JPH07254367A - 微小多極真空管およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】効率の向上化、アレイ化したときの均一性の向
上化、動作の信頼性向上化、耐久性の向上化を図れる微
小多極真空管およびその製造方法を提供する。 【構成】先端部が尖鋭な凸状のエミッタ部２６を有した
エミッタ部材層１４の表面上でエミッタ部２６の先端部
を除く部分には第１の絶縁層１３が設けてあり、この上
にはエミッタ部２６を囲む部分がエミッタ部の周面部に
沿った先細りの筒状に形成されてなるゲート電極層２１
が設けてある。ゲート電極層２１の上には第２の絶縁層
２２が設けてあり、この上には、エミッタ部２６を囲む
部分がエミッタ部の周面部に沿った先細りの筒状に形成
されてなるアノード電極層が設けてある。エミッタ部２
６の先端から見通せる立体角内には、ゲート電極層２１
およびアノード電極層２３の前記筒状に形成された部分
の少なくとも先端部内周面がそれぞれ露出状態に位置し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電界放出型の微小多極
真空管およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体スイッチング素子の動作速度は、
固体中におけるキャリアの移動度によって決まるため、
真空中において電子を移動させる３極真空管のそれより
大幅に遅い。現在、半導体スイッチング素子の動作速度
を向上させるべく種々の研究がなされているが、すでに
限界に近付いている。

【０００３】このような事情から、最近では半導体加工
技術を利用して形成された電界放出型の冷陰極（エミッ
タ）を用いる微小多極真空管の研究が活発に行なわれて
いる。その代表的な例としては、スピント（C.A.Spind
t）らが、Journal of AppliedPhysics, Vol.47,5248(19
76) に記載したものが知られている。

【０００４】上記文献に記載されているものは、Ｓｉ単
結晶基板上にＳｉＯ₂ 絶縁層とゲート電極層とを形成し
た後、両層に直径約1.5 μｍ程度の穴をあけ、この穴の
中に電界放出を行なう円錐状のエミッタを蒸着法によっ
て形成している。具体的には、Ｓｉ単結晶基板上にＳｉ
Ｏ₂ 絶縁層をＣＶＤ法等の堆積法で形成し、その上にＭ
ｏ層あるいはＡｌ層からなるゲート電極層をスパッタリ
ング法で形成する。そして、両層にエッチングによって
ピンホールをあけた後、基板を回転させながらエミッタ
となる金属、たとえばＭｏを垂直方向から真空蒸着し、
ゲート電極上にＭｏが堆積されるにしたがってピンホー
ルの開口端の直径が徐々に小さくなる現象を利用して、
ピンホール内の基板上に円錐型のエミッタを堆積形成す
る。そして、これらエミッタに対向させてアノード電極
を配置して微小多極真空管を完成させるようにしてい
る。

【０００５】しかし、この方法では、回転蒸着法を利用
して、ピンホール内に円錐状のエミッタを形成している
ため、多数のエミッタを同一基板上に同時に形成したと
き、各エミッタの高さや先端部の形状にばらつきが生じ
易いばかりか、電界放出効率の向上に不可欠なエミッタ
先端部の尖鋭度を上げることが困難であった。

【０００６】一方、他の代表的な例としては、応用物
理、Vol.59,p146(1990) に記載されているように、Ｓｉ
単結晶基板に対する異方性エッチングを用いて円錐状の
電界放出型エミッタを作製したものも知られている。

【０００７】図５にその作製プロセスおよび構造を示
す。まず、同図(a) に示すように、Ｓｉ単結晶基板１の
上面にＳｉＮ膜２を約 4μｍの厚さにスパッタリングで
堆積し、このＳｉＮ膜２上に、同図(b) に示すように、
フォトレジスト３を円形に設ける。次に、ＳＦ₆ を用い
た反応性イオンエッチング法によって異方性エッチング
用のマスク４を作製する。次に、同図(c) に示すよう
に、異方性エッチング液を使ってマスク４の下部をアン
ダーエッチングして、マスク４が付いたままの円錐形状
のエミッタ５を作製する。

