(57)【要約】【課題】電子放出素子であって素子内に効率よく電子を注入可能なもの、及び、そのような電子放出素子を作製する方法を提供する。【解決手段】基３と、該基材３の端部３ａに設けられた突起５と、導電性を有する導電性皮膜７と、を備え、突起５は、突起５の側面に設けられた少なくとも１つの穴部５ｃを有し、導電性皮膜７は、穴部５ｃの内面を含む突起５の表面上に形成されており、突起５の先端部５ｂの表面は露出しており、突起５は一辺が１０００μｍの立方体内に収容可能な形状を有する。【選択図】図１
2010287341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、該基材の端部に設けられた突起と、導電性を有する導電性皮膜と、を備え、
前記突起は、該突起の側面に形成された少なくとも１つの穴部を有し、
前記導電性皮膜は、前記穴部の内面を含む前記突起の表面に形成されており、
前記突起の先端部の表面は露出しており、
前記突起は、一辺が１０００μｍの立方体内に収容可能な形状を有する、
ことを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記突起はダイヤモンドを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記導電性皮膜の抵抗率は１Ω・ｃｍ以下である、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記導電性皮膜は金属からなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の電子放出素子。
【請求項５】
前記導電性皮膜は多層構造を有する、ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の電子放出素子。
【請求項６】
基材を用意する工程と、
前記基材を用意した後に、前記基材の端部に、一辺が１０００μｍの立方体内に収容可能な形状を有する突起を形成する工程と、
前記突起を形成した後に、収束イオンビーム法を用いて、前記突起の側面に少なくとも１つの穴部を形成する工程と、
前記突起の前記側面に前記穴部を形成した後に、前記穴部の内面を含む前記突起の表面に、導電性を有する導電性皮膜を形成する工程と、
前記突起の表面に導電性皮膜を形成した後に、前記収束イオンビーム法を用いて、前記突起の先端部の表面に形成された前記導電性皮膜を除去し、前記突起の前記先端部の表面を露出させる工程と、を備える、
ことを特徴とする電子放出素子の作製方法。
【請求項７】
基材を用意する工程と、
前記基材を用意した後に、前記基材の端部に、一辺が１０００μｍの立方体内に収容可能な形状を有する突起を形成する工程と、
前記突起を形成した後に、収束イオンビーム装置を用いて、前記突起の側面に少なくとも１つの穴部を形成する工程と、
前記突起の前記側面に前記穴部を形成した後に、前記収束イオンビーム装置を用いて、前記穴部の内面を含み前記突起の先端部の表面を除く前記突起の表面に、導電性を有する導電性皮膜を形成する工程と、を備える、
ことを特徴とする電子放出素子の作製方法。
【請求項８】
基材を用意する工程と、
前記基材を用意した後に、前記基材の端部に、一辺が１０００μｍの立方体に収容可能な形状を有する突起を形成する工程と、
前記突起を形成した後に、収束イオンビーム法を用いて前記突起の側面に少なくとも１つの穴部を形成する工程と、
前記突起の前記側面に前記穴部を形成した後に、前記突起の先端部にマスクを形成する工程と、
前記マスクを形成した後に、前記穴部の内面を含む前記突起の表面上に導電性を有する導電性皮膜を形成する工程と、
前記突起の表面上に導電性を有する導電性皮膜を形成した後に、前記突起の前記先端部に形成された前記マスクを除去し、前記突起の前記先端部の表面を露出させる工程と、を備える、
