JPH11135002A - Electron emission element and its manufacture and electron emission source and phosphor luminescence device using the element - Google Patents
Electron emission element and its manufacture and electron emission source and phosphor luminescence device using the elementInfo
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- JPH11135002A JPH11135002A JP29827297A JP29827297A JPH11135002A JP H11135002 A JPH11135002 A JP H11135002A JP 29827297 A JP29827297 A JP 29827297A JP 29827297 A JP29827297 A JP 29827297A JP H11135002 A JPH11135002 A JP H11135002A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子線を放出する
電子放出素子に関し、特に電子放出部をダイヤモンド膜
あるいはダイヤモンドを主成分とする膜から構成する電
子放出素子及びその製造方法に関する。また本発明は、
高効率で安定の高い電子放出源及び蛍光体発光装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron-emitting device for emitting an electron beam, and more particularly to an electron-emitting device having an electron-emitting portion formed of a diamond film or a film containing diamond as a main component, and a method of manufacturing the same. The present invention also provides
The present invention relates to a highly efficient and stable electron emission source and a phosphor light emitting device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】高精細な薄型ディスプレィ用の電子銃に
代わる電子線源や、高速動作が可能な微小真空デバイス
のエミッター部分として、ミクロンサイズの微小電子放
出素子が注目されている。このような電子放出素子のタ
イプとしては、電界放出型（FE型）、トンネル注入型
（MIM型、MIS型）、表面伝導型（SC型）などが知られて
いる。2. Description of the Related Art Micron-sized micro-electron-emitting devices have attracted attention as an electron beam source in place of an electron gun for a high-definition thin display or as an emitter of a micro vacuum device capable of high-speed operation. Known types of such electron-emitting devices include a field emission type (FE type), a tunnel injection type (MIM type, MIS type), and a surface conduction type (SC type).
【０００３】FE型電子放出素子は、ゲート電極に電圧を
かけて電子放出部分に電界を印加することにより、シリ
コン（Si）やモリブデン（Mo）で作製されたコーン状の
突起部分から電子を放出させるものである。The FE type electron-emitting device emits electrons from a cone-shaped protrusion made of silicon (Si) or molybdenum (Mo) by applying a voltage to a gate electrode and applying an electric field to the electron-emitting portion. It is to let.
【０００４】またMIM型、MIS型素子は、金属、絶縁体
層、半導体層等の積層構造を形成することにより、金属
側より注入された電子の一部を電子放出部より外部に取
り出すものである。[0004] Further, the MIM-type and MIS-type elements form a laminated structure of a metal, an insulator layer, a semiconductor layer, and the like, so that a part of electrons injected from the metal side is extracted to the outside from an electron emitting portion. is there.
【０００５】またSC型は、基板上に形成された薄膜の面
内方向に電流を流すことにより、予め形成された電子放
出部より電子を取り出すもので、一般的に薄膜の通電領
域中に存在する微細な亀裂部分より電子放出するもので
ある。[0005] In the SC type, electrons are extracted from an electron emission portion formed in advance by flowing a current in an in-plane direction of a thin film formed on a substrate. Electrons are emitted from the fine cracks.
【０００６】これらの素子構造は、微細加工技術を用い
ることによって小型化、集積化を図ることができるなど
の特徴を有したものである。[0006] These element structures have features such as downsizing and integration by using fine processing technology.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】一般的に電子放出素子
として要求される特性は、効率的な電子放出が可能であ
ると共に、得られる電子放出電流の安定性が良いことな
どが挙げられる。また電子放出特性の経時変化が小さい
ことも挙げられる。そのためには、用いる電子放出素子
の構成に加えて、電子放出部の構造や材質をうまく選択
する必要がある。しかしながら、従来得られている前記
電子放出素子の特性は、電子放出部の形状依存性や経時
変化が大きいといった課題があった。また再現性良く素
子を作製するという観点で、制御が非常に困難であると
いった課題があった。Generally, the characteristics required for an electron-emitting device include that an electron can be efficiently emitted and that the obtained electron emission current has good stability. Another reason is that the change over time in the electron emission characteristics is small. For this purpose, it is necessary to properly select the structure and material of the electron-emitting portion in addition to the configuration of the electron-emitting device to be used. However, there has been a problem that the characteristics of the electron-emitting device obtained hitherto are such that the shape-dependence of the electron-emitting portion and a change with time are large. In addition, there is a problem that control is very difficult from the viewpoint of manufacturing an element with good reproducibility.
【０００８】以上のようにこれまで用いられてきた電子
放出素子自体の構成及び電子放出部の構造、材料は、要
求される特性を十分に満たすものではなかった。As described above, the structure of the electron-emitting device itself, the structure of the electron-emitting portion, and the material used so far do not sufficiently satisfy the required characteristics.
【０００９】そこで本発明は、従来技術における前記課
題を解決するため、電流が印加される導電層上あるいは
導電層間に電子放出部となる膜を配置することにより、
効率的に電子を放出し、かつ安定性の高い電子放出素子
を提供することを目的とする。The present invention solves the above-mentioned problems in the prior art by disposing a film serving as an electron emitting portion on a conductive layer to which a current is applied or between conductive layers.
An object is to provide an electron-emitting device that efficiently emits electrons and has high stability.
【００１０】また本発明は、前記電子放出素子を複数個
配置した電子放出源を用いることにより、高効率な電子
放出源及び蛍光体発光装置を提供することを目的とす
る。Another object of the present invention is to provide a highly efficient electron emission source and a phosphor light emitting device by using an electron emission source having a plurality of the electron emission elements.
【００１１】また本発明方法は、気相合成法によって電
子放出部となるダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを
主成分をする膜を形成する工程を備えることにより、安
定な電子放出部を有する電子放出素子を容易にかつ再現
性良く作製することができる方法を提供することを目的
とする。Further, the method of the present invention includes a step of forming a diamond film or a film containing diamond as a main component, which is to be an electron-emitting portion by a vapor phase synthesis method, so that an electron-emitting device having a stable electron-emitting portion can be easily manufactured. It is an object of the present invention to provide a method that can be manufactured with high reproducibility.
【００１２】また本発明方法は、電子放出素子において
電子放出部として用いられるダイヤモンド膜あるいはダ
イヤモンドを主成分をする膜に対する重要な作製プロセ
スを容易にかつ合理的に行なう方法を提供することを目
的とする。Another object of the present invention is to provide a method for easily and rationally performing an important manufacturing process for a diamond film or a film containing diamond as a main component, which is used as an electron-emitting portion in an electron-emitting device. I do.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る電子放出素子の構成は、少なくとも、
複数の電極部と、前記電極部が配置された導電層と、前
記導電層上に電子放出部となる膜を配置したことを特徴
とする。In order to achieve the above object, at least the structure of the electron-emitting device according to the present invention is as follows.
A plurality of electrode portions, a conductive layer on which the electrode portions are disposed, and a film serving as an electron emitting portion are disposed on the conductive layer.
【００１４】また前記目的を達成するため、本発明に係
る電子放出素子の構成は、少なくとも、複数の電極部
と、前記電極部が配置された複数の導電層と、前記導電
層間に電子放出部となる膜を配置したことを特徴とす
る。In order to achieve the above object, an electron-emitting device according to the present invention comprises at least a plurality of electrode portions, a plurality of conductive layers on which the electrode portions are arranged, and an electron-emitting portion between the conductive layers. Characterized in that a film to be formed is disposed.
【００１５】また本発明は、前記素子構成において、膜
の膜厚が１μｍ以下であることが好ましい。さらに好ま
しくは、500nm以下である。Further, in the present invention, in the above-mentioned element structure, it is preferable that a film thickness is 1 μm or less. More preferably, it is 500 nm or less.
【００１６】また本発明は、前記素子において、導電層
の面内方向に電流を印加することが好ましい。この印加
する電流量としては、導電層の膜厚や大きさ、電気抵抗
値などに依存するので特に限定するものではないが、一
般的には1〜100mAが好適である。In the present invention, it is preferable that in the device, a current is applied in an in-plane direction of the conductive layer. The amount of current to be applied is not particularly limited because it depends on the thickness and size of the conductive layer, the electric resistance value, and the like, but generally 1 to 100 mA is preferable.
【００１７】また本発明は、前記素子において、導電層
の面内方向に電流を印加しながら、導電層を加熱するこ
とが好ましい。この場合においても、印加電流量は前記
と同様である。また加熱温度については、導電層に用い
る材料等によって変化するので一概には指定できない
が、概ね300〜600℃が実用的である。この加熱について
は、外部より導電層を加熱する機構を備えても良いが、
導電層に通電すること自体によって発生するジュール熱
で加熱されても良い。In the present invention, it is preferable that the conductive layer is heated while applying a current in an in-plane direction of the conductive layer. Also in this case, the amount of applied current is the same as described above. Further, the heating temperature varies depending on the material used for the conductive layer and the like, and thus cannot be specified unconditionally. However, approximately 300 to 600 ° C. is practical. For this heating, a mechanism for heating the conductive layer from the outside may be provided,
The conductive layer may be heated by Joule heat generated by energizing the conductive layer itself.
【００１８】また本発明は、前記素子において、導電層
の面内方向に通電する電流量を制御することによって、
外部に取り出される電子放出量を変調することが好まし
い。Further, according to the present invention, in the above-mentioned element, by controlling the amount of current flowing in the in-plane direction of the conductive layer,
It is preferable to modulate the amount of emitted electrons taken out.
【００１９】図１は、本発明に係る電子放出素子の基本
的な構造を示す模式的平面図(a)及び断面図(b)の一例で
ある。図１に示すように、本電子放出素子は、主な構成
部分として基材１と、電極部２、３と、導電層４と、導
電層上に積層された電子放出部となる膜５とからなる。FIG. 1 is an example of a schematic plan view (a) and a sectional view (b) showing the basic structure of an electron-emitting device according to the present invention. As shown in FIG. 1, the present electron-emitting device includes, as main components, a substrate 1, electrodes 2 and 3, a conductive layer 4, and a film 5 serving as an electron-emitting portion laminated on the conductive layer. Consists of
【００２０】また図２は、図１の電子放出部となる膜５
付近を拡大したもので、本発明に係る電子放出素子から
の電子放出の概念を模式的に表した図である。その詳細
について以下に説明する。まず本電子放出素子の電極部
２、３間に所定の電圧を印加すると、導電層４に一定電
流が流れる。図２では、電圧印加によって導電層４内を
電子６が伝導している様子を示している。その際、導電
層４上に比較的電気抵抗値が低く、かつ電子が放出され
やすい層、すなわち電子放出部となる膜５を配置するこ
とによって、導電層４を伝導する電子の一部は電子放出
部となる膜５の内部及び表面層に伝達される。さらに電
子放出部となる膜５に伝達された電子６は、適度な電界
によって外部に取り出され、放出電子７となる。すなわ
ち、導電層４上に電子放出部となる膜５を配置すること
によって、導電層４に流れる電流を均一に外部に取り出
すことが可能となる。また図示してはいないが、基材１
と相対する位置に放出された電子流を制御するためのも
う一つの電極を配置することで、放出電子７の加速や軌
道の制御が可能となる。FIG. 2 shows a film 5 serving as an electron emitting portion in FIG.
