(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性を有するセラミック材料からなる支持基板と耐熱性を有するセラミック材料からなるゲート絶縁層の間にカソード電極が埋め込まれ、前記ゲート絶縁層上にゲート電極が配設され、前記ゲート電極と前記ゲート絶縁層に対して前記カソード電極上に開口したホールが形成され、該ホール内部に前記カソード電極に形成された電子源が充填されていることを特徴とする冷陰極。
【請求項２】
前記ゲート電極と前記ゲート絶縁層との間にゲート絶縁補助層を介在させていることを特徴とする請求項１記載の冷陰極。
【請求項３】
前記ゲート絶縁層が２層以上の多層セラミック材料で構成され、最上層のゲート絶縁層のホール径が下層のゲート絶縁層のホール径よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の冷陰極。
【請求項４】
前記カソード電極の前記ホールの底部の部分が凹形状であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の冷陰極。
【請求項５】
前記電子源と前記カソード電極との間にバインディング材料が設けられていることを特徴とする請求項１又は４いずれかに記載の冷陰極。
【請求項６】
前記電子源が、アルミニウムの陽極酸化皮膜中に形成されていることを特徴とする請求項１、３又は４いずれかに記載の冷陰極。
【請求項７】
前記電子源が、前記陽極酸化皮膜から突出して前記ゲート電極近傍まで達すると共に、前記陽極酸化皮膜中の微細孔で保持されることを特徴とする請求項１、２、５又は６いずれかに記載の冷陰極。
【請求項８】
前記電子源が、カーボンナノチューブ、グラファイト、ダイアモンド、ダイヤモンドライクカーボン、アモルファスカーボンのいずれか、又はこれらの混合物で構成される炭素材料であることを特徴とする請求項１、５乃至７いずれかに記載の冷陰極。
【請求項９】
前記セラミック材料が、アルミナ又はアルミナとシリカの混合物で構成されていることを特徴とする請求項１又は３いずれかに記載の冷陰極。
【請求項１０】
前記カソード電極が、ニッケル、コバルト、鉄等の金属触媒を被覆又は混在して構成されていることを特徴とする請求項１、４又は５いずれかに記載の冷陰極。
【請求項１１】
耐熱性を有するセラミック材料からなる支持基板上にカソード電極を挟んで耐熱性を有するセラミック材料からなるゲート絶縁層を貼り合わせる工程と、前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、ゲート絶縁層及びゲート電極に前記カソード電極上に貫通するホールを形成する工程と、前記ホールの領域の前記カソード電極に電子源を形成する工程と、を含むことを特徴とする冷陰極の製造方法。
【請求項１２】
前記ゲート電極及び前記ホールの領域のカソード電極にアルミニウム層を形成する工程と、前記アルミニウム層を陽極酸化して微細孔を有する陽極皮膜を形成する工程と、前記陽極酸化皮膜のバリア層を除去する工程と、前記細孔に選択的に前記電子源を形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１１記載の冷陰極の製造方法。
【請求項１３】
前記カソード電極上に貫通するホールを形成する工程では、
前記ホールの領域のカソード電極に凹形状を形成する工程と、前記凹形状の部分に選択的に電子源を形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項１１又は１２いずれかに記載の冷陰極の製造方法。
【請求項１４】
支持基板上にカソード電極を挟んでゲート絶縁層を貼り合わせる工程では、
前記カソード電極上にバインディング層を形成し、該バインディング層をメルトして前記電子源の底部を覆う工程を含むことを特徴とする請求項１１乃至１３いずれかに記載の冷陰極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、セラミック基板上に形成された炭素材料からなる電子源を有する冷陰極及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