【０００８】次に、同図(d) に示すように、ＳｉＯ₂ か
らなる絶縁層６，７とＴａ等からなる電極層８，９を交
互に２回ずつ蒸着する。電極層８はゲート電極用であ
り、電極層９はアノード電極用である。

【０００９】最後に、同図(e) に示すように、絶縁層
６，７および電極層８，９におけるマスク４の上方に位
置している部分、マスク４、絶縁層６におけるマスク４
の下方に位置している部分をそれぞれ除去し、続いて異
方性エッチング液および弗酸によってエミッタ５の先端
の最終加工と絶縁層の軽いエッチングを行い、微小多極
真空管を完成させるようにしている。

【００１０】この方法では、Ｓｉ単結晶に対する異方性
エッチング法を用いているので、前述した回転蒸着法に
比較して、エミッタの先端部尖鋭化、形状の均一化をあ
る程度向上させることができる。しかし、アンダーエッ
チング時間の制御が難しいばかりか、マスク４の剥離に
ばらつきが生じ易く、エミッタ先端部の尖鋭度、形状の
均一性、再現性ともに充分なものではなかった。また、
この方法においても、マスク４の存在が障害となり、ゲ
ートをエミッタに十分近付けることができず、しかも電
界放出効率に大きな影響を与えるエミッタ・ゲート間の
距離を正確に設定できない問題があった。アノードにつ
いても同様で、マスク４の存在が障害となり、エミッタ
５に対向する部分にエミッタ５の基定部の径より大きい
孔１０を設ける必要がある。このため、アノードにおい
て、エミッタ５から放出された電子流を受ける部分が孔
１０の周縁部でエミッタ側に位置するエッジ部に限ら
れ、この部分が熱的損傷を受け易く、耐久性に劣るばか
りか、電子流の一部がゲートに流れ易く、効率が悪いと
いう問題があった。さらに、エミッタ材料には、仕事関
数の値が小さく、物理的・化学的に安定なことが要求さ
れるが、この方法では２つの性質がともに不満足なＳｉ
しかエミッタ材料として用いることができない問題もあ
った。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の電
界放出型の微小多極真空管にあっては、エミッタの先端
部尖鋭度を増すことが困難で、電界放出効率を向上させ
ることが困難であったり、エミッタの形状を均一にする
ことが困難であったり、ゲート・エミッタ間の距離を高
精度に設定することが困難であったり、アノードの耐久
性に欠けたり、効率が悪かったり、エミッタ材料が特定
化されたりするなどの問題があった。そこで本発明は、
上述した不具合を解消できる電界放出型の微小多極真空
管およびその製造方法を提供することを目的としてい
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る微小多極真空管では、先端部が尖鋭
な凸状のエミッタ部を有するエミッタ部材と、このエミ
ッタ部材の前記エミッタ部が突出している側の表面上で
前記エミッタ部の先端部を除く部分に設けられた第１の
絶縁層と、この第１の絶縁層の上に設けられ、上記第１
の絶縁層を介して前記エミッタ部を囲む部分が上記エミ
ッタ部の周面部に沿った先細りの筒状に形成されてなる
ゲート電極層と、このゲート電極層の上に設けられた第
２の絶縁層と、この第２の絶縁層の上に設けられ、上記
第２の絶縁層、前記ゲート電極層および前記第１の絶縁
層を介して前記エミッタ部を囲む部分が上記エミッタ部
の周面部に沿った先細りの筒状に形成されてなるアノー
ド電極層とを具備し、前記エミッタ部の先端から見通せ
る立体角内に前記ゲート電極層および前記アノード電極
層の前記筒状に形成された部分の少なくとも先端部内周
面がそれぞれ露出状態に位置していることを特徴として
いる。

