JP3465657B2 - 電界放射型電子源およびその製造方法 - Google Patents
電界放射型電子源およびその製造方法Info
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- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界放射により電
子線を放射するようにした電界放射型電子源およびその
製造方法に関するものである。
子線を放射するようにした電界放射型電子源およびその
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、電界放射型電子源として、例
えば米国特許３６６５２４１号などに開示されているい
わゆるスピント（Spindt）型電極と呼ばれるものがあ
る。このスピント型電極は、微小な三角錐状のエミッタ
チップを多数配置した基板と、エミッタチップの先端部
を露出させる放射孔を有するとともにエミッタチップに
対して絶縁された形で配置されたゲート層とを備え、真
空中にてエミッタチップをゲート層に対して負極として
高電圧を印加することにより、エミッタチップの先端か
ら放射孔を通して電子線を放射するものである。
えば米国特許３６６５２４１号などに開示されているい
わゆるスピント（Spindt）型電極と呼ばれるものがあ
る。このスピント型電極は、微小な三角錐状のエミッタ
チップを多数配置した基板と、エミッタチップの先端部
を露出させる放射孔を有するとともにエミッタチップに
対して絶縁された形で配置されたゲート層とを備え、真
空中にてエミッタチップをゲート層に対して負極として
高電圧を印加することにより、エミッタチップの先端か
ら放射孔を通して電子線を放射するものである。
【０００３】しかしながら、スピント型電極は、製造プ
ロセスが複雑であるとともに、多数の三角錐状のエミッ
タチップを精度良く構成することが難しく、例えば平面
発光装置やディスプレイなどへ応用する場合に大面積化
が難しいという問題があった。また、スピント型電極
は、電界がエミッタチップの先端に集中するので、エミ
ッタチップの先端の周りの真空度が低くて残留ガスが存
在するような場合、放射された電子によって残留ガスが
プラスイオンにイオン化され、プラスイオンがエミッタ
チップの先端に衝突するから、エミッタチップの先端が
ダメージ（例えば、イオン衝撃による損傷）を受け、放
射される電子の電流密度や効率などが不安定になった
り、エミッタチップの寿命が短くなってしまうという問
題が生じる。したがって、スピント型電極では、この種
の問題の発生を防ぐために、高真空（約１０-5Ｐａ〜約
１０-6Ｐａ）で使用する必要があり、コストが高くなる
とともに、取扱いが面倒になるという不具合があった。
ロセスが複雑であるとともに、多数の三角錐状のエミッ
タチップを精度良く構成することが難しく、例えば平面
発光装置やディスプレイなどへ応用する場合に大面積化
が難しいという問題があった。また、スピント型電極
は、電界がエミッタチップの先端に集中するので、エミ
ッタチップの先端の周りの真空度が低くて残留ガスが存
在するような場合、放射された電子によって残留ガスが
プラスイオンにイオン化され、プラスイオンがエミッタ
チップの先端に衝突するから、エミッタチップの先端が
ダメージ（例えば、イオン衝撃による損傷）を受け、放
射される電子の電流密度や効率などが不安定になった
り、エミッタチップの寿命が短くなってしまうという問
題が生じる。したがって、スピント型電極では、この種
の問題の発生を防ぐために、高真空（約１０-5Ｐａ〜約
１０-6Ｐａ）で使用する必要があり、コストが高くなる
とともに、取扱いが面倒になるという不具合があった。
【０００４】この種の不具合を改善するために、ＭＩＭ
（Metal Insulator Metal)方式やＭＯＳ(Metal Oxid
e Semiconductor)型の電界放射型電子源が提案されて
いる。前者は金属−絶縁膜−金属、後者は金属−酸化膜
−半導体の積層構造を有する平面型の電界放射型電子源
である。しかしながら、このタイプの電界放射型電子源
において電子の放射効率を高めるためには（多くの電子
を放射させるためには）、上記絶縁膜や上記酸化膜の膜
厚を薄くする必要があるが、上記絶縁膜や上記酸化膜の
膜厚を薄くしすぎると、上記積層構造の上下の電極間に
電圧を印加した時に絶縁破壊を起こす恐れがあり、この
ような絶縁破壊を防止するためには上記絶縁膜や上記酸
化膜の膜厚の薄膜化に制約があるので、電子の放出効率
（引き出し効率）をあまり高くできないという不具合が
あった。
（Metal Insulator Metal)方式やＭＯＳ(Metal Oxid
e Semiconductor)型の電界放射型電子源が提案されて
いる。前者は金属−絶縁膜−金属、後者は金属−酸化膜
−半導体の積層構造を有する平面型の電界放射型電子源
である。しかしながら、このタイプの電界放射型電子源
において電子の放射効率を高めるためには（多くの電子
を放射させるためには）、上記絶縁膜や上記酸化膜の膜
厚を薄くする必要があるが、上記絶縁膜や上記酸化膜の
膜厚を薄くしすぎると、上記積層構造の上下の電極間に
電圧を印加した時に絶縁破壊を起こす恐れがあり、この
ような絶縁破壊を防止するためには上記絶縁膜や上記酸
化膜の膜厚の薄膜化に制約があるので、電子の放出効率
（引き出し効率）をあまり高くできないという不具合が
あった。
【０００５】また、近年では、特開平８−２５０７６６
号公報に開示されているように、シリコン基板などの単
結晶の半導体基板を用い、その半導体基板の一表面を陽
極酸化することにより多孔質半導体層（ポーラスシリコ
ン層）を形成して、その多孔質半導体層上に金属薄膜を
形成し、半導体基板と金属薄膜との間に電圧を印加して
電子を放射させるように構成した電界放射型電子源（半
導体冷電子放出素子）が提案されている。
号公報に開示されているように、シリコン基板などの単
結晶の半導体基板を用い、その半導体基板の一表面を陽
極酸化することにより多孔質半導体層（ポーラスシリコ
ン層）を形成して、その多孔質半導体層上に金属薄膜を
形成し、半導体基板と金属薄膜との間に電圧を印加して
電子を放射させるように構成した電界放射型電子源（半
導体冷電子放出素子）が提案されている。
【０００６】しかしながら、上述の特開平８−２５０７
６６号公報に記載の電界放射型電子源では、基板が半導
体基板に限られるので、大面積化やコストダウン化が難
しいという不具合がある。また、特開平８−２５０７６
６号公報に記載の電界放射型電子源では電子放出時にい
わゆるポッピング現象が生じやすく、放出電子量にむら
が起こりやすいので、平面発光装置やディスプレイなど
に応用すると、発光むらができてしまうという不具合が
ある。
６６号公報に記載の電界放射型電子源では、基板が半導
体基板に限られるので、大面積化やコストダウン化が難
しいという不具合がある。また、特開平８−２５０７６
６号公報に記載の電界放射型電子源では電子放出時にい
わゆるポッピング現象が生じやすく、放出電子量にむら
が起こりやすいので、平面発光装置やディスプレイなど
に応用すると、発光むらができてしまうという不具合が
ある。
【０００７】そこで、多孔質多結晶半導体層（例えば、
多孔質化された多結晶シリコン層）を急速熱酸化（ＲＴ
Ｏ）技術によって急速熱酸化することによって、導電性
基板と金属薄膜（表面電極）との間に介在し導電性基板
から注入された電子がドリフトする強電界ドリフト層を
形成した電界放射型電子源が提案されている（例えば、
特許第２９６６８４２号、特許第２９８７１４０号参
照）。この電界放射型電子源１０’は、例えば、図８に
示すように、導電性基板たるｎ形シリコン基板１の主表
面側に酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなる強電界
ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に金属
薄膜よりなる表面電極７が形成され、ｎ形シリコン基板
１の裏面にオーミック電極２が形成されている。
多孔質化された多結晶シリコン層）を急速熱酸化（ＲＴ
Ｏ）技術によって急速熱酸化することによって、導電性
基板と金属薄膜（表面電極）との間に介在し導電性基板
から注入された電子がドリフトする強電界ドリフト層を
形成した電界放射型電子源が提案されている（例えば、
特許第２９６６８４２号、特許第２９８７１４０号参
照）。この電界放射型電子源１０’は、例えば、図８に
示すように、導電性基板たるｎ形シリコン基板１の主表
面側に酸化した多孔質多結晶シリコン層よりなる強電界
ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に金属
薄膜よりなる表面電極７が形成され、ｎ形シリコン基板
１の裏面にオーミック電極２が形成されている。
【０００８】図８に示す構成の電界放射型電子源１０’
では、表面電極７を真空中に配置するとともに図９に示
すように表面電極７に対向してコレクタ電極２１を配置
し、表面電極７をｎ形シリコン基板１（オーミック電極
２）に対して正極として直流電圧Ｖpsを印加するととも
に、コレクタ電極２１を表面電極７に対して正極として
直流電圧Ｖcを印加することにより、ｎ形シリコン基板
１から注入された電子が強電界ドリフト層６をドリフト
し表面電極７を通して放出される（なお、図９中の一点
鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ-の流れを
示す）。したがって、表面電極７としては、仕事関数の
小さな材料を用いることが望ましい。ここにおいて、表
面電極７とオーミック電極２との間に流れる電流をダイ
オード電流Ｉpsと称し、コレクタ電極２１と表面電極７
との間に流れる電流を放出電子電流Ｉeと称し、ダイオ
ード電流Ｉpsに対する放出電子電流Ｉeが大きい（Ｉe／
Ｉpsが大きい）ほど電子放出効率が高くなる。なお、こ
の電界放射型電子源１０’では、表面電極７とオーミッ
ク電極２との間に印加する直流電圧Ｖpsを１０〜２０Ｖ
程度の低電圧としても電子を放出させることができる。
では、表面電極７を真空中に配置するとともに図９に示
すように表面電極７に対向してコレクタ電極２１を配置
し、表面電極７をｎ形シリコン基板１（オーミック電極
２）に対して正極として直流電圧Ｖpsを印加するととも
に、コレクタ電極２１を表面電極７に対して正極として
直流電圧Ｖcを印加することにより、ｎ形シリコン基板
１から注入された電子が強電界ドリフト層６をドリフト
し表面電極７を通して放出される（なお、図９中の一点
鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ-の流れを
示す）。したがって、表面電極７としては、仕事関数の
小さな材料を用いることが望ましい。ここにおいて、表
面電極７とオーミック電極２との間に流れる電流をダイ
オード電流Ｉpsと称し、コレクタ電極２１と表面電極７
との間に流れる電流を放出電子電流Ｉeと称し、ダイオ
ード電流Ｉpsに対する放出電子電流Ｉeが大きい（Ｉe／
Ｉpsが大きい）ほど電子放出効率が高くなる。なお、こ
の電界放射型電子源１０’では、表面電極７とオーミッ
ク電極２との間に印加する直流電圧Ｖpsを１０〜２０Ｖ
程度の低電圧としても電子を放出させることができる。
【０００９】この電界放射型電子源１０’では、電子放
出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピ
ング現象が発生せず安定して電子を高い電子放出効率で
放出することができる。ここにおいて、強電界ドリフト
層６は、図１０に示すように、少なくとも、柱状の多結
晶シリコン５１（グレイン）と、多結晶シリコン５１の
表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、多結晶シ
リコン５１間に介在するナノメータオーダの微結晶シリ
コン層６３と、微結晶シリコン層６３の表面に形成され
当該微結晶シリコン層６３の結晶粒径よりも小さな膜厚
の絶縁膜であるシリコン酸化膜６４とから構成されると
考えられる。すなわち、強電界ドリフト層６は、各グレ
インの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では結晶
状態が維持されていると考えられる。したがって、強電
界ドリフト層６に印加された電界はほとんどシリコン酸
化膜６４にかかるから、注入された電子はシリコン酸化
膜６４にかかっている強電界により加速され多結晶シリ
コン５１間を表面に向かって図１０中の矢印Ａの向きへ
（図１０中の上方向へ向かって）ドリフトするので、電
子放出効率を向上させることができる。なお、強電界ド
リフト層６の表面に到達した電子はホットエレクトロン
であると考えられ、表面電極７を容易にトンネルし真空
中に放出される。なお、表面電極７の膜厚は１０ｎｍな
いし１５ｎｍ程度に設定されている。
出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピ
ング現象が発生せず安定して電子を高い電子放出効率で
放出することができる。ここにおいて、強電界ドリフト
層６は、図１０に示すように、少なくとも、柱状の多結
晶シリコン５１（グレイン）と、多結晶シリコン５１の
表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、多結晶シ
リコン５１間に介在するナノメータオーダの微結晶シリ
コン層６３と、微結晶シリコン層６３の表面に形成され
当該微結晶シリコン層６３の結晶粒径よりも小さな膜厚
の絶縁膜であるシリコン酸化膜６４とから構成されると
考えられる。すなわち、強電界ドリフト層６は、各グレ
インの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では結晶
状態が維持されていると考えられる。したがって、強電
界ドリフト層６に印加された電界はほとんどシリコン酸
化膜６４にかかるから、注入された電子はシリコン酸化
膜６４にかかっている強電界により加速され多結晶シリ
コン５１間を表面に向かって図１０中の矢印Ａの向きへ
（図１０中の上方向へ向かって）ドリフトするので、電
子放出効率を向上させることができる。なお、強電界ド
リフト層６の表面に到達した電子はホットエレクトロン
であると考えられ、表面電極７を容易にトンネルし真空
中に放出される。なお、表面電極７の膜厚は１０ｎｍな
いし１５ｎｍ程度に設定されている。
【００１０】ところで、上記導電性基板としてｎ形シリ
コン基板１などの半導体基板の代わりに、ガラス基板な
どの絶縁性基板上に例えばＩＴＯ膜よりなる導電性層を
形成した基板を使用すれば、電子源の大面積化および低
コスト化が可能になる。
コン基板１などの半導体基板の代わりに、ガラス基板な
どの絶縁性基板上に例えばＩＴＯ膜よりなる導電性層を
形成した基板を使用すれば、電子源の大面積化および低
コスト化が可能になる。
【００１１】図１１に、ガラス基板よりなる絶縁性基板
１１と該絶縁性基板１１上に形成したＩＴＯ膜よりなる
導電性層８とで構成した導電性基板を用いた電界放射型
電子源１０”を示す。すなわち、この電界放射型電子源
１０”は、図１１に示すように、絶縁性基板１１上に例
えばＩＴＯ膜よりなる導電性層８が形成され、導電性層
８上に強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト
層６上に金属薄膜よりなる表面電極７が形成されてい
る。ここに、強電界ドリフト層６は、導電性層８上にノ
ンドープの多結晶シリコン層を堆積させた後に、該多結
晶シリコン層を陽極酸化処理にて多孔質化し、さらに急
速加熱法によって酸化若しくは窒化することにより形成
されている。
１１と該絶縁性基板１１上に形成したＩＴＯ膜よりなる
導電性層８とで構成した導電性基板を用いた電界放射型
電子源１０”を示す。すなわち、この電界放射型電子源
１０”は、図１１に示すように、絶縁性基板１１上に例
えばＩＴＯ膜よりなる導電性層８が形成され、導電性層
８上に強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト
層６上に金属薄膜よりなる表面電極７が形成されてい
る。ここに、強電界ドリフト層６は、導電性層８上にノ
ンドープの多結晶シリコン層を堆積させた後に、該多結
晶シリコン層を陽極酸化処理にて多孔質化し、さらに急
速加熱法によって酸化若しくは窒化することにより形成
されている。
【００１２】この電界放射型電子源１０”では、表面電
極７を真空中に配置するとともに図１２に示すように表
面電極７に対向してコレクタ電極２１を配置し、表面電
極７を導電性層８に対して正極として直流電圧Ｖpsを印
加するとともに、コレクタ電極２１を表面電極７に対し
て正極として直流電圧Ｖcを印加することにより、導電
性層８から注入された電子が強電界ドリフト層６をドリ
フトし表面電極７を通して放出される（なお、図１２中
の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ-の
流れを示す）。ここにおいて、表面電極７と導電性層８
との間に流れる電流をダイオード電流Ｉpsと称し、コレ
クタ電極２１と表面電極７との間に流れる電流を放出電
子電流Ｉeと称し、ダイオード電流Ｉpsに対する放出電
子電流Ｉeが大きい（Ｉe／Ｉpsが大きい）ほど電子放出
効率が高くなる。なお、この電界放射型電子源１０”で
は、表面電極７と導電性層８との間に印加する直流電圧
Ｖpsを１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出さ
せることができる。
極７を真空中に配置するとともに図１２に示すように表
面電極７に対向してコレクタ電極２１を配置し、表面電
極７を導電性層８に対して正極として直流電圧Ｖpsを印
加するとともに、コレクタ電極２１を表面電極７に対し
て正極として直流電圧Ｖcを印加することにより、導電
性層８から注入された電子が強電界ドリフト層６をドリ
フトし表面電極７を通して放出される（なお、図１２中
の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ-の
流れを示す）。ここにおいて、表面電極７と導電性層８
との間に流れる電流をダイオード電流Ｉpsと称し、コレ
クタ電極２１と表面電極７との間に流れる電流を放出電
子電流Ｉeと称し、ダイオード電流Ｉpsに対する放出電
子電流Ｉeが大きい（Ｉe／Ｉpsが大きい）ほど電子放出
効率が高くなる。なお、この電界放射型電子源１０”で
は、表面電極７と導電性層８との間に印加する直流電圧
Ｖpsを１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出さ
せることができる。
【００１３】ところで、上述の絶縁性基板１１を利用し
た電界放射型電子源１０”では、強電界ドリフト層６
が、導電性層８上にノンドープの多結晶シリコン層を堆
積させた後に、該多結晶シリコン層を陽極酸化処理にて
多孔質化し、さらに急速加熱法によって酸化することに
より形成されており、この際の酸化温度が比較的高温
（８００℃から９００℃の温度範囲）なので、絶縁性基
板１１として高価な石英ガラスを用いざるをえず、大面
積化および低コスト化が制限されるという不具合があっ
た。この種の不具合を解決する手段（つまり、プロセス
の低温化を図る手段）としては、多孔質化した多結晶シ
リコン層を酸化する方法として、例えば酸により酸化す
る方法や、酸素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス
雰囲気中で紫外線を照射して酸化する方法などが考えら
れる。このように多孔質化した多結晶シリコン層を酸に
より酸化する方法や、多孔質化した多結晶シリコン層を
酸素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス雰囲気中で
紫外線を照射して酸化する方法を採用することにより、
絶縁性基板１１として耐熱温度が石英ガラス基板に比べ
て低く価格が石英ガラス基板に比べて安価なガラス基板
（例えば、無アルカリガラス基板、低アルカリガラス基
板、ソーダライムガラス基板など）を用いることが可能
となる。
た電界放射型電子源１０”では、強電界ドリフト層６
が、導電性層８上にノンドープの多結晶シリコン層を堆
積させた後に、該多結晶シリコン層を陽極酸化処理にて
多孔質化し、さらに急速加熱法によって酸化することに
より形成されており、この際の酸化温度が比較的高温
（８００℃から９００℃の温度範囲）なので、絶縁性基
板１１として高価な石英ガラスを用いざるをえず、大面
積化および低コスト化が制限されるという不具合があっ
た。この種の不具合を解決する手段（つまり、プロセス
の低温化を図る手段）としては、多孔質化した多結晶シ
リコン層を酸化する方法として、例えば酸により酸化す
