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JP2009081017A - Field emission electron source device - Google Patents

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JP2009081017A
JP2009081017A JP2007248616A JP2007248616A JP2009081017A JP 2009081017 A JP2009081017 A JP 2009081017A JP 2007248616 A JP2007248616 A JP 2007248616A JP 2007248616 A JP2007248616 A JP 2007248616A JP 2009081017 A JP2009081017 A JP 2009081017A
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Japan
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electron source
source device
electrode
electron
hole
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Application number
JP2007248616A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiki Hayashida
芳樹 林田
Keisuke Koga
啓介 古賀
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Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a filed emission type electron source device having improved the ability of reading signal charges by reducing the flow-in amount of a beam current to a shield electrode to increase the beam current amount irradiated to a target. <P>SOLUTION: The field emission type electron source device includes: an electron source array in which a plurality of emitters for emitting electrons are provided; a photoelectric conversion film in which a predetermined operation is performed by electron beams emitted from the electron source array; and an electrode having a plurality of through holes each of which inner wall surface is covered with a film of a secondary electron radiating material between the electron source array and the photoelectric conversion film. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は電界放出型電子源を用いた電界放出型撮像装置に関するものである。   The present invention relates to a field emission imaging device using a field emission electron source.

近年、半導体微細加工技術の進展により、半導体などの基板にミクロンオーダーの微細な冷陰極構造を多数集積化する真空マイクロエレクトロニクス技術が注目を集めている。これらの技術によって得られる微小冷陰極構造を備えた電界放出型電子源アレイは、平面型の電子放出特性や高い電流密度が期待できること、熱陰極とは異なりヒーター等の熱源を必要としないこと等から、低消費電力型の次世代フラットディスプレイ、センサ、平面型撮像装置の電子源として期待が集まっている。   In recent years, with the progress of semiconductor microfabrication technology, vacuum microelectronic technology that integrates a large number of micron-order cold cathode structures on a substrate such as a semiconductor attracts attention. Field emission electron source array with a micro cold cathode structure obtained by these technologies can be expected to have planar electron emission characteristics and high current density, and does not require a heat source such as a heater unlike a hot cathode. Therefore, expectation is gathered as an electron source for low power consumption next generation flat displays, sensors, and planar imaging devices.

電界放出型電子源アレイを用いた平面型撮像装置の一例として、その基本構成を図7に示す。前面パネル1と、背面パネル2と、側面外周器3とを備え、これらはフリットガラスやインジウム等の封着材料4により固着固定され、その内部が真空に保持されている。前面パネル1の内面には、外部からの入射光を透過する陽極電極5が形成され、その表面にターゲット6として、硫化アンチモン、セレン等からなる光電変換膜が形成されている(例えば、特許文献1参照。)。   FIG. 7 shows the basic configuration of an example of a planar imaging device using a field emission electron source array. A front panel 1, a back panel 2, and a side peripheral device 3 are provided, which are fixedly fixed by a sealing material 4 such as frit glass or indium, and the inside thereof is held in a vacuum. An anode electrode 5 that transmits incident light from the outside is formed on the inner surface of the front panel 1, and a photoelectric conversion film made of antimony sulfide, selenium, or the like is formed as a target 6 on the surface (for example, Patent Documents). 1).

背面パネル2の内面には、複数の冷陰極素子(エミッタ)と、各冷陰極素子の周辺に形成された絶縁層及び冷陰極素子から電子を取り出す為の電圧を印加するゲート電極等からなる周辺素子とが集積一体化された電界放出型電子源アレイ7が形成された半導体基板8が設置されている。冷陰極素子から放出された電子ビーム9をターゲット6にランディングさせて、入射光によりターゲット6中で発生・蓄積された信号電荷の空間分布を時系列電気信号として外部に取り出し、ターゲット6上に結像した画像を読み取ることができる。   The inner surface of the back panel 2 has a plurality of cold cathode elements (emitters), an insulating layer formed around each cold cathode element, and a periphery including a gate electrode for applying a voltage for extracting electrons from the cold cathode element A semiconductor substrate 8 on which a field emission electron source array 7 in which elements are integrated and integrated is formed. The electron beam 9 emitted from the cold cathode device is landed on the target 6, and the spatial distribution of signal charges generated and accumulated in the target 6 by the incident light is taken out to the outside as a time-series electric signal and connected to the target 6. The imaged image can be read.

しかし、冷陰極素子7からは、電子ビームが広がりを持って放出されるため、この構成では、光電変換膜に到達する電子ビームはある程度の広がりを持つことになる。このため、ターゲット6上の隣接する画素の走査面電位の一部もしくは全部をも読み取ることになり、解像度の劣化や偽信号の読み取りが発生するという問題がある。   However, since the electron beam is emitted from the cold cathode element 7 with a spread, in this configuration, the electron beam that reaches the photoelectric conversion film has a certain spread. For this reason, part or all of the scanning surface potential of the adjacent pixels on the target 6 is also read, and there is a problem that resolution degradation and false signal reading occur.

