputtering method so that the thickness was 0.8 μm.
【００５６】続いて、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、
Ａｕ、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）のような導電性材料
を例えばスパッタリング法により厚さ１μｍに成膜し、
背面電極層１０６を形成した。ただし、構造基板１０７
の材質によっては、背面電極層１０６は省略することが
できる。即ち、構造基板１０７自体の導電性が背面電極
として使用可能な程度の値であれば、背面電極層１０６
は省略しても良い。Then, Mo, Ta, Cr, Ni, Al,
A conductive material such as Au or ITO (indium tin oxide) is deposited to a thickness of 1 μm by, for example, a sputtering method,
The back electrode layer 106 was formed. However, the structure substrate 107
The back electrode layer 106 can be omitted depending on the material. That is, if the conductivity of the structural substrate 107 itself is such that it can be used as a back electrode, the back electrode layer 106
May be omitted.
【００５７】一方、構造基板として、背面に厚さ０．４
μｍのＡｌ層２０５がコートされたパイレックスガラス
からなる厚さ１ｍｍのガラス基板１０７を用意する。そ
して図３（ｃ）に示すように、このガラス基板１０７
を，Ｓｉ単結晶基板２０１上に形成された導電体層１０
６に接着する。この接着には，例えば静電接着法を適用
することが出来る。この静電接着法は、Ａｌ層２０５に
電圧を印加して接着を行なうというもので、冷陰極装置
の軽量化や薄型化に寄与するため好ましい方法といえ
る。On the other hand, as a structural substrate, the back surface has a thickness of 0.4.
A 1 mm-thick glass substrate 107 made of Pyrex glass coated with an Al layer 205 of μm is prepared. Then, as shown in FIG. 3C, this glass substrate 107
Of the conductor layer 10 formed on the Si single crystal substrate 201.
Adhere to 6. For this adhesion, for example, an electrostatic adhesion method can be applied. This electrostatic adhesion method is a method in which a voltage is applied to the Al layer 205 to perform adhesion, and it can be said to be a preferable method because it contributes to weight reduction and thickness reduction of the cold cathode device.
【００５８】次に、図３（ｄ）に示すように、ガラス基
板１０７の背面のＡｌ層２０５を硝酸（ＨＮＯ3 ）と酢
酸（ＣＨ3 ＣＯＯＨ）と弗酸（ＨＦ）の混酸溶液で除去
する。その後、エチレンジアミンとピロカテコールとピ
ラジンから成る水溶液（エチレンジアミン：ピロカテコ
ール：ピラジン：水＝７５ｃｃ：１２ｇ：３ｍｇ：１０
ｃｃ）、さらにＮＨ4 Ｆ・ＨＦ混合液でＳｉ単結晶基板
２０１およびＳｉＯ2熱酸化層２０３を選択的にエッチ
ング除去して、四角錐状の先端が先鋭なエミッタ１０１
を有する強誘電体層１０２を露出させる。Next, as shown in FIG. 3D, the Al layer 205 on the back surface of the glass substrate 107 is removed with a mixed acid solution of nitric acid (HNO 3 ), acetic acid (CH 3 COOH) and hydrofluoric acid (HF). . Then, an aqueous solution containing ethylenediamine, pyrocatechol and pyrazine (ethylenediamine: pyrocatechol: pyrazine: water = 75 cc: 12 g: 3 mg: 10
cc), and the Si single crystal substrate 201 and the SiO 2 thermal oxide layer 203 are selectively removed by etching with a mixed solution of NH 4 F and HF to form a quadrangular pyramid-shaped emitter 101 having a sharp tip.
To expose the ferroelectric layer 102 having.
【００５９】なお図３（ｄ）は、エミッタ１０１の先端
が上を向くように図３（ａ）〜（ｃ）とは上下を逆転し
て示している。実際に製造工程中でもこのように、上下
を逆転している。これは、図示の直観的理解を容易にす
るためであるとともに、実際に製造工程中での取り扱い
を容易にするためである。Note that FIG. 3 (d) is shown upside down from FIG. 3 (a)-(c) so that the tip of the emitter 101 faces upward. In this way, the upper and lower sides are actually reversed even during the manufacturing process. This is for facilitating the intuitive understanding of the drawing and for facilitating the handling during the actual manufacturing process.
【００６０】このように、エミッタ１０１は、Ｓｉ単結
晶基板２０１の凹部２０２を雌型として、この凹部２０
２内に強誘電体材料を充填（堆積）することにより形成
されたものである。As described above, the emitter 101 has the concave portion 202 of the Si single crystal substrate 201 as a female type, and the concave portion 20 is formed.
It is formed by filling (depositing) the ferroelectric material in 2.
【００６１】続いて、図４（ａ）に示すように、強誘電
体層１０２の上に、例えばＷ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎ
ｉ、Ａｌのような導電性の良好な金属材料や、不純物ド
ープにより導電性が付与されたＳｉ等からなる導電膜２
０７を形成する。この導電膜２０７は、後に、強誘電体
層１０２に電圧を印加して分極の向きをそろえ、分極反
転を生じさせる電圧印加電極層１０３となるものであ
る。次いで、導電膜２０７の上を覆うように、例えばＳ
ｉＯ2 酸化膜のような絶縁膜２０８を成膜する。これは
最終的には絶縁層１０４となるものである。Then, as shown in FIG. 4A, on the ferroelectric layer 102, for example, W, Cr, Mo, Ta, N is formed.
A conductive film 2 made of a metal material having good conductivity such as i or Al, or Si having conductivity provided by impurity doping
07 is formed. This conductive film 207 will later become a voltage application electrode layer 103 that applies a voltage to the ferroelectric layer 102 to align the polarization directions and cause polarization reversal. Then, for example, S so as to cover the conductive film 207.
An insulating film 208 such as an iO 2 oxide film is formed. This finally becomes the insulating layer 104.