ことを特徴とする電子放出素子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子放出素子、及び、電子放出素子の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、及び電子線描画装置等には、ＺｒＯ／Ｗ又はＬａＢ６等を利用した電子放出素子が用いられている。このような電子放出素子は、一般に１５００℃以上の高温の状態において利用される（例えば、非特許文献１参照）。このような高温の状態において電子放出素子から放出される電子のエネルギーの分散は、フェルミ分布の広がり及びフォノン散乱等によって大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０９５４７８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】J.Vac.Sci.Techno.B 3(1),Jan/Feb(1985)220
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これに対して、仕事関数の低いダイヤモンドを電子放出素子に利用すれば、比較的低温でも電子の放出が可能となっており、特に、ｎ型にドープされたダイヤモンドの利用が有効であることが知られている。このような電子放出素子においては、素子内への電子の注入効率を向上させることが求められている。そこで、本発明は、電子放出素子であって素子内への電子の注入効率を向上可能なもの、及び、そのような電子放出素子を作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電子放出素子は、基材と、該基材の端部に設けられた突起と、導電性を有する導電性皮膜と、を備え、突起は、該突起の側面に形成された少なくとも１つの穴部を有し、導電性皮膜は、穴部の内面を含む突起の表面に形成されており、突起の先端部の表面は露出しており、突起は、一辺が１０００μｍの立方体内に収容可能な形状を有する、ことを特徴とする。このように、本発明の電子放出素子においては、突起は側面に設けられた穴部を有するので、穴部の内面を含む突起の表面積は、穴部を有さない場合と比較して大きい。そして、穴部の内面を含む突起の表面に導電性皮膜が形成されているので、突起の表面と導電性皮膜との接触面積は、穴部を有さない場合と比較して大きい。このため、本発明の電子放出素子によれば、この導電性皮膜を介して、突起に効率良く電子を注入できる。
【０００７】
本発明の電子放出素子においては、突起はダイヤモンドを含む、ことが好ましい。この場合、ダイヤモンドの仕事関数が比較的小さいので、比較的低温の状態において電子の放出が可能となる。
【０００８】
本発明の電子放出素子においては、導電性皮膜の抵抗率は１Ω・ｃｍ以下である、ことが好ましい。このような導電性皮膜であれば、例えば、突起がダイヤモンドからなる場合であっても、この突起の抵抗率に比べて低い抵抗率となるので、突起先端への電子伝導を効率よく行うことができる。
【０００９】
本発明の電子放出素子においては、導電性皮膜は金属からなる、ことが好ましい。このように、比較的低い抵抗率を有する金属材料によって導電性皮膜を形成することにより、突起の先端部への電子伝導を効率良く行うことができる。
【００１０】
本発明の電子放出素子においては、導電性皮膜は多層構造を有する、ことが好ましい。この場合、多層構造における複数の層のうちの、突起の表面と接する層を、突起の表面との密着性の高い材料により形成し、多層構造における複数の層のうちの他の層を、当該電子放出素子に所望する特性に応じた材料により形成することができる。
【００１１】
本発明の電子放出素子の作製方法は、基材を用意する工程と、基材を用意した後に、基材の端部に、一辺が１０００μｍの立方体内に収容可能な形状を有する突起を形成する工程と、突起を形成した後に、収束イオンビーム法を用いて、突起の側面に少なくとも１つの穴部を形成する工程と、突起の側面に穴部を形成した後に、穴部の内面を含む突起の表面に、導電性を有する導電性皮膜を形成する工程と、突起の表面に導電性皮膜を形成した後に、収束イオンビーム法を用いて、突起の先端部の表面に形成された導電性皮膜を除去し、突起の先端部の表面を露出させる工程と、を備える、ことを特徴とする。本発明の電子放出素子の作製方法によれば、穴部を形成する工程において収束イオンビーム法を用いるので、一辺が１０００μｍの立方体内に収容可能である微小な突起に対して、この突起を破損させることなく穴部を形成することができる。また、導電性皮膜を除去する工程において収束イオンビーム法を用いることによって、微小な突起の先端部分の導電性皮膜のみを正確に除去することができる。
