JPH0541152A - 電界放出陰極の製造方法 - Google Patents
電界放出陰極の製造方法Info
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- JPH0541152A JPH0541152A JP19768591A JP19768591A JPH0541152A JP H0541152 A JPH0541152 A JP H0541152A JP 19768591 A JP19768591 A JP 19768591A JP 19768591 A JP19768591 A JP 19768591A JP H0541152 A JPH0541152 A JP H0541152A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 真空マイクロデバイス等に用いる電界放出陰
極の製造方法において、電界放出陰極材料として、金属
が使え、特性がよく、かつ形状制御の容易な電界放出陰
極が形成できる。 【構成】 角錐型あるいは円錐型の凹み31aを基板3
1上に設け、その上に電界放出陰極材料32をスパッタ
等で形成する。その後基板を溶解除去することにより、
電界放出陰極を形成する。 【効果】 性能、信頼性が高く製造コストの安い電界放
出陰極が製造できる。
極の製造方法において、電界放出陰極材料として、金属
が使え、特性がよく、かつ形状制御の容易な電界放出陰
極が形成できる。 【構成】 角錐型あるいは円錐型の凹み31aを基板3
1上に設け、その上に電界放出陰極材料32をスパッタ
等で形成する。その後基板を溶解除去することにより、
電界放出陰極を形成する。 【効果】 性能、信頼性が高く製造コストの安い電界放
出陰極が製造できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はマイクロ真空デバイス
における電界放出陰極の製造方法に関するものである。
における電界放出陰極の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】微小な電界放出陰極を利用し、超高速の
真空ICや、高精細のフラットパネルCRTを形成しよ
うという試みが始まっている。これらの真空デバイス
は、半導体の微細加工技術を用いて形成され、素子の高
機能化と高集積化を目指すものである。
真空ICや、高精細のフラットパネルCRTを形成しよ
うという試みが始まっている。これらの真空デバイス
は、半導体の微細加工技術を用いて形成され、素子の高
機能化と高集積化を目指すものである。
【0003】電界放出陰極はマイクロ真空デバイスの主
要構成要素であり、その形状から錐型と楔型の2種類に
分けることができる。錐型の電界放出陰極は基板と垂直
の方向に電子を放出し、楔型は水平方向に放出する。錐
型の電界放出陰極はその形成方法で、蒸着型とエッチン
グ型の2種類に分けることができる。蒸着型は陰極を金
属の蒸着により形成され、エッチング型はシリコンの異
方性エッチングにより形成される。楔型は金属の蒸着と
そのエッチングによって形成される。
要構成要素であり、その形状から錐型と楔型の2種類に
分けることができる。錐型の電界放出陰極は基板と垂直
の方向に電子を放出し、楔型は水平方向に放出する。錐
型の電界放出陰極はその形成方法で、蒸着型とエッチン
グ型の2種類に分けることができる。蒸着型は陰極を金
属の蒸着により形成され、エッチング型はシリコンの異
方性エッチングにより形成される。楔型は金属の蒸着と
そのエッチングによって形成される。
【0004】これらの電界放出陰極を適用したデバイス
として、フラットパネルCRTがある。フラットパネル
CRTは電界放出陰極の高集積度を最大限に利用しよう
とするものである。
として、フラットパネルCRTがある。フラットパネル
CRTは電界放出陰極の高集積度を最大限に利用しよう
とするものである。
【0005】次に錐型電界放出陰極の形状およびその形
成方法について説明する。図6に錐型の陰極の構造図を
示す。図において、51は基板、52はゲート膜、53
は絶縁膜、54は電界放出陰極である。
