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JP3024648B2 - Field electron emission device - Google Patents

Field electron emission device

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Publication number
JP3024648B2
JP3024648B2 JP11926999A JP11926999A JP3024648B2 JP 3024648 B2 JP3024648 B2 JP 3024648B2 JP 11926999 A JP11926999 A JP 11926999A JP 11926999 A JP11926999 A JP 11926999A JP 3024648 B2 JP3024648 B2 JP 3024648B2
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JP
Japan
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gate
electrode
electron emission
gate electrode
hole
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和夫 小沼
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出分布軸方
向を制御でき、しかもカソード電極から放出された電子
が近接するゲート電極へ異常飛び込みすることを抑制で
きる電界電子放出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field electron emission device which can control the direction of an electron emission distribution axis and can suppress abnormal emission of electrons emitted from a cathode electrode into an adjacent gate electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の電界電子放出装置としては、スピ
ント(C.A.Spindt)らが「J.A.P.47
巻5248〜5263頁(1976年)」に報告したも
のや、グレイ(H.F.Gray)らが「IEDM86
の776〜779頁(1986年)に報告したものなど
があった。図7に、この種の従来の電界電子放出装置の
例の概略斜視図を示す。従来の電界電子放出装置は、基
板31上に絶縁膜32を介してゲート電極33が設けら
れ、このゲート電極33に形成されたゲート孔34内に
円錐状のカソード電極35が配設されてなるものであ
る。この電界電子放出装置は、前記円錐状のカソード電
極35に対してゲート電極33に正の電圧を印加すると
前記円錐状のカソード電極35の先端近傍から電子が放
出されるようになっている。電界電子放出装置から電子
が放出される条件は、カソード電極35の形状や、ゲー
ト電極33とカソード電極35との距離に依存してい
る。
2. Description of the Related Art As a conventional field electron emission device, CA Spindt et al.
Vol. 5248-5263 (1976) "and HF Gray et al.
776-779 (1986). FIG. 7 shows a schematic perspective view of an example of this type of conventional field electron emission device. In the conventional field electron emission device, a gate electrode 33 is provided on a substrate 31 with an insulating film 32 interposed therebetween, and a conical cathode electrode 35 is provided in a gate hole 34 formed in the gate electrode 33. Things. In this field electron emission device, when a positive voltage is applied to the gate electrode 33 with respect to the conical cathode electrode 35, electrons are emitted from near the tip of the conical cathode electrode 35. Conditions under which electrons are emitted from the field electron emission device depend on the shape of the cathode electrode 35 and the distance between the gate electrode 33 and the cathode electrode 35.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで図7に示した
ようなゲート電極33とカソード電極35で構成される
電界電子放出装置では、カソード電極35の先端付近の
電界強度分布や、カソード電極35の先端付近の表面状
態(仕事関数や電子分布密度)や、表面形状(微小突
起)によって、カソード電極35の先端近傍から放出さ
れる電子(放出電子)の飛び出し方向が決まる特徴があ
る。カソード電極35が精密な円錐形状であり、表面状
態、表面形状、ゲート孔34端までの距離関係が回転対
称であれば、放出電子の広がり分布は前記回転対称の対
称軸方向を中心に広がることになり、広がり角は半角で
20゜程度と認識されている。
By the way, in the field electron emission device including the gate electrode 33 and the cathode electrode 35 as shown in FIG. The direction in which electrons emitted from the vicinity of the front end of the cathode electrode 35 (emitted electrons) are determined by the surface state (work function and electron distribution density) near the front end and the surface shape (fine projections). If the cathode electrode 35 has a precise conical shape and the surface state, the surface shape, and the distance relationship to the end of the gate hole 34 are rotationally symmetric, the spread distribution of the emitted electrons spreads around the rotationally symmetric axis direction. , And the spread angle is recognized to be about 20 ° in half angle.