そこで、電界放出型電子源アレイとターゲットとの間に複数の貫通孔を有するシールド−グリッド電極を配置し、電子ビームの広がりを抑え、解像度を向上する手段が提案されている。電子放出領域からの電子ビームの広がりをシールド−グリッド電極で抑えながらターゲットに蓄積された信号電荷を読み取るので、隣接する画素の電荷読み取りが減少し、高解像度化が実現されている。また光電変換膜中から放出されるガスによる正イオン、余剰電子からエミッタとゲート電極の損傷が防護され、陰極アレイの動作安定、低雑音も実現している(例えば、特許文献2参照。)。
特開平6−176704号公報 特開2000−48743号公報
In view of this, a means has been proposed in which a shield-grid electrode having a plurality of through holes is arranged between a field emission electron source array and a target to suppress the spread of the electron beam and improve the resolution. Since the signal charge accumulated in the target is read while suppressing the spread of the electron beam from the electron emission region by the shield-grid electrode, the charge reading of the adjacent pixels is reduced and high resolution is realized. Further, damage to the emitter and the gate electrode is protected from positive ions and surplus electrons caused by the gas emitted from the photoelectric conversion film, and operation stability and low noise of the cathode array are realized (see, for example, Patent Document 2).
JP-A-6-176704 JP 2000-48743 A

しかしながら、前記従来の構成では、電子源アレイとターゲットとの間にシールド−グリッド電極が存在すると、電子源アレイから放射される電子ビームの大半がシールド−グリッド電極に流れ込むので、ターゲットに到達するビーム電流は大幅に減少する。ターゲットに到達するビーム電流が減ると、ターゲットに蓄積された信号電荷の読み取り能力が低下し、鮮明な画像を撮像することが困難となる。これを補うためには、電子源アレイからの電子放射量を増やし、高いビーム電流量で動作させる必要がある。しかしながら、ゲート電極に高電圧を印加してエミッタに高負荷をかける必要があるため、エミッタ−ゲート電極間での絶縁破壊や電子源の寿命低下を招くという問題を生じる。このため、十分な感度が得られる電子ビームをターゲットへ照射することができないという課題を有していた。   However, in the conventional configuration, when a shield-grid electrode exists between the electron source array and the target, most of the electron beams radiated from the electron source array flow into the shield-grid electrode. The current is greatly reduced. When the beam current that reaches the target decreases, the reading ability of the signal charges accumulated in the target decreases, and it becomes difficult to capture a clear image. In order to compensate for this, it is necessary to increase the amount of electron emission from the electron source array and operate with a high beam current. However, since it is necessary to apply a high voltage to the gate electrode to apply a high load to the emitter, there arises a problem that dielectric breakdown occurs between the emitter and the gate electrode and the life of the electron source is reduced. For this reason, there has been a problem that an electron beam with sufficient sensitivity cannot be irradiated onto the target.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、シールド電極へのビーム電流の流れ込み量を低減することによりターゲットへ照射するビーム電流量を増加させて、信号電荷の読み取り能力を向上した電界放出型電子源装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and reduces the amount of beam current flowing into the shield electrode, thereby increasing the amount of beam current irradiated to the target and improving the signal charge reading capability. An object of the present invention is to provide a type electron source device.

前記従来の課題を解決するために、本発明の電界放出型電子源装置は、電子を放出するエミッタが複数設けられた電子源アレイと、前記電子源アレイから放出された電子ビームにより所定の動作を行う光電変換膜と、前記電子源アレイと前記光電変換膜との間に内壁表面が二次電子放射物質の膜で被覆された複数の貫通孔を持つ電極と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described conventional problems, a field emission electron source device according to the present invention has a predetermined operation by an electron source array provided with a plurality of emitters for emitting electrons, and an electron beam emitted from the electron source array. And an electrode having a plurality of through holes whose inner wall surface is covered with a film of a secondary electron emitting material between the electron source array and the photoelectric conversion film. To do.

本発明の電界放出型電子源装置によれば、貫通孔側面に電子ビームが衝突することで二次電子放射物質から電子が放射されるとともに、貫通孔側面に衝突した電子と、二次電子放射物質から放出された電子が散乱するので、貫通孔側面への電子の衝突機会が増え、二次電子の増倍率が向上することで、ターゲットへの照射電流が増え、ターゲットの信号電荷の読み取り感度が向上し、鮮明な画像を撮像することができる。
前記二次電子放射物質としては、酸化マグネシウム、酸化ベリリウムのいずれかを含む膜であることが好ましい。これらの物質は二次電子放出比が1を超えるので、貫通孔側面に衝突したビーム電流以上の電流をターゲットに照射させることができる。
According to the field emission electron source device of the present invention, electrons are emitted from the secondary electron emitting material when the electron beam collides with the side surface of the through-hole, and the electrons colliding with the side surface of the through-hole and the secondary electron emission Since electrons emitted from the material are scattered, the chance of collision of electrons with the side surface of the through hole is increased, the secondary electron multiplication factor is improved, the irradiation current to the target is increased, and the signal charge reading sensitivity of the target is increased. Can be improved and a clear image can be taken.
The secondary electron emitting material is preferably a film containing either magnesium oxide or beryllium oxide. Since these materials have a secondary electron emission ratio exceeding 1, it is possible to irradiate the target with a current higher than the beam current colliding with the side surface of the through hole.

