JPH08298068A

JPH08298068A - 電界放射型電子源及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08298068A
Application number: JP10274495A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Hori; 義和堀
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-04-26
Filing date: 1995-04-26
Publication date: 1996-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】リフトオフプロセスを用いることなく、急峻
な形状のエミッタ電極を有していると共にエミッタ電極
とゲート電極との間隔がサブミクロンの精度で制御可能
である電界放射型電子源を提供する。【構成】金属又は半導体よりなる導電性基板１０の上
には、段差部１１を介して低部表面１２と高部表面１３
とが形成されており、高部表面１３と段差部１１との間
に形成される鋭角な突出部１４が陰極となる。高部表面
１３の上にはゲート絶縁膜１５Ａを介してゲート電極１
６Ａが形成されている。陰極に対して正の電界をゲート
電極１６Ａに印加すると、陰極である直線状の突出部１
４から電子が放射される。突出部１４と対向するように
設けられた図示しない陽極に、ゲート電極１６Ａに印加
される電圧よりも高い正の電圧を印加することにより、
陰極から放射された電子の大部分を陽極に到達させるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自発光の平面型表示素
子、超高速の微小真空素子又は電子線励起の固体レーザ
等への応用が期待される冷電子源である電界放射型電子
源に関し、特に、既存のシリコン等の半導体プロセスと
の整合性及び素子の均一性に優れ、かつ集積化及び低電
圧化が実現可能な電界放射型電子源に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体に対する微細加工技術の進展によ
り、微小な電界放射型電子源の形成が可能となった。ス
ピントらがコーン型（縦型）の電界放射型電子源を提案
し、微小な電界放射型電子源が注目されるに至っている
（参考文献１：C. A. Spindt,J. Appl. Phys. Vol.39,
p.3504 (1986)）。

【０００３】以下、第１の従来例として、スピントの提
案した電界放射型電子源の構造及び製造方法について図
１４を参照しながら説明する。

【０００４】まず、図１４（ａ）に示すように、シリコ
ンよりなる導電性基板１０１上に絶縁層１０２及び金属
よりなるゲート電極１０３を順次形成した後、ゲート電
極１０３及び絶縁層１０２に円形の小穴１０４を通常の
フォトリソプロセスによって形成する。

【０００５】次に、図１４（ｂ）に示すように、アルミ
ナ等よりなる犠牲層１０５を導電性基板１０１に対して
浅い角度で蒸着する。この工程によりゲート口径は縮小
すると共にゲート電極１０３は犠牲層１０５に覆われ
る。

【０００６】次に、図１４（ｃ）に示すように、エミッ
タ電極となるモリブデン等の金属１０６を導電性基板１
０１に対して垂直方向から蒸着する。このようにする
と、ゲート口は蒸着の進展に伴って小さくなるので、小
穴１０４の内部に円錐形状のエミッタ電極（陰極）１０
７が形成される。

【０００７】次に、図１４（ｄ）に示すように、犠牲層
１０５をウェットエッチングによりリフトオフして不要
の金属１０６を除去する。

【０００８】この電界放射型電子源は、ゲート電極１０
３によってエミッタ電極１０７の先端から電子を真空中
に引き出し、引き出した電子をエミッタ電極１０７と対
向するように設けられたアノード電極（陽極）（図示は
省略している）により受けることによって動作する。

【０００９】また、第１の従来例と同様の縦型構造であ
って、シリコンの結晶異方性エッチング又は異方性ドラ
イエッチングと熱酸化とを用いて先端形状がより鋭いエ
ミッタ電極を形成する方法が提案されている（参考文献
２：H.F.Gray et al.,IEDM Tech.Dig.p.776,(1986)、及
び参考文献３：別井、１９９０年秋季信学全大論文集
５、ＳＣ−８−２(1990)）。

【００１０】以下、第２の従来例として別井らの提案し
た電界放射型電子源の構造及び作製方法について図１５
を参照しながら説明する。

【００１１】まず、図１５（ａ）に示すように、シリコ
ンよりなる導電性基板１１１上に酸化シリコン膜１１２
を形成した後、該酸化シリコン膜１１２に対してフォト
リソプロセスを施すことにより、図１５（ｂ）に示すよ
うに、円盤状のエッチングマスク１１３を作製する。

【００１２】次に、導電性基板１１１に対してエッチン
グマスク１１３を用いてサイドエッチングを伴う条件で
ドライエッチングを行なうことにより、図１５（Ｃ）に
示すように、エッチングマスク１１３の下側に先端部が
細い立体形状体１１４を形成する。その後、立体形状体
１１４に対して熱酸化を施すことにより、立体形状体１
１４を、内部のシリコンよりなるコーン形状体１１５と
外部の熱酸化膜１１６とからなる構造に変化させる。

【００１３】次に、図１５（ｄ）に示すように、絶縁膜
１１７となる酸化シリコン、及びゲート電極１１８とな
る金属を、導電性基板１１１の表面に対して垂直方向か
ら真空蒸着することにより、導電性基板１１１の上にお
けるエッチングマスク１１３の周辺部及びエッチングマ
スク１１３の上に付着させる。

【００１４】次に、導電性基板１１１を弗酸の水溶液に
浸すことにより、コーン形状体１１５の周辺部の熱酸化
膜１１６を除去する共に、絶縁膜及び金属膜が付着した
エッチングマスク１１３をリフトオフにより除去する
と、図１５（ｅ）に示すように、コーン形状体１１５よ
りなるエミッタ電極が形成され、スピント型と類似の構
造を有する電界放射型電子源を得ることができる。

【００１５】この電界放射型電子源は、第１の従来例と
同様、ゲート電極１１８によってエミッタ電極１１５の
先端から電子を真空中に引き出し、引き出した電子をエ
ミッタ電極１１５と対向するように設けられたアノード
電極（陽極）（図示は省略している）により受けること
によって動作する。

【００１６】これに対して、平面構造の電界放射型電子
源も提案されており( 参考文献４：伊藤ら、真空３４巻
P.867 (1991) ）、この平面型の電子源においては、エ
ミッタ電極、ゲート電極及びアノード電極等を同一の基
板上に形成できるので、素子構造等に関する自由度が大
きくまた容量が小さいことなどの理由により、超高速素
子への応用が期待されている。

【００１７】以下、第３の従来例として、参考文献４に
示されている平面構造の電界放射型電子源について図１
６及び図１７を参照しながら説明する。

【００１８】図１６に示すように、第３従来例の電界放
射型電子源は、石英よりなる導電性基板１２１と、該導
電性基板１２１の上に形成された帯状のゲート電極１２
２Ａと、ゲート電極１２２Ａと対向するように形成され
た櫛形状の金属箔よりなるエミッタ電極１２３Ａとを備
えている。

【００１９】第３の従来例に係る電界放射型電子源は次
のようにして製造される。すなわち、図１７（ａ）に示
すように、石英よりなる導電性基板１２１にエミッタ電
極となるＷ膜１２３Ｂを堆積した後、図１７（ｂ）に示
すように、レジストパターン１２４をマスクとしてＷ膜
１２３ＢをＲＩＥにより所定の形状に加工する。その
後、図１７（ｃ）に示すように、導電性基板１２１を弗
酸の水溶液によってエッチングする。

【００２０】次に、ゲート電極となる金属膜１２２Ｂを
真空蒸着した後、図１７（ｄ）に示すように、レジスト
パターン１２４の上に付着した金属膜１２２Ｂをリフト
オフする。その後、図１７（ｅ）に示すように、フォト
リソプロセスによりレジストパターン１２５を形成した
後、該レジストパターン１２５をマスクとして金属膜１
２２Ｂに対してウェットエッチングを行なうことによ
り、ゲート電極１２２Ａを形成する。その後、図１７
（ｆ）に示すように、フォトリソプロセスによりレジス
トパターン１２６を形成した後、該レジストパターン１
２６をマスクとしてＷ膜１２３Ｂに対してウェットエッ
チングを行なうことにより、櫛形形状のエミッタ電極１
２３Ａを形成する。その後、レジストパターン１２６を
除去すると、図１７（ｇ）に示すような平面構造の電界
放射型電子源が完成する。

【００２１】また、本発明者は、先に、シリコン基板を
用いた平面構造のカクテルグラス構造の電界放射電子源
を提案した（参考文献５：堀ら、信学技報ED94-95,p.1
(1994-12)）。シリコン基板上に形成される電界放射型
電子源はＬＳＩ等と一体集積化が可能であり新たな用途
も期待できる。

【００２２】以下、第４の従来例として、参考文献５に
示されている、シリコン基板上に形成されたカクテル構
造を持つ平面構造の電界放射型電子源について図１７を
参照しながら説明する。

【００２３】まず、図１８（ａ）に示すように、シリコ
ンよりなる導電性基板１３１の表面に酸化シリコン膜を
形成した後、該酸化シリコン膜に対してエッチングを行
なうことにより、サブミクロン口径のドットマスク１３
２を作製する。その後、ドットマスク１３２を用いて導
電性基板１３１に対してドライエッチングを行なうこと
により、図１８（ｂ）に示すように、導電性基板１３１
の表面に対して垂直なシリコンよりなる柱状構造体１３
３を形成する。

【００２４】次に、柱状構造体１３３の側面に対して異
方性エッチングを施すことにより、図１８（ｃ）に示す
ように、（３３１）面を含む結晶面を側面として有する
逆円錐台状の上部１３４Ａと円錐台状の下部１３４Ｂと
からなるカクテルグラス状構造体を形成した後、図１８
（ｄ）に示すように、前記カクテルグラス状構造体の上
にゲート電極となる金属膜１３５及び絶縁膜１３６を真
空蒸着する。

【００２５】次に、導電性基板１３１を弗酸の水溶液に
浸漬してドットマスク１３２をリフトオフすることによ
り、ドットマスク１３２の上に付着した絶縁膜１３６及
び金属膜１３５を除去すると、図１８（ｅ）に示すよう
に、上部１３４Ａ及び下部１３４Ｂよりなるエミッタ電
極の上部１３４Ａのエッジ部１３７から電子を放射する
カクテルグラス型の電界放射型電子源が完成する。

【００２６】

【発明が解決ようとする課題】第１及び第２の従来例に
係る電界放射型電子源によると、コーン型のエミッタ電
極を高密度に集積化することが可能であり、また、エミ
ッタ電極の先端の曲率半径として２０ｎｍ程度が得られ
るので、低電圧で大電流の電子源が実現可能である。