【0004】しかしながら上記表面状態等のいずれかの
対称性が崩れた場合には、上記軸方向からそれた方向に
放出電子分布中心が変化してしまうことになる。上記放
出電子を電子レンズで絞る際には、軸ずれによる収差が
発生してしまうという問題があった。あるいは電子レン
ズを備えていない場合にも、予定していた電子放出方向
と実際の放出方向が異なる場合には問題となることが多
かった。さらに、放出電子分布が前記軸方向がからずれ
ている場合には、放出電子のゲート電極33への飛び込
み現象という問題も生じていた。カソード電極35から
放出した電子がゲート電極33へ飛び込んでしまうと飛
び込み電子による電流分余分に電力が消費されることに
なり、この電力消費によりゲート電極33の周辺が加熱
されてガス放出による前記電界電子放出素子の放電破壊
が生じてしまう場合があった。前記飛び込み電子の一部
は、ゲート電極33下の絶縁膜32に飛び込んでしま
い、この絶縁膜32への放出電子の飛び込みによる素子
絶縁特性の劣化も実用上課題であった。
[0004] However, if any of the symmetry such as the surface state is broken, the center of the distribution of the emitted electrons changes in a direction deviating from the axial direction. When the emitted electrons are stopped down by the electron lens, there is a problem that aberration occurs due to axis deviation. Alternatively, even when an electron lens is not provided, a problem often arises when the intended electron emission direction is different from the actual emission direction. Further, when the distribution of the emitted electrons is deviated from the axial direction, there has been a problem that the emitted electrons jump into the gate electrode 33. If the electrons emitted from the cathode electrode 35 jump into the gate electrode 33, extra power is consumed by the amount of the current due to the jumping electrons, and the periphery of the gate electrode 33 is heated by this power consumption, and the electric field generated by gas release is increased. In some cases, discharge breakdown of the electron-emitting device may occur. Some of the jumping electrons jump into the insulating film 32 below the gate electrode 33, and the deterioration of the element insulating characteristics due to the jump of the emitted electrons into the insulating film 32 has been a practical problem.

【0005】前記放電破壊の1つの現象として短絡欠陥
があり、この短絡欠陥はカソード電極35とゲート電極
33が電気的に短絡する現象である。このような短絡欠
陥に対する対策としては、特開平4−284324号の
公開特許公報の電界電子放出装置が知られている。この
特開平4−284324号では、図面の図1及び明細書
に記載された図1の関連記事において、複数個のカソー
ド電極を含むゲート電極を複数個のゲート電極要素に分
割してそれぞれのゲート電極要素とゲート幹線電極の間
に可溶性抵抗体よりなるゲート支線を挿入してなる電界
電子放出装置が提案されている。しかしながら、このよ
うな構造の電界電子放出装置においては、放出電子分布
の軸ずれについては解決できなかった。
One of the phenomena of the discharge breakdown is a short-circuit defect. This short-circuit defect is a phenomenon in which the cathode electrode 35 and the gate electrode 33 are electrically short-circuited. As a countermeasure against such a short-circuit defect, a field electron emission device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-284324 is known. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-284324, in FIG. 1 of the drawings and the related article of FIG. 1 described in the specification, a gate electrode including a plurality of cathode electrodes is divided into a plurality of gate electrode elements, and each gate electrode is divided into a plurality of gate electrode elements. A field electron emission device in which a gate branch line made of a soluble resistor is inserted between an electrode element and a gate main electrode has been proposed. However, in the field electron emission device having such a structure, the axial deviation of the emission electron distribution cannot be solved.

【0006】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、電子放出分布軸方向を制御でき、しかもカソード電
極から放出された電子が近接するゲート電極へ異常飛び
込みすることを抑制できる電界電子放出装置を提供する
ことにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is an electric field electron emission device capable of controlling the direction of an electron emission distribution axis and suppressing abnormal emission of electrons emitted from a cathode electrode into an adjacent gate electrode. Is to provide.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、ゲート電極
と、このゲート電極に形成された孔内に配設されるカソ
ード電極を備える電界電子放出装置において、孔近傍ゲ
ート電極と、前記孔近傍ゲート電極を同心円状に取り囲
むゲート電極スリットと、前記ゲート電極スリットの外
側に位置し、前記孔近傍ゲート電極と複数のゲート支線
によって電気的に接続されたゲート幹線電極電極を有す
ることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a field emission device including a gate electrode and a cathode electrode disposed in a hole formed in the gate electrode. A gate electrode slit concentrically surrounding the gate electrode; and a gate main electrode electrode located outside the gate electrode slit and electrically connected to the gate electrode near the hole by a plurality of gate branch lines. .

