JPH0797475B2 - 電子放出素子 - Google Patents
電子放出素子Info
- Publication number
- JPH0797475B2 JPH0797475B2 JP14683786A JP14683786A JPH0797475B2 JP H0797475 B2 JPH0797475 B2 JP H0797475B2 JP 14683786 A JP14683786 A JP 14683786A JP 14683786 A JP14683786 A JP 14683786A JP H0797475 B2 JPH0797475 B2 JP H0797475B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal layer
- electron
- layer
- emitting device
- insulator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
- H01J2201/30—Cold cathodes
- H01J2201/312—Cold cathodes having an electric field perpendicular to the surface thereof
- H01J2201/3125—Metal-insulator-Metal [MIM] emission type cathodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
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、特に電圧印加により電子
放出が誘起される電子放出素子に関する。この様な電子
放出素子はたとえば各種電子ビーム露光装置等の電子ビ
ーム応用装置の電子発生源として好適に利用される。
放出が誘起される電子放出素子に関する。この様な電子
放出素子はたとえば各種電子ビーム露光装置等の電子ビ
ーム応用装置の電子発生源として好適に利用される。
[従来の技術] 電子ビーム装置たとえば陰極線管における電子発生源と
しては従来熱陰極からの熱電子放出が用いられていた。
この様な熱陰極を利用した電子放出は、加熱によるエネ
ルギーロスが大きい点、加熱手段の形成が必要である
点、及び予備加熱にかなりの時間を要する点や熱により
系が不安定化しやすいという点で問題があった。
しては従来熱陰極からの熱電子放出が用いられていた。
この様な熱陰極を利用した電子放出は、加熱によるエネ
ルギーロスが大きい点、加熱手段の形成が必要である
点、及び予備加熱にかなりの時間を要する点や熱により
系が不安定化しやすいという点で問題があった。
そこで、加熱によらない電子放出素子の研究が進めら
れ、いくつかの型の素子が提案されている。
れ、いくつかの型の素子が提案されている。
たとえば、PN接合に逆バイアス電圧を印加し電子なだれ
降状現象を生ぜしめ素子外へと電子を放出する型のもの
や、金属−絶縁体層−金属層の構成を有し該2つの金属
の間に電圧を印加することに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と放出する
型(MIM型)のものや、高抵抗薄膜にその膜厚方向と直
交する方向に電圧を印加し該薄膜表面から素子外へと電
子を放出させる表面伝導型のものや、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の電
界を発生させ該金属から素子外へと電子を放出させる電
界効果型(FE型)のものや、その他のものが提案されて
いる。
降状現象を生ぜしめ素子外へと電子を放出する型のもの
や、金属−絶縁体層−金属層の構成を有し該2つの金属
の間に電圧を印加することに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と放出する
型(MIM型)のものや、高抵抗薄膜にその膜厚方向と直
交する方向に電圧を印加し該薄膜表面から素子外へと電
子を放出させる表面伝導型のものや、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の電
界を発生させ該金属から素子外へと電子を放出させる電
界効果型(FE型)のものや、その他のものが提案されて
いる。
[発明が解決しようとする問題点] これらのうちで、MIM型の電子放出素子は印加電圧が比
較的低くてよく且つそれ程高い真空度を必要としない特
長がある。
較的低くてよく且つそれ程高い真空度を必要としない特
長がある。
第3図は従来提案されているMIM型素子の一例を示す斜
視図である。
視図である。
第3図において、2は絶縁基板であり、4は第1の金属
層であり、6は絶縁体層であり、8は第2の金属層であ
る。図示される様に、基板2の上面は平坦であり、該平
坦面上にて所定の巾をもつ第1の金属層4が第1の方向
に延びて配置されている。そして、絶縁体層6は基板2
