JPS634532A - 電子放出素子 - Google Patents

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桂電子ビーム露光装置等の゛道子
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ｆ１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。

たとえば、ＰＮｊｆ＜合に逆バイアス′電圧を印加し電
子なだれ降伏現象を生ぜしめ素子外へと電子を放出する
型のものや、全屈−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、ＭＩＭｆｉ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。

上記の様に、ＭＩＭ型の電子放出素子においては、金！
Ａ層の表面から電子が放出されるのであるが、該電子放
出はランダムに行なわれ時間平均として全面均一な電子
放出分布となるのが理想的である。しかしながら、従来
提案されているＭＩＭ５！素子においては絶縁体層及び
その上に付されている金属層の厚さ等の微妙な部分的不
均一に基づき電子放出分布が不均一となったり変動した
りすることがある。このため、放出電イを加速したり偏
向させたりする場合に所望のエネルギー特性を有する電
子ビームを得ることが困難であるという問題点があった
。

［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、金属上に絶縁体層が付されており、該絶
縁体層上に金属層が付されており、上記２つの金属間に
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、絶縁体層の下方の金属が該絶縁体層との境界にお
いて稜線の閉ループをもつ形状をなしていることを特徴
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Ｉ
Ｊ＋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
示す部分平面図であり、第１図（ｂ）はそのＢ−Ｂｌｌ
ｉ面図である。

第１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、Ｉ　ｎＡｓ、ＧａＰ、ス
ピネル（ＭｇＡ　１２０４　）等の結晶等からなる。

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。

第１の金属層はたとえばＡ１．Ｂｅ、Ｍｏ。

Ｐｔ　、Ｔａ、Ａｕ、Ｐｄ、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０図示される様に、金属層４は
円錐台形状をなしており、その側面と頂面との交線とし
て円形をなす稜線５が形成されている。該金属層４の厚
さく即ち円錐台形状の高さ）は特に制限がないが、たと
えば０゜００１−１ｐｍ程度である。該金ｆ！層４の巾
（即ち円錐台形状の直径）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ｏ、ｏｏｉ〜５μｍ程度である。

絶縁体層６はたとえばＳ　ｉ０２　、Ｔａ２０５　。

Ａｌ２Ｏ３、ＢｅＯ，ＳｉＣ，ＳｉＯＮ　　Ｈ。

ｘ　　　ｙ　　　ｚ ＳｉＮ　　Ｈ、リンシリケートガラス（ＰＳＧ）。

　　　ｙ ＡＩＮ、ＢＮ等からなる。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や第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
れるべく適宜設定するのが好ましく、たとえばｌＯ〜２
００００〜２０００八 程た第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。該金属層８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１００〜３００
０八程度である。

第１図（ｂ）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。

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。

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、イオンブレーティング法、クラスタ
イオンビーム法等により上記第１の金属層４を構成する
金属材料を成１模させる。

次に、その上に７オ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第１の金属層４を形
成すべき部分以外の部分に対応する部分を除去し、しか
る後にウェットエツチング法により露出部分の金属材料
を除去する。このエツチングの際にオーバーエツチング
してアンターカットを行なうことにより、はぼ円錐台形
状の金属層４が形成される。また、ウェットエツチング
法の代りにドライエツチング法を用いることもできるが
、この場合にはエツチング時の真空度を低下させること
によりほぼ円錐台形状の金属層４が形成される。

次に、第１の金属層４の上面上及び基板２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、イオンブレーティング法、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６Ｌに抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸
着法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、イオンブレーティ
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。

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。

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との間あ電圧印加により、電子は主として
該第１の金属層４の稜線５付近から供給され、第１図（
ｂ）に示される様に、斜めと方へと放出される。即ち、
第１の金ｇｓ層４において稜線５の部分が凸形状である
こと及び絶縁体層６の該稜線５に対応する部分がステッ
プカバレージのため薄いことに基づき電界強度が大きく
なり、更に第２の金属！！！８の該稜線５に対応する部
分もステップカバレージのため薄いことに基づき電子放
出効率が高くなるからである。これより、放出電子は点
Ｓを頂点とし上記稜線５を通る円錐面にほぼ沿った初速
度を与えられ、あたかも点Ｓが発生限であるかの如くふ
るまうので、該放出゛電子を偏向あるいは加速する際に
極めて正確に所望の制御を行なうことができる。