成方法について説明する。図6に錐型の陰極の構造図を
示す。図において、51は基板、52はゲート膜、53
は絶縁膜、54は電界放出陰極である。
【0006】Si基板51上に円錐状あるいは角錐状の
電界放出陰極54が形成されている。ゲート膜52はS
iO2 の絶縁膜53上に形成されている。電界放出陰極
(エミッタコーン)とアノード(図示しない)間に電圧
をかけ、かつ、エミッタとゲート間に電圧を印加するこ
とにより、エミッタ先端から電子が引き出される。先端
の曲率半径は数百Åである。
電界放出陰極54が形成されている。ゲート膜52はS
iO2 の絶縁膜53上に形成されている。電界放出陰極
(エミッタコーン)とアノード(図示しない)間に電圧
をかけ、かつ、エミッタとゲート間に電圧を印加するこ
とにより、エミッタ先端から電子が引き出される。先端
の曲率半径は数百Åである。
【0007】蒸着型、エッチング型の形成方法をそれぞ
れ図7、図8に示す。図7に示すのが蒸着型である。図
において、61はSiウェハー基板、62はSiO2 絶
縁膜、63はMo膜、64はAl犠牲層、65はMo蒸
着膜、66は電界放出陰極である。
れ図7、図8に示す。図7に示すのが蒸着型である。図
において、61はSiウェハー基板、62はSiO2 絶
縁膜、63はMo膜、64はAl犠牲層、65はMo蒸
着膜、66は電界放出陰極である。
【0008】次に上述した蒸着型の製造工程について説
明する。表面ドープを施し導電性を良くしたSiウェハ
ー基板61上に、SiO2 絶縁膜62を1〜1.5μm
成膜し、Mo膜63を電子ビーム蒸着する。この上から
直径1μmの円状にMo膜63とSiO2 絶縁膜62を
エッチングで抜く。次にフッ酸でSiO2 絶縁膜62を
やや溶かしだし、その後Al犠牲層64を斜め方向から
蒸着する(図7A)。次にMo膜63を上方より真空蒸
着する。Mo膜63はAl−Mo−SiO2 の穴を通し
てSiウェハー基板61上に堆積するが、Mo膜63の
穴の縁にも堆積するため、次第に穴の径が小さくなり、
最終的には穴は閉じてしまう。そのためMo膜63はコ
ーン状になってSiウェハー基板61上に堆積する(図
7B)。最後にAl犠牲層64を溶解除去する(図7
C)。
明する。表面ドープを施し導電性を良くしたSiウェハ
ー基板61上に、SiO2 絶縁膜62を1〜1.5μm
成膜し、Mo膜63を電子ビーム蒸着する。この上から
直径1μmの円状にMo膜63とSiO2 絶縁膜62を
エッチングで抜く。次にフッ酸でSiO2 絶縁膜62を
やや溶かしだし、その後Al犠牲層64を斜め方向から
蒸着する(図7A)。次にMo膜63を上方より真空蒸
着する。Mo膜63はAl−Mo−SiO2 の穴を通し
てSiウェハー基板61上に堆積するが、Mo膜63の
穴の縁にも堆積するため、次第に穴の径が小さくなり、
最終的には穴は閉じてしまう。そのためMo膜63はコ
ーン状になってSiウェハー基板61上に堆積する(図
7B)。最後にAl犠牲層64を溶解除去する(図7
C)。
【0009】図8に示すのがエッチング型である。図に
おいて、71はSiウェハー基板、72はエッチングマ
スク、73は絶縁膜、74はゲート電極、75は電界放
出陰極である。
おいて、71はSiウェハー基板、72はエッチングマ
スク、73は絶縁膜、74はゲート電極、75は電界放
出陰極である。
【0010】次にエッチング型の製造工程について説明
する。導電性を上げるため、予めSiウェハー基板71の
面にリンをドープし、N型Siウェハーにしておく。そ
の上に、Si3N4 やSiO2 のエッチングマスク72を
所望の大きさ(1〜2μの円形)に形成する(図8
A)。次にKOHなどの溶液でSiウェハー基板71を
異方性エッチングするとSiウェハーはピラミッド状に
加工される。このピラミッドの先端曲率半径は1000
Å以下である(図8B)。そして陰極75の周囲にSi
O2 の絶縁膜73(1〜2μm、CVD)とW,Mo,
Taなどのゲート用の電極74(0.5μm、EB蒸着)
を成膜する(図8C)。
する。導電性を上げるため、予めSiウェハー基板71の
面にリンをドープし、N型Siウェハーにしておく。そ