【００１２】
本発明の電子放出素子の作製方法は、基材を用意する工程と、基材を用意した後に、基材の端部に、一辺が１０００μｍの立方体内に収容可能な形状を有する突起を形成する工程と、突起を形成した後に、収束イオンビーム装置を用いて、突起の側面に少なくとも１つの穴部を形成する工程と、突起の側面に穴部を形成した後に、収束イオンビーム装置を用いて、穴部の内面を含み突起の先端部の表面を除く突起の表面に、導電性を有する導電性皮膜を形成する工程と、を備える、ことを特徴とする。本発明の電子放出素子の作製方法によれば、穴部の形成において収束イオンビーム装置を用いることにより、一辺が１０００μｍの立方体内に収容可能である微小な突起に対して、この突起を破損させることなく穴部を形成することができる。また、導電性皮膜の形成において収束イオンビーム装置を用いることにより、突起の先端部の表面を除いた突起の表面上に対して、正確に導電性皮膜を形成することができる。さらに、本発明の電子放出素子の作製方法によれば、穴部を形成する工程と導電性皮膜を形成する工程とを一つの装置を用いて行うことができる。
【００１３】
本発明の電子放出素子の作製方法は、基材を用意する工程と、基材を用意した後に、基材の端部に、一辺が１０００μｍの立方体に収容可能な形状を有する突起を形成する工程と、突起を形成した後に、収束イオンビーム法を用いて突起の側面に少なくとも１つの穴部を形成する工程と、突起の側面に穴部を形成した後に、突起の先端部にマスクを形成する工程と、マスクを形成した後に、穴部の内面を含む突起の表面上に導電性を有する導電性皮膜を形成する工程と、突起の表面上に導電性を有する導電性皮膜を形成した後に、突起の先端部に形成されたマスクを除去し、突起の先端部の表面を露出させる工程と、を備える、ことを特徴とする。本発明の電子放出素子の作製方法によれば、突起の先端部の表面を露出させる工程において収束イオンビーム法を用いる場合に比べ、作製コストが比較的安価となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電子放出素子であって素子内への電子の注入効率を向上可能なもの、及び、そのような電子放出素子の作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る電子放出素子の断面構成を示す図である。
【図２】図１に示された突起の変形例を示す図である。
【図３】図１に示された電子放出素子の側面図である。
【図４】図１に示された電子放出素子の変形例を示す側面図である。
【図５】図１に示された導電性皮膜の変形例を示す図である。
【図６】本実施形態に係る電子放出素子の作製方法の主要な工程を示す図である。
【図７】本実施形態に係る電子放出素子の作製方法の主要な工程を示す図である。
【図８】本実施形態に係る電子放出素子の撮影画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、本実施形態に係る電子放出素子の断面構成を示す図である。図１に示されるように、電子放出素子１は、基材３、突起５及び導電性皮膜７を備える。このような電子放出素子１は、例えば、電子源チップとして利用される。
【００１７】
基材３は、Ｉａ型、Ｉｂ型、ＩＩａ型及びＩＩｂ型のいずれかの型のダイヤモンドを含むが、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）及びＣＢＮ（立体晶窒化ホウ素）等の窒化物、或いは、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の酸化物等を含むこともできる。
【００１８】