FIG. 4 is an enlarged view of the vicinity, schematically illustrating the concept of electron emission from an electron-emitting device according to the present invention. The details will be described below. First, when a predetermined voltage is applied between the electrode portions 2 and 3 of the electron-emitting device, a constant current flows through the conductive layer 4. FIG. 2 shows a state in which electrons 6 are conducted in the conductive layer 4 by applying a voltage. At this time, by disposing a layer having a relatively low electric resistance value and easily emitting electrons, that is, a film 5 serving as an electron emitting portion, on the conductive layer 4, some of the electrons conducted through the conductive layer 4 become electrons. The light is transmitted to the inside and the surface layer of the film 5 serving as the emission portion. Further, the electrons 6 transmitted to the film 5 serving as an electron emitting portion are extracted to the outside by an appropriate electric field, and become emitted electrons 7. That is, by arranging the film 5 serving as an electron emitting portion on the conductive layer 4, it is possible to uniformly extract the current flowing through the conductive layer 4 to the outside. Although not shown, the substrate 1
By arranging another electrode for controlling the emitted electron flow at a position opposite to the above, acceleration of the emitted electrons 7 and control of the orbit can be performed.
【００２１】通常、上記のように導電層４に通電するだ
けで放出電子７を得ることができるが、同時に導電層４
を加熱することにより、熱エネルギーを補助として、よ
り効率的な電子放出が実現される。Normally, the emitted electrons 7 can be obtained only by applying a current to the conductive layer 4 as described above.
By heating, more efficient electron emission is realized with the aid of thermal energy.
【００２２】また放出電子量の制御は、電子放出部とな
る膜５に作用させる電界量を変化させることで制御でき
るが、導電層４に通電する電流量を変えることによって
も変調することが可能である。なお図１では、導電層４
を被覆するように電極部２、３が配置されているが、こ
の限りではなく、基材１上に電極部２、３を形成した後
にその上に導電層４の一部を積層する構成でも良い。ま
た導電層４の材質が金属の場合、電極部を導電層そのも
ので構成することもできる。また、導電層を流れる電子
の伝達効率を高めるために、電子放出部となる膜５を配
置する部分のみ、導電層４の膜厚を薄くしても良い。The amount of emitted electrons can be controlled by changing the amount of an electric field applied to the film 5 serving as an electron-emitting portion, but can also be controlled by changing the amount of current flowing through the conductive layer 4. It is. In FIG. 1, the conductive layer 4
The electrode portions 2 and 3 are disposed so as to cover the electrode portion 2. However, the present invention is not limited to this. good. When the material of the conductive layer 4 is a metal, the electrode portion may be formed of the conductive layer itself. In addition, in order to increase the transmission efficiency of electrons flowing through the conductive layer, the thickness of the conductive layer 4 may be reduced only in the portion where the film 5 serving as an electron emission portion is disposed.
【００２３】また上記説明では、一組の電極部２、３に
対して一対の導電層４、電子放出部となる膜５を配置し
たが、図３に示した模式的平面図(a)の様に、一組の電
極部２、３に対して、複数対の導電層４、電子放出部５
となる膜を並列に配置しても良い。さらに図３(b)の模
式的平面図の様に、一組の電極部２、３に対して、並列
に形成された複数の導電層４と、それを覆うように電子
放出部となる膜５を配置しても良い。In the above description, a pair of conductive layers 4 and a film 5 serving as an electron emitting portion are arranged for a pair of electrode portions 2 and 3, but the schematic plan view (a) shown in FIG. Thus, a plurality of pairs of conductive layers 4 and electron emission portions 5 are provided for one set of electrode portions 2 and 3.
May be arranged in parallel. Further, as shown in the schematic plan view of FIG. 3 (b), a plurality of conductive layers 4 formed in parallel with one set of electrodes 2 and 3, and a film serving as an electron emitting portion so as to cover the plurality of conductive layers 4 5 may be arranged.
【００２４】また図４は、本発明に係る他の電子放出素
子の基本的な構造を示す模式的平面図(a)及び断面図(b)
の一例である。図１と同様に、本電子放出素子は、主な
構成部分として基材１と、電極部２、３と、導電層４
ａ、４ｂと、導電層間に積層された電子放出部となる膜
５とからなる。FIG. 4 is a schematic plan view (a) and a sectional view (b) showing the basic structure of another electron-emitting device according to the present invention.
This is an example. As in FIG. 1, the present electron-emitting device includes a base material 1, electrode portions 2 and 3, and a conductive layer 4 as main components.
a, 4b, and a film 5 serving as an electron emission portion laminated between conductive layers.
【００２５】また図５は、図４の電子放出部となる膜５
付近を拡大したもので、本発明に係る他の電子放出素子
からの電子放出の概念を模式的に表した図である。その
詳細について以下に説明する。この場合、本電子放出素
子の電極部２、３間に所定の電圧を印加すると、導電層
４ａ、ｂ及び電子放出部となる膜５の材質等と適宜選択
してよることにより、導電層４ａ経由して電子放出部と
なる膜５にも一定電流が流れる。すなわち、導電層４
ａ、４ｂを伝導する電子は電子放出部となる膜５の内部
及び表面層に伝達され、その一部は適度な電界によって
外部に取り出され、放出電子７となる。すなわち、導電
層４ａ、４ｂ間に電子放出部となる膜５を配置すること
によって、導電層４ａ、４ｂ間に流れる電流の一部を均
一に外部に取り出すことが可能となる。また図示しては
いないが、基材１と相対する位置に放出された電子流を
制御するためのもう一つの電極を配置することで、放出
電子７の加速や軌道の制御が可能となる。通常、上記の
ように導電層間に通電するだけで放出電子７を得ること
ができるが、同時に導電層及び電子放出部となる膜５を
加熱することにより、熱エネルギーを補助として、より
効率的な電子放出が実現される。またこの場合において
も、放出電子量を導電層４ａ、４ｂ間に通電する電流量
の制御により変調することが可能である。FIG. 5 shows a film 5 serving as an electron emitting portion in FIG.
FIG. 4 is an enlarged view of the vicinity, schematically illustrating the concept of electron emission from another electron-emitting device according to the present invention. The details will be described below. In this case, when a predetermined voltage is applied between the electrode portions 2 and 3 of the present electron-emitting device, the materials of the conductive layers 4a and b and the film 5 serving as the electron-emitting portion are appropriately selected, so that the conductive layer 4a A constant current also flows through the film 5 serving as an electron emission portion via the same. That is, the conductive layer 4
The electrons conducting through a and 4b are transmitted to the inside and the surface layer of the film 5 serving as the electron emitting portion, and a part thereof is taken out to the outside by an appropriate electric field to become the emitted electrons 7. That is, by arranging the film 5 serving as an electron emitting portion between the conductive layers 4a and 4b, a part of the current flowing between the conductive layers 4a and 4b can be uniformly extracted to the outside. Although not shown, by arranging another electrode for controlling the emitted electron flow at a position facing the substrate 1, acceleration of the emitted electrons 7 and control of the trajectory can be performed. Normally, the emitted electrons 7 can be obtained only by applying a current between the conductive layers as described above. However, by simultaneously heating the conductive layer and the film 5 serving as an electron emission portion, the heat energy is assisted, so that more efficient Electron emission is realized. Also in this case, the amount of emitted electrons can be modulated by controlling the amount of current flowing between the conductive layers 4a and 4b.
【００２６】また上記の第１の電子放出素子の構成と同
様に、図３(a)(b)に示したような一組の電極部２、３に
対して複数対の導電層、電子放出部となる膜を並列に配
置しても良い。Similarly to the configuration of the above-mentioned first electron-emitting device, a plurality of pairs of conductive layers and electron-emitting layers are provided for a pair of electrode portions 2 and 3 as shown in FIGS. The films serving as the parts may be arranged in parallel.
【００２７】以上のような素子構成により電子放出は得
られるが、さらに、より効率的な電子放出特性を得るた
めには、用いる導電層の材質やサイズ、あるいは電子放
出部となる膜の材質や構造を考慮する必要がある。すな
わち、効率的な電子放出素子を得るためには好適な材料
や構造をうまく選択することが重要となる。Although electron emission can be obtained by the above-described element structure, in order to obtain more efficient electron emission characteristics, the material and size of the conductive layer to be used, the material of the film to be the electron emission portion, and the like are determined. The structure needs to be considered. That is, in order to obtain an efficient electron-emitting device, it is important to properly select a suitable material and structure.
【００２８】そこで本発明は、前記素子構成において、
電子放出部となる膜がダイヤモンドあるいはダイヤモン
ドを主成分とする材料から構成されることが好ましい。Therefore, the present invention relates to the above-mentioned element structure,
It is preferable that the film serving as the electron emitting portion is made of diamond or a material containing diamond as a main component.
【００２９】また本発明は、前記素子構成において、電
子放出部となるダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを
主成分とする膜の最表面原子が、水素原子との結合によ
って終端された構造を含むことが好ましく、その結合水
素原子量が１平方センチメートル当たり1×1015個以上
であることが好ましい。さらに好ましくは、結合水素量
が2×1015個/cm2以上である。Further, in the present invention, it is preferable that the element structure has a structure in which the outermost surface atoms of a diamond film or a film containing diamond as an electron emission portion are terminated by bonding with hydrogen atoms. It is preferable that the bonded hydrogen atom weight be 1 × 10 15 or more per square centimeter. More preferably, the amount of bonded hydrogen is 2 × 10 15 / cm 2 or more.
【００３０】また本発明は、前記素子構成において、電
子放出部となるダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを
主成分とする膜が結晶欠陥を有している層であることが
好ましく、その結晶欠陥密度が１立方センチメートル当
たり1×1018個以上であることが好ましい。さらに好ま
しくは、結晶欠陥密度が1×1020個/cm3以上である。According to the present invention, in the above element structure, the diamond film serving as the electron emitting portion or the film containing diamond as a main component is preferably a layer having crystal defects, and the crystal defect density is 1 cubic centimeter. The number is preferably 1 × 10 18 or more. More preferably, the crystal defect density is 1 × 10 20 / cm 3 or more.
【００３１】上記のように本発明の素子構成において、
電子放出部にダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主
成分とする膜を用いるという好ましい例によれば、ダイ
ヤモンドは広禁制帯幅半導体（5.5eV）、高硬度、耐磨
耗性、高熱伝導率、化学的に不活性といった電子放出材
料として非常に適した性質を有するので、安定性の高い
電子放出部を構成することが可能となる。As described above, in the device configuration of the present invention,
According to a preferred example in which a diamond film or a film containing diamond as a main component is used for the electron-emitting portion, diamond has a wide bandgap semiconductor (5.5 eV), high hardness, abrasion resistance, high thermal conductivity, Since it has very suitable properties as an electron emitting material such as inertness, it is possible to form a highly stable electron emitting portion.
【００３２】さらにその表面状態を水素原子との結合に
よって終端された構造とすることにより、電子放出に対
してより安定な膜表面を維持することが可能となる。さ
らに水素終端されたダイヤモンド表面は負の電子親和力
状態であることから、電子放出源として非常に電子放出
をしやすい状態にすることが可能となる。この様な安定
表面を得るための結合水素原子量としては、ほぼ全ての
最表面炭素原子が水素原子と結合する１平方センチメー
トル当たり1×1015個以上、望ましくは2×1015個/cm2以
上である。Further, by making the surface state terminated by bonding with hydrogen atoms, it is possible to maintain a film surface more stable against electron emission. Further, since the surface of the diamond terminated with hydrogen is in a negative electron affinity state, it becomes possible to make the electron emission source very easy to emit electrons. The amount of bonded hydrogen atoms for obtaining such a stable surface is 1 × 10 15 or more, preferably 2 × 10 15 / cm 2 or more per square centimeter, where almost all the outermost carbon atoms are bonded to hydrogen atoms. is there.
