JPH09185942A - Cold cathode element and its manufacture - Google Patents
Cold cathode element and its manufactureInfo
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- JPH09185942A JPH09185942A JP12414096A JP12414096A JPH09185942A JP H09185942 A JPH09185942 A JP H09185942A JP 12414096 A JP12414096 A JP 12414096A JP 12414096 A JP12414096 A JP 12414096A JP H09185942 A JPH09185942 A JP H09185942A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、電界を印加して
電子を放出させる冷陰極素子に係わり、特に安定して高
効率に電子を放出する構造及びその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cold cathode device that emits electrons by applying an electric field, and particularly to a structure that stably and highly efficiently emits electrons and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、空間に電子を放出してこれを制御
する素子としては、真空管などに代表されるように、タ
ングステン等を加熱して熱励起し、熱電子を放出させる
熱電子放出型の素子が多く用いられてきた。しかしなが
ら熱電子放出型の素子は、加熱操作を含むので、動作に
時間がかかり、また集積化に不向きであるという難点が
ある。2. Description of the Related Art Conventionally, as an element that emits electrons into a space and controls the electrons, a thermoelectron emission type device that emits thermoelectrons by heating tungsten or the like to be thermally excited, as represented by a vacuum tube and the like. Many elements have been used. However, since the thermionic emission type device includes a heating operation, it takes a long time to operate and is not suitable for integration.
【０００３】これに対して、陰極として電界のみを印加
して電子を放出させる電界放出型の素子、すなわち冷陰
極素子は、小型化、集積化が可能な素子として期待さ
れ、走査型電子顕微鏡の電子源、高速動作の真空マイク
ロ素子、さらには Flat PanelDisplay など、様々な分
野への応用を目指して、開発が進められている。とくに
Flat Panel Display では、他の方式に比べて低消費電
力、高視野角、高精密、高輝度等多くの利点が見込ま
れ、次世代のディスプレイとして開発が進められてい
る。On the other hand, a field emission type element for emitting electrons by applying only an electric field as a cathode, that is, a cold cathode element is expected as an element which can be miniaturized and integrated, and it is expected to be used in a scanning electron microscope. Development is progressing with the aim of application to various fields such as electron sources, high-speed vacuum micro devices, and flat panel displays. Especially
The Flat Panel Display is expected to have many advantages over other methods, such as low power consumption, high viewing angle, high precision, and high brightness, and is being developed as a next-generation display.
【０００４】冷陰極素子の電界放出は、金属や半導体等
の固体表面に外部から非常に高い電界を作用させると、
真空準位が曲がりポテンシャル障壁が薄くなって、電子
がトンネル効果により固体表面から放出される現象によ
るものであり、電子を放出する冷陰極はエミッターと呼
ばれる。冷陰極素子の携帯機器等への応用を考えると、
所要印加電圧の低電圧化、放出電流の安定化の実現が不
可欠である。The field emission of the cold cathode device is that when a very high electric field is applied from the outside to a solid surface such as metal or semiconductor,
This is due to the phenomenon that the vacuum level bends and the potential barrier becomes thin, and electrons are emitted from the solid surface due to the tunnel effect. The cold cathode that emits electrons is called an emitter. Considering the application of the cold cathode device to mobile devices,
It is essential to reduce the required applied voltage and stabilize the emission current.
【０００５】低電圧化の方法としては、電子を放出する
エミッターの先端を尖らせることにより電界集中させ実
効的に高い電界を得る方法と、エミッターの表面に電子
放出の所要エネルギーの低い物質、すなわち低仕事関数
の物質をコーティングする方法、あるいは低仕事関数の
物質自体をエミッターとして用いる方法がある。このう
ち、エミッターの先端を尖らせ電界集中させる方法で
は、Siの半導体プロセス技術であるフォトリソグラフ
ィ、エッチングの技術を用いて、突起をアレイ状に並べ
るＦＥＡ（Field Emitter Arrey ）等が開発されてい
る。さらに先端を先鋭化するために、突起加工後に熱酸
化を行いこれを再びエッチング処理して酸化膜を除去
し、先端曲率半径を１０ｎｍ以下にする試みや、微小な
孔から Mo等の金属を斜め蒸着して鋭いエミッターを形
成する試みが行われている。As a method of lowering the voltage, a method of obtaining an effective high electric field by concentrating the electric field by sharpening the tip of the emitter that emits electrons, and a substance having a low energy required for electron emission on the surface of the emitter, that is, There is a method of coating a substance having a low work function, or a method of using a substance having a low work function itself as an emitter. Among them, in the method of sharpening the tip of the emitter and concentrating the electric field, FEA (Field Emitter Arrey) or the like in which projections are arranged in an array using the photolithography and etching technologies which are Si semiconductor process technologies has been developed. . In order to further sharpen the tip, thermal oxidation is performed after the projection is processed, and this is etched again to remove the oxide film, and the tip radius of curvature is tried to be 10 nm or less. Attempts have been made to deposit sharp emitters by vapor deposition.
【０００６】また、低仕事関数の物質をコーティングす
る方法では、 Cs などをコーティングする方法が行われ
てきている。さらに、低仕事関数の物質自体をエミッタ
ーとして用いる方法では、ダイヤモンド薄膜が注目され
ている。ダイヤモンドの（１１１）面は負の電子親和力
（−0.7 eV）を示す（M.W.Geis et al., IEEE TRANS. E
lec. Devices vol.38, 619(1991)）ので、伝導帯に電
子を注入することができれば、空間電荷に打ち勝つだけ
の電圧を印加するだけで電子が空間に放出されることと
なる。しかしながら、実際に n-type のダイヤモンドを
成膜することは難しく、低電圧での動作は未だ確認され
ていないが、米国特許（ 5,199,918）に開示されている
ように、グラファイト状炭素の中にダイヤモンドを埋め
込んだ形のものにおいて電界放出が確認されている。As a method of coating a substance having a low work function, a method of coating Cs or the like has been used. Furthermore, diamond thin films have attracted attention as a method of using a substance having a low work function itself as an emitter. The (111) plane of diamond exhibits a negative electron affinity (-0.7 eV) (MWGeis et al., IEEE TRANS. E
lec. Devices vol.38, 619 (1991)), so if electrons can be injected into the conduction band, the electrons will be emitted into space only by applying a voltage sufficient to overcome the space charge. However, it is difficult to actually deposit n-type diamond, and operation at low voltage has not been confirmed yet. However, as disclosed in US Pat. No. 5,199,918, diamond is included in graphite-like carbon. Field emission has been confirmed in the embedded type.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】このように冷陰極素子
の製作には各種の方法が試みられ、用いられているが、
従来の電界集中を用いる方法においては、複雑なプロセ
スを必要とするため量産性が悪いという難点があり、さ
らに Si や Mo 等をエミッターとして用いる場合には、
酸化等により容易に劣化してしまうので、10-7〔Pa〕以
下の超高真空が必要となり、寿命が短く、動作も不安定
であるという欠点がある。As described above, various methods have been tried and used for manufacturing the cold cathode device.
The conventional method using electric field concentration has a drawback that mass productivity is poor because a complicated process is required. Further, when Si or Mo is used as an emitter,
Since it easily deteriorates due to oxidation, etc., it requires ultra-high vacuum of 10 -7 [Pa] or less, which has the drawbacks of short life and unstable operation.
【０００８】さらに、 Flat Panel Display として適用
する場合に Si を用いることとすれば、大きさがウェハ
ーの面積により制限されるばかりでなく、パターニング
にはイオンドーピングを用いることが必要となるため、
製造コストが高くなってしまうこととなる。また、低仕
事関数の Cs などは安定性が悪く、さらにダイヤモンド
薄膜においては、マイクロ波プラズマＣＶＤやイオンビ
ームデポジション等を用いて成膜する必要性があるの
で、大面積化が困難で量産性が悪いという欠点がある。Further, if Si is used when applied as a Flat Panel Display, not only is the size limited by the area of the wafer, but it is necessary to use ion doping for patterning.
The manufacturing cost will be high. In addition, low work function Cs is not stable, and since it is necessary to form a diamond thin film using microwave plasma CVD, ion beam deposition, etc., it is difficult to increase the area and mass productivity is high. Has the drawback of being bad.
【０００９】本発明は上記のごとき従来技術の難点を考
慮してなされたので、本発明の目的は、低い動作電圧で
安定して電子放出し、低真空においても安定して作動
し、かつ生産性に優れ、さらには大面積化の容易な冷陰
極素子及びその製造方法を提供することにある。Since the present invention has been made in consideration of the above-mentioned drawbacks of the prior art, the object of the present invention is to stably emit electrons at a low operating voltage, to stably operate even in a low vacuum, and to produce the product. It is an object of the present invention to provide a cold cathode device which is excellent in properties and can be easily increased in area, and a manufacturing method thereof.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、 (1) 陰極として印加された電界により電子を放出し、制
御する冷陰極素子において、陰極部が、スパッタ法によ
り形成された、水素を含まないアモルファス状炭素膜に
より覆われてなるものとする。In order to achieve the above-mentioned object, in the present invention, (1) in a cold cathode device for emitting and controlling electrons by an electric field applied as a cathode, the cathode portion is sputtered. It is assumed to be covered with an amorphous carbon film containing no hydrogen, which is formed by the method.
【００１１】このような構成とすれば、陰極部の酸化が
防止されるので超高真空が不要となり、かつ長寿命化で
きる。また電界放出のしきい値はアモルファス状炭素膜
のしきい値となるので、従来より用いられている Si や
Mo などと比べて低い値とすることができる。 (2) さらに上記 (1)の構成の冷陰極素子において、アモ
ルファス状炭素膜により覆われた陰極部を表面に突起を
備えてなるものとする。With such a structure, the oxidation of the cathode portion is prevented, so that ultra-high vacuum is not required and the life can be extended. Since the field emission threshold is the threshold of the amorphous carbon film, Si and
It can be set to a low value compared to Mo. (2) Further, in the cold cathode device having the above configuration (1), the cathode portion covered with the amorphous carbon film is provided with a protrusion on the surface.
【００１２】このような構成とすれば、突起の先端部に
電界を集中させることができ、動作電圧をさらに低く抑
えることができる。 (3) 陰極として印加された電界により電子を放出し、制
御する冷陰極素子において、陰極部が、表面にマトリッ
クス状の突起を有する金属より構成され、その突起が、
シリコン基板上に異方性エッチングにより形成された凹
ピラミッド状窪みを型として電鋳によって形成されてな
るものとする。With this structure, the electric field can be concentrated at the tip of the protrusion, and the operating voltage can be further suppressed. (3) In a cold cathode device that emits electrons by an electric field applied as a cathode and controls the cathode part, the cathode part is made of a metal having matrix-like projections on its surface, and the projections are
It is assumed that it is formed by electroforming using a concave pyramid-shaped recess formed by anisotropic etching on a silicon substrate as a mold.