る方法や、酸素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス
雰囲気中で紫外線を照射して酸化する方法などが考えら
れる。このように多孔質化した多結晶シリコン層を酸に
より酸化する方法や、多孔質化した多結晶シリコン層を
酸素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス雰囲気中で
紫外線を照射して酸化する方法を採用することにより、
絶縁性基板１１として耐熱温度が石英ガラス基板に比べ
て低く価格が石英ガラス基板に比べて安価なガラス基板
（例えば、無アルカリガラス基板、低アルカリガラス基
板、ソーダライムガラス基板など）を用いることが可能
となる。
【００１４】なお、上述の各電界放射型電子源１０’，
１０”では、ノンドープの多結晶シリコン層の全部を多
孔質化しているが、一部を多孔質化してもよい。
１０”では、ノンドープの多結晶シリコン層の全部を多
孔質化しているが、一部を多孔質化してもよい。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
絶縁性基板１１を利用した電界放射型電子源１０”で
は、製造工程においてＩＴＯ膜よりなる導電性層８上に
ノンドープの多結晶シリコン層を堆積させる際に、導電
性層８との界面近傍に高抵抗のアモルファスシリコン層
が形成されてしまい、導電性層８と強電界ドリフト層６
との間若しくは強電界ドリフト層６における導電性層８
との界面近傍に高抵抗のアモルファスシリコン層が残っ
てしまう。このため、上述のダイオード電流Ｉpsを流す
際にアモルファスシリコン層での電圧降下が起こり強電
界ドリフト層６に印加される電圧が低下してしまうの
で、所望の放出電子電流（エミッション電流）Ｉeを得
るための直流電圧Ｖpsが高くなり、電子放出効率が低下
してしまうという不具合があった。また、アモルファス
シリコン層で電圧降下が生じることによってアモルファ
スシリコン層が発熱し熱的な安定性が損なわれてしまう
という不具合があった。さらに、導電性層８とアモルフ
ァスシリコン層との間にショットキーバリアがあるの
で、ショットキーバリアで電圧降下が生じてしまうとい
う不具合があった。
絶縁性基板１１を利用した電界放射型電子源１０”で
は、製造工程においてＩＴＯ膜よりなる導電性層８上に
ノンドープの多結晶シリコン層を堆積させる際に、導電
性層８との界面近傍に高抵抗のアモルファスシリコン層
が形成されてしまい、導電性層８と強電界ドリフト層６
との間若しくは強電界ドリフト層６における導電性層８
との界面近傍に高抵抗のアモルファスシリコン層が残っ
てしまう。このため、上述のダイオード電流Ｉpsを流す
際にアモルファスシリコン層での電圧降下が起こり強電
界ドリフト層６に印加される電圧が低下してしまうの
で、所望の放出電子電流（エミッション電流）Ｉeを得
るための直流電圧Ｖpsが高くなり、電子放出効率が低下
してしまうという不具合があった。また、アモルファス
シリコン層で電圧降下が生じることによってアモルファ
スシリコン層が発熱し熱的な安定性が損なわれてしまう
という不具合があった。さらに、導電性層８とアモルフ
ァスシリコン層との間にショットキーバリアがあるの
で、ショットキーバリアで電圧降下が生じてしまうとい
う不具合があった。
【００１６】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高い電界放射型電子源およびその製造方法を提供す
ることにある。
あり、その目的は、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高い電界放射型電子源およびその製造方法を提供す
ることにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、基板と、該基板の一表面上に形
成された導電性層と、導電性層の表面側に形成されたノ
ンドープ半導体層と、該ノンドープ半導体層上に形成さ
れた酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電
界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面
電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正極として
電圧を印加することにより導電性層から注入された電子
が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出
される電界放射型電子源であって、上記導電性層と上記
ノンドープ半導体層との間に低抵抗の半導体よりなる半
導体結晶層を介在させてなることを特徴とするものであ
り、導電性層上に低抵抗の半導体結晶層が形成されてい
ることにより、導電性層に起因したショットキーバリア
が従来に比べて薄くなりトンネリングで電流を流すこと
ができて、ショットキーバリアでの電圧降下を小さくで
き、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成
されている場合に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的
な安定性が高くなる。
目的を達成するために、基板と、該基板の一表面上に形
成された導電性層と、導電性層の表面側に形成されたノ
ンドープ半導体層と、該ノンドープ半導体層上に形成さ
れた酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電
界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面
電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正極として
電圧を印加することにより導電性層から注入された電子
が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出
される電界放射型電子源であって、上記導電性層と上記
ノンドープ半導体層との間に低抵抗の半導体よりなる半
導体結晶層を介在させてなることを特徴とするものであ
り、導電性層上に低抵抗の半導体結晶層が形成されてい
ることにより、導電性層に起因したショットキーバリア
が従来に比べて薄くなりトンネリングで電流を流すこと
ができて、ショットキーバリアでの電圧降下を小さくで
き、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成
されている場合に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的
な安定性が高くなる。
【００１８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記導電性層と上記半導体結晶層との間にシリサイ
ド層が設けられているので、ショットキーバリアの高さ
を低くすることができ、また、上記導電性層から上記半
導体結晶層への上記導電性層の構成元素の拡散を防止す
ることができ、拡散による合金化などを抑制することが
でき、熱的な安定性がより向上する。
て、上記導電性層と上記半導体結晶層との間にシリサイ
ド層が設けられているので、ショットキーバリアの高さ
を低くすることができ、また、上記導電性層から上記半
導体結晶層への上記導電性層の構成元素の拡散を防止す
ることができ、拡散による合金化などを抑制することが
でき、熱的な安定性がより向上する。
【００１９】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、上記半導体結晶層は、それぞれ抵抗
の異なる半導体層が厚み方向において積層された多層構
造を有し、上記導電性層に近い半導体層ほど抵抗が小さ
いので、電子放出効率が向上する。
２の発明において、上記半導体結晶層は、それぞれ抵抗
の異なる半導体層が厚み方向において積層された多層構
造を有し、上記導電性層に近い半導体層ほど抵抗が小さ
いので、電子放出効率が向上する。
【００２０】請求項４の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、上記半導体結晶層は、厚み方向に抵
抗が連続的に変化した層であって、上記導電性層に近づ
くほど抵抗が小さいので、電子放出効率が向上する。
２の発明において、上記半導体結晶層は、厚み方向に抵
抗が連続的に変化した層であって、上記導電性層に近づ
くほど抵抗が小さいので、電子放出効率が向上する。
【００２１】請求項５の発明は、基板と、該基板の一表
面上に形成された導電性層と、導電性層の表面側に形成
されたノンドープ半導体層と、該ノンドープ半導体層上
に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層より
なる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成さ
れた表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正
極として電圧を印加することにより導電性層から注入さ
れた電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通
して放出される電界放射型電子源であって、上記導電性
層と上記ノンドープ半導体層との間にシリサイド層を介
在させてなることを特徴とするものであり、導電性層上
にシリサイド層を介してノンドープ半導体層が形成され
ていることにより、導電性層上に高抵抗のアモルファス
半導体層が形成されている場合に比べてショットキーバ
リアの高さが低くなり、電子放出効率が高く且つ熱的な
安定性が高くなり、また、導電性層とノンドープ半導体
層との間にシリサイド層が介在するので、上記導電性層
から上記ノンドープ半導体層への拡散を防止することが
でき、拡散による合金化などを抑制することができ、熱
的な安定性がより向上する。
面上に形成された導電性層と、導電性層の表面側に形成
されたノンドープ半導体層と、該ノンドープ半導体層上
に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層より
なる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成さ
れた表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正
極として電圧を印加することにより導電性層から注入さ
れた電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通
して放出される電界放射型電子源であって、上記導電性
層と上記ノンドープ半導体層との間にシリサイド層を介
在させてなることを特徴とするものであり、導電性層上
にシリサイド層を介してノンドープ半導体層が形成され
ていることにより、導電性層上に高抵抗のアモルファス
半導体層が形成されている場合に比べてショットキーバ
リアの高さが低くなり、電子放出効率が高く且つ熱的な
安定性が高くなり、また、導電性層とノンドープ半導体
層との間にシリサイド層が介在するので、上記導電性層
から上記ノンドープ半導体層への拡散を防止することが
でき、拡散による合金化などを抑制することができ、熱
的な安定性がより向上する。
【００２２】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
５の発明において、上記強電界ドリフト層は、基板の主
表面に略直交して列設された柱状の半導体結晶と、半導
体結晶間に介在するナノメータオーダの半導体微結晶
と、半導体微結晶の表面に形成され当該半導体微結晶の
結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜とからなるので、強
電界ドリフト層では導電性層から注入された電子が半導
体微結晶に衝突せずに上記絶縁膜に印加されている電界
で加速されてドリフトし、強電界ドリフト層で発生した
熱が柱状の半導体結晶を通して放熱されるから、電子放
出時にポッピング現象が発生せず高効率で電子を放出す
ることができる。
５の発明において、上記強電界ドリフト層は、基板の主
表面に略直交して列設された柱状の半導体結晶と、半導
体結晶間に介在するナノメータオーダの半導体微結晶
と、半導体微結晶の表面に形成され当該半導体微結晶の
結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜とからなるので、強
電界ドリフト層では導電性層から注入された電子が半導
体微結晶に衝突せずに上記絶縁膜に印加されている電界
で加速されてドリフトし、強電界ドリフト層で発生した
熱が柱状の半導体結晶を通して放熱されるから、電子放
出時にポッピング現象が発生せず高効率で電子を放出す
ることができる。
【００２３】請求項７の発明は、請求項１ないし請求項
６の発明において、上記半導体は、多結晶半導体よりな
るので、大面積化が容易になる。
６の発明において、上記半導体は、多結晶半導体よりな
るので、大面積化が容易になる。
【００２４】請求項８の発明は、請求項１ないし請求項
７の発明において、上記半導体は、シリコンよりなるの
で、シリコンプロセスを使用できる。
７の発明において、上記半導体は、シリコンよりなるの
で、シリコンプロセスを使用できる。
【００２５】請求項９の発明は、請求項１ないし請求項
８の発明において、上記導電性層は、金属よりなるの
で、上記導電性層の低抵抗化が容易になる。
８の発明において、上記導電性層は、金属よりなるの
で、上記導電性層の低抵抗化が容易になる。
【００２６】請求項１０の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を加熱して結晶化すること
により半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上
にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半
導体層の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層
を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化す
ることにより強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフ
ト層上に表面電極を形成することを特徴とし、導電性層
上にアモルファス半導体層を形成し該アモルファス半導
体層を加熱して結晶化することにより低抵抗の半導体結
晶層を形成しているから、導電性層上に高抵抗のアモル
ファス半導体層が形成された電界放射型電子源に比べ
て、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高い電界放
射型電子源を提供することができる。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を加熱して結晶化すること
により半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上
にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半
導体層の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層
を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化す
ることにより強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフ
ト層上に表面電極を形成することを特徴とし、導電性層
上にアモルファス半導体層を形成し該アモルファス半導
体層を加熱して結晶化することにより低抵抗の半導体結
晶層を形成しているから、導電性層上に高抵抗のアモル
ファス半導体層が形成された電界放射型電子源に比べ
て、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高い電界放
射型電子源を提供することができる。
【００２７】請求項１１の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を熱アニールにて加熱して
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
で、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質の結晶半導体
層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層
を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成するこ
とを特徴とし、導電性層上にアモルファス半導体層を形
成し該アモルファス半導体層を熱アニールにて加熱して
結晶化することにより低抵抗の半導体結晶層を形成して
いるから、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層
が形成された電界放射型電子源に比べて、電子放出効率
が高く且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供
することができる。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を熱アニールにて加熱して
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
で、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質の結晶半導体
層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層
を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成するこ
とを特徴とし、導電性層上にアモルファス半導体層を形
成し該アモルファス半導体層を熱アニールにて加熱して
結晶化することにより低抵抗の半導体結晶層を形成して
いるから、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層
が形成された電界放射型電子源に比べて、電子放出効率
が高く且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供
することができる。
【００２８】請求項１２の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層をレーザアニールにて加熱
して結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その
後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次
いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することに
より多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を
酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形
成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成することを
特徴とし、導電性層上にアモルファス半導体層を形成し
該アモルファス半導体層をレーザアニールにて加熱して
結晶化することにより低抵抗の半導体結晶層を形成して
いるから、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層
が形成された電界放射型電子源に比べて、電子放出効率
が高く且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供
することができる。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層をレーザアニールにて加熱
して結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その
後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次
いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することに
より多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を
酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形