また、前記貫通孔は、開口径よりも電子ビーム通過行路の長さの方が大きい、トリミング型電極であることが好ましい。これにより、斜め方向の速度成分を持って貫通孔に入射した電子が貫通孔側面に衝突して、電子ビームの広がりが抑えられ、小さいビーム径の電子ビームをターゲットに照射できるので、画像の解像度が向上するとともに、貫通孔側面への電子の衝突機会が増え、二次電子の増倍率が向上することで、ターゲットへの照射電流が増え、信号電荷の読み取り感度が向上する。   The through-hole is preferably a trimming type electrode in which the length of the electron beam passage path is larger than the opening diameter. As a result, electrons incident on the through hole with an oblique velocity component collide with the side surface of the through hole, the spread of the electron beam is suppressed, and the target can be irradiated with an electron beam with a small beam diameter. In addition, the chance of collision of electrons with the side surface of the through-hole is increased, and the multiplication factor of secondary electrons is improved, so that the irradiation current to the target is increased and the signal charge reading sensitivity is improved.

従って、本発明によれば、従来よりも高い電流量の電子ビームをターゲットへ照射することができるので、感度の高い電子源装置を実現することができる。   Therefore, according to the present invention, the target can be irradiated with an electron beam having a higher current amount than before, so that a highly sensitive electron source device can be realized.

以下に、本発明の電界放出型電子源装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。   Embodiments of a field emission electron source device of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
本発明の第一の実施形態について、図面を用いて説明する。本発明の電界放出型電子源装置の概略図を図1(a)に示す。前面パネル1と、背面パネル2と、側面外周器3とを備え、これらはインジウムからなる封着材料4により固着固定され、その内部が真空に保持されている。前面パネル1の内面には、外部からの入射光を透過する陽極電極5が形成され、その表面にターゲット6として、硫化アンチモンからなる光電変換膜が形成されている。
(Embodiment 1)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. A schematic diagram of the field emission electron source device of the present invention is shown in FIG. A front panel 1, a back panel 2, and a side peripheral device 3 are provided, which are fixedly fixed by a sealing material 4 made of indium, and the inside thereof is kept in a vacuum. An anode electrode 5 that transmits incident light from the outside is formed on the inner surface of the front panel 1, and a photoelectric conversion film made of antimony sulfide is formed as a target 6 on the surface.

背面パネル2の内面には、陰極基板10の上に、複数の冷陰極素子(エミッタ)と、各冷陰極素子の周辺に形成された絶縁層及び冷陰極素子から電子を取り出す為の電圧を印加するゲート電極等からなる周辺素子とが集積一体化された電界放出型電子源アレイ7が形成された半導体基板8が設置されている。さらに、陰極基板10の端部には、複数の貫通孔を有する電極11が搭載された電極サポート12が設置されている。   On the inner surface of the back panel 2, a plurality of cold cathode elements (emitters) are applied on the cathode substrate 10, an insulating layer formed around each cold cathode element, and a voltage for extracting electrons from the cold cathode elements. A semiconductor substrate 8 on which a field emission electron source array 7 in which peripheral elements such as gate electrodes are integrated and integrated is formed. Further, an electrode support 12 on which an electrode 11 having a plurality of through holes is mounted is installed at the end of the cathode substrate 10.

図1(b)に複数の貫通孔を有する電極11の拡大図を示す。この電極11は、井桁状の貫通孔13を持ち、貫通孔の開口径Dに対して長さLが1:5の構造体である。このような構造の電極はトリミング電極と呼ばれる。(以下、この構造体の電極のことをトリミング電極という)
図1(c)にトリミング電極11の貫通孔の断面図を示す。断面図に示すように、貫通孔の内壁は、凹凸を持った形状となっている。さらに、その表面に、二次電子放射物質として酸化マグネシウムの層14が形成され、貫通孔の内壁面が凹凸のある酸化マグネシウムの膜で覆われている。トリミング電極11の貫通孔の側面が、凹凸を持っていることによって、貫通孔に斜め方向に入射した電子9が、貫通孔の側面に衝突して散乱するので、貫通孔の側面に衝突する回数が増え、さらに貫通孔の側面が、酸化マグネシウムの層14で覆われていることによって、二次電子が放出される回数も増える。この結果、トリミング電極11からターゲット6へ向かう電流は、トリミング電極11の貫通孔に入射する電流よりも増加することになる。これにより、ターゲット6に照射される電子ビームが増加し、ターゲット表面の信号電荷の読み取り感度が向上するので、高感度、高コントラストの撮像装置を実現することができる。
FIG. 1B shows an enlarged view of the electrode 11 having a plurality of through holes. The electrode 11 is a structure having a cross beam-like through hole 13 and a length L of 1: 5 with respect to the opening diameter D of the through hole. An electrode having such a structure is called a trimming electrode. (Hereinafter, the electrode of this structure is referred to as a trimming electrode.)
FIG. 1C shows a cross-sectional view of the through hole of the trimming electrode 11. As shown in the cross-sectional view, the inner wall of the through hole has an uneven shape. Further, a magnesium oxide layer 14 as a secondary electron emitting material is formed on the surface, and the inner wall surface of the through hole is covered with an uneven magnesium oxide film. Since the side surface of the through hole of the trimming electrode 11 has irregularities, the electrons 9 incident on the through hole in an oblique direction collide with the side surface of the through hole and scatter, so the number of times of collision with the side surface of the through hole Further, since the side surface of the through hole is covered with the magnesium oxide layer 14, the number of secondary electrons emitted is also increased. As a result, the current traveling from the trimming electrode 11 to the target 6 is greater than the current incident on the through hole of the trimming electrode 11. Thereby, the electron beam with which the target 6 is irradiated is increased and the signal charge reading sensitivity on the target surface is improved, so that an imaging device with high sensitivity and high contrast can be realized.

