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発明の名称 電子放出素子及びその製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−236874(P2001−236874A)
公開日 平成13年8月31日(2001.8.31)
出願番号 特願2000−43025(P2000−43025)
出願日 平成12年2月21日(2000.2.21)
代理人 【識別番号】100095555
【弁理士】
【氏名又は名称】池内 寛幸 (外1名)
発明者 八田 章光 / 猪本 秀夫 / 河端 邦春
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 基板上に、一部が絶縁破壊された絶縁性膜が積層されてなり、前記絶縁破壊された箇所から電子が放出されることを特徴とする電子放出素子。
【請求項2】 前記基板は導電性の基板である請求項1に記載の電子放出素子。
【請求項3】 前記基板は、絶縁性基板上に導電性膜が積層されてなる請求項1に記載の電子放出素子。
【請求項4】 前記絶縁性膜上の前記絶縁破壊された箇所の周辺に電極が形成されている請求項1に記載の電子放出素子。
【請求項5】 基板上に絶縁性膜を積層する工程と、前記絶縁性膜を局所的に絶縁破壊させる工程とを有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項6】 前記絶縁破壊させる工程の後に、前記絶縁性膜上の前記絶縁破壊された箇所の周辺に、電極を形成する工程を有する請求項5に記載の電子放出素子の製造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体電子放出素子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電子放出素子としてはスピント型と呼ばれるものが知られている。これは、電子放出させる部分を微細加工技術(薄膜プロセス)により、底面の直径が約1マイクロメートルで高さが約1マイクロメートル程の円錐形状に作成することで得られる。そして、微細加工された円錐形状の先端部分に強い電界を集中させることにより電子が放出される。
【0003】また、これとは別に、微細な形状に加工せずに、電子放出能の優れた材料(例えばダイアモンド等)の特性を生かして、比較的低電界で薄膜の表面から電子を放出させる平面型の電子放出素子も知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の従来の電子放出素子は以下の問題があった。
【0005】前者の円錐形状に微細加工された電子放出素子は、先端部分の形状制御が困難で、ミクロな加工を均一に行なうのが困難である。加工形状のばらつきは電子放出能のばらつきにつながるため、安定した電子放出特性が得られない。また製造プロセスが煩雑でコスト高となる。
【0006】また、後者の薄膜表面から電子を放出させる電子放出素子は、電子放出の機構が十分に明らかにされていないため膜中のどの部分から電子が放出されるかもわかっておらず、電子放出するポイントを制御することが困難である。また、電子放出する薄膜を微小なドット状に形成する技術も確立されていない。
【0007】本発明は上記の従来の電子放出素子の問題点を解決し、電子が放出されるポイントの制御が容易で、低電圧駆動でき、製造プロセスが簡単で低コストで作成可能な電子放出素子とその製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達成するために以下の構成とする。
【0009】本発明に係る電子放出素子は、基板上に、一部が絶縁破壊された絶縁性膜が積層されてなり、前記絶縁破壊された箇所から電子が放出されることを特徴とする。かかる構成によれば、絶縁破壊された箇所から電子が放出されるから、電子が放出されるポイントの制御が容易になる。また、微細かつ複数の加工技術を用いることなく電子放出部を製造できるので、低コストの電子放出素子を提供できる。
【0010】上記において、前記基板は導電性の基板であってもよい。あるいは、絶縁性基板上に導電性膜が積層された構成であってもよい。
【0011】また、上記において、前記絶縁性膜上の前記絶縁破壊された箇所の周辺に電極が形成されていることが好ましい。ここで、電極は絶縁性膜に直接形成してもよく、他の層、例えば絶縁層を介して形成してもよい。かかる構成によれば、該電極と基板との間に電圧を印加することにより、絶縁破壊箇所から電子を放出させることができる。また、絶縁破壊箇所と電極との距離を極めて短くできるため低電圧の駆動が可能になる。更に、絶縁性膜に直接電極を形成すると、絶縁破壊箇所と電極との距離をより一層短くできるので、より低電圧で電子を放出させることができる。
【0012】次に、本発明に係る電子放出素子の製造方法は、基板上に絶縁性膜を積層する工程と、前記絶縁性膜を局所的に絶縁破壊させる工程とを有することを特徴とする。かかる構成によれば、絶縁破壊された箇所から電子が放出さることができるから、所望する位置に絶縁破壊を起こさせるだけで、電子が放出されるポイントを容易に制御することができる。また、微細かつ複数の加工技術を用いることなく電子放出部を製造できるので、低コストの電子放出素子を提供できる。
【0013】上記において、前記絶縁破壊させる工程の後に、前記絶縁性膜上の前記絶縁破壊された箇所の周辺に、電極を形成する工程を有することが好ましい。ここで、電極は絶縁性膜に直接形成してもよく、他の層、例えば絶縁層を介して形成してもよい。かかる構成によれば、簡単な工程で駆動電圧を印加するための電極を形成することができる。また、絶縁破壊箇所と電極との距離が極めて短くできるため低電圧の駆動が可能になる。更に、絶縁性膜に直接電極を形成すると、製造プロセスが更に簡略化でき、また絶縁破壊箇所と基板との距離をより一層短くできるのでより低電圧駆動が実現できる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に本発明を図面を用いて具体的に説明する。