【００３３】またダイヤモンド膜あるいはダイヤモンド
を主成分とする膜に適当量の結晶欠陥が有していること
により、導電層より膜内部及び表面に伝達される電子量
を増加させることが可能となる。その結晶欠陥量として
は概ね1×1018個/cm3以上、望ましくは1×1020個/cm3以
上である。Since the diamond film or the film containing diamond as a main component has an appropriate amount of crystal defects, the amount of electrons transmitted from the conductive layer to the inside and the surface of the film can be increased. The amount of crystal defects is about 1 × 10 18 / cm 3 or more, preferably 1 × 10 20 / cm 3 or more.
【００３４】また本発明は、前記素子構成において、導
電層が金属あるいはｎ形の半導体から選ばれるいずれか
の材料で構成されることが好ましい。中でも金属として
はタングステン（Ｗ）、白金（Pt）、モリブデン（Mo）
等の高融点金属が好ましく、ｎ形半導体としてはシリコ
ン系非晶質半導体（a-Si、a-SiCなど）や微結晶シリコ
ン（μc-Si）、多結晶シリコン（poly-Si）等が好まし
い。In the present invention, it is preferable that the conductive layer is made of any material selected from a metal and an n-type semiconductor. Among them, metals such as tungsten (W), platinum (Pt), and molybdenum (Mo)
And the like, and the n-type semiconductor is preferably a silicon-based amorphous semiconductor (a-Si, a-SiC, etc.), microcrystalline silicon (μc-Si), polycrystalline silicon (poly-Si), or the like. .
【００３５】また本発明は、前記素子構成において、導
電層の膜厚が100ｎｍ以下であることが好ましい。According to the present invention, in the above-mentioned element structure, it is preferable that the thickness of the conductive layer is 100 nm or less.
【００３６】上記のように本発明の素子構成において、
導電層が金属あるいはｎ形の半導体から選ばれるいずれ
かの材料で構成されるという好ましい例によれば、適度
な電流量を流すことが可能な導電層を作製することが可
能になる。一般に用いる導電層の電気抵抗率の範囲は、
導電層のサイズに依存するので一概には特定できない
が、10-6〜104Ω・cm程度である。As described above, in the device configuration of the present invention,
According to a preferred example in which the conductive layer is formed of any material selected from a metal and an n-type semiconductor, it is possible to manufacture a conductive layer capable of flowing an appropriate amount of current. The range of the electrical resistivity of the conductive layer generally used is
Since it depends on the size of the conductive layer, it cannot be specified unconditionally, but is about 10 −6 to 10 4 Ω · cm.
【００３７】また導電層の膜厚が100nm以下であるとい
う好ましい例によれば、効率よく導電層内に流れる電子
を電子放出部となる膜に伝達することが可能となる。According to a preferred embodiment in which the thickness of the conductive layer is 100 nm or less, electrons flowing in the conductive layer can be efficiently transmitted to the film serving as an electron emitting portion.
【００３８】また本発明は、前記素子構成において、電
子放出部となる膜と相対する位置に、もう一つの電極を
備えることが好ましい。Further, in the present invention, it is preferable that in the device configuration, another electrode is provided at a position facing the film serving as the electron-emitting portion.
【００３９】この好ましい例によれば、電子放出部とな
る膜と相対する位置に、放出された電子流を制御するた
めのもう一つの電極が配置されるので、放出電子の加速
や軌道の制御が可能となる。According to this preferred example, another electrode for controlling the emitted electron flow is disposed at a position opposite to the film serving as the electron emitting portion, so that the acceleration of the emitted electrons and the control of the trajectory are controlled. Becomes possible.
【００４０】また前記目的を達成するため、本発明に係
る電子放出源の構成は、入力信号に応じて個々の電子放
出量が制御可能な前記記載の電子放出素子を、平面基板
上に複数個配置したことを特徴とする。According to another aspect of the present invention, there is provided an electron emission source comprising: a plurality of the above-described electron emission devices capable of controlling the amount of each electron emission in accordance with an input signal; It is characterized by being arranged.
【００４１】本発明の電子放出源によれば、高効率電子
放出素子を多数有しているため、大きな電子放出電流を
得られると共に、電子放出領域の広域化が可能となる。
さらに入力信号に応じて個々の電子放出量を制御するた
め、任意の電子放出分布を得ることが可能となる。According to the electron emission source of the present invention, a large number of high-efficiency electron emission elements are provided, so that a large electron emission current can be obtained and the electron emission region can be widened.
Furthermore, since the amount of each electron emission is controlled according to the input signal, an arbitrary electron emission distribution can be obtained.
【００４２】また前記目的を達成するため、本発明に係
る蛍光体発光装置の構成は、少なくとも、封止された容
器と、前記容器の内部に配置された蛍光体層と、前記蛍
光体層に電子線を照射する電子放出源からなる蛍光体発
光装置であって、前記記載の電子放出源を用いることを
特徴とする。In order to achieve the above object, the structure of the phosphor light emitting device according to the present invention comprises at least a sealed container, a phosphor layer disposed inside the container, and a phosphor layer. A phosphor light emitting device comprising an electron emission source for irradiating an electron beam, wherein the electron emission source described above is used.
【００４３】本発明の蛍光体発光装置によれば、効率及
び安定性の高い本発明の電子放出源を配置しているの
で、制御性良く高輝度に蛍光体を発光させることが可能
となる。According to the phosphor light emitting device of the present invention, since the electron emission source of the present invention having high efficiency and stability is arranged, it is possible to emit the phosphor with high controllability and high luminance.
【００４４】また前記目的を達成するため、本発明に係
る電子放出素子の製造方法は、電極部と導電層部と電子
放出部となるダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主
成分とする膜からなる電子放出素子の製造方法であっ
て、前記ダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成分
とする膜の形成工程が気相合成工程であることを特徴と
する。According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an electron-emitting device, comprising: an electrode portion, a conductive layer portion, and a diamond film serving as an electron-emitting portion or a film containing diamond as a main component. Wherein the step of forming the diamond film or the film containing diamond as a main component is a vapor phase synthesis step.
【００４５】また本発明は、前記製造方法において、ダ
イヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成分とする膜の
気相合成工程が、0.2μｍ以下の平均粒径を有する粒子
状ダイヤモンドを分布させる工程と、前記粒子状ダイヤ
モンド上にダイヤモンドあるいはダイヤモンドを主成分
とする材料を追成長させる工程とを備えることが好まし
い。The present invention also provides the above method, wherein the step of vapor-phase synthesizing a diamond film or a film containing diamond as a main component comprises the step of distributing particulate diamond having an average particle size of 0.2 μm or less; A step of additionally growing diamond or a material containing diamond as a main component on the diamond-shaped diamond.
【００４６】また本発明は、前記製造方法において、粒
子状ダイヤモンドを分布させる工程において、平均粒径
が0.2μｍ以下のダイヤモンド粒子を分散させた溶液を
用いて粒子状ダイヤモンドを分布させることが好まし
い。In the present invention, it is preferable that, in the step of distributing the particulate diamond, the particulate diamond is distributed using a solution in which diamond particles having an average particle diameter of 0.2 μm or less are dispersed.
【００４７】上記のように本発明の製造方法において、
ダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成分とする膜
の形成工程が気相合成工程であるという好ましい例によ
れば、その作製条件を制御することで電子放出材料とし
て非常に適した高品質のダイヤモンド膜を導電層上ある
いは導電層間に再現性良く形成できるので、容易に高効
率な電子放出素子を形成することが可能となる。一般に
ダイヤモンド等の気相合成方法は、原料ガスに炭化水素
ガス(CH4、C2H6、C2H4、C2H2等）や有機化合物（CH3O
H、C2H5OH、CH3COCH3等）及び一酸化炭素（CO）などで
代表される炭素源を水素で希釈したものを用い、その原
料ガスを分解することによって行なうことができる。そ
の際、さらに原料ガスに適宜酸素や水等を添加すること
もできる。また本発明において、適用可能な気相合成法
は特に限定はされないが、マイクロ波プラズマＣＶＤ法
や熱フィラメント法が好適である。さらにダイヤモンド
膜あるいはダイヤモンドを主成分とする膜の気相合成工
程が0.2μｍ以下の平均粒径を有する粒子状ダイヤモン
ドを分布させる工程と、前記粒子状ダイヤモンド上にダ
イヤモンドあるいはダイヤモンドを主成分とする材料を
追成長させる工程とを備えるという好ましい例によれ
ば、気相合成時のダイヤモンドあるいはダイヤモンドを
主成分とする材料の核発生を制御できるため、容易に薄
膜状のダイヤモンドあるいはダイヤモンドを主成分とす
る材料を形成することができる。また、その粒子状ダイ
ヤモンドを分布させる工程において、平均粒径が0.2μ
ｍ以下のダイヤモンド粒子を分散させた溶液を用いて粒
子状ダイヤモンドを分布させるという好ましい例によれ
ば、大きな面積に対しても均一にかつ制御性、再現性良
く成長核となる粒子状ダイヤモンドを配置させることが
可能となる。また、その分布方法を適宜選択することに
よって粒子状ダイヤモンドの分布位置の選択も可能であ
る。具体的なダイヤモンド粒子分散溶液を用いた分布方
法としては、1)導電層への分散溶液塗布、2)分散溶液中
での超音波振動処理、あるいは3)溶液溶液中での電圧印
加処理などが挙げられるが、この限りではない。また、
用いるダイヤモンド分散溶液中に分散させる粒子状ダイ
ヤモンドの量としては、溶剤１リットル当たり0.01〜20
ｇ程度である。また分散溶液中に分散させた粒子状のダ
イヤモンドの数が、溶液１リットル当たり１×1016〜１
×1020個程度であることが適している。その際分散溶液
の溶剤としては、水あるいはアルコールを主成分とする
ことが適している。As described above, in the production method of the present invention,
According to a preferred example, in which a diamond film or a film containing diamond as a main component is a vapor phase synthesis process, a high-quality diamond film, which is very suitable as an electron-emitting material, can be formed by controlling the manufacturing conditions. Since it can be formed on a layer or between conductive layers with good reproducibility, it is possible to easily form a highly efficient electron-emitting device. Vapor-phase synthesis method such as a generally diamond raw material gas a hydrocarbon gas (CH 4, C 2 H 6 , C 2 H 4, C 2 H 2 , etc.) or an organic compound (CH 3 O
H, C 2 H 5 OH, CH 3 COCH 3, etc.) and carbon monoxide (CO) diluted with hydrogen and decomposing the raw material gas. At that time, oxygen, water or the like can be added to the raw material gas as appropriate. In the present invention, the applicable gas phase synthesis method is not particularly limited, but a microwave plasma CVD method or a hot filament method is preferable. Further, a vapor phase synthesis step of a diamond film or a film containing diamond as a main component is a step of distributing particulate diamond having an average particle size of 0.2 μm or less, and a material containing diamond or diamond as a main component on the particulate diamond. According to a preferred example of the method, the nucleation of diamond or a material containing diamond as a main component during vapor phase synthesis can be controlled. The material can be formed. In the step of distributing the particulate diamond, the average particle size is 0.2 μm.