陰極線管のように大きな熱エネルギを与えて熱電子放出を起こすのではなく、強電界を印加することにより冷電子を放出する冷陰極の研究・開発が、デバイス面、材料面の両面において盛んに行われている。材料面においては、近年、円筒状に巻いたグラファイト層が入れ子状になったカーボンナノチューブ（以下、適宜ＣＮＴと略記する）が発見され（Ｓ．Ｉｉｊｉｍａ，Ｎａｔｕｒｅ，３５４，５６．１９９１）、様々な電子デバイスとしての応用が期待されている。
【０００３】
例えば、このようなＣＮＴを用いたデバイスとしては、図９に示すような構造のものが知られている（特開平１０−１２１２４号公報参照）。この公報に記載のものは、ガラス基板１００上にアルミニウム層１０１を介してアルミナの陽極酸化皮膜１０２を有し、この陽極酸化皮膜１０２の細孔１０３中にＣＶＤ法でＣＮＴを選択成長させることで、３極管構成の電界放出電子源１０４を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示すような３極管構成の電界放出電子源は、ＸＹマトリクスで電子源１０４をアドレスすることができないという問題があった。
また、ＣＶＤ法でＣＮＴを選択成長する時の成長温度がアルミニウムの融点よりも高く、ＣＮＴにダメージを与えてしまうという問題があった。
【０００５】
さらに、ＣＮＴからなる電子源１０４は陽極酸化皮膜の細孔１０３中に一つしか形成されないため、例えば、ダストの存在でゲート電極と電子源の間で容易に短絡してしまうという問題もあった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、高耐熱性のセラミック基板を用いた信頼性の高い、かつＸＹアドレス可能な冷陰極及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷陰極は、耐熱性を有するセラミック材料からなる支持基板と耐熱性を有するセラミック材料からなるゲート絶縁層の間にカソード電極が埋め込まれ、前記ゲート絶縁層上にゲート電極が配設され、前記ゲート電極と前記ゲート絶縁層に対して前記カソード電極上に開口したホールが形成され、該ホール内部に前記カソード電極に形成された電子源が充填されていることを特徴とする。
【０００７】
前記ゲート電極と前記ゲート絶縁層との間にゲート絶縁補助層を介在させていることで、セラミック材料と金属材料との確実な積層構造が得られる。
また、前記ゲート絶縁層か２層以上の多層セラミック材料で構成され、最上層のゲート絶縁層のホール径が下層のゲート絶縁層のホール径よりも大きく形成されていることで、電子源とゲート電極の短絡を防止することができる。
【０００８】
また、前記カソード電極の前記ホールの底部の部分が凹形状であることで、電子源とゲート電極の短絡を防止できる。
また、前記電子源と前記カソード電極との間にバインディング材料が設けられていることで、電子源が剥離して発生するダストを防止し、寿命を向上する。
【０００９】
また、前記電子源が、アルミニウムの陽極酸化皮膜中に形成されていることで、微細加工工程が不要になると共に、微細孔内に電子源が集積し、輝度ムラを低減できる。
【００１０】
また、前記電子源が、前記陽極酸化皮膜から突出して前記ゲート電極近傍まで達すると共に、前記陽極酸化皮膜中の微細孔で保持されていることで、単純な冷陰極構造が実現でき、また簡便な製造方法となり、製造歩留り、デバイス寿命が向上し、高密度に集積した冷陰極を提供できた。
【００１１】
また、前記電子源が、カーボンナノチューブ、グラファイト、ダイアモンド、ダイヤモンドライクカーボン、アモルファスカーボンのいずれか、又はこれらの混合物で構成される炭素材料であることで、動作真空度の提言、耐イオン衝撃性に優れる冷陰極を提供できた。
【００１２】
また、前記セラミック材料がアルミナまたはアルミナとシリカの混合物で構成されていることで、電子源の成長温度でデバイス構造にダメージを与えない冷陰極を提供できた。
また、前記カソード電極が、ニッケル、コバルト、鉄等の金属触媒を被覆又は混在して構成されていることで、電子源を選択的に成長可能な冷陰極を提供できた。