【００２７】しかしながら、第１の従来例によると、金
属蒸着によりエミッタ電極１０７を形成するため、エミ
ッタ電極１０７の形状、特に先端部の形状が素子の中央
部と周辺部とにおいて必然的に異なるので、電界放射型
電子源が一定以上の面積になると、均一な性能を得るこ
とができないという問題がある。また、犠牲層１０５を
リフトオフする必要があり、エッチング溶液中にダスト
が浮遊するので通常の半導体プロセスにおいては使用し
ないリフトオフが避けられないという問題がある。

【００２８】第２の従来例によると、コーン形状体１１
５よりなるエミッタ電極の形状が熱酸化膜１１６に対す
るドライエッチングの条件に左右されるので、エミッタ
電極の形状の面内バラツキを避けることができないとい
う問題がある。また、ゲート電極１１８の形成に蒸着法
及びリフトオフプロセスを用いるため、ゲート電極１１
８のエッジ部の形状が均一でなくなると共に、第１の従
来例と同様、電界放射型電子源が一定以上の面積になる
と、均一な性能を得ることができないという問題、及び
リフトオフが避けられないという問題がある。さらに、
ゲート口径がフォトリソの解像限界に制約されるので、
低電圧化のためには電子ビーム露光やＸ線露光という高
価な装置を使用しなければならないという問題もある。

【００２９】第３の従来例によると、通常のフォトリソ
技術が使用でき、またエミッタ電極１２２Ａとゲート電
極１２３Ａとの距離がサブミクロン程度まで容易に制御
できるので、素子構造の再現性及び均一性が高いという
特徴がある。

【００３０】ところが、第３の従来例によると、エミッ
タ電極１２２Ａの先端の曲率半径が約４０ｎｍであるた
め、動作電圧が比較的高いという問題がある。また、金
属膜１２２Ｂの真空蒸着及びレジストパターン１２４に
対するリフトオフプロセスが避けられないという問題が
ある。

【００３１】第４の従来例によると、カクテルグラス状
構造体よりなるエミッタ電極の上部１３４Ａのエッジ部
１３７の形状が急峻であると共に再現性の高いエミッタ
電極を実現することができる上に、動作電圧が低いとい
う特徴を有している。

【００３２】しかしながら、金属膜１３５及び絶縁膜１
３６の真空蒸着及びドットマスク１３２に対するリフト
オフプロセスが避けられないという問題がある。

【００３３】以上説明したように、従来の電界放射型電
子源においては、金属の蒸着及びこれに伴うリフトオフ
プロセスが避けられないという問題があった。

【００３４】前記に鑑み、本発明は、通常のフォトリソ
プロセス及び半導体プロセスにより容易に製造が可能で
あり、特にリフトオフプロセスを用いることなく、急峻
な形状のエミッタ電極を有していると共にエミッタ電極
とゲート電極との間隔がサブミクロンの精度で制御可能
である電界放射型電子源及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００３５】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項１の発明は、電界放射型電子源を、基板上に
段差部を介して形成された導電性の高部表面と、前記高
部表面と前記段差部との角部に形成された陰極と、前記
高部表面の上に絶縁層を介して形成され、前記陰極と対
向し且つ前記陰極と電気的に絶縁されている電極とを備
え、前記陰極と前記電極との間に電圧が印加されると前
記陰極から電子を放射する構成とするものである。

【００３６】請求項２の発明は、電界放射型電子源を、
基板上に段差部を介して形成された導電性の高部表面
と、前記高部表面と前記段差部との角部に形成された陰
極と、前記高部表面の上に第１の絶縁層を介して形成さ
れ、前記陰極と対向し且つ前記陰極と電気的に絶縁され
ている第１の電極と、前記第１の電極の上に第２の絶縁
層を介して形成され、前記第１の電極に対して独立に電
圧が印加される第２の電極とを備え、前記陰極と前記第
１の電極との間に電圧が印加されると前記陰極から電子
を放射する構成とするものである。

【００３７】請求項３の発明は、請求項１又は２の構成
に、前記高部表面は開口部を有し、前記陰極は前記高部
表面における前記開口部に臨む部位と前記段差部との角
部に形成されている構成を付加するものである。

【００３８】請求項４の発明は、請求項３の構成に、前
記開口部の形状は円形又は多角形であり、前記陰極は、
前記開口部に沿って連続して形成されている構成を付加
するものである。

【００３９】請求項５の発明は、請求項３の構成に、前
記高部表面は前記開口部内に突出する突部を有し、前記
陰極は、前記高部表面の突部と前記段差部との角部に形
成されている構成を付加するものである。

【００４０】請求項６の発明は、請求項２の構成に、前
記第２の電極に一定の電圧を印加する一方、前記第１の
電極に印加される電圧を変化させることにより、前記陰
極から放射され前記第２の電極に向かう電子の量を変化
させる構成を付加するものである。

【００４１】請求項７の発明は、請求項２の構成に、前
記第１の電極に一定の電圧を印加する一方、前記第２の
電極に印加される電圧を変化させることにより、前記陰
極から放射される電子の量又は方向を変化させる構成を
付加するものである。

【００４２】請求項８の発明は、請求項１又は２の構成
に、前記基板は結晶性の基板であり、前記陰極は、前記
基板に対する結晶異方性エッチングによって前記高部表
面と前記段差部との角度に鋭角に形成されている構成を
付加するものである。

【００４３】請求項９の発明は、請求項８の構成に、前
記高部表面は前記基板の（１００）面に形成されてお
り、前記陰極は、前記基板に対する結晶異方性エッチン
グによって前記段差部に＜０１１＞方向に延びる（１１
１）面が露出することにより鋭角な断面形状を持つ線状
に形成されている構成を付加するものである。

【００４４】請求項１０の発明は、請求項８の構成に、
前記高部表面は前記基板の（１００）面に形成されてお
り、前記陰極は、前記基板に対する結晶異方性エッチン
グによって前記段差部に＜０１１＞方向に延び且つ互い
に直交する（１１１）面が露出することにより、鋭角な
断面形状を持つ点状に形成されている構成を付加するも
のである。

【００４５】請求項１１の発明が講じた解決手段は、電
界放射型電子源を、基板上にそれぞれ段差部を介し且つ
微小な間隔をおいて対向するように形成された導電性の
一及び他の高部表面と、前記一の高部表面と前記段差部
との角部に形成された陰極と、前記一の高部表面の上に
絶縁層を介して形成された一の電極と、前記他の高部表
面の上に絶縁層を介して形成され、前記一の電極に対し
て独立に電圧が印加される他の電極とを備え、前記陰極
と前記一の電極との間に電圧が印加されると前記陰極か
ら電子を放射する構成とするものである。

【００４６】請求項１２の発明は、請求項１１の構成
に、前記他の電極に一定の電圧を印加する一方、前記一
の電極に印加される電圧を変化させることにより、前記
陰極から放射され前記他の電極に向かう電子の量を変化
させる構成を付加するものである。

【００４７】請求項１３の発明は、請求項１１の構成
に、前記一の電極に一定の電圧を印加する一方、前記他
の電極に印加される電圧を変化させることにより、前記
陰極から放射される電子の量又は方向を変化させる構成
を付加するものである。

【００４８】請求項１４の発明が講じた解決手段は、電
界放射型電子源を、基板上に一対の段差部を介して形成
され、微小な間隔をおいて互いに対向する一対の導電性
の高部表面と、前記一対の高部表面と前記一対の段差部
との角部にそれぞれ形成され同方向に延びる一対の陰極
と、前記一対の高部表面の上に絶縁層を介してそれぞれ
形成された一対の電極とを備え、前記一対の陰極と前記
一対の電極との間に電圧が印加されると、前記一対の陰
極からそれぞれ電子を放射する構成とするものである。

【００４９】請求項１５の発明が講じた解決手段は、電
界放射型電子源を、基板上に一対の段差部を介して形成
され、微小な間隔をおいて互いに対向する一対の導電性
の高部表面と、前記一対の高部表面と前記一対の段差部
との角部にそれぞれ形成され同方向に延びる一対の陰極
と、前記一対の高部表面の上に第１の絶縁層を介してそ
れぞれ形成された一対の第１の電極と、前記一対の第１
の電極の上に第２の絶縁層を介してそれぞれ形成され、
前記一対の第１の電極に対して独立に電圧が印加される
一対の第２の電極とを備え、前記一対の陰極と前記一対
の第１の電極との間に電圧が印加されると、前記一対の
陰極からそれぞれ電子を放射する構成とするものであ
る。

【００５０】請求項１６の発明が講じた解決手段は、電
界放射型電子源を、基板上に段差部を介してそれぞれ形
成され且つマトリックスに配置された複数の導電性の高
部表面と、前記複数の高部表面と該高部表面と対応する
前記段差部との角部にそれぞれ形成され、マトリックス
に配置された複数の陰極と、前記複数の高部表面の上に
第１の絶縁層を介してそれぞれ形成され、前記複数の陰
極と対応するようマトリックスに配置され、マトリック
スの一方向に配置されたもの同士が互いに電気的に接続
されている複数の第１の電極と、前記複数の第１の電極
の上に第２の絶縁層を介してそれぞれ形成され、前記複
数の陰極と対応するようにマトリックスに配置され、マ
トリックスの他方向に配置されたもの同士が互いに電気
的に接続されていると共に前記複数の第１の電極に対し
て独立に電圧が印加される複数の第２の電極とを備え、
前記複数の陰極と前記複数の第１の電極との間に電圧が
印加されると、前記複数の陰極からそれぞれ電子を放射
する構成とするものである。

【００５１】請求項１７の発明が講じた解決手段は、電
界放射型電子源を、基板上に段差部を介して形成され、
マトリックスに配置された複数の開口部を有する導電性
の高部表面と、前記高部表面における前記複数の開口部
に臨む部位と前記段差部との角部にそれぞれ形成され、
マトリックスに配置された複数の陰極と、前記高部表面
の上に第１の絶縁層を介してそれぞれ形成され、マトリ
ックスの一方向へ延び且つマトリックスの他方向へ並列
された複数の第１の電極と、前記複数の第１の電極の上
に第２の絶縁層を介して形成され、マトリックスの他方
向へ延び且つマトリックスの一方向へ並列され、前記複
数の第１の電極に対して独立に電圧が印加される複数の
第２の電極とを備え、前記複数の陰極と前記複数の第１
の電極との間に電圧が印加されると、前記複数の陰極か
らそれぞれ電子が放射される構成とするものである。