【００６２】次に、絶縁膜２０８の上に、例えばＷ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｉ、Ａｌのような導電性の良好な金
属材料や、不純物ドープにより導電性が付与されたＳｉ
等からなる導電膜２０９を形成する。この導電膜２０９
は、後に、エミッタの周囲の電界を制御するための電界
印加補助電極層１０５となるものである。Next, on the insulating film 208, for example, W, C
A metal material having good conductivity such as r, Mo, Ta, Ni or Al, or Si having conductivity imparted by impurity doping.
A conductive film 209 made of, for example, is formed. This conductive film 209
Will later become the electric field application auxiliary electrode layer 105 for controlling the electric field around the emitter.
【００６３】そして、図４（ｂ）に示すように、導電膜
２０９上にレジスト２１０を塗布し、例えば酸素プラス
マによるドライエッチングなどにより、図２に示す四角
錐状のエミッタ１０１の尖鋭な先端部が約０．４μｍの
高さ露出するような寸法の開口部が形成されるように、
レジスト２１０をパターニングする。この開口部の大き
さ、即ちエミッタ１０１の先端部の露出の大きさについ
ては、強誘電体冷陰極としての所望の電流容量に応じて
決定することが出来る その後、例えば反応性イオンエッチング等により、レジ
スト２１０から露出している部分の導電膜２０７，絶縁
膜２０８，導電膜２０９をエッチング除去して導電膜２
０７，絶縁膜２０８，導電膜２０９に開口部を形成し、
エミッタ１０１の先端部を，図４（ｃ）に示すように露
出させる。そして、エッチングプロセスの終了後、不要
となったレジスト２１０を剥離（除去）して、電圧印加
電極層１０３、絶縁層１０４、電界印加補助電極層１０
５がそれぞれ形成される。Then, as shown in FIG. 4B, a resist 210 is applied on the conductive film 209, and a sharp tip portion of the quadrangular pyramid-shaped emitter 101 shown in FIG. 2 is formed by, for example, dry etching using oxygen plasma. To form an opening having a size of about 0.4 μm exposed.
The resist 210 is patterned. The size of this opening, that is, the size of the exposure of the tip of the emitter 101 can be determined according to the desired current capacity as a ferroelectric cold cathode. Then, for example, by reactive ion etching or the like, The conductive film 207, the insulating film 208, and the conductive film 209, which are exposed from the resist 210, are removed by etching.
07, insulating film 208, conductive film 209 to form an opening,
The tip of the emitter 101 is exposed as shown in FIG. Then, after the etching process is completed, the unnecessary resist 210 is removed (removed), and the voltage application electrode layer 103, the insulating layer 104, and the electric field application auxiliary electrode layer 10 are removed.
5 are formed respectively.
【００６４】そして、最後に、エミッタ１０１にアノー
ド電極１０７が所定の間隙で対向するようにアノード１
０９を配置する。このようにして、本発明の第１の実施
例に係る強誘電体冷陰極の主要部を作製することができ
る。Finally, the anode 1 is arranged so that the anode electrode 107 faces the emitter 101 with a predetermined gap.
Place 09. In this way, the main part of the ferroelectric cold cathode according to the first embodiment of the present invention can be manufactured.
【００６５】実施例２ 図５は、本発明の第２の実施例に係る強誘電体冷陰極を
備えた電子装置の構造の概要を示す図である。Embodiment 2 FIG. 5 is a schematic view showing the structure of an electronic device having a ferroelectric cold cathode according to a second embodiment of the present invention.
【００６６】強誘電体層１０２は、強誘電体材料から構
成されており、その表面には電子放出用の尖鋭な突起状
のエミッタ１０１が形成されている。この強誘電体層１
０２上には、エミッタ１０１の少なくとも尖鋭な先端部
分を露出させるように開口を有する第１の絶縁層３０１
が形成されている。また、この第１の絶縁層３０１の上
を覆うように、エミッタ１０１の少なくとも突起先端部
分を露出させるように開口を有する。電極層３０２が形
成されている。The ferroelectric layer 102 is made of a ferroelectric material, and a sharp projecting emitter 101 for electron emission is formed on the surface thereof. This ferroelectric layer 1
02, a first insulating layer 301 having an opening so as to expose at least a sharp tip portion of the emitter 101.
Are formed. Further, an opening is formed so as to cover the first insulating layer 301 and expose at least the tip end portion of the protrusion of the emitter 101. The electrode layer 302 is formed.
【００６７】この電極層３０２は、電圧を強誘電体層１
０２に印加する役目を果たす。この電極層３０２の上を
覆うように、エミッタ１０１の少なくとも突起先端部分
を露出させるように開口を有する第２の絶縁層３０３が
形成されている。この第２の絶縁層３０３の上は、エミ
ッタ１０１とは間隙を隔てて非接触に配置され、エミッ
タ１０１から放出された電子を受けるアノード電極層３
０４が形成されている。This electrode layer 302 applies a voltage to the ferroelectric layer 1
02. A second insulating layer 303 having an opening is formed so as to cover at least the electrode layer 302 and to expose at least the projection tip portion of the emitter 101. The anode electrode layer 3 is disposed on the second insulating layer 303 and is in non-contact with the emitter 101 with a gap therebetween, and receives the electrons emitted from the emitter 101.
04 are formed.
【００６８】強誘電体層１０２の、電圧印加電極層１０
３が形成された面とは反対側の面には、背面電極層１０
６が形成され、この背面電極層１０６には、電圧印加電
極層１０３に印加される電圧とは異なる電圧が印加さ
れ、これら電圧どうしの電位差により強誘電体層１０２
に分極反転を発生させる。The voltage application electrode layer 10 of the ferroelectric layer 102.
3 is formed on the surface opposite to the surface on which the back electrode layer 10 is formed.
6, a voltage different from the voltage applied to the voltage application electrode layer 103 is applied to the back electrode layer 106, and the ferroelectric layer 102 is caused by the potential difference between these voltages.
Polarization inversion is generated.
【００６９】背面電極層１０６の図中下側の主面には、
構造基板としてのガラス基板１０７が接着されて、この
ガラス基板１０７により、強誘電体層１０２をはじめと
する構造が物理的に支持されている。On the lower main surface of the back electrode layer 106 in the drawing,
A glass substrate 107 as a structural substrate is adhered, and the glass substrate 107 physically supports the structure including the ferroelectric layer 102.