【００１３】
本発明の冷陰極の製造方法は、耐熱性を有するセラミック材料からなる支持基板上にカソード電極を挟んで耐熱性を有するセラミック材料からなるゲート絶縁層を貼り合わせる工程と、前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程と、ゲート絶縁層及びゲート電極に前記カソード電極上に貫通するホールを形成する工程と、前記ホールの領域の前記カソード電極に電子源を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、前記ゲート電極及び前記ホールの領域のカソード電極にアルミニウム層を形成する工程と、前記アルミニウム層を陽極酸化して細孔を有する陽極皮膜を形成する工程と、前記陽極酸化皮膜のバリア層を除去する工程と、前記細孔に選択的に前記電子源を形成する工程と、を含むことで、アルミニウムの陽極皮膜を用いることにより、ホール直径が０．１μｍ以下の微細孔が集積した画素の形成が可能となる。
【００１５】
また、前記ホールの領域のカソード電極に凹形状を形成する工程と、前記凹形状の部分に選択的に電子源を形成する工程と、を含むことで、凹形状のカソード電極を形成することにより、電子源とゲート電極の短絡防止が可能となる。
また、前記カソード電極上にバインディング層を形成し、該バインディング層をメルトして前記電子源の底部を覆う工程を含むことで、電子源の付着を強力にすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
第１の実施の形態
図１は、本発明の冷陰極の第１の実施の形態の冷陰極の斜視図であり、図２は図１の分解斜視図である。本実施の形態の冷陰極は、フィールドエミッションディスプレイ（以下、ＦＥＤという）に適用した例である。このようなＦＥＤの基本構成は、冷陰極ランプ、液晶デバイスのバックライト、及び蛍光表示管と同様である。すなわち、冷陰極ランプは電子放出領域（画素）をアドレスする必要がなく、ゲート電極及びカソード電極が単純な平板でよい。また、液晶デバイスのバックライト及びＦＥＤはゲート電極及びカソード電極をラインに分割してアドレスする必要があると共に、ＦＥＤはゲート電極とカソード電極を直交するように配設する。更に、蛍光表示管はセグメントに対応したゲート電極及びカソード電極を配設する。本発明の冷陰極は、これらすべての電子デバイスに利用可能である。
【００１７】
図１及び図２において、本実施の形態の冷陰極Ａは、セラミック材料からなりバックプレートの背面側より、フェイスプレートを指示する支持基板１と、スキャン側ドライバより順次走査電圧を印加するためのカソード電極２と、カソード電極２とゲート電極５を電気的に絶縁すると共に、ホール１５を形成するためのゲート絶縁層３と、電界放出するための電子源４と、データ側ドライバより水平ライン分の画像データを印加するためのゲート電極５とを順次積層した積層構造を有する。
【００１８】
前記支持基板１とゲート絶縁層３の間には、ライン状のカソード電極（配線）２が埋め込まれている。ＦＥＤの駆動を制御するコントローラは、スキャン側ドライバに対して垂直方向にスキャンが行われるように制御し、その結果、スキャン側ドライバはカソード電極２のラインそれぞれに対して順次走査電圧を印加する。
【００１９】
一方、ゲート電極５は、ゲート絶縁層３上にゲート絶縁層３と交差するようにライン状に配設され、コントローラはデータ側にドライバから出力される水平ライン分の画像データをゲート電極５のラインに印加する。電子放出領域、すなわち、画素Ｇはカソード電極２ラインとゲート電極５ラインが交差する位置に設けられ、ＸＹマトリックス上でアドレスされる。画素内には、一つ又は二つ以上のホール１５が形成され、ホール１５はゲート電極５の開口部である第１ホール１５ａと、ゲート絶縁層３を貫通してカソード電極２に達する第２ホールとから構成されている（図２参照）。また、ホール１５の内部には、カソード電極２と電気的に接続する電子源（アレイ）４が多数集積され、ＸＹアドレスされた電子源４からはトンネリングで電子を放出する。
【００２０】