突起５は、基材３の長手方向の端部３ａにおいて、基材３と一体に形成されている。突起５は、基材３と同様に、Ｉａ型、Ｉｂ型、ＩＩａ型及びＩＩｂ型の何れかの型のダイヤモンドを含むが、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ及びＣＢＮ等の窒化物、或いは、ＺｎＯ等の酸化物等を含むこともできる。突起３は、端部３ａにおける基材３の端面３ｂから突出して形成されており、一辺が１０００μｍの立方体内に収容可能な形状を有している。突起５は、円柱形状の基端部５ａと円錐形上の先端部５ｂとを組み合わせた形状を有している。先端部５ｂは、例えば、突起５の先端部分の領域であって突起５全体の長さ（高さ）の１０％程度の長さを有するものとすることができる。突起５は、端面３ｂからの高さが３０μｍであって直径が６μｍである仮想的な円柱体内に収容可能な形状を有している。なお、電子放出素子１は、突起５に替えて、図２（ａ）に示されるような円錐形状又は角錐形状の突起６ａを有することができる。また、電子放出素子１は、突起５に替えて、図２（ｂ）に示されるような円柱形状又は角柱形状の突起６ｂを有することもできる。
【００１９】
突起５は、側面に形成された穴部５ｃを有する。穴部５ｃは、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されるように、１μｍ程度の孔径Ｗを有しており、突起５を貫通する。なお、図３は、電子放出素子１の側面図である。図３においては、直交座標系Ｓが示されており、導電性皮膜７は図示されていない。
【００２０】
導電性皮膜７は、基材３の表面、及び、穴部５ｃの内面５ｄを含む突起５の表面に形成されている。ただし、突起５の先端部５ｂの表面には導電性皮膜７が形成されておらず、突起５の先端部５ｂの表面は露出している。導電性皮膜７はフィラメント電極（共通端子）Ｆに接続されている。このため、導電性皮膜７の電位は、導電性皮膜７において略一定に保たれる。また、導電性皮膜７の材料はＴｉ（チタン）であるが、例えば、Ｗ（タングステン）等の他の金属であってもよい。また、導電性皮膜７の材料は種々の合金とすることもできる。なお、導電性皮膜７は、穴部５ｃの内面５ｄを含み先端部５ｂの表面を除く突起５の全表面に形成されることが好ましい。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態に係る電子放出素子１においては、突起５は、側面に設けられた穴部５ｃを有するので、穴部５ｃの内面を含む突起５の表面積は、穴部５ｃを有さない場合と比較して大きい。そして、穴部５ｃの内面を含む突起５の表面に導電性皮膜７が形成されているので、突起５の表面と導電性皮膜７との接触面積は、穴部５ｃを有さない場合と比較して大きい。このため、電子放出素子１によれば、この導電性皮膜７を介して、突起５に効率良く電子を注入できる。また、突起５の材料が、仕事関数が比較的低いダイヤモンドを含むので、比較的低温であっても電子の放出が可能である。また、導電性皮膜７の材料が比較的低い抵抗率を有するＴｉであるので、突起５の先端部５ｂへの電子伝導を効率良く行うことができる。
【００２２】
また、穴部５ｃの内面に導電性皮膜７を形成することによって、導電性皮膜７と突起５の先端部５ｂとの間に生じる直列抵抗や、導電性皮膜７と突起５の表面との接触面に生じる接触抵抗を低減できる。その結果、電子放出素子１によれば、導電性皮膜７から突起５の先端部５ｂまで比較的低抵抗で電子を輸送できるので、電子放出で生じる損失を低減できる。
【００２３】
さらに、導電性皮膜７の電位は、導電性皮膜７内において略一定に保たれる。これにより、導電性皮膜７によって突起５が電気的にシールドされるので、突起５内における電界の影響を低減できる。また、導電性皮膜７は、突起５の先端部５ｂ付近まで形成されている。したがって、フィラメント電極Ｆから電子放出素子に注入される電流は、突起５の先端部５ｂに至るまで、ダイヤモンドを含む突起５ではなく導電性皮膜７内を流れるので、電流によって生じる突起５の発熱を抑制できる。その結果、熱による突起５の破壊を抑制可能であるとともに、エミッション電流を効率良くビーム電流とすることができる。また、突起５が発熱した場合であっても、基材３がラジエータとして機能するので、突起５における急激な過熱状態の発生が防止される。このため、先端部５ｂの急激な過熱による電子分布の急激な変化が抑制され、その結果、安定した電子放出を行うことができる。