【００７０】また、上記実施例で用いている第１の絶縁
層３０１は、強誘電体層１０２の材質や膜厚あるいは冷
陰極として要求される電流容量や精度等によっては省略
することも可能である。The first insulating layer 301 used in the above embodiment may be omitted depending on the material and film thickness of the ferroelectric layer 102 or the current capacity and accuracy required for the cold cathode. is there.
【００７１】次に、上記のような構造の本発明に係る第
２の実施例の強誘電体冷陰極の製造方法を、それに用い
た形成材料も含めて述べる。図６〜図８は、本発明の第
２の実施例に係る、強誘電体冷陰極を備えた電子装置の
製造プロセスを工程純に示す断面図である。Next, a method of manufacturing the ferroelectric cold cathode according to the second embodiment of the present invention having the above-mentioned structure will be described including the forming materials used therefor. 6 to 8 are sectional views showing a pure process of a manufacturing process of an electronic device having a ferroelectric cold cathode according to a second embodiment of the present invention.
【００７２】まず、単結晶基板２０１の一方の主面（図
６（ａ）では上側の主面）に、底部が尖鋭な形状のＶ型
凹部２０２を形成する。このような凹部２０２を形成す
る方法としては、第１の実施例で述べたようなＳｉ単結
晶基板の異方性エッチングを利用する方法がある。この
方法により、図６（ａ）に示すように，深さ０．５６μ
ｍの逆ピラミッド型の凹部２０２をＳｉ単結晶基板２０
１に形成する。First, a V-shaped recess 202 having a sharp bottom is formed on one main surface of the single crystal substrate 201 (upper main surface in FIG. 6A). As a method of forming such a recess 202, there is a method of utilizing anisotropic etching of a Si single crystal substrate as described in the first embodiment. As a result of this method, as shown in FIG.
The inverted pyramid-shaped recess 202 of m
1 to form.
【００７３】続いて、ＮＨ4 Ｆ・ＨＦ混合溶液を用い
て、ＳｉＯ2 熱酸化層を一旦除去した後、図６（ｂ）に
示すように、凹部２０２の内面を含むＳｉ単結晶基板２
０１の全面にＳｉＯ2 熱酸化層３０１を形成する。Then, the SiO 2 thermal oxide layer is once removed using a mixed solution of NH 4 F and HF, and then the Si single crystal substrate 2 including the inner surface of the recess 202 is formed as shown in FIG. 6B.
A SiO 2 thermal oxide layer 301 is formed on the entire surface of 01.
【００７４】本実施例においては、このＳｉＯ2 熱酸化
層３０１は、厚さ０．２μｍとなるようにドライ酸化法
により形成した。なお、熱酸化以外にも、例えばＣＶＤ
法等によりＳｉＯ2 を堆積することも可能である。しか
し、熱酸化により形成されるＳｉＯ2 は、緻密で厚さの
制御も容易なうえ、凹部２０２の内面の熱酸化が内部に
進行するので、凹部２０２の先端部（底部）を、エッチ
ングにより形成された凹部２０２の形状よりもさらに先
鋭にすることが出来ることから、熱酸化法のほうが望ま
しい。In this example, the SiO 2 thermal oxide layer 301 was formed by the dry oxidation method so as to have a thickness of 0.2 μm. In addition to thermal oxidation, for example, CVD
It is also possible to deposit SiO 2 by a method or the like. However, since SiO 2 formed by thermal oxidation is dense and the thickness can be easily controlled, and thermal oxidation of the inner surface of the recess 202 proceeds inward, the tip (bottom) of the recess 202 is formed by etching. The thermal oxidation method is preferable because it can be sharper than the shape of the formed recess 202.
【００７５】続いて、図６（ｂ）に示すように、ＳｉＯ
2 熱酸化絶縁層３０１の上に、第１実施例で用いたのと
同様の強誘電体材料を堆積して、エミッタ１０１および
これを表面に備えたほぼ平坦な強誘電体層１０２を形成
する。本実施例においては、強誘電体層１０２は、厚さ
が０．８μｍとなるように、スパッタリング法により形
成した。Then, as shown in FIG. 6B, SiO
2 A ferroelectric material similar to that used in the first embodiment is deposited on the thermally oxidized insulating layer 301 to form the emitter 101 and the substantially flat ferroelectric layer 102 having the emitter 101 on the surface thereof. . In this example, the ferroelectric layer 102 was formed by a sputtering method so that the thickness was 0.8 μm.
【００７６】続いて、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌの
ような導電性材料を例えばスパッタリング法により厚さ
１μｍに成膜し、背面電極層１０６を形成した。ただ
し、後述する構造基板１０７の材質によっては、背面電
極層１０６は省略することができる。即ち、構造基板１
０７の導電性が背面電極として使用可能な程度の値であ
れば、背面電極層１０６は省略しても良い。Subsequently, a conductive material such as Mo, Ta, Ni, Au, and Al was deposited to a thickness of 1 μm by, for example, a sputtering method to form the back electrode layer 106. However, the back electrode layer 106 may be omitted depending on the material of the structural substrate 107 described later. That is, the structural substrate 1
The back electrode layer 106 may be omitted if the conductivity of 07 is a value that can be used as a back electrode.
【００７７】一方、構造基板として、背面に厚さ０．４
μｍのＡｌ層２０５がコートされたパイレックスガラス
からなる厚さ１ｍｍのガラス基板１０７を用意する。そ
して図６（ｃ）に示すように、このガラス基板１０７
を，Ｓｉ単結晶基板２０１上に形成された背面電極層１
０６に接着する。この接着には，例えば静電接着法を適
用することが出来る。この静電接着法は、Ａｌ層２０５
に電圧を印加して接着を行なうというもので、冷陰極装
置の軽量化や薄型化に寄与するため好ましい方法といえ
る。On the other hand, as a structural substrate, the back surface has a thickness of 0.4.