According to a preferred example of distributing the particulate diamond using a solution in which diamond particles having a diameter of m or less are dispersed, the particulate diamond to be a growth nucleus is arranged uniformly and with good controllability and reproducibility even for a large area. It is possible to do. The distribution position of the particulate diamond can be selected by appropriately selecting the distribution method. As a specific distribution method using the diamond particle dispersion solution, 1) application of the dispersion solution to the conductive layer, 2) ultrasonic vibration treatment in the dispersion solution, or 3) voltage application treatment in the solution solution, etc. But not limited to this. Also,
The amount of the particulate diamond dispersed in the diamond dispersion solution used is 0.01 to 20 per liter of the solvent.
g. The number of diamond particles dispersed in the dispersion solution is 1 × 10 16 to 1 / liter of the solution.
It is suitable that the number is about × 10 20 pieces. At this time, it is suitable that water or alcohol is a main component as a solvent of the dispersion solution.
【００４８】また前記目的を達成するため、本発明に係
る電子放出素子の製造方法は、電極部と導電層と電子放
出部となるダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成
分とする膜からなる電子放出素子の製造方法であって、
前記ダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成分とす
る膜に結晶欠陥を導入する工程を備えることを特徴とす
る。In order to achieve the above object, a method of manufacturing an electron-emitting device according to the present invention is directed to a method of manufacturing an electron-emitting device comprising an electrode portion, a conductive layer, and a diamond film serving as an electron-emitting portion or a film containing diamond as a main component. A manufacturing method,
A step of introducing crystal defects into the diamond film or the film containing diamond as a main component.
【００４９】また本発明は、前記製造方法において、ダ
イヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成分とする膜に
結晶欠陥を設ける工程が加速した原子を照射する工程で
あることが好ましい。In the present invention, it is preferable that, in the above-mentioned manufacturing method, the step of providing crystal defects in the diamond film or the film containing diamond as a main component is a step of irradiating accelerated atoms.
【００５０】上記のように本発明の製造方法において、
ダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成分とする膜
に結晶欠陥を導入する工程とを備えるという好ましい例
によれば、導電層上あるいは導電層間に配置したダイヤ
モンド膜あるいはダイヤモンドを主成分とする膜の電子
放出特性を向上させることができるので、さらに高効率
な電子放出素子形成が可能となる。その際、ダイヤモン
ド膜あるいはダイヤモンドを主成分とする膜に結晶欠陥
を設ける工程が加速した原子を照射する工程であるとい
う好ましい例によれば、電子放出特性を向上させる膜中
の結晶欠陥量を制御性良く形成することができる。As described above, in the production method of the present invention,
A step of introducing crystal defects into a diamond film or a film containing diamond as a main component, the electron emission characteristics of a diamond film or a film containing diamond as a main component disposed on or between conductive layers. Can be improved, so that a more efficient electron-emitting device can be formed. In this case, according to a preferred example in which the step of providing crystal defects in the diamond film or the film containing diamond as a main component is a step of irradiating accelerated atoms, the amount of crystal defects in the film for improving electron emission characteristics is controlled. It can be formed well.
【００５１】また前記目的を達成するため、本発明に係
る電子放出素子の製造方法は、電極部と導電層と電子放
出部となるダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成
分とする膜からなる電子放出素子の製造方法であって、
前記ダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成分とす
る膜の最表面原子に水素原子を結合させる工程を備える
ことを特徴とする。In order to achieve the above object, a method of manufacturing an electron-emitting device according to the present invention is directed to a method of manufacturing an electron-emitting device comprising an electrode portion, a conductive layer and a diamond film serving as an electron-emitting portion or a film containing diamond as a main component. A manufacturing method,
A step of bonding a hydrogen atom to an outermost surface atom of the diamond film or the film containing diamond as a main component.
【００５２】また本発明は、前記製造方法において、ダ
イヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成分とする膜の
最表面原子に水素原子を結合させる工程が水素を含む雰
囲気中で600℃以上に加熱する工程あるいは波長が200nm
以下の紫外線光を照射する工程から選ばれることが好ま
しい。Further, according to the present invention, in the above-mentioned manufacturing method, the step of bonding a hydrogen atom to the outermost surface atom of the diamond film or the film containing diamond as a main component may be a step of heating to 600 ° C. or more in an atmosphere containing hydrogen, or Is 200nm
It is preferable to select from the following steps of irradiating ultraviolet light.
【００５３】上記のように本発明の製造方法において、
ダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成分とする膜
の最表面原子に水素原子を結合させる工程とを備えると
いう好ましい例によれば、導電層上に配置したダイヤモ
ンド膜あるいはダイヤモンドを主成分とする膜の電子放
出特性を向上させることができるので、さらに高効率な
電子放出素子形成が可能となる。その際、ダイヤモンド
膜あるいはダイヤモンドを主成分とする膜の最表面原子
に水素原子を結合させる工程が水素を含む雰囲気中で60
0℃以上に加熱する工程あるいは波長が200nm以下の紫外
線光を照射する工程であるという好ましい例によれば、
容易にダイヤモンドあるいはダイヤモンドを主成分とす
る膜表面に水素原子を結合させることができる。その結
果、容易に電子を放出し易い状態にすることが可能にな
る。As described above, in the production method of the present invention,
A step of bonding hydrogen atoms to the outermost surface atoms of the diamond film or the film containing diamond as a main component, the electron emission of the diamond film or the film containing diamond as a main component disposed on the conductive layer. Since the characteristics can be improved, it is possible to form the electron-emitting device with higher efficiency. At this time, the step of bonding hydrogen atoms to the outermost surface atoms of the diamond film or the film containing diamond as a main component is performed in an atmosphere containing hydrogen.
According to a preferred example of a step of heating to 0 ° C. or higher or a step of irradiating ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less,
Hydrogen atoms can be easily bonded to the surface of diamond or a film containing diamond as a main component. As a result, it becomes possible to easily emit electrons.
【００５４】[0054]
【発明の実施の形態】以下、実施例を用いて本発明をさ
らに具体的に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
【００５５】＜第１の実施の形態＞図６のプロセスを用
いて、本発明に係る電子放出素子を作製した結果につい
て記す。本実施形態では、電子放出部となる膜として気
相合成ダイヤモンド膜を用いた。<First Embodiment> The result of fabricating an electron-emitting device according to the present invention using the process of FIG. 6 will be described. In the present embodiment, a vapor-phase synthetic diamond film is used as a film serving as an electron emitting portion.
【００５６】まず基材61を準備する。この基材として用
いる材料は絶縁性であれば特に限定されるものではない
が、本実施例では石英ガラスを用いた（図６(a)）。First, the base material 61 is prepared. The material used for the substrate is not particularly limited as long as it is insulating. In this example, quartz glass was used (FIG. 6A).
【００５７】次にこの石英ガラス基材上に導電層62とし
て、ｎ形の微結晶シリコン（μc-Si）層を200nmの厚さ
で形成した。本実施例ではプラズマＣＶＤ法によってμ
c-Si層を堆積したが、この限りではない（図６(b)）。Next, an n-type microcrystalline silicon (μc-Si) layer having a thickness of 200 nm was formed as a conductive layer 62 on the quartz glass substrate. In the present embodiment, μ
A c-Si layer was deposited, but not limited to this (FIG. 6 (b)).
【００５８】続いてμc-Si層を通常のフォトリソグラフ
ィ工程及びエッチング工程でパターニングした。パター
ンサイズは適宜選択されるが、本実施例では、幅(Ｗ)が
100μｍ、長さ（Ｌ）が10μｍの矩形パターンを形成し
た（図６(c)）。Subsequently, the μc-Si layer was patterned by a usual photolithography step and an etching step. The pattern size is appropriately selected, but in this embodiment, the width (W) is
A rectangular pattern having a length of 100 μm and a length (L) of 10 μm was formed (FIG. 6C).
【００５９】そして素子表面にレジスト層63をコートし
た後、電子放出部となるダイヤモンド膜を形成する領域
を選択するために、再度フォトリソグラフィ工程を用い
て、導電層の中心に幅120μｍ、長さ５μｍの窓を開け
た。（図６(d)）そしてこの窓部分に、平均粒径が0.02
μｍのダイヤモンド粒子を分散させた溶液を塗布した。
本実施の形態では、１リットルの純水に１ｇのダイヤモ
ンド粒子を分散した溶液を用いた。分散溶液の塗布は、
スピンコートの手法を用いた。塗布後、基材は赤外線ラ
ンプ光の照射によって乾燥された。このダイヤモンド粒
子が塗布された導電層62の表面を走査電子顕微鏡で観察
したところ、分散液に混合した微小ダイヤモンド粒が均
一に分布していることがわかった。また、その分布密度
は〜５×10 10個/cm2程度であった。Then, a resist layer 63 is coated on the element surface.
After that, the area where the diamond film to be the electron emission part is formed
Use the photolithography process again to select
Open a window of 120μm wide and 5μm long at the center of the conductive layer
Was. (FIG. 6 (d)) Then, the average particle size is 0.02
A solution in which μm diamond particles were dispersed was applied.
In this embodiment, 1 g of diamond is added to 1 liter of pure water.
The solution in which the powder particles were dispersed was used. The application of the dispersion solution
A spin coating technique was used. After application, the substrate is
It was dried by irradiation with pump light. This diamond grain
Observation of the surface of the conductive layer 62 coated with the electron microscope with a scanning electron microscope
As a result, the fine diamond grains mixed with the dispersion
It turned out that they are distributed uniformly. Also, its distribution density
Is ~ 5 × 10 TenPieces / cmTwoIt was about.
【００６０】そこでさらに、微小ダイヤモンド粒子が分
布された導電層上に気相合成法によってダイヤモンド膜
64を形成した。ダイヤモンド膜の合成方法としては特に
限定はされないが、本実施例においてはマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法によって形成した。マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法は原料ガスにマイクロ波を印加することによって
プラズマ化し、ダイヤモンドの形成を行なう方法であ
る。具体的な条件としては、原料ガスに水素（H2）で１
〜10vol%に希釈された一酸化炭素（CO）ガスを用いた。
反応温度及び圧力はそれぞれ800〜900℃及び25〜40Torr
である。Then, a diamond film is further formed on the conductive layer on which the fine diamond particles are distributed by a vapor phase synthesis method.
Formed 64. The method for synthesizing the diamond film is not particularly limited, but in this example, the diamond film was formed by a microwave plasma CVD method. Microwave plasma C
The VD method is a method of forming a diamond by applying a microwave to a source gas to form diamond. As a specific condition, the raw material gas is hydrogen (H 2 ) 1
Carbon monoxide (CO) gas diluted to 1010 vol% was used.
The reaction temperature and pressure are 800-900 ° C and 25-40 Torr, respectively.
It is.
【００６１】以上のような方法で導電層上にダイヤモン
ド膜を形成した結果、ダイヤモンド粒子を分布させた領
域のみにダイヤモンド膜（厚さ：200nm）が成長してい
ることが確認された。（図６(e)）さらに導電層62の両
端に電極部65となるアルミニウム層（Al）を形成した
（図６(f)）。As a result of forming a diamond film on the conductive layer by the above method, it was confirmed that the diamond film (thickness: 200 nm) was grown only in the region where the diamond particles were distributed. (FIG. 6E) Further, an aluminum layer (Al) to be the electrode portion 65 was formed at both ends of the conductive layer 62 (FIG. 6F).