【００１３】このような構成とすれば、突起の形状およ
びピッチが容易に制御でき、同時に生産性を上げること
ができる。 (4) 陰極として印加された電界により電子を放出し、制
御する冷陰極素子において、陰極部が、表面にマトリッ
クス状の突起を有する金属より構成され、その突起が、
シリコン基板上にエッチングにより形成した突起を型と
して電鋳によって形成された窪みを備える第２の金属製
の型を用い、電鋳によって形成されてなるものとする。With this structure, the shape and pitch of the protrusions can be easily controlled, and at the same time, productivity can be increased. (4) In a cold cathode device that emits and controls electrons by an electric field applied as a cathode, the cathode part is made of a metal having matrix-like projections on the surface, and the projections are
It is assumed that the projection is formed on the silicon substrate by electroforming using a second metal mold having a recess formed by electroforming with the projection formed by etching as a mold.
【００１４】このような構成とすれば、離型する際に型
を失わずにすむので、上記の(3) よりさらに生産性を上
げることができる。 (5) さらに上記 (3)あるいは(4) の構成の冷陰極素子に
おいて、陰極部が、スパッタ法により形成された、水素
を含まないアモルファス状炭素膜により覆われてなるも
のとする。With this structure, the mold does not have to be lost at the time of releasing the mold, so that the productivity can be further increased as compared with the above (3). (5) Further, in the cold cathode device having the above configuration (3) or (4), the cathode portion is covered with an amorphous carbon film containing no hydrogen, which is formed by a sputtering method.
【００１５】このような構成とすれば、陰極部の酸化が
防止されるので超高真空が不要となり、かつ長寿命化で
きる。また電界放出のしきい値はアモルファス状炭素膜
のしきい値となり、従来より用いられている Si や Mo
などと比べて低い値とすることができる。 (6) 陰極として印加された電界により電子を放出し、制
御する冷陰極素子において、陰極部が、熱硬化性樹脂を
成形後焼成して得られるアモルファス状炭素、あるいは
焼成後さらに成形して得られるアモルファス状炭素から
なるものとする。With such a structure, oxidation of the cathode portion is prevented, so that ultra-high vacuum is unnecessary and the life can be extended. In addition, the field emission threshold is that of the amorphous carbon film.
It can be a lower value than (6) In a cold cathode device that emits and controls electrons by an electric field applied as a cathode, the cathode portion is amorphous carbon obtained by firing a thermosetting resin after molding, or obtained by further shaping after firing. It is made of amorphous carbon.
【００１６】このような構成とすれば、射出成形等の方
法を用いることによって陰極部を任意の形状にすること
が可能で、製造のプロセスを簡略化できるとともに、超
高真空が不要となり、かつ長寿命化でき、また電界放出
のしきい値が下がるので動作電圧を低く抑えることがで
きる。 (7) さらに上記 (6)の構成の冷陰極素子において、陰極
部が、スパッタ法により形成された、水素を含まないア
モルファス状炭素膜により覆われてなるものとする。With such a structure, the cathode portion can be formed into an arbitrary shape by using a method such as injection molding, the manufacturing process can be simplified, and an ultra-high vacuum is not required. The lifetime can be extended, and the threshold value of field emission can be lowered, so that the operating voltage can be suppressed low. (7) Further, in the cold cathode device having the above configuration (6), the cathode portion is covered with an amorphous carbon film containing no hydrogen, which is formed by a sputtering method.
【００１７】このような構成とすれば、陰極部の表面の
水素を含まない高純度のアモルファス状炭素より電子が
放出することとなるので、(6) の構成に比較してより安
定した特性が得られる。 (8) 上記(6) あるいは(7) の構成の冷陰極素子を製造す
るに際して、シリコン基板上に異方性エッチングにより
凹ピラミッド状窪みを形成し、これを型として熱硬化性
樹脂を成形し、そののち焼成して陰極部を形成すること
とする。With this structure, since electrons are emitted from the high-purity amorphous carbon that does not contain hydrogen on the surface of the cathode portion, more stable characteristics can be obtained as compared with the structure of (6). can get. (8) When manufacturing the cold cathode device having the configuration of (6) or (7) above, a concave pyramid-shaped recess is formed on a silicon substrate by anisotropic etching, and a thermosetting resin is molded using this as a mold. After that, the cathode portion is formed by firing.
【００１８】このようにして製造すれば、射出成形等の
方法を用いることによってアモルファス状炭素（ガラス
状カーボン）による突起を陰極部に形成することがで
き、かつ形状およびピッチを容易に制御することができ
るので、動作電圧が低く抑えられるとともに、生産性が
向上する。 (9) 上記(6) あるいは(7) の構成の冷陰極素子を製造す
るに際して、シリコン基板上にエッチングにより突起を
形成し、これを型として電鋳によって窪みを備えた第２
の金属製の型を形成し、さらに第２の型を用いて熱硬化
性樹脂を成形し、そののち焼成することにより陰極部を
形成することとする。When manufactured in this manner, a projection made of amorphous carbon (glassy carbon) can be formed on the cathode portion by using a method such as injection molding, and the shape and pitch can be easily controlled. Therefore, the operating voltage can be kept low and the productivity can be improved. (9) When manufacturing the cold-cathode element having the structure of (6) or (7) above, a protrusion is formed on a silicon substrate by etching, and a protrusion is formed by electroforming using this as a mold.
The metal mold is formed, the thermosetting resin is molded using the second mold, and then the resin is baked to form the cathode part.
【００１９】このようにして製造すれば、離型する際に
型を失わずにすむので、上記(8) よりさらに生産性を上
げることができる。 (10)上記(6) あるいは(7) の構成の冷陰極素子を製造す
るに際して、熱硬化性樹脂を平板状に成形後、加工を施
して突起を形成し、そののち焼成することにより陰極部
を形成することとする。When manufactured in this manner, the mold does not have to be lost when the mold is released, and therefore the productivity can be further increased as compared with the above (8). (10) When manufacturing the cold cathode element having the above (6) or (7), the thermosetting resin is molded into a flat plate, processed to form protrusions, and then baked to form a cathode portion. Shall be formed.
【００２０】このようにして製造すれば、形成された突
起に電界が集中し動作電圧を低く抑えることができる。
また、突起の形成に際して特別な型を用いる必要がな
く、生産性が向上する。 (11)上記(6) あるいは(7) の構成の冷陰極素子を製造す
るに際して、熱硬化性樹脂を平板状に成形し、焼成した
のちプラズマアッシングを施して突起を形成することに
より陰極部を形成することとする。When manufactured in this manner, the electric field is concentrated on the formed protrusions, and the operating voltage can be suppressed low.
Further, it is not necessary to use a special mold when forming the protrusions, and the productivity is improved. (11) When manufacturing the cold cathode device having the configuration of (6) or (7), a thermosetting resin is molded into a flat plate shape, baked, and then subjected to plasma ashing to form a protrusion to form a cathode portion. It will be formed.
【００２１】このようにして製造すれば、形成された突
起に電界が集中し動作電圧を低く抑えることができる。 (12)陰極として印加された電界により電子を放出し、制
御する冷陰極素子において、陰極部が、基板、例えばガ
ラス基板に先端形状の鋭い微粒子を固定してなる突起付
きの基板の上に、低仕事関数の薄膜、あるいは電気伝導
性の薄膜を形成してなるものとする。When manufactured in this manner, the electric field is concentrated on the formed protrusions, and the operating voltage can be suppressed low. (12) In a cold cathode device that emits electrons by an electric field applied as a cathode and controls the cathode part, a substrate, for example, a substrate with a projection formed by fixing sharp fine particles in a tip shape to a glass substrate, A low work function thin film or an electrically conductive thin film is formed.
【００２２】このような構成とすれば、陰極部表面に配
された突起の先鋭化された先端部に電界が集中し、低い
動作電圧で電界放出が得られることとなる。また、低仕
事関数の薄膜を形成することとすれば動作電圧はより一
層低くなる。また、本構成は突起付きの基板の上に成膜
することによって形成できるので、複雑なプロセスを用
いなくとも作製できることとなる。According to this structure, the electric field is concentrated on the sharpened tip of the protrusion arranged on the surface of the cathode portion, and the field emission can be obtained at a low operating voltage. Further, if a thin film having a low work function is formed, the operating voltage becomes even lower. Further, since this structure can be formed by forming a film on a substrate having a protrusion, it can be manufactured without using a complicated process.
【００２３】(13)さらに、上記(12)の微粒子を、例えば
ダイヤモンド、アルミナ、あるいはSiC などの非電気伝
導性の微粒子により構成することとする。このような構
成とすれば、面内での導電性は上部に形成する薄膜のみ
により保持されるので、Flat Panel Displayとして適用
する場合のパターニングは薄膜の形成に対してのみ行え
ばよく、従来のようにイオンドーピング等のプロセスが
不要となり、低コストで作製できることとなる。(13) Further, the fine particles of the above (12) are made of non-electrically conductive fine particles such as diamond, alumina, or SiC. With such a configuration, the in-plane conductivity is retained only by the thin film formed on the upper surface, so patterning when applied as a Flat Panel Display may be performed only for the thin film formation. As described above, a process such as ion doping is unnecessary, and the device can be manufactured at low cost.
【００２４】(14)あるいは、上記(12)の微粒子を、研磨
シートに配されたダイヤモンド、アルミナ、あるいは S
iCのうちのいずれかの研磨用砥粒からなる非電気伝導性
の微粒子により構成することとする。このような構成と
すれば、粒径、形状の揃った突起付きの基板が容易に得
られるので、安定した電子放出特性を備える冷陰極素子
を低コストで作製できることとなる。(14) Alternatively, the fine particles of (12) above may be used to dispose diamond, alumina, or S on a polishing sheet.
It is constituted by non-electrically conductive fine particles made of any one of the abrasive grains of iC. With such a structure, a substrate with protrusions having a uniform particle size and shape can be easily obtained, and a cold cathode device having stable electron emission characteristics can be manufactured at low cost.
【００２５】(15)あるいは、上記(12)の低仕事関数の薄
膜を、アモルファス状炭素膜、あるいはダイヤモンド状
炭素膜により形成することとする。このように形成すれ
ば、電界放出しきい値が低くなり、低い動作電圧で安定
して電界放出する冷陰極素子が得られる。 (16)陰極として印加された電界により電子を放出し、制
御する冷陰極素子において、陰極部が、先端形状の鋭い
突起を備えた基板の上にアモルファス状炭素膜を形成
し、さらにその表面を水素処理、あるいはエッチング処
理してなるものとする。(15) Alternatively, the low work function thin film of (12) above may be formed of an amorphous carbon film or a diamond-like carbon film. If formed in this way, the field emission threshold value becomes low, and a cold cathode device that stably performs field emission at a low operating voltage can be obtained. (16) In a cold cathode device that emits and controls electrons by an electric field applied as a cathode, the cathode part forms an amorphous carbon film on a substrate having sharp protrusions with a tip shape, and further It is assumed to be formed by hydrogen treatment or etching treatment.
