電子發射元件以及具備該電子發射元件的攝像裝置的制作方法

專利名稱：電子發射元件以及具備該電子發射元件的攝像裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種電子發射元件以及具有該電子發射元件的攝像裝置，該電子發射元件具有使從面發射部發射出的電子聚焦的聚焦電扱。
背景技術：
近年來，關于不對陰極(陰極電極)加熱而通過使用電場使電子發射的技術，提出了所謂的面發射型電子發射元件(參照專利文獻1)，該面發射型電子發射元件具有層疊在電子發射層上的絕緣層以及貫通柵電極層的開ロ(發射凹部)以及層疊在柵電極層上以及開ロ的內周面的碳層，通過向柵電極層施加電壓，使得從在開ロ的底部露出的電子發射層發射出電子。
在先技術文獻專利文獻專利文獻I :國際公開2007-114103號公報

發明內容
發明所要解決的問題不過，在安裝時，在組裝到攝像裝置中的情況下，電子發射元件與具有陽極電極和光電轉換層的基板隔著真空空間相對配置，發射出的電子與光電轉換層的空穴結合，此時的電流被檢測為視頻信號。此時，為了使發射出的電子高效率地與光電轉換層的空穴碰撞，需要使電子的軌道(電子束)聚焦在光電轉換層的正面。因此，在上述的面發射型電子發射元件中，為了抑制發射出的電子的軌道(電子束)寬度，考慮設置通過施加與柵電極層不同電位的電壓而使電子進行電場聚焦的聚焦電極層。然而，如果像這樣做，則會由于在制造エ序的最后成膜在發射凹部的內周面的碳層，而導致柵電極層與聚焦電極層導通。由此，可以預料到存在柵電極層與聚焦電極層成為同電位，而無法使兩者間產生足夠的電位差，從而無法使電子聚焦的問題。鑒于上述問題，本發明的目的在于提供一種即使設置聚焦電極層，柵電極層與聚焦電極層也不會借助于碳層而導通的面發射型電子發射元件以及具有該電子發射元件的攝像裝置。解決問題的手段本發明的電子發射元件的特征在于，其具有電子發射層，其從面發射部發射電子；柵電極層，其隔著第I絕緣體層成膜在電子發射層的表面；聚焦電極層，其隔著第2絕緣體層成膜在柵電極層的表面，使發射出的電子聚焦；發射凹部，其貫通聚焦電極層、第2絕緣體層、柵電極層以及第I絕緣體層，在面發射部的表面開ロ成凹狀；以及碳層，其從聚焦電極層的表面一直成膜到發射凹部的內周面，碳層在第2絕緣體層的層端所面向的發射凹部的成膜部分處具有環狀的不連續部。根據上述結構，由于碳層的不連續部，使得聚焦電極層與柵電極層不會借助于碳層而導通，所以能夠向聚焦電極層施加與柵電極層不同電位的電壓，從而能夠使從面發射部發射的電子高效地聚焦。另外，尤其優選柵電極層以及聚焦電極層由鎢(W)構成，除此之外，也可以由Si、Al、Ti、TiN、Cu、Ag、Cr、Au、Pt、C等金屬構成。此外，優選電子發射層由非晶娃構成。該情況下，優選發射凹部具有上部發射凹部，其是對聚焦電極層以及第2絕緣體層進行刻蝕而形成的；以及下部發射凹部，其是對柵電極層以及第I絕緣體層以與上部發射凹部同軸且直徑較小的方式進行刻蝕而形成的。根據上述結構，構成上部發射凹部 的聚焦電極層以及第2絕緣體層的層端不會對發射出的電子的軌道構成妨礙(不會使電子束衰減)，能夠高效率地發射電子。該情況下，優選第2絕緣體層具有成膜在聚焦電極層側的上絕緣體層，以及成膜在柵電極層側且由相比于上絕緣體層刻蝕速率較高的材料構成的下絕緣體層，優選不連續部由超過上絕緣體層的層端進行刻蝕的下絕緣體層的層端所面向的不能成膜部構成。根據上述結構，下絕緣體層的層端相比于上絕緣體層的層端后退，形成不能成膜部，由此，能夠通過一次成膜在碳層自動形成不連續部。因此，能夠容易地制造出聚焦電極層與柵電極層不會借助于碳層而導通的電子發射元件。此外，通過在第2絕緣體層中設置刻蝕速率不同的2種絕緣體層，能夠在優先對下絕緣體層進行刻蝕時保護聚焦電極層。另外，優選上絕緣體層和下絕緣體層分別由PTEOS和PSIN構成，通過使用⑶E(Chemical Drv Etching :化學干式刻蝕)法的各向同性刻蝕,優先對下絕緣體層進行刻蝕。此外，該情況下，優選第2絕緣體層由相比于聚焦電極層刻蝕速率較高的材料構成，優選不連續部由超過聚焦電極層的層端進行刻蝕的第2絕緣體層的層端所面向的不能部成膜構成。根據上述結構，第2絕緣體層的層端相比于聚焦電極層的層端后退，形成不能成膜部，由此，能夠通過一次成膜在碳層自動形成不連續部。此外，構成第2絕緣體層的絕緣體層為單ー層即可，因此能夠減少絕緣體層的成膜エ序數。 