の上に、Si3N4 やSiO2 のエッチングマスク72を
所望の大きさ(1〜2μの円形)に形成する(図8
A)。次にKOHなどの溶液でSiウェハー基板71を
異方性エッチングするとSiウェハーはピラミッド状に
加工される。このピラミッドの先端曲率半径は1000
Å以下である(図8B)。そして陰極75の周囲にSi
O2 の絶縁膜73(1〜2μm、CVD)とW,Mo,
Taなどのゲート用の電極74(0.5μm、EB蒸着)
を成膜する(図8C)。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】蒸着型は電界放出陰極
が金属でできているため高い電流密度が期待できるとい
う長所があるが、ミクロンオーダーの小さい開口部を通
して金属を蒸着するので、開口部の径により電界放出陰
極の径と高さが異なり、その制御が困難という問題点が
ある。一方、エッチング型はSiウェハーの異方性エッ
チングを利用して電界放出陰極を形成するので、形状の
制御が比較的容易であるが、電流密度が小さいことや不
規則な電流−電圧特性が問題点となる。
が金属でできているため高い電流密度が期待できるとい
う長所があるが、ミクロンオーダーの小さい開口部を通
して金属を蒸着するので、開口部の径により電界放出陰
極の径と高さが異なり、その制御が困難という問題点が
ある。一方、エッチング型はSiウェハーの異方性エッ
チングを利用して電界放出陰極を形成するので、形状の
制御が比較的容易であるが、電流密度が小さいことや不
規則な電流−電圧特性が問題点となる。
【0012】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、金属でできた電界放出陰極を用
いることで高い電流密度を得、かつ錐型の形状を得るた
めに比較的容易な形状制御方法により形成することによ
り、性能、信頼性が高く、製造コストの安い電界放出陰
極の製造方法を得ることを目的とする。
ためになされたもので、金属でできた電界放出陰極を用
いることで高い電流密度を得、かつ錐型の形状を得るた
めに比較的容易な形状制御方法により形成することによ
り、性能、信頼性が高く、製造コストの安い電界放出陰
極の製造方法を得ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電界放出
陰極の製造方法は、錐型の電界放出電極を持つマイクロ
真空デバイスにおいて、基板に錐型の凹みを形成し、こ
の凹みの上に電極材料を形成し、その後基板を除去する
ことにより錐型の電界放出電極を得るものである。
陰極の製造方法は、錐型の電界放出電極を持つマイクロ
真空デバイスにおいて、基板に錐型の凹みを形成し、こ
の凹みの上に電極材料を形成し、その後基板を除去する
ことにより錐型の電界放出電極を得るものである。
【0014】
【作用】この発明は、錐型の電界放出電極を持つマイク
ロ真空デバイスにおいて、基板に錐型の凹みを形成し、
その上に電界放出陰極の電極材料を形成し、その後基板
を除去することによって、電界放出電極の材料に金属を
用いることができ、高い電流密度を得ることができる。
またエッチングにより基板上に錐型の凹みを作るため、
形状の制御が比較的容易となる。そのため、性能、信頼
性が高く、製造コストの安い電界放出陰極を得ることが
できる。
ロ真空デバイスにおいて、基板に錐型の凹みを形成し、
その上に電界放出陰極の電極材料を形成し、その後基板
を除去することによって、電界放出電極の材料に金属を
用いることができ、高い電流密度を得ることができる。
またエッチングにより基板上に錐型の凹みを作るため、
形状の制御が比較的容易となる。そのため、性能、信頼
性が高く、製造コストの安い電界放出陰極を得ることが
できる。
【0015】
【実施例】以下、この発明による実施例を図について説
明する。図1はこの発明の製造方法の工程図を示す断面
図である。図において、11はSi基板、12は基板エ
ッチング用のマスク材である。
明する。図1はこの発明の製造方法の工程図を示す断面
図である。図において、11はSi基板、12は基板エ
ッチング用のマスク材である。
【0016】この実施例の製造方法は、Si基板11(0.