また、必要に応じて、放出電子を集束するための集束電極を本実施の形態のＦＥＤに具備することか可能である。すなわち、ゲート電極５上に層間絶縁層を積層し、その層間絶縁層上に集束電極を積層する。この時、層間絶縁層及び集束電極は、デバイス設計に従い、所望のホール又はスリットを形成する。
【００２１】
このような積層構造で構成した本実施の形態のＦＥＤの基本動作を実験的に確認した。この実験では、簡便にＤＣ電源を用い、図１に示すようなフェイスプレートの透明電極（アノード電極）７に被着した蛍光体６の発光強度を観測した。対角が５インチ、画素数が３２０×２４０（ＱＶＧＲ）ドットのＦＥＤを試作し、基本動作を確認した。カソード電極２を接地し、アノード電極７に５ＫＶ印加し、ゲート電極５に２０〜３０Ｖ程度印加した。カソード電極２とゲート電極５でＸＹアドレスされた画素の電子源４は電界放出し、アノード電極７上の蛍光体を発光させた。また、ゲート電極５すべてに電圧を印加（全白の状態）したところ、エミッション電流は５〜１０ｍＡ／ｃｍ２  程度得られ、発光輝度は１００００ｃｄ／ｍ２  程度であった。
【００２２】
次に、上記第１の実施の形態の冷陰極の製造工程を図３により説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、支持基板１と、カソード電極（配線）２と、ゲート絶縁層３とを例えば静電接着法により貼り合わせる。ゲート絶縁層３には、予め角形の第２ホール１５ｂが形成されている。支持基板１及びゲート絶縁層３の材質は、５００〜８００℃程度の耐熱性を有するセラミック材料が使用される。５００〜８００℃程度の耐熱性を有するセラミック材料としては、アルミナ、又はアルミナとシリカの混合物の焼成物が好適に使用される。カソード電極２はライン状であり、ライン幅及びラインピッチはＦＥＤの仕様で決定される。例えば、対角が５インチ、画素数が３２０×２４０ドットのＦＥＤ（モノクロ）のラインピッチは３００μｍ程度である。カソード電極２はニッケル、コバルト、鉄、または、それらの合金で形成する。カソード電極２の配線抵抗の設計上、カソード電極２の表面にのみこれらの金属触媒を用いてもよい。
【００２３】
次に、図３（ｂ）に示すように、ゲート絶縁層３にゲート電極５を貼り合わせる。ゲート電極５の材料としては、電子源４を選択的にカソード電極２の表面に形成可能な材料であって、例えばモリブデンを使用する。また、この時、ゲート電極５の直下のゲート絶縁層３を一部除去することが望ましい。これは、支持基板１、カソード電極２、ゲート絶縁層３、及びゲート電極５を貼り合わせた後、ゲート電極５の開口部を形成し、ゲート電極５をエッチングマスクとして、ゲート絶縁層３を一部エッチング除去しても形成可能である。しかし、アルミナの粒径が影響してエッチング面が荒れてしまうことがある。そこで本実施の形態においては、ゲート電極５の開口部をエッチングにより形成するのではなく、ゲート絶縁層３で形成した第２ホール１５ｂの径よりも大きい径の開口部８ａを形成したゲート絶縁補助層８をゲート電極５の下層に貼り合わせている。このように、ホール１５の上部の口径、すなわち第１ホール１５ａ及び開口部８ａを第１ホール１５ｂの口径よりも大きくする理由は、電子源４とゲート電極５との短絡防止のためである。
【００２４】
最後に、図３（ｃ）に示すように、電子源４をホール１５の底部に選択成長させる。電子源４としては、カーボンナノチューブ、グラファイト、ダイアモンド、ダイヤモンドライクカーボン、アモルファスカーボン等の炭素材料が動作真空度の低減及び耐イオン衝撃性の点で好ましい。本実施の形態においては、ニッケルをコートしたカソード電極２上に選択成長した。原料ガスは、プロピレンガスを用い、成長温度は８００〜９００℃程度にすると、ニッケル表面にカーボンナノチューブが成長し、ゲート電極５上には成長しなかった。カーボンナノチューブの成長温度は、プラズマアシストすると５００〜６００℃程度まで低減可能である。
【００２５】
以上のように、本実施の形態では、支持基板１、カソード電極２、ゲート絶縁層３、及びゲート電極５をそれぞれ貼り合わせることで、冷陰極Ａを形成したが、従来のパネルプロセスのように、支持基板１にカソード電極２をスクリーン印刷し、ゲート絶縁層３を堆積した後、ゲート電極２をスクリーン印刷し、最後にホール１５を形成するようにしてもよい。
