场发射型电子源阵列及其制造方法与用途技术

本发明专利技术提供能够使表面电极的所希望的区域发射出电子的场发射型电子源及其制造方法，场发射型电子源１０具备作为导电性基板的ｐ型硅基板１、形成于ｐ型硅基板１内的主表面侧的带状的作为扩散层的ｎ型区域８、形成于ｎ型区域８上，从ｎ型区域注入的电子发生漂移的、氧化的多孔多晶硅构成的强电场漂移层６、形成于强电场漂移层６之间的多晶硅层３，以及在与ｎ型区域８交叉的方向上形成带状，跨越强电场漂移层６上面及多晶硅层３上面形成的导电性薄膜构成的表面电极７。适当选择施加电压的ｎ型区域８和表面电极７，能够使得施加电压的表面电极７中只有与施加电压的ｎ型区域８交叉的区域发射出电子，所以能够使表面电极７的所希望的区域发射出电子。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用半导体材料利用强电场发射发射电子射线的场发射型电子源及其制造方法与用途，与美国专利申请号第09/140，647号(场发射型电子源及其制造方法与用途)的改良有关，其内容构成本专利技术的内容的一部分。
技术介绍
专利技术人提出了在导电性基板上形成热氧化的多孔多晶硅层，在该热氧化的多孔多。晶硅层上形成金属薄膜构成的表面电极的平面型的场发射型电子源(日本专利特愿平10-65592号)。该场发射型电子源是相对于导电性基板以表面电极为正极，在表面电极与导电性基板之间施加直流电压，同时以表面电极作为阴极在与表面电极相对配置的集电极之间施加直流电压，以此使电子从表面电极的表面发射出的装置。这种利用场发射型电子源的显示装置如图22所示具备与场发射型电子源10’的表面电极7相对配置的玻璃基板33，玻璃基板33的与场发射型电子源10’相对的面上形成带状的集电极31，利用从表面电极发射出的电子射线的作用发出可见光的荧光体层32覆盖中集电极31形成。在这里，场发射型电子源10’是在作为导电性基板的n型硅基板1’上形成热氧化的多孔多晶硅层6，在该多孔多晶硅层6上形成带状的表面电极7。还在n型硅基板1’的背面形成欧姆(ohmic)电极2。在上述显示装置中，为了使面状的场发射型电子源10’的预定区域发射出电子，有必要在想要使其发射电子的区域有选择地施加电压。为此，在这种显示装置中，如上所述在形成带状的表面电极7的同时，形成与表面电极7垂直的带状的集电极31，适当选择集电极31和表面电极7施加电压(强电场)，以此只使施加了电压的表面电极7发射出电子。然后，发射出的电子中只有与被施加电压的集电极31相对的该发射电子的表面电极7的区域发射出的电子受到加速，使覆盖该集电极31的荧光体发光。简要地说，具有图22所示结构的显示装置中，利用在特定的表面电极7与特定的集电极31之间施加电压的方法可以使荧光体层32中与被施加所述电压的两个电极7、31的交叉区域对应的部分发光。而利用适当切换施加电压的表面电极7及集电极31的方法，可以将图像和文字等加以显示。但是在上述显示装置中，为了利用场发射型电子源10’发射出的电子使荧光体层32的荧光体发光，必须对集电极31施加高电压使电子得到加速，使用场发射型电子源的显示装置通常在集电极31上施加数百乃至数千伏特的高电压。
技术实现思路
但是，在利用图22所示的场发射型电子源10’的显示装置中，必须对施加于集电极31的数百乃至数千伏特的高电压进行开关，对高电压进行开关时会有浪涌电压发生，因此需要高耐压的开关元件，成本也就高了。又，例如流入集电极31的集电极电流为1毫安，施加的集电极电压为1kV时，对于1个集电极31需要1W的开关元件，所需要的开关元件的数目等于集电极31的个数，仅仅开关元件就会形成巨大的装置，显然这是很不合适的。本专利技术鉴于上述问题而作，其第1目的是提供不对施加高电压的集电极进行开关，而能够有选择地使表面电极的所希望的区域发射出电子的场发射型电子源及其制造方法。为了达到上述第1目的，本专利技术提供给的场发射型电子源阵列具备至少在一主表面具有导电体层构成的下部电极的导电性基板，在该导电性基板的导电体层上形成的强电场漂移(drift)层，以及形成于强电场漂移层上的导电性薄膜构成的表面电极，将该导电性薄膜作为正极相对于上述导电性基板的导电体层施加电压，以此使从上述导电性基板注入上述强电场漂移层的电子漂移、通过上述导电性薄膜发射，这种场发射型电子源阵列的特征在于，所述导电性基板上的导电体层以规定的间隔形成并排延伸的多条带，另一方面，所述导电性薄膜隔着所述强电场漂移层与所述带状的导电体层相对并交叉地以规定的间隔并排延伸，形成多条带，所述强电场漂移层是氧化或氮化的多孔多晶半导体，至少在所述带状的导电体层与导电性薄膜带的相对并交叉的各位置上所述导电体层与所述导电性薄膜夹着所述强电场漂移层，构成在所述导电性基板上以规定的间隔排列的多个电子源。