JPH0260024A - 電子放出素子 - Google Patents

電子放出素子

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JPH0260024A
JPH0260024A JP63208137A JP20813788A JPH0260024A JP H0260024 A JPH0260024 A JP H0260024A JP 63208137 A JP63208137 A JP 63208137A JP 20813788 A JP20813788 A JP 20813788A JP H0260024 A JPH0260024 A JP H0260024A
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JP
Japan
Prior art keywords
electron
emitting
thin film
electrode
emitting device
Prior art date
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Pending
Application number
JP63208137A
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English (en)
Inventor
Yoshikazu Sakano
坂野 嘉和
Ichiro Nomura
一郎 野村
Tetsuya Kaneko
哲也 金子
Toshihiko Takeda
俊彦 武田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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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、電子放出素子に関し、特に寿命の長い安定し
た電子放出を行わせる表面伝導形電子放出素子に関する
ものである。
[従来の技術1 従来、簡単な構造で′面子の放出が得られる素子として
、例えば、エム アイ エリンソン(M、 I。
Elinson)等によって発表された冷陰極素子が知
られている[ラジオ エンジニアリング エレクトロン
 フィジイックス(Radio Eng、 Elect
ron。
Phys、 )第1O巻、 +290−1298頁、 
1985年]。
これは、基板上に形成された小面積の薄膜に、1模面に
平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を
利用するもので、一般には表面伝導形放出素子と呼ばれ
ている。
この表面伝導形放出素子としては、前記エリンソン等に
より開発された5nO2(Sb)薄膜を用いたもの、A
u薄膜によるもの[ジー・ディトマー°“スイン ソリ
ド フィルムス”(G、 Dittmer: ”Th1
nSolid FilIIls ” )  、 9巻、
317頁、 (1972年月。
ITO薄膜によるもの[エム ハートウェル アンド 
シー ジー フォンスタッド: ”アイ イーイー イ
ー トランス′1イー デイ−コン7(M、 Hart
well and C,G、 Fonstad: ”I
EEE Trans。
E(l Conf、”)519頁、(1975年月、カ
ーボン薄膜によるもの[荒木久他:゛真空′°、第26
巻、第1号、22頁、  (1983年)]などが報告
されている。
これらの表面伝導形放出素子の典型的な素子構成を第7
図に示す、同図において、1および2は゛電気的接続を
得る為の電極、3は電子放出材料で形成される薄膜、4
は基板、5は電子放出部を示す。
従来、これらの表面伝導形放出素子においては、電子放
出を行う前にあらかじめフォーミングと呼ばれる通電加
熱処理によって電子放出部を形成する。即ち、前記電極
lと電極2の間に電圧を印加する事により、薄膜3に通
電し、これにより発生するジュール熱で薄膜3を局所的
に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気的に高抵抗な状
態にした電子放出部5を形成することにより電子放出機
能を得ている。
[発明が解決しようとする課題J しかしながら上記従来例では電子故山時に発生するマイ
クロ放電、イオンボンバードにより次のような欠点があ
った。
(1) 5naz系、In2O3系の電子放出材料を用