5mm厚程度、結晶方位)上にエッチングマスク材12と
してSiO2 膜を3000Åスパッタ形成する(図1
A)。このSiO2 膜は熱酸化膜あるいはSi3N4 膜等
でもよい。その上に写真製版を施し、Si基板11に錐
型の凹みを設ける部分以外をレジストで覆う。次にフッ
化水素酸、フッ化アンモニウム水溶液を用いてSiO2
マスクを溶解除去する(図1B)。さらにKOH水溶液
に基板を浸漬し、異方性エッチングにより角錐状の凹み
11aをSi基板11表面に形成する(図1C)。マス
クであるSiO2 膜をフッ酸等でエッチング除去し、S
i基板に角錐状の凹み11aが形成できる(図1D)。
5mm厚程度、結晶方位)上にエッチングマスク材12と
してSiO2 膜を3000Åスパッタ形成する(図1
A)。このSiO2 膜は熱酸化膜あるいはSi3N4 膜等
でもよい。その上に写真製版を施し、Si基板11に錐
型の凹みを設ける部分以外をレジストで覆う。次にフッ
化水素酸、フッ化アンモニウム水溶液を用いてSiO2
マスクを溶解除去する(図1B)。さらにKOH水溶液
に基板を浸漬し、異方性エッチングにより角錐状の凹み
11aをSi基板11表面に形成する(図1C)。マス
クであるSiO2 膜をフッ酸等でエッチング除去し、S
i基板に角錐状の凹み11aが形成できる(図1D)。
【0017】Siエッチング液には、フッ酸硝酸系以外
にアルカリエッチ液があり、苛性カリあるいは有機アル
カリ水溶液を加熱すれば、かなりのエッチング速度に達
する。そしてこの種のエッチング液は結晶方位依存性が
大きく、図2に示すように(100)方向のエッチング
速度は早く、これに反して(111)方向のエッチング
速度は最も遅い。
にアルカリエッチ液があり、苛性カリあるいは有機アル
カリ水溶液を加熱すれば、かなりのエッチング速度に達
する。そしてこの種のエッチング液は結晶方位依存性が
大きく、図2に示すように(100)方向のエッチング
速度は早く、これに反して(111)方向のエッチング
速度は最も遅い。
【0018】そこで(100)面のウェハーを用い、パ
ターンの線を(111)方向にすれば、この線を含む
(111)面が現れる。そしてこの方向にはエッチング
がほとんど進行しないので、エッチング形状は図2に示
したようになる。
ターンの線を(111)方向にすれば、この線を含む
(111)面が現れる。そしてこの方向にはエッチング
がほとんど進行しないので、エッチング形状は図2に示
したようになる。
【0019】以下この発明による他の実施例を図につい
て説明する。図3は本発明の製造方法の工程図を示す断
面図である。図において、21はSi基板、22は基板
エッチング用のマスク材であるフォトレジストである。
て説明する。図3は本発明の製造方法の工程図を示す断
面図である。図において、21はSi基板、22は基板
エッチング用のマスク材であるフォトレジストである。
【0020】この実施例の製造方法は、Si基板21
(0.5mm厚程度)上にフォトレジスト22を塗布する
(図3A)。次に、写真製版を施し、Si基板21に錐
型の凹みを設ける部分のレジストを除去する(図3
B)。次にSi基板21をイオンビームエッチング(I
BE)装置内に載置する。IBE層によりアルゴンのイ
オンビームを照射して、円錐状の凹み21aをSi基板
表面に形成する(図3C)。最後にアッシャー等を用い
てフォトレジスト22を除去する(図3D)。
(0.5mm厚程度)上にフォトレジスト22を塗布する
(図3A)。次に、写真製版を施し、Si基板21に錐
型の凹みを設ける部分のレジストを除去する(図3
B)。次にSi基板21をイオンビームエッチング(I
BE)装置内に載置する。IBE層によりアルゴンのイ
オンビームを照射して、円錐状の凹み21aをSi基板
表面に形成する(図3C)。最後にアッシャー等を用い
てフォトレジスト22を除去する(図3D)。
【0021】このときSi基板21は、アルゴンのイオ
ンビームによってエッチングされるが、イオンビームの
直進性がよいため異方性が良くエッチングされる。この
ときイオンビームの方向に対して基板21を傾けると、
イオンビームの影になる部分ができ、斜めにエッチング
することができる。
ンビームによってエッチングされるが、イオンビームの
直進性がよいため異方性が良くエッチングされる。この
ときイオンビームの方向に対して基板21を傾けると、
イオンビームの影になる部分ができ、斜めにエッチング
することができる。
【0022】上記2つの実施例についてウェットエッチ
