发射器及其制造方法和冷电子发射器件的制造方法技术

本发明专利技术的冷电子发射器件，由采用对在基板（１）上边沿着同一晶轴生长了柱状晶粒的柱状多晶膜（２）施行刻蚀的办法形成的发射器构成。若采用这样的冷电子发射器件，则即便是在已形成了多个发射器的情况下，也可以抑制起因于发射器形状变动的电子发射特性的波动，因而可以得到在大面积基板上边具有均一发射特性的冷电子发射器件。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可以作为平面式图象显示装置或各种传感器、高频振荡器、超高速器件、电子显微镜、电子束曝光装置等各种电子束利用装置的电子源来使用的冷电子发射用的发射器及其制造方法。
技术介绍
现有的电场发射式显示装置等的冷电子用电子源，可以使用在阴极一侧形成了多个高度和底面直径为1微米前后的圆锥形的极其微小的发射器的电子源。上述发射器，可以采用使电场集中于其顶端部分上的办法来得到电流。其基本构造，人们知道由C.A.Spint等(Journalof Applied Physics,Vol.47,No.12,p.5248,1976年)所提出的方法。其电子发射特性，由于因发射器顶端部分的形状而变化，故要想在每一个发射器中使电子发射特性变成为相等，理想的是均一地形成多个发射器的形状，特别是顶端形状。此外，作为该发射器的最大的问题，是电子发射量随时间变动的问题。用来解决该问题的发射器制造方法，粗分起来有如下2种方法。一个方法是在玻璃基板上边形成金属发射器，使大电阻串联地连接到该发射器上，稳定发射电流。此外，作为另一种方法，用半导体形成发射器和晶体管，借助于该晶体管对发射电流积极地进行控制。由于该方法功耗小动作速度快，故今后的发展是可以期待的。在用上述半导体形成发射器的情况下，可以考虑以下举出的3种发射器材料膜。一种是没有晶粒边界，在所有的部分内结晶方位都具有恒定方向的单晶膜、其次是结晶方位七零八落的晶粒集中于一起的多晶膜、再一种是不具有结晶构造的非晶态膜。在上述3种冷电子发射器件材料之内如果考虑形成特性优良的晶体管，则以使用单晶膜或多晶膜为宜。在使用单晶膜的情况下，由于结晶方位变成为恒定方向而没有晶粒边界，故湿法刻蚀或反应性离子刻蚀的各向同性或各向异性刻蚀速度是一样的，因而可以制造均一性优良的发射器。但是，单晶膜由于造价高且不能在便宜的玻璃基板等的大面积基板上边制作，故现状是缺乏实用性。另一方面，与使用单晶膜的情况下比较，多晶膜造价便宜，而且可以在低温下在大面积的基板上边制作，故适合于显示装置等的微小的电子源。附图说明图10示出了上述现有的多晶膜基板的剖面图，图11是用图10的多晶膜制造的发射器的剖面图。在图10中，1例如是玻璃等的基板，在其上部形成了由结晶方位和粒径不同的微小晶粒13构成的多晶膜14。在该多晶膜14内，由于在上述基板1上边存在着具有各种大小和方向性的晶粒13，故存在着无数的晶粒边界。此外，使用图11所示的多晶膜14制造的发射器15，则可以采用对在玻璃等的基板1上边由结晶方位和粒径不同的微小晶粒13构成的多晶膜14进行刻蚀加工的办法形成。如上所述，在上述现有技术中，由于在基板上边形成多晶膜14来制造发射器15，故可以用低的工艺温度制造良好特性的晶体管和冷电子发射器件。结果是可以降低发射器15的造价。但是，用上述多晶膜14形成的发射器15，存在着在电子发射特性中会产生不均一性的问题，作为该问题，可以举出下述例子进行刻蚀加工的多晶膜的结晶粒径的不均一性和各个晶粒的结晶方位和结晶配向面差异很大，故在由刻蚀实施的发射器15形成之际，存在着各向同性或各向异性刻蚀速度以晶粒边界为界每一个晶粒都不同的问题。就是说，在现有的多晶膜14中，由于每一个晶粒各向同性或各向异性刻蚀速度不同，故如图11所示，在发射器15表面上形成没有规则性的无数的凹凸，其结果上在电子发射特性中将产生不均一性。而且，在由刻蚀实施的发射器15的形成中，得不到再现性。因此，若使用这样的不规则性的多晶膜14，在大面积基板上以良好的再现性形成多个均一的发射器15是困难的，使用发射器15的器件的造价也将增高。本专利技术，就是为了解决这样的问题而专利技术的，目的是提供即便是在形成多个发射器的情况下，也可以再现性良好地得到发射器形状的均一性，同时可以抑制起因于发射器形状变动的电子发射特性的不均一性的发射器及其制造方法。专利技术的公开本专利技术的第1方面所述的发射器，其特征是采用对于在基板上边沿着同一晶轴生长了柱状晶粒的柱状多晶膜实施刻蚀的办法形成。借助于此，即便是在形成多个发射器的情况下，也可以再现性良好地得到发射器形状的均一性，同时可以抑制起因于发射器形状变动的电子发射特性的不均一性。其次，本专利技术的第2方面所述的发射器，其特征是采用在基板上边形成了沿着同一晶轴生长有柱状晶粒的柱状多晶膜之后，在上述柱状多晶膜上边使第1绝缘膜图形化，用上述已图形化的第1绝缘膜，对上述柱状多晶膜实施刻蚀的办法形成。借助于此，即便是在形成多个发射器的情况下，也可以再现性良好地得到发射器形状的均一性，同时还可以抑制起因于发射器形状变动的电子发射特性的波动。其次，本专利技术的第3方面所述的发射器，其特征是采用在基板上边形成第2绝缘膜，在上述第2绝缘膜上边形成了沿着同一晶轴生长有柱状晶粒的柱状多晶膜之后，在上述柱状多晶膜上边使第1绝缘膜图形化，用上述已图形化的第1绝缘膜，对上述柱状多晶膜实施刻蚀的办法形成。借助于此，即便是在形成多个发射器的情况下，也可以再现性良好地得到发射器形状的均一性，同时还可以抑制起因于发射器形状变动的电子发射特性的波动。其次，本专利技术的第4方面所述的发射器，在第1方面到第3方面中的任何一个方面所述的发射器中，其特征是构成上述柱状多晶膜的柱状晶粒，对于基板面来说结晶方位和结晶面在某一恒定方向上整齐划一。借助于此，即便是在形成多个发射器的情况下，也可以再现性良好地得到发射器形状的均一性，同时还可以抑制起因于发射器形状变动的电子发射特性的波动。其次，本专利技术的第5方面所述的发射器，在第1方面到第4方面中的任何一个方面所述的发射器中，其特征是上述柱状多晶膜至少含有硅。借助于此，就可以用500℃以下的低温工艺，在大面积基板上边实现柱状多晶。因此，可以在大面积基板上边把柱状多晶刻蚀成均一形状，即便是在大面积基板上边形成多个发射器的情况下，也可以再现性良好地得到发射器形状的均一性，同时还可以抑制起因于发射器形状变动的电子发射特性的波动。其次，本专利技术的第6方面所述的发射器，在第1方面到第5方面中的任何一个方面所述的发射器中，其特征是上述柱状多晶膜的配向面为{110}。借助于此，由于结晶方位与结晶面变成为易于整齐划一，故可以进行均一形状的刻蚀，可以再现性良好地得到发射器形状的均一性，同时还可以抑制起因于发射器形状变动的电子发射特性的波动。其次，本专利技术的第7方面所述的发射器，在第1方面到第5方面中的任何一个方面所述的发射器中，其特征是上述柱状多晶膜的配向面为{100}。借助于此，由于结晶方位与结晶面变成为易于整齐划一，故可以进行均一形状的刻蚀，可以再现性良好地得到发射器形状的均一性，同时还可以抑制起因于发射器形状变动的电子发射特性的波动。此外，还可以抑制晶粒边界的势垒，同时，减少在绝缘膜界面上形成的俘获能级。因此，可以增大渡越电子的迁移率，实现效率良好的发射器。其次，本专利技术的第8方面所述的发射器，在第1方面到第7方面中的任何一个方面所述的发射器中，其特征是采用对上述柱状多晶膜实施刻蚀的办法形成的发射器顶端的曲率半径在50nm以下。借助于此，可以增大发射器顶端的电场集中，可以用低电压发射电子。其次，本专利技术的第9方面所述的发射器，在第1方面到第8方面中的任何一个方面所述的发射器中，其特征是构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发射器，其特征是采用下述办法形成：对于在基板上边沿着同一晶轴生长了柱状晶粒的柱状多晶膜实施刻蚀。