いた素子では、電子放出部を形成する薄膜の形状によっ
て多少は異なるが、−殻内には電子放出を得るために、
30Vから300v程度の高い電圧を印加する必要があ
る。そのため、電子放出部及び電子放出部周辺、特に負
の電圧を印加する負極側電極がマイクロ放電により劣化
、破断等の欠陥により、耐久性に劣る致命的な欠陥とな
る。
マイクロ放電による欠陥は、印加電圧の高い素子におい
て、非常に顕著にあられれる。
(2) Au、 Pt、 Pdなどの金属の電子放出材
料を用いた素子では材料が比較的スパッタしやすいこと
から、電子放出時に生成されたイオンのために電子放出
部及び電子放出部周辺、特に正の電圧を印加する正極側
及び電極が、イオンポンハードによりスパッタ及び再付
着による経時変化、電極の破断等の欠陥を招いて、耐久
性の劣化や特性の経時劣化が発生する。特に応用上、電
子を引き出す電圧を高くする、低真空度で使用する場合
に顕著に発生する。
以上のような問題点があるため、従来の表面伝導形電子
放出素子は、素子構造が簡単であるという利点があるに
もかかわらず、産業上、積極的に応用されるには至って
いなかった。
本発明は、上記のような従来例の欠点を除去するために
なされたものである。
し課題を解決するための手段] 前記問題点、マイクロ放電、イオンボンバードによる欠
陥は、電子放出部と電子放出部以外の劣化に大別するこ
とができる0本発明によれば、電子放出部以外の周辺部
分の劣化を改善するものである。
電子放出部以外の周辺部分はマイクロ放電による負極側
電極の劣化、破断、イオンボンバードによる正極側電極
の劣化、破断により電子放出特性の経時劣化、耐久性に
劣る欠陥があったが、電子放出部以外の周辺表面にイオ
ン衝撃性の高い材料により被膜を設けることにより、前
記問題点を解決したものである。
イオン衝撃性の高い材料は、例えばSiC,BaGなど
の一般的にスパッタしにくい材料が挙げられる。もっと
も、電気抵抗が高いとチャージアップ現象が発生し、電
子放出しなくなったり、電子ビームが広がり、電荷の移
動による素子破壊などの問題点があったが、被覆材料の
電気抵抗を101OΩ/口以下にすることにより上記問
題点を解決したものである。
[実施例] 以下に、図面に示す実施例により本発明を詳細に示す。
実施例1 第1図(a)、(b)は、本発明に係る表面伝導形電子
放出素子の一実施例を示す説明図である。同図に於いて
、4は絶縁性を有する基板、3は電子放出材料で形成さ
れる薄膜、lおよび2は電気的接続を得るための電極、
5は電子放出部、6は被覆材料である。
本発明による電子放出素子は、第1図(b)に於いて絶
縁性基板4として石英基板を用い、洗浄された石英基板
4上に、電子放出材料として5n02を用い、膜厚10
00Aの薄I!!3を成膜しく他の電子放出材料として
In2O3,PbO等の金属酸化物、Ag。
Au、 Pt等の金属、カーボン、その他各種半導体材
料などがある。)、次いで、フォトリソグラフィー技術
により電子放出部5が形成されるネック部を有する電子
放出材料の薄I8!3を形成する。
次いで、前記薄膜3に形成される電子放出部5と電気的
接続を得る電極1.2にNiを用いてマスク蒸着により
1500Aの膜厚で形成する(他に電極1.2となる導
電性材料として、Pt、 Al、 Cu、 Auなどの
通常の金属材料がある。)。
前記電極lと電極2の間に40Vの電圧を印加すること
により、薄11!3に通電し、これにより発生するジュ
ール熱で薄膜3を局所的に破壊、変形もしくは変質せし
め、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部5を形成す
る。
前記薄膜3に形成された電子放出部5の電子が放射され
る領域以外の表面に、被覆材料6に5iC(比抵抗1.
3 Xl0−3Ω履)を用い膜厚200A、シート抵抗
8.5X104Ω/口で電子放出部5の近傍まで形成し
た。ここで被覆材料6は、素子の固有抵抗より太きく 
1010Ω/口より小さく形成し、好ましくは103Ω
/口〜109Ω/口の範囲が望ましい、さらに、被覆材
料6の材料は電極1.2及び電子放出材料の薄膜3より
もイオン衝撃性の高い材料が好ましい、−殻内にはスパ
ッタされにくい材料である。
上記のごとく形成された表面伝導形電子放出素子に駆動
電圧35Vを印加し、素子の空間1約3mmの位置にI
KVの引き出し電圧を印加して電子放出を行ったところ
、マイクロ放電による破壊は被覆材料6のみに起り、薄
膜3及び電極1.2はなんら影響をあたえることなく耐
久性にすぐれた良好な素子を得た。さらに、被覆材料6