【００５２】請求項１８の発明が講じた解決手段は、電
界放射型電子源の製造方法を、導電性基板上に絶縁層を
介して導電性膜を形成する導電性膜形成工程と、前記導
電性膜をエッチングによって所定形状に加工することに
より、前記導電性膜よりなる電極を形成する電極形成工
程と、前記導電性基板における前記電極から露出した領
域に対してエッチングを行なって段差部を形成すること
により、前記導電性基板上に前記段差部を介して形成さ
れた導電性の高部表面と前記段差部との角部に陰極を形
成する陰極形成工程とを備えている構成とするものであ
る。

【００５３】請求項１９の発明が講じた解決手段は、電
界効果型電子源の製造方法を、導電性基板上に第１の絶
縁層を介して第１の導電性膜を形成する第１導電性膜形
成工程と、前記第１の導電性膜の上に第２の絶縁層を介
して第２の導電性膜を形成する第２導電性膜形成工程
と、前記第２の導電性膜及び第１の導電性膜をエッチン
グによって所定形状に加工することにより、前記第１の
導電性膜よりなる第１の電極及び前記第２の導電性膜よ
りなる第２の電極をそれぞれ形成する電極形成工程と、
前記導電性基板における前記第２の電極から露出した領
域に対してエッチングを行なって段差部を形成すること
により、前記導電性基板上に前記段差部を介して形成さ
れた導電性の高部表面と前記段差部との角部に陰極を形
成する陰極形成工程とを備えている構成とするものであ
る。

【００５４】請求項２０の発明は、請求項１８又は１９
の構成に、前記陰極形成工程は、前記エッチングとして
基板表面に垂直な方向に対して傾斜する方向から方向異
方性エッチングを行なうことにより、鋭角な断面形状を
持つ前記角部を形成する工程を有する構成を付加するも
のである。

【００５５】請求項２１の発明は、請求項１８又は１９
の構成に、前記導電性基板は結晶性の基板であり、前記
陰極形成工程は、前記エッチングとしては結晶異方性エ
ッチングを行なうことにより、鋭角な断面形状を持つ前
記角部を形成する工程を含む結晶異方性エッチングを有
する構成とするものである。

【００５６】請求項２２の発明は、請求項１８又は１９
の構成に、前記導電性基板は結晶性の基板であり、前記
陰極形成工程は、前記エッチングとして、基板表面に垂
直な方向に対して傾斜する方向から方向異方性エッチン
グを行なった後、結晶異方性エッチングを行なうことに
より、鋭角な断面形状を持つ前記角部を形成する工程を
有する構成とするものである。

【００５７】請求項２３の発明は、請求項１８又は１９
の構成に、前記導電性基板はシリコンよりなり、前記陰
極形成工程は、前記導電性基板における前記電極から露
出した領域に対してエッチングを行なって前記導電性基
板上に段差部を形成する工程と、前記段差部に対して熱
処理を施して該段差部の表面部分に酸化シリコン膜を形
成する工程と、前記酸化シリコン膜を除去することによ
り前記高部表面と前記段差部との角部に急峻な断面形状
を持つ陰極を形成する工程とを有する構成とするもので
ある。

【００５８】請求項２４の発明は、請求項１８又は１９
の構成に、前記導電性基板は、表面にシリコン層が形成
された基板よりなり、前記陰極形成工程は、前記導電性
基板の前記シリコン層における前記電極から露出した領
域に対してエッチングを行なって前記シリコン層に段差
部を形成する工程と、前記段差部に対して熱処理を施し
て該段差部の表面部分に酸化シリコン膜を形成する工程
と、該酸化シリコン膜を除去することにより前記高部表
面と前記段差部との角部に急峻な断面形状を持つ陰極を
形成する工程とを有する構成を付加するものである。

【００５９】

【作用】請求項１の構成により、陰極は基板の高部表面
と段差部との角部に形成されており、陰極は基板に対す
るエッチングによって形成されるので、陰極の形状はエ
ッチング条件によって規制される。また、電極は高部表
面の上に絶縁層を介して形成されているため、陰極と電
極との距離は制御が容易な絶縁層の厚さによって決定さ
れる。さらに、陰極は基板に対するエッチングによって
形成されるので、リフトオフプロセスを用いることなく
陰極を形成することができる。

【００６０】請求項２の構成により、請求項１の構成に
加えて、第１の電極に対して独立に電圧が印加される第
２の電極を備えているため、第１の電極を陰極から電子
を放射させるための引き出し電極とする場合、第２の電
極に第１の電極に印加される電圧よりも高い電圧を印加
すると、より大きな電界放出電流を得ることができ、逆
に、第２の電極に第１の電極に印加される電圧よりも低
い電圧を印加すると、小さな電界放出電流を得ることが
できる。また、第２の陰極に印加される電圧を変化させ
ると、陰極から放射され陽極に向かう電子の量又は方向
を制御することもできる。第２の電極を陰極から電子を
放射させるための引き出し電極とする場合には、第１の
電極に印加される電圧を制御することにより、陰極から
放出され陽極に向かう電子の量又は方向を制御すること
が可能になる。

【００６１】請求項３の構成により、高部表面は開口部
を有し、陰極は高部表面における開口部に臨む部位と段
差部との角部に形成されているため、陰極を二次元的に
集積することができる。

【００６２】請求項４の構成により、開口部の形状は円
形又は多角形であり、陰極は開口部に沿って連続して形
成されているため、電子の放出部となる陰極の長さを増
加させることができる。

【００６３】請求項５の構成により、高部表面は開口部
内に突出する突部を有し、陰極は高部表面の突部と段差
部との角部に形成されているため、陰極に高い電界を集
中させることができる。

【００６４】請求項８の構成により、陰極は結晶性の基
板に対する結晶異方性エッチングによって高部表面と段
差部との角度に形成されているため、鋭角な断面形状を
持つ陰極が結晶異方性エッチングにより形成される。

【００６５】請求項９の構成により、高部表面は結晶性
基板の（１００）面に形成されており、陰極は基板に対
する結晶異方性エッチングによって段差部に＜０１１＞
方向に延びる（１１１）面が露出することにより形成さ
れているため、鋭角な断面形状を持つ線状の陰極が結晶
異方性エッチングにより形成される。

【００６６】請求項１０の構成により、高部表面は結晶
性基板の（１００）面に形成されており、陰極は基板に
対する結晶異方性エッチングによって段差部に＜０１１
＞方向に延び且つ互いに直交する（１１１）面が露出す
ることにより形成されているため、鋭角な断面形状を持
つ点状の陰極が結晶異方性エッチングにより形成され
る。

【００６７】請求項１１の構成により、陰極が一の高部
表面と段差部との角部に形成され、一の電極は一の高部
表面の上に絶縁層を介して形成され、他の電極は一の電
極と対向する他の高部表面の上に絶縁層を介して形成さ
れ且つ一の電極に対して独立に電圧が印加されるため、
他の電極に正の電圧を印加すると、他の電極が陽極とし
て働き、陰極から放射された電子は他の電極に向かって
走行する。そして、一の電極に印加する電圧を変化させ
ることにより、陰極から放射され他の電極に向かう電子
の量つまり陽極から陰極に流れる電流の量を変化させる
ことができる。また、陰極と対向するように陽極を別途
配置する場合には、他の電極に印加する電圧を変化させ
ることにより、陰極から放射され陽極に向かう電子の量
又は方向を変化させることができる。

【００６８】請求項１４の構成により、基板上に微小な
間隔をおいて互いに対向する一対の導電性の高部表面が
形成され、一対の高部表面と一対の段差部との角部に同
方向に延びる一対の陰極が形成され、一対の高部表面の
上に絶縁層を介して一対の電極が形成されているため、
一対の電極に同時に電圧を印加すると、一対の陰極から
同時に電子が放射されるので大電流を得ることができ、
また、一対の電極に独立して電圧を印加すると、請求項
１１の構成と同様にして、陰極から放射され一対の電極
のいずれかに向かう電子の量を変化させることができる
と共に、陰極から放射され別途配置された陽極に向かう
電子の量又は方向を変化させることができる。

【００６９】請求項１５の構成により、請求項２の発明
の作用と請求項１４の発明の作用とを合わせ持つことが
できる。

【００７０】請求項１６の構成により、複数の陰極がマ
トリックスに配置され、マトリックスに配置された複数
の第１の電極のうち一の方向に配置されたもの同士が電
気的に接続されており、マトリックスに配置された複数
の第２の電極のうち他の方向に配置されたもの同士が電
気的に接続されているため、第１の電極及び第２の電極
に所定の電圧を印加した場合に電子の放射が起こるよう
にしておくと、少なくとも一方の電極に印加される電圧
を低下させると、電子流が得られなくなる。従って、第
１及び第２の電極のうちの所望の箇所の電極にのみ所定
以上の電圧が印加されるように駆動することにより、マ
トリックス状に配置された陰極から順次電子の放出を行
なわせることが可能になるので、画像等の表示を実現す
ることができる。

【００７１】請求項１７の構成により、複数の陰極がマ
トリックスに配置された開口部に臨む部位に形成され、
マトリックスの一方向へ延びる第１の電極がマトリック
スの他方向へ並列されており、マトリックスの他方向へ
延びる第２の電極がマトリックスの一の方向へ並列され
ているため、請求項１６の構成と同様にして、第１及び
第２の電極のうちの所望の箇所の電極にのみ所定以上の
電圧が印加されるように駆動することにより、マトリッ
クス状に配置された陰極から順次電子の放出を行なわせ
ることが可能になるので、画像等の表示を実現すること
ができる。

【００７２】請求項１８の構成により、導電性基板上に
形成された導電性膜をエッチングによって所定形状に加
工して電極を形成すると共に、導電性基板における電極
から露出した領域に対してエッチングを行なって導電性
基板上に段差部を形成して高部表面と段差部との角部に
陰極を形成するため、陰極の形状をエッチング条件によ
って決定することができると共に、陰極をリフトオフプ
ロセスを用いることなく形成できる。また、電極を高部
表面の上に絶縁層を介して形成するため、陰極と電極と
の距離を制御が容易な絶縁層の厚さによって決定するこ
とができる。

【００７３】請求項１９の構成により、導電性基板上に
順次形成された第１の導電性膜及び第２の導電性膜をエ
ッチングによって所定形状に加工して第１の電極及び第
２の電極を形成するため、請求項１の発明に係る電界放
射型電子源を簡易且つ確実に形成することができる。

【００７４】請求項２０の構成により、基板表面に垂直
な方向に対して傾斜する方向から方向異方性エッチング
を行なうことにより段差部を形成するため、鋭角な断面
形状を持つ陰極を方向異方性エッチングにより形成する
ことができる。