更に、トリミング電極11によって、電子ビームの広がりを抑え、ビーム径を小さくすることができるので、冷陰極素子7から放出された電子ビームをターゲット6にランディングさせて、入射光によりターゲット6中で発生・蓄積された信号電荷の空間分布を時系列電気信号として外部に取り出し、ターゲット6上に結像した画像を読み取る際に、精細な読み取り精度を保つことができ、撮像装置の解像度を向上することができる。   Further, since the trimming electrode 11 can suppress the spread of the electron beam and reduce the beam diameter, the electron beam emitted from the cold cathode element 7 is landed on the target 6 and generated in the target 6 by incident light.・ Extracting the spatial distribution of accumulated signal charges as a time-series electric signal to the outside, and when reading an image formed on the target 6, it is possible to maintain fine reading accuracy and improve the resolution of the imaging device Can do.

次にトリミング電極11の作製方法と酸化マグネシウムの層14の形成方法について説明する。図2(a)は、トリミング電極の加工前の状態を示している。加工前のトリミング電極は、複数層の珪素(Si)15と酸化珪素(SiO2)16が重なった積層板となっている。この積層板に対して、エッチング処理を行い、貫通孔を形成していく。なお、エッチング処理は、以下のウエットエッチング工程により行う。   Next, a method for manufacturing the trimming electrode 11 and a method for forming the magnesium oxide layer 14 will be described. FIG. 2A shows a state before the trimming electrode is processed. The trimming electrode before processing is a laminated plate in which a plurality of layers of silicon (Si) 15 and silicon oxide (SiO 2) 16 are overlapped. Etching is performed on the laminated plate to form through holes. The etching process is performed by the following wet etching process.

珪素層15と酸化珪素層16が重なった積層板において、エッチングをさせない部分の表面に、蒸着等により窒化ケイ素を100nmの厚さで形成し、マスキング層を形成する。次に、前記積層板を、50重量%のフッ化水素を含有したエッチング液に浸す。この工程により、マスキング層がない部分の珪素層15と酸化ケイ素層16がフッ化水素により侵食されるので、積層板内に貫通孔が形成されていく。この積層板では、珪素層15と酸化珪素層16とで、エッチングの速度が多少異なり、酸化珪素層16がやや早く侵食される。前記エッチング液中で前記積層板を30分間浸し、エッチング処理を完了させると、図2(b)に示すように、貫通孔の側面は、凹凸のある形状となる。次に、アルキルベンゼンスルホン酸等の剥離液で窒化ケイ素のマスキング層を除去すると、図2(b)に示す、側面に凹凸のある貫通孔を持ったトリミング電極11が完成する。   In the laminated plate in which the silicon layer 15 and the silicon oxide layer 16 are overlapped, silicon nitride is formed to a thickness of 100 nm by vapor deposition or the like on the surface of the portion that is not etched to form a masking layer. Next, the laminate is immersed in an etching solution containing 50% by weight of hydrogen fluoride. By this step, the silicon layer 15 and the silicon oxide layer 16 where there is no masking layer are eroded by hydrogen fluoride, so that through holes are formed in the laminate. In this laminated board, the etching rate is slightly different between the silicon layer 15 and the silicon oxide layer 16, and the silicon oxide layer 16 is eroded slightly faster. When the laminated plate is immersed in the etching solution for 30 minutes to complete the etching process, the side surface of the through hole has an uneven shape as shown in FIG. Next, when the masking layer of silicon nitride is removed with a stripping solution such as alkylbenzene sulfonic acid, the trimming electrode 11 having through holes with unevenness on the side surface shown in FIG. 2B is completed.

複数の貫通孔を形成した積層板に対して、電子ビームが入射する側の貫通孔以外の部分をマスキングし、電子ビームが入射する側の斜め方向からマグネシウムを蒸着・成膜して、貫通孔の側面にマグネシウムの層を形成する。その後、マグネシウムの層を酸化処理し、図2(c)に示すように、貫通孔表面に凹凸を持った酸化マグネシウムの層14を形成した珪素と酸化珪素の積層板を作製する。この積層板を電極サポート12に、導電性物質で接着させることにより、トリミング電極11が完成する。導電性物質で接着させることで、トリミング電極の上面から底面まで一様の電圧を印加することができる。   The laminated plate having a plurality of through holes is masked on portions other than the through holes on the electron beam incident side, and magnesium is deposited and deposited from an oblique direction on the electron beam incident side. A magnesium layer is formed on the side surface. Thereafter, the magnesium layer is oxidized, and as shown in FIG. 2 (c), a silicon and silicon oxide laminate having a magnesium oxide layer 14 having irregularities on the surface of the through-holes is produced. The trimming electrode 11 is completed by adhering this laminated plate to the electrode support 12 with a conductive material. By bonding with a conductive material, a uniform voltage can be applied from the top surface to the bottom surface of the trimming electrode.

なお、本実施形態では、トリミング電極の材料として、珪素を主成分とする物質を用いたが、導電性物質であれば、特に材料を選ぶものではない。ただし、真空中で使用する部材であることから、真空中での放出ガスが少ないものが好ましい。また、本実施形態では、二次電子放射物質として酸化マグネシウムを用いたが、酸化ベリリウムを用いた場合でも、同様の効果が得られる。   In the present embodiment, a material containing silicon as a main component is used as the material for the trimming electrode. However, the material is not particularly selected as long as it is a conductive material. However, since it is a member used in a vacuum, the thing with few emitted gas in a vacuum is preferable. In this embodiment, magnesium oxide is used as the secondary electron emitting material, but the same effect can be obtained even when beryllium oxide is used.