【００２４】
なお、電子放出素子１は、突起５に替えて、図４に示されるような突起９を有することができる。図４は、突起９を有する電子放出素子の側面図である。図９においては、直交座標系Ｓが示されており、導電性皮膜は示されていない。突起９は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるような穴部９ｃを有する。穴部９ｃは、突起９の側面に形成されたくぼみであり、このくぼみの深さＤは、突起９の側面から突起９の中心線Ａ付近まで達する程度（即ち３μｍ程度）である。この穴部９ｃによれば、突起９にかかる電界の均一性が劣化することを防止することができるので、穴部９ｃが形成された突起９を有する電子放出素子は、電界中において、特に好適に利用することができる。
【００２５】
また、突起５の側面に複数の穴部を形成することも好ましい。この場合、孔径が１μｍ程度の貫通孔である穴部５ｃを複数設けることにより、突起５の表面と導電性皮膜７との接触面積を一層大きくできる。また、複数の穴部を形成する場合、貫通孔である穴部５ｃとくぼみである穴部９ｃとを混在させてもよい。突起５の側面に、穴部５ｃと穴部９ｃとを混在させて形成することによって、突起５の表面と導電性皮膜７との接触面積を大きくすることができるとともに、突起５にかかる電界の均一性が劣化することを防止することができる。
【００２６】
また、導電性皮膜７の材料は、金属に限らず、抵抗率が１Ω・ｃｍ以下の材料であればよい。例えば、抵抗率が１Ω・ｃｍ以下の導電性皮膜７の材料として、ドーピングされたダイヤモンド等の半導体材料を用いることができる。ドーピングに用いられる不純物は、Ｂ（ホウ素）、Ｐ（リン）、Ｎ（窒素）、Ｓ（硫黄）、Ｌｉ（リチウム）等とすることが可能であり、これらの不純物の濃度は、１×１０１３ｃｍ−３〜１×１０２２ｃｍ−３程度とすることができる。
【００２７】
さらに、電子放出素子１は、導電性皮膜７に替えて、図５に示されるような導電性皮膜１１を有することができる。導電性皮膜１１は、図５に示されるように、第１の層１１ａと第２の層１１ｂとからなる多層構造を有している。第１の層１１ａ及び第２の層１１ｂは、基材３及び突起５の表面上にこの順番で形成されている。この場合、突起５の表面と接する第１の層１１ａを突起５の表面との密着性の高い材料により形成し、第１の層１１ａの表面上に形成される第２の層１１ｂを電子放出素子に所望する特性に応じた材料により形成することができる。第１の層１１ａの材料は、例えば突起５の表面がダイヤモンドからなる場合、ダイヤモンドとの密着性の高いＴｉやＲｕ（ルテニウム）等とすることが好ましい。Ｔｉは、比較的低い温度でのアニールによって、ダイヤモンドとのオーミック性接触がとれるので、第１の層１１ａの材料として特に好ましい。また、第２の層１１ｂの材料は、例えば、Ｗ、Ｍｏ（モリブデン）及びＰｔ（プラチナ）等とすることができる。
【００２８】
次に、図６及び図７を参照して、電子放出素子１の作製方法について説明する。まず、図６（ａ）に示されるように、基材１３を用意する。基材１３は、Ｉａ型、Ｉｂ型、ＩＩａ型及びＩＩｂ型のいずれかの型のダイヤモンドを含む。続いて、基材１３の端部１３ａを研磨し、図６（ｂ）に示されるような基材１５を形成する。この基材１５は、メサ形状の端部１５ａを有する。その後、ＩＣＰエッチング装置（ＩＣＰ：Inductively coupled Plasma）を用いて、基材１５の端部１５ａをエッチングし、図６（ｃ）に示されるように、基材３と突起１７とを形成する。突起１７は、基材３の端部３ａに形成されている。この突起１７は、一辺が１０００μｍの立方体内に収容可能な形状を有する。突起１７は、円柱形状の基端部１７ａと、円錐形上の先端部１７ｂと組み合わせた形状を有している。突起１７は、端部３ａにおける基材３の端面３ｂからの高さが３０μｍであって、直径が６μｍである仮想的な円柱体内に収容可能な形状を有する。
【００２９】