【００７５】請求項２１の構成により、結晶性基板に対
して結晶異方性エッチングを行なうことにより段差部を
形成するため、鋭角な断面形状を持つ陰極を結晶異方性
エッチングにより形成することができる。

【００７６】請求項２３の構成により、シリコンよりな
る導電性基板における電極から露出した領域に対してエ
ッチングを行なうことにより段差部を形成し、その後、
段差部に対して熱処理を施して該段差部の表面部分に酸
化シリコン膜を形成した後、該酸化シリコン膜を除去す
ると、急峻な断面形状を持つ段差部が形成される。

【００７７】請求項２４の構成により、基板表面にシリ
コン層が形成されてなる導電性基板における電極から露
出した領域に対してエッチングを行なってシリコン層に
段差部を形成し、その後、段差部に対して熱処理を施し
て該段差部の表面部分に酸化シリコン膜を形成した後、
該酸化シリコン膜を除去するため、急峻な断面形状を持
つ段差部が形成される。

【００７８】

【実施例】本発明の各実施例に係る電界放射型電子源及
びその製造方法について図面を参照しながら説明する。

【００７９】図１は本発明の第１実施例に係る電界放射
型電子源の構造を示しており、図１に示すように、金属
又は半導体よりなる導電性基板１０の上には、段差部１
１を介して低部表面１２と高部表面１３とが形成されて
おり、高部表面１３と段差部１１との間に形成される鋭
角な突出部１４が陰極となる。高部表面１３の上にはゲ
ート絶縁膜１５Ａを介してゲート電極１６Ａが形成され
ている。

【００８０】陰極に対して正の電界をゲート電極１６Ａ
に印加すると、陰極である直線状の突出部１４から電子
が放射される。突出部１４と対向するように設けられた
図示しない陽極に、ゲート電極１６Ａに印加される電圧
よりも高い正の電圧を印加することにより、陰極から放
射された電子の大部分を陽極に到達させることができ
る。

【００８１】以下、第１実施例に係る電界放射型電子源
の第１の製造方法について図２を参照しながら説明す
る。

【００８２】まず、シリコンよりなる導電性基板１０の
表面を熱酸化することにより、図２（ａ）に示すよう
に、導電性基板１０の表面部に酸化シリコン膜１５を形
成した後、該酸化シリコン膜１５の上にタングステン等
の後述する異方性エッチング溶液に対して溶解しない金
属よりなる金属膜１６を堆積する。

【００８３】次に、金属膜１６の上にレジストを塗布し
てレジスト膜を形成した後、該レジスト膜に対してフォ
トリソグラフィーを行なうことにより、図２（ｂ）に示
すように、直線状の境界部を有するエッチング保護用の
マスク１７を形成する。

【００８４】次に、マスク１７を用いて金属膜１６及び
酸化シリコン膜１５に対してドライエッチングを施すこ
とにより、図２（ｃ）に示すように、ゲート電極１６Ａ
及びゲート絶縁膜１５Ａを形成する。

【００８５】次に、導電性基板１０の表面におけるマス
ク１７に露出した領域に対して斜め方向（図２における
右上方向）から方向異方性ドライエッチングを施すこと
により、図２（ｄ）に示すように、低部表面１２、高部
表面１３及び該高部表面１３に対して鋭角に交差する段
差部１１を形成する。これにより、高部表面１３と段差
部１１との間に直状の突出部１４が形成される。

【００８６】次に、マスク１７を除去した後、導電性基
板１０を弗酸系の水溶液（異方性エッチング溶液）に浸
して、図２（ｅ）に示すように、突出部１４の近傍のゲ
ート絶縁膜１５Ａを後退させると、鋭角な断面を持ち急
峻に突出した突出部１４よりなる陰極を形成することが
できる。

【００８７】第１の製造方法により得られる電界放射型
電子源において、導電性基板１０とゲート電極１６Ａと
の間に電圧を印加すると、電界効果により突出部１４よ
りなる陰極から電子が放射される。この場合、突出部１
４の形状はドライエッチングの条件により決定され、陰
極とゲート電極１６Ａとの距離は酸化シリコン膜１５の
厚さにより制御することができる。

【００８８】以下、本発明の第１実施例に係る電界放射
型電子源の第２の製造方法について図３を参照しながら
説明する。

【００８９】まず、シリコンよりなる導電性基板２０の
表面を熱酸化することにより、図３（ａ）に示すよう
に、導電性基板２０の表面部に第１の酸化シリコン膜２
５を形成した後、該第１の酸化シリコン膜２５の上にポ
リシリコンよりなる導電性膜２６を堆積し、該導電性膜
２６の上に第２の酸化シリコン膜２７を堆積する。

【００９０】次に、第２の酸化シリコン膜２７の上にレ
ジストを塗布してレジスト膜を形成した後、該レジスト
膜に対してフォトリソグラフィーを行なうことにより、
図３（ｂ）に示すように、直線状の境界部を有するエッ
チング保護用の第１のマスク２８を形成する。

【００９１】次に、第１のマスク２８を用いて第２の酸
化シリコン膜２７、導電性膜２６及び第１の酸化シリコ
ン膜２５に対してドライエッチングを施すことにより、
図３（ｃ）に示すように、第２のマスク２７Ａ、ゲート
電極２６Ａ及びゲート絶縁膜２５Ａを形成する。

【００９２】次に、導電性基板２０の表面における第１
のマスク２８に露出した領域に対して斜め方向（図３に
おける右上方向）から方向異方性ドライエッチングを施
すことにより、図３（ｄ）に示すように、低部表面２
２、高部表面２３、及び高部表面２３に対して鋭角に交
差する段差部２１を形成する。これにより、高部表面２
３と段差部２１との間に鋭角な断面を持つ直線状の突出
部２４が形成される。

【００９３】次に、第１のマスク２８を除去した後、導
電性基板２０に対して熱酸化を施すことにより、導電性
基板２０における露出している領域、段差部２１及びゲ
ート電極２６Ａの先端部２６ａをそれぞれ酸化シリコン
に変化させる。

【００９４】次に、第２のマスク２７Ａを除去した後、
導電性基板２０を弗酸系の水溶液（異方性エッチング溶
液）に浸すことにより、導電性基板２０の表面部に形成
された酸化シリコン膜２０ａ及びゲート電極２６Ａの先
端部２６ａを除去すると、図３（ｅ）に示すように、第
１実施例よりも一層急峻な鋭角形状の突出部２４よりな
る陰極及び該陰極よりも後退したゲート電極２６Ａを有
する電界放射型電子源を得ることができる。

【００９５】第２の製造方法により得られる電界放射型
電子源において、導電性基板２０とゲート電極２６Ａと
の間に電圧を印加すると、電界効果により突出部２４よ
りなる陰極から電子が放射される。

【００９６】尚、第２の製造方法においては、導電性膜
２６をポリシリコンにより形成したが、これは、ゲート
電極２６Ａを後退させて陰極を一層突出させるためであ
って、ゲート電極２６Ａは必ずしも後退させる必要はな
い。この場合には、導電性膜２６をポリシリコンに代え
て金属により形成することができる。

【００９７】図４は本発明の第２実施例に係る電界放射
型電子源の構造を示している。

【００９８】第１実施例においては、１つの陰極及びゲ
ート電極が高部表面に形成された最も単純な電子源であ
ったが、第２実施例においては、微小な幅を有する低部
表面３２を挟んで左右一対の高部表面３３が設けられて
おり、各高部表面３３の上にはそれぞれ絶縁膜３５Ａを
介して第１の電極３６Ａ及び第２の電極３６Ｂが形成さ
れている。尚、図４において、３０は導電性基板、３１
は低部表面３２と高部表面３３との間の段差部、３４は
高部表面３３と段差部３１との間に形成された鋭角な突
出部であって、該突出部３４によって陰極が構成されて
いる。

【００９９】第２実施例に係る電界放射型電子源におい
て、導電性基板３０よりも正の電界を第１の電極３６Ａ
に印加すると、陰極である直線状の突出部３４から電子
が放射される。第２の電極３６Ｂに正の電圧が印加され
る場合には、該第２の電極３６Ｂが陽極として働き、陰
極から放射された電子は陽極として働く第２の電極３６
Ｂに向かって走行する。そして、第１の電極３６Ａに印
加される電圧を変化させることにより、陽極から陰極に
流れる電流の量を変調することが可能な高速動作の３極
管素子を実現できる。

【０１００】一方、導電性基板３０の上に絶縁膜を介し
て陽極を設置したり、又は、導電性基板３０の上方に陽
極を設置したりし、第２の電極３６Ｂに印加する電圧を
変化させることにより、陰極から陽極に向かう電子の量
及び方向を変調することができる。この場合には４極管
素子又は電子線偏向素子を実現することができる。

【０１０１】以下、本発明の第２実施例に係る電界放射
型電子源の第１の製造方法について図５を参照しながら
説明する。

【０１０２】まず、シリコンよりなる導電性基板３０の
表面を熱酸化することにより、図５（ａ）に示すよう
に、導電性基板３０の表面部に酸化シリコン膜３５を形
成した後、該酸化シリコン膜３５の上にタングステン等
の後述する異方性エッチング溶液に対して溶解しない金
属よりなる金属膜３６を堆積する。

【０１０３】次に、金属膜３６の上にレジストを塗布し
てレジスト膜を形成した後、該レジスト膜に対してフォ
トリソグラフィを行なうことにより、図５（ｂ）に示す
ように、所定の間隔をおいて配置され直線状の境界部を
有する一対のエッチング保護用のマスク３８を形成す
る。

【０１０４】次に、マスク３８を用いて金属膜３６及び
酸化シリコン膜３５に対してドライエッチングを施すこ
とにより、図５（ｃ）に示すように、第１の電極３６
Ａ、第２の電極３６Ｂ及び絶縁膜３５Ａを形成する。

【０１０５】次に、導電性基板３０の表面におけるマス
ク３８に露出した領域に対して斜め方向から方向異方性
ドライエッチングを施すことにより、図５（ｄ）に示す
ように、低部表面３２、一対の高部表面３３、及び各高
部表面３３に対して鋭角に交差する段差部３１を形成す
る。これにより、高部表面３３と段差部３１との間に直
線状の突出部３４が形成される。

【０１０６】次に、マスク３８を除去した後、導電性基
板３０を弗酸系の水溶液（異方性エッチング溶液）に浸
すことにより、突出部３４の近傍の絶縁膜３５Ａを後退
させ、これにより、鋭角に突出した突出部３４よりなる
陰極を形成する。