利用适当选择施加电压的下部电极与表面电极的方法，只使施加电压的表面电极中与施加电压的下部电极交叉的区域发射出电子，因此能够使表面电极的所希望的区域发射出电子，而且在把集电极与表面电极相对配置构成显示装置的情况下不需要对施加于集电极的数百乃至数千伏特的高电压进行开关用的电路。因此具有使能够从表面电极的所希望的区域有选择地使电子发射出的场发射型电子源阵列低成本化和小型化的优点。在这里，所谓导电性基板是在其主表面具有作为场发射型电子源的负极起作用的导电体层的基板，是指在真空中具有支持在其上层积的多晶半导体层的强度的基板，通常，在p型半导体的情况下意味着形成一方的主表面的p型半导体层的规定区域上形成掺杂n型杂质的导电体层的基板，在绝缘性基板的情况下意味着在其上形成金属层的基板，形成导电体层的金属层或掺杂n型杂质的导电体层在基板上以规定的间隔成带状并列形成。当然也可以把具有杂质扩散层构成的导电体层的半导体层设置于绝缘性基板上。在半导体层上形成导电体层的情况下，最好是在导电体层之间形成与导电体层不同极性的杂质层以防止漏电流流过，通常在以p型半导体作为基板的情况下，导电体层使用n型杂质层，将其分离开的一层采用p型杂质层。为了做成大型基板，采用玻璃等绝缘性基板，导电体层可以利用蒸镀等方法形成金属膜。还有，所述带状的导电体层，宽度为数十微米到数千微米，以数百微米的间隔并列排列。在金属的情况下，其厚度为数百A到数微米，扩散层为数微米。另一方面，所述多晶半导体层可以举出如Ⅳ族元素Si、Ge、C等的多晶体、Ⅳ-Ⅳ族化合物SiC、Ⅲ-Ⅴ族化合物GaAs、GaN、InP等、Ⅱ-Ⅵ族化合物ZnSe等各种多晶半导体，而多晶硅可以利用阳极氧化方法多孔化，其后容易利用氧化处理或氮化处理的方法在结晶体表面形成绝缘膜，形成强电场漂移层，是很理想的材料。强电场漂移层的详细情况在上述美国专利申请09/140，647号以及日本专利特愿平10-272342号、特愿平11-115707号上有记载。强电场漂移层之间，为了防止漂移层间的漏电流，在使用具有p型半导体层的基板的情况下掺杂p型杂质，最好是在其上部设置绝缘层以阻断电流的泄漏。又可以利用蚀刻从强电场漂移层去除部分半导体，在其槽的内表面形成绝缘层，或在该蚀刻空间充填绝缘层。还有，强电场漂移层是在导电型基板上形成多晶半导体层，再利用阳极氧化处理方法将多晶半导体层中导电体层上的部位的上部或全部多孔化，利用对该多孔化的部位进行氧化或氮化的方法形成的。将形成强电场漂移层的部分掩蔽着而将其他部分蚀刻去除，随后进行阳极氧化，就容易实现多孔化。多晶半导体为多晶硅时在导电型基板上的形成条件、阳极氧化以及氧化或氮化的条件在美国专利申请第09/140，647号中有详细叙述。如上所述，形成强电场漂移层的多晶半导体层中，蚀刻去除相邻的强电场漂移层之间的部位，使半导体基板的主表面露出，至少在露出的半导体基板的主表面上形成绝缘膜，则能够提高相邻的强电场漂移层之间的绝缘性能。在使用硅基板作为半导体基板的情况下，最好是导电体层采用n型扩散层，绝缘层使用二氧化硅层。在理想的实施形态中，p型硅基板的主表面上形成氮化硅膜并且做成带状，p型硅基板的主表面上没有被氮化硅膜覆盖的部分利用有选择地氧化的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场发射型电子源阵列，具备至少在一主表面具有导电体层构成的下部电极的导电性基板、在该导电性基板的导电体层上形成的强电场漂移层，以及形成于强电场漂移层上的导电性薄膜构成的表面电极，将该导电性薄膜作为正极相对于上述导电性基板的导电体层施加电压，以此使从上述导电性基板注入上述强电场漂移层的电子漂移、通过上述导电性薄膜发射，其特征在于， 所述导电性基板上的导电体层以规定的间隔形成并排延伸的多条带，另一方面，所述导电性薄膜隔着所述强电场漂移层与所述带状的导电体层相对并交叉地以规定的间隔并排延伸，形成多条带， 所述强电场漂移层是氧化或氮化的多孔多晶半导体，至少在所述带状的导电体层与导电性薄膜带的相对并交叉的各位置上所述导电体层与所述导电性薄膜夹着所述强电场漂移层，构成在所述导电性基板上以规定的间隔排列的多个电子源。

【技术特征摘要】