【００２６】
第２の実施の形態
第１の実施の形態においては、電子源４とゲート電極５の短絡防止を第２ホール１５ｂよりも大きな口径の開口部８ａを有するゲート絶縁補助層８を設けることで解決しているが、第２の実施の形態においては、ホール底部のカソード電極２の形状を最適化することで解決する。以下、図４により、第２の実施の形態の冷陰極の製造方法を説明する。
【００２７】
まず、図４（ａ）において、支持基板１と、電子源４を配設する位置に凹形状（ゲート開口部５ａからみた場合は下に凸形状）２ａに加工したカソード電極２と、ホール１５を形成したゲート絶縁層３とを貼り合わせる。なお、カソード電極２を凹形状２ａにする加工方法は、結晶面に依存した異方性エッチング、テーパーエッチング等任意の手段で行われる。
【００２８】
次に、図４（ｂ）において、ゲート開口部５ａを形成したゲート電極５を貼り合わせる。なお、第１の実施の形態と同様、支持基板１、カソード電極２、ゲート絶縁層３、及びゲート電極５を貼り合わせた後、ゲート開口部５ａ及びホール１５を形成し、凹形状２ａのカソード電極２を形成してもよい。
【００２９】
最後に、図４（ｃ）に示すように、電子源４をホール１５の底部に選択成長させる。第１の実施の形態で説明したように、ニッケル存在下、ＣＶＤ法でカーボンナノチューブを成長させると、カーボンナノチューブはカソード電極２の面に対して垂直方向に成長し、その成長終点部分がホール１５の中心部で交わる。なお、カーボンナノチューブの成長量を制御し、ホール１５の中心部で交わらない構成にしてもよく、このようにすると、電子源４とゲート電極５との短絡防止効果が向上する。
【００３０】
第１の実施の形態と同様に、従来のパネルプロセスで用いられるスクリーン印刷、薄膜の堆積、エッチング等の技術を用いても、本実施の形態で説明した冷陰極の製造は可能である。
【００３１】
第３の実施の形態
第３の実施の形態は、０．１μｍ〜０．５μｍのゲート開口径を有するホールに電子源を集積し、このような微小ホールを複数集積して、一つの電子放出領域（例えば、ＦＥＤであれば、画素）を形成するものである。このように、電子源が集積された微小ホールを複数集積して、画素を形成することにより、ホール内の電位を均一にでき、画素内の発光輝度ムラを低減可能となる。以下、図５により、第２の実施の形態の冷陰極の製造方法を説明する。
【００３２】
まず、図５（ａ）において、支持基板１、カソード電極２、ゲート絶縁層３、及びゲート電極５を貼り合わせる。引き続き、イオンリソグラフィー法を用いたイオン９照射により微細孔（０．１μｍ〜０．５μｍ程度）を形成する。現在のシリコン半導体プロセスを参照すると、フォトリソグラフィー法では厳しい領域である。本実施の形態ではＡｒ＋＋を２〜６ＭｅＶに加速し、１０８  〜１０１０／ｃｍ２  程度のイオン９を照射した。イオン照射された部分には、ダメージ層が形成されている。
【００３３】
次に、図５（ｂ）において、イオンリソグラフィー法で形成されたダメージ層をウエットエッチングすることにより、微細孔１０を形成する。この微細孔１０はゲート電極５及びゲート絶縁層３を貫通し、カソード電極２まで達し、その直径は０．２μｍ程度であった。このようなイオンリソグラフィー法に関しては、例えば特開平９−５４４９００号公報に開示されている。
【００３４】
最後に、図５（ｃ）において、微細孔１０内にカーボンナノチューブを選択的に成長させる。得られたカーボンチューブの外径は３０ｎｍ程度であり、直径が０．２μｍ程度のホール内に４０〜５０個程度のカーボンナノチューブからなる電子源４が形成できた。
【００３５】
第１及び第２の実施の形態と同様に、従来のパネルプロセスで用いられるスクリーン印刷、薄膜の堆積、エッチング等の技術を用いても、本実施の形態で説明した冷陰極の製造は可能である。
【００３６】
第４の実施の形態態