【０１０７】第２実施例に係る電界放射型電子源におい
て、導電性基板３０と第１の電極３６Ａとの間に電圧を
印加すると、電界効果により突出部３４よりなる陰極か
ら電子が放射される。この場合、突出部３４の形状はド
ライエッチングの条件により決定され、陰極と第１の電
極３６Ａとの距離は酸化シリコン膜３５の厚さにより制
御することができる。

【０１０８】尚、第１の製造方法においては、導電性基
板３０の表面に垂直な方向から傾斜する方向からドライ
エッチングを施して、導電性基板３０の表面と鋭角をな
す段差部３１を形成することにより、ゲート電極となる
第１の電極３６Ａを無調整により陰極に接近するように
形成したが、マスク３８の境界部にサイドエッチングが
生じる条件でウェットエッチングを行なっても、同様に
無調整でゲート電極となる第１の電極３６Ａを形成する
ことができる。特に、結晶異方性エッチングを用いる場
合には、陰極となる突出部３４が結晶面により決定され
るので、先端形状の再現性の高い電子源を製造すること
が可能となる。また、複数の電子源を集積化することも
可能である。

【０１０９】以下、本発明の第２実施例に係る電界放射
型電子源の第２の製造方法について図６を参照しながら
説明する。

【０１１０】第１の製造方法においては、導電性基板３
０に対して斜め方向からドライエッチングを施すことに
より、低部表面３２を形成すると共に、高部表面３３に
対して鋭角をなす段差部３１を形成したが、第２の製造
方法は、導電性基板に対して垂直な方向からドライエッ
チングを施すことにより高部表面３３に対して垂直な段
差部を形成した後、該段差部を急峻な断面形状に変える
方法である。

【０１１１】また、第１の製造方法においては、シリコ
ン結晶よりなる導電性基板３０を用いたが、第２の製造
方法は、ガラス基板の上にアモルファスシリコン又はポ
リシリコンが形成された基板を用いるものであって、こ
のような基板を用いると、シリコン結晶よりなる基板を
用いる場合に比べて基板の大きさに制限がないので、大
型の表示装置等を実現することができる。

【０１１２】まず、図６（ａ）に示すように、ガラス基
板４０の上に導電性のシリコン膜４９を形成した後、シ
リコン膜４９の上にＣＶＤ法により第１の酸化シリコン
膜４５を形成する。その後、第１の酸化シリコン膜４５
の上に異方性エッチング溶液に対して溶解しない金属よ
りなる金属膜４６を堆積した後、該金属膜４６の上に第
２の酸化シリコン膜４７を堆積する。

【０１１３】次に、第２の酸化シリコン膜４７の上にレ
ジストを塗布してレジスト膜を形成した後、該レジスト
膜に対してフォトリソグラフィーを行なうことにより、
図６（ｂ）に示すように、直線状の境界部を有するエッ
チング保護用のマスク４８を形成する。

【０１１４】次に、図６（ｃ）に示すように、マスク４
８を用いて第２の酸化シリコン膜４７、金属膜４６及び
第１の酸化シリコン膜４５に対してドライエッチングを
施すことにより、帯状の第２の酸化シリコン膜４７Ａ、
電極４６Ａ及び絶縁膜４５Ａを形成した後、露出したシ
リコン膜４９に対して垂直方向からドライエッチングを
施すことにより、帯状のシリコン膜４９Ａを形成する。
これにより、ほぼ垂直な段差部４１を介して位置するガ
ラス基板４０よりなる低部表面４２及び帯状のシリコン
膜４９Ａよりなる高部表面４３が形成される。

【０１１５】次に、マスク４８を除去した後、ガラス基
板４０の軟化温度以下の温度下の酸素雰囲気中において
帯状のシリコン膜４９Ａに対して熱処理を加えることに
より、図６（ｄ）に示すように、帯状のシリコン膜４９
Ａよりなる段差部４１に酸化シリコン膜４９ａを形成す
る。

【０１１６】次に、ガラス基板４０を弗酸系の水溶液
（異方性エッチング溶液）に浸すことにより、帯状の第
２の酸化シリコン膜４７Ａ及び酸化シリコン膜４９ａを
除去し、これにより、電極４６Ａよりも後退した絶縁膜
４５Ａ及び急峻な突出部４４よりなる陰極を形成する。

【０１１７】第２の製造方法により得られる電界放射型
電子源においても、帯状の第１のシリコン膜４９Ａと電
極４６Ａとの間に電圧を印加すると、電界効果により突
出部４４よりなる陰極から電子が放射される。

【０１１８】尚、該第２の製造方法においては、電極４
６Ａを金属膜４６により形成したが、これに代えて、ポ
リシリコン等よりなる導電性膜によって電極４６Ａを形
成してもよい。

【０１１９】図７は本発明の第３実施例に係る電界放射
型電子源の構造を示しており、図７に示すように、面方
位が（１００）であるシリコン基板よりなる導電性基板
５０の表面には、所定の間隔をおいて＜０１１＞方向に
配置された（１１１）面よりなるＶ字状の側面を有する
段差部５１Ａを介して低部表面５２及び高部表面５３が
交互に形成されている。第３実施例に係る電界放射型電
子源においては、導電性基板５０が陰極となり、高部表
面５３と段差部５１Ａとの境界部に形成された直線状の
鋭角な突出部５４が陰極となる。各高部表面５３の上に
は、絶縁膜５５Ａを介して第１の電極５６Ａ、第２の電
極５６Ｂ及び第３の電極５６Ｃが形成されており、導電
性基板５０に対して正の電界を第１、第２及び第３の電
極５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃに印加することにより、陰極
となる直線状の各突出部５４から電子が放射される。ま
た、第１、第２及び第３の電極５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ
の上方に設置された陽極５９に第１、第２及び第３の電
極５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃに印加される電圧以上の電圧
を印加することにより、各突出部５４から放射された電
子の大部分を陽極５９に到達させることができる。

【０１２０】第３実施例に係る電界放射型電子源による
と、第１、第２及び第３の電極５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ
の各直線部の下側にそれぞれ陰極となる突出部５４が形
成されているので、第１実施例に比べて電子放射部の面
積が大きくなる。このため、第１、第２及び第３の電極
５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃに一斉に電圧を印加することに
より大電流を得ることが可能である。また、第１、第２
及び第３の電極５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃに所定間隔毎に
独立して電圧を印加することにより第２実施例に示した
ように３極管素子又は４極管素子の機能を有することも
可能である。さらに、第１、第２及び第３の電極５６
Ａ，５６Ｂ，５６Ｃに交互に独立して電圧を印加するこ
とにより、例えば第２の電極５６Ｂに電圧を印加して該
第２の電極５６Ｂの下側の２つの突出部５４から電子を
放射させておき、且つ第１の電極５６Ａ及び第３の電極
５６Ｃに印加する電圧を低くすることにより、陽極５９
に電子を集束させることも可能である。

【０１２１】第３実施例に係る電界放射型電子源におい
て、低部表面５２を介して互いに対向する突出部５４同
士の間隔を微小化することにより、電子源の高集積化を
図ることができる。また、互いに対向する突出部５４同
士を極めて接近させることにより、突出部５４に一層高
い電界を集中させることが可能となり、電子源の低電圧
駆動化を図ることができる。

【０１２２】以下、第３実施例に係る電界放射型電子源
の製造方法について図８を参照しながら説明する。

【０１２３】まず、面方位が（１００）であるシリコン
基板よりなる導電性基板５０の表面を熱酸化することに
より、図８（ａ）に示すように、導電性基板５０の表面
部に酸化シリコン膜５５を形成した後、該酸化シリコン
膜５５の上に異方性エッチング溶液に対して溶解しない
金属よりなる金属膜５６を堆積する。

【０１２４】次に、金属膜５６の上にレジストを塗布し
てレジスト膜を形成した後、該レジスト膜に対してフォ
トリソグラフィーを行なうことにより、図８（ｂ）に示
すように、基板表面の＜０１１＞方向に沿って延びる境
界部を有する帯状のエッチング保護用のマスク５８を形
成する。

【０１２５】次に、マスク５８を用いて金属膜５６、酸
化シリコン膜５５及び導電性基板５０に対して基板表面
にほぼ垂直な方向からドライエッチングを施すことによ
り、図８（ｃ）に示すように、マスク５８の境界部に形
成され基板表面に対して垂直な段差部５１を介して位置
する低部表面５２及び高部表面５３を形成する。このよ
うにすると、垂直な段差部５１の表面には（１００）面
を主面とする面が露出すると共に、電極５６Ａ及び絶縁
膜５５Ａが形成される。

【０１２６】次に、マスク５８を除去した後、高部表面
５３上の電極５６Ａ及び絶縁膜５５Ａをマスクとして段
差部５１Ａ及び低部表面５２に対してエチレンジアミン
・ピロカテコール水溶液等により異方性エッチングを施
すことにより、図８（ｄ）に示すように、（１１１）面
よりなるＶ字状の側面を有する段差部５１Ａを形成す
る。この場合、絶縁膜５５Ａと電極５６Ａとの境界部に
おいては、段差部５１Ａが内側にエッチングされるの
で、陰極となる鋭角な突出部５４が形成される。

【０１２７】次に、導電性基板５０を弗酸系の水溶液に
浸すと、図８（ｅ）に示すように、絶縁膜５５Ａにおけ
る先端部が除去され、突出部５４が露出する。

【０１２８】尚、前記第１〜第３実施例に係る電界放射
型電子源においては、高部表面の突出部つまり陰極は直
線状であったが、高部表面の突出部の形状は直線状でな
くてもよく、凹凸形状や鋸歯のようなジグザグの三角形
状であってもよい。このようにすると、突出部における
三次元的に最も急峻な部分から電子が放射されるので、
点状の陰極を有する電子源を得ることができる。

【０１２９】図９は本発明の第４実施例に係る電界放射
型電子源の構造を示しており、図９に示すように、面方
位が（１００）であるシリコン基板よりなる導電性基板
６０には、＜０１１＞方向に辺が配置された複数個の長
方形状の低部表面６２が形成され、該低部表面６２は高
部表面６３により囲まれている。四角形の突出部６４に
おけるコーナ部分６４ａは入隅部になっているため電界
集中が比較的弱く、突出部６４の直線部分６４ｂからの
電子の放射が容易になり、該直線部分６４ｂが陰極とな
る。高部表面６３の上には絶縁膜６５を介して電極６６
が形成されており、導電性基板６０と電極６６との間に
電界を印加すると、突出部６４の直線部分６４ｂから電
子が放射される。