【００６２】以上のような方法で作製した電子放出素子
の特性を図８の測定評価装置を用いて調べた。まず電子
放出素子81を真空槽82の中に設置し、1×10-7Torr以下
の圧力まで真空排気した。そして、電子放出素子81から
１mmの距離に配置されたアノード電極83に対してアノー
ド電源84により１kVの電圧印加した状態で、電子放出素
子81の電極間に10Ｖ電圧を電源86により印加し、その時
に流れる素子電流と電子放出電流をそれぞれ電流計87、
85で測定した。その結果、電子放出素子81の導電層に10
0μA程度の素子電流が流れ、電子放出部より放出された
電子放出電流は１μAが検出された。すなわち、電子放
出素子81に配置されたダイヤモンド膜より電子が放出さ
れていることが確認された。また素子に印加する電圧を
１〜30Ｖの範囲で変化させた場合、導電層に流れる電流
量に応じて電子放出電流値が変化することが観測され
た。その際、素子に流れる電流に対して外部に取り出さ
れた電子放出電流の効率は約１％であった。The characteristics of the electron-emitting device manufactured by the above-described method were examined using the measurement and evaluation apparatus shown in FIG. First, the electron-emitting device 81 was placed in a vacuum chamber 82 and evacuated to a pressure of 1 × 10 −7 Torr or less. Then, while a voltage of 1 kV is applied by an anode power supply 84 to an anode electrode 83 arranged at a distance of 1 mm from the electron-emitting device 81, a voltage of 10 V is applied between the electrodes of the electron-emitting device 81 by a power supply 86. The device current and the electron emission current flowing through the
Measured at 85. As a result, the conductive layer of the electron-emitting device 81
A device current of about 0 μA flowed, and an electron emission current of 1 μA was detected from the electron emission portion. That is, it was confirmed that electrons were emitted from the diamond film disposed on the electron-emitting device 81. When the voltage applied to the device was changed in the range of 1 to 30 V, it was observed that the electron emission current value changed according to the amount of current flowing through the conductive layer. At this time, the efficiency of the electron emission current extracted to the outside with respect to the current flowing through the device was about 1%.
【００６３】本実施形態のダイヤモンド膜形成工程にお
いて、粒子状ダイヤモンド分散溶液を用いずに粒子状ダ
イヤモンドを直接導電層上に散布したり、分散溶液を用
いた他の分布方法を用いて得られたダイヤモンド膜にお
いても、同様の結果が得られた。In the diamond film forming step of the present embodiment, the diamond particles were obtained by directly scattering the diamond particles on the conductive layer without using the particle diamond dispersion solution, or by using another distribution method using the dispersion solution. Similar results were obtained for the diamond film.
【００６４】さらに本実施形態において、電子放出部と
して電子が放出しやすい他材料、例えば粒子状の窒化ホ
ウ素（BN）などを用いた場合においても、同様の結果が
得られた。Further, in the present embodiment, similar results were obtained when another material that easily emits electrons, such as particulate boron nitride (BN), was used as the electron-emitting portion.
【００６５】さらに本発明者らは、電子放出素子81とア
ノード電極83の間に放出電子流の軌道を制御するための
制御用電極を設置し、この制御用電極に電圧を印加する
ことによって、放出される電子流の軌道を変えたり、集
束させたりすることが可能であることを確認した。Further, the present inventors installed a control electrode for controlling the trajectory of the emitted electron current between the electron-emitting device 81 and the anode electrode 83, and applied a voltage to this control electrode to It has been confirmed that the trajectory of the emitted electron stream can be changed or focused.
【００６６】＜比較例１＞第１の実施の形態で作製した
電子放出素子に対して、電圧を印加しない状態、すなわ
ち導電層に電流が流れていない状態で同様のアノード電
圧を印加した時の電子放出を図８の装置を用いて確認し
たが、電子放出電流は検出されなかった。<Comparative Example 1> When a similar anode voltage was applied to the electron-emitting device manufactured in the first embodiment in a state where no voltage was applied, that is, in a state where current did not flow through the conductive layer. Electron emission was confirmed using the apparatus of FIG. 8, but no electron emission current was detected.
【００６７】＜比較例２＞第１の実施の形態と同じ素子
構成で、導電層上にダイヤモンド膜を形成せずに作製し
た比較試料の電極間に10Ｖの電圧を印加し、その時に流
れる素子電流と電子放出電流をそれぞれ測定した。その
結果、素子の導電層には第１の実施例と同様の素子電流
が流れたが、電子放出電流は検出されなかった。<Comparative Example 2> An element having the same element configuration as that of the first embodiment, in which a voltage of 10 V is applied between electrodes of a comparative sample manufactured without forming a diamond film on a conductive layer, and flows at that time. The current and the electron emission current were measured, respectively. As a result, the same device current as in the first embodiment flowed through the conductive layer of the device, but no electron emission current was detected.
【００６８】＜第２の実施の形態＞第１の実施の形態と
同様に、石英ガラス基材上に形成された電子放出素子に
おいて導電層の材質を変えた場合の結果について記す。<Second Embodiment> Similar to the first embodiment, the result when the material of the conductive layer is changed in the electron-emitting device formed on the quartz glass substrate will be described.
【００６９】用いる基材、及び電子放出部として用いる
ダイヤモンド膜及びその形成方法等は、前記第１の実施
の形態と同様である。本実施例では、導電層の材質とし
て電子ビーム蒸着法で形成したタングステン（Ｗ）層を
用いた。膜厚は100nmとした。先の実施形態と同様、Ｗ
層は通常のフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程
でパターニングした。導電部のパターンサイズは、幅
(Ｗ)が10μｍ、長さ（Ｌ）が200μｍの矩形パターンで
ある。なお本実施例では、導電層自体が金属であり、改
めて電極を形成する必要がないため、上記矩形パターン
の両端に電極部となる配線用パターン（□500μｍ）も
合わせた形のパターンを形成した。そしてこの導電層
（Ｗ層）の一部に、ダイヤモンド膜を形成した。The base material used, the diamond film used as the electron emitting portion, the method for forming the same, and the like are the same as those in the first embodiment. In this embodiment, a tungsten (W) layer formed by an electron beam evaporation method was used as a material of the conductive layer. The film thickness was 100 nm. As in the previous embodiment, W
The layers were patterned by the usual photolithography and etching steps. The pattern size of the conductive part is the width
(W) is a rectangular pattern having a length of 10 μm and a length (L) of 200 μm. In this embodiment, since the conductive layer itself is a metal and it is not necessary to form an electrode again, a pattern in which the wiring pattern (□ 500 μm) serving as an electrode part is also formed at both ends of the rectangular pattern is formed. . Then, a diamond film was formed on a part of the conductive layer (W layer).
【００７０】以上のような方法で作製した電子放出素子
の特性を図８の測定評価装置を用いて調べた。評価条件
は、第１の実施形態と同様である。その結果、電子放出
素子81の導電層に１Ｖの電圧を印加した時、40mA程度の
素子電流が流れ、電子放出部より放出された電子放出電
流は40μAが検出された。すなわち、電子放出素子81に
配置されたダイヤモンド膜より電子が放出されているこ
とが確認された。また素子に印加する電圧を変化させた
場合、導電層に流れる電流量に応じて電子放出電流値が
変化することが観測された。その際、素子に流れる電流
に対して外部に取り出された電子放出電流の効率は約0.
1％であった。The characteristics of the electron-emitting device manufactured by the above-described method were examined using the measurement and evaluation apparatus shown in FIG. The evaluation conditions are the same as in the first embodiment. As a result, when a voltage of 1 V was applied to the conductive layer of the electron-emitting device 81, a device current of about 40 mA flowed, and an electron emission current emitted from the electron-emitting portion was detected as 40 μA. That is, it was confirmed that electrons were emitted from the diamond film disposed on the electron-emitting device 81. When the voltage applied to the element was changed, it was observed that the electron emission current value changed according to the amount of current flowing through the conductive layer. At this time, the efficiency of the electron emission current extracted to the outside with respect to the current flowing through the device is about 0.
1%.
【００７１】次にこのＷからなる導電層を350℃まで加
熱した。その結果、熱エネルギーを補助として電子の放
出が容易となったため、放出効率は約0.5％まで向上し
た。Next, the conductive layer made of W was heated to 350 ° C. As a result, emission of electrons was facilitated with the help of thermal energy, and the emission efficiency was improved to about 0.5%.
【００７２】本実施形態において、粒子状ダイヤモンド
分散溶液を用いずに粒子状ダイヤモンドを直接導電層上
に散布したり、分散溶液を用いた他分布方法を用いてダ
イヤモンド膜を形成した場合においても、同様の結果が
得られた。In the present embodiment, even when the diamond particles are directly scattered on the conductive layer without using the particulate diamond dispersion solution, or when the diamond film is formed by another distribution method using the dispersion solution, Similar results were obtained.
【００７３】さらに本実施の形態において、電子放出部
として電子が放出しやすい他材料、例えば粒子状の窒化
ホウ素（BN）などを用いた場合においても、同様の結果
が得られた。Further, in the present embodiment, similar results were obtained even when another material that easily emits electrons, such as boron nitride (BN), was used as the electron emitting portion.
【００７４】＜第３の実施の形態＞次に第１の実施の形
態において、形成したダイヤモンド膜に対して後処理を
施した場合の結果について記す。<Third Embodiment> Next, a description will be given of a result of a case where post-processing is performed on the formed diamond film in the first embodiment.
【００７５】用いる基材、導電層の材質及び電子放出部
として用いるダイヤモンド膜の形成方法等は前記第１の
実施の形態と同様である。そこで上記の実施形態と同様
の方法でダイヤモンド膜を形成した後に、ダイヤモンド
膜を水素雰囲気中600℃で３時間加熱処理した。The base material to be used, the material of the conductive layer, the method of forming the diamond film used as the electron emitting portion, and the like are the same as those in the first embodiment. Therefore, after a diamond film was formed in the same manner as in the above embodiment, the diamond film was subjected to a heat treatment at 600 ° C. for 3 hours in a hydrogen atmosphere.
【００７６】以上のような方法で得られた導電層上のダ
イヤモンド膜の表面は水素原子と結合した状態で終端し
ていることが確認された。その水素原子量は1.5×1015
個/cm 2程度であった。さらに導電層の両端に電極となる
アルミニウム層（Al）を形成した。The conductive layer on the conductive layer obtained by the above method
The surface of the diamond film is terminated with bonding to hydrogen atoms.
It was confirmed that. Its hydrogen atomic weight is 1.5 × 10Fifteen
Pieces / cm TwoIt was about. In addition, both ends of the conductive layer become electrodes
An aluminum layer (Al) was formed.
【００７７】以上のような方法で作製した電子放出素子
の特性を図８の測定評価装置を用いて調べた。評価条件
は、第１の実施形態と同様である。その結果、電子放出
素子81の導電層に10Ｖの電圧を印加した時、100μA程度
の素子電流が流れ、電子放出部より放出された電子放出
電流は1.5μAが検出された。すなわち、第１の実施形態
よりもダイヤモンド膜の表面状態を制御することで効率
的に電子放出がなされることを確認された。The characteristics of the electron-emitting device manufactured by the above-described method were examined using the measurement and evaluation apparatus shown in FIG. The evaluation conditions are the same as in the first embodiment. As a result, when a voltage of 10 V was applied to the conductive layer of the electron-emitting device 81, a device current of about 100 μA flowed, and 1.5 μA of the electron emission current emitted from the electron-emitting portion was detected. That is, it was confirmed that the electron emission was more efficiently performed by controlling the surface state of the diamond film than in the first embodiment.