【００１３】ここで、前記エミッタ部における基部の径
をＤ₁ とし、前記アノード電極層における前記筒状の部
分の先端部内径をＤ₂ としたとき、Ｄ₂ ／Ｄ₁ ≦0.8 を
満たす関係、特にＤ₂ ／Ｄ₁ ＜0.5 を満たすことが好ま
しい。

【００１４】また、前記エミッタ部材は、仕事関数が小
さく、かつ物理的・化学的に安定な材料で形成された表
材層と上記表材層の構成材料より固有抵抗の大きい材料
で形成された芯材層との複合構成に形成されていること
が好ましい。

【００１５】請求項４に係る微小多極真空管の製造方法
では、補助基板に低部を尖らせた凹部を設ける工程と、
前記凹部の内面を含む前記補助基板の表面に第１の絶縁
層を設ける工程と、前記第１の絶縁層の露出している一
方の面上にエミッタ部材層を形成する工程と、前記補助
基板を除去して前記第１の絶縁層の他方の面を露出させ
る工程と、前記第１の絶縁層の前記他方の面上にゲート
電極層を形成する工程と、前記ゲート電極層の露出して
いる面上に第２の絶縁層を形成する工程と、前記第２の
絶縁層の露出している面上にアノード電極層を形成する
工程と、前記凹部に起因して前記エミッタ部材層に形成
された凸部をエミッタ部とし、前記第１の絶縁層、前記
ゲート電極層、前記第２の絶縁層および前記アノード電
極層の上記エミッタ部を覆っている部分を対象にして、
上記各層が上記エミッタ部の周面部に沿って上記エミッ
タ部を先細の筒状に囲み、かつ上記エミッタ部の先端か
ら見通せる立体角内に上記ゲート電極層および上記アノ
ード電極層の上記筒状部分の少なくとも先端部内周面が
それぞれ露出状態に位置するように上記各層の一部をそ
れぞれ除去する工程とを備えている。

【００１６】なお、前記エミッタ部材層を形成する工程
は、前記補助基板の表面上に形成された前記第１の絶縁
層の露出している一方の面上に仕事関数が小さく、かつ
物理的・化学的に安定な材料からなる表材層を形成する
工程と、前記表材層の露出している面上に上記表材層を
構成している材料より固有抵抗の大きい材料からなる芯
材層を形成する工程とを含んでいてもよい。

【００１７】

【作用】請求項１に係る微小多極真空管では、ゲート電
極層におけるエミッタ部を囲んでいる部分を、エミッタ
部の周面部に沿って先細りとなる筒状に形成しているの
で、第１の絶縁層の厚みを調整することによって、ゲー
トをエミッタに十分近付けることができ、しかもゲート
・エミッタ間の距離を正確に設定できるので、電界放出
効率を向上させることが可能となる。また、アノード電
極層についても、エミッタ部を囲んでいる部分を、エミ
ッタ部の周面部に沿って先細りとなる筒状に形成してい
るので、第２の絶縁層の厚みを調整することによって、
ゲート・アノード間距離およびエミッタ・アノード間距
離を正確に設定できる。

【００１８】また、この場合には、上記形状の採用によ
ってエミッタの先端延長線にアノードを近付けることが
でき、これによってエミッタから放出された電子流を受
ける部分の面積を広くできる。したがって、アノードの
熱破壊を防止でき、耐久性を向上させることができるば
かりか、エミッタから放出された電子流のうち、ゲート
に向かう分の割合を少なくできるので、効率を向上させ
ることができる。

【００１９】なお、エミッタ部における基部の径をＤ₁
とし、アノード電極層における筒状の部分の先端部内径
をＤ₂ としたとき、Ｄ₂ ／Ｄ₁ ≦0.8 、好ましくはＤ₂
／Ｄ₁ ＜0.5 の関係に設定すると、アノードにおいて電
子流を受ける部分の面積を十分広くすることができ、上
述した効果を一層発揮させることができる。