【０１３０】第４実施例に係る電界放射型電子源は、高
部表面６３により囲まれた、四角形の低部表面６２を有
しており、突出部６４の直線部分６４ｂよりなる陰極を
二次元的に集積化することが可能にある。

【０１３１】第４実施例に係る電界放射型電子源の製造
方法は、第３実施例に係る電界放射型電子源の製造方法
と同様であり、エッチング保護用のマスクを四角形を囲
む形状にすればよい。

【０１３２】尚、第４実施例においては、低部表面の形
状は四角形であったが、これに代えて、適当な多角形状
であってもよい。高部表面が多角形の低部表面を囲む形
状の場合には、段差部に（３３１）面等の高次の結晶面
が現れ、最も急峻な角度を有する部分から電子が放射さ
れる。このように、多角形状の低部表面を囲む形状の有
する電子源を作製することにより、電子の放射部となる
陰極を増加させることができるので、大電流の電子源を
作製することが可能となる。

【０１３３】また、高部表面が微小な円形を囲む形状の
場合には、平面視円形の突出部の全体から一様に電子が
放射される。

【０１３４】図１０は本発明の第５実施例に係る電界放
射型電子源の構造を示しており、図１０に示すように、
面方位が（１００）であるシリコン基板よりなる導電性
基板の高部表面７３には十文字形状の開口部が形成され
ており、突出部７４の出隅部分７４ａが開口部側つまり
低部表面に向かって突出している。出隅部分７４ａの曲
率半径が小さいので、該出隅部分７４ａからの電子の放
射が容易になり、点状の陰極を有する電子源を得ること
ができる。尚、高部表面７３の上に絶縁膜を介して電極
が形成されている構造については第４実施例と同様であ
る。

【０１３５】第５実施例に係る電界放射型電子源におい
ても、導電性基板と電極との間に電界を印加すると、陰
極である突出部７４の出隅部分７４ａからから電子が放
射される。このように、点状陰極を有する電子源による
と、陰極に高い電界を集中させることができるので、低
電圧で動作する電子源が得られる。

【０１３６】第５実施例に係る電界放射型電子源の製造
方法は、第３実施例に係る電界放射型電子源の製造方法
と同様であるので、説明を省略する。

【０１３７】図１１は本発明の第６実施例に係る電界放
射型電子源の構造を示しており、図１１に示すように、
電極が二層構造である。すなわち、金属又は半導体より
なる導電性基板８０には、Ｖ字状の段差部８１Ａを介し
て低部表面８２と高部表面８３とが形成されており、高
部表面８３の上に第１の絶縁膜８５Ａを介して第１の電
極８６Ａが形成され、第１の電極８６Ａの上に第２の絶
縁膜８７Ａを介して第２の電極８８Ａが形成されてい
る。

【０１３８】第６実施例に係る電界放射型電子源におい
ては、導電性基板８０が陰極となり、高部表面８３と段
差部８１との間に形成される直線状の突出部８４が陰極
となる。第１の電極８６Ａに陰極に対して正の電界を印
加すると、突出部８４よりなる陰極から電子が放射され
る。また、図示しない陽極に、第１の電極８６Ａに印加
される電圧よりも高い電圧を印加すると、陰極から放射
された電子の大部分を陽極に到達させることができる。
さらに、第２の電極８８Ａに第１の電極８６Ａよりも高
い電圧を印加することにより、一層大きな電界放射電流
を得ることが可能であり、第２の電極８８Ａに第１の電
極８６Ａよりも低い電圧を印加することにより、電界放
射電流を減少させることが可能である。すなわち、電極
を二重構造にすることにより、第２の電極８８Ａによっ
て陰極から放射される電子の放射量を制御することが可
能である。

【０１３９】尚、第６実施例においては、電極は二重構
造であったが、さらに多重の電極構造にすることも可能
である。

【０１４０】また、第６実施例は、直線状の陰極を有す
る場合であったが、二重構造の電極を有する電子源にお
いても、陰極は必ずしも直線状である必要はなく、段差
部を形成するためのエッチング保護マスクの境界部を凹
凸形状やジグザグの三角形状にすることにより、三次元
的に最も急峻な部位から電子を放射させることが可能で
あり、点状の陰極を有する電子源を得ることができる。

【０１４１】さらに、二重構造の電極を有する電子源に
おいても、四角形又は多角形の低部表面を形成すること
により陰極を平面的に配置することも可能であり、ま
た、高部表面と段差部との間の突出部を平面的に突出さ
せることにより点状の陰極を有する電子源を得ることも
できる。

【０１４２】第６実施例に係る二重構造の電極を有する
電界放射型電子源においても、高部表面と段差部との間
の突出部を、斜め方向からのドライエッチングや異方性
エッチングを用いる方式によっても急峻な形状に形成す
ることが可能である。後者の場合には、突出部の形状が
結晶面の方位により決定されるので、再現性の高い特性
を有する電子源を作製することが可能となる。また、第
３実施例のように、複数の電子源を集積化することも可
能である。

【０１４３】以下、第６実施例に係る電界放射型電子源
の製造方法として、シリコンよりなる導電性基板に対し
て異方性のエッチングを施すことにより得られる電子源
の製造方法を図１２を参照しながら説明する。

【０１４４】まず、図１２（ａ）に示すように、面方位
が（１００）であるシリコン基板よりなる導電性基板８
０の表面部に第１の酸化シリコン膜８５を形成する。そ
の後、第１の酸化シリコン膜８５の上に、タングステン
等よりなる異方性エッチング溶液に対して溶解しない金
属よりなる第１の金属膜を堆積した後、該第１の金属膜
をフォトリソグラフィにより所望の配線形状に加工し
て、パターン化された第１の金属膜８６を形成する。

【０１４５】次に、パターン化された第１の金属膜８６
の上にＣＶＤ法により第２の酸化シリコン膜８７を形成
する。その後、第２の酸化シリコン膜８７の上に、タン
グステン等よりなる異方性エッチング溶液に対して溶解
しない金属よりなる第２の金属膜を堆積した後、該第２
の金属膜をフォトリソグラフィにより所望の配線形状に
加工して、パターン化された第２の金属膜８８を形成す
る。

【０１４６】次に、図１２（ｃ）に示すように、パター
ン化された第２の金属膜８８の上に、基板表面の＜０１
１＞方向に沿って延びる境界部を有する帯状のエッチン
グ保護用のマスク８９を形成する。

【０１４７】次に、マスク８９を用いて第２の金属膜８
８、第２の酸化シリコン膜８７、第１の金属膜８６、第
１の酸化シリコン膜８５及び導電性基板８０に対して基
板表面にほぼ垂直な方向からドライエッチングを施すこ
とにより、図１２（ｄ）に示すように、第２の電極８８
Ａ、第２の絶縁膜８７Ａ、第１の電極８６Ａ、第１の絶
縁膜８５Ａ、基板表面に対して垂直な段差部８１、該段
差部８１を挟んで位置する低部表面８２及び高部表面８
３を形成する。

【０１４８】次に、マスク８９を除去した後、段差部８
１及び低部表面８２に対して異方性エッチンングを施す
ことにより、図１２（ｅ）に示すように、（１１１）面
が露出したＶ字状の段差部８１Ａを形成する。このよう
にすると、高部表面８３とＶ字状の段差部８１Ａとの間
に、高部表面８３に対して鋭角な突出部８４が形成され
る。

【０１４９】次に、導電性基板８０を弗酸系の水溶液に
浸すと、第１の絶縁膜８５Ａにおける先端部が除去さ
れ、急峻な形状の突出部８４が露出する。

【０１５０】尚、前記の製造方法においては、導電性基
板８０に対する熱酸化工程を行なわなかったが、斜方向
からのドライエッチング工程の後に、導電性基板８０に
対して熱酸化処理を行なってＶ字状の段差部８１Ａの表
面に酸化膜を形成し、該酸化膜を除去することにより一
層急峻な形状を有する突出部８４を形成することもでき
る。

【０１５１】第６実施例として説明した二重構造の電極
を有する電界放射型電子源は、単独で３極管構造が実現
されていることに加え、画像表示等に必要なマトリック
ススイッチングに適用することが可能である。

【０１５２】図１３は本発明の第７実施例に係るマトリ
ックス状の電界放射型電子源の構造を示しており、導電
性基板９１の上に第１の絶縁膜９５が形成され、該第１
の絶縁膜９５の上には、Ｘ方向に帯状に延びる第１の電
極９６が所定間隔で形成されている。第１の電極９６の
上には第２の絶縁膜９７が形成され、該第２の絶縁膜９
７の上にはＹ方向に帯状に延びる第２の電極９８が所定
間隔で形成されている。第１の電極９６と第２の電極９
８とが交差する領域には、微小な四角形のホール９９が
マトリックス状に形成され、各ホール９９の内部には、
下部に位置する四角形の低部表面と、上部に位置し低部
表面と対応する部位に四角形の開口部を有する高部表面
とが形成されており、高部表面の四角の開口部を囲む直
線部分が陰極を構成する突出部となる。

【０１５３】第７実施例に係る電界放射型電子源におい
ては、所定形状の低部表面がマトリックス状に配置され
ると共に、高部表面に第１の電極９６及び第２の電極９
８が並列して積層されているので、第１の電極９６同士
を特定方向に接続し、第２の電極９８同士を前記特定方
向と直交する方向に接続すると共に、複数の第１の電極
９６及び複数の第２の電極９８に独立した電圧を印加す
ることにより、複数の電子源が得られ、各電子源から放
射される電子の量を制御することが可能となる。第１の
電極９６及び第２の電極９８にそれぞれ所定の電圧を印
加した場合に電子の放射が起こるとき、少なくとも一方
の電極に印加される電圧を低下させると、電子流が得ら
れなくなる。従って、第１の電極９６及び第２の電極９
８における所望の箇所にのみ所定以上の電圧が印加され
るように駆動することにより、マトリックス状に配列さ
れた各陰極又は線状に位置する各エミッタ群からの電子
の放射を順次行なわせることが可能である。すなわち、
第１の電極９６に印加する電圧と第２の電極９８に印加
する電圧とを順次制御することにより、マトリクス状の
駆動が可能になるので、画像等の表示を実現することが
できる。

【０１５４】

【発明の効果】請求項１の発明に係る電界放射型電子源
によると、陰極をエッチングにより形成できるので、基
板の中央部と周縁部とにおいて同一形状を持つ陰極を再
現性良く実現でき、また、陰極と電極との距離を絶縁層
の厚さによって決定できるので、陰極と電極との距離を
サブミクロンオーダーで制御可能になる。