【0008】また、本発明は、前記孔近傍ゲート電極7
と対向するゲート幹線電極8の周縁に電界制御スリット
20が設けられていることを特徴とする。電界制御スリ
ット20とは、ゲート支線9両側におけるゲート電極ス
リット10の広がりを呼ぶものとする。また、本発明
は、前記ゲート支線9とカソード電極1を結ぶ線上に位
置する孔近傍ゲート電極7の内周縁とカソード電極1と
の距離が、前記ゲート支線9とカソード電極1を結ぶ線
上以外に位置する孔近傍ゲート電極7の内周縁とカソー
ド電極1との距離よりも大きいことを特徴とする。
Further, the present invention provides the above-described near-hole gate electrode 7.
An electric field control slit 20 is provided on the periphery of the gate main line electrode 8 facing the above. The electric field control slit 20 refers to the spread of the gate electrode slit 10 on both sides of the gate branch line 9. Further, in the present invention, the distance between the inner peripheral edge of the gate electrode 7 near the hole located on the line connecting the gate branch line 9 and the cathode electrode 1 and the cathode electrode 1 is different from the line connecting the gate branch line 9 and the cathode electrode 1. It is characterized in that it is larger than the distance between the inner peripheral edge of the located gate electrode 7 near the hole and the cathode electrode 1.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】まず、本発明の電界電子放出装置
の一実施形態について説明する。図1は、本発明に係わ
る電界電子放出装置の一実施形態(以下、第一の実施形
態の電界電子放出装置という。)のカソード電極側から
見た平面図にゲート電極等価回路を重ねて示した図であ
る。この電界電子放出装置は、ゲート電極と、ゲート電
極に形成された孔内に配設されるカソード電極1を備え
るものであり、この第一の実施形態でのゲート電極は、
孔近傍ゲート電極7と、前記孔近傍ゲート電極7を同心
円状に取り囲むゲート電極スリット10と、前記ゲート
電極スリット10の外側に位置し、前記孔近傍ゲート電
極7と複数のゲート支線9によって電気的に接続された
ゲート幹線電極電極8から構成されている。図1におい
て、ゲート等価回路11として描いた回路はゲート電極
等価回路である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, one embodiment of the field electron emission device of the present invention will be described. FIG. 1 is a plan view of a field electron emission device according to an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as a field emission device of the first embodiment) viewed from the cathode electrode side, with a gate electrode equivalent circuit superimposed thereon. FIG. The field electron emission device includes a gate electrode and a cathode electrode 1 disposed in a hole formed in the gate electrode. The gate electrode in the first embodiment includes:
A gate electrode 7 near the hole, a gate electrode slit 10 concentrically surrounding the gate electrode 7 near the hole, and an outer side of the gate electrode slit 10 are electrically connected to the gate electrode 7 near the hole and a plurality of gate branch lines 9. The gate main electrode electrode 8 is connected to the gate main line electrode 8. In FIG. 1, a circuit drawn as a gate equivalent circuit 11 is a gate electrode equivalent circuit.

【0010】前記孔近傍ゲート電極7は、この例では円
板状のものであり、その中央には径0.2μm〜1μm
程度の範囲の孔7aが一つ形成されている。ゲート支線
9間を結ぶ孔近傍ゲート電極7の抵抗値の方が前記ゲー
ト支線9の抵抗値よりも大きくなるように、この孔近傍
ゲート電極7の外径は、十分に小さくすることが好まし
い。この孔近傍ゲート電極7で囲まれた孔7a内には、
カソード電極1が配設されている。前記ゲート幹線電極
電極8には、この電界電子放出装置外部からゲート電圧
が与えられる。
The gate electrode 7 near the hole has a disk shape in this example, and has a diameter of 0.2 μm to 1 μm at the center thereof.
One hole 7a in the range of about one degree is formed. It is preferable that the outer diameter of the gate electrode 7 near the hole be sufficiently small so that the resistance value of the gate electrode 7 near the hole connecting the gate branch lines 9 is larger than the resistance value of the gate branch line 9. In the hole 7a surrounded by the gate electrode 7 near the hole,
A cathode electrode 1 is provided. A gate voltage is applied to the gate main electrode 8 from outside the field electron emission device.

【0011】次に、前述のような構造の第一の実施形態
の電界電子放出装置を動作させる場合について説明す
る。この構造の電界電子放出装置では、ゲート飛び込み
電流が生じた位置での前記孔近傍ゲート電極7の電位低
下が起こるので、ゲート飛び込み電流が生じる方向での
電界電子放出がその段階で制御されることとなる。すな
わち、電子放出方向の軸ずれが起きるとその軸ずれを修
正する作用がある。
Next, the operation of the field electron emission device of the first embodiment having the above-described structure will be described. In the field electron emission device having this structure, since the potential of the gate electrode 7 near the hole is lowered at the position where the gate descent current is generated, the field electron emission in the direction where the gate descent current is generated is controlled at that stage. Becomes That is, when an axis shift in the electron emission direction occurs, the axis shift is corrected.