另外，優選第2絕緣體層由PSIN構成，通過使用了⑶E法的各向同性刻蝕，優先對第2絕緣體層進行刻蝕。此外，該情況下，優選第2絕緣體層具有成膜在聚焦電極層側的上絕緣體層；成膜在柵電極層側的下絕緣體層；以及中間絕緣體層，其成膜在上絕緣體層與下絕緣體層之間，由相比于上絕緣體層以及下絕緣體層刻蝕速率較高的材料構成，優選不連續部由超過上絕緣體層的層端以及下絕緣體層的層端進行刻蝕的中間絕緣體層的層端所面向的不能成膜部構成。根據上述結構，中間絕緣體層的層端相比于上絕緣體層的層端后退，形成不能成膜部，由此，能夠通過一次成膜在碳層自動形成不連續部。此外，在第2絕緣體層中設置刻蝕速率不同的2種絕緣體層，由此，在對中間絕緣體層進行較深的刻蝕時，能夠通過上絕緣體層以及下絕緣體層來保護聚焦電極層以及柵電極。并且，第2絕緣體層由3層的絕緣體層構成，因此能夠加厚絕緣體層，能夠抑制在聚焦電極層和柵電極之間的漏電流(泄漏)。另外,優選上絕緣體層以及下絕緣體層由PTEOS構成，中間絕緣體層由PSIN構成，通過使用了 CDE法的各向同性刻蝕，優先對中間絕緣體層進行刻蝕。本實施方式另ー個電子發射元件的特征在于，其具備電子發射層，其從面發射部發射電子；柵電極層，其隔著第I絕緣體層成膜在電子發射層的表面；絕緣性的多個支柱部，其以包圍面發射部的方式部分地成膜在第I絕緣體層的表面；電極支撐層，其遍及成膜在多個支柱部之間；聚焦電極層，其與柵電極層之間存在絕緣空間，成膜在電極支撐層的背面，且使發射出的電子聚焦；發射凹部，其貫通電極支撐層、聚焦電極層、柵電極層以及第I絕緣體層，在面發射部的表面開ロ成凹狀；以及碳層，其從電極支撐層的表面一直成膜到發射凹部的內周面，碳層在絕緣空間的端部所面向的發射凹部的成膜部分具有環狀的不連續部。根據上述結構，通過絕緣空間形成成膜不能部，由此，能夠通過一次成膜在碳層自動形成不連續部。因此，能夠容易地制造出聚焦電極層與柵電極層不借助于碳層而導通的電子發射元件。此外，在聚焦電極層與柵電極層之間存在絕緣空間，因此能夠防止經由絕緣體層的漏電流(泄漏)。 該情況下，優選通過刻蝕將成膜在柵電極層與聚焦電極層之間的犧牲層除去，從而形成絕緣空間。根據上述結構，通過簡單的エ序就能夠在聚焦電極層與柵電極層之間形成絕緣空間。另外，采用濕式刻蝕(熱磷酸刻蝕法)來除去犧牲層，優選犧牲層由相比于絕緣性的支柱部刻蝕速率較高的材料，例如PSIN構成。此外，該情況下，優選發射凹部具有上部發射凹部，其在犧牲層的刻蝕的同時，通過對聚焦電極層進行刻蝕而形成；以及下部發射凹部，其通過對柵電極層以及第I絕緣體層以與上部發射凹部同軸且直徑較小的方式進行刻蝕而形成。根據上述結構，構成上部發射凹部的聚焦電極層層端不會對發射出的電子的軌道構成妨礙(不會使電子束衰減)，能夠高效率地發射電子。此外，該情況下，優選以使得聚焦電極層的電位低于柵電極層的電位的方式分別施加電壓。根據上述結構，能夠以比柵電極層低的電壓使聚焦電極發揮作用，因此能夠實現從整體上以低電壓使電子發射的電子發射元件。此外，優選在將柵電極層的電位設定為20V的情況下，柵電極層與聚焦電極層的電位差為O 13V。本發明的攝像裝置的特征在于，其具有電子發射基板部，其具有陰極以及上述的電子發射元件；以及受光基板部，其與電子發射基板部對面設置，具有光電轉換層以及陽極，在該受光基板部與電子發射基板部之間存在真空空間。根據上述結構，能夠提供能夠高效率地將發射出的電子聚焦在光電轉換層的正面上且檢測精度高而且省電的攝像裝置。


圖I是第I實施方式的電子發射元件的發射凹部周邊的放大剖面圖。圖2是示出第I實施方式的電子發射元件的發射凹部的形成エ序的圖。圖3是示出第I實施方式的電子發射元件的發射凹部的形成エ序的圖。圖4是示出第I實施方式的電子發射元件的發射凹部的第I變形例的放大剖面圖。