A 1 mm-thick glass substrate 107 made of Pyrex glass coated with an Al layer 205 of μm is prepared. Then, as shown in FIG. 6C, the glass substrate 107
The back electrode layer 1 formed on the Si single crystal substrate 201.
Adhere to 06. For this adhesion, for example, an electrostatic adhesion method can be applied. This electrostatic bonding method is used for the Al layer 205.
A voltage is applied to the electrodes for adhesion, which is a preferable method because it contributes to weight reduction and thickness reduction of the cold cathode device.
【００７８】次に、図７（ａ）に示すように、ガラス基
板１０７の背面のＡｌ層２０５を硝酸（ＨＮＯ3 ）と酢
酸（ＣＨ3 ＣＯＯＨ）と弗酸（ＨＦ）の混酸溶液で除去
する。その後、エチレンジアミンとピロカテコールとピ
ラジンから成る水溶液（エチレンジアミン：ピロカテコ
ール：ピラジン：水＝７５ｃｃ：１２ｇ：３ｍｇ：１０
ｃｃ）でＳｉ単結晶基板２０１をエッチング除去して、
四角錐状の先端が先鋭なエミッタ１０１を有する熱酸化
膜３０１で覆われた強誘電体層１０２を露出させる。Next, as shown in FIG. 7A, the Al layer 205 on the back surface of the glass substrate 107 is removed with a mixed acid solution of nitric acid (HNO 3 ), acetic acid (CH 3 COOH) and hydrofluoric acid (HF). . Then, an aqueous solution containing ethylenediamine, pyrocatechol and pyrazine (ethylenediamine: pyrocatechol: pyrazine: water = 75 cc: 12 g: 3 mg: 10
In cc), the Si single crystal substrate 201 is removed by etching,
The ferroelectric layer 102 covered with the thermal oxide film 301 having the emitter 101 having a sharpened quadrangular pyramid tip is exposed.
【００７９】このように、エミッタ１０１は、Ｓｉ単結
晶基板２０１の凹部２０２を雌型として、この凹部２０
２内に強誘電体材料を充填（堆積）することにより形成
されたものである。As described above, the emitter 101 has the concave portion 202 of the Si single crystal substrate 201 as a female type, and the concave portion 20 is formed.
It is formed by filling (depositing) the ferroelectric material in 2.
【００８０】続いて、図７（ｂ）に示すように、ＳｉＯ
2 熱酸化絶縁層３０１の上に、例えばＷ、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｔａ、Ｎｉ、Ａｍ、Ａｕのような導電性の良好な金属材
料や、不純物ドープにより導電性が付与されたＳｉ等か
らなる導電膜４０２をスパッタリング法でにより形成す
る。この導電膜４０２は、後に、強誘電体層１０２に電
圧を印加して分極反転を生じさせる電極層３０２となる
ものである。Then, as shown in FIG. 7B, SiO
2 On the thermal oxidation insulation layer 301, for example, W, Cr, Mo,
A conductive material 402 such as Ta, Ni, Am, or Au having good conductivity or Si or the like having conductivity by impurity doping is formed by a sputtering method. This conductive film 402 will later become an electrode layer 302 for applying a voltage to the ferroelectric layer 102 to cause polarization reversal.
【００８１】そして、図７（ｃ）に示すように、導電膜
４０２上にレジスト４０３を塗布し、例えば酸素プラス
マによるドライエッチングなどにより、図４示す四角錐
状のエミッタ１０１の尖鋭な先端部が約０．４μｍの高
さ露出するような寸法の開口部が形成されるように、レ
ジスト４０３をパターニングする。Then, as shown in FIG. 7C, a resist 403 is applied on the conductive film 402, and the sharp tip portion of the quadrangular pyramid-shaped emitter 101 shown in FIG. 4 is removed by dry etching with oxygen plasma, for example. The resist 403 is patterned so that an opening having a size that exposes a height of about 0.4 μm is formed.
【００８２】その後、例えば反応性イオンエッチング等
により、レジスト４０３から露出している部分の導電膜
４０１，絶縁膜３０１エッチング除去して、導電膜４０
１，絶縁膜３０１に開口部を形成し、エミッタ１０１の
先端部を，図８（ａ）に示すように露出させる。そし
て、エッチングプロセスの終了後、不要となったレジス
ト３０２を剥離（除去）する。After that, the conductive film 401 and the insulating film 301 in the portion exposed from the resist 403 are removed by etching, for example, by reactive ion etching or the like, and the conductive film 40 is removed.
1. An opening is formed in the insulating film 301, and the tip of the emitter 101 is exposed as shown in FIG. Then, after the etching process is completed, the unnecessary resist 302 is removed (removed).
【００８３】続いて、全面に層間絶縁層としてのＰＳＧ
ガラス（phosphosilicate glass ）３０３を形成し、更
にこの上にアノード電極層となる導電膜３０４を成膜す
る。そしてエミッタ１０１の、電子を放出するために露
出させることが必要な先端部分を覆っているＰＳＧガラ
ス層３０３の部分を溶解除去するとともに、その上の導
電膜３０４も除去して、この部分に開口を設ける。この
ＰＳＧガラス層３０３の部分的溶解除去は、あらかじめ
導電膜３０４に設けておいて小孔を通して行うことがで
きる。Subsequently, PSG as an interlayer insulating layer is formed on the entire surface.
A glass (phosphosilicate glass) 303 is formed, and a conductive film 304 serving as an anode electrode layer is further formed thereon. Then, the portion of the PSG glass layer 303 covering the tip portion of the emitter 101, which needs to be exposed to emit electrons, is dissolved and removed, and the conductive film 304 thereon is also removed to form an opening in this portion. To provide. The partial dissolution and removal of the PSG glass layer 303 can be performed by previously providing the conductive film 304 through the small holes.
【００８４】こうして、図８（ｂ）に示すように、エミ
ッタ１０１の先端部が露出し、そのエミッタ１０１の先
端に間隙を有して配置されたアノード電極層３０４を備
えた強誘電体冷陰極を備えた電子装置を作製することが
できる。Thus, as shown in FIG. 8 (b), the ferroelectric cold cathode provided with the tip of the emitter 101 exposed and the anode electrode layer 304 arranged with a gap at the tip of the emitter 101. It is possible to fabricate an electronic device including.