ングあるいはIBEによるエッチングによりSi表面に
形成する凹みは、それぞれ角錐状、円錐状となる。この
形状の違いはエッチングの方法によって変わるので、電
界放出陰極を用いるデバイスの目的仕様によって選べば
よい。
ングあるいはIBEによるエッチングによりSi表面に
形成する凹みは、それぞれ角錐状、円錐状となる。この
形状の違いはエッチングの方法によって変わるので、電
界放出陰極を用いるデバイスの目的仕様によって選べば
よい。
【0023】以下この発明による電界放出陰極の製造方
法を図4について説明する。図において、31はSi基
板、32は電界放出陰極材料、33は接着剤層、34は
電界放出陰極支持基板である。
法を図4について説明する。図において、31はSi基
板、32は電界放出陰極材料、33は接着剤層、34は
電界放出陰極支持基板である。
【0024】上述した電界放出陰極の製造方法について
説明する。表面に錐型の凹み31aをもったSi基板3
1(図4A)をスパッタ装置内に載置し、その表面にタ
ングステン(W)の電界放出陰極材料32を2ミクロン
の厚さにスパッタ形成する(図4B)。さらにその上に
電界放出陰極の支持基板としてガラスなどの基板34を
接着剤層33あるいは陽極接合法などによって接合する
(図4C)。接合の終わったSi基板31をKOH水溶
液の中に浸漬し、Si基板を溶解除去することで電界放
出陰極35ができる(図4D)。
説明する。表面に錐型の凹み31aをもったSi基板3
1(図4A)をスパッタ装置内に載置し、その表面にタ
ングステン(W)の電界放出陰極材料32を2ミクロン
の厚さにスパッタ形成する(図4B)。さらにその上に
電界放出陰極の支持基板としてガラスなどの基板34を
接着剤層33あるいは陽極接合法などによって接合する
(図4C)。接合の終わったSi基板31をKOH水溶
液の中に浸漬し、Si基板を溶解除去することで電界放
出陰極35ができる(図4D)。
【0025】次にこの発明によるその他の実施例を図に
ついて説明する。図5はこの発明の製造方法の工程図を
示す断面図である。図において、41はSi基板、42
は電界放出陰極表面材料、43は電界放出陰極材料、4
4は接着剤層、45は電界放出陰極支持基板である。
ついて説明する。図5はこの発明の製造方法の工程図を
示す断面図である。図において、41はSi基板、42
は電界放出陰極表面材料、43は電界放出陰極材料、4
4は接着剤層、45は電界放出陰極支持基板である。
【0026】上述した製造方法では、表面に錐型の凹み
41aをもったSi基板41(0.5mm厚)(図5A)を
スパッタ装置内に載置し、その表面にタングステン
(W)の電界放出陰極表面材料42を2000Åの厚さ
にスパッタ形成する。その上にメッキによりニッケルの
電界放出陰極材料43を2ミクロンの厚さに形成する
(図5B)。電界放出陰極の支持基板としてガラスなど
の基板45を接着剤層44あるいは陽極接合法などによ
って接合する(図5C)。接合の終わった基板をKOH
水溶液の中に浸漬し、Si基板を溶解除去することで電
界放出陰極46ができる(図5D)。
41aをもったSi基板41(0.5mm厚)(図5A)を
スパッタ装置内に載置し、その表面にタングステン
(W)の電界放出陰極表面材料42を2000Åの厚さ
にスパッタ形成する。その上にメッキによりニッケルの
電界放出陰極材料43を2ミクロンの厚さに形成する
(図5B)。電界放出陰極の支持基板としてガラスなど
の基板45を接着剤層44あるいは陽極接合法などによ
って接合する(図5C)。接合の終わった基板をKOH
水溶液の中に浸漬し、Si基板を溶解除去することで電
界放出陰極46ができる(図5D)。
【0027】
【発明の効果】この発明は、錐型の電界放出電極を持つ
マイクロ真空デバイスにおいて、基板に錐型の凹みを形
成し、その上に電界放出陰極の電極材料を形成し、その
後基板を除去することによって、電界放出電極の材料に
金属を用いることができ、高い電流密度を得ることがで
きる。またエッチングにより基板上に錐型の凹みを作る
ため、形状の制御が比較的容易となる。そのため、性
能、信頼性が高く、製造コストの安い電界放出陰極を得
ることができる。
マイクロ真空デバイスにおいて、基板に錐型の凹みを形
成し、その上に電界放出陰極の電極材料を形成し、その
後基板を除去することによって、電界放出電極の材料に
金属を用いることができ、高い電流密度を得ることがで
きる。またエッチングにより基板上に錐型の凹みを作る
ため、形状の制御が比較的容易となる。そのため、性