圖5是示出第I實施方式的電子發射元件的發射凹部的第2變形例的放大剖面圖。圖6是示出第I實施方式的攝像裝置的結構的示意剖面圖。圖7是第2實施方式的電子發射元件的發射凹部周邊的放大剖面圖。圖8是示出第2實施方式的電子發射元件的發射凹部的形成エ序的圖。圖9是示出第2實施方式的電子發射元件的發射凹部的形成エ序的圖。·圖10是示出第2實施方式的電子發射元件的發射凹部的形成エ序的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，對本發明的一個實施方式的電子發射元件以及具有該電子發射元件的攝像裝置進行說明。該電子發射元件是具有冷陰極型電子源的所謂的面發射型電子發射元件，此外，攝像裝置構成為，使以矩陣狀配置了多個該電子發射元件而得到的電子發射元件陣列與光電轉換膜相對，且與該光電轉換膜之間存在真空空間。<第I實施方式>如圖I所示，電子發射元件I具有陰極電極層2 ;層疊在陰極電極層2上的由非晶硅(a-Si)構成的電子發射層3 ;以及形成在電子發射層3上的由多個電極層和成膜在該多個電極層之間的絕緣體層構成的電極層部4。電極層部4具有成膜在電子發射層3上的第I絕緣體層5、成膜在第I絕緣體層5上的柵電極層6、成膜在柵電極層6上的第2絕緣體層7、以及成膜在第2絕緣體層7上的聚焦電極層8。此外，在電極層部4上，形成有貫通各層的、在底部露出電子發射層3的凹狀的電子發射凹部10，在該電子發射層3的露出部分構成了面發射部9即射出區域。而且，在聚焦電極層8的表面以及電子發射凹部10的內周面成膜有碳層11，該碳層11具有俯視圖為環狀的不連續部11a。另外，攝像元件(像素)113由電子發射元件I (電子發射凹部10)的陣列構成(圖6參照)，詳細內容將在后面進行敘述。當將陰極電極層2設為接地電位并向柵電極層6施加期望的電壓時，在電子發射層3的面發射部9產生強電場。電子發射層3內部的電子被形成的電場加速，由于隧道效應，從面發射部9發射出電子。此時，當電位比柵電極層6低的電壓被施加給聚焦電極層8(使二者具有電位差)吋，發射出的電子(電子束)被會聚，射束點被凝縮，而供給到后述的光電轉換層123的背面。成膜在柵電極層6的表面以及電子發射凹部10的內周面的碳層11將柵電極層6和面發射部9電導通，激勵電子的發射。此外，碳層11通過與由非晶硅構成的電子發射層3的相互作用，提高了面發射部9的電子發射性能。并且，本實施方式的碳層11在電子發射凹部10的內周面上具有環狀的不連續部11a，從而防止聚焦電極層8通過碳層11與柵電極層6導通(將在后面詳述)。電子發射凹部10具有被成膜在上部的聚焦電極層8以及第2絕緣體層7的層端圍起來的上部發射凹部IOa ；以及被柵電極層6以及第I絕緣體層5的層端圍起來的下部發射凹部10b，電子發射凹部10通過下文敘述的2次刻蝕而形成。聚焦電極層8以及第2絕緣體層7的層端相比于柵電極層6以及第I絕緣體層5的層端后退，由此形成了上部發射凹部10a，對于電子發射凹部10，整體而言上部相對于下部被擴展形成。由此，抑制聚焦電極層8的層端在從面發射部9發射出的電子的軌道上突出(構成阻礙)。
第2絕緣體層7具有成膜在聚焦電極層8側的上絕緣體層7a、以及成膜在柵電極層6側的下絕緣體層7b。聚焦電極層8的層端比上絕緣體層7a的層端后退，下絕緣體層7b的層端比聚焦電極層8以及上絕緣體層7a的層端后退。如圖所示，通過下絕緣體層7b的層端的后退，在柵電極層6與上絕緣體層7a之間形成了挑檐部12。另外，挑檐部12的下側成為權利要求中所說的“不能成膜部”。在電子發射凹部10的內周面，碳層11成膜在由于挑檐部12而除去絕緣體層7b的層端以外的電子發射凹部10的內周面，成膜在電子發射凹部10的內周面上的碳層11的、面向下絕緣體層7b的層端的部分形成了不連續部11a。碳層11具有該不連續部11a，由此，聚焦電極層8與柵電極層6不會借助于碳層11而導通，能夠向聚焦電極層8施加相比于柵電極層6低電位的電壓，能夠高效地使從面發射部9發射出的電子聚焦。另外，為了抑制不期望的漏電流(泄漏)以及不期望的碳層11導致的發熱，面發射部9沒有成膜碳層11。接著，對構成成膜在電極層部4上的各層的材料以及膜厚進行說明。柵電極層6由鎢(W)構成，成膜為膜厚IOOnm (1000 A ),,聚焦電極層8與柵電極層6 —祥由鎢構成，比柵 電極層6還薄，成膜為膜厚50nm(500A )。另外，優選柵電極層6以及聚焦電極層8中的任意一個的膜厚均成膜在10 200nm(l00 2000A)的范圍內。此外，柵電極層6以及聚焦電極層8也可以采用鎢以外的3しム1、11、11隊01、48、0、411、？扒(等金屬。第2絕緣體層7的上絕緣體層7a由通過等離子體CVD法而成膜的四こ氧基硅烷(PTEOS)構成，成膜為膜厚50nm(500A)。另ー方面，下絕緣體層7b由通過等離子體CVD法而成膜的硅氮化物(PSIN)構成，成膜為膜厚IOOnm(IOOOA)ti即，使柵電極層6與聚焦電極層8之間絕緣的膜厚(第2絕緣體層7的膜厚)為150nm(l500A )。