(実施の形態2)
本発明の第二の実施形態について説明する。第二の実施形態の電界放出型電子源装置の概略図を図3(a)に示す。第二の実施形態の電界放出型電子源装置の構成は、複数の貫通孔を有するトリミング電極17を除いて、図1に示した第一の実施形態と同じである。
図3(b)に貫通孔を有するトリミング電極の断面図を示す。第一の実施形態と異なる点は、材料が多孔質金属からなり、貫通孔の内壁は金属粒子の隙間によって、図3(b)に示すような凹凸を持った形状を有している。また、貫通孔の内壁には、二次電子放射物質として酸化マグネシウムの層14が形成されている。このトリミング電極17を用いた場合であっても、貫通孔の側面が凹凸を持っているので、貫通孔に斜め方向に入射した電子が、貫通孔の側面に衝突して散乱し、貫通孔の側面に衝突する回数が増える。さらに貫通孔の側面が、酸化マグネシウムの層14で覆われていることによって、二次電子が放出される回数も増えるので、トリミング電極17からターゲット6へ向かう電流は、トリミング電極17の貫通孔に入射する電流よりも増加することになる。これにより、ターゲット6に照射される電子ビームが増加し、ターゲット表面の信号電荷の読み取り感度が向上するので、高感度、高コントラストの撮像装置を実現することができる。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described. A schematic diagram of the field emission type electron source device of the second embodiment is shown in FIG. The configuration of the field emission electron source device of the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1 except for the trimming electrode 17 having a plurality of through holes.
FIG. 3B shows a cross-sectional view of a trimming electrode having a through hole. The difference from the first embodiment is that the material is made of a porous metal, and the inner wall of the through hole has an uneven shape as shown in FIG. Further, a magnesium oxide layer 14 as a secondary electron emitting material is formed on the inner wall of the through hole. Even when this trimming electrode 17 is used, since the side surface of the through hole has irregularities, electrons incident on the through hole in an oblique direction collide with the side surface of the through hole and are scattered, Increases the number of collisions on the side. Further, since the side surface of the through hole is covered with the magnesium oxide layer 14, the number of secondary electrons emitted is increased, so that the current from the trimming electrode 17 to the target 6 flows into the through hole of the trimming electrode 17. It will be larger than the incident current. Thereby, the electron beam with which the target 6 is irradiated is increased and the signal charge reading sensitivity on the target surface is improved, so that an imaging device with high sensitivity and high contrast can be realized.

次に、トリミング電極17の作製方法について説明する。図4(a)に示した多孔質ニッケルの板18に、エッチング処理を行い、貫通孔を形成していく。多孔質ニッケルは、ニッケルの粒子が焼結したものであり、内部には、粒子の間に隙間がある。多孔質ニッケルの板18のニッケル粒子は、主に球形状の粒子でできており、それらの粒子径は1.8μmから4.7μmの範囲にあって、平均粒子径は3.0μmである。なお、図4(a)の多孔質ニッケルの板では、説明を簡単にするために、同一粒子径のものが規則正しく並んでいるものを記載している。貫通孔を形成すると、図4(b)に示したように、貫通孔の側面は、平均で1.5μm程度の凹凸を持った形状となる。   Next, a method for manufacturing the trimming electrode 17 will be described. Etching is performed on the porous nickel plate 18 shown in FIG. 4A to form through holes. Porous nickel is obtained by sintering nickel particles, and there are gaps between the particles inside. The nickel particles of the porous nickel plate 18 are mainly made of spherical particles, the particle diameters thereof are in the range of 1.8 μm to 4.7 μm, and the average particle diameter is 3.0 μm. In addition, in the porous nickel plate of FIG. 4 (a), in order to simplify the description, those having the same particle diameter are regularly arranged. When the through hole is formed, as shown in FIG. 4B, the side surface of the through hole has a shape having irregularities of about 1.5 μm on average.

多孔質ニッケルの板18のエッチング処理は、以下のウエットエッチング工程により行う。多孔質ニッケルの板18において、エッチングをさせない部分の表面に、蒸着等により窒化ケイ素を100nmの厚さで形成し、マスキング層を形成する。次に、多孔質ニッケルの板18を、10重量%の硝酸を含有したエッチング液に浸す。この工程により、マスキング層がない部分のニッケルが硝酸により侵食されるので、多孔質ニッケル内に貫通孔が形成されていく。前記エッチング液中で多孔質ニッケルの板18を2時間浸し、エッチング処理を完了させると、図4(b)に示すように、貫通孔の側面は、平均で1.5μm程度の凹凸のある形状となる。最後に、アルキルベンゼンスルホン酸等の剥離液で窒化ケイ素のマスキング層を除去すると、図4(b)に示す、側面に凹凸のある貫通孔を持ったトリミング電極17が完成する。   The porous nickel plate 18 is etched by the following wet etching process. In the porous nickel plate 18, silicon nitride is formed to a thickness of 100 nm by vapor deposition or the like on the surface of the portion that is not etched, thereby forming a masking layer. Next, the porous nickel plate 18 is immersed in an etching solution containing 10% by weight of nitric acid. By this step, the nickel in the portion without the masking layer is eroded by nitric acid, so that through holes are formed in the porous nickel. When the porous nickel plate 18 is immersed in the etching solution for 2 hours to complete the etching process, as shown in FIG. 4B, the side surface of the through hole has an uneven shape with an average of about 1.5 μm. It becomes. Finally, when the silicon nitride masking layer is removed with a stripping solution such as alkylbenzene sulfonic acid, the trimming electrode 17 having through holes with unevenness on the side surface as shown in FIG. 4B is completed.