【００８５】このように、本実施例によれば、アノード
電極層３０４をエミッタ１０１の先端に間隙を隔てて対
向配置させる構造を、簡易な方法で実現することがで
き、電界分布の改良により、ゲート電極に流れる電流よ
りもアノード電極側に流れる電流の割合を大幅に向上さ
せることができる。As described above, according to the present embodiment, the structure in which the anode electrode layer 304 is opposed to the tip of the emitter 101 with a gap can be realized by a simple method, and the electric field distribution is improved. The ratio of the current flowing on the anode electrode side to the current flowing on the gate electrode can be significantly improved.
【００８６】このような本実施例に係る強誘電体冷陰極
およびそれを用いた電子装置は、電界放出効率及びその
均一性が大幅に向上したものとなる。なお、この第２の
実施例で採用した、電極層３０２の上に層間絶縁層３０
３を介してアノード電極層３０４を形成する構造は、第
１の実施例で示した電子装置にも採用することも可能で
ある。即ち、アノード１０９を、強誘電体冷陰極とは別
体でエミッタ１０１に対向配置する代わりに、補助電極
１０５上に層間絶縁層を介してアノード電極層を配置す
るものである。The ferroelectric cold cathode according to the present embodiment and the electronic device using the same are significantly improved in field emission efficiency and its uniformity. The interlayer insulating layer 30 is formed on the electrode layer 302, which is used in the second embodiment.
The structure in which the anode electrode layer 304 is formed via 3 can also be adopted in the electronic device shown in the first embodiment. That is, instead of disposing the anode 109 separately from the ferroelectric cold cathode so as to face the emitter 101, an anode electrode layer is disposed on the auxiliary electrode 105 via an interlayer insulating layer.
【００８７】あるいはこれとは逆に、この第２の実施例
において、アノード電極層３０４の代りに、第１の実施
例で採用したように、アノ−ドを強誘電体冷陰極とは別
体でエミッタ１０１に対向配置させることも可能であ
る。良いことは言うまでもない。On the contrary, in this second embodiment, instead of the anode electrode layer 304, the anode is separated from the ferroelectric cold cathode as employed in the first embodiment. It is also possible to dispose it to face the emitter 101. Not to mention good things.
【００８８】なお、絶縁層３０１は、省略してもよい。 実施例３ 図９は、本発明のる第３の実施例に係る強誘電体冷陰極
を備えた電子装置の構造の概要を示す図である。The insulating layer 301 may be omitted. Third Embodiment FIG. 9 is a diagram showing the outline of the structure of an electronic device including a ferroelectric cold cathode according to a third embodiment of the present invention.
【００８９】強誘電体層１０２は、強誘電体材料から構
成されており、その表面には電子放出用の尖鋭な突起状
のエミッタ１０１が形成されている。この強誘電体層１
０２上には、エミッタ１０１の少なくとも尖鋭な先端部
分を露出させるように開口を有し、電圧を強誘電体層１
０２に印加するとともに、エミッタ１０１との間に電界
を発生させる電圧印加電極層１０３が形成されている。The ferroelectric layer 102 is made of a ferroelectric material, and the sharp emitter 101 for electron emission is formed on the surface thereof. This ferroelectric layer 1
02 has an opening so as to expose at least a sharp tip portion of the emitter 101, and voltage is applied to the ferroelectric layer 1
02, a voltage application electrode layer 103 for generating an electric field with the emitter 101 is formed.
【００９０】強誘電体層１０２の、電圧印加電極層１０
３が形成された面とは反対側の面には、背面電極層１０
６が形成され、この背面電極層１０６には、電圧印加電
極層１０３に印加される電圧とは異なる電圧が印加さ
れ、これら電圧どうしの電位差により強誘電体層１０２
に分極反転を発生させる。The voltage application electrode layer 10 of the ferroelectric layer 102.
3 is formed on the surface opposite to the surface on which the back electrode layer 10 is formed.
6, a voltage different from the voltage applied to the voltage application electrode layer 103 is applied to the back electrode layer 106, and the ferroelectric layer 102 is caused by the potential difference between these voltages.
Polarization inversion is generated.
【００９１】背面電極層１０６の図中下側の主面には、
構造基板としてのガラス基板１０７が接着されて、この
ガラス基板１０７により、強誘電体層１０２をはじめと
する構造が物理的に支持されている。On the lower main surface of the back electrode layer 106 in the drawing,
A glass substrate 107 as a structural substrate is adhered, and the glass substrate 107 physically supports the structure including the ferroelectric layer 102.
【００９２】そして、以上説明した強誘電体冷陰極のエ
ミッタ１０１側に対向してアノード１１０が配置されて
いる。アノード１１０は、板状のアノード支持基板１０
８と、その上に形成されたアノ−ド電極１０９とから構
成される。The anode 110 is arranged so as to face the emitter 101 side of the ferroelectric cold cathode described above. The anode 110 is a plate-shaped anode support substrate 10
8 and an anode electrode 109 formed thereon.
【００９３】以上説明した電子装置の誘電体冷陰極は、
強誘電体層１０２上に直接電圧印加電極層１０３が形成
されているとともに、補助電極層１０５が形成されてい
ないので、その構造は上述の第１および第２の実施例か
らさらに簡易化されており、その製造方法も非常に容易
である。The dielectric cold cathode of the electronic device described above is
Since the voltage application electrode layer 103 is directly formed on the ferroelectric layer 102 and the auxiliary electrode layer 105 is not formed, the structure thereof is further simplified from the first and second embodiments described above. And its manufacturing method is also very easy.