【００２６】このように構成すれば、表面の活性度が低
下するので、低真空度でも安定した電子放出特性を備え
ることとなる。According to this structure, the activity of the surface is lowered, so that stable electron emission characteristics are provided even at a low vacuum degree.
【００２７】[0027]
【発明の実施の形態】以下、本発明の冷陰極素子および
その製造方法の実施の形態を例を上げて説明する。 ＜第１実施例＞図１は、本発明による冷陰極素子の第１
実施例の陰極部の基本構成を模式的に示す縦断面図であ
る。図に見られるように、 Si からなる基板１の表面に
アモルファス状炭素膜２を成膜して陰極部が構成されて
いる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the cold cathode device and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described below with reference to examples. <First Embodiment> FIG. 1 shows a first embodiment of a cold cathode device according to the present invention.
It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the basic composition of the cathode part of an Example. As shown in the figure, an amorphous carbon film 2 is formed on the surface of a substrate 1 made of Si to form a cathode portion.
【００２８】アモルファス状炭素膜２はＤＣスパッタ装
置を用いて成膜されたもので、ＨＦ50 ％溶液により洗
浄した Si 基板１に、Ｃターゲットを用い、室温の Ar
ガス雰囲気（ 0.4 Pa ）において出力 300Ｗで成膜し、
厚さ 100ｎｍの水素を含まないアモルファス状炭素膜２
が形成されている。得られたアモルファス状炭素膜２を
備えた陰極部の電界放出特性を、図２に基本構成を示す
評価装置を用いて測定した。評価装置は、上記のごとく
基板１にアモルファス状炭素膜２を成膜して形成された
陰極部と、ステンレス板よりなる陽極３とを 0.1ｍｍの
ギャップを保持して図示しない真空容器中に配し、高圧
電源４によって 0〜5 kVの電圧（最大電界強度 50 [MV/
m]）を印加して、電界放出により陰極部で放出された電
子を陽極３で捕捉し、その量を電流計５で検出するよう
に構成されている。上記の試料の測定結果によれば、電
界放出しきい値は、真空度 1×10-3 Pa において 1.2×
107[V/m]であり、Si、Moなどのしきい値（真空度 1×10
-7 Pa において 5×107[V/m]以上）に比べて非常に低い
値が得られた。また、本真空度においてほぼ安定して電
界放出が起こり、超高真空が必要な Si、Moなどに比べ
て低真空で済むことが確認された。 ＜第２実施例＞図３は、本発明による冷陰極素子の第２
実施例の陰極部の基本構成を模式的に示す縦断面図であ
る。本実施例の陰極部は、 Si からなる基板１の上に突
起６を形成し、その表面に第１実施例と同じく水素を含
まないアモルファス状炭素膜２Ａを成膜したものであ
る。The amorphous carbon film 2 was formed by using a DC sputter device. A Si target 1 washed with an HF 50% solution was used, a C target was used, and an Ar film at room temperature was used.
Deposition with 300 W output in gas atmosphere (0.4 Pa),
100nm thick amorphous carbon film 2 that does not contain hydrogen
Are formed. The field emission characteristics of the cathode portion provided with the obtained amorphous carbon film 2 were measured using an evaluation device having a basic configuration shown in FIG. The evaluation apparatus is arranged in a vacuum container (not shown) with a cathode portion formed by depositing the amorphous carbon film 2 on the substrate 1 as described above and an anode 3 made of a stainless plate with a gap of 0.1 mm. Voltage of 0 to 5 kV (maximum electric field strength 50 [MV /
m]) is applied to capture electrons emitted from the cathode portion by field emission at the anode 3 and the amount thereof is detected by the ammeter 5. According to the measurement result of the above sample, the field emission threshold is 1.2 × at a vacuum degree of 1 × 10 -3 Pa.
10 7 [V / m], the threshold value of Si, Mo, etc. (vacuum degree 1 × 10
At -7 Pa, a very low value was obtained compared to 5 × 10 7 [V / m] or more). It was also confirmed that field emission occurs almost stably at this degree of vacuum, and that a lower vacuum is required compared to Si and Mo, which require ultra-high vacuum. <Second Embodiment> FIG. 3 shows a second embodiment of the cold cathode device according to the present invention.
It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the basic composition of the cathode part of an Example. In the cathode part of this embodiment, the projection 6 is formed on the substrate 1 made of Si, and the hydrogen-free amorphous carbon film 2A is formed on the surface of the projection 6 as in the first embodiment.
【００２９】Si 基板への突起の形成には、以下のプロ
セスを用いた。 Si 基板を熱酸化させて表面に 300ｎｍ程度の SiO2
酸化膜を形成する。 リソグラフィーによって直径３μｍのレジストをピッ
チ５μｍで形成し、バッファ KOHで SiO2 のマスクパタ
ーンを形成する。 ドライエッチングにより等方性のエッチングを行い、
マスク下の基板の先鋭化を図る。The following process was used to form the protrusions on the Si substrate. Thermally oxidize the Si substrate to 300 nm SiO 2 on the surface.
Form an oxide film. A resist having a diameter of 3 μm is formed with a pitch of 5 μm by lithography, and a mask pattern of SiO 2 is formed with buffer KOH. Isotropic etching is performed by dry etching,
Sharpen the substrate under the mask.
【００３０】酸化膜をバッファ KOHで除去する。形成
された突起の先端曲率半径は約 200ｎｍであり、これに
よる電界集中は平板の 12 倍程度となる。このようにし
て得られた試料の電界放出特性を前述の評価装置を用い
て測定した結果によれば、電界放出しきい値は、真空度
1×10-3 Pa において 1.0×106[V/m] で、大幅に低電
圧化ができるとともに、安定な動作を得られることが確
認された。 ＜第３実施例＞図４は、本発明による冷陰極素子の第３
実施例を示す模式縦断面図で、陰極部が表面にマトリッ
クス状の突起を有する金属よりなり、突起が、シリコン
基板上に異方性エッチングにより形成された凹ピラミッ
ド状窪みを型として電鋳によって形成されてなる冷陰極
素子の陰極部の基本構成とその製造方法を示したもので
ある。The oxide film is removed with buffer KOH. The radius of curvature of the tip of the formed protrusion is about 200 nm, and the electric field concentration due to this is about 12 times that of a flat plate. According to the result of measuring the field emission characteristics of the sample thus obtained by using the above-mentioned evaluation device, the field emission threshold is
It was confirmed that at 1.0 × 10 6 [V / m] at 1 × 10 -3 Pa, the voltage can be significantly reduced and stable operation can be obtained. <Third Embodiment> FIG. 4 shows a third embodiment of the cold cathode device according to the present invention.
In a schematic vertical cross-sectional view showing an example, the cathode portion is made of a metal having a matrix-like protrusions on the surface, the protrusions are formed by electroforming using a concave pyramid-shaped depression formed by anisotropic etching on a silicon substrate as a mold. 1 shows a basic structure of a cathode part of a formed cold cathode device and a manufacturing method thereof.
【００３１】本構成の陰極部の製造方法は次のとおりで
ある。 （１００）面 Si 基板８Ａを熱酸化させて表面に 300
ｎｍ程度の SiO2 酸化膜を形成する リソグラフィーによって格子状のレジストをピッチ５
μｍで形成し、バッファ KOHで SiO2 のマスク７Ａを形
成する。（図中の (1)マスク形成） 30 ％ KOH溶液にてウエットエッチングを行う。（１
００）面 Si 基板８Ａは（１１１）面のエッチング速度
が極端に遅いために凹ピラミッド状の窪みが形成され、
自動的にエッチングは停止する。（図中の (2)ウエット
エッチング） マスク７Ａを除去し、バッファ KOHで酸化膜を除去し
たのち、 Si 基板８Ａに得られた表面の凹ピラミッド状
の窪みを型として、電鋳により Ni 層９Ａを堆積する。
（図中の (3)マスク除去＆Ｎｉ電鋳） Si 基板８Ａをヒドラジンを用いて除去する。表面に
マトリックス状の突起を備えた Ni 層９Ａからなる陰極
部が得られる。（図中の (4)離型） 上記のプロセスを用いて形成された Ni 層９Ａからなる
陰極部の突起の先端曲率半径は約 200ｎｍであった。前
述の評価装置を用いて測定した結果によれば、電界放出
しきい値は、真空度 1×10-7 Pa において 6.0×106[V/
m]で、低電圧化を図ることができた。The method of manufacturing the cathode portion of this structure is as follows. The (100) plane Si substrate 8A is thermally oxidized to form 300
Form a SiO 2 oxide film of about nm.
The mask 7A of SiO 2 is formed with buffer KOH. ((1) Mask formation in the figure) Wet etching is performed with a 30% KOH solution. (1
In the (00) plane Si substrate 8A, since the etching rate of the (111) plane is extremely slow, a concave pyramid-shaped depression is formed,
Etching stops automatically. ((2) Wet etching in the figure) After removing the mask 7A and removing the oxide film with the buffer KOH, the Ni substrate 9A was electroformed by using the concave pyramid-shaped depressions on the surface of the Si substrate 8A as a mold. Deposit.
((3) Mask removal & Ni electroforming in the figure) The Si substrate 8A is removed using hydrazine. A cathode part composed of the Ni layer 9A having matrix-like protrusions on the surface is obtained. ((4) Releasing in the figure) The radius of curvature of the tip of the protrusion of the cathode portion made of the Ni layer 9A formed by the above process was about 200 nm. According to the result of measurement using the above-described evaluation device, the field emission threshold value is 6.0 × 10 6 [V / V at a vacuum degree of 1 × 10 -7 Pa.
m] made it possible to reduce the voltage.
【００３２】なお、本実施例では電鋳により Ni 層９Ａ
を堆積して陰極部を形成しているが、 Ni に限るもので
はなく、 Cr 等においても同様に電鋳によって陰極部を
形成することができる。 ＜第４実施例＞図５は、本発明による冷陰極素子の第４
実施例を示す模式縦断面図で、陰極部が表面にマトリッ
クス状の突起を有する金属よりなり、突起が、シリコン
基板上にエッチングにより形成した突起を型として電鋳
によって形成された窪みを備える第２の金属製の型を用
い、電鋳によって形成されてなる冷陰極素子の陰極部の
基本構成とその製造方法を示したものである。In this embodiment, the Ni layer 9A is formed by electroforming.
Is deposited to form the cathode portion, but the cathode portion is not limited to Ni, and the cathode portion can be similarly formed by Cr or the like. <Fourth Embodiment> FIG. 5 shows a fourth embodiment of the cold cathode device according to the present invention.
In a schematic vertical cross-sectional view showing an embodiment, the cathode portion is made of a metal having matrix-like protrusions on the surface, and the protrusions have a recess formed by electroforming with the protrusion formed by etching on a silicon substrate as a mold. 2 shows a basic structure of a cathode part of a cold cathode device formed by electroforming using a metal mold of No. 2 and a manufacturing method thereof.