【００７８】＜第４の実施の形態＞次に第１の実施の形
態において、形成したダイヤモンド膜に対して後処理を
施した場合の結果について記す。<Fourth Embodiment> Next, a description will be given of a result of a case where post-processing is performed on the formed diamond film in the first embodiment.
【００７９】用いる基材、導電層の材質及び電子放出部
として用いるダイヤモンド膜の形成方法等は前記第１の
実施の形態と同様である。そこで上記の実施形態と同様
の方法でダイヤモンド膜を形成した後に、ダイヤモンド
膜に対してイオン注入を行ない、ダイヤモンド層に結晶
欠陥を導入した。本実施例では、炭素（Ｃ）あるいはホ
ウ素（Ｂ）イオンを40〜200keVのエネルギーで1×1014
個/cm2程度照射した。The base material used, the material of the conductive layer, the method of forming the diamond film used as the electron emitting portion, and the like are the same as those in the first embodiment. Therefore, after a diamond film was formed in the same manner as in the above embodiment, ions were implanted into the diamond film to introduce crystal defects into the diamond layer. In this embodiment, carbon (C) or boron (B) ions are converted to 1 × 10 14 ions at an energy of 40 to 200 keV.
Irradiation was performed at about pieces / cm 2 .
【００８０】以上のような方法で得られた導電層上のダ
イヤモンド膜には1×1020個/cm3程度の結晶欠陥が導入
されていた。さらに導電層の両端に電極となるアルミニ
ウム層（Al）を形成した。The diamond film on the conductive layer obtained by the above method had crystal defects of about 1 × 10 20 / cm 3 . Further, an aluminum layer (Al) serving as an electrode was formed at both ends of the conductive layer.
【００８１】以上のような方法で作製した電子放出素子
の特性を図８の測定評価装置を用いて調べた。評価条件
は、第１の実施形態と同様である。その結果、電子放出
素子81の導電層に10Ｖの電圧を印加した時、100μA程度
の素子電流が流れ、電子放出部より放出された電子放出
電流は２μAが検出された。すなわち、第１の実施形態
よりもダイヤモンド膜の状態を制御することで効率的に
電子放出がなされることを確認された。The characteristics of the electron-emitting device manufactured by the above-described method were examined using the measurement and evaluation apparatus shown in FIG. The evaluation conditions are the same as in the first embodiment. As a result, when a voltage of 10 V was applied to the conductive layer of the electron-emitting device 81, a device current of about 100 μA flowed, and 2 μA of the electron emission current emitted from the electron-emitting portion was detected. That is, it was confirmed that electron emission was more efficiently performed by controlling the state of the diamond film than in the first embodiment.
【００８２】＜第５の実施の形態＞図７のプロセスを用
いて、本発明に係る他の電子放出素子を作製した結果に
ついて記す。本実施形態でも、電子放出部となる膜とし
て気相合成ダイヤモンド膜を用いた。<Fifth Embodiment> The result of fabricating another electron-emitting device according to the present invention using the process of FIG. 7 will be described. Also in the present embodiment, a vapor-phase synthetic diamond film was used as a film serving as an electron emitting portion.
【００８３】まず基材71を準備する。この基材として用
いる材料は絶縁性であれば特に限定されるものではない
が、本実施例では石英ガラスを用いた（図７(a)）。First, the base material 71 is prepared. The material used for the substrate is not particularly limited as long as it is insulating. In this example, quartz glass was used (FIG. 7A).
【００８４】次にこの石英基材上に導電層72として、ｎ
形の微結晶シリコン（μc-Si）層を200nmの厚さで形成
した（図７(b)）。Next, on the quartz base material, n
A microcrystalline silicon (μc-Si) layer having a shape of 200 nm was formed (FIG. 7B).
【００８５】続いてμc-Si層をパターニングし、幅(Ｗ)
が100μｍ、長さ（Ｌ）が５μｍの矩形パターンを一対
形成した（図７(c)）。Subsequently, the μc-Si layer is patterned to have a width (W).
A pair of rectangular patterns each having a length of 100 μm and a length (L) of 5 μm were formed (FIG. 7C).
【００８６】そして素子表面にレジスト層73コートした
後、電子放出部となるダイヤモンド膜を形成する領域を
選択するために、再度フォトリソグラフィ工程を用い
て、導電層間にまたがる様に、幅120μｍ、長さ５μｍ
の窓を開けた。（図７(d)）そして、その領域に、平均
粒径が0.02μｍのダイヤモンド粒子を分散させた溶液を
塗布した。本実施の形態では１リットルの純水に１ｇの
ダイヤモンド粒子を分散した溶液をスピンコートの手法
により塗布した。塗布後、基材は赤外線ランプ光の照射
によって乾燥された。このダイヤモンド粒子が塗布され
た導電層の表面を走査電子顕微鏡で観察したところ、分
散液に含まれた微小ダイヤモンド粒が均一に分布してい
ることがわかった。また、その分布密度は〜５×1010個
/cm2程度であった。After the resist surface 73 is coated on the element surface, in order to select a region for forming a diamond film to be an electron emitting portion, a photolithography process is again performed so that a width of 120 μm and a length of 120 μm are provided so as to extend over the conductive layers. 5 μm
Opened the window. (FIG. 7 (d)) Then, a solution in which diamond particles having an average particle size of 0.02 μm were dispersed was applied to the region. In this embodiment, a solution in which 1 g of diamond particles is dispersed in 1 liter of pure water is applied by a spin coating technique. After the application, the substrate was dried by irradiation with infrared lamp light. When the surface of the conductive layer coated with the diamond particles was observed with a scanning electron microscope, it was found that the fine diamond particles contained in the dispersion were uniformly distributed. The distribution density is up to 5 × 10 10
/ cm 2 .
【００８７】そこでさらに、微小ダイヤモンド粒子が分
布された導電層上に気相合成法の一種であるマイクロ波
プラズマＣＶＤ法によってダイヤモンド膜74を形成し
た。具体的な形成条件は、上記第１の実施形態と同様で
ある。Then, a diamond film 74 was formed on the conductive layer in which the fine diamond particles were distributed by microwave plasma CVD, which is a kind of vapor phase synthesis. The specific forming conditions are the same as in the first embodiment.
【００８８】以上のような方法で導電層上にダイヤモン
ド膜を形成した結果、ダイヤモンド粒子を分布させた領
域のみにダイヤモンド膜が成長し、一対の導電層間をダ
イヤモンド層で接続した素子構造が得られた。（図７
(e)）さらに導電層の両端に電極層75となるアルミニウ
ム層（Al）を形成した（図７(f)）。As a result of forming a diamond film on a conductive layer by the above-described method, a diamond film grows only in a region where diamond particles are distributed, and an element structure in which a pair of conductive layers is connected by a diamond layer is obtained. Was. (FIG. 7
(e)) Further, an aluminum layer (Al) to be the electrode layer 75 was formed on both ends of the conductive layer (FIG. 7 (f)).
【００８９】以上のような方法で作製した他の電子放出
素子の特性を図８の測定評価装置を用いて調べた。評価
条件は、第１の実施形態と同様である。その結果、電子
放出素子81の導電層に10Ｖの電圧を印加した時、50μA
程度の素子電流が流れ、電子放出部より放出された電子
放出電流は２μAが検出された。すなわち、電子放出素
子81に配置されたダイヤモンド膜より電子が放出されて
いることが確認された。また素子に印加する電圧を１〜
30Ｖの範囲で変化させた場合、導電層に流れる電流量に
応じて電子放出電流値が変化することが観測された。そ
の際、素子に流れる電流に対して外部に取り出された電
子放出電流の効率は約３％であった。The characteristics of another electron-emitting device manufactured by the above-described method were examined using the measurement and evaluation apparatus shown in FIG. The evaluation conditions are the same as in the first embodiment. As a result, when a voltage of 10 V was applied to the conductive layer of the electron-emitting device 81, 50 μA
About 2 μA of an electron emission current emitted from the electron emission portion was detected. That is, it was confirmed that electrons were emitted from the diamond film disposed on the electron-emitting device 81. The voltage applied to the element is
When it was changed in the range of 30 V, it was observed that the electron emission current value changed according to the amount of current flowing through the conductive layer. At this time, the efficiency of the electron emission current extracted to the outside with respect to the current flowing through the device was about 3%.
【００９０】本実施形態において、粒子状ダイヤモンド
分散溶液を用いずに粒子状ダイヤモンドを直接導電層上
に散布したり、分散溶液を用いた他の分布方法を用いて
ダイヤモンド膜を形成した場合においても、同様の結果
が得られた。In the present embodiment, even when the diamond particles are directly scattered on the conductive layer without using the diamond dispersion solution, or when the diamond film is formed by using another distribution method using the dispersion solution. And similar results were obtained.
【００９１】さらに本実施の形態において、電子放出部
として電子が放出しやすい他材料、例えば粒子状の窒化
ホウ素（BN）などを用いた場合においても、同様の結果
が得られた。Further, in the present embodiment, similar results were obtained even when another material that easily emits electrons, such as particulate boron nitride (BN), was used as the electron emitting portion.
【００９２】さらに本発明者らは、電子放出素子81とア
ノード電極83の間に放出電子流の軌道を制御するための
制御用電極を設置し、この制御用電極に電圧を印加する
ことによって、放出される電子流の軌道を変えたり、集
束させたりすることが可能であることを確認した。Further, the present inventors set a control electrode for controlling the trajectory of the emitted electron current between the electron-emitting device 81 and the anode electrode 83, and applied a voltage to this control electrode to It has been confirmed that the trajectory of the emitted electron stream can be changed or focused.
【００９３】＜比較例３＞第５の実施の形態で作製した
電子放出素子に対して、電圧を印加しない状態、すなわ
ち導電層及びダイヤモンド膜に電流が流れていない状態
で同様のアノード電圧を印加した時の電子放出を図８の
装置を用いて確認したが、電子放出電流は検出されなか
った。<Comparative Example 3> A similar anode voltage was applied to the electron-emitting device manufactured in the fifth embodiment in a state where no voltage was applied, that is, in a state where current did not flow through the conductive layer and the diamond film. The electron emission at this time was confirmed using the apparatus shown in FIG. 8, but no electron emission current was detected.
【００９４】＜第６の実施の形態＞上記第１の実施形態
で作製した試料を同一基材上の10×10個配列し、個々の
電極に与える電圧を入力信号として、トータルの電子放
出量を制御する電子放出源を作製した。その結果、入力
信号として電圧を与える素子の個数を変化させたり、素
子に与える電圧値を変えることによって電子放出量が変
調できると共に、従来と比較して、高効率的な電子放出
源であることを確認することができた。また電子放出量
の経時変化も小さかった。また縦10個、横10個の電子放
出素子配列に対して分布のある入力信号を与えた場合、
その信号分布に対応した電子放出分布が得られることも
確認した。<Sixth Embodiment> 10 × 10 samples prepared in the first embodiment are arranged on the same substrate, and the total amount of emitted electrons is determined by using the voltage applied to each electrode as an input signal. An electron emission source for controlling the electron emission was fabricated. As a result, the amount of electron emission can be modulated by changing the number of elements that provide a voltage as an input signal, or by changing the voltage applied to the element, and the electron emission source must be more efficient than in the past. Could be confirmed. Also, the change with time of the electron emission amount was small. Also, if input signals with distribution are given to 10 vertical and 10 horizontal electron emission element arrays,
It was also confirmed that an electron emission distribution corresponding to the signal distribution was obtained.