【0012】次に、本発明第2の電界電子放出装置の一
実施形態について説明する。図2は、本発明の電界電子
放出装置の一実施形態(以下、第二の実施形態の電界電
子放出装置という。)のカソード電極側から見た平面図
である。図3は、図2の電界電子放出装置のA−A線に
沿った断面図である。この電界電子放出装置は、基板4
上に絶縁膜5が堆積され、さらにこの絶縁膜5上にカソ
ード電極1を囲む孔近傍ゲート電極7と、前記孔近傍ゲ
ート電極7を同心円状に取り囲むゲート電極スリット1
0と、前記ゲート電極スリット10の外側に位置し、前
記孔近傍ゲート電極7と複数のゲート支線9によって電
気的に接続されたゲート幹線電極8から構成されてい
る。前記絶縁膜5には、孔近傍ゲート電極7の孔7aに
つながる孔5aが形成されている。前記ゲート支線9の
両側で、前記孔近傍ゲート電極7と対向するゲート幹線
電極8の内周縁21に電界制御スリット20が設けられ
ている。
Next, an embodiment of the second field emission device of the present invention will be described. FIG. 2 is a plan view of one embodiment of the field electron emission device of the present invention (hereinafter, referred to as a field electron emission device of the second embodiment) as viewed from the cathode electrode side. FIG. 3 is a cross-sectional view of the field electron emission device of FIG. 2 along the line AA. This field electron emission device includes a substrate 4
An insulating film 5 is deposited thereon, and a gate electrode 7 near the hole surrounding the cathode electrode 1 on the insulating film 5 and a gate electrode slit 1 surrounding the gate electrode 7 near the hole concentrically.
And a gate trunk electrode 8 located outside the gate electrode slit 10 and electrically connected to the gate electrode 7 near the hole by a plurality of gate branch lines 9. In the insulating film 5, a hole 5a connected to the hole 7a of the gate electrode 7 near the hole is formed. On both sides of the gate branch line 9, electric field control slits 20 are provided on the inner peripheral edge 21 of the gate main line electrode 8 facing the hole neighboring gate electrode 7.

【0013】前記カソード電極1は、モリブデンなどの
金属からなる略円錐形状の電極である。このカソード電
極1は、孔5a底に配置されていて、前記基板4と電気
的に接続されている。前記ゲート幹線電極8は、低抵抗
金属であるタングステンなどからなる金属薄膜である。
ゲート支線9と孔近傍ゲート電極7は、高抵抗のポリシ
リコン電極である。この第二の実施形態でのゲート支線
9の幅は、1μm程度以下で、ゲート支線9の長さは、
前記幅に対して1倍程度以上であることが好ましい。
The cathode electrode 1 is a substantially conical electrode made of a metal such as molybdenum. The cathode electrode 1 is disposed at the bottom of the hole 5a and is electrically connected to the substrate 4. The gate main line electrode 8 is a metal thin film made of a low-resistance metal such as tungsten.
The gate branch line 9 and the gate electrode 7 near the hole are high-resistance polysilicon electrodes. The width of the gate branch line 9 in the second embodiment is about 1 μm or less, and the length of the gate branch line 9 is
It is preferable that the width is at least about 1 times the width.

【0014】前記ゲート電極スリット10は、前記ゲー
ト金属電極(ポリシリコン電極も含む)を取り除いて下
地の絶縁膜5をむき出しにした領域であり、この絶縁膜
5のさらに下地にはカソードと同電位を有する基板4が
存在する。このゲート電極スリット10は、前記ゲート
支線9付近では、前記孔近傍ゲート電極7と対向するゲ
ート幹線電極8の内周側に広く開口しており、それ以外
の位置では広がっていないことに特徴がある。本実施例
ではその広がりを電界制御スリット20と呼ぶ。また、
ゲート支線9同志の間隔は、ゲート支線9の幅と同じ
か、それ以上であることが好ましい。なお、この第二の
実施形態の電界電子放出装置の各構成部材で、図1の第
一の実施形態の電界電子放出装置と同一の構成部材のも
のは、図1の装置の構成部材の寸法と同様である。
The gate electrode slit 10 is a region where the gate metal electrode (including the polysilicon electrode) is removed and the underlying insulating film 5 is exposed. Is present. The gate electrode slit 10 is characterized in that it is wide open in the vicinity of the gate branch line 9 on the inner peripheral side of the gate main line electrode 8 facing the near-hole gate electrode 7, but not at other positions. is there. In this embodiment, the spread is called an electric field control slit 20. Also,
The distance between the gate branch lines 9 is preferably equal to or greater than the width of the gate branch line 9. The components of the field electron emission device of the second embodiment that are the same as those of the field electron emission device of the first embodiment of FIG. 1 are the same as those of the device of FIG. Is the same as

【0015】この第二の実施形態の電界電子放出装置に
おいては、前記ゲート電極スリット10による絶縁膜電
位露出の影響が、図3の電界電子放出装置の上面に描か
れている等電位面25のように発生している。ゲート電
極スリット10が、大きく開いている場合には、開口部
によるカソード電位露出の影響で前記カソード電極1に
実際に印加される電界強度が弱まる傾向がある。
In the field electron emission device according to the second embodiment, the influence of the exposure of the insulating film potential by the gate electrode slit 10 is caused by the influence of the equipotential surface 25 drawn on the upper surface of the field electron emission device of FIG. Has occurred. When the gate electrode slit 10 is largely open, the intensity of the electric field actually applied to the cathode electrode 1 tends to be weakened due to the influence of the cathode potential exposure due to the opening.