がスパッタされにくいSiCであることから、電子放出
時に生成されたイオンによるイオンボンバードの影響が
全くなく、再付着のない耐久性のある安定した電子放出
特性を得ることが出来た。
また、引き出し電圧、空間の雰囲気を変化させても極め
て良好な素子特性を得ることが出来た。
さらに、被覆材料6を5i02. AfpChなどの絶
縁材料で形成すると、本実施例では電子ビームの広がり
が1.OX2.0[m+s](幅×長さ)であったのに
対し、 1.5 X 2.8 [mml と1.5倍〜
2倍程度広がる。
さらに、チャージアップ現象により、電子放出が停止す
る。また、チャージアップした電荷により、電子放出部
及びその周辺部分が破壊され、素子の特性劣化、耐久性
に劣る問題点が発生したが1本実施例のごとく被覆材料
6の電気抵抗を1010Ω/口以下にすることにより、
上記問題点の全くない素子を得ることが出来た。
及ム■ヱ 第2図(a)、(b)に、本発明の第2の実施例を示す
、同図に於いて、絶縁性基板4に石英基板を用い、電子
放出材料の薄膜3にAuを用いてE8蒸着法により、膜
厚500Aを成膜し、フォトリングラフイー技術により
電子放出部5が形成されるネック部を有する電子放出材
料の薄膜3を形成する。
前記薄膜3の両端に25Vの電圧を印加することによっ
て、薄膜3に通電し、これにより発生するジュール熱で
薄膜3を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電気
的に高抵抗な状態にした電子放出部5を形成する。
前記F#1II5!3にあらかじめ形成した電子放出部
5と電気的接続を得る電極に被覆材料6を用い、電極の
機能を持つW(タングステン)を用いてマスク蒸着によ
り膜厚10GOAで電子放出部5の近傍まで形成する。
被覆材料6はTa、 Hf、 Zr、 Ti、 Nb。
NoなどのSp率が1.0以下の材料もしくは前記材料
の合金もしくは化合物の一般的にスパッタされにくい材
料が望ましい。
上記のごとく形成された表面伝導形電子放出素子(第2
図(a)参照)に駆動電圧20Vを印加し、電子放出を
行ったところ、実施例1と同様にマイクロ放電、イオン
ボンバードによる薄膜3への影響のない良好な素子を得
ることが出来た。
また、第3図のごと〈実施例1の構造体においても、本
実施例と同様に、電極機能を有する被覆材料6を用いる
ことにより、良好な素子を得ることが出来た。
実施例3 第4図に、本発明の第3の実施例を示す。同図に於いて
、絶縁性基板4に石英基板を用い実施例2と同様に、電
極に電極機能を有する被覆材料6にHfB2. PtJ
厚1000Aを用い、Spにより成膜し、フォトリソグ
ラフィー技術により電子放出部5を幅300μm1間隔
6ルmで形成した。
次に被覆材料6の間に電子放出材料となる微粒子7に1
次粒径80〜200AのSnO+分散液(Sn02:I
g、溶剤MEK/シクロヘキサノン=3/1:1000
cc 、ブチラール:1g)を用い、スピンコード法に
より塗布し、250℃で加熱処理し、形成する。
上記のごとく、形成された表面伝導形電子放出素子に駆
動電圧14Vを印加し、電子放出を行ったところ、マイ
クロ放電、イオンボンバードによる影響のない良好な素
子を得ることが出来た。
さらに、本実施例形態においても、通常の金属材料から
なる電極と微粒子7から構成される素子に関し、実施例
1と同様の被覆材料6により同様の効果のある素子を得
ることが出来る。
実施例4 第5図に、本発明の第4の実施例を示す。同図は、本発
明の電子放出素子の他の実施態様を示す模式断面図であ
る。同図に於いて、4は絶縁性を有する基板、8は段差
形成層、5は電子放出部、1および2は電気的接続を得
るための電極、7は電子放出材料となる微粒子、6は被
覆材料である。
本発明に用いた電子放出素子は同図に於いて、絶縁性基
板4に石英基板を用い、洗浄された石英基板4上に、段
差形成層8にS i02の液体コーテイング材(東京応
化工業社製0CD)を用い、膜厚3000AのSn02
層を塗布、乾燥プロセスにより形成しく他の段差形成層
としてMgO,TiO2,Ta205゜Ai’203等
の絶縁材料の植屑物もし・〈は、これらの混合物がある
。)、次いで、フォトリソグラフィー技術により電子放
出部5の段差部を形成する。
次いで、前記電子放出部5と電気的接続を得る電極1.
2に旧を用いて、マスク蒸着により膜厚500Aを成膜
し、所望の形状に形成する(他の電極1.2となる導電
性材料としテPt、 Ai’、 Cu、 Auなどの通