【００２０】また、エミッタ部材を、仕事関数が小さ
く、かつ物理的・化学的に安定な材料で形成された表材
層と上記表材層の構成材料より固有抵抗の大きい材料で
形成された芯材層との複合構成に形成すると、アレイ化
したときに各微小多極真空管を安定に動作させることが
できる。すなわち、エミッタ部の先端へと流れる電流
は、芯材層および表材層を経由して流れる。芯材層は表
材層より固有抵抗の大きい材料で形成されているので、
アレイ化したときに特定のエミッタ部に電流が集中して
流れようとすると、芯材層における上記特定のエミッタ
部に対応する部分での電圧降下が自動的に大きくなり、
この結果として特定のエミッタ部への電流集中が緩和さ
れる。したがって、各微小多極真空管を安定に動作させ
ることができる。

【００２１】請求項４に係る微小多極真空管の製造方法
では、最初に補助基板に設ける凹部を高精度に設けてお
きさえすれば、エミッタ部を高精度に、かつ尖鋭度よ
く、しかも均一に作製することができる。

【００２２】たとえば、補助基板として、Ｓｉ単結晶基
板を用い、この基板の結晶方位を利用して異方性エッチ
ングを行えば、精度の高い、たとえば逆ピラミッド状の
凹部を形成することができる。そして、上記補助基板の
凹部の内面を含む表面にＳｉＯ₂ 熱酸化膜を形成し、こ
れを第１の絶縁層とする。ＳｉＯ₂ 熱酸化膜は、緻密で
膜厚の制御が容易であり、しかも凹部先端部における内
側への成長作用により、ＳｉＯ₂ 熱酸化膜で囲まれた逆
ピラミッド状空間の先端部をより尖鋭化させる。

【００２３】請求項４に係る製造方法にしたがうと、最
終的に、エミッタ部は、先端部が尖鋭化された上述の逆
ピラミッド状空間を埋めるように設けられたエミッタ部
材層で形成されることになる。したがって、高精度で、
かつ尖鋭度が高く、形状の均一なエミッタ部を作製する
ことが可能となる。しかも、仕事関数の値が小さく、物
理的・化学的に安定な材料でエミッタ部を作製すること
ができるので、効率および耐久性を向上させることがで
きる。

【００２４】なお、エミッタ部材層を形成する工程にお
いて、補助基板の表面上に形成された第１の絶縁層の露
出している一方の面上に仕事関数が小さく、かつ物理的
・化学的に安定な材料からなる表材層を形成し、続いて
表材層の露出している面上に表材層を構成している材料
より固有抵抗の大きい材料からなる芯材層を形成するよ
うにすると、前述のように各エミッタ部へ流れる電流を
バランスさせる機能を備えたものを製造できる。

【００２５】仕事関数が小さく、物理的・化学的に安定
な材料としては、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ等を挙げることができ
る。これらの材料を使って、たとえばスパッタリング法
で表材層を形成した場合、成膜内の応力が大きいので、
厚膜にすることができないが、芯材層の付加によって、
実質的に緻密で、肉厚の厚いエミッタ部材層を形成する
ことができる。芯材層としては、固有抵抗の大きい材料
としてはルテニウム、カーボン、シリコンなどを用いる
ことができる。

【００２６】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１(a) 〜(h) には本発明の一実施例に係る微小多
極真空管の製造プロセスが示されている。同図に基づい
て、この実施例に係る微小多極真空管の製造方法および
構造を説明する。なお、この図では１つの微小多極真空
管を取出して示しているが、実際には複数の微小多極真
空管をアレイ状に配列したものが作られる。