【0016】次に、図2および図3に示した前記ゲート
電極スリット10の効果を図4を用いて説明する。図4
は、図2に示したような構造を有する電界電子放出装置
の電界強度2次元分布図である。図4における符号26
は、電界強度分布である。図4では、カソード電極1の
位置を中心にハッチングを施したパターンを三重に重ね
て描かれており、このハッチングパターンの濃さは電界
強度の強さを模式的に表わしているものである。
Next, the effect of the gate electrode slit 10 shown in FIGS. 2 and 3 will be described with reference to FIG. FIG.
3 is a two-dimensional electric field intensity distribution chart of the field electron emission device having the structure shown in FIG. Reference numeral 26 in FIG.
Is the electric field intensity distribution. In FIG. 4, a hatched pattern centered on the position of the cathode electrode 1 is drawn in three layers, and the density of the hatched pattern schematically represents the strength of the electric field intensity.

【0017】図4のA−A線の方向(電界制御スリット
20がない方向)は、前記ハッチングパターンが薄く大
きなパターンから中心付近の濃く小さなパターンに至る
まで大きく広がっており、この方向の電界強度が強いこ
とを表わしている。カソード電極1の表面状態や形状が
中心に対して軸対称ならば電界強度が強い方向により多
くの電子が放出されるため、図4におけるA−A線の方
向および同様の電界強度分布を有するもう一方の対角方
向(a−a線方向)により多くの電子が放出される。
The direction of the line AA in FIG. 4 (the direction without the electric field control slit 20) extends greatly from the thin and large hatching pattern to the dark and small pattern near the center. Is strong. If the surface state and shape of the cathode electrode 1 are axially symmetric with respect to the center, more electrons are emitted in the direction of a stronger electric field intensity. More electrons are emitted in one diagonal direction (a-a line direction).

【0018】一方、B−B線の方向(電界制御スリット
20の開口が大きい方向に沿った方向)のハッチングパ
ターンは小さく、電界強度分布が小さくなっている。こ
れは電界制御スリット20の開口が大きいために下地カ
ソード電位の影響を強く受けて電界が弱まったためであ
る。この方向(図4ではB−B線の方向と同様の電界強
度分布を示す方向が他に3方向ある。)の電子放出は少
なくなっている。また、C−C線の方向(ゲート支線9
の長さ方向に沿った方向)の電界強度分布はやや複雑な
分布となっており、大きく薄いハッチングパターンで表
されている電界強度は、前記A−Aの方向と同等の広が
りを示しているが、小さく濃いパターンにおいては前記
A−Aの方向よりも小さな分布となっている。このよう
な傾向の原因は、細いゲート支線パターンにある。境界
条件の整合性の観点から、前記B−Bの方向で形成され
た電界によって本来C−Cの方向に形成される電界が十
分に形成されない状態である。前記軸に近いカソード電
極1の近傍ほど電界強度分布が小さくなっており、この
方向の電子放出は少ない。他のゲート支線9方向も同様
である。
On the other hand, the hatching pattern in the direction of the line BB (the direction along the direction in which the opening of the electric field control slit 20 is large) is small, and the electric field intensity distribution is small. This is because the electric field was weakly affected by the influence of the underlying cathode potential because the opening of the electric field control slit 20 was large. Electron emission in this direction (in FIG. 4, there are three other directions showing the same electric field intensity distribution as the direction of the BB line) is reduced. The direction of the line CC (gate branch line 9)
The electric field intensity distribution in the direction along the length direction is a slightly complicated distribution, and the electric field intensity represented by a large and thin hatching pattern shows the same spread as the A-A direction. However, in a small and dark pattern, the distribution is smaller than the direction of AA. The cause of this tendency is a thin gate branch pattern. From the viewpoint of matching of boundary conditions, the electric field originally formed in the direction of CC is not sufficiently formed by the electric field formed in the direction of BB. The electric field intensity distribution becomes smaller nearer the cathode electrode 1 closer to the axis, and electron emission in this direction is smaller. The same applies to the other gate branch line 9 directions.