常の金属材料がある。)。この時電子放出部5には成膜
時のステップカバレージを悪くし、旧が堆積しないよう
にする。電極1,2の間の電子放出部5となる段差部側
端面に、前述実施例と同様にして、電子放出材料となる
微粒子7を形成する。
上記のごとく形成された電子放出素子の電子放出部5の
段差部側端面以外の領域の表面に被覆材料6に84C(
比抵抗I X 10−2Ωm)を用い、膜厚100A、
シート抵抗lX106Ω/口で形成した。
上記のごとく形成された表面伝導形電子放出素子の電極
1.2に駆動電圧15Vを印加し、電子放出させたとこ
ろ、前述実施例と同様にマイクロ放電、イオンボンバー
ドによる薄膜3への影響のない耐久性のある安定した電
子放出素子を得ることが出来た。
また、°第6図のごとく、被覆材料6の材料及び構成は
前述実施例が基板上の平面内で電子放出部5が構成され
たものが、本実施例では、段差部上下端に換っただけで
あり、本発明に係わる全ての材料及び構成を同様に得る
ことが出来る。
[発明の効果] 以−L説明したように、表面伝導形電子放出素子の電子
放出材料外の領域の表面に被覆材料を設けることにより
、マイクロ放電、イオンボンバードによる欠陥のない素
子特性を変化させることなく、耐久性を向上させ、経時
変化による電子放出特性の変化することのない、電子放
出素子を得ることができる。さらに、被覆材料の電気抵
抗を制御することにより、チャージアップ現象による電
子放出の停止、電子ビームの広がり、素子破壊を防止す
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)は本実施例の第1の実施例の説明
図、第2図(a)、(b)及び第3図は本実施例の第2
の実施例の説明図、第4図は本実施例の第3の実施例の
説明図、第5図、第6図は本実施例の第4の実施例の説
明図、第7図は従来技術を説明した図面である。 1.2・・・電極 4・・・基板 6・・・被膜材料 8・・・段差形成層 3・・・薄膜 5・・・電子放出部 7・・・微粒子

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)表面伝導形電子放出素子において、電子が放出さ
    れる電子放出部以外の領域の表面に被覆材料を形成して
    なることを特徴とする電子放出素子。
  2. (2)前記被覆材料が、イオン衝撃性の高い材料からな
    ることを特徴とする請求項1記載の電子放出素子。
  3. (3)前記被覆材料のシート抵抗が10^1^0Ω/口
    以下であることを特徴とする請求項1記載の電子放出素
    子。
JP63208137A 1988-08-24 1988-08-24 電子放出素子 Pending JPH0260024A (ja)

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JP63208137A JPH0260024A (ja) 1988-08-24 1988-08-24 電子放出素子

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JP63208137A JPH0260024A (ja) 1988-08-24 1988-08-24 電子放出素子

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5138237A (en) * 1991-08-20 1992-08-11 Motorola, Inc. Field emission electron device employing a modulatable diamond semiconductor emitter
US6184626B1 (en) 1995-01-31 2001-02-06 Canon Kabushiki Kaisha Electron beam apparatus and method of driving the same
US7755267B2 (en) 2004-06-03 2010-07-13 Canon Kabushiki Kaisha Electron emitting device having electroconductive thin film and high resistivity sheet

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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