複数の貫通孔を形成した多孔質ニッケルの板に対して、電子ビームが入射する側の貫通孔以外の部分をマスキングし、電子ビームが入射する側の斜め方向からマグネシウムを蒸着・成膜して、貫通孔の側面にマグネシウムの層を形成する。その後、マグネシウムの層を酸化処理し、図4(c)に示すように、貫通孔表面に凹凸を持った酸化マグネシウムの層14を形成した多孔質ニッケルの板を作製する。この多孔質ニッケルの板を電極サポート12に、導電性物質で接着させることにより、トリミング電極17が完成する。   For a porous nickel plate with a plurality of through holes, mask the portions other than the through holes on the electron beam incident side, and deposit and deposit magnesium from the oblique direction on the electron beam incident side. Then, a magnesium layer is formed on the side surface of the through hole. Thereafter, the magnesium layer is oxidized to produce a porous nickel plate in which a magnesium oxide layer 14 having irregularities on the surface of the through-holes is formed as shown in FIG. 4C. The trimming electrode 17 is completed by adhering this porous nickel plate to the electrode support 12 with a conductive material.

なお、第二の実施形態では、トリミング電極の材料として、多孔質ニッケルを用いたが、導電性のある多孔質物質であれば、特に材料を選ぶものではない。ただし、真空中で使用する部材であることから、真空中での放出ガスが少ないものが好ましく、かつマグネシウムの酸化工程において酸化されないことが必要であるので、多孔質金属としては、ニッケルか銅が好ましい。   In the second embodiment, porous nickel is used as the material for the trimming electrode. However, the material is not particularly selected as long as it is a conductive porous material. However, since it is a member to be used in a vacuum, it is preferable that the gas released in vacuum is small, and it is necessary that it is not oxidized in the magnesium oxidation step. Therefore, as the porous metal, nickel or copper is used. preferable.

(実施の形態3)
本発明の第三の実施形態について、図面を用いて説明する。本発明の電界放出型電子源装置の概略図を図5(a)に示す。第三の実施形態の電界放出型電子源装置の構成は、複数の貫通孔を有するトリミング電極19を除いて、図1に示した第一の実施形態と同じである。
(Embodiment 3)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. A schematic diagram of the field emission electron source device of the present invention is shown in FIG. The configuration of the field emission electron source device of the third embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1 except for the trimming electrode 19 having a plurality of through holes.

図5(b)に貫通孔を有するトリミング電極部の拡大断面図を示す。第三の実施形態におけるトリミング電極19は、第一の実施形態におけるトリミング電極11と同様に、井桁状の貫通孔を持ち、貫通孔の開口径Dに対して長さLが1:5の構造体である。第三の実施形態におけるトリミング電極19の貫通孔の側面は、平面の電極基体上に、二次電子放射物質として酸化マグネシウムの微粒子の層20を形成することにより、凹凸を持った形状となっている。   FIG. 5B shows an enlarged cross-sectional view of the trimming electrode portion having a through hole. Similar to the trimming electrode 11 in the first embodiment, the trimming electrode 19 in the third embodiment has a cross-shaped through hole, and has a structure in which the length L is 1: 5 with respect to the opening diameter D of the through hole. Is the body. The side surface of the through hole of the trimming electrode 19 in the third embodiment has a shape with irregularities by forming a layer 20 of fine particles of magnesium oxide as a secondary electron emitting material on a flat electrode substrate. Yes.

このトリミング電極19を用いた場合であっても、貫通孔の側面が酸化マグネシウムの微粒子によって凹凸を形成しているので、貫通孔に斜め方向に入射した電子が、貫通孔の側面に衝突して散乱し、貫通孔の側面に衝突する回数が増える。同時に、酸化マグネシウムの微粒子が二次電子を放出するので、ターゲット6へ向かう電流は、トリミング電極19の貫通孔に入射する電流よりも増加することになる。これにより、第一の実施形態と同様に、ターゲット6に照射される電子ビームが増加し、ターゲット表面の信号電荷の読み取り感度が向上するので、高感度、高コントラストの撮像装置を実現することができる。   Even when this trimming electrode 19 is used, since the side surface of the through hole is uneven due to the fine particles of magnesium oxide, electrons incident obliquely to the through hole collide with the side surface of the through hole. The number of times of scattering and collision with the side surface of the through hole increases. At the same time, since the magnesium oxide fine particles emit secondary electrons, the current directed to the target 6 is larger than the current incident on the through hole of the trimming electrode 19. As a result, as in the first embodiment, the number of electron beams applied to the target 6 increases, and the signal charge reading sensitivity on the target surface is improved, so that a high-sensitivity and high-contrast imaging device can be realized. it can.

次にトリミング電極19の作製方法と酸化マグネシウムの微粒子の層20の形成方法について説明する。図6(a)は、トリミング電極の加工前の状態を示している。加工前のトリミング電極は、珪素の単一基板21となっている。この珪素基板21に対して、エッチング処理を行い、貫通孔を形成していく。   Next, a method for producing the trimming electrode 19 and a method for forming the magnesium oxide fine particle layer 20 will be described. FIG. 6A shows a state before the trimming electrode is processed. The trimming electrode before processing is a single substrate 21 made of silicon. Etching is performed on the silicon substrate 21 to form through holes.