【００３３】本構成の陰極部の製造方法は次のとおりで
ある。 Si 基板８Ｂを熱酸化させて、表面に 300ｎｍ程度の
SiO2 酸化膜を形成する。 リソグラフィーによって直径３μｍのレジストをピッ
チ５μｍで形成し、バッファ KOHで SiO2 のマスク７Ｂ
を形成する。（図中の (1)マスク形成） ドライエッチングにより等方性のエッチングを行い、
マスク７Ｂの下の基板の先鋭化を図る。（図中の (2)ド
ライエッチング） マスク７Ｂを除去し、バッファ KOHで酸化膜を除去し
たのち、 Si 基板８Ｂに得られた表面の凹ピラミッド状
の窪みを型として、電鋳により Ni 層９Ｂを堆積する。
（図中の (3)マスク除去＆Ｎｉ電鋳） Si 基板８Ｂをヒドラジンを用いて除去する。表面に
マトリックス状の突起を備えた Ni 層９Ｂが得られる。
（図中の (4)離型） で得られた Ni 層９Ｂのマトリックス状の突起を型
として、電鋳により Ni 層１０を堆積する。 Ni 層９Ｂ
を除去して表面にマトリックス状の突起を備えた Ni 層
１０からなる陰極部が得られる。（図中の (5)Ｎｉ電鋳
＆離型） 以上のプロセスを用いて形成された Ni 層１０からなる
陰極部の突起の先端曲率半径は 200ｎｍ程度であった。
前述の評価装置を用いて測定した結果によれば、電界放
出しきい値は、真空度 1×10-7 Pa において 5.0×10
6[V/m]で、低電圧化を図ることができた。The method of manufacturing the cathode portion of this structure is as follows. Thermally oxidize the Si substrate 8B so that the surface of about 300 nm
A SiO 2 oxide film is formed. A resist with a diameter of 3 μm is formed with a pitch of 5 μm by lithography, and SiO 2 mask 7B is formed with buffer KOH.
To form ((1) Mask formation in the figure) Isotropic etching is performed by dry etching,
The substrate under the mask 7B is sharpened. ((2) Dry etching in the figure) After removing the mask 7B and removing the oxide film with buffer KOH, the Ni layer 9B is formed by electroforming using the concave pyramid-shaped depressions on the surface of the Si substrate 8B as a mold. Deposit.
((3) Mask removal & Ni electroforming in the figure) The Si substrate 8B is removed using hydrazine. A Ni layer 9B having matrix-like protrusions on the surface is obtained.
Using the matrix-like projections of the Ni layer 9B obtained in ((4) Releasing in the figure) as a mold, the Ni layer 10 is deposited by electroforming. Ni layer 9B
Is removed to obtain a cathode portion composed of the Ni layer 10 having matrix-like projections on the surface. ((5) Ni electroforming and mold release in the figure) The tip radius of curvature of the projection of the cathode portion formed of the Ni layer 10 formed by the above process was about 200 nm.
According to the result of measurement using the above-mentioned evaluation device, the field emission threshold is 5.0 × 10 at a vacuum degree of 1 × 10 -7 Pa.
At 6 [V / m], we were able to reduce the voltage.
【００３４】なお、本実施例においても、 Ni に代わっ
て Cr 等を用いても同様に電鋳により陰極部が得られる
ことは第３実施例と同様である。 ＜第５実施例＞図６は、本発明による冷陰極素子の第５
実施例の陰極部を模式的に示す縦断面図である。Also in this embodiment, the cathode portion can be similarly obtained by electroforming even if Cr or the like is used instead of Ni, as in the third embodiment. <Fifth Embodiment> FIG. 6 shows a fifth embodiment of the cold cathode device according to the present invention.
It is a longitudinal cross-sectional view which shows the cathode part of an Example typically.
【００３５】本陰極部は、第３実施例のごとく製作され
た、表面にマトリックス状の突起を備えた Ni 層９Ａの
表面に、ＤＣスパッタ装置を用いて、第１実施例と同様
の方法により水素を含まないアモルファス状炭素膜２Ｂ
を成膜したものである。本試料の電界放出特性を前述の
評価装置を用いて測定した結果によれば、電界放出しき
い値は、真空度 1×10-3 Pa において 1.2×106[V/m]で
あり、第３実施例に比べて大幅に低電圧化が図られ、か
つ、低真空で安定な動作が得られることが確認された。 ＜第６実施例＞図７は、本発明による冷陰極素子の第６
実施例の陰極部を模式的に示す縦断面図である。This cathode part was formed on the surface of the Ni layer 9A having the matrix-like projections formed on it as in the third embodiment, by using the DC sputtering apparatus and in the same manner as in the first embodiment. Amorphous carbon film 2B containing no hydrogen
Is formed into a film. According to the result of measuring the field emission characteristics of this sample using the above-mentioned evaluation device, the field emission threshold is 1.2 × 10 6 [V / m] at a vacuum degree of 1 × 10 -3 Pa, and It was confirmed that the voltage was significantly reduced as compared with the three examples, and stable operation was obtained in a low vacuum. <Sixth Embodiment> FIG. 7 shows a sixth embodiment of the cold cathode device according to the present invention.
It is a longitudinal cross-sectional view which shows the cathode part of an Example typically.
【００３６】本陰極部はアモルファス状炭素層１１によ
り形成されており、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂
の球状粉末を射出成型器中で加熱、溶融して平板状に成
型したのち、1500〜2000℃で焼成して得られたものであ
る。本試料の電界放出特性を前述の評価装置を用いて測
定した結果によれば、電界放出しきい値は、真空度 1×
10-3 Pa において 1.5×107[V/m]で、前記のSi、Moなど
のしきい値に比べて非常に低い値が得られた。また、こ
の真空度でほぼ安定して電界放出が起こり、超高真空が
必要な Si 、Moなどに比べて低真空で済むことが確認さ
れた。 ＜第７実施例＞図８は、本発明による冷陰極素子の第７
実施例を示す模式縦断面図で、陰極部がシリコン基板上
に異方性エッチングにより凹ピラミッド状窪みを形成
し、これを型として熱硬化性樹脂を成形し、そののち焼
成することにより形成されてなる冷陰極素子の陰極部の
基本構成とその製造方法を示したものである。The cathode portion is formed of an amorphous carbon layer 11, and spherical powder of a phenol resin, which is a thermosetting resin, is heated and melted in an injection molding machine to be molded into a flat plate, and then 1500 to 2000. It was obtained by firing at ° C. According to the result of measuring the field emission characteristics of this sample using the above-mentioned evaluation device, the field emission threshold value is 1 ×
At 10 −3 Pa, at a value of 1.5 × 10 7 [V / m], a value extremely lower than the threshold values of Si, Mo, etc. was obtained. It was also confirmed that field emission occurs almost stably at this degree of vacuum and that a lower vacuum is required compared to Si, Mo, etc., which require an ultrahigh vacuum. <Seventh Embodiment> FIG. 8 shows a seventh embodiment of the cold cathode device according to the present invention.
In a schematic vertical cross-sectional view showing an example, a cathode portion is formed by forming a concave pyramid-shaped depression by anisotropic etching on a silicon substrate, molding a thermosetting resin using this as a mold, and then firing. 2 shows a basic structure of a cathode part of a cold cathode device having the above and a manufacturing method thereof.
【００３７】本構成の陰極部の製造方法は次のとおりで
ある。 第３実施例の陰極部の製造方法の〜と同一の工程
により、 Si 基板８Ａ上にマスク７Ａを形成し、ウエッ
トエッチングを行う。（図中の (1)マスク形成、および
(2)ウエットエッチング） マスク７Ａを除去し、酸化膜を除去したのち、 Si 基
板８Ａに得られた表面の凹ピラミッド状の窪みを型とし
て、射出成型によってフェノール樹脂層１２Ａを成型す
る。（図中の (3)マスク除去＆射出成型） 成型したフェノール樹脂層１２Ａを離型後、焼成する
ことにより表面にマトリックス状の突起を備えたアモル
ファス状炭素層１１Ａからなる陰極部が得られる。（図
中の (4)離型＆焼成） 本製造方法により製作された試料の電界放出特性を前述
の評価装置を用いて測定した結果によれば、電界放出し
きい値は、真空度 1×10-3 Pa において 1.5×106[V/m]
で、突起の先端曲率半径を 200ｎｍ程度に形成した Ni
層からなる第３実施例や第４実施例の陰極部の電界放出
しきい値よりさらに大幅に低いしきい値が得られた。 ＜第８実施例＞図９は、本発明による冷陰極素子の第８
実施例を示す模式縦断面図で、陰極部がシリコン基板上
にエッチングにより突起を形成し、これを型として電鋳
によって窪みを備えた第２の金属製の型を形成し、さら
に第２の型を用いて熱硬化性樹脂を成形し、そののち焼
成することにより形成されてなる冷陰極素子の陰極部の
基本構成とその製造方法を示したものである。The method of manufacturing the cathode portion of this structure is as follows. A mask 7A is formed on the Si substrate 8A and wet etching is performed by the same steps as those of the cathode part manufacturing method of the third embodiment. ((1) Mask formation in the figure, and
(2) Wet etching) After removing the mask 7A and removing the oxide film, the phenol resin layer 12A is molded by injection molding using the concave pyramid-shaped depressions on the surface of the Si substrate 8A as a mold. ((3) Mask removal & injection molding in the figure) After the molded phenol resin layer 12A is released from the mold, it is fired to obtain a cathode portion composed of the amorphous carbon layer 11A having matrix-like projections on the surface. ((4) Mold release & firing in the figure) According to the result of measuring the field emission characteristics of the sample manufactured by the present manufacturing method by using the above-mentioned evaluation device, the field emission threshold value is a vacuum degree of 1 × 1.5 × 10 6 [V / m] at 10 -3 Pa
With Ni, the radius of curvature of the tip of the protrusion was set to about 200 nm.
A threshold value much lower than the field emission threshold value of the cathode portion of the third and fourth embodiments made of layers was obtained. <Eighth Embodiment> FIG. 9 shows the eighth embodiment of the cold cathode device according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic vertical cross-sectional view showing an example, in which a cathode portion forms a protrusion on a silicon substrate by etching, and using this as a mold, a second metal mold having a recess is formed by electroforming, and a second metal mold is formed. 1 shows a basic structure of a cathode part of a cold cathode device formed by molding a thermosetting resin by using a mold and then firing it, and a manufacturing method thereof.