【００９４】このような第３の実施例に係る強誘電体冷
陰極は、上述の第１及び第２の実施例で説明した方法に
準じた方法により、容易に製造可能である。なお、以上
の各実施例においてはいずれも背面に構造基板としてガ
ラス基板１０７を貼着した場合について述べたが、構造
基板としてはこの他にも、例えばプリント回路が形成さ
れたガラスエポキシ基板や、金属材料からなる金属基板
などを用いても良い。あるいは、強誘電体層１０２の物
理的（機械的）強度などが十分であれば、上記のような
構造基板を省略することも可能である。The ferroelectric cold cathode according to the third embodiment can be easily manufactured by the method according to the method described in the first and second embodiments. In each of the above embodiments, the case where the glass substrate 107 is attached to the back surface as a structural substrate has been described. However, as the structural substrate, other than this, for example, a glass epoxy substrate on which a printed circuit is formed, A metal substrate made of a metal material or the like may be used. Alternatively, if the physical (mechanical) strength of the ferroelectric layer 102 is sufficient, the above structural substrate can be omitted.
【００９５】実施例４ 図１０は、本発明に係る第１の実施例に係る強誘電体冷
陰極をアレイ状に配列してなるディスプレイデバイスの
構造の概要を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）はその
斜視図である。Embodiment 4 FIG. 10 is a diagram showing the outline of the structure of a display device in which ferroelectric cold cathodes according to the first embodiment of the present invention are arranged in an array, and (a) is a cross section. FIG. 1B is a perspective view thereof.
【００９６】図１０に示すディスプレイデバイスでは、
第１の実施例に係る強誘電体冷陰極のエミッタ１０１
を、各画素ごとに複数個配設して、強誘電体冷陰極アレ
イ基板６００が構成されている。アノード１１０は、ア
ノード支持基板１０８と、その一方の面に形成された透
明導電膜製のアノード電極１０９とから構成されてい
る。In the display device shown in FIG. 10,
Emitter 101 of a ferroelectric cold cathode according to the first embodiment
Are arranged for each pixel to form a ferroelectric cold cathode array substrate 600. The anode 110 is composed of an anode support substrate 108 and an anode electrode 109 made of a transparent conductive film formed on one surface of the anode support substrate 108.
【００９７】各エミッタ１０１に対向して、アノード電
極１０９上に蛍光体６０１が、それぞれの画素ごとに矩
形の平面パターン状に形成されている。エミッタ１０１
から放出されアノード電極１０９に向かって飛来する電
子６０２が蛍光体層６０１に衝突すると、表示光６０３
を発生し、この表示光６０３によって表示を行なうもの
である。A phosphor 601 is formed on the anode electrode 109 so as to face each emitter 101 in a rectangular plane pattern for each pixel. Emitter 101
When the electrons 602 emitted from the air and flying toward the anode electrode 109 collide with the phosphor layer 601, the display light 603 is emitted.
Is generated and display is performed by this display light 603.
【００９８】本発明に係る強誘電体冷陰極は、このよう
に、例えば画素ごとにアレイ状に配列することにより、
ディスプレイデバイスに適用することができる。この場
合、本発明に係る強誘電体冷陰極は、低い駆動電圧で大
容量の電流制御が可能なので、低電圧で表示に用いられ
る光の輝度を高くすることができる。従って、本発明に
係る強誘電体冷陰極は、従来の主要な自発光ディスプレ
イ素子であるプラズマディスプレイなどの欠点であった
低駆動電圧の困難性が全く無く、そのためディスプレイ
デバイスとしての応用に極めて好適である。The ferroelectric cold cathode according to the present invention is thus arranged, for example, for each pixel in an array,
It can be applied to display devices. In this case, the ferroelectric cold cathode according to the present invention can control a large-capacity current with a low driving voltage, so that the luminance of light used for display can be increased with a low voltage. Therefore, the ferroelectric cold cathode according to the present invention does not have the difficulty of low driving voltage, which is a drawback of the conventional plasma display which is a main self-luminous display element, and is therefore very suitable for application as a display device. Is.
【００９９】また、低真空度でも動作するため、蛍光体
からのガス放出にも強いという利点もある。また、本発
明に係る強誘電体冷陰極は、このようなディスプレイデ
バイスのみならず、一般に記憶回路素子や論理回路など
の集積回路素子のような電子装置にも、その低電圧駆動
化および大電流容量の実現が可能な素子として、極めて
有効である。Further, since it operates even at a low degree of vacuum, there is also an advantage that it is strong against gas emission from the phosphor. Further, the ferroelectric cold cathode according to the present invention can be applied not only to such a display device but also to an electronic device such as an integrated circuit element such as a memory circuit element or a logic circuit, which has a low voltage drive and a large current. It is extremely effective as an element that can realize capacitance.
【０１００】なお、上記の第４の実施例の電子装置で
は、第１の実施例に係る強誘電体冷陰極をアレイ状に配
設したが、第３の実施例に係る強誘電体冷陰極を用いる
ことも可能である。Although the ferroelectric cold cathodes according to the first embodiment are arranged in an array in the electronic device according to the fourth embodiment, the ferroelectric cold cathodes according to the third embodiment are arranged. It is also possible to use.
【０１０１】また、以上の実施例では、エミッタは、ピ
ラミッド状の形状を有する場合について説明したが、エ
ミッタの形状はピラミッド状に限らず、例えば図１１
（ａ）に示すように円錐状でも、図１１（ｂ）に示すよ
うにリッジ状であってもよい。Further, in the above embodiments, the case where the emitter has a pyramid shape has been described, but the shape of the emitter is not limited to the pyramid shape, and for example, FIG.
It may have a conical shape as shown in FIG. 11A or a ridge shape as shown in FIG.
【０１０２】[0102]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１０-1〜１０-2ｔｏｒｒ程度の低い真空度においても動
作可能で、しかも７〜３０Ｖという低電圧による駆動も
可能であり、更に強誘電体の形成およびハンドリングも
容易な強誘電体冷陰極を得ることが出来る。As described above, according to the present invention,
A ferroelectric cold cathode that can operate even at a low vacuum degree of about 10 -1 to 10 -2 torr and can be driven by a low voltage of 7 to 30 V, and that can easily form and handle a ferroelectric substance. You can get it.