及びその表面上に突出して配設された第1の金属層4を
覆う様にほぼ均一の厚さに付与されている。従って、該
絶縁体層6の上面も第1の金属層4に対応する部分が突
出している。この様な絶縁体層6上の上面上にて所定の
巾をもつ第2の金属層8が上記第1の方向と略直交する
方向に延びて配置されている。
層であり、6は絶縁体層であり、8は第2の金属層であ
る。図示される様に、基板2の上面は平坦であり、該平
坦面上にて所定の巾をもつ第1の金属層4が第1の方向
に延びて配置されている。そして、絶縁体層6は基板2
及びその表面上に突出して配設された第1の金属層4を
覆う様にほぼ均一の厚さに付与されている。従って、該
絶縁体層6の上面も第1の金属層4に対応する部分が突
出している。この様な絶縁体層6上の上面上にて所定の
巾をもつ第2の金属層8が上記第1の方向と略直交する
方向に延びて配置されている。
上記第1の金属層4と第2の金属層8との間には第2の
金属層8が正となる様に適時電圧を印加するための手段
10が接続されている。該手段10は電源と不図示のスイッ
チとを有している。
金属層8が正となる様に適時電圧を印加するための手段
10が接続されている。該手段10は電源と不図示のスイッ
チとを有している。
かくして、第1の金属層4と第2の金属層8との重なり
あう位置においてMIM構造が形成され、その他の金属層
部分はリード線として利用される。そして、この様な電
子放出素子を上記第1の方向及び第2の方向に複数個配
列し第1の金属層4及び第2の金属層8を共有すること
により、いわゆるマトリックス駆動の可能な電子放出装
置を構成することができる。
あう位置においてMIM構造が形成され、その他の金属層
部分はリード線として利用される。そして、この様な電
子放出素子を上記第1の方向及び第2の方向に複数個配
列し第1の金属層4及び第2の金属層8を共有すること
により、いわゆるマトリックス駆動の可能な電子放出装
置を構成することができる。
しかして、この様な従来のMIM型素子においては、絶縁
体層6及び第2の金属層8は非平坦な下地上に形成され
るため、特にMIM構造位置において該絶縁体層6及び第
2の金属層8の膜厚が不均一となり易く、このため素子
特性が劣化し勝ちであり、更に複数個の素子をマトリッ
クス駆動可能な様に配列した場合においても各素子ごと
の特性のバラツキが大きくなり勝ちであるという問題点
があった。
体層6及び第2の金属層8は非平坦な下地上に形成され
るため、特にMIM構造位置において該絶縁体層6及び第
2の金属層8の膜厚が不均一となり易く、このため素子
特性が劣化し勝ちであり、更に複数個の素子をマトリッ
クス駆動可能な様に配列した場合においても各素子ごと
の特性のバラツキが大きくなり勝ちであるという問題点
があった。
また、従来の素子においては第2の金属層8が上下に波
うつ曲線状に形成されているために長さが比較的長くな
り、このため電気抵抗が大きくなり発熱量も多くなると
いう問題点もあった。
うつ曲線状に形成されているために長さが比較的長くな
り、このため電気抵抗が大きくなり発熱量も多くなると
いう問題点もあった。
[問題点を解決するための手段] 本発明によれば、以上の如き従来技術の問題点を解決す
るものとして、絶縁基体上に第1の金属層が付されてお
り、該金属層上に絶縁体層が付されており、該絶縁体層
上に第2の金属層が付されており、上記第1の金属層と
第2の金属層との間に電圧を印加するための手段を有し
てなる電子放出素子において、第1の金属層が基体に形
成された凹部内に埋設されており、該第1の金属層上面
及び基体上面により形成される略平坦な面上に絶縁体層
が形成されていることを特徴とする、電子放出素子が提
供される。
るものとして、絶縁基体上に第1の金属層が付されてお
り、該金属層上に絶縁体層が付されており、該絶縁体層
上に第2の金属層が付されており、上記第1の金属層と
第2の金属層との間に電圧を印加するための手段を有し
てなる電子放出素子において、第1の金属層が基体に形
成された凹部内に埋設されており、該第1の金属層上面
及び基体上面により形成される略平坦な面上に絶縁体層
が形成されていることを特徴とする、電子放出素子が提
供される。
[実施例] 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説明
する。
する。
第1図(a)は本発明による電子放出素子の一実施例を
示す斜視図であり、第1図(b)及び第1図(c)はそ
れぞれそのB−B断面図及びC−C断面図である。
示す斜視図であり、第1図(b)及び第1図(c)はそ
れぞれそのB−B断面図及びC−C断面図である。
これらの図において、2は絶縁基板であり、該基板はた
とえばガラス、アルミナ、サファイア、マイカ、マグネ
シア、更にはGaAs、GaSb、InAs、GaP、スピネル(MgAl2
O4)等の結晶等からなる。該基板2の上面にはC−C方
向に沿って延びている所定の巾及び深さをもつ溝3が形
成されている。
とえばガラス、アルミナ、サファイア、マイカ、マグネ