成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成することを
特徴とし、導電性層上にアモルファス半導体層を形成し
該アモルファス半導体層をレーザアニールにて加熱して
結晶化することにより低抵抗の半導体結晶層を形成して
いるから、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層
が形成された電界放射型電子源に比べて、電子放出効率
が高く且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供
することができる。
【００２９】請求項１３の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を水素を用いた加熱処理で
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
で、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成
し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成することを特
徴とし、導電性層上にアモルファス半導体層を形成し該
アモルファス半導体層を水素を用いた加熱処理で結晶化
することにより低抵抗の半導体結晶層を形成しているか
ら、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成
された電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く
且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供するこ
とができる。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を水素を用いた加熱処理で
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
で、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成
し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成することを特
徴とし、導電性層上にアモルファス半導体層を形成し該
アモルファス半導体層を水素を用いた加熱処理で結晶化
することにより低抵抗の半導体結晶層を形成しているか
ら、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成
された電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く
且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供するこ
とができる。
【００３０】請求項１４の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層に水素プラズマを照射して
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
で、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成
し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成することを特
徴とし、導電性層上にアモルファス半導体層を形成し該
アモルファス半導体層に水素プラズマを照射して結晶化
することにより低抵抗の半導体結晶層を形成しているか
ら、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成
された電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く
且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供するこ
とができる。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層に水素プラズマを照射して
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
で、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成
し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成することを特
徴とし、導電性層上にアモルファス半導体層を形成し該
アモルファス半導体層に水素プラズマを照射して結晶化
することにより低抵抗の半導体結晶層を形成しているか
ら、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成
された電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く
且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供するこ
とができる。
【００３１】請求項１５の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層に水素イオンを照射して結
晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、半
導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次いで、
ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することにより多
孔質半導体層を形成し、該多孔質半導体層を酸化若しく
は窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、強電
界ドリフト層上に表面電極を形成することを特徴とし、
導電性層上にアモルファス半導体層を形成し該アモルフ
ァス半導体層に水素イオンを照射して結晶化することに
より低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、導電性
層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界
放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な
安定性が高い電界放射型電子源を提供することができ
る。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層に水素イオンを照射して結
晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、半
導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次いで、
ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することにより多
孔質半導体層を形成し、該多孔質半導体層を酸化若しく
は窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、強電
界ドリフト層上に表面電極を形成することを特徴とし、
導電性層上にアモルファス半導体層を形成し該アモルフ
ァス半導体層に水素イオンを照射して結晶化することに
より低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、導電性
層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界
放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な
安定性が高い電界放射型電子源を提供することができ
る。
【００３２】請求項１６の発明は、請求項１ないし請求
項１５の発明において、上記アモルファス半導体層は、
不純物がドーピングされた低抵抗のアモルファス半導体
よりなるので、アモルファス半導体層の抵抗を制御性よ
く制御でき、結果として低抵抗の半導体結晶層の抵抗を
制御性良く低抵抗化することができる。
項１５の発明において、上記アモルファス半導体層は、
不純物がドーピングされた低抵抗のアモルファス半導体
よりなるので、アモルファス半導体層の抵抗を制御性よ
く制御でき、結果として低抵抗の半導体結晶層の抵抗を
制御性良く低抵抗化することができる。
【００３３】請求項１７の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に不純物を添加した半導体結晶層を
形成した後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形
成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化す
ることにより多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半
導体層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフ
ト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成す
ることを特徴とし、導電性層上に不純物を添加した低抵
抗の半導体結晶層を形成しているから、導電性層上に高
抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界放射型電
子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が
高い電界放射型電子源を提供することができる。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に不純物を添加した半導体結晶層を
形成した後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形
成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化す
ることにより多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半
導体層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフ
ト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成す
ることを特徴とし、導電性層上に不純物を添加した低抵
抗の半導体結晶層を形成しているから、導電性層上に高
抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界放射型電
子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が
高い電界放射型電子源を提供することができる。
【００３４】請求項１８の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に不純物をドーピングした低抵抗の
半導体よりなる半導体結晶層を堆積させ、その後、半導
体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノ
ンドープ半導体層の一部を多孔質化することにより多孔
質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若し
くは窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、強
電界ドリフト層上に表面電極を形成することを特徴と
し、導電性層上に不純物をドーピングした低抵抗の半導
体よりなる半導体結晶層を堆積させているから、導電性
層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界
放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な
安定性が高い電界放射型電子源を提供することができ
る。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に不純物をドーピングした低抵抗の
半導体よりなる半導体結晶層を堆積させ、その後、半導
体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノ
ンドープ半導体層の一部を多孔質化することにより多孔
質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若し
くは窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、強
電界ドリフト層上に表面電極を形成することを特徴と
し、導電性層上に不純物をドーピングした低抵抗の半導
体よりなる半導体結晶層を堆積させているから、導電性
層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界
放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な
安定性が高い電界放射型電子源を提供することができ
る。
【００３５】請求項１９の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に結晶性を有する半導体層を形成
し、該半導体層にイオン注入を行うことにより半導体結
晶層を形成し、その後、半導体結晶層上にノンドープ半
導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部を
多孔質化することにより多孔質半導体層を形成した後、
該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより強
電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電
極を形成することを特徴とし、導電性層上に結晶性を有
する半導体層を形成し、該半導体層にイオン注入を行う
ことにより低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、
導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成され
た電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ
熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供することが
できる。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に結晶性を有する半導体層を形成
し、該半導体層にイオン注入を行うことにより半導体結
晶層を形成し、その後、半導体結晶層上にノンドープ半
導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部を
多孔質化することにより多孔質半導体層を形成した後、
該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより強
電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電
極を形成することを特徴とし、導電性層上に結晶性を有
する半導体層を形成し、該半導体層にイオン注入を行う
ことにより低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、
導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成され
た電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ
熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供することが
できる。
【００３６】請求項２０の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に結晶性を有する半導体層を形成
し、該半導体層に不純物を拡散させることにより半導体
結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上にノンドープ
半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部
を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成した
後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することによ
り強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に表
面電極を形成することを特徴とし、導電性層上に結晶性
を有する半導体層を形成し、該半導体層に不純物を拡散
させることにより低抵抗の半導体結晶層を形成している
から、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形
成された電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高
く且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供する
ことができる。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に結晶性を有する半導体層を形成
し、該半導体層に不純物を拡散させることにより半導体
結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上にノンドープ
半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部
を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成した
後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することによ
り強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に表
面電極を形成することを特徴とし、導電性層上に結晶性
を有する半導体層を形成し、該半導体層に不純物を拡散
させることにより低抵抗の半導体結晶層を形成している
から、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形
成された電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高
く且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供する
ことができる。
【００３７】請求項２１の発明は、請求項１０ないし請
求項２０の発明において、上記半導体結晶層の形成後あ
るいは上記ノンドープ半導体層の形成後あるいは上記多
孔質半導体層の形成後あるいは上記強電界ドリフト層の
形成後あるいは上記表面電極の形成後に少なくとも１回
熱処理を行うので、上記導電性層と上記半導体結晶層と
で形成されるショットキーバリアを低減あるいは取り除
くことができ、電子放出効率が高く熱的な安定性が高い
電界放射型電子源を提供することができる。
求項２０の発明において、上記半導体結晶層の形成後あ
るいは上記ノンドープ半導体層の形成後あるいは上記多
孔質半導体層の形成後あるいは上記強電界ドリフト層の
形成後あるいは上記表面電極の形成後に少なくとも１回
熱処理を行うので、上記導電性層と上記半導体結晶層と
で形成されるショットキーバリアを低減あるいは取り除
くことができ、電子放出効率が高く熱的な安定性が高い
電界放射型電子源を提供することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】（実施形態１）
本実施形態の電界放射型電子源１０は、図１に示すよう
に、ガラス基板（例えば、無アルカリガラス基板）より
なる絶縁性基板１１の一表面上にタングステンよりなる
導電性層８が形成され、該導電性層８上に半導体結晶層
たるｎ形多結晶シリコン層９が形成され、ｎ形多結晶シ
リコン層９上にノンドープの多結晶シリコン層３が形成
され、多結晶シリコン層３上に酸化した多孔質多結晶シ
リコン層よりなる強電界ドリフト層６が形成され、強電
界ドリフト層６上に表面電極７が形成されている。
に、ガラス基板（例えば、無アルカリガラス基板）より