なお、エッチング処理は、以下のウエットエッチング工程により行う。珪素基板21において、エッチングをさせない部分の表面に、蒸着等により窒化ケイ素を100nmの厚さで形成し、マスキング層を形成する。次に、珪素基板21を、30重量%の水酸化カリウムを含有したエッチング液に浸す。この工程により、マスキング層がない部分の珪素が水酸化カリウムにより侵食されるので、珪素基板内に貫通孔が形成されていく。前記エッチング液中で珪素基板21を30分間浸し、エッチング処理を完了させると、図6(b)に示すように、側面が平面形状の貫通孔が形成される。次に、アルキルベンゼンスルホン酸等の剥離液で窒化ケイ素のマスキング層を除去し、複数の貫通孔を持った珪素基板21を製造する。   The etching process is performed by the following wet etching process. In the silicon substrate 21, silicon nitride is formed with a thickness of 100 nm by vapor deposition or the like on the surface of the portion that is not etched, thereby forming a masking layer. Next, the silicon substrate 21 is immersed in an etching solution containing 30% by weight of potassium hydroxide. Through this step, the silicon without the masking layer is eroded by potassium hydroxide, so that through holes are formed in the silicon substrate. When the silicon substrate 21 is immersed in the etching solution for 30 minutes to complete the etching process, a through-hole having a flat side surface is formed as shown in FIG. Next, the silicon nitride masking layer is removed with a stripping solution such as alkylbenzene sulfonic acid to produce a silicon substrate 21 having a plurality of through holes.

次に、複数の貫通孔を形成した珪素基板21に対して、高分散溶媒と粒子径1μm以下の酸化マグネシウムの微粒子を混合した混合液に浸し、珪素基板に電荷を与えて、珪素基板の表面に厚さ2μm程度の酸化マグネシウムの微粒子の層20を電着・形成する。次に、珪素基板の表面と裏面の酸化マグネシウムの微粒子層を除去し、珪素基板の貫通孔の側面のみに酸化マグネシウムの微粒子層20を残すことによって、図6(c)に示すように、貫通孔表面に酸化マグネシウムの微粒子層20を形成した珪素基板を作製する。この珪素基板を図5(a)に示す電極サポート12に、導電性物質で接着させることにより、トリミング電極19が完成する。   Next, the silicon substrate 21 having a plurality of through holes is immersed in a mixed liquid in which a highly dispersed solvent and fine particles of magnesium oxide having a particle diameter of 1 μm or less are mixed to give charges to the silicon substrate, thereby Then, a layer 20 of magnesium oxide fine particles having a thickness of about 2 μm is electrodeposited and formed. Next, the magnesium oxide fine particle layer on the front surface and the back surface of the silicon substrate is removed, and the fine particle layer 20 of the magnesium oxide is left only on the side surface of the through hole of the silicon substrate, as shown in FIG. A silicon substrate having a fine particle layer 20 of magnesium oxide formed on the hole surface is produced. The trimming electrode 19 is completed by adhering this silicon substrate to the electrode support 12 shown in FIG.

なお、第三の実施形態では、トリミング電極の材料として、珪素を用いたが、導電性物質であれば特に材料を選ぶものではないことは、第一の実施形態の場合と同様である。また、トリミング電極の貫通孔の側面には酸化マグネシウムの微粒子の層を形成したが、酸化ベリリウムの微粒子の層を形成しても同様の効果が得られる。また、第三の実施形態では、酸化マグネシウムの微粒子の層の形成方法として電着法を用いたが、特に形成方法を限定するものではなく、例えば、スラリー塗布法を用いても酸化マグネシウムの微粒子の層の形成することができる。   In the third embodiment, silicon is used as the material for the trimming electrode. However, the material is not particularly selected as long as it is a conductive substance, as in the case of the first embodiment. In addition, although the magnesium oxide fine particle layer is formed on the side surface of the through hole of the trimming electrode, the same effect can be obtained by forming a beryllium oxide fine particle layer. In the third embodiment, the electrodeposition method is used as the method for forming the layer of the magnesium oxide fine particles. However, the formation method is not particularly limited. For example, the magnesium oxide fine particles can be formed using a slurry coating method. The layer can be formed.

本発明の利用分野は、電界放出型電子源撮像装置として、特に暗視カメラ等の高感度・高解像度の撮像装置として利用することができる。   The field of application of the present invention can be used as a field emission electron source imaging device, particularly as a high-sensitivity and high-resolution imaging device such as a night vision camera.