続いて、収束イオンビーム法を用いて、突起１７の側面を掘削し、穴部を形成する。この結果、図７（ａ）に示されるように、側面に穴部５ｃを有する突起５が形成される。その後、ＲＦスパッタ法を用いて、図７（ｂ）に示されるように、基材３の表面と、穴部５ｃの内面５ｄを含む突起５の表面と、に導電性皮膜１９を形成する。導電性皮膜１９の材料はＴｉである。そして、収束イオンビーム法を用いて、突起５の先端部５ｂの表面に形成された導電性皮膜を除去することにより導電性皮膜１９を加工して導電性皮膜７を形成し、図７（ｃ）に示されるように、突起５の先端部５ｂの表面を露出させる。以上の工程によって、電子放出素子１が作製される。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態に係る電子放出素子１における突起１７は、一辺が１０００μｍの立方体内に収容可能な微小な突起である。このため、この突起１７の側面を掘削して穴部５ｃを形成する際に、機械的な加工方法を用いると、突起１７が破損してしまう場合がある。これに対して、本実施形態に係る電子放出素子１の作製方法によれば、穴部５ｃを形成する工程において収束イオンビーム法を用いることにより、突起１７を破損させることなく突起１７の側面を掘削して穴部５ｃを形成することができる。また、導電性皮膜を除去する工程において収束イオンビーム法を用いることにより、微小な突起５の先端部５ｂの導電性皮膜のみを正確に除去することができる。
【００３１】
なお、突起１７の側面を掘削して穴部５ｃを形成する工程と、突起５の先端部５ｂの表面に形成された導電性皮膜を除去する工程と、において用いられる加工方法は、収束イオンビーム法に限らず、ナノスケールの加工を行うことが可能な他の周知の加工方法とすることができる。
【００３２】
ここで、電子放出素子１の作製方法は、上記の作製方法に限らず、例えば、次のような作製方法でもよい。基材３の端部３ａに突起１７を形成した後、収束イオンビーム装置を用いて突起１７の側面に穴部５ｃを形成する。その後、収束イオンビーム装置を用いて、基材３の表面と、穴部５ｃの内面を含み突起５の先端部５ｂの表面を除く突起５の表面と、に導電性皮膜７を形成する。この作製方法においては、基材３の表面及び突起５の表面に導電性皮膜７を直接形成することができるので、突起５の先端部５ｂの表面をあらためて露出させる工程を必要としない。この作製方法によれば、穴部５ｃの形成において収束イオンビーム装置を用いることにより、突起１７を破損させることなく、突起１７の側面を掘削して穴部５ｃを形成することができる。また、導電性皮膜７の形成において収束イオンビーム装置を用いることにより、微小な突起５の先端部５ｂ以外の表面に対して、導電性皮膜７を正確に形成することができる。さらに、この作製方法によれば、穴部５ｃを形成する工程と導電性皮膜７を形成する工程とを一つの装置を用いて行うことができるので、電子放出素子１を効率よく作製できる。
【００３３】
また、電子放出素子１の作製方法は、次のような作製方法でもよい。側面に穴部５ｃを有する突起５を形成した後、突起５の先端部５ｂの表面に、レジストやペースト状の物質を付着させてマスクを形成する。その後、基材３の表面と、穴部５ｃの内面５ｄを含む突起５の表面と、に導電性皮膜を形成する。そして、突起５の先端部５ｂのマスクをリフトオフ法により除去し、突起５の先端部５ｂの表面を露出させる。この方法によれば、突起５の先端部５ｂの表面を露出させる工程において収束イオンビーム法を用いる場合に比べ、安価且つ短時間で電子放出素子１を作製できる。
【００３４】
電子放出素子１のＳＥＭ写真を図８（ａ）に示す。図８（ａ）の矢印Ｒは、導電性皮膜７が形成された範囲を示している。なお、図８（ｂ）は、導電性皮膜７の形成前の電子放出素子１のＳＥＭ写真を示す図である。
【実施例１】
【００３５】