なる絶縁性基板１１の一表面上にタングステンよりなる
導電性層８が形成され、該導電性層８上に半導体結晶層
たるｎ形多結晶シリコン層９が形成され、ｎ形多結晶シ
リコン層９上にノンドープの多結晶シリコン層３が形成
され、多結晶シリコン層３上に酸化した多孔質多結晶シ
リコン層よりなる強電界ドリフト層６が形成され、強電
界ドリフト層６上に表面電極７が形成されている。
【００３９】本実施形態の電界放射型電子源１０は、導
電性層８上にアモルファスシリコン層が形成されず低抵
抗のｎ形多結晶シリコン層９が形成されており、ｎ形多
結晶シリコン層９の主表面側に強電界ドリフト層６が形
成されている点に特徴がある。
電性層８上にアモルファスシリコン層が形成されず低抵
抗のｎ形多結晶シリコン層９が形成されており、ｎ形多
結晶シリコン層９の主表面側に強電界ドリフト層６が形
成されている点に特徴がある。
【００４０】しかして、本実施形態では、導電性層８上
に低抵抗の半導体結晶層たるｎ形多結晶シリコン層９が
形成されているので、従来のように導電性層８上に高抵
抗のアモルファスシリコン層が形成されている場合に比
べて、導電性層８に起因したショットキーバリアが薄く
なりトンネリングで電流を長すことができて、ショット
キーバリアでの電圧降下を小さくでき、導電性層８上に
高抵抗のアモルファス半導体層が形成されている場合に
比べて、電子放出効率が高くなるとともに熱的な安定性
が高くなる。
に低抵抗の半導体結晶層たるｎ形多結晶シリコン層９が
形成されているので、従来のように導電性層８上に高抵
抗のアモルファスシリコン層が形成されている場合に比
べて、導電性層８に起因したショットキーバリアが薄く
なりトンネリングで電流を長すことができて、ショット
キーバリアでの電圧降下を小さくでき、導電性層８上に
高抵抗のアモルファス半導体層が形成されている場合に
比べて、電子放出効率が高くなるとともに熱的な安定性
が高くなる。
【００４１】なお、本実施形態では、導電性層８を金属
であるタングステン（Ｗ）により構成しているが、導電
性層８の材料はタングステンに限定されるものではな
く、タングステンの代わりに、銅（Ｃｕ）、アルミニウ
ム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、
クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、コバ
ルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔ
ａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、パラジウム（Ｐｄ）、バナ
ジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄
（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、
イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、シリコ
ン（Ｓｉ）などを用いてもよく、また、これらの材料の
複数種類を選択し積層するようにしてもよいし、これら
の材料のうちの複数種類を合金化して堆積してもよい。
また、導電性層８としては、ＩＴＯ、ＳｎＯ2、ＺｎＯ
などの金属酸化物（透明電極）を用いてもよいし、上記
金属酸化物に上記Ｗ以下Ｓｉまで列記している金属材料
を適宜選択し積層化したり、上記金属酸化物に上記金属
材料の合金膜を積層するようにしてもよい。
であるタングステン（Ｗ）により構成しているが、導電
性層８の材料はタングステンに限定されるものではな
く、タングステンの代わりに、銅（Ｃｕ）、アルミニウ
ム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、
クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、コバ
ルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔ
ａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、パラジウム（Ｐｄ）、バナ
ジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄
（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、
イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、シリコ
ン（Ｓｉ）などを用いてもよく、また、これらの材料の
複数種類を選択し積層するようにしてもよいし、これら
の材料のうちの複数種類を合金化して堆積してもよい。
また、導電性層８としては、ＩＴＯ、ＳｎＯ2、ＺｎＯ
などの金属酸化物（透明電極）を用いてもよいし、上記
金属酸化物に上記Ｗ以下Ｓｉまで列記している金属材料
を適宜選択し積層化したり、上記金属酸化物に上記金属
材料の合金膜を積層するようにしてもよい。
【００４２】以下、本実施形態の電界放射型電子源１０
の製造方法について図２を参照しながら説明する。
の製造方法について図２を参照しながら説明する。
【００４３】まず、絶縁性基板１１の一表面（図２
（ａ）における上面）上にタングステンよりなる導電性
層８を例えばスパッタ法などによって堆積させ、導電性
層８上に、プラズマＣＶＤ法などによってｎ形不純物を
ドーピングしながらｎ形アモルファスシリコン層を堆積
した後、該ｎ形アモルファスシリコン層を加熱して結晶
化することによってｎ形多結晶シリコン層９を形成する
ことにより、図２（ａ）に示すような構造が得られる。
なお、ｎ形多結晶シリコン層９は、ｎ形アモルファスシ
リコン層を堆積した後に該ｎ形アモルファスシリコン層
を熱アニールにより加熱して結晶化することによって形
成してもよいし、ｎ形アモルファスシリコン層を堆積し
た後に該ｎ形アモルファスシリコン層をレーザアニール
により加熱して結晶化することによって形成してもよい
し、ｎ形アモルファスシリコン層を堆積した後に該ｎ形
アモルファスシリコン層を水素を用いた加熱処理にて結
晶化することによって形成してもよいし、ｎ形アモルフ
ァスシリコン層を堆積した後に該ｎ形アモルファスシリ
コン層を水素プラズマの照射により結晶化することによ
って形成してもよいし、ｎ形アモルファスシリコン層を
堆積した後に該ｎ形アモルファスシリコン層を水素イオ
ンの照射により結晶化することによって形成してもよ
い。また、ｎ形アモルファスシリコン層を堆積させる代
わりに、導電性層８上に不純物が添加された低抵抗のｎ
形多結晶シリコン層９を直接堆積するようにしてもよい
し、導電性層８上にアモルファスシリコン層が形成され
ないような堆積条件でノンドープの多結晶シリコン層を
堆積させた後に該多結晶シリコン層に不純物をイオン注
入することによりｎ形多結晶シリコン層９を形成しても
よいし、導電性層８上にアモルファスシリコン層が形成
されないような堆積条件でノンドープの多結晶シリコン
層を堆積させた後に該多結晶シリコン層に不純物を拡散
させることによりｎ形多結晶シリコン層９を形成しても
よい。
（ａ）における上面）上にタングステンよりなる導電性
層８を例えばスパッタ法などによって堆積させ、導電性
層８上に、プラズマＣＶＤ法などによってｎ形不純物を
ドーピングしながらｎ形アモルファスシリコン層を堆積
した後、該ｎ形アモルファスシリコン層を加熱して結晶
化することによってｎ形多結晶シリコン層９を形成する
ことにより、図２（ａ）に示すような構造が得られる。
なお、ｎ形多結晶シリコン層９は、ｎ形アモルファスシ
リコン層を堆積した後に該ｎ形アモルファスシリコン層
を熱アニールにより加熱して結晶化することによって形
成してもよいし、ｎ形アモルファスシリコン層を堆積し
た後に該ｎ形アモルファスシリコン層をレーザアニール
により加熱して結晶化することによって形成してもよい
し、ｎ形アモルファスシリコン層を堆積した後に該ｎ形
アモルファスシリコン層を水素を用いた加熱処理にて結
晶化することによって形成してもよいし、ｎ形アモルフ
ァスシリコン層を堆積した後に該ｎ形アモルファスシリ
コン層を水素プラズマの照射により結晶化することによ
って形成してもよいし、ｎ形アモルファスシリコン層を
堆積した後に該ｎ形アモルファスシリコン層を水素イオ
ンの照射により結晶化することによって形成してもよ
い。また、ｎ形アモルファスシリコン層を堆積させる代
わりに、導電性層８上に不純物が添加された低抵抗のｎ
形多結晶シリコン層９を直接堆積するようにしてもよい
し、導電性層８上にアモルファスシリコン層が形成され
ないような堆積条件でノンドープの多結晶シリコン層を
堆積させた後に該多結晶シリコン層に不純物をイオン注
入することによりｎ形多結晶シリコン層９を形成しても
よいし、導電性層８上にアモルファスシリコン層が形成
されないような堆積条件でノンドープの多結晶シリコン
層を堆積させた後に該多結晶シリコン層に不純物を拡散
させることによりｎ形多結晶シリコン層９を形成しても
よい。
【００４４】ｎ形多結晶シリコン層９を形成した後、所
定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シ
リコン層３を例えばプラズマＣＶＤ法によって形成する
ことにより、図２（ｂ）に示すような構造が得られる。
ここにおいて、ノンドープの多結晶シリコン層３は、プ
ラズマＣＶＤ法により堆積しているので、６００℃以下
（１００℃〜６００℃）の低温プロセスで成膜すること
ができる。なお、ノンドープの多結晶シリコン層３の形
成方法は、プラズマＣＶＤ法に限らず、触媒ＣＶＤ法に
より形成してもよく、触媒ＣＶＤ法でも６００℃以下の
低温プロセスで成膜することができる。
定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シ
リコン層３を例えばプラズマＣＶＤ法によって形成する
ことにより、図２（ｂ）に示すような構造が得られる。
ここにおいて、ノンドープの多結晶シリコン層３は、プ
ラズマＣＶＤ法により堆積しているので、６００℃以下
（１００℃〜６００℃）の低温プロセスで成膜すること
ができる。なお、ノンドープの多結晶シリコン層３の形
成方法は、プラズマＣＶＤ法に限らず、触媒ＣＶＤ法に
より形成してもよく、触媒ＣＶＤ法でも６００℃以下の
低温プロセスで成膜することができる。
【００４５】ノンドープの多結晶シリコン層３を形成し
た後、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを
略１：１で混合した混合液よりなる電解液の入った陽極
酸化処理槽を利用し、白金電極（図示せず）を負極、導
電性層８を正極として、多結晶シリコン層３に光照射を
行いながら所定の条件で陽極酸化処理を行い多結晶シリ
コン層３を所定深さまで多孔質化することによって、多
孔質多結晶シリコン層４が形成され図２（ｃ）に示すよ
うな構造が得られる。ここにおいて、本実施形態では、
陽極酸化処理の条件として、陽極酸化処理の期間、多結
晶シリコン層３の表面に照射する光パワーを一定、電流
密度を一定としたが、この条件は適宜変更してもよい
（例えば、電流密度を変化させてもよい）。なお、本実
施形態では、多結晶シリコン層３の一部を多孔質化して
いる。
た後、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを
略１：１で混合した混合液よりなる電解液の入った陽極
酸化処理槽を利用し、白金電極（図示せず）を負極、導
電性層８を正極として、多結晶シリコン層３に光照射を
行いながら所定の条件で陽極酸化処理を行い多結晶シリ
コン層３を所定深さまで多孔質化することによって、多
孔質多結晶シリコン層４が形成され図２（ｃ）に示すよ
うな構造が得られる。ここにおいて、本実施形態では、
陽極酸化処理の条件として、陽極酸化処理の期間、多結
晶シリコン層３の表面に照射する光パワーを一定、電流
密度を一定としたが、この条件は適宜変更してもよい
（例えば、電流密度を変化させてもよい）。なお、本実
施形態では、多結晶シリコン層３の一部を多孔質化して
いる。
【００４６】上述の陽極酸化処理が終了した後、陽極酸
化処理槽から電解液を除去し、該陽極酸化処理槽に新た
に酸（例えば、略１０％の希硝酸、略１０％の希硫酸、
王水など）を投入し、その後、この酸の入った陽極酸化
処理槽を利用して、白金電極（図示せず）を負極、導電
性層８を正極として、定電流を流し多孔質多結晶シリコ
ン層４を酸化することにより強電界ドリフト層６が形成
され、図２（ｄ）に示す構造が得られる。
化処理槽から電解液を除去し、該陽極酸化処理槽に新た
に酸（例えば、略１０％の希硝酸、略１０％の希硫酸、
王水など）を投入し、その後、この酸の入った陽極酸化
処理槽を利用して、白金電極（図示せず）を負極、導電
性層８を正極として、定電流を流し多孔質多結晶シリコ
ン層４を酸化することにより強電界ドリフト層６が形成
され、図２（ｄ）に示す構造が得られる。
【００４７】強電界ドリフト層６を形成した後は、強電
界ドリフト層６上に導電性薄膜（例えば、金薄膜）から
なる表面電極７を例えば蒸着により形成することによっ
て、図２（ｅ）に示す構造の電界放射型電子源１０が得
られる。なお、本実施形態では、表面電極７の膜厚を１
５ｎｍとしてあるが、この膜厚は特に限定するものでは
なく、強電界ドリフト層６を通ってきた電子がトンネル
できる膜厚であればよい。また、本実施形態では、表面
電極７となる導電性薄膜を蒸着により形成しているが、
導電性薄膜の形成方法は蒸着に限定されるものではな
く、例えばスパッタ法を用いてもよい。
界ドリフト層６上に導電性薄膜（例えば、金薄膜）から
なる表面電極７を例えば蒸着により形成することによっ
て、図２（ｅ）に示す構造の電界放射型電子源１０が得
られる。なお、本実施形態では、表面電極７の膜厚を１
５ｎｍとしてあるが、この膜厚は特に限定するものでは
なく、強電界ドリフト層６を通ってきた電子がトンネル
できる膜厚であればよい。また、本実施形態では、表面
電極７となる導電性薄膜を蒸着により形成しているが、
導電性薄膜の形成方法は蒸着に限定されるものではな
く、例えばスパッタ法を用いてもよい。
【００４８】しかして、上述の製造方法によれば、電子
放出効率が高く熱的な安定性が高い電界放射型電子源１
０を提供することができる。また、多結晶シリコン層３
をプラズマＣＶＤ法などの低温プロセスで成膜し、多孔
質多結晶シリコン層４の酸化を酸により行っており、か
つ、表面電極７を蒸着法、スパッタ法などにより成膜し
ており、また、ｎ形多結晶シリコン層９についても比較
的低温で形成することができるので、６００℃以下の低
温プロセスで電界放射型電子源１０を製造することがで
きる。したがって、絶縁性基板１１として、石英ガラス
基板に比べて安価な無アルカリガラス基板を用いること
ができて、低コスト化が図れるとともに、より一層の大
面積化を図ることができ、さらに上記多結晶シリコン層
３の形成温度によっては低アルカリガラス基板、ソーダ
ライムガラス基板などの無アルカリガラス基板に比べて
耐熱温度の低いガラス基板を用いることも可能になる。
放出効率が高く熱的な安定性が高い電界放射型電子源１
０を提供することができる。また、多結晶シリコン層３
をプラズマＣＶＤ法などの低温プロセスで成膜し、多孔
質多結晶シリコン層４の酸化を酸により行っており、か
つ、表面電極７を蒸着法、スパッタ法などにより成膜し
ており、また、ｎ形多結晶シリコン層９についても比較
的低温で形成することができるので、６００℃以下の低
温プロセスで電界放射型電子源１０を製造することがで
きる。したがって、絶縁性基板１１として、石英ガラス
基板に比べて安価な無アルカリガラス基板を用いること
ができて、低コスト化が図れるとともに、より一層の大
面積化を図ることができ、さらに上記多結晶シリコン層
３の形成温度によっては低アルカリガラス基板、ソーダ
ライムガラス基板などの無アルカリガラス基板に比べて
耐熱温度の低いガラス基板を用いることも可能になる。
【００４９】また、上述の製造方法で製造された電界放
射型電子源１０は、特許第２９６６８４２号、特許第２
９８７１４０号に開示された電界放射型電子源と同様
に、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出
時にポッピング現象が発生せず安定して電子を放出する
ことができる。したがって、強電界ドリフト層６は、従
来例と同様、図１０に示すように、少なくとも、柱状の
多結晶シリコン５１（グレイン）と、多結晶シリコン５
１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、多結
晶シリコン５１間に介在するナノメータオーダの微結晶
シリコン層６３と、微結晶シリコン層６３の表面に形成
され当該微結晶シリコン層６３の結晶粒径よりも小さな
膜厚の絶縁膜であるシリコン酸化膜６４とから構成され
ると考えられる。すなわち、強電界ドリフト層６は、各
グレインの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では
結晶状態が維持されていると考えられる。
射型電子源１０は、特許第２９６６８４２号、特許第２
９８７１４０号に開示された電界放射型電子源と同様
に、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出
時にポッピング現象が発生せず安定して電子を放出する
ことができる。したがって、強電界ドリフト層６は、従
来例と同様、図１０に示すように、少なくとも、柱状の
多結晶シリコン５１（グレイン）と、多結晶シリコン５
１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、多結
晶シリコン５１間に介在するナノメータオーダの微結晶
シリコン層６３と、微結晶シリコン層６３の表面に形成
され当該微結晶シリコン層６３の結晶粒径よりも小さな
膜厚の絶縁膜であるシリコン酸化膜６４とから構成され
ると考えられる。すなわち、強電界ドリフト層６は、各
グレインの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では
結晶状態が維持されていると考えられる。
【００５０】ところで、上述の製造方法では、多孔質多
結晶シリコン層４を酸により酸化しているが、例えば酸
素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス雰囲気中で紫
外線を照射して酸化するようにしてもよく、１００℃か
ら６００℃の温度範囲で酸化できることが望ましい。こ
の温度は６００℃より高温でもよいが、絶縁性基板１１
として安価なガラス基板を使用するという点からは１０
０℃から６００℃の温度範囲で酸化できることが望まし
い。ただし、基板としてシリコン基板や石英ガラス基板
を用いる場合には、急速加熱法（例えば、ＲＴＯ法な
ど）によって多孔質多結晶シリコン層４を酸化するよう
にしてもよい。
結晶シリコン層４を酸により酸化しているが、例えば酸
素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス雰囲気中で紫
外線を照射して酸化するようにしてもよく、１００℃か
ら６００℃の温度範囲で酸化できることが望ましい。こ
の温度は６００℃より高温でもよいが、絶縁性基板１１
として安価なガラス基板を使用するという点からは１０
０℃から６００℃の温度範囲で酸化できることが望まし
い。ただし、基板としてシリコン基板や石英ガラス基板
を用いる場合には、急速加熱法（例えば、ＲＴＯ法な
ど）によって多孔質多結晶シリコン層４を酸化するよう
にしてもよい。
【００５１】本実施形態の電界放射型電子源１０の基本
動作は図１２に示した従来構成と同じであり、例えば図
３に示すように、表面電極７を真空中に配置するととも
に表面電極７に対向してコレクタ電極２１を配置し、表
面電極７を導電性層８に対して正極として直流電圧Ｖps
を印加するとともに、コレクタ電極２１を表面電極７に
対して正極として直流電圧Ｖcを印加することにより、
導電性層８から注入された電子が強電界ドリフト層６を
ドリフトし表面電極７を通して放出される（なお、図３
中の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ-
の流れを示す）。ここにおいて、表面電極７と導電性層
８との間に流れる電流をダイオード電流Ｉpsと称し、コ
レクタ電極２１と表面電極７との間に流れる電流を放出
電子電流Ｉeと称し、ダイオード電流Ｉpsに対する放出
電子電流Ｉeが大きい（Ｉe／Ｉpsが大きい）ほど電子放
出量が高くなる。なお、本実施形態の電界放射型電子源
１０においても、従来構成と同様に、表面電極７と導電
性層８との間に印加する直流電圧Ｖpsを１０〜２０Ｖ程
度の低電圧としても電子を放出させることができる。