【００２７】まず、図１(a) に示すように補助基板とし
てのＳｉ単結晶基板１１を用意し、このＳｉ単結晶基板
１１の片側表面に底部を尖らせた凹部１２を形成する。
このような凹部１２を形成する方法としては、Ｓｉ単結
晶基板１１への異方性エッチングを利用する。すなわ
ち、まず、ｐ型で(100) 結晶面方位のＳｉ単結晶基板１
１上に厚さ0.1 μｍのＳｉＯ₂ 熱酸化膜をドライ酸化法
で形成し、この熱酸化膜上にフォトレジストをスピンコ
ート法で塗布する。次に、光ステッパを用いて、フォト
レジスト層にたとえば0.8 μｍ角の正方形開口部が得ら
れるよう露光、現像等のパターニングを行った後、露出
したＳｉＯ₂ 熱酸化膜をＮＨ₄ Ｆ・ＨＦ混合溶液によっ
てエッチングする。フォトレジストを除去した後、30ｗ
ｔ％ＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングを行い、図
１(a) に示すように、深さ0.56μｍの逆ピラミッド状の
凹部１２をＳｉ単結晶基板１１に形成する。

【００２８】次に、ＮＨ₄ Ｆ・ＨＦ混合溶液を用いて、
残っているＳｉＯ₂ 酸化膜を除去する。次に、図１(b)
に示すように、凹部１２の内面を含めてＳｉ単結晶基板
１１の表面上にＳｉＯ₂ 熱酸化膜（以後、単に第１の絶
縁層と呼称する。）１３を形成する。この実施例では、
厚さ0.2 μｍとなるように、第１の絶縁層１３をドライ
酸化法で形成した。なお、第１の絶縁層１３を形成する
に当たり、ＣＶＤ法等によりＳｉＯ₂ を堆積することに
よっても形成できるが、ＳｉＯ₂ 熱酸化膜は緻密で厚さ
の制御も容易なうえ、凹部１２の内側への成長作用によ
り、ＳｉＯ₂ 熱酸化膜で囲まれた逆ピラミッド状空間の
先端部をより尖鋭化させるので好ましい。

【００２９】次に、第１の絶縁層１３の露出している一
方の面上に、エミッタ部材層１４の表層となる表材層１
５を、たとえばＷ，Ｍｏ，Ｔａ等の層で形成する。これ
らの材料は仕事関数の値が小さく、物理的・化学的に安
定している。この実施例では表材層１５となる厚さ0.2
μｍのＷ層をスパッタリング法で形成した。次に、表材
層１５の上に、エミッタ部材層１４の芯材となる芯材層
１６を表材層１５の構成材より固有抵抗の大きいＬｕ，
Ｃ，Ｓｉ等で表面が平坦となる程度の厚さにスパッタリ
ング法で形成し、この芯材層１６の上にＩＴＯ等の導電
層１７をスパッタリング法により、たとえば厚さ1 μｍ
となるように形成する。なお、この導電層１７は芯材層
１６の材質によっては省くことができ、その場合には芯
材層１６がカソード電極層を兼ねることになる。

【００３０】一方、図１(c) に示すように、構造基板と
して、背面に厚さ0.4 μｍのＡｌ層１８をコートした厚
さ 1ｍｍのパイレックスガラス基板１９を用意し、この
ガラス基板１９と導電層１７とを接着する。この接着に
は、たとえば静電接着法を適用することもできる。静電
接着法は、最終的に出来上がった真空管の軽量化や薄型
化に寄与する。

【００３１】次に、図１(d) に示すように、ガラス基板
１９の背面のＡｌ層１８をＨＮＯ₃・ＣＨ₃ ＣＯＯＨ・
ＨＦの混酸溶液で除去した後、エチレンジアミン・ピロ
カテコール・ピラジンから成る水溶液（エチレンジアミ
ン：ピロカテコール：ピラジン：水＝75cc：12g ：3mg
：10cc）でＳｉ単結晶基板１１のみをエッチング除去
し、第１の絶縁層１３の他方の面を露出させる。この第
１の絶縁層１３の他方の面の露出によって、表面が第１
の絶縁層１３で覆われたピラミッド状の凸部２０が突出
したものとなる。このピラミッド状の凸部２０内は、前
述したエミッタ部材層１４で形成されている。