優選第I絕緣體層5由與第2絕緣體層7的上絕緣體層7a相同的材料(PTEOS)成膜，成膜為膜厚350nm(3500A )。為了使柵電極層6與電子發射層3之間充分地絕緣，第I絕緣體層5以比第2絕緣體層7厚得多的方式成膜。另外，優選第I絕緣體層5以及第2絕緣體層7中的任意一個膜厚均成膜在50 IOOOnm(500 10000A )的范圍內。此外，認為在電子發射時，面發射部9因產生的強電場而被加熱從而被氧化，而由作為氧化物的PTEOS構成的第I絕緣體層5促進由非晶硅構成的面發射部9的氧化，提高了面發射部9的電子發射性能。對上部發射凹部IOa的內周面進行使用了 Q)E (Chemical Dry Etching :化學干式刻蝕)法的各向同性刻蝕，優先對下絕緣體層7b進行刻蝕，由此形成挑檐部12 (將在后面詳述)。具體而言，下絕緣體層7b相比于上絕緣體層7a被多刻蝕IOOnnu 1000A )，挑檐部12的縱深為IOOnm (1000 A )。關于構成上部發射凹部IOa的各層的CDE法的刻蝕速率，構成聚焦電極層8的鎢為大致40nm/分〔400 A/分)，構成上絕緣體層7a的PTEOS為大致Ilnm/分(110 A/分),構成下絕緣體層7b的PSIN為大致85nm/分(850 A/分)。即，形成挑檐部12的下絕緣體層7b由最容易被刻蝕的材料形成。而且，設定為向聚焦電極層8施加的電壓比向柵電極層6(碳層11)施加的電壓低，優選在將柵電極層的電位設定為20V的情況下，兩者的電位差為O 13V。由此，構成為以聚焦電極層8相比柵電極層6成為足夠低的電位的方式施加電壓，在整體上將針對電子發射元件I的施加電壓抑制得較低。以下，參照圖2和圖3，對電子發射元件I的制造方法進行說明。圖2示出上部發射凹部IOa的制造エ序。首先，在形成在圖外的基板上的陰極電極層2上，通過濺射法以及等離子體CVD法，依次對構成電子發射層3的非晶硅、構成第I絕緣體層5的PTEOS、構成柵電極層6的鎢、構成第2絕緣體層7的下絕緣體層7b的PSIN、構成第2絕緣體層7的上絕緣體層7a的PTEOS以及構成聚焦電極層8的鎢進行成膜(參照圖2 (a))。此時，將各層成膜為上面所述的膜厚(第I絕緣體層5的膜厚=350nm，柵電極層6的膜厚=IOOnm,下絕緣體層7b的膜厚=IOOnm,上絕緣體層7a的膜厚=50nm,聚焦電極層8的膜厚=50nm)。接著，在成膜于最上部的聚焦電極層8上，通過旋轉涂布法來涂布光刻膠層20，經過曝光/顯影エ序，在電子發射凹部10的形成位置處形成光刻膠圖案21 (參照圖2 (b))，該光刻膠圖案21具有與上部發射凹部IOa的開ロ尺寸相同尺寸的光刻膠除去部。另外,在實際的エ序中，為了構成電子發射元件I的陣列，將多個光刻膠除去部形成為矩陣狀。接著，沿著形成的光刻膠圖案21,通過RIE (Reactive Ion Etching ;反應性離子刻蝕)法,只對聚焦電極層8、上絕緣體層7a以及下絕緣體層7b (第2絕緣體層7)進行刻蝕(各向異性 刻蝕)。由此，在柵電極層6上，只去除聚焦電極層8、上絕緣體層7a以及下絕緣體層7b的一部分(圓形部分)，形成作為上部發射凹部IOa的開ロ 22 (參照圖2 (C))。進而，通過⑶E法對在柵電極層6上形成的開ロ 22進行刻蝕(各向同性刻蝕)。其結果為，各層中由在CDE法的情況下刻蝕速率較高的材料構成的層優先地被刻蝕，在開ロ22的內周面形成凹凸。如圖2 (d)所示，聚焦電極層8的層端相比于上絕緣體層7a的層端后退，下絕緣體層7b的層端相比于聚焦電極層8以及上絕緣體層7a的層端后退，由于在3層中最后退的下絕緣體層7b的層端，從而在柵電極層6與上絕緣體層7a之間形成空間，構成挑檐部12。此時，控制刻蝕動作，以使得挑檐部12的大小(上絕緣體層7a的層端與下絕緣體層7b的層端的差)為lOOnmUOOOA )。然后，只除去光刻膠層20。圖3示出下部發射凹部IOb的制造エ序。圖3 Ca)示出除去光刻膠層20而形成了上部發射凹部IOa的狀態。首先，在聚焦電極層8的表面以及露出的柵電極層6上，通過旋轉涂布法來涂布光刻膠層30，經過曝光/顯影エ序，形成光刻膠圖案31，該光刻膠圖案31具有與下部發射凹部IOb的開ロ尺寸相同尺寸的光刻膠除去部。此時，以與上部發射凹部IOa在同軸上(同心上)且直徑減小的方式形成光刻膠圖案31 (參照圖3 (b))。然后，通過RIE法，隔著形成的光刻膠圖案31對柵電極層6以及第I絕緣體層5進行刻蝕(各向異性刻蝕)。由此，在電子發射層3上形成除去了柵電極層6以及第I絕緣體層5的開ロ 32。SP，形成下部發射凹部10b，在其底部露出電子發射層3 (面發射部9)(參照圖3 (C))。然后，只除去光刻膠層30 (參照圖3 (d))。然后，在最后，在聚焦電極層8的表面直至電子發射凹部10的內周面，通過濺射法等來成膜碳層11 (參照圖I)。此時，下絕緣體層7b優先地被刻蝕，在相對突出的挑檐部12的下側，沒有成膜碳層11，碳層11中自動地形成環狀的不連續部Ila (不能成膜部)。由此，形成成膜了碳層11的電子發射凹部10。由此，下絕緣體層7b的層端相比于上絕緣體層7a的層端后退而形成了挑檐部，由此能夠通過一次成膜而在碳層中容易地形成不連續部。此外，在優先對下絕緣體層7b進行刻蝕時，上絕緣體層7a能夠保護聚焦電極層8。以下，參照圖4和圖5，對本實施方式的變形例進行說明。圖4示出本實施方式的第I變形例的電子發射元件I。如圖所示，本變形例的第2絕緣體層7具有成膜在聚焦電極層8側的上絕緣體層7a ;成膜在柵電極層6側的下絕緣體層7b ;以及成膜在上絕緣體層7a以及下絕緣體層7b之間的中間絕緣體層7c。上絕緣體層7a以及下絕緣體層7b由PTEOS構成，中間絕緣體層7c由PSIN構成。因此，通過基于上部發射凹部IOa形成時的⑶E法的各向同性刻蝕，由刻蝕速率較高的材料構成的中間絕緣體層7c優先被刻蝕，在上部發射凹部IOa的內周面形成凹凸。如圖所示，聚焦電極層8的層端相比于上絕緣體層7a以及下絕緣體層7b的層端后退，中間絕緣體層7c的層端相比于聚焦電極層8、上絕緣體層7a以及下絕緣體層7b的層端后退，借助于后退的中間絕緣體層7c的層端，在上絕緣體層7a與下絕緣體層7b之間形成挑檐部12。通過該挑檐部12，形成碳層11的不連續部11a。另外，各層的膜厚分別為50nm(500A )，在整體上第2絕緣體層7的膜厚為150nm(l500A )。由此，本變形例的第2絕緣體層7在上絕緣體層7a和下絕緣體層7b的中間成膜中間絕緣體層7c，由此，在優先地對中間絕緣體層7c進行刻蝕時，能夠保護聚焦電極層8以及柵電極層6。
圖5示出本實施方式的第2變形例的電子發射元件I。如圖所示，本變形例的第2絕緣體層7不具有刻蝕速率不同的多個層，而是由PSIN構成的単一的層。因此，通過形成上部發射凹部IOa時的基于CDE法的各向同性刻蝕，相比于聚焦電極層8以及柵電極層6，第2絕緣體層7優先被刻蝕。借助于后退的第2絕緣體層7的層端，在聚焦電極層8與柵電極層6之間形成挑檐部12，通過該挑檐部12，形成碳層11的不連續部11a。另外，第2絕緣體層7的膜厚為150nm(いuOA )。由此，因為本變形例的第2絕緣體層7由單ー的層構成，所以能夠減少絕緣體層的成膜エ序數。接著，參照圖6，對搭載了上述電子發射元件I的攝像裝置100進行說明。圖6是示意性地表示攝像裝置100的剖面圖，如該圖所示，攝像裝置100具備制作進了多個電子發射元件I的電子發射基板部110 ;成為發射出的電子的目標的受光基板部120，其與電子發射基板部110對向配置，在受光基板部120與電子發射基板部110之間存在真空空間；以及間隔配置在電子發射基板部110和受光基板部120之間的、控制發射出的電子的軌道的網狀電極130。電子發射基板部110具備硅基板111 ;形成在硅基板111上的驅動電路層112 ；以及在驅動電路層112上形成為矩陣狀的多個攝像元件113。各攝像元件113作為ー個像素發揮作用，由將多個電子發射元件I配置為矩陣狀而得到的電子發射元件陣列114構成。即，構成I個攝像単元113的電子發射元件陣列114作為整體進行驅動。在以硅作為材料的基板上，制作進驅動電子發射元件陣列114 (電子發射元件I)的MOS晶體管陣列(開關)以及由控制MOS晶體管陣列的水平/垂直掃描電路構成的驅動電路(圖示省略)，從而構成驅動電路層112。而且，多個電子發射元件陣列114 (攝像元件113)被驅動電路逐點順序驅動(掃描)。受光基板部120具有透明的玻璃基板121 ;層疊在玻璃基板121背面的陽極電極層122 (透明電極)；以及層疊在陽極電極層122背面的光電轉換層123。當向陽極電極層122施加電壓時，在光電轉換層123產生的空穴被來自玻璃基板121側的入射光加速，在光電轉換層123的背面附近，形成對應于入射光像的空穴圖案(圖示省略)。網狀電極130控制發射出的電子的軌道，并且為了吸收剩余電子，被配設在電子發射基板部110與受光基板部120之間。另外，雖然未圖示，但受光基板部120具有供給驅動受光基板部120所需要的信號和/或電壓的電路、和/或輸出檢測出的視頻信號的電路等。對于該攝像裝置100，從電子發射基板部110的電子發射凹部10發射出的電子通過網狀電極130的孔131，與成長在受光基板部120的光電轉換層123的正面附近的空穴圖案結合，結合時的電流作為視頻信號被檢測，由此來拍攝視頻。即，在光電轉換層123中，由于反映入射光像的空穴圖案導致了每個攝 像元件113的空穴的蓄積量不同，從而檢測到不同的視頻信號，該視頻信號的強弱作為明暗被感知。另外，也可以在受光基板部120 (玻璃基板121)的表面形成彩色濾光片。在此情況下，由于分別引入了 R/G/B圖像(視頻)，因此，能夠進行彩色拍攝。 く第2實施方式>以下，參照圖7至圖10，對本發明第2實施方式進行說明。在本實施方式中，構成為，相比于上述的第I實施方式，將在聚焦電極層8與柵電極層6之間設置的絕緣體層抑制在最小限度。另外，在以下的說明中，與第I實施方式相同的結構部分標注相同的符號并省略詳細的說明。如圖7所示，第2實施方式的電子發射元件I具有陰極電極層2 ;層疊在陰極電極層2上的電子發射層3 ;以及形成在電子發射層3上的電極層部4。電極層部4具有成膜在電子發射層3上的第I絕緣體層5 ;成膜在第I絕緣體層5上的柵電極層6 ;與柵電極層6離開(隔著間隔部50)而形成的聚焦電極層8 ;從第I絕緣體層5貫通柵電極層6以及聚焦電極層8的絕緣性的多個支柱部51 ;以及絕緣性的電極支撐層52，其成膜在聚焦電極層8以及多個支柱部51上，且在背面支撐聚焦電極層8。該情況下，多個支柱部51形成將形成了多個的電子發射凹部10圍起來的假想的正方形(相當于像素)的4個角部(參照圖8)。而且，在電極層部4上，在避開支柱部51的位置處形成電子發射凹部10，該電子發射凹部10貫通各層，面發射部9在其底部露出。并且，碳層11成膜在電極支撐層52的表面以及電子發射凹部10的內周面上。碳層11在聚焦電極層8與柵電極層6之間的間隔部50中，具有環狀的不連續部11a。通過該不連續部11a，防止聚焦電極層8借助于碳層11與柵電極層6導通。另外，間隔部50相當于權利要求中所說的“絕緣空間”，進而相當于權利要求中所說的“不能成膜部”。電子發射凹部10具有被電極支撐層52、聚焦電極層8的層端以及間隔部50圍起來的上部發射凹部IOa ;以及被柵電極層6以及第I絕緣體層5的層端圍起來的下部發射凹部10b。電極支撐層52以及聚焦電極層8的層端相比于柵電極層6以及第I絕緣體層5的層端后退，由此形成上部發射凹部10a，對于電子發射凹部10，整體而言上部相對于下部被擴展形成。由此，抑制聚焦電極層8的層端在從面發射部9發射出的電子的軌道上突出。在電子發射凹部10的內周面，碳層11成膜在除間隔部50以外的電子發射凹部10的內周面上，形成面向間隔部50的環狀的不連續部11a。碳層11具有該不連續部11a，由此，聚焦電極層8與柵電極層6不會借助于碳層11而導通，能夠向聚焦電極層8施加相比于柵電極層6低電位的電壓，能夠高效地使從面發射部9發射出的電子聚焦。此外，間隔部50作為聚焦電極層8與柵電極層6之間的絕緣空間而發揮作用，能夠有效地防止漏電流(泄漏)。另外，為了抑制不期望的漏電流(泄漏)以及不期望的碳層11導致的發熱，面發射部9沒有成膜碳層11。構成成膜在電極層部4的各層的材料與第I實施方式相同，只有本實施方式的電極層部4具有的支柱部51以及電極支撐層52由PTEOS構成。此外，在間隔部50形成時除去的犧牲層53 (參照圖10)由相比于構成柵電極層6以及聚焦電極層8的鎢以及構成支柱部51和電極支撐層52的PTE0S，在熱磷酸刻蝕中的刻蝕速率較高的PSIN構成。此外，各層的膜厚也與第I實施方式相同，但優選以間隔部50的厚度為150nm( 1500 A )的方式構成支柱部51。這是為了充分確保聚焦電極層8與柵電極層6之間的支柱部51的絕緣性。以下，參照圖8和圖9對第2實施方式的電子發射元件I的制造方法進行說明。各圖示出電子發射元件I的俯視圖(右圖)，以及俯視圖中的A - A剖面圖(左圖)。另外，俯視圖(右圖)中用虛線圍起來的方形部分相當于I個電子發射元件I。圖8示出將聚焦電極層8與柵電極層6隔開空間進行支撐的支柱部51以及電極支撐層52的形成エ序。首先，在形成在圖外的基板上的陰極電極層2上，通過濺射法以及 等離子體CVD法，依次對構成電子發射層3的非晶硅、構成第I絕緣體層5的PTE0S、構成柵電極層6的鎢、構成形成間隔部50的犧牲層53的PSIN以及構成聚焦電極層8的鎢進行成膜(參照圖8 (a))。此時，將各層成膜為上面所述的膜厚(第I絕緣體層5的膜厚=350nm，柵電極層6的膜厚=IOOnm,犧牲層53的膜厚=150nm,聚焦電極層8的膜厚=50nm)。接著，在聚焦電極層8上，通過旋轉涂布法來涂布光刻膠層60，經過曝光/顯影エ序，在支柱部51的形成位置處形成光刻膠圖案61，該光刻膠圖案61具有與支柱部51的剖面相同尺寸的光刻膠除去部。如圖8 (b)所示，在電子發射元件I的四角上，形成4個以各頂點為中心的十字狀的光刻膠圖案61。另外，在實際的エ序中，為了構成電子發射元件I的陣列，將多個光刻膠除去部形成為矩陣狀。接著，隔著所形成的光刻膠圖案61，通過RIE法對聚焦電極層8、犧牲層53以及柵電極層6進行刻蝕(各向異性刻蝕)。然后，只除去光刻膠層60。接著，通過等離子體CVD法，在所形成的支柱部形成開ロ 62以及聚焦電極層8的表面上成膜構成支柱部51以及電極支撐層52的PTEOS (參照圖8 (C))。圖9示出電子發射凹部10的制造エ序。在所成膜的電極支撐層52上通過旋轉涂布法涂布光刻膠層20，經過曝光/顯影エ序，在電子發射凹部10形成位置處形成光刻膠圖案21，該光刻膠圖案21具有與上部發射凹部IOa的開ロ相同尺寸的光刻膠除去部，通過RIE法對電極支撐層52、聚焦電極層8以及犧牲層53進行刻蝕(各向異性刻蝕)(參照圖9(a))。然后，只除去光刻膠層20。接著，在犧牲層53以及露出的柵電極層6上，通過旋轉涂布法涂布光刻膠層30，經過曝光/顯影エ序，形成具有與下部發射凹部IOb的開ロ相同尺寸的光刻膠除去部的光刻膠圖案31，通過RIE法對柵電極層6以及第I絕緣體層5進行刻蝕(各向異性刻蝕)(參照圖9 (b))。此時，以與上部發射凹部IOa在同軸上(同心上)且直徑減小的方式形成光刻膠圖案31。由此，在電子發射層3上，柵電極層6以及第I絕緣體層5被開ロ，在底部露出電子發射層3 (面發射部9)。然后，只除去光刻膠層30。圖10示出間隔部50的形成エ序。圖10 (a)示出除去光刻膠層30而形成了電子發射凹部10的狀態。使用作為濕式刻蝕的熱磷酸刻蝕法，選擇性地對成膜在聚焦電極層8與柵電極層6之間的犧牲層53進行刻蝕，形成間隔部50 (參照圖10 (b))。由此，在電子發射元件I的支柱部51以外的部分中，聚焦電極層8與柵電極層6隔著絕緣空間而離開。
然后，在最后，在電極支撐層52的表面直至電子發射凹部10的內周面，通過濺射法等成膜碳層11 (參照圖7)。此時，在犧牲層53被選擇性地刻蝕而得到的間隔部50，沒有成膜碳層11，在碳層11形成環狀的不連續部11a。由此，通過聚焦電極層8與柵電極層6之間的絕緣空間(間隔部50)，能夠通過一次成膜而在碳層自動地形成不連續部，并且，能夠防止經由絕緣體層的漏電流(泄漏)。此外，在選擇性地刻蝕間隔部50時，關 于犧牲層53，間隔部50由相比于支柱部51在熱磷酸刻蝕法的情況下的刻蝕速率較高的材料構成，因此,支柱部51作為針對過度刻蝕的剩余部分仍舊發揮作用。根據上述結構，電子發射元件I在電子發射凹部10的內周面中，在聚焦電極層8與柵電極層6之間具有碳層11的不能成膜部(挑檐部12或者間隔部50)，因此，在碳層11形成環狀的不連續部11a，聚焦電極層8與柵電極層6不會借助于碳層11而導通。由此，能夠向聚焦電極層8施加與柵電極層6不同電位的電壓，能夠高效地使電子的軌道聚焦。而且，具備電子發射元件I的攝像裝置100能夠高效地使發射出的電子在光電轉換層123的正面聚焦，攝像裝置100是節電型且檢測精度較高的裝置。標號說明I:電子發射元件 2:陰極電極層3 電子發射層5 第I絕緣體層6:柵電極層7:第2絕緣體層7a :上絕緣體層7b :下絕緣體層7c:中間絕緣體層 8:聚焦電極層9 :面發射部10 :電子發射凹部IOa :上部發射凹部 IOb :下部發射凹部11 :碳層Ila :不連續部12:挑檐部50:間隔部51 :支柱部52:電極支撐層100:攝像裝置110:電子發射基板部120:受光基板部 122:陽極電極層123:光電轉換層130:網狀電極
權利要求