動作は図１２に示した従来構成と同じであり、例えば図
３に示すように、表面電極７を真空中に配置するととも
に表面電極７に対向してコレクタ電極２１を配置し、表
面電極７を導電性層８に対して正極として直流電圧Ｖps
を印加するとともに、コレクタ電極２１を表面電極７に
対して正極として直流電圧Ｖcを印加することにより、
導電性層８から注入された電子が強電界ドリフト層６を
ドリフトし表面電極７を通して放出される（なお、図３
中の一点鎖線は表面電極７を通して放出された電子ｅ-
の流れを示す）。ここにおいて、表面電極７と導電性層
８との間に流れる電流をダイオード電流Ｉpsと称し、コ
レクタ電極２１と表面電極７との間に流れる電流を放出
電子電流Ｉeと称し、ダイオード電流Ｉpsに対する放出
電子電流Ｉeが大きい（Ｉe／Ｉpsが大きい）ほど電子放
出量が高くなる。なお、本実施形態の電界放射型電子源
１０においても、従来構成と同様に、表面電極７と導電
性層８との間に印加する直流電圧Ｖpsを１０〜２０Ｖ程
度の低電圧としても電子を放出させることができる。
【００５２】本実施形態では、強電界ドリフト層６を酸
化した多孔質多結晶シリコンにより構成しているが、強
電界ドリフト層６を窒化した多孔質多結晶シリコン、あ
るいは、その他の酸化若しくは窒化した多孔質多結晶半
導体層により構成してもよい。また、ｎ形多結晶シリコ
ン層９をそれぞれ抵抗（不純物濃度）の異なるｎ形多結
晶シリコン層が厚み方向に積層された多層構造として導
電性層８に近いｎ形多結晶シリコン層ほど抵抗が小さく
なるように構成してもよいし、ｎ形多結晶シリコン層９
を厚み方向に抵抗（不純物濃度）が連続的に変化し導電
性層８に近づくほど抵抗が小さくなるような層としても
よい。また、本実施形態では、低抵抗の半導体結晶層と
してｎ形多結晶シリコン層９を用いているが、ｎ形多結
晶シリコン層９の代わりに、ｐ形多結晶シリコン層を用
いてもよい。
化した多孔質多結晶シリコンにより構成しているが、強
電界ドリフト層６を窒化した多孔質多結晶シリコン、あ
るいは、その他の酸化若しくは窒化した多孔質多結晶半
導体層により構成してもよい。また、ｎ形多結晶シリコ
ン層９をそれぞれ抵抗（不純物濃度）の異なるｎ形多結
晶シリコン層が厚み方向に積層された多層構造として導
電性層８に近いｎ形多結晶シリコン層ほど抵抗が小さく
なるように構成してもよいし、ｎ形多結晶シリコン層９
を厚み方向に抵抗（不純物濃度）が連続的に変化し導電
性層８に近づくほど抵抗が小さくなるような層としても
よい。また、本実施形態では、低抵抗の半導体結晶層と
してｎ形多結晶シリコン層９を用いているが、ｎ形多結
晶シリコン層９の代わりに、ｐ形多結晶シリコン層を用
いてもよい。
【００５３】また、半導体結晶層たるｎ形多結晶シリコ
ン層９の形成後あるいは結晶半導体層たる多結晶シリコ
ン層３の形成後あるいは多孔質多結晶シリコン層４の形
成後あるいは強電界ドリフト層６の形成後あるいは表面
電極７の形成後に少なくとも１回熱処理（６００℃以
下）を行うことにより、導電性層８とｎ形多結晶シリコ
ン層９とで形成されるショットキーバリアを低減あるい
は取り除くことができ、電子放出効率が高く熱的な安定
性が高い電界放射型電子源１０を提供することができ
る。
ン層９の形成後あるいは結晶半導体層たる多結晶シリコ
ン層３の形成後あるいは多孔質多結晶シリコン層４の形
成後あるいは強電界ドリフト層６の形成後あるいは表面
電極７の形成後に少なくとも１回熱処理（６００℃以
下）を行うことにより、導電性層８とｎ形多結晶シリコ
ン層９とで形成されるショットキーバリアを低減あるい
は取り除くことができ、電子放出効率が高く熱的な安定
性が高い電界放射型電子源１０を提供することができ
る。
【００５４】（実施形態２）本実施形態の電界放射型電
子源の基本構成は実施形態１と略同じであって、図４に
示すように基板としてｐ形シリコン基板１２を用いてい
る点と導電性層８をｎ形シリコン層により形成している
点に特徴がある。すなわち、本実施形態では、実施形態
１における絶縁性基板１１の代わりにｐ形シリコン基板
１２を用いているので、導電性層８をｎ形シリコン層に
より形成することができ、導電性層８とｎ形多結晶シリ
コン層９とを格子整合させることができる。なお、実施
形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を
省略する。
子源の基本構成は実施形態１と略同じであって、図４に
示すように基板としてｐ形シリコン基板１２を用いてい
る点と導電性層８をｎ形シリコン層により形成している
点に特徴がある。すなわち、本実施形態では、実施形態
１における絶縁性基板１１の代わりにｐ形シリコン基板
１２を用いているので、導電性層８をｎ形シリコン層に
より形成することができ、導電性層８とｎ形多結晶シリ
コン層９とを格子整合させることができる。なお、実施
形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を
省略する。
【００５５】本実施形態の電界放射型電子源１０でも実
施形態１と同様に、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高い。
施形態１と同様に、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高い。
【００５６】なお、本実施形態の電界放射型電子源１０
の製造方法は実施形態１で説明した製造方法と略同じで
あって、導電性層８の形成方法が異なるだけである。本
実施形態では、基板としてｐ形シリコン基板１２を用い
ているので、導電性層８は例えばエピタキシャル成長
法、イオン注入、拡散などによって形成すればよい。
の製造方法は実施形態１で説明した製造方法と略同じで
あって、導電性層８の形成方法が異なるだけである。本
実施形態では、基板としてｐ形シリコン基板１２を用い
ているので、導電性層８は例えばエピタキシャル成長
法、イオン注入、拡散などによって形成すればよい。
【００５７】（実施形態３）
本実施形態の電界放射型電子源１０は、図５に示すよう
に、ガラス基板（例えば、無アルカリガラス基板）より
なる絶縁性基板１１の一表面上にタングステンよりなる
導電性層８が形成され、該導電性層８上にＷＳｉ２より
なるシリサイド層１９が形成され、シリサイド層１９上
にノンドープの多結晶シリコン層３が形成され、多結晶
シリコン層３上に酸化した多孔質多結晶シリコンよりな
る強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６
上に表面電極７が形成されている。
に、ガラス基板（例えば、無アルカリガラス基板）より
なる絶縁性基板１１の一表面上にタングステンよりなる
導電性層８が形成され、該導電性層８上にＷＳｉ２より
なるシリサイド層１９が形成され、シリサイド層１９上
にノンドープの多結晶シリコン層３が形成され、多結晶
シリコン層３上に酸化した多孔質多結晶シリコンよりな
る強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６
上に表面電極７が形成されている。
【００５８】本実施形態の電界放射型電子源１０は、導
電性層８上にシリサイド層１９が形成されており、シリ
サイド層１９の主表面側に強電界ドリフト層６が形成さ
れている点に特徴がある。
電性層８上にシリサイド層１９が形成されており、シリ
サイド層１９の主表面側に強電界ドリフト層６が形成さ
れている点に特徴がある。
【００５９】しかして、本実施形態では、導電性層８上
に低抵抗のシリサイド層１９が形成されているので、従
来のように導電性層８上に高抵抗のアモルファスシリコ
ン層が形成されている場合に比べて、界面に発生するシ
ョットキーバリアの高さを低くすることができ、強電界
ドリフト層６に流れる電流値が大きくなり（つまり、上
述のダイオード電流Ｉpsが大きくなり）、電子放出効率
が高くなるとともに、発熱量が少なくなって熱的な安定
性が高くなる。また、導電性層８上にシリサイド層１９
が形成されているので、導電性層８から多結晶シリコン
層３および強電界ドリフト層６への導電性層８の構成元
素の拡散を防止することができるので、熱的な安定性が
さらに向上する。ここにおいて、導電性層８とシリサイ
ド層１９との間にはほとんどショットキーバリアは存在
せず、シリサイド層１９と多結晶シリコン層３との間に
ショットキーバリアが存在するが、当該ショットキーバ
リアの高さはシリサイド層１９を設けなかった場合に導
電性層８と多結晶シリコン層３との間に形成されるショ
ットキーバリアよりも低いので、ショットキーバリアに
おける電圧降下の低減が可能となる。
に低抵抗のシリサイド層１９が形成されているので、従
来のように導電性層８上に高抵抗のアモルファスシリコ
ン層が形成されている場合に比べて、界面に発生するシ
ョットキーバリアの高さを低くすることができ、強電界
ドリフト層６に流れる電流値が大きくなり（つまり、上
述のダイオード電流Ｉpsが大きくなり）、電子放出効率
が高くなるとともに、発熱量が少なくなって熱的な安定
性が高くなる。また、導電性層８上にシリサイド層１９
が形成されているので、導電性層８から多結晶シリコン
層３および強電界ドリフト層６への導電性層８の構成元
素の拡散を防止することができるので、熱的な安定性が
さらに向上する。ここにおいて、導電性層８とシリサイ
ド層１９との間にはほとんどショットキーバリアは存在
せず、シリサイド層１９と多結晶シリコン層３との間に
ショットキーバリアが存在するが、当該ショットキーバ
リアの高さはシリサイド層１９を設けなかった場合に導
電性層８と多結晶シリコン層３との間に形成されるショ
ットキーバリアよりも低いので、ショットキーバリアに
おける電圧降下の低減が可能となる。
【００６０】なお、本実施形態では、導電性層８を金属
であるタングステン（Ｗ）により構成しているが、導電
性層８の材料はタングステンに限定されるものではな
く、タングステンの代わりに、銅（Ｃｕ）、アルミニウ
ム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、
クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、コバ
ルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔ
ａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、パラジウム（Ｐｄ）、バナ
ジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄
（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、レ
ニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉ
ｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、シリコン（Ｓｉ）など
を用いてもよく、また、これらの材料の複数種類を選択
し積層するようにしてもよいし、これらの材料のうちの
複数種類を合金化して堆積してもよい。また、導電性層
８としては、ＩＴＯ、ＳｎＯ2、ＺｎＯなどの金属酸化
物（透明電極）を用いてもよいし、上記金属酸化物に上
記Ｗ以下Ｓｉまで列記している金属材料を適宜選択し積
層化したり、上記金属酸化物に上記金属材料の合金膜を
積層するようにしてもよい。
であるタングステン（Ｗ）により構成しているが、導電
性層８の材料はタングステンに限定されるものではな
く、タングステンの代わりに、銅（Ｃｕ）、アルミニウ
ム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、
クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、コバ
ルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔ
ａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、パラジウム（Ｐｄ）、バナ
ジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄
（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、レ
ニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉ
ｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、シリコン（Ｓｉ）など
を用いてもよく、また、これらの材料の複数種類を選択
し積層するようにしてもよいし、これらの材料のうちの
複数種類を合金化して堆積してもよい。また、導電性層
８としては、ＩＴＯ、ＳｎＯ2、ＺｎＯなどの金属酸化
物（透明電極）を用いてもよいし、上記金属酸化物に上
記Ｗ以下Ｓｉまで列記している金属材料を適宜選択し積
層化したり、上記金属酸化物に上記金属材料の合金膜を
積層するようにしてもよい。
【００６１】以下、本実施形態の電界放射型電子源１０
の製造方法について図６を参照しながら説明する。
の製造方法について図６を参照しながら説明する。
【００６２】まず、絶縁性基板１１の一表面（図６
（ａ）における上面）上にタングステンよりなる導電性
層８を例えばスパッタ法などによって堆積させ、導電性
層８上に、例えばスパッタ法などによってＷＳｉ2より
なりシリサイド層１９を形成することにより、図６
（ａ）に示すような構造が得られる。
（ａ）における上面）上にタングステンよりなる導電性
層８を例えばスパッタ法などによって堆積させ、導電性
層８上に、例えばスパッタ法などによってＷＳｉ2より
なりシリサイド層１９を形成することにより、図６
（ａ）に示すような構造が得られる。
【００６３】シリサイド層１９を形成した後、所定膜厚
（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン
層３を例えばプラズマＣＶＤ法によって形成することに
より、図６（ｂ）に示すような構造が得られる。ここに
おいて、ノンドープの多結晶シリコン層３は、プラズマ
ＣＶＤ法により堆積しているので、６００℃以下（１０
０℃〜６００℃）の低温プロセスで成膜することができ
る。なお、ノンドープの多結晶シリコン層３の形成方法
は、プラズマＣＶＤ法に限らず、触媒ＣＶＤ法により形
成してもよく、触媒ＣＶＤ法でも６００℃以下の低温プ
ロセスで成膜することができる。なお、シリサイド層１
９が形成されていることにより、多結晶シリコン層３の
堆積時にシリサイド層１９の金属元素が触媒的に働き、
結晶化温度を低下させることにより、結晶化を促進させ
ることができてアモルファスシリコン層の低減化を図れ
るから、シリサイド層１９に結晶化した多結晶シリコン
層３を形成することができ界面での電圧降下分を低減す
ることができる。
（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン
層３を例えばプラズマＣＶＤ法によって形成することに
より、図６（ｂ）に示すような構造が得られる。ここに
おいて、ノンドープの多結晶シリコン層３は、プラズマ
ＣＶＤ法により堆積しているので、６００℃以下（１０
０℃〜６００℃）の低温プロセスで成膜することができ
る。なお、ノンドープの多結晶シリコン層３の形成方法
は、プラズマＣＶＤ法に限らず、触媒ＣＶＤ法により形
成してもよく、触媒ＣＶＤ法でも６００℃以下の低温プ
ロセスで成膜することができる。なお、シリサイド層１
９が形成されていることにより、多結晶シリコン層３の
堆積時にシリサイド層１９の金属元素が触媒的に働き、
結晶化温度を低下させることにより、結晶化を促進させ
ることができてアモルファスシリコン層の低減化を図れ
るから、シリサイド層１９に結晶化した多結晶シリコン
層３を形成することができ界面での電圧降下分を低減す
ることができる。
【００６４】ノンドープの多結晶シリコン層３を形成し
た後、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを
略１：１で混合した混合液よりなる電解液の入った陽極
酸化処理槽を利用し、白金電極（図示せず）を負極、導
電性層８を正極として、多結晶シリコン層３に光照射を
行いながら所定の条件で陽極酸化処理を行い多結晶シリ
コン層３を所定深さまで多孔質化することによって、多
孔質多結晶シリコン層４が形成され図６（ｃ）に示すよ
うな構造が得られる。ここにおいて、本実施形態では、
陽極酸化処理の条件として、陽極酸化処理の期間、多結
晶シリコン層３の表面に照射する光パワーを一定、電流
密度を一定としたが、この条件は適宜変更してもよい
（例えば、電流密度を変化させてもよい）。なお、本実
施形態では、多結晶シリコン層３の一部を多孔質化して
いる。
た後、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを
略１：１で混合した混合液よりなる電解液の入った陽極
酸化処理槽を利用し、白金電極（図示せず）を負極、導
電性層８を正極として、多結晶シリコン層３に光照射を
行いながら所定の条件で陽極酸化処理を行い多結晶シリ
コン層３を所定深さまで多孔質化することによって、多
孔質多結晶シリコン層４が形成され図６（ｃ）に示すよ
うな構造が得られる。ここにおいて、本実施形態では、
陽極酸化処理の条件として、陽極酸化処理の期間、多結
晶シリコン層３の表面に照射する光パワーを一定、電流
密度を一定としたが、この条件は適宜変更してもよい
（例えば、電流密度を変化させてもよい）。なお、本実
施形態では、多結晶シリコン層３の一部を多孔質化して
いる。
【００６５】上述の陽極酸化処理が終了した後、陽極酸
化処理槽から電解液を除去し、該陽極酸化処理槽に新た
に酸（例えば、略１０％の希硝酸、略１０％の希硫酸、
王水など）を投入し、その後、この酸の入った陽極酸化
処理槽を利用して、白金電極（図示せず）を負極、導電
性層８を正極として、定電流を流し多孔質多結晶シリコ
ン層４を酸化することにより強電界ドリフト層６が形成
され、図６（ｄ）に示す構造が得られる。
化処理槽から電解液を除去し、該陽極酸化処理槽に新た
に酸（例えば、略１０％の希硝酸、略１０％の希硫酸、
王水など）を投入し、その後、この酸の入った陽極酸化
処理槽を利用して、白金電極（図示せず）を負極、導電
性層８を正極として、定電流を流し多孔質多結晶シリコ
ン層４を酸化することにより強電界ドリフト層６が形成
され、図６（ｄ）に示す構造が得られる。
【００６６】強電界ドリフト層６を形成した後は、強電
界ドリフト層６上に導電性薄膜（例えば、金薄膜）から
なる表面電極７を例えば蒸着により形成することによっ
て、図６（ｅ）に示す構造の電界放射型電子源１０が得
られる。なお、本実施形態では、表面電極７の膜厚を１
５ｎｍとしてあるが、この膜厚は特に限定するものでは
なく、強電界ドリフト層６を通ってきた電子がトンネル
できる膜厚であればよい。また、本実施形態では、表面
電極７となる導電性薄膜を蒸着により形成しているが、
導電性薄膜の形成方法は蒸着に限定されるものではな
く、例えばスパッタ法を用いてもよい。
界ドリフト層６上に導電性薄膜（例えば、金薄膜）から
なる表面電極７を例えば蒸着により形成することによっ
て、図６（ｅ）に示す構造の電界放射型電子源１０が得
られる。なお、本実施形態では、表面電極７の膜厚を１
５ｎｍとしてあるが、この膜厚は特に限定するものでは
なく、強電界ドリフト層６を通ってきた電子がトンネル
できる膜厚であればよい。また、本実施形態では、表面
電極７となる導電性薄膜を蒸着により形成しているが、
導電性薄膜の形成方法は蒸着に限定されるものではな
く、例えばスパッタ法を用いてもよい。
【００６７】しかして、上述の製造方法によれば、電子
放出効率が高く熱的な安定性が高い電界放射型電子源１
０を提供することができる。また、多結晶シリコン層３
をプラズマＣＶＤ法などの低温プロセスで成膜し、多孔
質多結晶シリコン層４の酸化を酸により行っており、か
つ、表面電極７を蒸着法、スパッタ法などにより成膜し
ており、また、シリサイド層１９についても比較的低温
で形成することができるので、６００℃以下の低温プロ
セスで電界放射型電子源１０を製造することができる。
したがって、絶縁性基板１１として、石英ガラス基板に
比べて安価な無アルカリガラス基板を用いることができ
て、低コスト化が図れるとともに、より一層の大面積化
を図ることができ、さらに上記多結晶シリコン層３の形
成温度によっては低アルカリガラス基板、ソーダライム
ガラス基板などの無アルカリガラス基板に比べて耐熱温
度の低いガラス基板を用いることも可能になる。
放出効率が高く熱的な安定性が高い電界放射型電子源１
０を提供することができる。また、多結晶シリコン層３
をプラズマＣＶＤ法などの低温プロセスで成膜し、多孔