【０１５５】さらに、陰極をリフトオフプロセスを用い
ることなく形成できるため、半導体プロセスに陰極形成
工程を組み込むことが可能になるので、電子源とＬＳＩ
との一体集積化が可能になる。

【０１５６】請求項２の発明に係る電界放射型電子源に
よると、第１の電極に対して独立に電圧が印加される第
２の電極を備えているため、第１の電極を陰極から電子
を放射させるための引き出し電極とする場合、第２の電
極に印加する電圧を制御することにより、陰極から放出
され陽極に向かう電子の量又は方向を制御することが可
能になり、第２の電極を陰極から電子を放射させるため
の引き出し電極とする場合には、第１の電極に印加され
る電圧を制御することにより、陰極から放出され陽極に
向かう電子の量又は方向を制御することが可能になる。

【０１５７】請求項３の発明に係る電界放射型電子源に
よると、陰極を二次元的に集積することができるので、
電子源を高密度に集積することが可能になる。

【０１５８】請求項４の発明に係る電界放射型電子源に
よると、電子の放出部となる陰極の長さを増加させるこ
とができるので、大電流の電子源を実現できる。特に開
口部が円形の場合には、陰極全体から均一な電流を放出
することが可能になる。

【０１５９】請求項５の発明に係る電界放射型電子源に
よると、陰極に高い電界を集中させることができるた
め、陰極からの電子の放射が容易になるので、低電流で
動作する電界放射型電子源を実現することができる。

【０１６０】請求項６の発明に係る電界放射型電子源に
よると、第１の電極に印加される電圧を変化させること
により、第１の電極により陰極から引き出され第２の電
極に向かう電子の量を変化させることができる。

【０１６１】請求項７の発明に係る電界放射型電子源に
よると、第２の電極に印加される電圧を変化させること
により、第１の電極により陰極から引き出され別途配置
される陽極に向かう電子の量又は方向を変化させること
ができる。

【０１６２】請求項８の発明に係る電界放射型電子源に
よると、鋭角な断面形状を持つ陰極が結晶異方性エッチ
ングにより形成されるので、均一な断面形状の陰極を再
現性良く実現できる。

【０１６３】請求項９の発明に係る電界放射型電子源に
よると、鋭角な断面形状を持ち低電流で電子を放射でき
る線状の陰極を再現性良く実現できる。

【０１６４】請求項１０の発明に係る電界放射型電子源
によると、鋭角な断面形状を持ち極めて低電流で電子を
放射できる点状の陰極を再現性良く実現できる。

【０１６５】請求項１１の発明に係る電界放射型電子源
によると、他の電極に正の電圧を印加すると、他の電極
が陽極として働くため、一の電極に印加する電圧を変化
させることにより、陰極から放射され他の電極に向かう
電子の量を変化させることができるので、３極管素子を
簡易に実現できる。また、陰極と対向するように陽極を
別途配置すると、他の電極に印加する電圧を変化させる
ことにより、陰極から放射され陽極に向かう電子の量又
は方向を変化させることができるので、４極管素子又は
電子線偏光素子を簡易に実現できる。

【０１６６】請求項１２の発明に係る電界放射型電子源
によると、一の電極に印加される電圧を変化させること
により、陰極から放射され他の電極に向かう電子の量を
変化させることができる。

【０１６７】請求項１３の発明に係る電界放射型電子源
によると、他の電極に印加される電圧を変化させること
により、陰極から放射される電子の量又は方向を変化さ
せることができる。

【０１６８】請求項１４の発明に係る電界放射型電子源
によると、一対の電極に同時に電圧を印加すると、一対
の陰極から同時に電子が放射されるので大電流を得るこ
とができ、また、一対の電極に独立して電圧を印加する
と、請求項１１の発明と同様にして、３極管素子、４極
管素子又は電子線偏光素子を簡易に実現できる。

【０１６９】請求項１５の発明に係る電界放射型電子源
によると、請求項２の発明の効果と請求項１４の発明の
効果とを合わせ持つことができるので、各一対の第１及
び第２の電極に同時に電圧を印加して、一対の陰極から
同時に電子を放射させることができるので大電流を得る
ことができると共に、第１の電極又は第２の電極に印加
する電圧を制御することにより、陰極から放出され陽極
に向かう電子の量又は方向を制御することができる。

【０１７０】請求項１６又は１７の発明に係る電界放射
型電子源によると、第１及び第２の電極のうちの所望の
箇所の電極にのみ所定以上の電圧が印加されるように駆
動することにより、マトリックス状に配置された陰極か
ら順次電子の放出を行なわせることが可能になるので、
画像等の表示を実現することができる。

【０１７１】請求項１８の発明に係る電界放射型電子源
の製造方法によると、陰極の形状をエッチング条件によ
って規制できるので、基板の中央部と周縁部とにおいて
同一形状を持つ陰極を再現性良く実現でき、また、陰極
をリフトオフプロセスを用いることなく形成できるた
め、半導体プロセスに陰極形成工程を組み込むことが可
能になるので電子源とＬＳＩとの一体集積化が可能にな
り、さらに、陰極と電極との距離を制御が容易な絶縁層
の厚さによって決定できるので、陰極と電極との距離を
サブミクロンオーダーで制御可能になる。

【０１７２】請求項１９の発明に係る電界放射型電子源
の製造方法によると、請求項１の発明に係る電界放射型
電子源を簡易且つ確実に製造することができる。

【０１７３】請求項２０の発明に係る電界放射型電子源
の製造方法によると、鋭角な断面形状を持つ陰極を方向
異方性エッチングにより形成できるので、鋭角で均一な
断面形状の陰極を簡易に実現することができる。

【０１７４】請求項２１の発明に係る電界放射型電子源
の製造方法によると、鋭角な断面形状を持つ陰極を結晶
異方性エッチングにより形成できるので、鋭角で均一な
断面形状の陰極を再現性良く実現することができる。

【０１７５】請求項２２の発明に係る電界放射型電子源
の製造方法によると、結晶性基板に対して方向異方性エ
ッチング及び結晶異方性エッチングを併用して段差部を
形成するので、鋭角で均一な断面形状を持つ陰極を簡易
且つ再現性良く実現することができる。

【０１７６】請求項２３の発明に係る電界放射型電子源
の製造方法によると、段差部の表面部分に形成された酸
化シリコン膜を除去する工程を有するため、急峻な断面
形状を持つ陰極を簡易に実現することができる。

【０１７７】請求項２４の発明に係る電界放射型電子源
の製造方法によると、段差部の表面部分に形成された酸
化シリコン膜を除去する工程を有するため、急峻な断面
形状を持つ陰極を簡易に実現することができると共に、
基板表面にシリコン層が形成されてなる導電性基板を用
いているため、シリコンよりなる基板を用いる場合に比
べて大型の基板を用いることができるので、大型の表示
装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る電界放射型電子源の
構造を示す斜視図である。