【００３２】次に、図１(e) に示すように、第１の絶縁
層１３の上に凸部２０の形状に沿わせて、ゲート電極層
２１となる厚さ0.2 μｍのＷ層をスパッタリング法によ
って形成する。その後、ゲート電極層２１の上に第２の
絶縁層２２となる厚さ0.4 μｍのＳｉＯ₂ 膜を電子ビー
ム蒸着法によって形成し、続いて第２の絶縁層２２の上
にアノード電極層２３となる厚さ0.3 μｍのＷ層をスパ
タリング法によって形成する。続いて、アノード電極層
２３の上にフォトレジスト２４をスピンコート法で約0.
3 μｍ厚程度、つまりピラミッド状部分の先端が隠れる
程度の厚さに塗布する。

【００３３】次に、図１(f) に示すように、酸素プラズ
マによるドライエッチングを行い、ピラミッド状部分の
先端部が0.4 μｍ程現れるように、フォトレジスト２４
をエッチング除去する。

【００３４】次に、図１(g) に示すように、反応性イオ
ンエッチングにより、アノード電極層２３におけるピラ
ミッド先端部を構成している部分を除去し、この部分に
開口部２５を設ける。

【００３５】次に、フォトレジスト２４を除去した後、
ＮＨ₄ Ｆ・ＨＦ混合溶液を用い、第２の絶縁層２２で開
口部２５の下に位置する部分およびその周辺に位置する
部分を除去する。次に、フォトレジストを再び塗布す
る。そして、ゲート電極層２１で開口部２５の下に位置
する部分が0.2 μｍ程度現れるように上記フォトレジス
トを酸素プラズマによるドライエッチングで除去し、第
１の絶縁層１３における開口部２５の下に位置する部分
を露出させる。

【００３６】次に、フォトレジストを除去し、続いてＮ
Ｈ₄ Ｆ・ＨＦ混合溶液を用い、第１の絶縁層１３におけ
る露出部分を除去し、図１(h) に示すように、凸部２０
内に存在しているピラミッド状のエミッタ部材層１４、
つまりエミッタ部２６の先端部を露出させる。

【００３７】これらの一連の工程によって、先端部が尖
鋭な凸状のエミッタ部２６を有するエミッタ部材層１４
と、このエミッタ部材層１４のエミッタ部２６が突出し
ている側の表面上でエミッタ部２６の先端部を除く部分
に設けられた第１の絶縁層１３と、この第１の絶縁層１
３の上に設けられ、第１の絶縁層１３を介してエミッタ
部２６を囲む部分がエミッタ部２６の周面部に沿った先
細りの筒状に形成されてなるゲート電極層２１と、この
ゲート電極層２１の上に設けられた第２の絶縁層２２
と、この第２の絶縁層２２の上に設けられ、第２の絶縁
層２２、ゲート電極層２１および第１の絶縁層１３を介
してエミッタ部２６を囲む部分がエミッタ部２６の周面
部に沿った先細りの筒状に形成されてなるアノード電極
層２３とを備え、エミッタ部２６の先端から見通せる立
体角内にゲート電極層２１およびアノード電極層２３の
前記筒状に形成された部分の少なくとも先端部内周面が
それぞれ露出状態に位置している微小多極真空管が形成
されたことになる。

【００３８】図２には、図１(h) に示す工程を終了した
時点におけるエミッタ部２６の近傍を一部切欠した斜視
図が示されている。そして、このようにして形成された
微小多極真空管は、真空雰囲気内に収容されて使用され
る。

【００３９】このように、上記実施例に係る微小多極真
空管では、まず補助基板としてのＳｉ単結晶基板１１に
異方性エッチングによって凹部１２を形成し、その後に
凹部１２を含むＳｉ単結晶基板１１の表面にＳｉＯ₂ 熱
酸化膜からなる第１の絶縁層１３を形成し、この第１の
絶縁層１３の表面上にエミッタ部材層１４を形成してい
る。このため、凹部１２の形状に応じたエミッタ部２６
を再現性良く形成することができる。さらに、上述した
異方性エッチングによる形状再現性は勿論のこと、Ｓｉ
Ｏ₂ 熱酸化膜からなる第１の絶縁層１３による凹部１２
の内側空間への成長作用により、先端部が鋭く尖り、か
つ高さの均一性に優れたピラミッド状のエミッタ部２６
を安定して形成することができる。したがって、電界放
射効率の向上および各エミッタ部２６の電界放射効率の
均一性を向上させることができる。