第４の実施の形態は、第３の実施の形態で説明した微細孔よりも更に微細な０．１μｍ以下のゲート開口径を有する微細孔に電子源を集積し、このような微細孔を複数集積して、１つの電界放出領域（ＦＥＤであれば、画素）を形成する。このように、電子源が集積された微細孔を複数集積して、画素を形成することにより、画素内の発光輝度ムラを低減可能にすると共に、微細加工技術を不要とするものである。
【００３７】
まず、図６（ａ）において、支持基板１にカソード電極２、第２ホール１５ｂを形成したゲート絶縁層３、及び第１ホール１５ａを形成したゲート電極５を貼り合わせる。後述のリフトオフの形成を考慮すると、本実施の形態においては、支持基板１にカソード電極２、ゲート絶縁層３、ゲート電極５を堆積し、フォトリソグラフィーとエッチングで第２ホール１５ｂを形成することが望ましい。引き続き、指向性の強い堆積方法、例えばコリメーションスパッタ法で陽極酸化可能な材料を堆積する。本実施形態においては、図６（ａ）のように、従来からよく知られているアルミニウム１１を陽極酸化可能な材料として用いた。
【００３８】
次に、図６（ｂ）において、ゲート電極５上のアルミニウム１１を除去し、第２ホール１５ｂ内部にのみアルミニウムを残してこれを陽極酸化すると、アルミナで構成される陽極酸化皮膜１２が形成される。なお、このようなホール内部にのみアルミニウムを残すためには、ゲート電極５上にのみリフトオフ層を形成することが望ましい。リフトオフ層としては、レジスト等のように、ゲート電極５、ゲート絶縁層３、及びカソード電極２に対してエッチング選択比の高い材料であればよい。アルミニウムの陽極酸化は広く知られた技術であり、本実施の形態においては、硫酸溶液中で電圧を印加した。
【００３９】
アルミニウム１１を陽極酸化すると、図６（ｂ）に示すように、アルミナで構成される陽極酸化皮膜１２が形成されると共に、微細孔１２ａが形成される。微細孔１２ａの直径は０．０５μｍ程度であった。アルミニウム１１は、すべて陽極酸化することが好ましく、陽極酸化後、陽極酸化と逆バイアスを印加し、陽極酸化の際のバリア層を除去する。
【００４０】
最後に、図６（ｃ）において、微細孔１２ａ内に電子源４を選択成長する。第１、第２、及び第３の実施の形態と同様に、電子源４として、カーボンナノチューブを用いた。このようにすると、０．０５μｍ程度の直径の微細孔１２ａにカーボンナノチューブが２〜５個程度選択成長した。
【００４１】
本実施の形態の冷陰極の製造方法によれば、微細孔１２ａの直径を０．０２μｍ〜０．０３μｍ程度に微細化することが可能であり、１つの微細孔に１つのカーボンナノチューブを形成することも可能である。
【００４２】
第５の実施の形態
第５の実施の形態は、ホールに形成した電子源の付着を強力にするためのバインディング層を設けるものであり、このような構造を設けることにより、電子源がプロセス過程、デバイス動作過程で剥離して発生するダストを防止し、冷陰極の製造歩留り、寿命が向上する。
【００４３】
まず、図７（ａ）に示すように、支持基板１、カソード電極２、バインディング層１３、ゲート絶縁層３、及びゲート電極５を貼り合わせる。第１〜第３の実施の形態と同様に、あらかじめホール１５ａ、１５ｂを形成した層を貼り合わせても、貼り合わせた後にホール１５ａ、１５ｂを形成しても構わない。また、イオンリソグラフィ法で０．１μｍ〜０．５μｍ程度の微細孔を形成してもよい。
【００４４】
バインディング層１３としては、真空封止の際のべ一ク温度４００〜６００℃程度の融点を有する材料が好ましく、本実施の形態においては、融点が５５０℃程度のアルミニウムを用いた。また、バインディング層１３は、第２ホール１５ａ近傍に配設し、電子源４の成長の際の加熱で溶融しないように、ゲート絶縁層３で保護される。図７（ａ）のように、電子源４のカソード電極２上への選択成長は、前述と同様に、ニッケル存在下、ＣＶＤ法で行った。
次に、電子源４の近傍のゲート絶縁層３ａをエッチング除去し、図７（ｂ）に示すように、第２ホール１５ｂ内にバインディング層１３の露出部分１３ａを形成する。
【００４５】
最後に、図７（ｃ）において、６００℃程度の加熱を行うと、バインディング層１３が溶融し、この溶融部分１３ｂがホール１５ｂ内に流れ込み、電子源４の底部を覆う。このようにすると、電子源４は半田で電子部品を固着するように、溶融部分１３ｂでカソード電極２に強く固定化される。