【図２】第１実施例に係る電界放射型電子源の第１の製
造方法の各工程を示す断面図である。

【図３】第１実施例に係る電界放射型電子源の第２の製
造方法の各工程を示す断面図である。

【図４】本発明の第２実施例に係る電界放射型電子源の
構造を示す斜視図である。

【図５】第２実施例に係る電界放射型電子源の第１の製
造方法の各工程を示す断面図である。

【図６】第２実施例に係る電界放射型電子源の第２の製
造方法の各工程を示す断面図である。

【図７】本発明の第３実施例に係る電界放射型電子源の
構造を示す斜視図である。

【図８】第３実施例に係る電界放射型電子源の製造方法
の各工程を示す断面図である。

【図９】本発明の第４実施例に係る電界放射型電子源の
構造を示す斜視図である。

【図１０】本発明の第５実施例に係る電界放射型電子源
の構造を示す斜視図である。

【図１１】本発明の第６実施例に係る電界放射型電子源
の構造を示す斜視図である。

【図１２】第６実施例に係る電界放射型電子源の製造方
法の各工程を示す断面図である。

【図１３】本発明の第７実施例に係る電界放射型電子源
の構造を示す斜視図である。

【図１４】第１の従来の電界放射型電子源の製造方法の
各工程を示す断面図である。

【図１５】第２の従来の電界放射型電子源の製造方法の
各工程を示す断面図である。

【図１６】第３の従来の電界放射型電子源の斜視図であ
る。

【図１７】第３の従来の電界放射型電子源の製造方法の
各工程を示す断面図である。

【図１８】第４の従来の電界放射型電子源の製造方法の
各工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１０導電性基板１１段差部１２低部表面１３高部表面１４突出部（陰極）１５酸化シリコン膜１５Ａゲート絶縁膜１６金属膜１６Ａゲート電極１７マスク２０導電性基板２１段差部２２低部表面２３高部表面２４突出部（陰極）２５第１の酸化シリコン膜２５Ａゲート絶縁膜２６金属膜２６Ａゲート電極２７第２の酸化シリコン膜２７Ａ第２のマスク２８第１のマスク３０導電性基板３１段差部３２低部表面３３高部表面３４突出部（陰極）３５酸化シリコン膜３５Ａ絶縁膜３６金属膜３６Ａ第１の電極３６Ｂ第２の電極４０ガラス基板４１段差部４２低部表面４３高部表面４４突出部（陰極）４５第１の酸化シリコン膜４５Ａ絶縁膜４６金属膜４６Ａ電極４７第２の酸化シリコン膜４８マスク４９シリコン膜４９Ａ帯状のシリコン膜４９ａ酸化シリコン膜５０導電性基板５１垂直な段差部５１Ａ段差部５２低部表面５３高部表面５４突出部（陰極）５５酸化シリコン膜５５Ａ絶縁膜５６シリコン膜５６Ａ第１の電極５６Ｂ第２の電極５６Ｃ第３の電極５８マスク５９陽極６０導電性基板６２低部表面６３高部表面６４突出部（陰極）６４ａコーナ部分６４ｂ直線部分６５絶縁膜７３高部表面７４突出部（陰極）７４ａ出隅部分８０導電性基板８１Ａ段差部８２低部表面８３高部表面８４突出部（陰極）８５第１の酸化シリコン膜８５Ａ第１の絶縁膜８６パターン化された第１の金属膜８６Ａ第１の電極８７第２の酸化シリコン膜８７Ａ第２の絶縁膜８８パターン化された第２の金属膜８８Ａ第２の電極８９マスク９０導電性膜９５第１の絶縁膜９６第１の電極９７第２の絶縁膜９８第２の電極９９ホール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に段差部を介して形成された導電
性の高部表面と、前記高部表面と前記段差部との角部に形成された陰極
と、前記高部表面の上に絶縁層を介して形成され、前記陰極
と対向し且つ前記陰極と電気的に絶縁されている電極と
を備え、前記陰極と前記電極との間に電圧が印加されると前記陰
極から電子を放射することを特徴とする電界放射型電子
源。
【請求項２】基板上に段差部を介して形成された導電
性の高部表面と、前記高部表面と前記段差部との角部に形成された陰極
と、前記高部表面の上に第１の絶縁層を介して形成され、前
記陰極と対向し且つ前記陰極と電気的に絶縁されている
第１の電極と、前記第１の電極の上に第２の絶縁層を介して形成され、
前記第１の電極に対して独立に電圧が印加される第２の
電極とを備え、前記陰極と前記第１の電極との間に電圧が印加されると
前記陰極から電子を放射することを特徴とする電界放射
型電子源。
【請求項３】前記高部表面は開口部を有し、前記陰極は前記高部表面における前記開口部に臨む部位
と前記段差部との角部に形成されていることを特徴とす
る請求項１又は２に記載の電界放射型電子源。
【請求項４】前記開口部の形状は円形又は多角形であ
り、前記陰極は、前記開口部に沿って連続して形成されてい
ることを特徴とする請求項３に記載の電界放射型電子
源。
【請求項５】前記高部表面は前記開口部内に突出する
突部を有し、前記陰極は、前記高部表面の突部と前記段差部との角部
に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電
界放射型電子源。
【請求項６】前記第２の電極に一定の電圧を印加する
一方、前記第１の電極に印加される電圧を変化させるこ
とにより、前記陰極から放射され前記第２の電極に向か
う電子の量を変化させることを特徴とする請求項２に記
載の電界放射型電子源。
【請求項７】前記第１の電極に一定の電圧を印加する
一方、前記第２の電極に印加される電圧を変化させるこ
とにより、前記陰極から放射される電子の量又は方向を
変化させることを特徴とする請求項２に記載の電界放射
型電子源。
【請求項８】前記基板は結晶性の基板であり、前記陰極は、前記基板に対する結晶異方性エッチングに
よって前記高部表面と前記段差部との角度に鋭角に形成
されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電
界放射型電子源。
【請求項９】前記高部表面は前記基板の（１００）面
に形成されており、前記陰極は、前記基板に対する結晶異方性エッチングに
よって前記段差部に＜０１１＞方向に延びる（１１１）
面が露出することにより、鋭角な断面形状を持つ線状に
形成されていることを特徴とする請求項８に記載の電界
放射型電子源。
【請求項１０】前記高部表面は前記基板の（１００）
面に形成されており、前記陰極は、前記基板に対する結晶異方性エッチングに
よって前記段差部に＜０１１＞方向に延び且つ互いに直
交する（１１１）面が露出することにより、鋭角な断面
形状を持つ点状に形成されていることを特徴とする請求
項８に記載の電界放射型電子源。
【請求項１１】基板上にそれぞれ段差部を介し且つ微
小な間隔をおいて対向するように形成された導電性の一
及び他の高部表面と、前記一の高部表面と前記段差部との角部に形成された陰
極と、前記一の高部表面の上に絶縁層を介して形成された一の
電極と、前記他の高部表面の上に絶縁層を介して形成され、前記
一の電極に対して独立に電圧が印加される他の電極とを
備え、前記陰極と前記一の電極との間に電圧が印加されると前
記陰極から電子を放射することを特徴とする電界放射型
電子源。
【請求項１２】前記他の電極に一定の電圧を印加する
一方、前記一の電極に印加される電圧を変化させること
により、前記陰極から放射され前記他の電極に向かう電
子の量を変化させることを特徴とする請求項１１に記載
の電界放射型電子源。
【請求項１３】前記一の電極に一定の電圧を印加する
一方、前記他の電極に印加される電圧を変化させること
により、前記陰極から放射される電子の量又は方向を変
化させることを特徴とする請求項１１に記載の電界放射
型電子源。
【請求項１４】基板上に一対の段差部を介して形成さ
れ、微小な間隔をおいて互いに対向する一対の導電性の
高部表面と、前記一対の高部表面と前記一対の段差部との角部にそれ
ぞれ形成され同方向に延びる一対の陰極と、前記一対の高部表面の上に絶縁層を介してそれぞれ形成
された一対の電極とを備え、前記一対の陰極と前記一対の電極との間に電圧が印加さ
れると、前記一対の陰極からそれぞれ電子を放射するこ
とを特徴とする電界放射型電子源。
【請求項１５】基板上に一対の段差部を介して形成さ
れ、微小な間隔をおいて互いに対向する一対の導電性の
高部表面と、前記一対の高部表面と前記一対の段差部との角部にそれ
ぞれ形成され同方向に延びる一対の陰極と、前記一対の高部表面の上に第１の絶縁層を介してそれぞ
れ形成された一対の第１の電極と、前記一対の第１の電極の上に第２の絶縁層を介してそれ
ぞれ形成され、前記一対の第１の電極に対して独立に電
圧が印加される一対の第２の電極とを備え、前記一対の陰極と前記一対の第１の電極との間に電圧が
印加されると、前記一対の陰極からそれぞれ電子を放射
することを特徴とする電界放射型電子源。
【請求項１６】基板上に段差部を介してそれぞれ形成
され且つマトリックスに配置された複数の導電性の高部
表面と、前記複数の高部表面と該高部表面と対応する前記段差部
との角部にそれぞれ形成され、マトリックスに配置され
た複数の陰極と、前記複数の高部表面の上に第１の絶縁層を介してそれぞ
れ形成され、前記複数の陰極と対応するようマトリック
スに配置され、マトリックスの一方向に配置されたもの
同士が互いに電気的に接続されている複数の第１の電極
と、前記複数の第１の電極の上に第２の絶縁層を介してそれ
ぞれ形成され、前記複数の陰極と対応するようにマトリ
ックスに配置され、マトリックスの他方向に配置された
もの同士が互いに電気的に接続されていると共に前記複
数の第１の電極に対して独立に電圧が印加される複数の
第２の電極とを備え、前記複数の陰極と前記複数の第１の電極との間に電圧が
印加されると、前記複数の陰極からそれぞれ電子を放射
することを特徴とする電界放射型電子源。
【請求項１７】基板上に段差部を介して形成され、マ
トリックスに配置された複数の開口部を有する導電性の
高部表面と、前記高部表面における前記複数の開口部に臨む部位と前
記段差部との角部にそれぞれ形成され、マトリックスに
配置された複数の陰極と、前記高部表面の上に第１の絶縁層を介してそれぞれ形成
され、マトリックスの一方向へ延び且つマトリックスの
他方向へ並列された複数の第１の電極と、前記複数の第１の電極の上に第２の絶縁層を介して形成
され、マトリックスの他方向へ延び且つマトリックスの
一方向へ並列され、前記複数の第１の電極に対して独立
に電圧が印加される複数の第２の電極とを備え、前記複数の陰極と前記複数の第１の電極との間に電圧が
印加されると、前記複数の陰極からそれぞれ電子が放射
されることを特徴とする電界放射型電子源。
【請求項１８】導電性基板上に絶縁層を介して導電性
膜を形成する導電性膜形成工程と、前記導電性膜をエッチングによって所定形状に加工する
ことにより、前記導電性膜よりなる電極を形成する電極
形成工程と、前記導電性基板における前記電極から露出した領域に対
してエッチングを行なって段差部を形成することによ
り、前記導電性基板上に前記段差部を介して形成された
導電性の高部表面と前記段差部との角部に陰極を形成す
る陰極形成工程とを備えていることを特徴とする電界放
射型電子源の製造方法。
【請求項１９】導電性基板上に第１の絶縁層を介して
第１の導電性膜を形成する第１導電性膜形成工程と、前記第１の導電性膜の上に第２の絶縁層を介して第２の
導電性膜を形成する第２導電性膜形成工程と、前記第２の導電性膜及び第１の導電性膜をエッチングに
よって所定形状に加工することにより、前記第１の導電
性膜よりなる第１の電極及び前記第２の導電性膜よりな
る第２の電極をそれぞれ形成する電極形成工程と、前記導電性基板における前記第２の電極から露出した領
域に対してエッチングを行なって段差部を形成すること
により、前記導電性基板上に前記段差部を介して形成さ
れた導電性の高部表面と前記段差部との角部に陰極を形
成する陰極形成工程とを備えていることを特徴とする電
界放射型電子源の製造方法。
【請求項２０】前記陰極形成工程は、前記エッチング
として基板表面に垂直な方向に対して傾斜する方向から
方向異方性エッチングを行なうことにより、鋭角な断面
形状を持つ前記角部を形成する工程を有することを特徴
とする請求項１８又は１９に記載の電界放射型電子源の
製造方法。
【請求項２１】前記導電性基板は結晶性の基板であ
り、前記陰極形成工程は、前記エッチングとしては結晶異方
性エッチングを行なうことにより、鋭角な断面形状を持
つ前記角部を形成する工程を含む結晶異方性エッチング
を有することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の
電界放射型電子源の製造方法。
【請求項２２】前記導電性基板は結晶性の基板であ
り、前記陰極形成工程は、前記エッチングとして、基板表面
に垂直な方向に対して傾斜する方向から方向異方性エッ
チングを行なった後、結晶異方性エッチングを行なうこ
とにより、鋭角な断面形状を持つ前記角部を形成する工
程を有することを特徴とする請求項１８又は１９に記載
の電界放射型電子源の製造方法。
【請求項２３】前記導電性基板はシリコンよりなり、前記陰極形成工程は、前記導電性基板における前記電極
から露出した領域に対してエッチングを行なって前記導
電性基板上に段差部を形成する工程と、前記段差部に対
して熱処理を施して該段差部の表面部分に酸化シリコン
膜を形成する工程と、前記酸化シリコン膜を除去するこ
とにより前記高部表面と前記段差部との角部に急峻な断
面形状を持つ陰極を形成する工程とを有することを特徴
とする請求項１８又は１９に記載の電界放射型電子源の
製造方法。
【請求項２４】前記導電性基板は、表面にシリコン層
が形成された基板よりなり、前記陰極形成工程は、前記導電性基板の前記シリコン層
における前記電極から露出した領域に対してエッチング
を行なって前記シリコン層に段差部を形成する工程と、
前記段差部に対して熱処理を施して該段差部の表面部分
に酸化シリコン膜を形成する工程と、該酸化シリコン膜
を除去することにより前記高部表面と前記段差部との角
部に急峻な断面形状を持つ陰極を形成する工程とを有す
ることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の電界放
射型電子源の製造方法。