質多結晶シリコン層４の酸化を酸により行っており、か
つ、表面電極７を蒸着法、スパッタ法などにより成膜し
ており、また、シリサイド層１９についても比較的低温
で形成することができるので、６００℃以下の低温プロ
セスで電界放射型電子源１０を製造することができる。
したがって、絶縁性基板１１として、石英ガラス基板に
比べて安価な無アルカリガラス基板を用いることができ
て、低コスト化が図れるとともに、より一層の大面積化
を図ることができ、さらに上記多結晶シリコン層３の形
成温度によっては低アルカリガラス基板、ソーダライム
ガラス基板などの無アルカリガラス基板に比べて耐熱温
度の低いガラス基板を用いることも可能になる。
【００６８】また、上述の製造方法で製造された電界放
射型電子源１０は、特許第２９６６８４２号、特許第２
９８７１４０号に開示された電界放射型電子源と同様
に、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出
時にポッピング現象が発生せず安定して電子を放出する
ことができる。したがって、強電界ドリフト層６は、従
来例と同様、図１０に示すように、少なくとも、柱状の
多結晶シリコン５１（グレイン）と、多結晶シリコン５
１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、多結
晶シリコン５１間に介在するナノメータオーダの微結晶
シリコン層６３と、微結晶シリコン層６３の表面に形成
され当該微結晶シリコン層６３の結晶粒径よりも小さな
膜厚の絶縁膜であるシリコン酸化膜６４とから構成され
ると考えられる。すなわち、強電界ドリフト層６は、各
グレインの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では
結晶状態が維持されていると考えられる。
射型電子源１０は、特許第２９６６８４２号、特許第２
９８７１４０号に開示された電界放射型電子源と同様
に、電子放出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出
時にポッピング現象が発生せず安定して電子を放出する
ことができる。したがって、強電界ドリフト層６は、従
来例と同様、図１０に示すように、少なくとも、柱状の
多結晶シリコン５１（グレイン）と、多結晶シリコン５
１の表面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、多結
晶シリコン５１間に介在するナノメータオーダの微結晶
シリコン層６３と、微結晶シリコン層６３の表面に形成
され当該微結晶シリコン層６３の結晶粒径よりも小さな
膜厚の絶縁膜であるシリコン酸化膜６４とから構成され
ると考えられる。すなわち、強電界ドリフト層６は、各
グレインの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では
結晶状態が維持されていると考えられる。
【００６９】ところで、上述の製造方法では、多孔質多
結晶シリコン層４を酸により酸化しているが、例えば酸
素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス雰囲気中で紫
外線を照射して酸化するようにしてもよく、１００℃か
ら６００℃の温度範囲で酸化できることが望ましい。こ
の温度は６００℃より高温でもよいが、絶縁性基板１１
として安価なガラス基板を使用するという点からは１０
０℃から６００℃の温度範囲で酸化できることが望まし
い。ただし、基板としてシリコン基板や石英ガラス基板
を用いる場合には、多孔質多結晶シリコン層４を急速加
熱法（例えば、ＲＴＯ法）によって酸化して強電界ドリ
フト層６を形成するようにしてもよい。
結晶シリコン層４を酸により酸化しているが、例えば酸
素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス雰囲気中で紫
外線を照射して酸化するようにしてもよく、１００℃か
ら６００℃の温度範囲で酸化できることが望ましい。こ
の温度は６００℃より高温でもよいが、絶縁性基板１１
として安価なガラス基板を使用するという点からは１０
０℃から６００℃の温度範囲で酸化できることが望まし
い。ただし、基板としてシリコン基板や石英ガラス基板
を用いる場合には、多孔質多結晶シリコン層４を急速加
熱法（例えば、ＲＴＯ法）によって酸化して強電界ドリ
フト層６を形成するようにしてもよい。
【００７０】本実施形態の電界放射型電子源１０の基本
動作は図１２に示した従来構成と同じであり、導電性層
８から注入された電子が強電界ドリフト層６をドリフト
し表面電極７を通して放出されるなお、本実施形態の電
界放射型電子源１０においても、従来構成と同様に、表
面電極７と導電性層８との間に印加する直流電圧Ｖpsを
１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させるこ
とができる。
動作は図１２に示した従来構成と同じであり、導電性層
８から注入された電子が強電界ドリフト層６をドリフト
し表面電極７を通して放出されるなお、本実施形態の電
界放射型電子源１０においても、従来構成と同様に、表
面電極７と導電性層８との間に印加する直流電圧Ｖpsを
１０〜２０Ｖ程度の低電圧としても電子を放出させるこ
とができる。
【００７１】本実施形態では、強電界ドリフト層６を酸
化した多孔質多結晶シリコンにより構成しているが、強
電界ドリフト層６を窒化した多孔質多結晶シリコン、あ
るいは、その他の酸化若しくは窒化した多孔質多結晶半
導体層により構成してもよい。また、シリサイド層１９
は、ＷＳｉ2に限定されるものではなく、金属元素とＳ
ｉとの金属間化合物であればよく、金属元素としては、
Ｗの他に、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｔａ、
Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔなどを用いればよく、ま
た、シリサイド層１９をシリサイド膜の多層構造により
構成してもよい。
化した多孔質多結晶シリコンにより構成しているが、強
電界ドリフト層６を窒化した多孔質多結晶シリコン、あ
るいは、その他の酸化若しくは窒化した多孔質多結晶半
導体層により構成してもよい。また、シリサイド層１９
は、ＷＳｉ2に限定されるものではなく、金属元素とＳ
ｉとの金属間化合物であればよく、金属元素としては、
Ｗの他に、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｈｆ、Ｔａ、
Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔなどを用いればよく、ま
た、シリサイド層１９をシリサイド膜の多層構造により
構成してもよい。
【００７２】（実施形態４）本実施形態の電界放射型電
子源１０の基本構成は実施形態３と略同じであって、図
７に示すようにシリサイド層１９上に低抵抗の半導体結
晶層たるｎ形多結晶シリコン層９が形成され、ｎ形多結
晶シリコン層９上に多結晶シリコン層３が形成されてい
る点が相違する。なお、実施形態３と同様の構成要素に
は同一の符号を付して説明を省略する。
子源１０の基本構成は実施形態３と略同じであって、図
７に示すようにシリサイド層１９上に低抵抗の半導体結
晶層たるｎ形多結晶シリコン層９が形成され、ｎ形多結
晶シリコン層９上に多結晶シリコン層３が形成されてい
る点が相違する。なお、実施形態３と同様の構成要素に
は同一の符号を付して説明を省略する。
【００７３】本実施形態の電界放射型電子源１０でも実
施形態３と同様に、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高い。また、本実施形態の電界放射型電子源１０は
実施形態１の構成において導電性層８とｎ形多結晶シリ
コン層９との間にシリサイド層１９を設けた構成となっ
ているので、導電性層８からｎ形多結晶シリコン層９へ
の導電性層８の構成元素の拡散を防止することができる
とともに、ｎ形多結晶シリコン層９の結晶性を高めるこ
とができる。
施形態３と同様に、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高い。また、本実施形態の電界放射型電子源１０は
実施形態１の構成において導電性層８とｎ形多結晶シリ
コン層９との間にシリサイド層１９を設けた構成となっ
ているので、導電性層８からｎ形多結晶シリコン層９へ
の導電性層８の構成元素の拡散を防止することができる
とともに、ｎ形多結晶シリコン層９の結晶性を高めるこ
とができる。
【００７４】なお、本実施形態の電界放射型電子源１０
の製造方法は実施形態３で説明した製造方法と略同じで
あって、ｎ形多結晶シリコン層９を形成する工程が増え
るだけである。なお、ｎ形多結晶シリコン層９の形成方
法は、実施形態１で説明したいずれかの形成方法を採用
すればよい。また、ｎ形多結晶シリコン層９の代わりに
ｐ形多結晶シリコン層を用いてもよい。
の製造方法は実施形態３で説明した製造方法と略同じで
あって、ｎ形多結晶シリコン層９を形成する工程が増え
るだけである。なお、ｎ形多結晶シリコン層９の形成方
法は、実施形態１で説明したいずれかの形成方法を採用
すればよい。また、ｎ形多結晶シリコン層９の代わりに
ｐ形多結晶シリコン層を用いてもよい。
【００７５】ところで、上記各実施形態では、基板たる
絶縁性基板１１としてガラス基板を用いているが、絶縁
性基板１１はガラス基板に限定されるものではなく、例
えば、シリコン基板上に絶縁膜（ＳｉＯX、ＡｌＯXなど
の酸化膜や、ＳｉＮX、ＢＮ、ＡｌＮXなどの窒化膜）を
形成した基板や、金属性基板上に絶縁膜（酸化膜や窒化
膜など）を形成した基板を用いてもよい。
絶縁性基板１１としてガラス基板を用いているが、絶縁
性基板１１はガラス基板に限定されるものではなく、例
えば、シリコン基板上に絶縁膜（ＳｉＯX、ＡｌＯXなど
の酸化膜や、ＳｉＮX、ＢＮ、ＡｌＮXなどの窒化膜）を
形成した基板や、金属性基板上に絶縁膜（酸化膜や窒化
膜など）を形成した基板を用いてもよい。
【００７６】
【発明の効果】請求項１の発明は、基板と、該基板の一
表面上に形成された導電性層と、導電性層の表面側に形
成されたノンドープ半導体層と、該ノンドープ半導体層
上に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よ
りなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成
された表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して
正極として電圧を印加することにより導電性層から注入
された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を
通して放出される電界放射型電子源であって、上記導電
性層と上記ノンドープ半導体層との間に低抵抗の半導体
よりなる半導体結晶層を介在させてなるものであり、導
電性層上に低抵抗の半導体結晶層が形成されていること
により、導電性層に起因したショットキーバリアが従来
に比べて薄くなりトンネリングで電流を長すことができ
て、ショットキーバリアでの電圧降下を小さくでき、導
電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成されて
いる場合に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高くなるという効果がある。
表面上に形成された導電性層と、導電性層の表面側に形
成されたノンドープ半導体層と、該ノンドープ半導体層
上に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層よ
りなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成
された表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して
正極として電圧を印加することにより導電性層から注入
された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を
通して放出される電界放射型電子源であって、上記導電
性層と上記ノンドープ半導体層との間に低抵抗の半導体
よりなる半導体結晶層を介在させてなるものであり、導
電性層上に低抵抗の半導体結晶層が形成されていること
により、導電性層に起因したショットキーバリアが従来
に比べて薄くなりトンネリングで電流を長すことができ
て、ショットキーバリアでの電圧降下を小さくでき、導
電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成されて
いる場合に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高くなるという効果がある。
【００７７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記導電性層と上記半導体結晶層との間にシリサイ
ド層が設けられているので、ショットキーバリアの高さ
を低くすることができ、また、上記導電性層から上記半
導体結晶層への上記導電性層の構成元素の拡散を防止す
ることができ、拡散による合金化などを抑制することが
でき、熱的な安定性がより向上するという効果がある。
て、上記導電性層と上記半導体結晶層との間にシリサイ
ド層が設けられているので、ショットキーバリアの高さ
を低くすることができ、また、上記導電性層から上記半
導体結晶層への上記導電性層の構成元素の拡散を防止す
ることができ、拡散による合金化などを抑制することが
でき、熱的な安定性がより向上するという効果がある。
【００７８】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、上記半導体結晶層は、それぞれ抵抗
の異なる半導体層が厚み方向において積層された多層構
造を有し、上記導電性層に近い半導体層ほど抵抗が小さ
いので、電子放出効率が向上するという効果がある。
２の発明において、上記半導体結晶層は、それぞれ抵抗
の異なる半導体層が厚み方向において積層された多層構
造を有し、上記導電性層に近い半導体層ほど抵抗が小さ
いので、電子放出効率が向上するという効果がある。
【００７９】請求項４の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、上記半導体結晶層は、厚み方向に抵
抗が連続的に変化した層であって、上記導電性層に近づ
くほど抵抗が小さいので、電子放出効率が向上するとい
う効果がある。
２の発明において、上記半導体結晶層は、厚み方向に抵
抗が連続的に変化した層であって、上記導電性層に近づ
くほど抵抗が小さいので、電子放出効率が向上するとい
う効果がある。
【００８０】請求項５の発明は、基板と、該基板の一表
面上に形成された導電性層と、導電性層の表面側に形成
されたノンドープ半導体層と、該ノンドープ半導体層上
に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層より
なる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成さ
れた表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正
極として電圧を印加することにより導電性層から注入さ
れた電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通
して放出される電界放射型電子源であって、上記導電性
層と上記ノンドープ半導体層との間にシリサイド層を介
在させてなるものであり、導電性層上にシリサイド層を
介してノンドープ半導体層が形成されていることによ
り、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成
されている場合に比べてショットキーバリアの高さが低
くなり、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高くな
り、また、導電性層とノンドープ半導体層との間にシリ
サイド層が介在するので、上記導電性層から上記ノンド
ープ半導体層への拡散を防止することができ、拡散によ
る合金化などを抑制することができ、熱的な安定性がよ
り向上するという効果がある。
面上に形成された導電性層と、導電性層の表面側に形成
されたノンドープ半導体層と、該ノンドープ半導体層上
に形成された酸化若しくは窒化した多孔質半導体層より
なる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成さ
れた表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正
極として電圧を印加することにより導電性層から注入さ
れた電子が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通
して放出される電界放射型電子源であって、上記導電性
層と上記ノンドープ半導体層との間にシリサイド層を介
在させてなるものであり、導電性層上にシリサイド層を
介してノンドープ半導体層が形成されていることによ
り、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成
されている場合に比べてショットキーバリアの高さが低
くなり、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高くな
り、また、導電性層とノンドープ半導体層との間にシリ
サイド層が介在するので、上記導電性層から上記ノンド
ープ半導体層への拡散を防止することができ、拡散によ
る合金化などを抑制することができ、熱的な安定性がよ
り向上するという効果がある。
【００８１】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
５の発明において、上記強電界ドリフト層は、基板の主
表面に略直交して列設された柱状の半導体結晶と、半導
体結晶間に介在するナノメータオーダの半導体微結晶
と、半導体微結晶の表面に形成され当該半導体微結晶の
結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜とからなるので、強
電界ドリフト層では導電性層から注入された電子が半導
体微結晶に衝突せずに上記絶縁膜に印加されている電界
で加速されてドリフトし、強電界ドリフト層で発生した
熱が柱状の半導体結晶を通して放熱されるから、電子放
出時にポッピング現象が発生せず高効率で電子を放出す
ることができるという効果がある。
５の発明において、上記強電界ドリフト層は、基板の主
表面に略直交して列設された柱状の半導体結晶と、半導
体結晶間に介在するナノメータオーダの半導体微結晶
と、半導体微結晶の表面に形成され当該半導体微結晶の
結晶粒径よりも小さな膜厚の絶縁膜とからなるので、強
電界ドリフト層では導電性層から注入された電子が半導
体微結晶に衝突せずに上記絶縁膜に印加されている電界
で加速されてドリフトし、強電界ドリフト層で発生した
熱が柱状の半導体結晶を通して放熱されるから、電子放
出時にポッピング現象が発生せず高効率で電子を放出す
ることができるという効果がある。
【００８２】請求項７の発明は、請求項１ないし請求項
６の発明において、上記半導体は、多結晶半導体よりな
るので、大面積化が容易になるという効果がある。
６の発明において、上記半導体は、多結晶半導体よりな
るので、大面積化が容易になるという効果がある。
【００８３】請求項８の発明は、請求項１ないし請求項
７の発明において、上記半導体は、シリコンよりなるの
で、シリコンプロセスを使用できるという効果がある。
７の発明において、上記半導体は、シリコンよりなるの
で、シリコンプロセスを使用できるという効果がある。
【００８４】請求項９の発明は、請求項１ないし請求項
８の発明において、上記導電性層は、金属よりなるの
で、上記導電性層の低抵抗化が容易になるという効果が
ある。
８の発明において、上記導電性層は、金属よりなるの
で、上記導電性層の低抵抗化が容易になるという効果が
ある。
【００８５】請求項１０の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を加熱して結晶化すること
により半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上
にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半
導体層の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層
を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化す