【技术特征摘要】
JP 1999-6-24 178500/991．一种发射器，其特征是采用下述办法形成对于在基板上边沿着同一晶轴生长了柱状晶粒的柱状多晶膜实施刻蚀。2．一种发射器，其特征是采用下述办法形成在基板上边形成了沿着同一晶轴生长了柱状晶粒的柱状多晶膜之后，在上述柱状多晶膜上边使第1绝缘膜图形化，用上述已图形化的第1绝缘膜，对上述柱状多晶膜实施刻蚀。3．一种发射器，其特征是采用下述办法形成在基板上边形成第2绝缘膜，在上述第2绝缘膜上边形成了沿着同一晶轴生长有柱状晶粒的柱状多晶膜之后，在上述柱状多晶膜上边使第1绝缘膜图形化，用上述已图形化的第1绝缘膜，对上述柱状多晶膜实施刻蚀。4．权利要求1到3中的任何一项权利要求所述的发射器，其特征是构成上述柱状多晶膜的柱状晶粒，对于基板面来说结晶方位和结晶面在某一恒定方向上整齐划一。5．权利要求1到4中的任何一项权利要求所述的发射器，其特征是上述柱状多晶膜至少含有硅。6．权利要求1到5中的任何一项权利要求所述的发射器，其特征是上述柱状多晶膜的配向面为{110}。7．权利要求1到5中的任何一项权利要求所述的发射器，其特征是上述柱状多晶膜的配向面为{100}。8．权利要求1到7中的任何一项权利要求所述的发射器，其特征是采用对上述柱状多晶膜实施刻蚀的办法形成的发射器顶端的曲率半径在50nm以下。9．权利要求1到8中的任何一项权利要求所述的发射器，其特征是构成上述柱状多晶膜的柱状晶粒，该柱状晶粒的短的一方的粒径，至少在100nm以上。10．权利要求9所述的发射器，其特征是上述柱状晶粒与基板所构成的角度在83度以上。11．权利要求3所述的发射器，其特征是上述第2绝缘膜至少含有氧或氮。12．权利要求2或3所述的发射器，其特征是上述图形化的第1绝缘膜是圆形形状。13．权利要求2或3所述的发射器，其特征是上述图形化的第1绝缘膜是多角形形状。14．一种发射器的制造方法，其特征是具有下述工序在基板上边沿着同一晶轴生长柱状晶粒形成柱状多晶膜的工序；对上述柱状多晶膜实施刻蚀的工序。15．一种发射器的制造方法，其特征是具有下述工序在基板上边沿着同一...

【专利技术属性】
技术研发人员：则兼哲也，平中弘一，和田直树，佐藤安代，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]