シア、更にはGaAs、GaSb、InAs、GaP、スピネル(MgAl2
O4)等の結晶等からなる。該基板2の上面にはC−C方
向に沿って延びている所定の巾及び深さをもつ溝3が形
成されている。
4は第1の金属層であり、6は絶縁体層であり、8は第
2の金属層であり、これらによりMIM構造が形成され
る。
2の金属層であり、これらによりMIM構造が形成され
る。
図示される様に、第1の金属層4は基板2の2つの溝3
を埋める様に配置されており、従って該金属層4の上面
と基板2の上面とは実質上同一平面とされている。該第
1の金属層はたとえばAl,Be,Mo,Pt,Ta,Au,Ag,W,Cr,Mg,
ニクロム等からなる。該金属層4はこれら金属のいくつ
かを成分とする合金からなる層やこれらのシリサイドか
らなる層であってもよい。金属層4の厚さ即ち溝3の深
さは特に制限がないが、たとえば0.001〜1μm程度で
ある。該金属層4の巾即ち溝3の巾は特に制限がなく所
望の電子放出面積に応じて適宜設定することができる
が、たとえば0.001〜5μm程度である。
を埋める様に配置されており、従って該金属層4の上面
と基板2の上面とは実質上同一平面とされている。該第
1の金属層はたとえばAl,Be,Mo,Pt,Ta,Au,Ag,W,Cr,Mg,
ニクロム等からなる。該金属層4はこれら金属のいくつ
かを成分とする合金からなる層やこれらのシリサイドか
らなる層であってもよい。金属層4の厚さ即ち溝3の深
さは特に制限がないが、たとえば0.001〜1μm程度で
ある。該金属層4の巾即ち溝3の巾は特に制限がなく所
望の電子放出面積に応じて適宜設定することができる
が、たとえば0.001〜5μm程度である。
絶縁体層6はたとえばSiO2,Ta2O5,Al2O3,BeO,SiC,SiOxN
yHz,SiNxHy,リンシリケースガラス(PSG),AlN,SiO2.BN
等からなる。図示される様に、絶縁体層6は実質上平板
状である。該絶縁体層6の厚さは絶縁破壊が生じない程
度に薄い方が好ましいが、この厚さは該層6に使用され
る絶縁体の種類の第2の金属層8に使用される金属の種
類等に応じて所望の電子放出特性が得られるべき適宜設
定するのが好ましく、たとえば30〜1000Å程度である。
yHz,SiNxHy,リンシリケースガラス(PSG),AlN,SiO2.BN
等からなる。図示される様に、絶縁体層6は実質上平板
状である。該絶縁体層6の厚さは絶縁破壊が生じない程
度に薄い方が好ましいが、この厚さは該層6に使用され
る絶縁体の種類の第2の金属層8に使用される金属の種
類等に応じて所望の電子放出特性が得られるべき適宜設
定するのが好ましく、たとえば30〜1000Å程度である。
また第2の金属層8は上記第1の金属層4と同様な材料
からなる。図示される様に、第2の金属層8は実質上直
線状である。該金属層の厚さは電子放出効率の点からは
できるだけ薄い方が好ましく、たとえば100〜3000Å程
度である。また、該金属層8の巾は特に制限がなく所望
の電子放出面積に応じて適宜設定することができるが、
たとえば0.001〜5μm程度である。
からなる。図示される様に、第2の金属層8は実質上直
線状である。該金属層の厚さは電子放出効率の点からは
できるだけ薄い方が好ましく、たとえば100〜3000Å程
度である。また、該金属層8の巾は特に制限がなく所望
の電子放出面積に応じて適宜設定することができるが、
たとえば0.001〜5μm程度である。
第1図に示される様に、第1の金属層4と第2の金属層
8との間には第2の金属層8が正となる様に適時電圧を
印加するための手段10が接続されている。該手段10は電
源と不図示のスイッチとを有している。
8との間には第2の金属層8が正となる様に適時電圧を
印加するための手段10が接続されている。該手段10は電
源と不図示のスイッチとを有している。
以上の様な本実施例の電子放出素子は、たとえば次の様
にして作成することができる。
にして作成することができる。
先ず、基板2の材料の表面を物理的研摩や化学的研摩に
より十分に良好な平坦度及び表面粗さとし、該基板2の
表面にフォトレジストを塗布し、パターン露光及び現像
により該レジスト層の上記溝3を形成すべき部分に対応
する部分を除去し、しかる後にウェットエッチング法に
より基板2の表面に溝3を形成する。基板2がガラスで
ある場合にはエッチング液としてフッ酸と硝酸と酢酸ま
たは純水との混合液が用いられる。
より十分に良好な平坦度及び表面粗さとし、該基板2の
表面にフォトレジストを塗布し、パターン露光及び現像
により該レジスト層の上記溝3を形成すべき部分に対応
する部分を除去し、しかる後にウェットエッチング法に
より基板2の表面に溝3を形成する。基板2がガラスで
ある場合にはエッチング液としてフッ酸と硝酸と酢酸ま
たは純水との混合液が用いられる。
次に、第1の金属層4を構成する金属材料を抵抗加熱蒸
着法、電子ビーム蒸着法、CVD法、プラズマCVD法、イオ
ンプレーティング法、クラスタイオンビーム法等により