次に、実施例１に係る電子放出素子１について説明する。実施例１に係る電子放出素子１は、電子銃に用いられことを想定されているものである。この電子放出素子１の作製方法について具体的に説明する。先ず、ＩＩｂ型のダイヤモンドからなる基材１３の端部１３を機械研磨し、メサ形状の端部１５ａを有する基材１５を形成した。続いて、この基材１５の端部１５ａを、ＩＣＰエッチング装置を用いてエッチングし、高さ３０μｍ、太さ６μｍの仮想的な円柱体内に収容可能な形状を有する突起１７を形成するとともに基材３を形成した。その後、収束イオンビーム法によって、この突起１７の側面を掘削して、孔径１μｍの貫通孔である穴部５ｃを形成し、突起５を形成した。続いて、基材３の表面、及び、穴部５ｃの内面を含む突起５の表面上に、ＲＦスパッタ法により、厚さ１００ｎｍのＴｉ層と厚さ１０００ｎｍのＷ層とが、この順に積層されてなる導電性皮膜１９を形成した。そして、収束イオンビーム法により、突起５の先端部５ｂの表面に形成された導電性皮膜を除去することにより導電性皮膜１９を加工して導電性皮膜７を形成し、突起５の先端部５ｂの表面を露出させた。以上の工程により実施例１に係る電子放出素子１が作製された。
【００３６】
実施例１に係る電子放出素子１によれば、４ｋＶの引き出し電圧により３００μＡのエミッション電流を定常的に取り出すことができた。これに対し、実施例１に係る電子放出素子１と同様の構成であるが、突起に穴部が形成されていない電子放出素子によれば、４ｋＶの引き出し電圧におけるエミッション電流の値は２００μＡであった。このことから、実施例１に係る電子放出素子１によれば、電子放出特性が改善されることが示された。
【実施例２】
【００３７】
次に、実施例２に係る電子放出素子１について説明する。実施例２に係る電子放出素子１は、実施例１に係る電子放出素子１と同様の構成を有するが、突起５の太さ及び高さが異なる。実施例２に係る電子放出素子１の突起５は、太さ１２μｍ、高さ６０μｍである円柱体内に収容可能な形状を有する。この電子放出素子１によれば、８ｋＶの引き出し電圧により３００μＡのエミッション電流を定常的に取り出すことができた。これに対し、実施例２に係る電子放出素子１と同様の構成を有するが、突起に穴部が形成されていない電子放出素子によれば、８ｋＶの引き出し電圧におけるエミッション電流の値は２００μＡであった。このことから、実施例２に係る電子放出素子１によれば、電子放出特性が改善されることが示された。
【実施例３】
【００３８】
次に、実施例３に係る電子放出素子１について説明する。実施例３に係る電子放出素子１は、実施例１に係る電子放出素子１と同様の構成を有するが、基材３及び突起５の材料と、突起５の太さ及び高さと、が異なる。実施例３に係る電子放出素子１の基材３及び突起５は、Ｉｂ型のダイヤモンドを含む。また、実施例３に係る電子放出素子１の突起５は、太さ６μｍ、高さ２５μｍである仮想的な円柱体内に収容可能な形状を有する。この電子放出素子１によれば、５ｋＶの引き出し電圧により１５０μＡのエミッション電流を定常的に取り出すことができた。これに対し、実施例３に係る電子放出素子１と同様の構成を有するが、突起に穴部が形成されていない電子放出素子によれば、５ｋＶの引き出し電圧におけるエミッション電流の値は１２０μＡであった。このことから、実施例３に係る電子放出素子１によれば、電子放出特性が改善されることが示された。
【００３９】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置及び詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。また、本発明は、本実施形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲及びその精神の範囲から来る全ての修正及び変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【００４０】
１…電子放出素子、３，１３，１５…基材、３ａ，１３ａ，１５ａ…端部、３ｂ…端面、５，６ａ，６ｂ，９，１７…突起、５ａ，１７ａ…基端部、５ｂ，１７ｂ…先端部、５ｃ，９ｃ…穴部、５ｄ…内面、７，１１，１９…導電性皮膜、１１ａ…第１の層、１１ｂ…第２の層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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