【０１０３】また、このような本発明の強誘電体冷陰極
を用いた電子装置は、低い真空度においても動作可能で
あるため、例えば蛍光体や装置内部表面からのガス放出
や高性能ゲッタ材料の選択などの制約がなく、かつ低電
圧による駆動も可能であるため、フラットパネル型のデ
ィスプレイデバイスや、超高速駆動電子装置や、電子ビ
ームデバイスや、耐環境装置などに好適に適用可能であ
る。Further, since the electronic device using the ferroelectric cold cathode of the present invention as described above can operate even at a low vacuum degree, for example, gas emission from the fluorescent substance or the inner surface of the device or a high-performance getter material. Since it can be driven by a low voltage without any restrictions such as selection, it can be suitably applied to flat panel type display devices, ultra-high speed drive electronic devices, electron beam devices, environment-resistant devices, etc. .
【図１】 従来の強誘電体冷陰極を備えた電子装置の一
例を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing an example of an electronic device including a conventional ferroelectric cold cathode.
【図２】 本発明の第１の実施例に係る強誘電体冷陰極
を備えた電子装置の構造の概要を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing the outline of the structure of an electronic device including a ferroelectric cold cathode according to the first embodiment of the present invention.
【図３】 図２に示す電子装置の製造プロセスを示す断
面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the electronic device shown in FIG.
【図４】 図２に示す電子装置の製造プロセスを示す断
面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the electronic device shown in FIG.
【図５】 本発明の第２の実施例に係る強誘電体冷陰極
を備えた電子装置の構造の概要を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing the outline of the structure of an electronic device including a ferroelectric cold cathode according to a second embodiment of the present invention.
【図６】 図５に示す電子装置の製造プロセスを示す断
面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the electronic device shown in FIG.
【図７】 図５に示す電子装置の製造プロセスを示す断
面図。7 is a sectional view showing a manufacturing process of the electronic device shown in FIG.
【図８】 図５に示す電子装置の製造プロセスを示す断
面図。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the electronic device shown in FIG.
【図９】 本発明の第３の実施例に係る強誘電体冷陰極
を備えた電子装置の構造の概要を示す断面図。FIG. 9 is a sectional view showing an outline of the structure of an electronic device including a ferroelectric cold cathode according to a third embodiment of the present invention.
【図１０】 図２に示す強誘電体冷陰極をアレイ状に配
列したディスプレイデバイスを示す断面図及び斜視図。10 is a sectional view and a perspective view showing a display device in which the ferroelectric cold cathodes shown in FIG. 2 are arranged in an array.
【図１１】 円錐状及びリッジ状のエミッタを示す図。FIG. 11 is a diagram showing conical and ridged emitters.
１０１…エミッタ １０２…強誘電体層 １０３…電圧印加電極層 １０４…絶縁層 １０５…補助電極層 １０６…背面電極層 １０７…ガラス基板 １０８…アノード支持基板 １０９…アノ−ド電極。 101 ... Emitter 102 ... Ferroelectric layer 103 ... Voltage application electrode layer 104 ... Insulating layer 105 ... Auxiliary electrode layer 106 ... Back electrode layer 107 ... Glass substrate 108 ... Anode support substrate 109 ... Anode electrode.
Claims (5)
部からなるエミッタを一方の面に有する強誘電体層と、
前記強誘電体層の一方の面に形成され、前記エミッタの
先端が露出するように開口部を有する第１の電極層と、
前記強誘電体層の他方の面に形成された第２の電極層と
を具備することを特徴とする強誘電体冷陰極。1. A ferroelectric layer comprising a ferroelectric material and having an emitter having a pointed convex portion on one surface thereof,
A first electrode layer formed on one surface of the ferroelectric layer and having an opening so that the tip of the emitter is exposed;
A ferroelectric cold cathode, comprising: a second electrode layer formed on the other surface of the ferroelectric layer.
部からなるエミッタを一方の面に有する強誘電体層と、
前記強誘電体層の一方の面に形成され、前記エミッタの
先端が露出するように開口部を有する第１の電極層と、
前記第１の電極層上に形成され、前記エミッタの先端が
露出するように開口部を有する第１の絶縁膜と、前記第
１の絶縁膜上に形成され、前記エミッタの先端が露出す
るように開口部を有する補助電極と、前記強誘電体層の
他方の面に形成された第２の電極層とを具備することを
特徴とする強誘電体冷陰極。2. A ferroelectric layer comprising a ferroelectric material and having an emitter consisting of a convex portion with a sharp tip on one surface,
A first electrode layer formed on one surface of the ferroelectric layer and having an opening so that the tip of the emitter is exposed;
A first insulating film formed on the first electrode layer and having an opening so that a tip of the emitter is exposed; and a first insulating film formed on the first insulating film so that a tip of the emitter is exposed. A ferroelectric cold cathode, comprising: an auxiliary electrode having an opening in the second electrode layer; and a second electrode layer formed on the other surface of the ferroelectric layer.
加し、それによって前記強誘電体層に分極反転を生じさ
せる電圧印加手段を更に具備することを特徴とする請求
項１又は２に記載の強誘電体冷陰極。3. The voltage applying means for applying a voltage between the first and second electrode layers, thereby causing polarization inversion in the ferroelectric layer, further comprising a voltage applying means. The ferroelectric cold cathode according to 1.
対向して配置されたアノ−ドを含む電子装置であって、
前記強誘電体冷陰極は、強誘電体材料からなり、先端が
尖った凸部からなる複数のエミッタを一方の面に有する
強誘電体層と、前記強誘電体層の一方の面に形成され、
前記エミッタの先端が露出するように複数の開口部を有
する第１の電極層と、前記強誘電体層の他方の面に形成
された第２の電極層と、前記第１及び第２の電極層間に
電圧を印加し、それによって前記強誘電体層に分極反転
を生じさせる、電圧印加手段とを具備することを特徴と
し、前記分極反転が生じることにより前記エミッタの先
端から電子が放出され、前記アノ−ドに到達する電子装
置。4. An electronic device comprising a ferroelectric cold cathode and an anode arranged to face the ferroelectric cold cathode, comprising:
The ferroelectric cold cathode is formed on a ferroelectric layer, which is made of a ferroelectric material and has a plurality of emitters each having a convex portion with a sharp tip on one surface, and formed on one surface of the ferroelectric layer. ,
A first electrode layer having a plurality of openings so that the tip of the emitter is exposed; a second electrode layer formed on the other surface of the ferroelectric layer; and the first and second electrodes A voltage applying means for applying a voltage between the layers to thereby cause polarization inversion in the ferroelectric layer, wherein electrons are emitted from the tip of the emitter due to the polarization inversion, An electronic device that reaches the node.