【００９５】＜第７の実施の形態＞上記第６の実施形態
で作製した電子放出源を用いて、蛍光体を発光させる蛍
光体発光装置を作製した。その結果、従来と比較して高
効率的な電子放出源であるため、低消費電力で蛍光体を
発光させることが可能であることが確認された。またそ
の安定性（経時変化）も良好であった。<Seventh Embodiment> Using the electron emission source manufactured in the sixth embodiment, a phosphor light emitting device for emitting a phosphor was manufactured. As a result, it was confirmed that the phosphor can emit light with low power consumption because the electron emission source is more efficient than the conventional one. The stability (change with time) was also good.
【００９６】[0096]
【発明の効果】以上のように、本発明に係る電子放出素
子によれば、少なくとも複数の電極と、前記電極が配置
された導電層と、前記導電層上に電子放出部となる膜を
配置したことを特徴とするため、効率良く電子放出がな
されると共に、安定性の高い電子放出を得ることが可能
となる。As described above, according to the electron-emitting device of the present invention, at least a plurality of electrodes, a conductive layer on which the electrodes are disposed, and a film serving as an electron-emitting portion are disposed on the conductive layer. Therefore, electron emission can be performed efficiently and highly stable electron emission can be obtained.
【００９７】また本発明に係る電子放出素子によれば、
少なくとも複数の電極と、前記電極が配置された導電層
間に電子放出部となる膜を配置したことを特徴とするた
め、効率良く電子放出がなされると共に、安定性の高い
電子放出を得ることが可能となる。According to the electron-emitting device of the present invention,
Since at least a plurality of electrodes and a film serving as an electron emitting portion are arranged between the conductive layers on which the electrodes are arranged, it is possible to efficiently emit electrons and obtain highly stable electron emission. It becomes possible.
【００９８】また本発明の構成によれば、膜の膜厚が１
μｍ以下であることを特徴とするため、効率よく外部に
電子を取り出すことが可能となる。According to the structure of the present invention, the film thickness is 1
Since the thickness is not more than μm, electrons can be efficiently extracted to the outside.
【００９９】また本発明の構成によれば、導電層の面内
方向に電流を印加すること、あるいは電流を印加しなが
ら、導電層を加熱することを特徴とするため、容易に電
子放出部に電子を伝達することができる。Further, according to the structure of the present invention, since the current is applied in the in-plane direction of the conductive layer or the conductive layer is heated while applying the current, the electron emitting portion can be easily applied to the conductive layer. Electrons can be transmitted.
【０１００】また本発明の構成によれば、導電層の面内
方向に通電する電流量を制御することを特徴とするた
め、低い駆動電圧での信号変調が可能となる。Further, according to the structure of the present invention, since the amount of current flowing in the in-plane direction of the conductive layer is controlled, signal modulation with a low driving voltage is possible.
【０１０１】また本発明の構成によれば、電子放出部と
なる膜が、ダイヤモンドあるいはダイヤモンドを主成分
とする材料から構成されることを特徴とするため、安定
性の高い電子放出部を構成することが可能となる。According to the structure of the present invention, the film serving as the electron-emitting portion is characterized by being made of diamond or a material containing diamond as a main component, so that the electron-emitting portion has high stability. It becomes possible.
【０１０２】また本発明の構成によれば、電子放出部と
なるダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成分とす
る膜の最表面原子が水素原子との結合によって終端され
た構造を含み、好ましくはその結合水素原子量が１平方
センチメートル当たり1×101 5個以上であることを特徴
とするため、電子放出に対してより安定な表面を維持す
ることが可能となる。Further, according to the structure of the present invention, the diamond film serving as the electron-emitting portion or the film containing diamond as a main component has a structure in which the outermost surface atoms are terminated by bonding with hydrogen atoms, and preferably the bonded hydrogen since, wherein the atomic weight of from 1 × 10 1 5 or more per square centimeter, it is possible to maintain a more stable surface for electron emission.
【０１０３】また本発明の構成によれば、電子放出部と
なるダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成分とす
る膜が結晶欠陥を有している層であり、好ましくはその
結晶欠陥密度が１立方センチメートル当たり1×1018個
以上であることを特徴とするため、導電層より膜の表面
に伝達される電子量を増加させることが可能となる。According to the structure of the present invention, the diamond film serving as the electron emitting portion or the film containing diamond as a main component is a layer having crystal defects, and preferably has a crystal defect density of 1 per cubic centimeter. Since it is characterized by having × 10 18 or more, the amount of electrons transmitted from the conductive layer to the surface of the film can be increased.
【０１０４】また本発明の構成によれば、導電層が金属
あるいはｎ形の半導体から選ばれるいずれかの材料で構
成されることを特徴とするため、適度な電流量を流すこ
とが可能な導電層を作製することが可能になる。Further, according to the structure of the present invention, since the conductive layer is made of any material selected from the group consisting of metal and n-type semiconductor, the conductive layer is capable of supplying an appropriate amount of current. Layers can be made.
【０１０５】また本発明の構成によれば、導電層の膜厚
が100ｎｍ以下であることを特徴とするため、効率よく
導電層内に流れる電子を電子放出部に伝達することが可
能となる。Further, according to the structure of the present invention, since the thickness of the conductive layer is 100 nm or less, electrons flowing in the conductive layer can be efficiently transmitted to the electron-emitting portion.
【０１０６】また本発明の構成によれば、電子放出部と
なる膜と相対する位置にもう一つの電極とを備えたこと
を特徴とするため、放出電子流の軌道やビーム径を制御
することが可能となる。Further, according to the structure of the present invention, since another electrode is provided at a position opposite to the film serving as the electron emitting portion, the trajectory and beam diameter of the emitted electron flow can be controlled. Becomes possible.
【０１０７】また本発明に係る電子放出源によれば、入
力信号に応じて個々の電子放出量が制御可能な前記記載
の電子放出素子を、平面基板上に複数個配置したことを
特徴とするため、高効率電子放出素子による省電力化、
並びに電子放出領域の広域化が可能となる。さらに入力
信号に応じて個々の電子放出量を制御できるため、任意
の電子放出分布を得ることが可能となる。Further, according to the electron emission source of the present invention, a plurality of the above-mentioned electron emission elements whose individual electron emission amounts can be controlled according to an input signal are arranged on a flat substrate. Therefore, high-efficiency electron-emitting devices save power,
In addition, it is possible to widen the electron emission region. Further, since the amount of each electron emission can be controlled according to the input signal, it is possible to obtain an arbitrary electron emission distribution.
【０１０８】また本発明に係る電子放出源によれば、少
なくとも封止された容器と、前記容器の内部に配置され
た蛍光体層と、前記蛍光体層に電子線を照射する電子放
出源からなる蛍光体発光装置であって、前記記載の電子
放出源を用いることを特徴とするため、制御性良く高輝
度に蛍光体を発光させることが可能となる。According to the electron emission source of the present invention, at least a sealed container, a phosphor layer disposed inside the container, and an electron emission source for irradiating the phosphor layer with an electron beam. A phosphor light-emitting device comprising the above-described electron emission source, so that the phosphor can emit light with high controllability and high luminance.
【０１０９】また本発明に係る電子放出源の製造方法に
よれば、電極部と導電層部と電子放出部となるダイヤモ
ンド膜あるいはダイヤモンドを主成分とする膜からなる
電子放出素子の製造方法であって、前記ダイヤモンド膜
あるいはダイヤモンドを主成分とする膜の形成工程が気
相合成法であることを特徴とするため、容易に高品質な
ダイヤモンドからなる電子放出部を形成することができ
る。Further, according to the method for manufacturing an electron emission source according to the present invention, there is provided a method for manufacturing an electron emission element comprising a diamond film serving as an electrode portion, a conductive layer portion and an electron emission portion or a film containing diamond as a main component. Since the step of forming the diamond film or the film containing diamond as a main component is performed by a gas phase synthesis method, an electron emission portion made of high-quality diamond can be easily formed.
【０１１０】また本発明によれば、ダイヤモンド膜ある
いはダイヤモンドを主成分とする膜の気相合成工程が、
粒子状ダイヤモンド上にダイヤモンドを追成長させる工
程とを備えることを特徴とするため、電子放出材料とし
て非常に適したダイヤモンドを容易に導電層上あるいは
導電層間に再現性良く配置できるので、容易に高効率な
電子放出素子を形成することが可能となる。Further, according to the present invention, the vapor phase synthesizing step of a diamond film or a film containing diamond as a main component is carried out by:
A step of additionally growing diamond on the particulate diamond, so that diamond very suitable as an electron-emitting material can be easily arranged on the conductive layer or between the conductive layers with good reproducibility. An efficient electron-emitting device can be formed.
【０１１１】また本発明方法によれば、粒子状ダイヤモ
ンドを分布させる工程において、平均粒径が0.2μｍ以
下のダイヤモンド粒子を分散させた溶液を用いることを
特徴とするため、大きな面積に対しても均一にかつ制御
性、再現性良く粒子状ダイヤモンドを配置できるので、
容易に気相合成ダイヤモンドの薄膜化が可能となる。Further, according to the method of the present invention, in the step of distributing the particulate diamond, a solution in which diamond particles having an average particle diameter of 0.2 μm or less are used is used. Since the diamond particles can be arranged uniformly and with good controllability and reproducibility,
It is possible to easily reduce the thickness of the vapor phase synthetic diamond.
【０１１２】また本発明方法によれば、ダイヤモンド膜
あるいはダイヤモンドを主成分とする膜に対して、水素
ガスを含む雰囲気中で600℃以上に加熱処理を行なう、
あるいは加速した粒子を照射することを特徴とするた
め、電子放出部として用いるダイヤモンドの電子放出特
性が向上する。According to the method of the present invention, a diamond film or a film containing diamond as a main component is subjected to a heat treatment at 600 ° C. or more in an atmosphere containing hydrogen gas.
Alternatively, since the accelerated particles are irradiated, the electron emission characteristics of diamond used as the electron emission portion are improved.
【図１】（ａ）本発明に係る電子放出素子の基本的な構
造を示す模式的平面図 （ｂ）本発明に係る電子放出素子の基本的な構造を示す
模式的断面図FIG. 1A is a schematic plan view showing a basic structure of an electron-emitting device according to the present invention. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view showing a basic structure of an electron-emitting device according to the present invention.
【図２】本発明に係る電子放出素子の電子放出部となる
膜付近を拡大したもので、電子放出の概念を模式的に表
した図FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of a film serving as an electron-emitting portion of the electron-emitting device according to the present invention, schematically showing the concept of electron emission.
【図３】本発明に係る電子放出素子を一対の電極部に対
して複数対並列に配置した場合の基本的な構造を示す模
式的平面図FIG. 3 is a schematic plan view showing a basic structure when a plurality of electron-emitting devices according to the present invention are arranged in parallel with respect to a pair of electrode portions.
