[发明专利]发射器及其制造方法和冷电子发射器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

本发明，就是为了解决这样的问题而发明的，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。

发明的公开

本发明的第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。