【００４０】また、ゲート電極層２１におけるエミッタ
部２６を囲んでいる部分を、エミッタ部２６の周面部に
沿って先細りとなる筒状に形成しているので、第１の絶
縁層１３の厚みを調整することによって、ゲートをエミ
ッタに十分近付けることができるとともにゲート・エミ
ッタ間の距離を正確に設定できる。このため、電界放出
効率を向上させることが可能となる。

【００４１】また、アノード電極層２３についても、エ
ミッタ部２６を囲んでいる部分を、エミッタ部２６の周
面部に沿って先細りとなる筒状に形成しているので、第
２の絶縁層２２の厚みを調整することによって、ゲート
・アノード間距離およびエミッタ・アノード間距離を正
確に設定できる。

【００４２】また、上記形状を採用しているので、エミ
ッタ部２６の先端延長線にアノード電極層２３を十分に
近付けることができ、これによってエミッタ部２６から
放出された電子流を受ける部分の面積を広くできる。し
たがって、アノードの熱破壊を防止でき、耐久性を向上
させることができるばかりか、エミッタから放出された
電子流のうち、ゲートに向かう分の割合を少なくできる
ので、効率を向上させることができる。上述した説明か
ら判るように、アノード電極層２３に設けられる開口部
２５の径は小さい程よい。その程度としては、図３に示
すように、エミッタ部２６における基部の径をＤ₁ と
し、開口部２５の内径をＤ₂ としたとき、Ｄ₂ ／Ｄ₁ ≦
0.8 を満たす関係、特にＤ₂ ／Ｄ₁ ＜0.5 を満たすこと
が好ましい。

【００４３】また、エミッタ部材層１４を表材層１５と
芯材層１６との複合構成としているので、エミッタに要
求される特性を満たす材料の使用が可能となる。すなわ
ち、実施例のように、表材層１５として仕事関数が小さ
く、物理的・化学的に安定な材料の使用が可能となる。
また、実施例のように、表材層１５の構成材より固有抵
抗の大きい材料で芯材層１６を形成すると、この芯材層
１６によって各エミッタ部２６へ流れる電流をバランス
させることができる。すなわち、アレイ化したときに特
定のエミッタ部２６に電流が集中して流れようとする
と、芯材層１６における上記特定のエミッタ部に対応す
る部分での電圧降下が自動的に大きくなり、この結果と
して特定のエミッタ部への電流集中が緩和される。した
がって、アレイ化されている各微小多極真空管を安定に
動作させることができるとともに電流集中によって起こ
る熱破壊の発生を防止できる。

【００４４】なお、上述した実施例においては、エミッ
タ部２６をピラミッド形に形成しているが、電流容量を
持たせようとするときには、図４に示すように、エミッ
タ部２６ａを屋根形に形成するとよい。このような形状
は、Ｓｉ単結晶補助基板に異方性エチング処理を施すと
きに、マスクの開口部形状を長方形に設定することによ
って実現できる。また、第１の絶縁層１３とゲート電極
層２１との間にボロンを含む半導体層を介在させ、Ｓｉ
単結晶補助基板をエッチングで除去するときに上記半導
体層をエッチング停止層として使用してもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電界放出効率が高く、アレイ化したときの均一性を満た
すことができ、アレイ化したときの動作の信頼性および
耐久性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る微小多極真空管の製造
プロセスを説明するための図