ることにより強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフ
ト層上に表面電極を形成するので、導電性層上にアモル
ファス半導体層を形成し該アモルファス半導体層を加熱
して結晶化することにより低抵抗の半導体結晶層を形成
しているから、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導
体層が形成された電界放射型電子源に比べて、電子放出
効率が高く且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を
提供することができるという効果がある。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を加熱して結晶化すること
により半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上
にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半
導体層の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層
を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化す
ることにより強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフ
ト層上に表面電極を形成するので、導電性層上にアモル
ファス半導体層を形成し該アモルファス半導体層を加熱
して結晶化することにより低抵抗の半導体結晶層を形成
しているから、導電性層上に高抵抗のアモルファス半導
体層が形成された電界放射型電子源に比べて、電子放出
効率が高く且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を
提供することができるという効果がある。
【００８６】請求項１１の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を熱アニールにて加熱して
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
で、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質の結晶半導体
層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層
を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成するの
で、導電性層上にアモルファス半導体層を形成し該アモ
ルファス半導体層を熱アニールにて加熱して結晶化する
ことにより低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、
導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成され
た電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ
熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供することが
できるという効果がある。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を熱アニールにて加熱して
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
で、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質の結晶半導体
層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層
を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成するの
で、導電性層上にアモルファス半導体層を形成し該アモ
ルファス半導体層を熱アニールにて加熱して結晶化する
ことにより低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、
導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成され
た電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ
熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供することが
できるという効果がある。
【００８７】請求項１２の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層をレーザアニールにて加熱
して結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その
後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次
いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することに
より多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を
酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形
成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成するので、
導電性層上にアモルファス半導体層を形成し該アモルフ
ァス半導体層をレーザアニールにて加熱して結晶化する
ことにより低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、
導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成され
た電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ
熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供することが
できるという効果がある。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層をレーザアニールにて加熱
して結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その
後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次
いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することに
より多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を
酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形
成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成するので、
導電性層上にアモルファス半導体層を形成し該アモルフ
ァス半導体層をレーザアニールにて加熱して結晶化する
ことにより低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、
導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成され
た電界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ
熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供することが
できるという効果がある。
【００８８】請求項１３の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を水素を用いた加熱処理で
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
で、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成
し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成するので、導
電性層上にアモルファス半導体層を形成し該アモルファ
ス半導体層を水素を用いた加熱処理で結晶化することに
より低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、導電性
層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界
放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な
安定性が高い電界放射型電子源を提供することができる
という効果がある。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層を水素を用いた加熱処理で
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
で、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成
し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成するので、導
電性層上にアモルファス半導体層を形成し該アモルファ
ス半導体層を水素を用いた加熱処理で結晶化することに
より低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、導電性
層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界
放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な
安定性が高い電界放射型電子源を提供することができる
という効果がある。
【００８９】請求項１４の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層に水素プラズマを照射して
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
で、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成
し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成するので、導
電性層上にアモルファス半導体層を形成し該アモルファ
ス半導体層に水素プラズマを照射して結晶化することに
より低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、導電性
層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界
放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な
安定性が高い電界放射型電子源を提供することができる
という効果がある。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層に水素プラズマを照射して
結晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、
半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次い
で、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形成
し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成するので、導
電性層上にアモルファス半導体層を形成し該アモルファ
ス半導体層に水素プラズマを照射して結晶化することに
より低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、導電性
層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界
放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な
安定性が高い電界放射型電子源を提供することができる
という効果がある。
【００９０】請求項１５の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層に水素イオンを照射して結
晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、半
導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次いで、
ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することにより多
孔質半導体層を形成し、該多孔質半導体層を酸化若しく
は窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、強電
界ドリフト層上に表面電極を形成するので、導電性層上
にアモルファス半導体層を形成し該アモルファス半導体
層に水素イオンを照射して結晶化することにより低抵抗
の半導体結晶層を形成しているから、導電性層上に高抵
抗のアモルファス半導体層が形成された電界放射型電子
源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高
い電界放射型電子源を提供することができるという効果
がある。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上にアモルファス半導体層を形成した
後、該アモルファス半導体層に水素イオンを照射して結
晶化することにより半導体結晶層を形成し、その後、半
導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次いで、
ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することにより多
孔質半導体層を形成し、該多孔質半導体層を酸化若しく
は窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、強電
界ドリフト層上に表面電極を形成するので、導電性層上
にアモルファス半導体層を形成し該アモルファス半導体
層に水素イオンを照射して結晶化することにより低抵抗
の半導体結晶層を形成しているから、導電性層上に高抵
抗のアモルファス半導体層が形成された電界放射型電子
源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高
い電界放射型電子源を提供することができるという効果
がある。
【００９１】請求項１６の発明は、請求項１ないし請求
項１５の発明において、上記アモルファス半導体層は、
不純物がドーピングされた低抵抗のアモルファス半導体
よりなるので、アモルファス半導体層の抵抗を制御性よ
く制御でき、結果として低抵抗の半導体結晶層の抵抗を
制御性良く低抵抗化することができる。
項１５の発明において、上記アモルファス半導体層は、
不純物がドーピングされた低抵抗のアモルファス半導体
よりなるので、アモルファス半導体層の抵抗を制御性よ
く制御でき、結果として低抵抗の半導体結晶層の抵抗を
制御性良く低抵抗化することができる。
【００９２】請求項１７の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に不純物を添加した半導体結晶層を
形成した後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形
成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化す
ることにより多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半
導体層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフ
ト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成す
るので、導電性層上に不純物を添加した低抵抗の半導体
結晶層を形成しているから、導電性層上に高抵抗のアモ
ルファス半導体層が形成された電界放射型電子源に比べ
て、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高い電界放
射型電子源を提供することができるという効果がある。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に不純物を添加した半導体結晶層を
形成した後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形
成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化す
ることにより多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半
導体層を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフ
ト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成す
るので、導電性層上に不純物を添加した低抵抗の半導体
結晶層を形成しているから、導電性層上に高抵抗のアモ
ルファス半導体層が形成された電界放射型電子源に比べ
て、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高い電界放
射型電子源を提供することができるという効果がある。
【００９３】請求項１８の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に不純物をドーピングした低抵抗の
半導体よりなる半導体結晶層を堆積させ、その後、半導
体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノ
ンドープ半導体層の一部を多孔質化することにより多孔
質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若し
くは窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、強
電界ドリフト層上に表面電極を形成するので、導電性層
上に不純物をドーピングした低抵抗の半導体よりなる半
導体結晶層を堆積させているから、導電性層上に高抵抗
のアモルファス半導体層が形成された電界放射型電子源
に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高い
電界放射型電子源を提供することができるという効果が
ある。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に不純物をドーピングした低抵抗の
半導体よりなる半導体結晶層を堆積させ、その後、半導
体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノ
ンドープ半導体層の一部を多孔質化することにより多孔
質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若し
くは窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、強
電界ドリフト層上に表面電極を形成するので、導電性層
上に不純物をドーピングした低抵抗の半導体よりなる半
導体結晶層を堆積させているから、導電性層上に高抵抗
のアモルファス半導体層が形成された電界放射型電子源
に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高い
電界放射型電子源を提供することができるという効果が
ある。
【００９４】請求項１９の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に結晶性を有する半導体層を形成
し、該半導体層にイオン注入を行うことにより半導体結
晶層を形成し、その後、半導体結晶層上にノンドープ半
導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部を