本発明の実施の形態1にかかる電界放出型電子源装置の断面図Sectional drawing of the field emission type electron source device concerning Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1にかかる電界放出型電子源装置に使用されるトリミング電極の作成方法を示す図The figure which shows the production method of the trimming electrode used for the field emission type electron source device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる電界放出型電子源装置の断面図Sectional drawing of the field emission type electron source device concerning Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態2にかかる電界放出型電子源装置に使用されるトリミング電極の作成方法を示す図The figure which shows the production method of the trimming electrode used for the field emission type electron source device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる電界放出型電子源装置の断面図Sectional drawing of the field emission type electron source device concerning Embodiment 3 of this invention 本発明の実施の形態3にかかる電界放出型電子源装置に使用されるトリミング電極の作成方法を示す図The figure which shows the production method of the trimming electrode used for the field emission type electron source device concerning Embodiment 3 of this invention. 従来の電界放出型電子源アレイを用いた電界放出型電子源装置の断面図Sectional view of a field emission electron source device using a conventional field emission electron source array

符号の説明Explanation of symbols

1 前面パネル
2 背面パネル
3 側面外周器
4 封着部材
5 陽極電極
6 ターゲット
7 電界放出型電子源アレイ
8 半導体基板
9 電子ビーム
10 陰極基板
11 トリミング電極
12 電極サポート
13 貫通孔
14 酸化マグネシウムの層
15 珪素の層
16 酸化珪素の層
17 トリミング電極
18 多孔質ニッケルの板
19 トリミング電極
20 酸化マグネシウムの微粒子の層
21 珪素基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Front panel 2 Back panel 3 Side surface peripheral device 4 Sealing member 5 Anode electrode 6 Target 7 Field emission type electron source array 8 Semiconductor substrate 9 Electron beam 10 Cathode substrate 11 Trimming electrode 12 Electrode support 13 Through-hole 14 Magnesium oxide layer 15 Silicon layer 16 Silicon oxide layer 17 Trimming electrode 18 Porous nickel plate 19 Trimming electrode 20 Magnesium oxide particulate layer 21 Silicon substrate

Claims (9)

電子を放出するエミッタが複数設けられた電子源アレイと、
前記電子源アレイから放出された電子ビームにより所定の動作を行う光電変換膜と、
前記電子源アレイと前記光電変換膜との間に内壁表面が二次電子放射物質の膜で被覆された複数の貫通孔を持つ電極と、
を備えた電界放出型電子源装置。
An electron source array provided with a plurality of emitters for emitting electrons;
A photoelectric conversion film that performs a predetermined operation by an electron beam emitted from the electron source array;
An electrode having a plurality of through-holes whose inner wall surface is covered with a film of a secondary electron emitting material between the electron source array and the photoelectric conversion film;
A field emission electron source device.
前記電子源アレイは、電子を放出するエミッタが複数配列されている請求項1に記載の電界放出型電子源装置。 The field emission electron source device according to claim 1, wherein the electron source array includes a plurality of emitters that emit electrons. 前記貫通孔に被覆された前記二次電子放射物質の膜の表面に凸凹を施した請求項1に記載の電界放出型電子源装置。 The field emission electron source device according to claim 1, wherein the surface of the film of the secondary electron emitting material covered by the through hole is uneven. 前記二次電子放射物質が、酸化マグネシウム、酸化ベリリウムのいずれかを含む薄膜であることを特徴とする請求項1に記載の電子源装置。 The electron source device according to claim 1, wherein the secondary electron emitting material is a thin film containing either magnesium oxide or beryllium oxide. 前記二次電子放射物質が、酸化マグネシウム、酸化ベリリウムの微粒子であることを特徴とする請求項1に記載の電子源装置。 The electron source device according to claim 1, wherein the secondary electron emitting material is a fine particle of magnesium oxide or beryllium oxide. 前記貫通孔は、開口径よりも長さの方が大きいことを特徴とする請求項1に記載の電子源装置。 The electron source device according to claim 1, wherein the through hole has a length larger than an opening diameter. 前記電極は、珪素と酸化珪素の積層板からなることを特徴とする請求項1に記載の電子源装置。 The electron source device according to claim 1, wherein the electrode is made of a laminated plate of silicon and silicon oxide. 前記複数の貫通孔を有する電極が、多孔質金属からなることを特徴とする請求項1から請求項3に記載の電子源装置。 4. The electron source device according to claim 1, wherein the electrode having the plurality of through holes is made of a porous metal. 前記多孔質金属がニッケルまたは銅からなることを特徴とする請求項5に記載の電子源装置。 6. The electron source device according to claim 5, wherein the porous metal is made of nickel or copper.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103107054A (en) * 2010-05-20 2013-05-15 清华大学 Field emission device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0488745A (en) * 1990-07-31 1992-03-23 Toshiba Corp Picture reader
JPH05266789A (en) * 1992-03-17 1993-10-15 Fujitsu Ltd Method for manufacturing electron beam device
JPH0660796A (en) * 1992-08-06 1994-03-04 Murata Mfg Co Ltd Cold electron emitting electrode and its manufacture
JPH0785800A (en) * 1993-09-14 1995-03-31 Oki Electric Ind Co Ltd Gas discharge display panel cathode and method for forming it
JP2006134804A (en) * 2004-11-09 2006-05-25 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Image pickup device and image pickup apparatus using the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0488745A (en) * 1990-07-31 1992-03-23 Toshiba Corp Picture reader
JPH05266789A (en) * 1992-03-17 1993-10-15 Fujitsu Ltd Method for manufacturing electron beam device
JPH0660796A (en) * 1992-08-06 1994-03-04 Murata Mfg Co Ltd Cold electron emitting electrode and its manufacture
JPH0785800A (en) * 1993-09-14 1995-03-31 Oki Electric Ind Co Ltd Gas discharge display panel cathode and method for forming it
JP2006134804A (en) * 2004-11-09 2006-05-25 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Image pickup device and image pickup apparatus using the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103107054A (en) * 2010-05-20 2013-05-15 清华大学 Field emission device

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