【００３８】本構成の陰極部の製造方法は次のとおりで
ある。 第４実施例の陰極部の製造方法の〜と同一の工程
により、 Si 基板８Ｂにマスクを形成し（図中の (1)マ
スク形成）、ドライエッチングを行って（図中の (2)ド
ライエッチング）、表面の凹ピラミッド状の窪みを形成
し、これを型として電鋳により Ni 層９Ｂを堆積して
（図中の (3)マスク除去＆Ｎｉ電鋳）、表面にマトリッ
クス状の突起を備えた Ni 層９Ｂを得る。（図中の (4)
離型） 得られた Ni 層９Ｂのマトリックス状の突起を型とし
て、射出成型によってフェノール樹脂層を成型する。成
型したフェノール樹脂層を離型後、焼成することにより
表面にマトリックス状の突起を備えたアモルファス状炭
素層１１Ｂからなる陰極部が得られる。（図中の (5)射
出成型＆離型＆焼成） 本製造方法により製作された試料の電界放出特性を前述
の評価装置を用いて測定した結果によれば、電界放出し
きい値は、真空度 1×10-3 Pa において 1.25×106[V/
m]で、第７実施例よりさらに低いしきい値が得られた。 ＜第９実施例＞図１０は、本発明による冷陰極素子の第
９実施例を示す模式縦断面図で、陰極部が熱硬化性樹脂
を平板状に成形後、加工を施して突起を形成し、そのの
ち焼成することにより形成されてなる冷陰極素子の陰極
部の基本構成とその製造方法を示したものである。The method of manufacturing the cathode portion of this structure is as follows. A mask is formed on the Si substrate 8B ((1) Mask formation in the drawing) and dry etching is performed ((2) Drying in the drawing) by the same steps as in steps (1) to (4) of the method for manufacturing the cathode portion of the fourth embodiment. Etching) to form a concave pyramid-shaped depression on the surface, and using this as a mold to deposit a Ni layer 9B by electroforming ((3) Mask removal & Ni electroforming in the figure) to provide a matrix-like projection on the surface. To obtain a Ni layer 9B. ((4) in the figure
Releasing) A phenol resin layer is molded by injection molding using the matrix-shaped projections of the obtained Ni layer 9B as a mold. After releasing the molded phenol resin layer from the mold, it is fired to obtain a cathode portion composed of the amorphous carbon layer 11B having matrix-like protrusions on the surface. ((5) Injection molding & release & firing in the figure) According to the result of measuring the field emission characteristics of the sample manufactured by this manufacturing method using the above-mentioned evaluation device, the field emission threshold is 1.25 × 10 6 [V / at 1 × 10 -3 Pa
m], a threshold value lower than that of the seventh embodiment was obtained. <Ninth Embodiment> FIG. 10 is a schematic vertical sectional view showing a ninth embodiment of the cold cathode device according to the present invention, in which the cathode portion is formed by molding a thermosetting resin into a flat plate and then processed to form protrusions. Then, the basic structure of the cathode portion of the cold cathode device formed by firing after that and the manufacturing method thereof are shown.
【００３９】本構成の陰極部は、射出成型によって平板
状のフェノール樹脂層１２Ｂを成形した（図中の (1)射
出成型）のち、エキシマレーザーで表面に幅 10 μｍ、
ピッチ 10 μｍ、深さ 20 μｍの格子状の溝を加工し、
その後で焼成することにより表面に凸状突起を格子状に
備えたアモルファス状炭素層１１Ｃを得る（図中の (2)
加工＆焼成）手順で製作されてものである。In the cathode portion of this structure, a flat phenol resin layer 12B was formed by injection molding ((1) injection molding in the figure), and then a surface of 10 μm wide by an excimer laser.
We processed grid-like grooves with a pitch of 10 μm and a depth of 20 μm,
After that, by baking, an amorphous carbon layer 11C having convex protrusions on the surface in a grid pattern is obtained ((2) in the figure).
It is manufactured by the processing and firing procedure.
【００４０】製作された試料の電界放出特性を前述の評
価装置を用いて測定した結果によれば、電界放出しきい
値は、真空度 1×10-3 Pa において 2.0×106[V/m]であ
った。この値は、第７実施例や第８実施例に比べれば若
干高いが、第３実施例や第４実施例に比べれば約 1/3に
低減されている。 ＜第１０実施例＞図１１は、本発明による冷陰極素子の
第１０実施例を示す模式縦断面図で、陰極部が熱硬化性
樹脂を平板状に成形し、焼成したのちプラズマアッシン
グを施して突起を形成することにより形成されてなる冷
陰極素子の陰極部の基本構成とその製造方法を示したも
のである。According to the result of measuring the field emission characteristics of the manufactured sample by using the above-mentioned evaluation apparatus, the field emission threshold value is 2.0 × 10 6 [V / m at a vacuum degree of 1 × 10 -3 Pa. ]Met. This value is slightly higher than those of the seventh and eighth embodiments, but is reduced to about 1/3 of that of the third and fourth embodiments. <Tenth Embodiment> FIG. 11 is a schematic vertical sectional view showing a tenth embodiment of a cold cathode device according to the present invention. The cathode part is formed by molding a thermosetting resin into a flat plate shape, followed by firing and plasma ashing. 2 shows a basic structure of a cathode part of a cold cathode device formed by forming protrusions and a manufacturing method thereof.
【００４１】本構成の陰極部の製造方法は次のとおりで
ある。 射出成型によって平板状のフェノール樹脂層を形成
し、焼成してアモルファス状炭素層１１Ｄを得る。第４
実施例の製造方法のと同一の方法でマスク７Ｃを形成
する。（図中の (1)射出成型＆焼成＆マスク形成） プラズマアッシング装置を用いてアモルファス状炭素
層１１Ｄをエッチングする。（図中の (2)プラズマアッ
シング） マスク７Ｃを除去することにより、表面にマトリック
ス状に配置された突起を有するアモルファス状炭素層１
１Ｄからなる陰極部が得られる。（図中の (3)マスク除
去） このようにして製作された試料の電界放出特性を前述の
評価装置を用いて測定した結果によれば、電界放出しき
い値は真空度 1×10-3 Pa において 1.7×106[V/m] で
あった。 ＜第１１実施例＞図１２は、本発明による冷陰極素子の
第１１実施例の陰極部を模式的に示す縦断面図である。The method of manufacturing the cathode portion of this structure is as follows. A flat phenol resin layer is formed by injection molding and fired to obtain an amorphous carbon layer 11D. 4th
The mask 7C is formed by the same method as the manufacturing method of the embodiment. ((1) Injection molding & firing & mask formation in the figure) The amorphous carbon layer 11D is etched using a plasma ashing device. ((2) Plasma ashing in the figure) By removing the mask 7C, the amorphous carbon layer 1 having projections arranged in a matrix on the surface
A cathode part composed of 1D is obtained. ((3) Mask removal in the figure) According to the result of measuring the field emission characteristics of the sample manufactured as described above by using the above-mentioned evaluation device, the field emission threshold value is a vacuum degree of 1 × 10 -3 It was 1.7 × 10 6 [V / m] at Pa. <Eleventh Embodiment> FIG. 12 is a vertical sectional view schematically showing a cathode portion of an eleventh embodiment of the cold cathode device according to the present invention.
【００４２】本陰極部は、第７実施例の製造方法を用い
て製作された、表面にマトリックス状の突起を備えたア
モルファス状炭素層１１Ａの表面に、ＤＣスパッタ装置
を用いて、第１実施例と同様の方法によってアモルファ
ス状炭素膜２Ｃを成膜したものである。本方法により製
作された試料の電界放出特性を前述の評価装置を用いて
測定した結果によれば、電界放出しきい値は、真空度 1
×10-3 Pa において 1.7×106[V/m] であった。本方法
で製作した試料は、水素を含まない高純度のアモルファ
ス状炭素膜２Ｃが表面に配されるので、電界放出しきい
値が極めて小さく抑えられることとなる。 ＜第１２実施例＞図１３は、本発明の冷陰極素子の第１
２実施例の陰極部の基本構成を模式的に示す断面図であ
る。図において、２１は基板で、本実施例ではガラス基
板が用いられている。２２は先端形状の鋭い微粒子で、
本実施例では、粒径が３〜５μｍ、先端曲率半径が数〜
数十ｎｍの先端形状の鋭いアルミナ微粒子が用いられて
おり、ポリエチレン系接着材からなる高分子膜２３によ
って基板２１に固定されている。なお、図においては簡
単化するために微粒子２２を一層として表示しているが
多層であってもよい。２ＤはＤＣスパッタ装置により成
膜して得られたアモルファス状炭素膜で、ターゲットに
炭素を用い、アルゴンガス雰囲気中で、出力300Ｗ、ガ
ス圧力 1.0 Pa 、室温の条件下で成膜したもので、膜厚
は約 50 ｎｍである。The present cathode part was manufactured by the manufacturing method of the seventh embodiment on the surface of the amorphous carbon layer 11A having the matrix-shaped projections on the surface thereof by using the DC sputtering apparatus and the first embodiment. The amorphous carbon film 2C is formed by the same method as the example. According to the result of measuring the field emission characteristics of the sample manufactured by this method using the above-mentioned evaluation device, the field emission threshold is
It was 1.7 × 10 6 [V / m] at × 10 -3 Pa. In the sample manufactured by this method, since the high-purity amorphous carbon film 2C containing no hydrogen is arranged on the surface, the field emission threshold value can be suppressed to an extremely small value. <Twelfth Embodiment> FIG. 13 shows a first embodiment of the cold cathode device of the present invention.
It is sectional drawing which shows the basic composition of the cathode part of 2 Example typically. In the figure, 21 is a substrate, and a glass substrate is used in this embodiment. 22 is a sharp particle with a tip shape,
In this embodiment, the particle size is 3 to 5 μm, and the tip radius of curvature is several to several μm.
Sharp fine alumina particles having a tip shape of several tens of nm are used, and are fixed to the substrate 21 by a polymer film 23 made of a polyethylene adhesive. In the figure, the fine particles 22 are shown as one layer for simplification, but they may be multi-layered. 2D is an amorphous carbon film obtained by film formation by a DC sputtering device, which is formed by using carbon as a target in an argon gas atmosphere under the conditions of an output of 300 W, a gas pressure of 1.0 Pa and room temperature. The film thickness is about 50 nm.
【００４３】上記のごとく、基板２１に微粒子２２を高
分子膜２３によって固定して突起付きの基板を形成し、
その上にアモルファス状炭素膜４を形成して作製した陰
極部の電子放出特性を、図２に示した評価装置を用いて
測定した。図１４は、上記の評価装置で測定した本実施
例の陰極部の真空度 1×10-3 Paにおける電子放出特性
（図中の）をダイヤモンド薄膜の電子放出特性（図中
の）と比較して示した特性図である。図に見られるよ
うに、本実施例の陰極部の電界放出しきい値は、 450
Ｖ、すなわち 4.5×106 [V/m] であり、 Si や Mo など
のしきい値（真空度 1×10-7 Pa において 5×106 [V/
m] 以上）に比べて大幅に低くなっており、ダイヤモン
ド薄膜（ 8×106 [V/m] ）と比較しても低い値となって
いる。また本実施例の陰極部では、上記の真空度 1×10
-3 Pa において電流 50 μＡの安定した電子放出が観測
されており、超高真空が必要な Si や Moなどに比べて
低真空で使用できることが確認された。As described above, the fine particles 22 are fixed to the substrate 21 by the polymer film 23 to form a substrate with protrusions,
The electron emission characteristics of the cathode portion formed by forming the amorphous carbon film 4 thereon were measured using the evaluation device shown in FIG. FIG. 14 compares the electron emission characteristics (in the figure) at the vacuum degree of 1 × 10 −3 Pa of the cathode part of this example measured by the above-described evaluation apparatus with the electron emission characteristics (in the figure) of the diamond thin film. FIG. As can be seen from the figure, the field emission threshold of the cathode portion of this example is 450
V, that is, 4.5 × 10 6 [V / m], which is a threshold value of Si and Mo (5 × 10 6 [V / at a vacuum degree of 1 × 10 -7 Pa)
m] or more), which is significantly lower than that of diamond thin film (8 × 10 6 [V / m]). Further, in the cathode part of the present embodiment, the degree of vacuum above 1 × 10
Stable electron emission with a current of 50 μA was observed at -3 Pa, confirming that it can be used in a lower vacuum than Si and Mo, which require an ultrahigh vacuum.