と、前記凹部内を含む前記基板表面に強誘電体材料を堆
積して、強誘電体層を形成する工程と、前記基板を除去
して、前記凹部内に堆積された前記強誘電体材料からな
る、先端が尖った凸部からなるエミッタを露出させる工
程と、前記強誘電体層の前記エミッタが形成された側
に、前記エミッタの先端が露出するように開口部を有す
る第１の電極層を形成する工程と、前記強誘電体層の前
記エミッタが形成された側とは反対側に、第２の電極層
を形成する工程とを具備することを特徴とする強誘電体
冷陰極の製造方法。5. A step of forming a concave portion having a sharp bottom on the substrate, a step of depositing a ferroelectric material on the surface of the substrate including the inside of the concave portion to form a ferroelectric layer, and removing the substrate. Exposing the emitter made of the protrusion having a sharp tip made of the ferroelectric material deposited in the recess, and a step of exposing the emitter on a side of the ferroelectric layer where the emitter is formed. Forming a first electrode layer having an opening so that the tip is exposed; and forming a second electrode layer on the side of the ferroelectric layer opposite to the side where the emitter is formed. A method of manufacturing a ferroelectric cold cathode, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05340896A JP3431385B2 (en) | 1995-03-10 | 1996-03-11 | Ferroelectric cold cathode, electronic device including the same, and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-51608 | 1995-03-10 | ||
| JP5160895 | 1995-03-10 | ||
| JP05340896A JP3431385B2 (en) | 1995-03-10 | 1996-03-11 | Ferroelectric cold cathode, electronic device including the same, and method of manufacturing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08315724A true JPH08315724A (en) | 1996-11-29 |
| JP3431385B2 JP3431385B2 (en) | 2003-07-28 |
Family
ID=26392157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05340896A Expired - Fee Related JP3431385B2 (en) | 1995-03-10 | 1996-03-11 | Ferroelectric cold cathode, electronic device including the same, and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3431385B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19651552A1 (en) * | 1996-12-11 | 1998-06-18 | Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh | Cold cathode for discharge lamps, discharge lamp with this cold cathode and mode of operation for this discharge lamp |
| KR100378422B1 (en) * | 2001-02-05 | 2003-03-29 | 엘지전자 주식회사 | The FED and the manufacturing method of FED which is equipped with inverted ladder-type focusing electrode |
| JP2006236964A (en) * | 2004-07-15 | 2006-09-07 | Ngk Insulators Ltd | Electron emitting element |
-
1996
- 1996-03-11 JP JP05340896A patent/JP3431385B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19651552A1 (en) * | 1996-12-11 | 1998-06-18 | Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh | Cold cathode for discharge lamps, discharge lamp with this cold cathode and mode of operation for this discharge lamp |
| US6157145A (en) * | 1996-12-11 | 2000-12-05 | Patent-Treuhand-Gesellschaft Fuer Elektrische Gluenlampen Mbh | Method of operating a discharge lamp with a cold cathode structure having ferroelectric between |
| KR100378422B1 (en) * | 2001-02-05 | 2003-03-29 | 엘지전자 주식회사 | The FED and the manufacturing method of FED which is equipped with inverted ladder-type focusing electrode |
| JP2006236964A (en) * | 2004-07-15 | 2006-09-07 | Ngk Insulators Ltd | Electron emitting element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3431385B2 (en) | 2003-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5747926A (en) | Ferroelectric cold cathode | |
| US6417606B1 (en) | Field emission cold-cathode device | |
| US5209687A (en) | Flat panel display apparatus and a method of manufacturing thereof | |
| US5783905A (en) | Field emission device with series resistor tip and method of manufacturing | |
| EP0707333A1 (en) | Manufacture of electron emitter by replica technique | |
| JPH0636680A (en) | Electronic element using diamond film electron source | |
| JP3249288B2 (en) | Micro vacuum tube and method of manufacturing the same | |
| JP3253683B2 (en) | Method of manufacturing field emission cold cathode plate | |
| JP3431385B2 (en) | Ferroelectric cold cathode, electronic device including the same, and method of manufacturing the same | |
| JP2969081B2 (en) | Electron emitting device having horizontal field effect and method of manufacturing the same | |
| JP3388870B2 (en) | Micro triode vacuum tube and method of manufacturing the same | |
| JP3195547B2 (en) | Vacuum sealed field emission type electron source device and manufacturing method thereof | |
| US7149282B2 (en) | X-ray tube electrodes | |
| JPH08306302A (en) | Field emission type electron source and its manufacture | |
| US6319082B1 (en) | Method of making an electron emission device by anode oxidation | |
| JP3184890B2 (en) | Electron emitting device and method of manufacturing the same | |
| JP3425209B2 (en) | Field emission type cold cathode array | |
| JP3230432B2 (en) | Field emission device and method of manufacturing the same | |
| JP3143679B2 (en) | Electron emitting device and method of manufacturing the same | |
| JPH09223454A (en) | Structure of field-effect emission apparatus and manufacture thereof | |
| KR100795176B1 (en) | Field emission device and method of manufacturing the same | |
| JP3405584B2 (en) | Manufacturing method of micro multi-pole vacuum tube | |
| JPH0541152A (en) | Manufacture of electric field emission cathode | |
| TW297169B (en) | Narrow gate opening manufacturing of gated field emitter | |
| JP3097522B2 (en) | Method for manufacturing field emission element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090523 Year of fee payment: 6 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |