[0001]【産業上の利用分野】本発明は電子放出源となる冷陰極、特に鋭利な先端から電子を放出する電界放出型冷陰極とこれを用いた電子銃に関する。3504-3505,1968)。図6に、その冷陰極製造工程と構造の断面図を示す。以下に製造工程を簡単に述べる。単結晶シリコンからなる導電性基板1上に1μm厚の絶縁層2およびモリブデンからなるゲート電極3が形成されており、絶縁層2およびゲート電極3を貫通した直径約1.5μmのキャビティ4を形成する(図6(a))。(a)).次に、導電性基板1の中心を貫通する導電性基板1の法線を回転軸とし、導電性基板1を回転させながら法線から70°の方向よりアルミニウム(以下、Alと記す。(B)).【0003】次に、導電性基板1の中心を貫通する導電性基板1の法線を回転軸とし、導電性基板1を回転させながら法線方向より例えばモリブデン(以下、Moと記す。)等の高融点金属を真空蒸着法により蒸着する。Moにより形成される高融点金属層10がゲート電極3上に積層されるに従い、キャビティ4上に形成される高融点金属層10の孔は孔側面にもMoが堆積するため次第に小さくなる。10の孔を通過したMoはキャビティ4の底面に堆積するが、高融点金属層10の孔が小さくなるに従い堆積する面積が小さくなる。高融点金属層10の孔が完全に閉じるまでMoを堆積すれば、キャビティ4の底面に形成される堆積物(以下、エミッタコーン6と称する。)は円錐形状となる(図6(c))。7V/cm以上の電界が発生しエミッタコーン6の先端から電子が放出される。cone00μA以上の放出電流が観測されており、様々な応用案が提案されている。この素子を電子源とした微小な三極管によるスイッチング素子試作の試みや、マトリックス状に多数の素子を並べてなる平板のエミッション源により蛍光体を発生させるディスプレイパネル製作の試みがなされている。matrix.【0005】また、ゲート電極が抵抗値の異なる2層からなる電界放出型冷陰極が、特開平5−144370に開示されている。9(a),(b)に示す。15の外周を低抵抗層17で囲んでいる。図7に示す傾向は、エミッタコーン6から電子を放出させるに充分な電圧をゲート電極3に印加したときの特性であり、横軸は電界放出型冷陰極に2.5mmの距離で対向し電界放出型冷陰極から放出される電子を受け取る電極(以下、コレクタを称す。)に印加する電圧(以下、コレクタ電圧と称す。voltage.)の1/2乗、縦軸はエミッタコーン6からコレクタに流入する電流量(以下、エミッション電流と称す。)およびゲート電極に流入する電流量(以下、ゲート電流と称す)である。図7に示す通り、コレクタ電圧が低い場合、エミッション電流は低くなり、またゲート電極3に流入する電子が増加する傾向にある。エミッション電流がゲート電極に入る場合は、その電界の掛かり方からほぼキャビティ4開口部周辺のゲート電極3(以下、開口部13と称す。観察すると、開口部13に電子でボンバートされた跡が見られることでも明らかである。13.【0007】図8に、従来の熱陰極22を用いたブラウン管などに用いる電子銃(以下、CRT電子銃と称す。)における、陰極を含む陰極近傍の電極構造の断面図を示す。熱陰極22の内部構造及び熱陰極22を加熱するヒータを省略している。8電子銃を動作させたときの電位分布(熱陰極22のエミッションに関与する部分のみ)を、等電位線21を用いて示している。図8において、熱陰極22に最も近い電極を第一電極11、第一電極に次ぎ熱陰極に近い電極を第二電極12と称す。熱陰極22、第一電極11および第二電極12を支持する構体、及びCRTのこれら以外の部分を省略している。small,図8に示す等電位線21が形成されるようにCRT電子銃の電極に電位を印加する。熱陰極では、陰極表面に印加された電位の3/2乗に比例した量の電子を放出する。)のみから放出される。only.【0008】その他、ゲート電極に抵抗を形成する電界放出型冷陰極は特開平4−284324に提案されている。図10に示す様に電界放出型冷陰極は、各素子のゲート電極3は電気抵抗をもつゲート支線18とゲート電極3に電位を印加するゲート幹線19からなっている。[0009]【発明が解決しようとする課題】上述したように、コレクタ電圧が低い素子動作条件においては、ゲート電流の増加を誘発する。このゲート電流の増加による電圧降下によりゲート電圧は低下し、エミッション電流の低下を引き起こす。current.【0010】CRT電子銃に組み込み従来の熱陰極と同等の実装方法では、上記の電圧降下によりゲートに充分な電圧が印加できず動作できないという欠点を有する。applied.CRT電子銃への実装において、ゲート電極への電子突入を防止するため必要な領域にのみ電界放出型冷陰極を配する方法があるが、第一電極と電界放出型冷陰極の偏心度を無くすように電界放出型冷陰極を配する必要があり実用的ではない。ゲート電極・エミッタコーン間に導電性異物が付着した場合も、前記の電圧降下によりゲート電圧が低下し素子特性が劣化するという欠点を有する。小ブロック化した場合の課題を以下に述べる。小ブロック化した場合は中央の素子を除き各キャビティ4から高抵抗層16までの距離が異なる。従来技術における図6(c)で示す通り、高融点金属層10を積層する工程においてキャビティ4から高抵抗層16までの距離が異なると、高融点金属層10が均一に形成されずエミッタコーン6の形状が不均一になるという不具合を有する。6,ゲート電極3上に積層される高融点金属層10はきれいに積層されず、高融点金属層の孔はキャビティ4の中心を軸として均一に閉じない。特開平5−144370で開示された電界放出型冷陰極の構造において、これを防止するにはキャビティ4から高抵抗層16までの距離を充分にとる必要があるが、素子充填密度が低下してしまうという不具合を有する。ブロック化した素子ではブロック中央と周辺で低抵抗層間での距離が異なり、電位降下効果がばらついてしまうという不具合を有する。effect.【0012】また、CRTなどの電子銃に組み込んだ場合、素子群15の一部が電子放出領域14(図8)から外れた素子群15は動作しない状態となる。CRT等に用いる電子銃において電子放出領域14の半径は150μmないし300μmであり年々小径化の傾向にある。μmであり3×3のブロックを形成した場合1ブロックの大きさは最低20μmとなる。blocked,電子放出領域14の外周部分からはエミッションが得られないばかりか、RGB(赤、緑、青)の3電子銃構成とした場合、各々の陰極における動作素子が異なり、得られるエミッション量がばらついてしまうという不具合を有する。forキャビティ間距離を充分大きくする必要があり、高密度に素子を形成できないという欠点を有する。[0014]【課題を解決するための手段】本発明は、導電体もしくは表面に導電性層を有する絶縁体からなる基板上に1つもしくは複数の先端の尖ったエミッタコーンと前記エミッタコーンの先端を取り囲む開口部を有するゲート電極と前記基板と前記ゲート電極間に絶縁層を有する電界放出型冷陰極において、開口部は開口部以外の前記ゲート電極と材質を変えるか、電気抵抗を変えたことを特徴とする。to.【0015】本発明は、導電体もしくは表面に導電性層を有する絶縁体からなる基板上に1つもしくは複数の先端の尖ったエミッタコーンと前記エミッタコーンの先端を取り囲む開口部を有するゲート電極と前記基板と前記ゲート電極間に絶縁層を有する電界放出型冷陰極において、ゲート電極は2層の異なる導電層からなり、開口部は前記2層の異なる導電層の同心で孔径の異なる孔からなり、かつ前記開口部において前記絶縁層と接する側の前記ゲート電極導電層の孔径は前記絶縁層と接しない側の前記ゲート電極導電層の孔径よりも小さくすることを特徴とする。用いた電子銃が得られる。[0016]【作用】複数の電界放出型冷陰極(以下、素子と称す。)がアレイ状に配列された陰極において、一部の素子でゲート電極の開口部に電子が流れた場合、ゲート電極の開口部に抵抗を形成することにより、ゲート電極全体の電位を低下することなく、陰極は安定に動作することが出来る。開口部に抵抗を形成することにより、ゲート電極に電子が流れる素子のみを電気的に分離するため、必要最低限の素子の動作を停止することが出来、陰極の放出電子分布へのダメージは最低限に押さえることが出来る。cathode-電子銃の軸合わせが容易となる。[0018]【実施例】以下に、本発明の電界放出型冷陰極の実施例を図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施例である電界放出型冷陰極の断面図である。2は本発明の第1の実施例である電界放出型冷陰極の斜視図である。図1は図2A−A′部の断面図である。'section.例えば単結晶シリコンSiからなる導電性基板1上には、熱酸化法またはCVD法により厚さ1μmの二酸化シリコン、シリコン窒化膜等からなる絶縁層2が形成されている。