【００４４】なお、本実施例の陰極部は、基板２１に固
定する微粒子２２としてアルミナ微粒子を用い、その上
にアモルファス状炭素膜２Ｄを形成して構成されている
が、微粒子２２としてダイヤモンド、あるいは SiCの微
粒子を用いた場合にも低真空で安定した電子放出が観測
されている。また、図１５に例示したごとく、アモルフ
ァス状炭素膜２Ｄの代わりにダイヤモンド状炭素膜２４
を成膜して構成されるものとしてもよく、あるいは、M
o，Ｗのごとき金属薄膜を成膜して構成してもよい。 ＜第１３実施例＞図１６は、本発明の冷陰極素子の第１
３実施例の陰極部の基本構成を模式的に示す断面図であ
る。本図に示した冷陰極素子の陰極部は、ガラス基板２
１の上に第１２実施例で用いたと同様の非電気伝導性の
アルミナ微粒子２２を高分子膜２３で固定して突起付き
の基板を形成し、メタルマスクを用いて格子状のアモル
ファス状炭素膜２Ｅ，２Ｆ，２Ｇを成膜して構成されて
いる。本構成においては、格子状に配されたアモルファ
ス状炭素膜２Ｅ，２Ｆ，２Ｇがアルミナ微粒子２２によ
って互いに電気絶縁されているので、それぞれ個別に駆
動させることができ、そのパターンに応じてディスプレ
イ駆動を行うことができる。 ＜第１４実施例＞図１７は、本発明の冷陰極素子の第１
４実施例の陰極部の基本構成を模式的に示す断面図であ
る。本図に示した冷陰極素子の陰極部は、アルミナの研
磨用砥粒２５をポリエチレンシート２６の上にポリエチ
レン系接着材からなる高分子膜２３を用いて固定した研
磨シートをガラス基板２１の上に配して突起付きの基板
を形成し、この上にアモルファス状炭素膜２Ｈを成膜し
て構成したものである。本陰極部の電子放出特性を、図
２に示した評価装置を用いて測定した結果によれば、電
界放出しきい値は 4.6×106 [V/m] であり、第１２実施
例とほぼ同等の性能が得られた。また、安定した電子放
出が得られる電流値、真空度も第１２実施例の値とほぼ
同等であった。In the cathode part of this embodiment, alumina fine particles are used as the fine particles 22 fixed to the substrate 21, and the amorphous carbon film 2D is formed thereon. Stable electron emission at low vacuum is also observed when using SiC particles. Further, as illustrated in FIG. 15, the diamond-like carbon film 24 is used instead of the amorphous carbon film 2D.
May be formed by depositing a film, or M
It may be formed by forming a metal thin film such as o and W. <Thirteenth Embodiment> FIG. 16 shows the first embodiment of the cold cathode device of the present invention.
It is sectional drawing which shows typically the basic composition of the cathode part of 3 Example. The cathode portion of the cold cathode device shown in this figure is the glass substrate 2
A non-electrically conductive alumina fine particle 22 similar to that used in the twelfth embodiment was fixed on top of No. 1 with a polymer film 23 to form a substrate with protrusions, and a grid-like amorphous carbon film was formed using a metal mask. 2E, 2F, 2G are formed into a film. In this configuration, since the amorphous carbon films 2E, 2F, 2G arranged in a grid are electrically insulated from each other by the alumina fine particles 22, they can be individually driven, and the display can be driven according to the pattern. It can be carried out. <Fourteenth Embodiment> FIG. 17 shows the first embodiment of the cold cathode device of the present invention.
It is sectional drawing which shows the basic composition of the cathode part of 4th Example typically. The cathode part of the cold cathode device shown in this figure is a polishing sheet in which abrasive grains 25 for polishing alumina are fixed on a polyethylene sheet 26 using a polymer film 23 made of a polyethylene-based adhesive, and the polishing sheet is placed on a glass substrate 21. A substrate with protrusions is formed, and an amorphous carbon film 2H is formed on the substrate. According to the result of measuring the electron emission characteristic of this cathode part using the evaluation device shown in FIG. 2, the field emission threshold value is 4.6 × 10 6 [V / m], which is almost the same as that of the twelfth embodiment. Equivalent performance was obtained. Further, the current value and vacuum degree at which stable electron emission was obtained were almost the same as those in the twelfth embodiment.
【００４５】なお、研磨用砥粒２５はアルミナに限るも
のではなく、ダイヤモンド、あるいは SiC等でもよい。 ＜第１５実施例＞図１８は、本発明の冷陰極素子の第１
５実施例の陰極部の作製方法の一部を模式的に示す断面
図で、第１２実施例の陰極部のごとく、ガラス基板の上
に高分子膜により先端形状の鋭いアルミナ微粒子を固定
して突起付きの基板を形成し、その上にアモルファス状
炭素膜を成膜して作製した陰極部２０Ａに対して、アモ
ルファス状炭素膜の表面を水素処理する方法を示したも
のである。The abrasive grains 25 for polishing are not limited to alumina, but may be diamond, SiC, or the like. <Fifteenth Embodiment> FIG. 18 shows the first embodiment of the cold cathode device of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a part of the method for producing the cathode portion of the fifth embodiment, in which, as in the cathode portion of the twelfth embodiment, fine alumina particles having sharp tips are fixed on a glass substrate with a polymer film. This shows a method of hydrogen-treating the surface of the amorphous carbon film with respect to the cathode portion 20A formed by forming a substrate with protrusions and forming an amorphous carbon film on the substrate.
【００４６】水素処理は、表面の吸着酸素、水、ハイド
ロカーボン等を除去し、表面を水素終端することによっ
て活性度を低下させることを目的としており、本方式で
は、陰極部２０Ａをガラス管２７の中にセットし、真空
引き（〜10-3Pa）を行って、600℃に保持し、水素をガ
ラス管２７の中に導入することによって、水素フローに
より表面の水素化がおこなわれる。成膜したアモルファ
ス状炭素膜を大気中に１日放置すると表面の酸素濃度は
約８％となるが、上記のごとく表面の水素化を行うと表
面の酸素濃度は約２％に減少し、さらに表面は水素終端
状態となって再度大気中に放置しても表面吸着は起こら
ず、安定化される。上記のごとく水素処理を行った陰極
部２０Ａについて、図２に示した評価装置を用いて電子
放出特性を測定した結果によれば、電界放出しきい値は
4.6×106 [V/m] であり、第１２実施例とほぼ同等の性
能が得られた。また、 1×10-3 Pa 以下の低い真空度に
おいても安定した電子放出が認められ、所要真空度が低
いことが判った。The hydrogen treatment is intended to remove the adsorbed oxygen, water, hydrocarbons, etc. on the surface and terminate the surface with hydrogen to reduce the activity. In this method, the cathode portion 20A is replaced by the glass tube 27. Inside the glass tube 27, the surface is hydrogenated by the hydrogen flow by introducing hydrogen into the glass tube 27 by keeping the temperature at 600 ° C. by vacuuming (up to 10 −3 Pa). When the formed amorphous carbon film is left in the air for one day, the surface oxygen concentration becomes about 8%, but when the surface hydrogenation is performed as described above, the surface oxygen concentration decreases to about 2%. The surface becomes a hydrogen-terminated state, and even if it is left in the atmosphere again, surface adsorption does not occur and is stabilized. According to the result of measuring the electron emission characteristics of the cathode portion 20A which has been subjected to the hydrogen treatment as described above using the evaluation apparatus shown in FIG.
It was 4.6 × 10 6 [V / m], and the performance almost equal to that of the twelfth example was obtained. Further, stable electron emission was observed even at a low vacuum of 1 × 10 -3 Pa or less, and it was found that the required vacuum was low.
【００４７】本実施例では、第１２実施例の構成の陰極
部のアモルファス状炭素膜の表面を水素フローにより水
素処理を行った例を示したが、本方式の水素処理は、上
記のみならず、第１３実施例、あるいは第１４実施例の
構成の陰極部においても同様の効果があり、また、Si、
あるいは Mo などの突起にアモルファス状炭素膜を成膜
して構成される陰極部においても表面の活性度が低下
し、同様の効果が得られることとなる。 ＜第１６実施例＞図１９は、本発明の冷陰極素子の第１
６実施例の陰極部の作製方法の一部を模式的に示す断面
図で、第１２実施例の陰極部のごとく作製した陰極部２
０Ｂに対して、アモルファス状炭素膜の表面を処理する
他の方法を示したものである。In the present embodiment, an example was shown in which the surface of the amorphous carbon film of the cathode portion of the structure of the twelfth embodiment was subjected to hydrogen treatment by a hydrogen flow, but the hydrogen treatment of this method is not limited to the above. The same effect can be obtained in the cathode part having the structure of the thirteenth embodiment or the fourteenth embodiment.
Alternatively, even in the cathode portion formed by forming an amorphous carbon film on the protrusions such as Mo, the surface activity is reduced, and the same effect can be obtained. Sixteenth Embodiment FIG. 19 shows the first embodiment of the cold cathode device of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a part of the method of manufacturing the cathode part of the sixth embodiment, and shows the cathode part 2 manufactured like the cathode part of the twelfth embodiment.
0B shows another method for treating the surface of the amorphous carbon film.
【００４８】本方式は、例えばアルゴンイオンビームエ
ッチング等によってエッチング処理することにより、ア
モルファス状炭素膜の表面の吸着酸素、水、ハイドロカ
ーボン等を除去し、さらに変成して活性度を低下させる
ことを目的としており、図に示したように陰極部２０Ｂ
を図示しないエッチング装置内に挿入し、アルゴンイオ
ンビーム２８を照射することによってエッチング処理が
行われている。このようにエッチング処理した陰極部５
のアモルファス状炭素膜の表面の酸素濃度は、当初の約
８％から約３％へと減少しており、さらに表面はアルゴ
ンイオンビーム２８により変成された状態となり、再度
大気開放しても酸化などの表面吸着は認められず、安定
化が図られていることが判った。このようにアルゴンイ
オンビーム２８によってエッチング処理した陰極部２０
Ｂについて、図２に示した評価装置を用いて電子放出特
性を測定した結果によれば、電界放出しきい値は 4.6×
10 6 [V/m] であり、第１２実施例とほぼ同等の性能が得
られた。また、 1×10-3 Pa 以下の低い真空度において
も安定した電子放出が認められた。This method is, for example, an argon ion beam
Etching by etching, etc.