【0015】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形態1の電子放出素子の製造方法を示す概略断面図である。
【0016】導電性を有するシリコン等の基板1上に、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC)膜、あるいはアモルファスカーボン膜等の絶縁性を有する膜2を作製する。次いで、絶縁性膜2側の上方の位置に導電性を有する先鋭の針4を、絶縁性膜2と接触させてあるいは絶縁性膜2から数μmから数mmの間隔を空けて配置する。そして、基板1と針4との間に電圧をかけて絶縁性膜2に局所的に強電界を印可することにより絶縁破壊を起こさせる。これにより、絶縁性膜2中に導電性のチャンネルを作成でき、絶縁性膜2の所定のポイントに容易に電子放出部3を作製することが出来る。
【0017】以上により、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC)膜、あるいはアモルファスカーボン膜等の絶縁性を有する膜2の所定の位置に電子放出させる部分を意図的に作り出すことが可能となり、電子放出させるポイント(電子放出部)3を容易に制御することができる。
【0018】(実施の形態2)図2は本発明の実施の形態2の電子放出素子の製造方法を示す概略断面図である。
【0019】本実施の形態では、実施の形態1と異なり、ガラス、例えばホウ珪酸ガラス、石英ガラス、あるいはセラミック等からなる絶縁性の基板5を使用する。絶縁性基板5上に電極となる導電性膜6を作製する。導電性膜6は、例えばアルミニウム、金、チタン、白金、クロム、モリブデン等からなり、スパッタ法、真空蒸着法、CVD法等によって形成する。更に、導電性薄膜6の上面にダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC)膜、あるいはアモルファスカーボン膜等の絶縁性を有する膜2を作製する。そして図1の実施の形態1と同様に、絶縁性膜2の導電性膜6とは反対側に、導電性を有する先鋭の針4を絶縁性膜2に接触させてあるいは絶縁性膜2から数μmから数mmの間隔を空けて配置する。そして、導電性膜6と針4との間に電圧をかけて絶縁性膜2に局所的に強電界を印可することにより絶縁破壊を起こさせる。これにより、絶縁性膜2中に導電性のチャンネルを作成でき、絶縁性膜2の所定のポイントに容易に電子放出部3を作製することが出来る。
【0020】本実施の形態においても、電子放出させるポイント(電子放出部)3を容易に制御することができる。
【0021】(実施の形態3)図3は、本実施の形態の電子放出素子の構造を示した概略断面図である。
【0022】図3の電子放出素子は、実施の形態2で説明した図2の方法で得た電子放出素子の絶縁性膜2上の電子放出部3の周辺領域に、絶縁層8及び電極7を順に形成して構成される。絶縁層8は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン等からなり、スパッタ法、真空蒸着法、CVD法等によって形成する。また、電極7は、例えばアルミニウム、金、チタン、白金、クロム、モリブデン等からなり、スパッタ法、真空蒸着法、CVD法等によって形成する。
【0023】導電性膜6と電極7との間に所定の電圧を印加することにより電子放出部3に電界を形成して、電子放出部3から電子を放出させることができる。本実施の形態では、電極7と電子放出部3との間隔を短くできるので、低電圧駆動が可能になる。
【0024】なお、図3では実施の形態2の電子放出素子を用いた例を説明したが、実施の形態1に示した電子放出素子を用いて同様に電子放出素子を構成することもできる。
【0025】(実施の形態4)図4は、本実施の形態の電子放出素子の構造を示した概略断面図である。
【0026】図4の電子放出素子は、実施の形態2で説明した図2の方法で得た電子放出素子の絶縁性膜2上の電子放出部3の周辺領域に電極7を直接形成して構成される。電極7の材料及び形成方法は実施の形態3の電極7と同様である。導電性膜6と電極7との間に所定の電圧を印加することにより電子放出部3に電界を形成して、電子放出部3から電子を放出させることができる。
【0027】本実施の形態の電子放出素子は、実施の形態3と比較して、電極7と電子放出部3との間の距離を縮めることができるため、より低い電圧で電子放出部3に電界を形成することができる。このため、一層の低電圧駆動が行えるので、消費電力の低下が実現できる。また、実施の形態3で説明した絶縁層8を形成するプロセスが不要になるため、低コストで作製することが可能になる。
【0028】なお、図4では実施の形態2の電子放出素子を用いた例を説明したが、実施の形態1に示した電子放出素子を用いて同様に電子放出素子を構成することもできる。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、電子放出のポイントの制御が容易で、低電圧駆動でき、製造プロセスが簡単で低コストの電子放出素子を提供することができる。
【0030】本発明の電子放出素子は、例えばFED(フィールド・エミッション・ディスプレイ)と呼ばれる平面型画像表示装置の電子放出源として使用することができる。




 

 


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