絶縁層2上にはCVD法により厚さ0.3μmのポリシリコン層からなるゲート電極3が形成されている。ゲート電極3は、キャビティ4が形成される領域を中心に例えば2μmの円形領域を窒化膜等でマスクし、ゲート電極3の露出した領域にイオン注入法等により不純物を注入し導電性を与える。故に開口部近傍には、ドーナツ状の高抵抗の領域(以下、高抵抗領域5と称す。次に従来の電界放出型冷陰極の製造方法と同様に、フォトリソグラフィ技術およびRIE技術により開口径1μmのキャビティ4を形成し、また蒸着法および犠牲層エッチングによりエミッタコーン6が形成される。以上の工程により第1の実施例の電界放出型冷陰極が得られる。process.【0019】上述の通り、十分なアノード電圧を印加した場合、そしてキャビティ4内に導電性の異物の進入が無い場合、ゲート電流は流れない。operates.【0020】また、図5に本発明の第1の実施例の電界放出型冷陰極を従来のCRTなどに用いる電子銃に実装した時の断面図を示す。図5に示すように、電子放出領域14以外に存在する電界放出型冷陰極は、アノード電圧が十分印加されていない為、開口部に電子が入ることにより高抵抗領域5による電圧降下をおこしエミッタコーン6の先端に電界が掛からなくなり動作を停止する。Kakekara.よって、電子放出領域14に形成された電界放出型冷陰極のみが動作することができる。operated.【0021】図3は本発明の第2の実施例である電界放出型冷陰極の断面図である。inventionの実施例である電界放出型冷陰極の斜視図である。still,図3は図4A−A′部の断面図である。単結晶シリコンSiからなる導電性導電性基板1上には、熱酸化法またはCVD法により厚さ1μmの絶縁層2が形成されている。絶縁層2上には例えばCVD法によりポリシリコン層からなる第1ゲート層7を形成する。第1ゲート層7には不純物が低濃度注入されている。Firstゲート7上には、例えばスパッタリング法によりタングステンWまたはタングステンシリサイドWSiなどの高融点金属もしくは高融点金属混合物からなる低抵抗の第2ゲート層を形成する。リソグラフィ技術とドライエッチング技術を各々2回ずつ利用し、第1ゲート層7および第2ゲート層8には同心円の孔を形成する。第1ゲート層7および第2ゲート層8によりゲート電極7が形成される。第1ゲート層7及び第2ゲート層8の孔径は各々1μm、2μmである。ドライエッチング技術およびウェットエッチングによりキャビティ4が形成される。etching.また従来の電界放出型冷陰極の製造方法と同様に、蒸着法および犠牲層エッチングによりエミッタコーン6が形成される。以上の工程により第2の実施例の電界放出型冷陰極が得られる。本発明の第2の実施例において高抵抗領域5は、第2ゲート層8から露出した第1ゲート層7の領域となる。この第2の実施例の電界放出型冷陰極を電子銃の陰極として用いることができる。gate基板間が短絡した場合、ゲート電圧の低下による素子の動作不能を防止することができる。陰極表面において不均一なアノード電圧の印加を行う電子銃において、電極と陰極の電子放出方向に垂直方向のアライメント合わせを必要としない電界放出型冷陰極を提供することができる。DRAWINGS【図1】本発明の第1の実施例である電界放出型冷陰極の断面図である。invention.【図2】本発明の第1の実施例である電界放出型冷陰極の斜視図である。invention.【図3】本発明の第2の実施例である電界放出型冷陰極の断面図である。invention.【図4】本発明の第2の実施例である電界放出型冷陰極の斜視図である。invention.【図5】本発明の第1の実施例の電界放出型冷陰極を従来のCRTなどに用いる電子銃に実装した時の断面図である。Spindtが示す電界放出型冷陰極の製造工程と構造の断面図である。動作特性を示す図である。cathode.【図8】従来の熱陰極を用いたブラウン管などに用いる電子銃における陰極近傍の電極構造の断面図である。cathode.【図9】(a),(b)は特開平5−144370に示された電界放出型冷陰極の平面図および断面図である。JP-A-5-144370.【図10】特開平4−284324に示された電界放出型冷陰極の外観図である。cathodeまたは3に記載の電界放出型冷陰極を用いることを特徴とする電子銃。