【図２】同製造プロセスを経て製造された微小多極真空
管を一部切欠して示す斜視図

【図３】同製造プロセスを経て製造された微小多極真空
管の拡大縦断面図

【図４】エミッタ部の別の形状を示す斜視図

【図５】従来の微小多極真空管の製造プロセスの一例を
説明するための図

【符号の説明】

１１…補助基板 １２…凹部 １３…第１の絶縁層 １４…エミッタ部
材層 １５…表材層 １６…芯材層 １７…導電層 ２０…凸部 ２１…ゲート電極層 ２２…第２の絶縁
層 ２３…アノード電極層 ２５…開口部 ２６，２６ａ…エミッタ部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端部が尖鋭な凸状のエミッタ部を有する
   エミッタ部材と、このエミッタ部材の前記エミッタ部が
   突出している側の表面上で前記エミッタ部の先端部を除
   く部分に設けられた第１の絶縁層と、この第１の絶縁層
   の上に設けられ、上記第１の絶縁層を介して前記エミッ
   タ部を囲む部分が上記エミッタ部の周面部に沿った先細
   りの筒状に形成されてなるゲート電極層と、このゲート
   電極層の上に設けられた第２の絶縁層と、この第２の絶
   縁層の上に設けられ、上記第２の絶縁層、前記ゲート電
   極層および前記第１の絶縁層を介して前記エミッタ部を
   囲む部分が上記エミッタ部の周面部に沿った先細りの筒
   状に形成されてなるアノード電極層とを具備し、前記エ
   ミッタ部の先端から見通せる立体角内に前記ゲート電極
   層および前記アノード電極層の前記筒状に形成された部
   分の少なくとも先端部内周面がそれぞれ露出状態に位置
   していることを特徴とする微小多極真空管。
2. 【請求項２】前記エミッタ部における基部の径をＤ₁ と
   し、前記アノード電極層における前記筒状の部分の先端
   部内径をＤ₂ としたとき、Ｄ₂ ／Ｄ₁ ≦0.8 を満たして
   いることを特徴とする請求項１に記載の微小多極真空
   管。
3. 【請求項３】前記エミッタ部材は、仕事関数が小さく、
   かつ物理的・化学的に安定な材料で形成された表材層と
   上記表材層の構成材料より固有抵抗の大きい材料で形成
   された芯材層との複合構成に形成されていることを特徴
   とする請求項１に記載の微小多極真空管。
4. 【請求項４】補助基板に低部を尖らせた凹部を設ける工
   程と、前記凹部の内面を含む前記補助基板の表面に第１
   の絶縁層を設ける工程と、前記第１の絶縁層の露出して
   いる一方の面上にエミッタ部材層を形成する工程と、前
   記補助基板を除去して前記第１の絶縁層の他方の面を露
   出させる工程と、前記第１の絶縁層の前記他方の面上に
   ゲート電極層を形成する工程と、前記ゲート電極層の露
   出している面上に第２の絶縁層を形成する工程と、前記
   第２の絶縁層の露出している面上にアノード電極層を形
   成する工程と、前記凹部に起因して前記エミッタ部材層
   に形成された凸部をエミッタ部とし、前記第１の絶縁
   層、前記ゲート電極層、前記第２の絶縁層および前記ア
   ノード電極層の上記エミッタ部を覆っている部分を対象
   にして、上記各層が上記エミッタ部の周面部に沿って上
   記エミッタ部を先細りの筒状に囲み、かつ上記エミッタ
   部の先端から見通せる立体角内に上記ゲート電極層およ
   び上記アノード電極層の上記筒状部分の少なくとも先端
   部内周面がそれぞれ露出状態に位置するように上記各層
   の一部をそれぞれ除去する工程とを具備してなることを
   特徴とする３極真空管の製造方法。
5. 【請求項５】前記エミッタ部材層を形成する工程は、前
   記補助基板の表面上に形成された前記第１の絶縁層の露
   出している一方の面上に仕事関数が小さく、かつ物理的
   ・化学的に安定な材料からなる表材層を形成する工程
   と、前記表材層の露出している面上に上記表材層を構成
   している材料より固有抵抗の大きい材料からなる芯材層
   を形成する工程とを含んでいることを特徴とする請求項
   ４に記載の微小多極真空管の製造方法。