【００４６】
第６の実施の形態
第６の実施の形態は、ホールに形成した電子源の付着を強力にするためのバインディング層として、アルミニウムの陽極酸化皮膜を用いるもので、単純な冷陰極構造及び簡便な製造方法で、電子源がプロセス過程、デバイス動作過程で剥離して発生するダストを防止し、冷陰極の製造歩留り、寿命が向上する。
【００４７】
まず、図８（ａ）において、第４の実施の形態と同様に、支持基板１にカソード電極２、ゲート絶縁層３、ゲート電極５を堆積し、フォトリソグラフィとエッチングでホール１５（第１ホール１５ａ、第２ホール１５ｂ）を形成する。引き続き、指向性の強い堆積方法、例えばコリメーションスパッタ法でアルミニウム１８を堆積する。図８（ａ）に示すように、このアルミニウム１８は第４の実施の形態のアルミニウム層１１より膜厚の薄い（例えば５μｍ以下）ものが使用される。
【００４８】
次に、図８（ｂ）に示すように、ゲート電極５上のアルミニウム１８を剥離し、陽極酸化する。陽極酸化して得られた陽極酸化皮膜（アルミナ）１９の膜厚は１μｍ以下が好ましく、第４の実施の形態と同様に、０．０５μｍ程度の微細孔１９ａが形成される。続いて、陽極酸化と逆バイアスを印加し、陽極酸化の際のバリア層を除去する。
【００４９】
最後に、図８（ｃ）において、微細孔１９ａ内に電子源４を選択成長する。微細孔１９ａ内に成長した電子源４は、ゲート電極５の近傍に達するまで成長することが好ましく、本実施の形態では１０μｍ程度成長させた。
【００５０】
実験結果によれば、１つの微細孔１９ａ内に１つのカーボンナノチューブを形成した場合が最も効果的であったが、第５の実施の形態で説明したような陽極酸化未酸化のアルミニウムをメルト（溶融）すれば、１つの微細孔内に複数のカーボンナノチューブがあっても十分な効果が得られた。
【００５１】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明の冷陰極によれば、セラミック材料からなる支持基板とゲート絶縁層の間にカソード電極を埋め込み、ゲート絶縁層上にゲート電極を設けた積層構造としたので、高温プロセスで冷陰極構造にダメージを与えることなく電界放出電子源の形成が可能となると共に、積層構造でカソード電極とゲート電極を交差配設できるため、ＸＹアドレス可能な冷陰極を構成でき、しかもホールを形成してその内部に電子源を選択成長するようにしたので、電子源とゲート電極の短絡を防止する構造とすることができ、冷陰極の信頼性を向上できる。
【００５２】
また、本発明の冷陰極の製造方法によれば、セラミック材料と金属材料からなる積層構造にホールを加工し、ホールに電子源を形成するので、高温プロセスで冷陰極構造にダメージを与えることなく、かつ電子源とゲート電極の短絡を防止した電子源の形成が可能となり、信頼性の高い冷陰極の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の冷陰極の斜視図である。
【図２】第１の実施の形態の冷陰極の分解斜視図である。
【図３】第１の実施の形態の工程断面図である。
【図４】第２の実施の形態の工程断面図である。
【図５】第３の実施の形態の工程断面図である。
【図６】第４の実施の形態の工程断面図である。
【図７】第５の実施の形態の工程断面図である。
【図８】第６の実施の形態の工程断面図である。
【図９】従来の力一ボンナノチューブを用いた冷陰極の断面図である。
【符号の説明】
１  支持基板
２  カソード電極
２ａ  凹形状
３  ゲート絶縁層
４  電子源
５  ゲート電極
８  ゲート絶縁補助層
１０、１２ａ、１９ａ、微細孔
１１  アルミニウム層
１２  陽極酸化皮膜
１３  バインディング層
１３ｂ  溶融部分
１５  ホール
１５ａ  第１ホール
１５ｂ  第２ホール
【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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【図９】
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