多孔質化することにより多孔質半導体層を形成した後、
該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより強
電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電
極を形成するので、導電性層上に結晶性を有する半導体
層を形成し、該半導体層にイオン注入を行うことにより
低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、導電性層上
に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界放射
型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高い電界放射型電子源を提供することができるとい
う効果がある。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に結晶性を有する半導体層を形成
し、該半導体層にイオン注入を行うことにより半導体結
晶層を形成し、その後、半導体結晶層上にノンドープ半
導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部を
多孔質化することにより多孔質半導体層を形成した後、
該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより強
電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電
極を形成するので、導電性層上に結晶性を有する半導体
層を形成し、該半導体層にイオン注入を行うことにより
低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、導電性層上
に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電界放射
型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高い電界放射型電子源を提供することができるとい
う効果がある。
【００９５】請求項２０の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に結晶性を有する半導体層を形成
し、該半導体層に不純物を拡散させることにより半導体
結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上にノンドープ
半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部
を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成した
後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することによ
り強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に表
面電極を形成するので、導電性層上に結晶性を有する半
導体層を形成し、該半導体層に不純物を拡散させること
により低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、導電
性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電
界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的
な安定性が高い電界放射型電子源を提供することができ
るという効果がある。
放射型電子源の製造方法であって、基板上に導電性層を
形成し、導電性層上に結晶性を有する半導体層を形成
し、該半導体層に不純物を拡散させることにより半導体
結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上にノンドープ
半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部
を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成した
後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することによ
り強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に表
面電極を形成するので、導電性層上に結晶性を有する半
導体層を形成し、該半導体層に不純物を拡散させること
により低抵抗の半導体結晶層を形成しているから、導電
性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された電
界放射型電子源に比べて、電子放出効率が高く且つ熱的
な安定性が高い電界放射型電子源を提供することができ
るという効果がある。
【００９６】請求項２１の発明は、請求項１０ないし請
求項２０の発明において、上記半導体結晶層の形成後あ
るいは上記ノンドープ半導体層の形成後あるいは上記多
孔質半導体層の形成後あるいは上記強電界ドリフト層の
形成後あるいは上記表面電極の形成後に少なくとも１回
熱処理を行うので、上記導電性層と上記半導体結晶層と
で形成されるショットキーバリアを低減あるいは取り除
くことができ、電子放出効率が高く熱的な安定性が高い
電界放射型電子源を提供することができるという効果が
ある。
求項２０の発明において、上記半導体結晶層の形成後あ
るいは上記ノンドープ半導体層の形成後あるいは上記多
孔質半導体層の形成後あるいは上記強電界ドリフト層の
形成後あるいは上記表面電極の形成後に少なくとも１回
熱処理を行うので、上記導電性層と上記半導体結晶層と
で形成されるショットキーバリアを低減あるいは取り除
くことができ、電子放出効率が高く熱的な安定性が高い
電界放射型電子源を提供することができるという効果が
ある。
【図１】実施形態１を示す概略断面図である。
【図２】同上の製造方法を説明するための主要工程断面
図である。
図である。
【図３】同上の特性測定原理の説明図である。
【図４】実施形態２を示す概略断面図である。
【図５】実施形態３を示す概略断面図である。
【図６】同上の特性測定原理の説明図である。
【図７】実施形態４を示す概略断面図である。
【図８】従来例を示す概略断面図である。
【図９】同上の特性測定原理の説明図である。
【図１０】同上の電子放出機構の説明図である。
【図１１】他の従来例を示す概略断面図である。
【図１２】同上の特性測定原理の説明図である。
３ 多結晶シリコン層
６ 強電界ドリフト層
７ 表面電極
８ 導電性層
９ ｎ形多結晶シリコン層
１０ 電界放射型電子源
１１ 絶縁性基板
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−259795（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−67063（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−329213（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−60795（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−149984（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−262908（ＪＰ，Ａ)
特許2966842（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 1/312
H01J 9/02
H01J 29/04
H01J 31/12
Claims (21)
- 【請求項１】 基板と、該基板の一表面上に形成された
導電性層と、導電性層の表面側に形成されたノンドープ
半導体層と、該ノンドープ半導体層上に形成された酸化
若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフ
ト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを
備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印
加することにより導電性層から注入された電子が強電界
ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電
界放射型電子源であって、上記導電性層と上記ノンドー
プ半導体層との間に低抵抗の半導体よりなる半導体結晶
層を介在させてなることを特徴とする電界放射型電子
源。 - 【請求項２】 上記導電性層と上記半導体結晶層との間
にシリサイド層が設けられてなることを特徴とする請求
項１記載の電界放射型電子源。 - 【請求項３】 上記半導体結晶層は、それぞれ抵抗の異
なる半導体層が厚み方向において積層された多層構造を
有し、上記導電性層に近い半導体層ほど抵抗が小さいこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載の電界放射
型電子源。 - 【請求項４】 上記半導体結晶層は、厚み方向に抵抗が
連続的に変化した層であって、上記導電性層に近づくほ
ど抵抗が小さいことを特徴とする請求項１または請求項
２記載の電界放射型電子源。 - 【請求項５】 基板と、該基板の一表面上に形成された
導電性層と、導電性層の表面側に形成されたノンドープ
半導体層と、該ノンドープ半導体層上に形成された酸化
若しくは窒化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリフ
ト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを
備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印
加することにより導電性層から注入された電子が強電界
ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電
界放射型電子源であって、上記導電性層と上記ノンドー
プ半導体層との間にシリサイド層を介在させてなること
を特徴とする電界放射型電子源。 - 【請求項６】 上記強電界ドリフト層は、基板の主表面
に略直交して列設された柱状の半導体結晶と、半導体結
晶間に介在するナノメータオーダの半導体微結晶と、半
導体微結晶の表面に形成され当該半導体微結晶の結晶粒
径よりも小さな膜厚の絶縁膜とからなることを特徴とす
る請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電界放射
型電子源。 - 【請求項７】 上記半導体は、多結晶半導体よりなるこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記
載の電界放射型電子源。 - 【請求項８】 上記半導体は、シリコンよりなることを
特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の
電界放射型電子源。 - 【請求項９】 上記導電性層は、金属よりなることを特
徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の電
界放射型電子源。 - 【請求項１０】 請求項１記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上にアモルファス半導体層を形成した後、該アモルファ
ス半導体層を加熱して結晶化することにより半導体結晶
層を形成し、その後、半導体結晶層上にノンドープ半導
体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層の一部を多
孔質化することにより多孔質半導体層を形成した後、該
多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより強電
界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に表面電極
を形成することを特徴とする電界放射型電子源の製造方
法。 - 【請求項１１】 請求項１記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上にアモルファス半導体層を形成した後、該アモルファ
ス半導体層を熱アニールにて加熱して結晶化することに
より半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上に
ノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導
体層の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を
形成した後、該多孔質の結晶半導体層を酸化若しくは窒
化することにより強電界ドリフト層を形成し、強電界ド
リフト層上に表面電極を形成することを特徴とする電界
放射型電子源の製造方法。 - 【請求項１２】 請求項１記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上にアモルファス半導体層を形成した後、該アモルファ
ス半導体層をレーザアニールにて加熱して結晶化するこ
とにより半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層
上にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ
半導体層の一部を多孔質化することにより多孔質半導体
層を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化
することにより強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリ
フト層上に表面電極を形成することを特徴とする電界放
射型電子源の製造方法。 - 【請求項１３】 請求項１記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上にアモルファス半導体層を形成した後、該アモルファ
ス半導体層を水素を用いた加熱処理で結晶化することに
より半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上に
ノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導
体層の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を
形成した後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化する
ことにより強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト
層上に表面電極を形成することを特徴とする電界放射型
電子源の製造方法。 - 【請求項１４】 請求項１記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上にアモルファス半導体層を形成した後、該アモルファ
ス半導体層に水素プラズマを照射して結晶化することに
より半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上に
ノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導
体層の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を
形成した後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化する
ことにより強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト
層上に表面電極を形成することを特徴とする電界放射型
電子源の製造方法。 - 【請求項１５】 請求項１記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上にアモルファス半導体層を形成した後、該アモルファ
ス半導体層に水素イオンを照射して結晶化することによ
り半導体結晶層を形成し、その後、半導体結晶層上にノ
ンドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体
層の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を形
成し、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することに
より強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上に
表面電極を形成することを特徴とする電界放射型電子源
の製造方法。 - 【請求項１６】 上記アモルファス半導体層は、不純物
がドーピングされた低抵抗のアモルファス半導体よりな
ることを特徴とする請求項１０ないし請求項１５のいず
れかに記載の電界放射型電子源の製造方法。 - 【請求項１７】 請求項１記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上に不純物を添加した半導体結晶層を形成した後、半導
体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次いで、ノ
ンドープ半導体層の一部を多孔質化することにより多孔
質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を酸化若し
くは窒化することにより強電界ドリフト層を形成し、強
電界ドリフト層上に表面電極を形成することを特徴とす
る電界放射型電子源の製造方法。 - 【請求項１８】 請求項１記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上に不純物をドーピングした低抵抗の半導体よりなる半
導体結晶層を堆積させ、その後、半導体結晶層上にノン
ドープ半導体層を形成し、次いで、ノンドープ半導体層
の一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成
した後、該多孔質半導体層を酸化若しくは窒化すること
により強電界ドリフト層を形成し、強電界ドリフト層上
に表面電極を形成することを特徴とする電界放射型電子
源の製造方法。 - 【請求項１９】 請求項１記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上に結晶性を有する半導体層を形成し、該半導体層にイ
オン注入を行うことにより半導体結晶層を形成し、その
後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、次
いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化することに
より多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層を
酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を形
成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成することを
特徴とする電界放射型電子源の製造方法。 - 【請求項２０】 請求項１記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、基板上に導電性層を形成し、導電性層
上に結晶性を有する半導体層を形成し、該半導体層に不
純物を拡散させることにより半導体結晶層を形成し、そ
の後、半導体結晶層上にノンドープ半導体層を形成し、
次いで、ノンドープ半導体層の一部を多孔質化すること
により多孔質半導体層を形成した後、該多孔質半導体層
を酸化若しくは窒化することにより強電界ドリフト層を
形成し、強電界ドリフト層上に表面電極を形成すること
を特徴とする電界放射型電子源の製造方法。 - 【請求項２１】 上記半導体結晶層の形成後あるいは上
記ノンドープ半導体層の形成後あるいは上記多孔質半導
体層の形成後あるいは上記強電界ドリフト層の形成後あ
るいは上記表面電極の形成後に少なくとも１回熱処理を
行うことを特徴とする請求項１０ないし請求項２０のい
ずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法。
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