Adsorbed oxygen, water, hydrocarbon on the surface of morphous carbon film
Carbon etc. are removed and further modified to reduce activity.
It is intended for that purpose, and as shown in FIG.
Is inserted into an etching device (not shown) and
By irradiating the beam 28
Is being done. Cathode part 5 thus etched
The oxygen concentration on the surface of the amorphous carbon film of
It has decreased from 8% to about 3%, and the surface is algo
It is transformed by the ion beam 28 and
Stable because no surface adsorption such as oxidation is observed even when exposed to the atmosphere
It has been found that this is being done. Like this
Cathode part 20 etched by on-beam 28
For B, using the evaluation device shown in FIG.
The field emission threshold is 4.6 ×
Ten 6[V / m], and the performance almost equal to that of the twelfth embodiment was obtained.
Was done. Also, 1 × 10-3 At low vacuum below Pa
Also stable electron emission was observed.
【００４９】なお、本エッチング処理も、第１５実施例
の水素処理の場合と同様に、第１３実施例、あるいは第
１４実施例の構成の陰極部、さらに、Si、あるいは Mo
などの突起にアモルファス状炭素膜を成膜して構成され
る陰極部においても、表面の活性度が低下し、同様の効
果が得られることとなる。As in the case of the hydrogen treatment of the fifteenth embodiment, this etching treatment also employs the cathode portion of the structure of the thirteenth or fourteenth embodiment, and Si or Mo.
Even in the cathode portion formed by forming the amorphous carbon film on the protrusions such as, the activity of the surface is lowered and the same effect can be obtained.
【００５０】[0050]
【発明の効果】上述のごとく、本発明の冷陰極素子及び
その製造方法においては、 (1) 冷陰極素子の陰極部の構成を請求項１のごとくとす
れば、低真空でも安定して作動する冷陰極素子が得られ
ることとなり、さらに請求項２のごとき構成とすれば、
陰極部の突起の先端に効果的に電界が集中されるので動
作電圧の低い冷陰極素子が得られることとなる。As described above, in the cold cathode device and the manufacturing method thereof according to the present invention, (1) If the constitution of the cathode portion of the cold cathode device is as claimed in claim 1, the cold cathode device operates stably even in a low vacuum. Thus, a cold cathode device having the above structure can be obtained. Further, with the configuration as claimed in claim 2,
Since the electric field is effectively concentrated at the tip of the projection of the cathode portion, a cold cathode device having a low operating voltage can be obtained.
【００５１】(2) また、冷陰極素子の陰極部の構成を請
求項３あるいは請求項４のごとくとすれば、陰極部の表
面に突起がマトリックス状に配置された動作電圧が低
く、かつ生産性に優れた冷陰極素子が得られることとな
る。さらにこれらの冷陰極素子の陰極部を請求項５のご
とき構成とすれば、低真空でも安定して作動し、一段と
動作電圧の低い冷陰極素子が得られることとなる。(2) If the cathode part of the cold cathode device is structured as claimed in claim 3 or claim 4, the projections are arranged in a matrix on the surface of the cathode part, the operating voltage is low, and the production is performed. A cold cathode device having excellent properties can be obtained. Further, when the cathode portion of these cold cathode devices is constituted as in claim 5, it is possible to stably operate even in a low vacuum, and to obtain a cold cathode device having a much lower operating voltage.
【００５２】(3) また、冷陰極素子の陰極部の構成を請
求項６のごとくとすれば、低真空でも安定して作動し、
かつ生産性に優れた冷陰極素子が得られることとなり、
さらにこれらの冷陰極素子を、請求項７のごとき構成と
すれば一段と動作電圧の低い冷陰極素子が得られること
となる。また、請求項８、請求項９、請求項１０、ある
いは請求項１１のごとき製造方法を用いて上記の冷陰極
素子の陰極部を製作すれば、低真空でも安定して作動
し、動作電圧が低く、かつ生産性に優れた冷陰極素子
が、効果的に得られることとなる。(3) When the cathode part of the cold cathode device is structured as in claim 6, it operates stably even in a low vacuum,
And a cold cathode element excellent in productivity will be obtained,
Furthermore, if these cold cathode devices are configured as in claim 7, a cold cathode device with a much lower operating voltage can be obtained. Further, if the cathode part of the cold cathode device is manufactured by using the manufacturing method as claimed in claim 8, claim 9, claim 10, or claim 11, it operates stably even in a low vacuum, and the operating voltage is A cold cathode device which is low and has excellent productivity can be effectively obtained.
【００５３】(4) また、冷陰極素子の陰極部の構成を請
求項１２のごとくとすれば、先端が鋭く電界が集中する
突起を表面に備えた陰極部が簡単なプロセスで形成され
ることとなり、低い動作電圧で安定して電子放出し、か
つ生産コストが安く、大面積化の容易な冷陰極素子が得
られることとなり、さらに請求項１３のごとくとすれ
ば、より効果的である。(4) Further, if the cathode part of the cold cathode device is structured as claimed in claim 12, the cathode part having a projection with a sharp tip on which the electric field is concentrated is formed by a simple process. Therefore, it is possible to obtain a cold cathode device that stably emits electrons at a low operating voltage, has a low production cost, and is easy to have a large area. Further, according to claim 13, it is more effective.
【００５４】(5) また、請求項１４、請求項１５のごと
くとすれば、低い動作電圧で安定して電子放出する Fla
t Panel Display 用の冷陰極素子が、低コストで得られ
ることとなり、さらに請求項１６のごとくとすれば、低
い動作電圧でより一層安定した電子放出特性を備え、か
つ生産コストが安く、大面積化の容易な冷陰極素子が得
られることとなる。(5) In addition, according to claims 14 and 15, Fla which stably emits electrons at a low operating voltage is provided.
A cold cathode device for a t-panel display can be obtained at low cost. Further, according to claim 16, the cold cathode device has a more stable electron emission characteristic at a low operating voltage, has a low production cost, and has a large area. Thus, a cold cathode device that can be easily manufactured is obtained.
【００５５】(6) また、請求項１７のごとくとすれば、
電界放出しきい値が低くなり、低真空でも電位放出が得
られるので、低い動作電圧で安定して電子放出し、低真
空でも安定して作動し、かつ生産コストが安く、大面積
化の容易な冷陰極素子が得られることとなる。 (7) また、請求項１８あるいは請求項１９のごとくとす
れば、表面の活性度が低下して低い真空度でもより一層
安定した電子放出特性が得られるので、低い動作電圧で
安定して電子放出し、低真空でも安定して作動し、かつ
生産コストが安く、大面積化の容易な冷陰極素子として
好適である。(6) Further, according to claim 17,
Since the field emission threshold is low and potential emission can be obtained even in low vacuum, stable electron emission is possible at low operating voltage, stable operation is possible even in low vacuum, and the production cost is low and it is easy to increase the area. Thus, a cold cathode element can be obtained. (7) Further, according to claim 18 or claim 19, since the activity of the surface is lowered and a more stable electron emission characteristic can be obtained even at a low vacuum degree, stable electron emission is achieved at a low operating voltage. It is suitable as a cold cathode device that emits light, operates stably in a low vacuum, has a low production cost, and is easy to have a large area.
【図１】本発明による冷陰極素子の第１実施例の陰極部
の基本構成を模式的に示す縦断面図FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing the basic structure of a cathode part of a first embodiment of a cold cathode device according to the present invention.
【図２】陰極部の電界放出特性の測定に用いた評価装置
の基本構成図FIG. 2 is a basic configuration diagram of an evaluation device used for measuring a field emission characteristic of a cathode part.
【図３】本発明による冷陰極素子の第２実施例の陰極部
の基本構成を模式的に示す縦断面図FIG. 3 is a vertical sectional view schematically showing the basic structure of a cathode portion of a second embodiment of the cold cathode device according to the present invention.
【図４】本発明による冷陰極素子の第３実施例の陰極部
の基本構成とその製造方法を模式的に示す縦断面図FIG. 4 is a vertical cross-sectional view schematically showing the basic structure of a cathode part of a cold cathode device according to a third embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof.
【図５】本発明による冷陰極素子の第４実施例の陰極部
の基本構成とその製造方法を模式的に示す縦断面図FIG. 5 is a vertical cross-sectional view schematically showing the basic structure of a cathode part of a cold cathode device according to a fourth embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof.
【図６】本発明による冷陰極素子の第５実施例の陰極部
の基本構成を模式的に示す縦断面図FIG. 6 is a longitudinal sectional view schematically showing the basic structure of a cathode portion of a cold cathode device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図７】本発明による冷陰極素子の第６実施例の陰極部
の基本構成を模式的に示す縦断面図FIG. 7 is a vertical sectional view schematically showing the basic structure of a cathode portion of a sixth embodiment of the cold cathode device according to the present invention.
【図８】本発明による冷陰極素子の第７実施例の陰極部
の基本構成とその製造方法を模式的に示す縦断面図FIG. 8 is a vertical cross-sectional view schematically showing the basic structure of a cathode part and its manufacturing method of a seventh embodiment of the cold cathode device according to the present invention.
【図９】本発明による冷陰極素子の第８実施例の陰極部
の基本構成とその製造方法を模式的に示す縦断面図FIG. 9 is a vertical cross-sectional view schematically showing the basic structure of a cathode part and its manufacturing method of an eighth embodiment of the cold cathode device according to the present invention.
【図１０】本発明による冷陰極素子の第９実施例の陰極
部の基本構成とその製造方法を模式的に示す縦断面図FIG. 10 is a vertical cross-sectional view schematically showing the basic structure of a cathode part and its manufacturing method of a ninth embodiment of the cold cathode device according to the present invention.
【図１１】本発明による冷陰極素子の第１０実施例の陰
極部の基本構成を模式的に示す縦断面図FIG. 11 is a vertical sectional view schematically showing the basic structure of a cathode portion of a cold cathode device according to a tenth embodiment of the present invention.
【図１２】本発明による冷陰極素子の第１１実施例の陰
極部の基本構成を模式的に示す縦断面図FIG. 12 is a vertical sectional view schematically showing the basic structure of a cathode portion of an eleventh embodiment of a cold cathode device according to the present invention.
【図１３】本発明による冷陰極素子の第１２実施例の陰
極部の基本構成を模式的に示す縦断面図FIG. 13 is a vertical sectional view schematically showing the basic structure of a cathode portion of a twelfth embodiment of a cold cathode device according to the present invention.
【図１４】第１２実施例の陰極部の電子放出特性を示す
特性図FIG. 14 is a characteristic diagram showing electron emission characteristics of the cathode portion of the twelfth embodiment.