【0019】図5は、第二の実施形態の電界電子放出装
置のカソード電極側から見た平面図にゲート電極等価回
路を重ねて示した図である。図1で示した第一の実施形
態の電界電子放出装置の等価回路と同様である。図5に
おいて、ゲート等価回路27として描いた回路がゲート
電極等価回路である。図4と図5を用いて第二の実施形
態の電界電子放出装置の動作を説明する。図4で示した
電子放出分布傾向を要約すると図5における対角方向に
多くの電子放出があるということになる。すなわち、ゲ
ート等価回路27でのゲート支線9から離れた位置の方
向に多くの電子放出がある。製造行程でカソードの表面
状態や形状の対称性が損なわれた場合には、その非対称
性に依存した方向にも多くの電子が放出されることにな
る。実際の電界電子放出装置では、前述した対角方向の
放出傾向と後述した非対称性による放出傾向の積として
放出分布が決まる。正常な電子放出以外のゲートへの飛
び込み電子の到達位置はこの実施形態の電界電子放出装
置では対角方向に集中すると考えてよい。対角方向への
電子のゲート飛び込みが生じた場合には、図5で示した
等価回路が自己抑制機能を十分に発揮できる。尚、ゲー
ト支線9と電界制御スリット20の配置には軸に対する
放出電子分布の対称性を考慮してある。図2に示すよう
に4回対称に配置する場合もあるが、電界制御スリット
の開口形状で調整することで必ずしもゲート支線9を軸
対称に配置する必要はない。
FIG. 5 is a diagram in which a gate electrode equivalent circuit is superimposed on a plan view seen from the cathode electrode side of the field emission device of the second embodiment. This is the same as the equivalent circuit of the field electron emission device of the first embodiment shown in FIG. In FIG. 5, a circuit drawn as a gate equivalent circuit 27 is a gate electrode equivalent circuit. The operation of the field electron emission device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. Summarizing the electron emission distribution tendency shown in FIG. 4 means that there are many electron emissions in the diagonal direction in FIG. That is, many electrons are emitted in a direction away from the gate branch line 9 in the gate equivalent circuit 27. If the symmetry of the surface state or shape of the cathode is impaired during the manufacturing process, many electrons are emitted in directions depending on the asymmetry. In an actual field electron emission device, the emission distribution is determined as the product of the emission tendency in the diagonal direction described above and the emission tendency due to asymmetry described later. In the field electron emission device of this embodiment, it may be considered that the arrival position of the jumping electrons to the gate other than the normal electron emission concentrates in the diagonal direction. In the case where a diagonal electron jumps into the gate, the equivalent circuit shown in FIG. 5 can sufficiently exhibit the self-suppression function. The arrangement of the gate branch line 9 and the electric field control slit 20 takes into account the symmetry of the emission electron distribution with respect to the axis. As shown in FIG. 2, there is a case where the gate branch line 9 is arranged four times symmetrically, but it is not always necessary to arrange the gate branch line 9 axially symmetrically by adjusting the opening shape of the electric field control slit.

【0020】図6には本発明の電界電子放出装置の一実
施形態(以下、第三の実施形態の電界電子放出装置とい
う。)を示す。この電界電子放出装置は、図6に示すよ
うに孔近傍ゲート電極28の形状が、ゲート支線9の近
傍に位置する内側端(孔近傍ゲート電極内周縁)29が
カソード電極1から離れている他は、図1の第一の実施
形態の電界電子放出装置と同様の構造である。すなわ
ち、この第三の実施形態の電界電子放出装置では、前記
ゲート支線9とカソード電極1を結ぶ線上に位置する孔
近傍ゲート電極28の内周縁29とカソード電極1との
距離が、前記ゲート支線9とカソード電極1を結ぶ線上
以外に位置する孔近傍ゲート電極28の内周縁29とカ
ソード電極1との距離よりも大きくなっている。
FIG. 6 shows an embodiment of the field electron emission device of the present invention (hereinafter, referred to as a field electron emission device of the third embodiment). In this field electron emission device, as shown in FIG. 6, the shape of the gate electrode 28 near the hole is such that the inner end (inner edge of the gate electrode near the hole) 29 located near the gate branch line 9 is apart from the cathode electrode 1. Has the same structure as the field electron emission device of the first embodiment in FIG. That is, in the field electron emission device of the third embodiment, the distance between the inner peripheral edge 29 of the gate electrode 28 near the hole located on the line connecting the gate branch line 9 and the cathode electrode 1 and the cathode electrode 1 is equal to the gate branch line. The distance between the cathode electrode 1 and the inner peripheral edge 29 of the gate electrode 28 near the hole located other than on the line connecting the cathode electrode 9 and the cathode electrode 1 is larger.