上記溝3の深さとほぼ同一の厚さに成膜させ、しかる後
にレジスト層を溶解除去してリフトオフにより溝3内以
外の金属材料膜を除去し、かくして第1の金属層4を形
成する。
着法、電子ビーム蒸着法、CVD法、プラズマCVD法、イオ
ンプレーティング法、クラスタイオンビーム法等により
上記溝3の深さとほぼ同一の厚さに成膜させ、しかる後
にレジスト層を溶解除去してリフトオフにより溝3内以
外の金属材料膜を除去し、かくして第1の金属層4を形
成する。
次に、該第1の金属層4の上面上に抵抗加熱蒸着法、電
子ビーム蒸着法、CVD法、プラズマCVD法、イオンプレー
ティング法、クラスタイオンビーム法等により絶縁体層
6を形成する。
子ビーム蒸着法、CVD法、プラズマCVD法、イオンプレー
ティング法、クラスタイオンビーム法等により絶縁体層
6を形成する。
次に、該絶縁体層6上に抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸
着法、CVD法、プラズマCVD法、イオンプレーティング
法、クラスタイオンビーム法等により第2の金属層8を
形成する。該第2の金属層8はパターニングされること
が必要であるが、これは通常のフォトリソグラフィー技
術により行なうことができる。
着法、CVD法、プラズマCVD法、イオンプレーティング
法、クラスタイオンビーム法等により第2の金属層8を
形成する。該第2の金属層8はパターニングされること
が必要であるが、これは通常のフォトリソグラフィー技
術により行なうことができる。
しかる後に、上記第1の金属層4と第2の金属層8との
間に電圧印加手段10を接続する。
間に電圧印加手段10を接続する。
かくして作成された本実施例素子の駆動は電圧印加手段
10のスイッチを閉じることにより行なわれる。該電圧印
加手段の電源の電圧はMIM構造の具体的構成及び所望の
電子放出特性に応じて適宜設定することができ、たとえ
ば3〜20Vである。この様な第1の金属層4と第2の金
属層8との間の電圧印加により第2の金属層8の表面か
ら電子が放出される。
10のスイッチを閉じることにより行なわれる。該電圧印
加手段の電源の電圧はMIM構造の具体的構成及び所望の
電子放出特性に応じて適宜設定することができ、たとえ
ば3〜20Vである。この様な第1の金属層4と第2の金
属層8との間の電圧印加により第2の金属層8の表面か
ら電子が放出される。
第2図(a)〜(c)は本発明による電子放出素子を多
数配列してなる電子放出装置の実施例を示すものであ
り、第2図(a)は部分平面図であり、第2図(b)及
び第2図(c)はそれぞれそのB−B断面図及びC−C
断面図である。
数配列してなる電子放出装置の実施例を示すものであ
り、第2図(a)は部分平面図であり、第2図(b)及
び第2図(c)はそれぞれそのB−B断面図及びC−C
断面図である。
本実施例において、2は基板であり、該基板表面には所
定の巾及び深さをもつC−C方向の複数の溝3が一定の
間隔をおいて平行に配列形成されている。そして、各溝
3内に第1の金属層4が埋設されている。6は絶縁体層
であり、該絶縁体層は実質上平板状である。該絶縁体層
6上には一定の間隔をおいて複数の所定巾のB−B方向
の第2の金属層8が配列形成されている。
定の巾及び深さをもつC−C方向の複数の溝3が一定の
間隔をおいて平行に配列形成されている。そして、各溝
3内に第1の金属層4が埋設されている。6は絶縁体層
であり、該絶縁体層は実質上平板状である。該絶縁体層
6上には一定の間隔をおいて複数の所定巾のB−B方向
の第2の金属層8が配列形成されている。
上記基板2、第1の金属層4、絶縁体層6及び第2の金
属層8は上記第1図の実施例に関し説明した材料からな
る。
属層8は上記第1図の実施例に関し説明した材料からな
る。
本実施例装置は上記第1図の実施例に関し説明したと同
様にして作成される。
様にして作成される。
尚、第2図においては図示されていないが、各第1の金
属層4と各第2の金属層8との間には第2の金属層側が
正となる様な電圧を適時印加するための手段が接続され
ている。従って、本実施例装置においては各第1の金属
層4と各第2の金属層8との重なりあう位置においてMI
M構造が形成されていることになり、いわゆるマトリッ
クス駆動により所望の位置のMIM構造を適宜駆動するこ
とができる。
属層4と各第2の金属層8との間には第2の金属層側が
正となる様な電圧を適時印加するための手段が接続され
ている。従って、本実施例装置においては各第1の金属
層4と各第2の金属層8との重なりあう位置においてMI
M構造が形成されていることになり、いわゆるマトリッ
クス駆動により所望の位置のMIM構造を適宜駆動するこ
とができる。
[発明の効果] 以上の様な本発明によれば、MIM構造を構成する第1の
金属層が基体中に埋設されているために絶縁体層及び第
2の金属層がいづれも平坦となり、従って該絶縁体層及
び第2の金属層を所望の形状及び寸法に正確に形成する
ことができ、特性の均一性に優れた電子放出素子が提供
される。