本実施例においては第１の金属Ｇ４が頂面が底面よりも
小さい円錐台形状であるが、頂面が底面よりも大きい円
錐台形状や円柱形状等であっても同様の効果が得られる
。更に、上記実施例においてはｍｌの金属層４の稜線５
が円形状であるが、本発明においてはその他の形状も可
を歳である。たとえば、上記実施例の第１の金属層４の
形状を正多角錐台形状または正多角柱形状とした場合に
は、該金属層４の頂面と側面との交線として直線状の稜
線の集合からなる正多角形状閉ループが形成され、本発
明はこの様な場合をも包含する。また、目的によっては
該閉ループは楕円形状等の異方性を有するものであちて
もよい。

第２図（＆）〜（ｄ）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）、第
２図（ｃ）及び第２図（ｄ）はそれぞれそのＢ−Ｂ断面
図、Ｃ−Ｃ断面図及びＤ−Ｄ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っＤ−Ｄ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が埋設されており、該金属層は一
定の間隔をおいて基板２の表面から上方へと突出せる部
分４ａを有する０、ＩＡ突出部４ａの形状は上記第１図
に関し説明された金属層４と同一である。６は絶縁体層
であり、基板？及び第１０金屈層４更にはその突出部４
ａを覆って全面に付与されている。８はＢ−Ｂ方向の第
２の金属層であり、絶縁体層６上にて一定の間隔をおい
て複数下行に配列されている。該金属層８の上記金属層
突出部４ａに対応する部分には該突出部に対応する平面
形状の膨出部８ａが形成されている。

を記基板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。

本実施例装置は上記第１図の実施例に関し説明したと類
似の方法で作成される。

即ち、先ず、基板２の材料の表面を物理的研斥や化学的
研庁により上方に良好なモ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ツチン
グ法により基板２の表面上に溝３を形成する。尚、基板
２がガラスである場合には、エツチング液としてフッ醜
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
、イオンブレーティング法、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、かくして突出部４ａを
除く第１の金属層４を形成する。

次に、を２第１図の実施例の場合における金属層４の形
成と同様にして突出部４ａを形成し、更に絶縁体層６及
び第２の金属層８を形成する。但し、本実施例装置の場
合は第２の金属層８はパターニングされることが必要で
ある。このバターニング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。

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との重なりあう位と即ち突出部
４ａ、膨出部８ａの位ｔにおいて、上記第１図の実施例
の様なＭＩＭ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ｔ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構造を構成する電子
供給側の金属が絶縁体層との境界において稜線の閉ルー
プをもつ形状をなしているので、所望且つ安定な電子放
出分布を実現することが可能な電子放出素子が提供され
、かくして放出電子の正確な制御を容易に行なうことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は電子放出素子の部分平面図であり、第１
図（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。 第２図（ａ）は電子放出素子の部分平面図であり、第２
図（ｂ）、第２図（Ｃ）及び第２図（ｄ）はそれぞれそ
のＢ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図及びＤ−Ｄ断面図である
。 ？＝基板、　　　　　３：溝 ４．８：金属層、　４ａ：突出部、 ５：稜線、　　　　　６：絶縁体層、 ８ａ：膨出部、　　　１０：電圧印加手段。 代理人　　弁理士　　山　下　穣　平 つ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属上に絶縁体層が付されており、該絶縁体層上
   に金属層が付されており、上記２つの金属間に電圧を印
   加するための手段を有してなる電子放出素子おいて、絶
   縁体層の下方の金属が該絶縁体層との境界において稜線
   の閉ループをもつ形状をなしていることを特徴とする、
   電子放出素子。
2. （２）閉ループが正多角形状または円形状である、特許
   請求の範囲第１項の電子放出素子。