JPH02126532A

JPH02126532A - 電子放出素子

Info

Publication number: JPH02126532A
Application number: JP63278707A
Authority: JP
Inventors: Akira Kaneko; 彰金子; Kaoru Tomii; 冨井　薫
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-11-04
Filing date: 1988-11-04
Publication date: 1990-05-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、電子顕微鏡、電子ビーム露出装置、ＣＲＴ等
、各種電子ビーム応用装置の電子発生源として利用でき
る電子放出素子に関する。

従来の技術電子ビーム装置、例えば電子顕微鏡やＣＲＴ等における
電子発生源として、従来熱陰極からの熱電子放出が用い
られていた。しかし、この様な熱陰極を用いた電子放出
は加熱手段が必要であったり、加熱によるエネルギーロ
スがある等問題があった。そこで、加熱によらない電子
放出素子の研究、いわゆる冷陰極に関する研究が行われ
、いくつかの型の電子放出素子が提案されてきた。

たとえば、ＰＮ接合に逆バイアス電圧を印加し。

電子なだれ降伏現象を起こさせて素子外へ電子を放出さ
せるものや、電界集中の生じ易い形状の金属に対し電圧
を印加して局所的に高密度な電界を発生させ、金属から
素子外へ電子を放出させる電界効果型のものや、金属−
絶縁体層−金属層の構成で、この２つの金属の間に電圧
を印加することてより、トンネル効果で絶縁体層を通過
してきた電子を金属層から素子外へ放出させるＭＩＭ型
のもの等の電子放出素子が提案されてきた。

上記冷陰極のうちＭＩＭ型電子放出素子に関して第４図
を用いて詳しく説明する。

ＭＩＭ型の電子放出素子は、第４図に示すように金属層
４１上に薄い絶縁体層４２を介して薄い金属層４３が積
層形成された構造を有している。

そして、電源４４によって金属層４３の仕事関数より大
きな″電圧を金属層４１および金属層４３に印加するこ
とによって、絶縁体層４２をトンネルした電子のうち真
空準位より大きなエネルギーを有するものが金属層４３
表面から放出電子４５として放出される。なお、高い放
出効果を得るためには。

絶縁体層４２を絶縁破壊が生じない範囲で、また金属層
４３を電流が十分流れる範囲で、各々可能な限り薄く形
成することが望ましい。

このＭＩＭ型電子放出素子としては、従来テレビジョン
学会電子装置研究委員会資料の［トンネルカソードを用
いた陰極線管Ｊ　（１９６８年４月３０日）で提示され
ている第５図のような構成のものや、特開昭６３−６７
１７号公報に記載されている第６図のような構成のもの
がある。即ち、第５図のものは、ガラス基板５１上にＡ
ｌの金属層５２を形成し、その上に絶縁体層５３として
Ａｌ２Ｏ３、絶縁体層５４としてＳｉＯを形成し、更愕
その上にＡｕの金属層５５を形成した構成であり、金属
層５２と金属層５５０間に電圧を印加することにより、
金属層５５の電子放出領域５６から電子を放出させるも
のである。また、第６図のものは、基板６１の上に金属
層６２を形成し、さらにその上に絶縁体層６３を形成す
る。そして、金属層６２の方向と直角方向に金属層６４
を形成し、金属層６２と金属層６４との間に電圧を印す
ロすることにより、金属層６２と金属層６４の交叉する
領域から電子を放出させるものである。

発明が解決しようとする課題しかし、従来提案されていた上記ＭＩＭ型電子放出素子
は、その構成上、トンネルによって電子が透過する薄い
絶縁体層および、電子が放出される薄い金属層が、凹凸
を持った下地の上に形成されているため、形成された絶
縁体層および金属層も凹凸を持ち、その膜厚が不均一と
なり、その特性が不安定となる傾向にあった。特に、薄
い金属層は凹凸があると、その段差の部分で亀裂による
導通不良や、膜厚不均一による特性劣化が生じ易く、ま
た、これらをアレー化して複数個形成すると、各素子の
特性の不均一が著しくなるという課題があった。本発明
はこのような従来技術の課題を解決することを目的とす
る。

課題を解決するだめの手段第１の本発明は、一部凸状に形成された導電層と、その
凸状に形成された導電層の上に形成された薄い第１の絶
縁体層と、前記導電層の上に形成され、前記薄い第１の
絶縁体層表面と同一平面となるように形成された第２の
絶縁体層と、前記２つの部分の絶縁体層上に形成された
金属層とを有するものである。

また、第２の本発明は、基板と、その上の所定の部分に
形成された導電層と、前記導電層上に形成された薄い第
１の絶縁体層と、前記薄い第１の絶縁体層表面と同一平
面となるように基板上の所定の部分に形成された第２の
絶縁体層と、前記２つの部分の絶縁体層上に形成された
金属層とを有するものである。

作　　　　用本発明は上記構成により、薄い絶縁体層と電子が放出さ
れる薄い金属層とを、凹凸の無い、均一な膜として形成
することができるため、段差の部分での亀裂や素子の特
性の不安定性および劣化の無い、良好な電子放出素子を
提供することができるものであり、アレー化して複数個
形成しても、各素子の特性の不均一性の無い、良好な電
子放出素子を提供することができるものである。

