JPS6391925A - 電子放出素子 - Google Patents

電子放出素子

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Publication number
JPS6391925A
JPS6391925A JP61234500A JP23450086A JPS6391925A JP S6391925 A JPS6391925 A JP S6391925A JP 61234500 A JP61234500 A JP 61234500A JP 23450086 A JP23450086 A JP 23450086A JP S6391925 A JPS6391925 A JP S6391925A
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JP
Japan
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layer
metal layer
electron
metal
emitting device
Prior art date
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Pending
Application number
JP61234500A
Other languages
English (en)
Inventor
Masao Sugata
菅田 正夫
Takeo Tsukamoto
健夫 塚本
Akira Shimizu
明 清水
Akira Suzuki
彰 鈴木
Isamu Shimoda
下田 勇
Masahiko Okunuki
昌彦 奥貫
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPS6391925A publication Critical patent/JPS6391925A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/30Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/312Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode having an electric field perpendicular to the surface, e.g. tunnel-effect cathodes of metal-insulator-metal [MIM] type

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  • 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)

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種電子ビーム装置の電子発生源
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か用いられていた。
この様な熱陰極を利用した電子放出素子は、加熱による
エネルギーロスが大きい点、加熱手段の形成か必要であ
る点及び予備加熱にかなりの時間を要するのてスイッチ
オンと同時に作動させることがてきないという点て間届
かありだ。
そこて、加熱によらない電子放出素子の研究か進められ
、いくつかの型の素子か提案されている。
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印加し該Fl膜表面から素子外へ
と電子を放出させる表面伝導型(SCE八1へ )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、
その他のちのか提案されている。
[発明か解決しようとする問題点] これらのうちて、MIM型の電子放出素子は印加電圧か
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
特長かある。
しかして、従来提案されているMIM型素子においては
、下側(即ち電了放出側でない方)の金属として例えば
AI、Be等か用いられ、また絶縁体層として該金属の
表面酸化層(たとえば熱酸化。
空気酸化、陽極酸化等により形成されたA1□03層や
ReO層?)が用いられ、上側の金属層としてAu、P
L、Δ1等か用いられている。
しかるに、この様な従来のMIM型素子の絶縁体層は上
記の様な無機g、膜からなるのて、その製造上ピンホー
ル等の欠陥が生じ易く、このため良好な特性を有する素
子の作製か困難であったり末子ごとに特性かかなりバラ
ツキをもつ様になるという問題点かあった。
[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、金属層に絶縁体i、うか付されており、
該絶縁体層りに金属層か付されており、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末
子において、絶縁体層か有機絶縁体層を含んでなること
を特徴とする、電子放出素子か提供される。
[実施例] 以下、図面を参照しなから本発明の具体的実施例を説明
する。
第1図は本発明による電子放出素子の第1の実施例を示
す部分断面図である。
第1 f、4において、2は基板てあり、該基板はたと
えばガラス、アルミナ、サファイア、マイカ、マクネシ
ア等のセラミックス、GaAs、GaSb、1nAs。
GaP 、スピネル(MgAIJ4)等の結品等の絶縁
体からなる。
4は第1の金属層てあり、6は絶縁体層てあり、8は第
2の金属層てあり、これらによりMIM構造か形成され
る。
第1の金属層4はたとえばAI、Bcjlo、Pt、T
a、Au。
Pd、 Ag、JCr、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層、
やシリサイドてあってもよい。金属層4の厚さは特に制
限かないか、0.O1〜5gm程度あれば十分である。
絶縁体層6はたとえばステアリン酸、アラキシン酸、バ
ルミチン酸、n−パラフィン、ヘキサトリアコンタン、
ポリパラキシリレン等の有機絶縁体からなる。該絶縁体
層6の厚さは絶縁破壊か生じない程度に薄い方か好まし
いか、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〜2000人程度である。
また、第2の金属層8はたとえばAu、Pt、AI、A
g等からなる。該金属層8もこれら金属のいくつかを成
分とする合金層やシリサイドであってもよい。該金属層
8の厚さは゛、E子放出効率の点からはできるたけ薄い
方が好ましく、たとえばlo〜500人程度である。
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か正となる様に適時電圧を
印加するための手段lOか接続されている。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
にして作製することがてきる。
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
表面に蒸着法、スパッタ法、CVD法、プラズマCVD
法、イオンプレーテインク法、クラスターイオンビーム
法等により、第1の金属層4を形成する。
次に、該第1の金属層4上に絶縁体層6を形成する。こ
の絶縁体層6の形成はたとえば虫分子累積法[いわゆる
ラングミュア−フロジェット(Langmuir−Br
odgett)法1、革着法、あるいは化学的気相法(
CVD法)等により行なうことかできる。
単分子累積性は液体表面に表面活性有機物質の単分子層
を形成し、基板表1njを該液体表面を横切る方向に移
動させることにより、該基板表面上に表面活性有機物質
の単分子層を移行させ、必要に応じてこの様な基板の移
動を繰返し行なうことにより単分子層を累積して所望の
厚さの有機物質膜を得るものである。
この様にして得られる単分子膜または累積膜を構成する
分子は一般に同一化学構造内に少なくとも疎水性部分と
親木性部分とを併有していることか必要である。疎水性
部分として最も代表的なものは長鎖アルキル基てあって