金属層が基体中に埋設されているために絶縁体層及び第
2の金属層がいづれも平坦となり、従って該絶縁体層及
び第2の金属層を所望の形状及び寸法に正確に形成する
ことができ、特性の均一性に優れた電子放出素子が提供
される。
更に、本発明によれば、第2の金属層が直線状となるの
で長さを比較的短かくすることができ、従って該第2の
金属層の電気抵抗を比較的小さくすることができ発熱量
も少なくすることができる。
で長さを比較的短かくすることができ、従って該第2の
金属層の電気抵抗を比較的小さくすることができ発熱量
も少なくすることができる。
また、本発明素子は外表面が平坦であるので取扱時に他
の物体と接触しても損傷することが少ない。
の物体と接触しても損傷することが少ない。
第1図(a)は電子放出素子の斜視図であり、第1図
(b)及び第1図(c)はそれぞれそのB−B断面図及
びC−C断面図である。 第2図(a)は電子放出装置の部分平面図であり、第2
図(b)及び第2図(c)はそれぞれそのB−B断面図
及びC−C断面図である。 第3図は電子放出素子の斜視図である。 2:基板、3:溝 4,8:金属層、6:絶縁体層、 10:電圧印加手段。
(b)及び第1図(c)はそれぞれそのB−B断面図及
びC−C断面図である。 第2図(a)は電子放出装置の部分平面図であり、第2
図(b)及び第2図(c)はそれぞれそのB−B断面図
及びC−C断面図である。 第3図は電子放出素子の斜視図である。 2:基板、3:溝 4,8:金属層、6:絶縁体層、 10:電圧印加手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 彰 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 下田 勇 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 奥貫 昌彦 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特公 昭49−7383(JP,B1)
Claims (1)
- 【請求項1】絶縁基体上に第1の金属層が付されてお
り、該金属層上に絶縁体層が付されており、該絶縁体層
上に第2の金属層が付されており、上記第1の金属層と
第2の金属層との間に電圧を印加するための手段を有し
てなる電子放出素子おいて、第1の金属層が基体に形成
された凹部内に埋設されており、該第1の金属層上面及
び基体上面により形成される略平坦な面上に絶縁体層が
形成されていることを特徴とする、電子放出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14683786A JPH0797475B2 (ja) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | 電子放出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14683786A JPH0797475B2 (ja) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | 電子放出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6380437A JPS6380437A (ja) | 1988-04-11 |
| JPH0797475B2 true JPH0797475B2 (ja) | 1995-10-18 |
Family
ID=15416648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14683786A Expired - Lifetime JPH0797475B2 (ja) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | 電子放出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0797475B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0367195A3 (en) * | 1988-10-31 | 1991-10-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Mim cold-cathode electron emission elements and methods of manufacture thereof |
-
1986
- 1986-06-25 JP JP14683786A patent/JPH0797475B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6380437A (ja) | 1988-04-11 |
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