【図１５】本発明による冷陰極素子の第１２実施例の陰
極部の他の構成例の基本構成を模式的に示す縦断面図FIG. 15 is a vertical cross-sectional view schematically showing the basic constitution of another constitution example of the cathode portion of the twelfth embodiment of the cold cathode device according to the present invention.
【図１６】本発明による冷陰極素子の第１３実施例の陰
極部の基本構成を模式的に示す縦断面図FIG. 16 is a vertical sectional view schematically showing the basic structure of a cathode portion of a thirteenth embodiment of a cold cathode device according to the present invention.
【図１７】本発明による冷陰極素子の第１４実施例の陰
極部の基本構成を模式的に示す縦断面図FIG. 17 is a vertical sectional view schematically showing the basic structure of a cathode portion of a fourteenth embodiment of a cold cathode device according to the present invention.
【図１８】本発明の冷陰極素子の第１５実施例の陰極部
の作製方法の一部を模式的に示す断面図FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a part of the method for manufacturing the cathode part of the fifteenth embodiment of the cold cathode device of the present invention.
【図１９】本発明の冷陰極素子の第１６実施例の陰極部
の作製方法の一部を模式的に示す断面図FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing part of the method for manufacturing the cathode part of the sixteenth embodiment of the cold cathode device of the present invention.
１ 基板 ２ アモルファス状炭素膜 ２Ａ，２Ｂ アモルファス状炭素膜 ２Ｃ，２Ｄ アモルファス状炭素膜 ２Ｅ，２Ｆ アモルファス状炭素膜 ２Ｇ，２Ｈ アモルファス状炭素膜 ３ 陽極 ４ 高圧電源 ５ 電流計 ６ 突起 ６Ａ 突起 ７Ａ マスク ７Ｂ，７Ｃ マスク ８Ａ，８Ｂ 基板（Ｓｉ） ９Ａ，９Ｂ Ｎｉ層 １０ Ｎｉ層 １１ アモルファス状炭素層 １１Ａ，１１Ｂ アモルファス状炭素層 １１Ｃ，１１Ｄ アモルファス状炭素層 １２Ａ，１２Ｂ フェノール樹脂層 ２０ 陰極部 ２１ 基板（ガラス） ２２ 微粒子（アルミナ） ２３ 高分子膜 ２４ ダイヤモンド状炭素膜 ２５ 研磨用砥粒（アルミナ） ２６ ポリエチレンシート ２７ ガラス管 ２８ アルゴンイオンビーム 1 Substrate 2 Amorphous carbon film 2A, 2B Amorphous carbon film 2C, 2D Amorphous carbon film 2E, 2F Amorphous carbon film 2G, 2H Amorphous carbon film 3 Anode 4 High voltage power supply 5 Ammeter 6 Projection 6A Projection 7A Mask 7B , 7C Mask 8A, 8B Substrate (Si) 9A, 9B Ni layer 10 Ni layer 11 Amorphous carbon layer 11A, 11B Amorphous carbon layer 11C, 11D Amorphous carbon layer 12A, 12B Phenolic resin layer 20 Cathode part 21 Substrate (glass) ) 22 fine particles (alumina) 23 polymer film 24 diamond-like carbon film 25 abrasive grains (alumina) 26 polyethylene sheet 27 glass tube 28 argon ion beam
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深沢 直人 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Naoto Fukasawa 1-1 Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fuji Electric Co., Ltd.
Claims (19)
出し、制御する冷陰極素子において、陰極部が、スパッ
タ法により形成された、水素を含まないアモルファス状
炭素膜により覆われてなることを特徴とする冷陰極素
子。1. A cold cathode device for emitting and controlling electrons by an electric field applied as a cathode, wherein a cathode portion is covered with an amorphous carbon film containing no hydrogen, which is formed by a sputtering method. Characteristic cold cathode device.
陰極部が、表面に突起を有してなることを特徴とする請
求項１に記載の冷陰極素子。2. The cold cathode device according to claim 1, wherein the cathode portion covered with the amorphous carbon film has protrusions on its surface.
出し、制御する冷陰極素子において、陰極部が、表面に
マトリックス状の突起を有する金属よりなり、該突起
が、シリコン基板上に異方性エッチングにより形成され
た凹ピラミッド状窪みを型として電鋳によって形成され
てなることを特徴とする冷陰極素子。3. A cold cathode device for emitting and controlling electrons by an electric field applied as a cathode, wherein the cathode part is made of metal having matrix-like protrusions on its surface, and the protrusions are anisotropic on a silicon substrate. A cold cathode device, characterized by being formed by electroforming using a concave pyramid-shaped depression formed by reactive etching as a mold.
出し、制御する冷陰極素子において、陰極部が、表面に
マトリックス状の突起を有する金属よりなり、該突起
が、シリコン基板上にエッチングにより形成した突起を
型として電鋳によって形成された窪みを備える第２の金
属製の型を用い、電鋳によって形成されてなることを特
徴とする冷陰極素子。4. A cold cathode device for emitting and controlling electrons by an electric field applied as a cathode, wherein the cathode part is made of metal having matrix-like projections on its surface, and the projections are formed on a silicon substrate by etching. A cold cathode device, characterized in that it is formed by electroforming using a second metal mold having a recess formed by electroforming with the formed projection as a mold.
た、水素を含まないアモルファス状炭素膜により覆われ
て形成されてなることを特徴とする請求項３または４に
記載の冷陰極素子。5. The cold cathode device according to claim 3, wherein the cathode portion is formed by being covered with an amorphous carbon film containing no hydrogen, which is formed by a sputtering method.
出し、制御する冷陰極素子において、陰極部が、熱硬化
性樹脂を成形後焼成して得られる、あるいは焼成後さら
に成形して得られるアモルファス状炭素からなることを
特徴とする冷陰極素子。6. A cold cathode device which emits and controls electrons by an electric field applied as a cathode, wherein a cathode portion is obtained by molding a thermosetting resin after firing, or by further molding after firing. A cold cathode device comprising amorphous carbon.
た、水素を含まないアモルファス状炭素膜により覆われ
て形成されてなることを特徴とする請求項６に記載の冷
陰極素子。7. The cold cathode element according to claim 6, wherein the cathode portion is formed by being covered with an amorphous carbon film containing no hydrogen, which is formed by a sputtering method.
凹ピラミッド状窪みを形成し、これを型として熱硬化性
樹脂を成形し、そののち焼成することにより前記陰極部
を形成することを特徴とする請求項６または７に記載の
冷陰極素子の製造方法。8. A cathode substrate is formed by forming a concave pyramid-shaped depression by anisotropic etching on a silicon substrate, molding a thermosetting resin using this as a mold, and then firing the resin. The method for manufacturing a cold cathode device according to claim 6 or 7.
形成し、これを型として電鋳によって窪みを備えた第２
の金属製の型を形成し、さらに第２の型を用いて熱硬化
性樹脂を成形し、そののち焼成することにより前記陰極
部を形成することを特徴とする請求項６または７に記載
の冷陰極素子の製造方法。9. A second method in which a protrusion is formed on a silicon substrate by etching, and the protrusion is formed by electroforming using this as a mold.
8. The cathode part is formed by forming a metal mold of, forming a thermosetting resin by using a second mold, and then baking the thermosetting resin. Manufacturing method of cold cathode device.
施して突起を形成し、そののち焼成することにより前記
陰極部を形成することを特徴とする請求項６または７に
記載の冷陰極素子の製造方法。10. The cathode part is formed by molding a thermosetting resin into a flat plate shape, processing it to form projections, and then baking the projections. Manufacturing method of cold cathode device.
たのちプラズマアッシングを施して突起を形成すること
により前記陰極部を形成することを特徴とする請求項６
または７に記載の冷陰極素子の製造方法。11. The cathode portion is formed by molding a thermosetting resin into a flat plate shape, firing it, and then subjecting it to plasma ashing to form protrusions.
Alternatively, the method for manufacturing the cold cathode device according to item 7.
放出し、制御する冷陰極素子において、陰極部が、先端
形状の鋭い微粒子を固定して突起を形成した基板の上
に、低仕事関数の薄膜、あるいは電気伝導性の薄膜を形
成してなることを特徴とする冷陰極素子。12. In a cold cathode device for emitting and controlling electrons by an electric field applied as a cathode, the cathode part has a low work function on a substrate on which sharp fine particles having a tip shape are fixed and projections are formed. A cold cathode device comprising a thin film or an electrically conductive thin film formed.
徴とする請求項１２に記載の冷陰極素子。13. The cold cathode device according to claim 12, wherein the substrate is a glass substrate.
であることを特徴とする請求項１２に記載の冷陰極素
子。14. The cold cathode device according to claim 12, wherein the fine particles are non-electrically conductive fine particles.
モンド、アルミナ、あるいは SiCのうちのいずれかより
なることを特徴とする請求項１４に記載の冷陰極素子。15. The cold cathode device according to claim 14, wherein the non-electrically conductive fine particles are made of any one of diamond, alumina, and SiC.
ートに配されたダイヤモンド、アルミナ、あるいは SiC
のうちのいずれかの研磨用砥粒よりなることを特徴とす
る請求項１４に記載の冷陰極素子。16. The non-electrically conductive fine particles are diamond, alumina, or SiC arranged on a polishing sheet.
15. The cold cathode device according to claim 14, wherein the cold cathode device is made of any one of the polishing particles.
ス状炭素膜、あるいはダイヤモンド状炭素膜よりなるこ
とを特徴とする請求項１２に記載の冷陰極素子。17. The cold cathode device according to claim 12, wherein the thin film having a low work function is made of an amorphous carbon film or a diamond carbon film.
放出し、制御する冷陰極素子において、陰極部が、先端
形状の鋭い突起を備えた基板の上にアモルファス状炭素
膜を形成し、さらにその表面を水素処理してなることを
特徴とする冷陰極素子。18. A cold cathode device for emitting and controlling electrons by an electric field applied as a cathode, wherein a cathode portion forms an amorphous carbon film on a substrate having sharp projections of a tip shape, A cold-cathode element whose surface is treated with hydrogen.
放出し、制御する冷陰極素子において、陰極部が、先端
形状の鋭い突起を備えた基板の上にアモルファス状炭素
膜を形成し、さらにその表面をエッチング処理してなる
ことを特徴とする冷陰極素子。19. In a cold cathode device which emits and controls electrons by an electric field applied as a cathode, the cathode portion forms an amorphous carbon film on a substrate having sharp projections of a tip shape, A cold cathode device characterized by having its surface etched.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12414096A JPH09185942A (en) | 1995-10-31 | 1996-05-20 | Cold cathode element and its manufacture |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-282799 | 1995-10-31 | ||
| JP28279995 | 1995-10-31 | ||
| JP12414096A JPH09185942A (en) | 1995-10-31 | 1996-05-20 | Cold cathode element and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09185942A true JPH09185942A (en) | 1997-07-15 |
Family
ID=26460880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12414096A Pending JPH09185942A (en) | 1995-10-31 | 1996-05-20 | Cold cathode element and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09185942A (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1996
- 1996-05-20 JP JP12414096A patent/JPH09185942A/en active Pending
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