一般に炭素数か5〜30程度のものが用いられるが、好
ましくは、炭素数10〜25程度である。又、アルキル
鎖の長さが適当であれば、直鎖状アルキル基、及び枝わ
かれ状アルキル基、共に有用である。その他の疎水性部
分を構成する基としては、例えば、ビニレン、ビニリデ
ン、アセチレン等のオレフィン系炭化水素基、フェニル
、ナフチル、アントラニルの如き縮合多環フェニル基、
ビフェニル、ターフェニル、等の鎖状多環フェニル基、
等があり、これらは各々単独又は複数の組合せによる場
合や上述のアルキル基の末端や中間に位置している場合
もある。親木性部分として最も代表的なものは、例えば
、カルボキシル基及びその金属塩並びにアミン塩、スル
ホン酸基及びその金属塩並びにアミン塩、スルホンアミ
ド基、アミド基、アミノ基、イミノ基、ヒドロキシル基
、4級アミノ基、オキシアミノ基、オキシイミノ基、ジ
アゾニウム基、グアニジン基、ヒドラジン基、リン酸基
、ケイ酸基、アルミン酸基等がある。
単分子累積法により形成される有機絶縁体層6としては
、ステアリン酸、アラキシン酸、パルミチン酸、アズレ
ン系のスクアリリウム色素、ジアセチレン誘導体等の脂
肪酸等が例示される。
単分子累積法によれば、膜厚が均一て極めて薄く、且つ
ピンホール等の欠陥の殆どない優れた有機絶縁体層6を
得ることかてきる。
不着法により形成される有機絶縁体層6としては、n−
パラフィン、ヘキサトリアコンタン、ステアリン酸等が
例示される。
また、化学的気相法により形成される有機絶縁体層6と
しては、ポリバラキシリレン、炭化水素をIX、Mとし
て作成したプラズマ重合膜等が例示される。
次に、該有機絶縁体層6上に第2の金属層8を形成する
。この金属層8の形成は上記第1の金属層4の形成と同
様にして行なうことがてきる。
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。
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
lOのスイッチを閉じることにより行なわれる。該電源
の電圧はMIM構造の具体的構成及び所望の電子放出特
性に応して適宜設定することがてき、たとえば3〜20
V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図は本発明による電子放出素子の第2の実施例を示
す部分断面図である。本図において上記第1図における
と同様の機走を有する部材には同一の符号か付されてい
る。
本実施例は絶縁体層として有機絶縁体層6と無機絶縁体
層5との積層体か用いられている点のみ上記第1の実施
例と異なる。
無機絶縁体層5としてはたとえば第1の金属層4を構成
する全屈の酸化物か用いられ、これらは第1の金属層4
を形成した後に該金属層の表面を熱酸化、空気酸化、陽
極酸化等の手段により金属酸化物からなる絶縁層に転化
させることで形成することかできる。尚、有機絶縁体層
6を形成する際に単分子累積法を用いる場合には、この
第1の金属層4の表面は液体浸漬により自動的に酸化さ
れることもあり、これを無機絶縁体層5として利用する
ことかてきる。
本実施例においては、絶縁体層か無機絶縁体層と有機絶
縁体層との積層体からなるのて、無機絶縁体層により十
分な強度が実現され且つ該無機絶縁体層のピンホール等
の欠陥が有機絶縁体層によりカバーされ特性が向上する
第3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てあり
、第3図(a)は部分平面図であり、・第3図(b)及
び第3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は基板てあり、該基板表面上に所
定の幅をもつC−C方向の複数の第1の金属層4か一定
の間隔をおいて平行に配列されている。6は有機絶縁体
層であり、基板2及び第1の金属層4を覆って全面に付
与されている。8は所定の幅をもつB−B方向の第2の
金属層であり、有機絶縁体層6上にて一定の間隔をおい
て複数モ行に配列されている。
上記基板2、第1の金属層4、有機絶縁体層6及び第2
の金属層8は上記第1の実施例に関し説明した材料から
なる。
本実施例装設は上記第1の実施例に関し説明したと同様
にして作製される。但し、本実施例装置の場合は第1の
金属層4及び第2の金属層8はバターニングされること
か必要である。このパ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かてきる。
尚、第3図においては図示されていないか、各第1の金
属層4と各第2の金属層8との間には第2の金属層側か
正となる様な′1シ圧を適時印加するための手段か接続
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L記第1の実施例の様なMIM構造か形成されている
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構造を適時駆動することかてきる。
[発明の効果コ 以上の様な本発明によれば、MIM構造を構成する絶縁
体層として有機絶縁体層を含んでなるものを用いている
ために該絶縁体層にピンホール等の4XIi造欠陥か殆
んどなく、特性の均一性に優れた電子放出素子が提供さ
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は電子放出素子の部分断面図である。 第3図(a)は電子放出装置の部分平面図てあり、第3
図(b)及び第3図(c)はそれぞれそのB−B断面図
及びC−C断面図である。 2:基板、4.8:金属層、5.無機絶縁体層、6:有
機絶縁体層、lO:電圧印加手段。

Claims (1)

    【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において、
    絶縁体層が有機絶縁体層を含んでなることを特徴とする
    、電子放出素子。
JP61234500A 1986-10-03 1986-10-03 電子放出素子 Pending JPS6391925A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61234500A JPS6391925A (ja) 1986-10-03 1986-10-03 電子放出素子
DE19873751737 DE3751737T2 (de) 1986-10-03 1987-10-01 Elektronenemissionsvorrichtung
EP87114352A EP0262676B1 (en) 1986-10-03 1987-10-01 Electron emission device

Applications Claiming Priority (1)

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JP61234500A JPS6391925A (ja) 1986-10-03 1986-10-03 電子放出素子

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ID=16971999

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JP61234500A Pending JPS6391925A (ja) 1986-10-03 1986-10-03 電子放出素子

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EP (1) EP0262676B1 (ja)
JP (1) JPS6391925A (ja)
DE (1) DE3751737T2 (ja)

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Publication number Publication date
EP0262676A3 (en) 1989-12-13
EP0262676B1 (en) 1996-03-13
DE3751737D1 (de) 1996-04-18
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