【図４】（ａ）本発明に係る他の電子放出素子の基本的
な構造を示す模式的平面図 （ｂ）本発明に係る他の電子放出素子の基本的な構造を
示す模式的断面図4A is a schematic plan view showing a basic structure of another electron-emitting device according to the present invention. FIG. 4B is a schematic cross-sectional view showing a basic structure of another electron-emitting device according to the present invention.
【図５】本発明に係る他の電子放出素子の電子放出部と
なる膜付近を拡大したもので、電子放出の概念を模式的
に表した図FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of a film serving as an electron-emitting portion of another electron-emitting device according to the present invention, schematically showing the concept of electron emission.
【図６】本発明に係る電子放出素子の形成プロセスを示
す模式図FIG. 6 is a schematic view showing a process for forming an electron-emitting device according to the present invention.
【図７】本発明に係る他の電子放出素子の形成プロセス
を示す模式図FIG. 7 is a schematic view showing a process for forming another electron-emitting device according to the present invention.
【図８】本発明に係る電子放出素子の電子放出特性を測
定評価した装置の概略図FIG. 8 is a schematic diagram of an apparatus for measuring and evaluating the electron emission characteristics of the electron-emitting device according to the present invention.
１ 基材 ２，３ 電極 ４，４ａ，４ｂ 導電層 ５ 電子放出部となる膜 ６ 電子 ７ 放出電子 ６１ 基材（石英ガラス） ６２ 導電層(ｎ形μc-Si) ６３ レジスト層 ６４ 電子放出部となる膜(ダイヤモンド膜) ６５ 電極部(Al) ７１ 基材（石英ガラス） ７２ 導電層(ｎ形μc-Si) ７３ レジスト層 ７４ 電子放出部となる膜（ダイヤモンド膜） ７５ 電極部(Al) ８１ 電子放出素子 ８２ 真空槽 ８３ アノード電極 ８４ アノード電源 ８５ 電流計 ８６ 電源 ８７ 電流計 REFERENCE SIGNS LIST 1 base material 2, 3 electrode 4, 4 a, 4 b conductive layer 5 film serving as electron emitting portion 6 electron 7 emitted electron 61 base material (quartz glass) 62 conductive layer (n-type μc-Si) 63 resist layer 64 electron emitting portion Film (diamond film) 65 Electrode (Al) 71 Base material (quartz glass) 72 Conductive layer (n-type μc-Si) 73 Resist layer 74 Film (diamond film) to be electron emission part 75 Electrode (Al) 81 Electron-emitting device 82 Vacuum chamber 83 Anode electrode 84 Anode power supply 85 Ammeter 86 Power supply 87 Ammeter
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白鳥 哲也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 佐藤 利文 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Tetsuya Shiratori 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (23)
部が配置された導電層と、前記導電層上に電子放出部と
なる膜を配置した電子放出素子。1. An electron-emitting device in which at least a plurality of electrode portions, a conductive layer on which the electrode portions are disposed, and a film serving as an electron-emitting portion are disposed on the conductive layer.
部が配置された複数の導電層と、前記導電層間に電子放
出部となる膜を配置した電子放出素子。2. An electron-emitting device in which at least a plurality of electrode portions, a plurality of conductive layers on which the electrode portions are disposed, and a film serving as an electron-emitting portion are disposed between the conductive layers.
徴とする請求項１又は２に記載の電子放出素子。3. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the thickness of the film is 1 μm or less.
を特徴とする請求項１又は２に記載の電子放出素子。4. The electron-emitting device according to claim 1, wherein a current is applied in an in-plane direction of the conductive layer.
ら、導電層を加熱することを特徴とする請求項１又は２
に記載の電子放出素子。5. The conductive layer is heated while applying a current in an in-plane direction of the conductive layer.
3. The electron-emitting device according to item 1.
御することによって、電子放出量を変調することを特徴
とする請求項１又は２に記載の電子放出素子。6. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the amount of electron emission is modulated by controlling the amount of current flowing in the in-plane direction of the conductive layer.
るいはダイヤモンドを主成分とする材料から構成される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子放出素
子。7. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the film serving as the electron-emitting portion is made of diamond or a material containing diamond as a main component.
成分とする膜の最表面原子が、水素原子との結合によっ
て終端された構造を含むことを特徴とする請求項７に記
載の電子放出素子。8. The electron-emitting device according to claim 7, wherein the outermost surface atoms of diamond or a film containing diamond as a main component have a structure terminated by bonding with hydrogen atoms.
成分とする膜の最表面原子と結合した水素原子量が、１
平方センチメートル当たり1×1015個以上であることを
特徴とする請求項８に記載の電子放出素子。9. The amount of hydrogen atoms bonded to the outermost surface atoms of diamond or a film containing diamond as a main component is 1
9. The electron-emitting device according to claim 8, wherein the number is 1 × 10 15 or more per square centimeter.
主成分とする膜が、結晶欠陥を有していることを特徴と
する請求項７に記載の電子放出素子。10. The electron-emitting device according to claim 7, wherein the diamond or the film containing diamond as a main component has a crystal defect.
主成分とする膜の結晶欠陥密度が、１立方センチメート
ル当たり1×1018個以上であることを特徴とする請求項1
0に記載の電子放出素子。11. The crystal defect density of diamond or a film containing diamond as a main component is 1 × 10 18 or more per cubic centimeter.
The electron-emitting device according to 0.
から選ばれるいずれかの材料で構成されることを特徴と
する請求項１、２いずれかに記載の電子放出素子。12. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the conductive layer is made of any material selected from a metal and an n-type semiconductor.
とを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。13. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the conductive layer has a thickness of 100 nm or less.
に、もう一つの電極を備えたことを特徴とする請求項１
又は２に記載の電子放出素子。14. The device according to claim 1, wherein another electrode is provided at a position opposite to the film serving as an electron emitting portion.
Or the electron-emitting device according to 2.
制御可能な請求項１又は２に記載の電子放出素子を、平
面基板上に複数個配置したことを特徴とする電子放出
源。15. An electron emission source, wherein a plurality of electron emission devices according to claim 1 or 2 are arranged on a plane substrate, wherein the electron emission amount can be controlled according to an input signal.
容器の内部に配置された蛍光体層と、前記蛍光体層に電
子線を照射する電子放出源からなる蛍光体発光装置であ
って、電子放出源が請求項15に記載の構成であることを
特徴とする蛍光体発光装置。16. A phosphor light emitting device comprising at least a sealed container, a phosphor layer disposed inside the container, and an electron emission source for irradiating the phosphor layer with an electron beam, 16. A phosphor light emitting device, wherein the electron emission source has a configuration according to claim 15.
ダイヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成分とする膜
からなる電子放出素子の製造方法であって、前記ダイヤ
モンド膜あるいはダイヤモンドを主成分とする膜の形成
工程が、気相合成工程であることを特徴とする電子放出
素子の製造方法。17. A method for manufacturing an electron-emitting device comprising a diamond film serving as an electrode portion, a conductive layer portion and an electron-emitting portion or a film containing diamond as a main component, wherein said diamond film or a film containing diamond as a main component. Wherein the step of forming is a vapor phase synthesizing step.
を主成分をする膜の気相合成工程が、0.2μｍ以下の平
均粒径を有する粒子状ダイヤモンドを分布させる工程
と、前記粒子状ダイヤモンド上にダイヤモンドあるいは
ダイヤモンドを主成分をする材料を追成長させる工程と
を備えることを特徴とする請求項17記載の電子放出素子
の製造方法。18. A method for producing a diamond film or a film containing diamond as a main component, comprising the steps of: distributing particulate diamond having an average particle size of 0.2 μm or less; and depositing diamond or diamond on the particulate diamond. 18. The method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 17, further comprising: a step of additionally growing a material as a main component.
において、平均粒径が0.2μｍ以下のダイヤモンド粒子
を分散させた溶液を用いて粒子状ダイヤモンドを分布さ
せることを特徴とする請求項18に記載の電子放出素子の
製造方法。19. The method according to claim 18, wherein in the step of distributing the particulate diamond, the particulate diamond is distributed using a solution in which diamond particles having an average particle size of 0.2 μm or less are dispersed. A method for manufacturing an emission element.
イヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成分をする膜か
らなる電子放出素子の製造方法であって、前記ダイヤモ
ンド膜あるいはダイヤモンドを主成分をする膜に結晶欠
陥を導入する工程を備えることを特徴とする電子放出素
子の製造方法。20. A method for manufacturing an electron-emitting device comprising an electrode portion, a conductive layer and a diamond film serving as an electron-emitting portion or a film containing diamond as a main component. A method for manufacturing an electron-emitting device, comprising a step of introducing a crystal defect.
を主成分をする膜に結晶欠陥を導入する工程が、加速し
た原子あるいは分子を照射する工程であることを特徴と
する請求項20に記載の電子放出素子の製造方法。21. The electron-emitting device according to claim 20, wherein the step of introducing a crystal defect into the diamond film or the film containing diamond as a main component is a step of irradiating accelerated atoms or molecules. Production method.
イヤモンド膜あるいはダイヤモンドを主成分をする膜か
らなる電子放出素子の製造方法であって、前記ダイヤモ
ンド膜あるいはダイヤモンドを主成分をする膜の最表面
原子に水素原子を結合させる工程を備えることを特徴と
する電子放出素子の製造方法。22. A method of manufacturing an electron-emitting device comprising an electrode portion, a conductive layer, and a diamond film serving as an electron-emitting portion or a film containing diamond as a main component. A method for manufacturing an electron-emitting device, comprising a step of bonding a hydrogen atom to an outermost surface atom.
を主成分をする膜の最表面原子に水素原子を結合させる
工程が、水素を含む雰囲気中で600℃以上に加熱する工
程、あるいは波長が200nm以下の紫外線光を照射する工
程から選ばれることを特徴とする請求項22に記載の電子
放出素子の製造方法。23. A step of bonding a hydrogen atom to the outermost surface atom of the diamond film or the film containing diamond as a main component, wherein the heating is performed at 600 ° C. or more in an atmosphere containing hydrogen, 23. The method for producing an electron-emitting device according to claim 22, wherein the method is selected from a step of irradiating the electron-emitting device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29827297A JPH11135002A (en) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | Electron emission element and its manufacture and electron emission source and phosphor luminescence device using the element |
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| JP29827297A JPH11135002A (en) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | Electron emission element and its manufacture and electron emission source and phosphor luminescence device using the element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11135002A true JPH11135002A (en) | 1999-05-21 |
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ID=17857497
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| JP29827297A Pending JPH11135002A (en) | 1997-10-30 | 1997-10-30 | Electron emission element and its manufacture and electron emission source and phosphor luminescence device using the element |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JPH11135002A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005108637A (en) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Electron emission element, electron beam source, and electron emission control method |
| JP2009091234A (en) * | 2007-09-18 | 2009-04-30 | Tokyo Univ Of Science | Conductive diamond film-formed substrate, and method for production of the substrate |
-
1997
- 1997-10-30 JP JP29827297A patent/JPH11135002A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005108637A (en) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Electron emission element, electron beam source, and electron emission control method |
| JP2009091234A (en) * | 2007-09-18 | 2009-04-30 | Tokyo Univ Of Science | Conductive diamond film-formed substrate, and method for production of the substrate |
| JP2013166692A (en) * | 2007-09-18 | 2013-08-29 | Tokyo Univ Of Science | Method for producing substrate with conductive diamond film formed thereon |
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