実施例以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における電子放出素子の
概略断面図である。

同図において、　１１は導電層、１２は薄い絶縁体層、
　１３は絶縁体層、　１４は金属層、　１５は電子放出
領域を示す。本発明の電子放出素子は、導電層１１の一
部が凸状に形成され、この導電層１１の凸状部分の上に
薄い絶縁体層１２が、また凸状部分以外の導電層１１の
上には、薄い絶縁体層１２０表面と同一平面となるよう
な厚さに絶縁体層１３が形成されている。さらに、この
２つの部分の絶縁体層１２および１３の上に薄い金属層
１４が形成されている。そして、金属層１４を“＋”、
導電層１１を“−”に電圧を印加することにより、電子
放出領域１５の下側の薄い絶縁体層１２に強電界を形成
し、導電層１１より電子を引き出し、薄い絶縁体層１２
の中をトンネル現象によって金属層１４に電子を透過さ
せ、金属層１５の仕事関数以上のエネルギーを持った電
子を電子放出領域１５より放出させる。

本発明の構成により、段差の部分が無くなるため薄い絶
縁体層１２と金属層１４とが平面状に形成でき、容易に
その膜厚の均一化が図れ、その結果素子特性の安定化を
図ることができた。

次に第２図（ａｌ〜＋ｇ＋を用いて１本発明の電子放出
素子の製造工程を示す。まず、ガラス基板２１の上に導
電層２２として１例えばＡｔ、Ｔａ等からなる金属を、
例えば抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッター
蒸着法等により、膜厚０．１〜１μｍ程度形成した（第
２図（ａ））。次に、導電層２２の上に５通常のフォト
リソグラフィー技術によってレジスト層２３を形成しく
第２図（ｂ））、そして、例えばイオンミーリング法、
湿式エツチング法等により導電層２２を厚さｄ、例えば
０．０５〜０．５μｍ程度エツチングしく第２図（Ｃ）
）、さらにその上に例えば５ｉＯｚ、Ａｌ　２０３．Ｔ
ａｚＯｓ等の絶縁物を例えば電子ビーム蒸着法、スパッ
ター蒸着法等で厚さｄだけ形成した後（第２図（ｄ））
、レジスト層２３をリフトオフして除去した（第２図（
ｅ））。次に酸素雰囲気中での熱酸化、あるいは陽極酸
化等で薄い絶縁体層２５、例えばＡｌｚ０３あるいはＴ
ａ　２０５を厚ｔ、例えば、５０〜２００八程度形成し
た（第２図（ｆ））。そして、前記２つの部分の絶縁体
層２４および２５の上に金属層２６、例えばＡμ。

ＡＩ　、Ｍｏ　、Ｗ等を抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸
着法、スパッター蒸着法等により、厚さ５０〜２００八
程度形成し、本発明の電子放出素子を形成した（第２図
（ｇ））。その結果、均一な電子放出特性で、安定性の
良い電子放出素子を得た。

なお、上述の実際例においては導電層の下に基板を有す
る例を示したが、基板がなくても本発明の効果を失うも
のではない。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

第３図は本発明の第２の実施例における電子放出素子の
概略断面図であり、３１は基板、３２は導電層、３３は
絶縁体層、３４は薄い絶縁体層、３５は金属層を示す。

本実施例の電子放出素子の構成は基板３１上の所定の部
分に導電層３２が形成され、この導電層３２の上に薄い
絶縁体層３４が形成されており、さらに、基板３１上で
導電層３２が形成されている部分以外の所定の部分に絶
縁体層３３が、薄い絶縁体層３４０表面と同一平面とな
るように形成されている０そして１、この２つの部分の
絶縁体層３３および３４の上に薄い金属層３５が形成さ
れた構成となっている。本発明の電子放出素子は、第１
の実施例における製造工程の導電層を凸状にエツチング
した後の工程と全く同様の方法で作成することができ、
その結果電子放出素子の特性は均一で全く安定した、良
好なものであった。

なお、ここでは単体の電子放出素子に関する実施例を述
べたが、電子放出素子を複数個形成したアレー化された
ものに関しても本発明の効果は発揮される。

発明の効果以上のように本発明は、薄い第１の絶縁体層と第２の絶
縁体層との表面を段差の無い同一平面とし、かつ、この
上に形成した金属層を凹凸の無い膜とすることにより、
段差の部分での亀裂の無い、均一な膜が得られ、電子放
出素子として特性の安定した、均一なものとすることが
できた。また、アレー化して複数個電子放出素子を形成
しても。

各素子の特性は不均一性の無い、良好な電子放出素子を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における電子放出素子の
概略断面図、第２図（ａ＋〜（ｍは本発明の第１の実施
例における電子放出素子の作成工程断面図、第３図は本
発明の第２の実施例における電子放出素子の概略断面図
、第４図、第５図、第６図は従来の電子放出素子の概略
断面図である。１１、２２．３２・・・導電層、　１２．１３．２４．
２５．３３゜３４・・・絶縁体層、１４．２６．３５・
・・金属層、　２１．３１・・・基板。代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名菓図第図（０’１第図第図 ■■■■■ 第図５５會＾冶第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一部凸状に形成された導電層と、その凸状に形成
された導電層の上に形成された薄い第１の絶縁体層と、
前記導電層の上に形成され、前記薄い第１の絶縁体層表
面と同一平面となるように形成された第２の絶縁体層と
、前記２つの部分の絶縁体層上に形成された金属層とを
有することを特徴とする電子放出素子。
（２）基板と、前記基板上の所定の部分に形成された導
電層と、前記導電層上に形成された薄い第１の絶縁体層
と、前記薄い第１の絶縁体層表面と同一平面となるよう
に、前記基板上の所定の部分に形成された第２の絶縁体
層と、前記２つの部分の絶縁体層上に形成された金属層
とを有することを特徴とする電子放出素子。