【0021】前述のようにカソード電極1とゲート電極
との距離が離れているとその方向の電子放出分布は減少
する。図6では、孔近傍ゲート電極28の形状とゲート
支線9の配置関係から、ゲート支線9の方向の電子放出
が少ない。このような電子放出分布特性を有する電界電
子放出装置の効果は前述の通りである。
As described above, when the distance between the cathode electrode 1 and the gate electrode is large, the electron emission distribution in that direction decreases. In FIG. 6, electron emission in the direction of the gate branch line 9 is small due to the configuration of the gate electrode 28 near the hole and the arrangement of the gate branch line 9. The effects of the field electron emission device having such electron emission distribution characteristics are as described above.

【0022】(本発明の作用)本発明の電界電子放出装
置は、電子放出分布軸方向を制御できる構造として、孔
近傍ゲート電極と、該孔近傍ゲート電極から離れて設け
られたゲート幹線電極と、前記孔近傍ゲート電極とゲー
ト幹線電極とを電気的に接続するゲート支線を有し、電
子放出の軸ずれのために電子が多く放出された側では、
ゲート電流が多くなるため電界が抑制され、その結果、
電子が多く放出された側の電子放出が抑制されるという
自己制御を機能させる。さらに、これら孔近傍ゲート電
極とゲート幹線電極との間にゲート電極スリットが形成
されていることにより、ゲート支線の方向への電子放出
分布を、下地カソード電位の一部露出によって減少さ
せ、ゲート支線方向での自己制御の不足を解消すること
ができる。カソード電位が露出した方向では、ゲート電
位による電子放出電界が弱められる効果を利用して特別
な電極を付加することなく電界分布の制御を行ってい
る。
(Effect of the Present Invention) The field electron emission device of the present invention has a structure in which the direction of the electron emission distribution axis can be controlled by a gate electrode near the hole, a gate main electrode provided apart from the gate electrode near the hole, and Having a gate branch line for electrically connecting the gate electrode near the hole and the gate main electrode, on the side where a large amount of electrons are emitted due to misalignment of electron emission,
The electric field is suppressed because the gate current increases, and as a result,
The self-control that the electron emission on the side where a large amount of electrons are emitted is suppressed is caused to function. Further, since the gate electrode slit is formed between the gate electrode near the hole and the gate main electrode, the electron emission distribution in the direction of the gate branch line is reduced by partially exposing the base cathode potential, and the gate branch line is exposed. Insufficient self-control in directions can be eliminated. In the direction in which the cathode potential is exposed, the electric field distribution is controlled without adding a special electrode by utilizing the effect that the electron emission electric field is weakened by the gate potential.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように本発明の電界電子放
出装置にあっては、ゲート電極と、このゲート電極に形
成された孔内に配設されるカソード電極を備える電界電
子放出装置において、孔近傍ゲート電極と、前記孔近傍
ゲート電極を同心円状に取り囲むゲート電極スリット
と、前記ゲート電極スリットの外側に位置し、前記孔近
傍ゲート電極と複数のゲート支線によって電気的に接続
されたゲート幹線電極から構成されたことにより、前記
孔に垂直方向に電子放出分布軸方向を自己制御できると
いう利点がある。さらに、前記孔近傍ゲート電極と対向
するゲート幹線電極の周縁に電界制御のための電界制御
スリットが設けられたことにより、ゲート支線方向への
電子放出分布を減少させることで自己制御の不足を解消
することができる。また、前記ゲート支線とカソード電
極を結ぶ線上に位置する孔近傍ゲート電極の内周縁とカ
ソード電極との距離を、前記ゲート支線とカソード電極
を結ぶ線上以外に位置する孔近傍ゲート電極の内周縁と
カソード電極との距離よりも大きくしたものにあって
も、ゲート支線の方向の電子放出が少なく、自己制御の
不足を解消することができる。
As described above, according to the field electron emission device of the present invention, in a field electron emission device including a gate electrode and a cathode electrode provided in a hole formed in the gate electrode, A near-hole gate electrode, a gate electrode slit concentrically surrounding the near-hole gate electrode, and a gate trunk line located outside the gate electrode slit and electrically connected to the near-hole gate electrode by a plurality of gate branch lines. The use of the electrodes has an advantage that the electron emission distribution axis direction can be self-controlled in a direction perpendicular to the holes. Further, by providing an electric field control slit for electric field control at the periphery of the gate main electrode facing the gate electrode near the hole, the electron emission distribution in the direction of the gate branch line is reduced, thereby eliminating the lack of self-control. can do. Further, the distance between the inner peripheral edge of the hole near gate electrode located on the line connecting the gate branch line and the cathode electrode and the cathode electrode, the inner peripheral edge of the hole near gate electrode located other than on the line connecting the gate branch line and the cathode electrode, Even if the distance is larger than the distance from the cathode electrode, electron emission in the direction of the gate branch line is small, and the shortage of self-control can be solved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の電界電子放出装置の第1の実施形態
のカソード電極側から見た平面図にゲート電極等価回路
を重ねて示した図である。
FIG. 1 is a diagram in which a gate electrode equivalent circuit is superimposed on a plan view of a field electron emission device according to a first embodiment of the present invention as viewed from a cathode electrode side.