1.一種電子發射兀件，其中，該電子發射兀件具有 電子發射層，其從面發射部發射電子； 柵電極層，其隔著第I絕緣體層成膜在所述電子發射層的表面； 聚焦電極層，其隔著第2絕緣體層成膜在所述柵電極層的表面，使發射出的電子聚焦；發射凹部，其貫通所述聚焦電極層、所述第2絕緣體層、所述柵電極層以及所述第I絕緣體層，在所述面發射部的表面開ロ成凹狀；以及 碳層，其從所述聚焦電極層的表面一直成膜到所述發射凹部的內周面， 所述碳層在所述第2絕緣體層的層端所面向的所述發射凹部的成膜部分處具有環狀的不連續部。
2.根據權利要求I所述的電子發射元件，其中，所述發射凹部具有 上部發射凹部，其是對所述聚焦電極層以及所述第2絕緣體層進行刻蝕而形成的；以及 下部發射凹部，其是對所述柵電極層以及所述第I絕緣體層以與所述上部發射凹部同軸且直徑小的方式進行刻蝕而形成的。
3.根據權利要求2所述的電子發射元件，其中， 所述第2絕緣體層具有成膜在所述聚焦電極層側的上絕緣體層、以及成膜在所述柵電極層側且由相比于所述上絕緣體層刻蝕速率高的材料構成的下絕緣體層， 所述不連續部由超過所述上絕緣體層的層端進行刻蝕的所述下絕緣體層的層端所面向的不能成膜部構成。
4.根據權利要求2所述的電子發射元件，其中， 相比于所述聚焦電極層，所述第2絕緣體層由刻蝕速率高的材料構成， 所述不連續部由超過所述聚焦電極層的層端進行刻蝕的所述第2絕緣體層的層端所面向的不能成膜部構成。
5.根據權利要求2所述的電子發射元件，其中， 所述第2絕緣體層具有成膜在所述聚焦電極層側的上絕緣體層；成膜在所述柵電極層側的下絕緣體層；以及中間絕緣體層，該中間絕緣體層成膜在所述上絕緣體層與所述下絕緣體層之間，由相比于所述上絕緣體層以及所述下絕緣體層刻蝕速率高的材料構成，所述不連續部由超過所述上絕緣體層的層端以及所述下絕緣體層的層端進行刻蝕的所述中間絕緣體層的層端所面向的不能成膜部構成。
6.—種電子發射兀件，其中，該電子發射兀件具有 電子發射層，其從面發射部發射電子； 柵電極層，其隔著第I絕緣體層成膜在所述電子發射層的表面； 絕緣性的多個支柱部，其以包圍所述面發射部的方式部分地成膜在所述第I絕緣體層的表面； 電極支撐層，其遍及成膜在所述多個支柱部之間； 聚焦電極層，其與所述柵電極層之間存在絕緣空間，成膜在所述電極支撐層的背面，且使發射出的電子聚焦； 發射凹部，其貫通所述電極支撐層、所述聚焦電極層、所述柵電極層以及所述第I絕緣體層，在所述面發射部的表面開ロ成凹狀；以及碳層，其從所述電極支撐層的表面一直成膜到所述發射凹部的內周面， 所述碳層在所述絕緣空間的端部所面向的所述發射凹部的成膜部分處具有環狀的不連續部。
7.根據權利要求6所述的電子發射元件，其中， 通過刻蝕將成膜在所述柵電極層與所述聚焦電極層之間的犧牲層除去，由此形成所述絕緣空間。
8.根據權利要求7所述的電子發射元件，其中，所述發射凹部具有 上部發射凹部，其是在所述犧牲層的刻蝕的同時對所述聚焦電極層進行刻蝕而形成的；以及 下部發射凹部，其是對所述柵電極層以及所述第I絕緣體層以與所述上部發射凹部同軸且直徑小的方式進行刻蝕而形成的。
9.根據權利要求2所述的電子發射元件，其中， 以使得所述聚焦電極層的電位低于所述柵電極層的電位的方式分別施加電壓。
10.一種攝像裝置，其中，該攝像裝置具備 電子發射基板部，其具有陰極以及權利要求I至9中任意一項所記載的電子發射元件；以及 受光基板部，其面對所述電子發射基板部，具有光電轉換層以及陽極，在該受光基板部與所述電子發射基板部之間存在真空空間。
全文摘要
本發明的技術問題是提供一種即使設置聚焦電極層(8)，柵電極層(6)以及聚焦電極層也不會借助碳層(11)導通的面發射型電子發射元件(1)以及具有該電子發射元件的攝像裝置。作為解決上述技術問題的手段，電子發射元件具有從面發射部(9)發射電子的電子發射層(3)；柵電極層，其隔著第1絕緣體層(5)成膜在電子發射層的表面；聚焦電極層，其隔著第2絕緣體層(7)成膜在柵電極層的表面，使發射出的電子聚焦；發射凹部(10)，其貫通聚焦電極層、第2絕緣體層、柵電極層以及第1絕緣體層，在面發射部的表面開口成凹狀；以及碳層，其成膜在從聚焦電極層的表面直至發射凹部的內周面，碳層在第2絕緣體層的層端面向的發射凹部的成膜部分具有環狀的不連續部(11a)。
文檔編號H01J29/04GK102696089SQ20108006089
公開日2012年9月26日 申請日期2010年1月7日 優先權日2010年1月7日
發明者中井淳, 吉成正樹, 秋山周哲 申請人:日本先鋒公司, 日本先鋒微電子技術公司