JP 1999-5-26 146739/99;JP 1998-8-26 239606/98;JP 11．一种场发射型电子源阵列，具备至少在一主表面具有导电体层构成的下部电极的导电性基板、在该导电性基板的导电体层上形成的强电场漂移层，以及形成于强电场漂移层上的导电性薄膜构成的表面电极，将该导电性薄膜作为正极相对于上述导电性基板的导电体层施加电压，以此使从上述导电性基板注入上述强电场漂移层的电子漂移、通过上述导电性薄膜发射，其特征在于，所述导电性基板上的导电体层以规定的间隔形成并排延伸的多条带，另一方面，所述导电性薄膜隔着所述强电场漂移层与所述带状的导电体层相对并交叉地以规定的间隔并排延伸，形成多条带，所述强电场漂移层是氧化或氮化的多孔多晶半导体，至少在所述带状的导电体层与导电性薄膜带的相对并交叉的各位置上所述导电体层与所述导电性薄膜夹着所述强电场漂移层，构成在所述导电性基板上以规定的间隔排列的多个电子源。2．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述导电性基板由半导体基板或具有半导体层的绝缘性基板构成，以规定的间隔并列配置的导电体层由杂质扩散层构成。3．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述导电性基板是绝缘板，所述导电体层由金属层构成。4．根据权利要求2所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，在所述导电体层之间设有与导电体层不同导电型的高浓度杂质。5．根据权利要求4所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述导电性基板是p型半导体基板，所述杂质扩散层是掺杂n型杂质的扩散层，所述高浓度杂质层是p型杂质层。6．根据权利要求2所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，在所述导电性基板上以规定的间隔形成的导电体层之间，形成用于切断漏电流的绝缘层，所述漏电流是从导电性基板通过多晶半导体层到导电性薄膜或从导电体层流向相邻的强电场漂移层的漏电流。7．根据权利要求2所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述杂质扩散层具备用于减小电阻值，其宽度方向的两侧有相同导电性的浓度更高的杂质扩散层。8．根据权利要求7所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述高浓度的杂质层是其内部浓度更高的双层结构的杂质层。9．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述强电场漂移层是将所述导电性基板上的多晶半导体层的一部分多孔化并氧化或氮化形成的半导体层，其周围由掺杂与构成所述导电体层的扩散层不同导电型的杂质的多晶半导体层或未掺杂的多晶半导体层包围，该多晶半导体层的上方以绝缘层覆盖。10．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述强电场漂移层是将所述导电性基板的导电体层上的多晶半导体层的一部分多孔化后再氧化或氮化形成的半导体层，去除导电性基板的导电体层之间及/或未形成导电性薄膜的半导体层的一部分或全部，在形成的槽的内表面形成或充填绝缘层构成。11．根据权利要求2所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述导电性基板由半导体基板构成，在与设置所述杂质扩散层的主表面相反侧的主表面形成电极构成。12．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述半导体基板是硅基板，在其上形成的多晶半导体层是多晶硅。13．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述强电场漂移层沿着所述导电体层的上面形成带状。14．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述强电场漂移层沿着所述导电体层以规定的间隔形成。15根据权利要求13或14所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述强电场漂移层是所述多晶半导体层的一部分被氧化或氮化的多孔多晶半导体层。16．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，所述强电场漂移层与此外的其他部位大致齐平地形成于所述导电性基板上，所述导电性薄膜跨越延伸到强电场漂移层与此外的其他部位。17．根据权利要求1所述的场发射型电子源阵列，其特征在于，在所述强电场漂移层上与其交叉地配置的带状导电性薄膜构成的表面电极在所述强电场漂移层上以外的区域宽度狭...

【专利技术属性】
技术研发人员：幡井崇，菰田卓哉，本多由明，相泽浩一，渡部祥文，栎原勉，近藤行广，冈直正，越田信义，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]