【図2】 本発明の電界電子放出装置の第1の実施形態
のカソード電極側から見た平面図である。
FIG. 2 is a plan view of the field electron emission device according to the first embodiment of the present invention as viewed from a cathode electrode side.

【図3】 図2の電界電子放出装置のA−A線に沿った
断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the field electron emission device of FIG. 2 taken along line AA.

【図4】 図2の電界電子放出装置の電界強度2次元分
布図である。
FIG. 4 is a two-dimensional distribution chart of electric field intensity of the field electron emission device of FIG. 2;

【図5】 図2の電界電子放出装置のカソード電極側か
ら見た平面図にゲート電極等価回路を重ねて示した図で
ある。
5 is a diagram showing a gate electrode equivalent circuit superimposed on a plan view of the field electron emission device of FIG. 2 as viewed from the cathode electrode side.

【図6】 本発明の電界電子放出装置の第3の実施形態
のカソード電極側から見た平面図である。
FIG. 6 is a plan view of a third embodiment of the field electron emission device of the present invention as viewed from the cathode electrode side.

【図7】 従来の電界電子放出装置の例を示す斜視図で
ある。
FIG. 7 is a perspective view showing an example of a conventional field electron emission device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・カソード電極、4・・・基板、5・・・絶縁膜、5a・・・
孔、7・・・孔近傍ゲート電極、7a・・・孔、8・・・ゲート
幹線電極、9・・・ゲート支線、10・・・ゲート電極スリッ
ト、11・・・ゲート等価回路、20・・・電界制御スリッ
ト、21・・・ゲート幹線電極の内周縁、25・・・等電位
面、26・・・電界強度分布、27・・・ゲート等価回路、2
8・・・孔近傍ゲート電極、29・・・孔近傍ゲート電極の内
周縁(内側端)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cathode electrode, 4 ... Substrate, 5 ... Insulating film, 5a ...
Hole, 7: gate electrode near the hole, 7a: hole, 8: gate main electrode, 9: gate branch line, 10: gate electrode slit, 11: gate equivalent circuit, 20 · ..Electric field control slits, 21: inner peripheral edge of gate main electrode, 25: equipotential surface, 26: electric field intensity distribution, 27: gate equivalent circuit, 2
8 ... gate electrode near the hole, 29 ... inner peripheral edge (inner end) of the gate electrode near the hole.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ゲート電極と、このゲート電極に形成さ
れた孔内に配設されるカソード電極を備える電界電子放
出装置において、孔近傍ゲート電極と、前記孔近傍ゲー
ト電極を同心円状に取り囲むゲート電極スリットと、前
記ゲート電極スリットの外側に位置し、前記孔近傍ゲー
ト電極と複数のゲート支線によって電気的に接続された
ゲート幹線電極を有することを特徴とする電界電子放出
装置。
1. A field electron emission device comprising a gate electrode and a cathode electrode disposed in a hole formed in the gate electrode, wherein a gate electrode near the hole and a gate concentrically surrounding the gate electrode near the hole. A field electron emission device comprising: an electrode slit; and a gate main electrode located outside the gate electrode slit and electrically connected to the gate electrode near the hole by a plurality of gate branches.
【請求項2】 請求項1記載の電界電子放出装置におい
て、前記孔近傍ゲート電極と対向するゲート幹線電極の
周縁に電界制御スリットが設けられていることを特徴と
する電界電子放出装置。
2. The field electron emission device according to claim 1, wherein an electric field control slit is provided on a peripheral edge of the gate main electrode facing the gate electrode near the hole.
【請求項3】 請求項1記載の電界電子放出装置におい
て、前記ゲート支線とカソード電極を結ぶ線上に位置す
る孔近傍ゲート電極の内周縁とカソード電極との距離
が、前記ゲート支線とカソード電極を結ぶ線上以外に位
置する孔近傍ゲート電極の内周縁とカソード電極との距
離よりも大きいことを特徴とする電界電子放出装置。
3. The field electron emission device according to claim 1, wherein a distance between an inner peripheral edge of the gate electrode near the hole located on a line connecting the gate branch line and the cathode electrode and the cathode electrode is equal to the distance between the gate branch line and the cathode electrode. A field electron emission device characterized in that the distance is larger than the distance between the inner peripheral edge of the gate electrode near the hole located other than on the connecting line and the cathode electrode.
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