能、信頼性が高く、製造コストの安い電界放出陰極を得
ることができる。
【図1】この発明の一実施例による電界放出陰極の製造
方法の工程図を示す断面図である。
方法の工程図を示す断面図である。
【図2】この発明の一実施例を示すエッチングにより現
れる結晶面の方向を示す説明図である。
れる結晶面の方向を示す説明図である。
【図3】この発明の他の実施例による電界放出陰極の製
造方法の工程図を示す断面図である。
造方法の工程図を示す断面図である。
【図4】この発明の別の実施例による電界放出陰極の製
造方法の工程図を示す断面図である。
造方法の工程図を示す断面図である。
【図5】この発明のさらに別の実施例による電界放出陰
極の製造方法の工程図を示す断面図である。
極の製造方法の工程図を示す断面図である。
【図6】従来の電界放出陰極の構成図である。
【図7】従来の電界放出陰極の製造方法を示す工程図の
断面図である。
断面図である。
【図8】従来の電界放出陰極の他の製造方法を示す工程
図の断面図である。
図の断面図である。
11 Si基板 12 マスク材 21 Si基板 22 マスク材 31 Si基板 31a 凹み 32 電界放出陰極材料 33 接着剤層 34 電界放出陰極支持基板 35 電界放出陰極 41 Si基板 41a 凹み 42 電界放出陰極表面材料 43 電界放出陰極材料 44 接着剤層 45 電界放出陰極支持基板 46 電界放出陰極
Claims (1)
- 【請求項1】 錐型の電界放出電極を持つマイクロ真空
デバイスにおいて、基板に錐型の凹みを形成し、この凹
みの上に電極材料を形成し、その後基板を除去すること
によって錐型の電界放出電極を得ることを特徴とする電
界放出陰極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19768591A JPH0541152A (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | 電界放出陰極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19768591A JPH0541152A (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | 電界放出陰極の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0541152A true JPH0541152A (ja) | 1993-02-19 |
Family
ID=16378647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19768591A Pending JPH0541152A (ja) | 1991-08-07 | 1991-08-07 | 電界放出陰極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0541152A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5509843A (en) * | 1993-05-19 | 1996-04-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method and apparatus for manufacturing needle shaped materials and method for manufacturing a microemitter |
| US5679960A (en) * | 1994-01-28 | 1997-10-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Compact display device |
| US5903092A (en) * | 1994-05-18 | 1999-05-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Device for emitting electrons |
-
1991
- 1991-08-07 JP JP19768591A patent/JPH0541152A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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