(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕事関数が小さく、且つ、物理的・化学的に安定な材料で作られた表材層と上記表材層の構成材料より固有抵抗の大きい材料で形成された芯材層とから構成され、先端部が先鋭な凸状のエミッタ部を有するエミッタ部材と、
このエミッタ部材の前記エミッタ部が突出している側の表面上で前記エミッタ部の先端部を除く部分に設けられた第１の絶縁層と、
この第１の絶縁層の上に設けられ、上記第１の絶縁層を介して前記エミッタ部を囲む部分が上記エミッタ部の周面部に沿った先細り筒状に形成されてなるゲート電極層と、
このゲート電極層の上に設けられた第２の絶縁層と、
この第２の絶縁層上に設けられ、上記第２の絶縁層、前記ゲート電極層および前記第１の絶縁層を介して前記エミッタ部を囲む部分が上記エミッタ部の周面部に沿った先細りの筒状に形成されてなるアノード電極と、
を具備し、前記エミッタ部の先端から見通せる立体角内に前記ゲート電極層および前記アノード電極層の前記筒状に形成された部分の少なくとも先端部内周面が夫々露出状態に位置していることを特徴とする微小多極真空管。
【請求項２】
前記エミッタ部における基部の径をＤ１とし、前記アノード電極層における前記筒状の部分の先端部径をＤ２としたとき、Ｄ２／Ｄ１≦０．８を満たしていることを特徴とする請求項１に記載の微小多極真空管。
【請求項３】
補助基板に低部を尖らせた凹部を設ける工程と、
前記凹部の内面を含む前記補助基板の表面に第１の絶縁層を設ける工程と、
前記第１の絶縁層の露出している一方の面上に仕事関数が小さく、且つ、物理的・化学的に安定な材料からなる表材層を形成し、前記表材層の露出している面上に上記表材層を構成している材料より固有抵抗の大きい材料からなる芯材層を形成して前記第１の絶縁層の露出している一方の面上にエミッタ部材層を形成する工程と、
前記補助基板を除去して前記第１の絶縁層の他方の面を露出させる工程と、
前記第１の絶縁層の前記他方の面上にゲート電極層を形成する工程と、
前記ゲート電極層の露出している面上に第２の絶縁層を形成する工程と、
前記第２の絶縁層の露出している面上にアノード電極層を形成する工程と、
前記凹部に起因して前記エミッタ部材層に形成された凸部をエミッタ部とし、前記第１の絶縁層、前記ゲート電極層、前記第２の絶縁層及び前記アノード電極層の上記エミッタ部を覆っている部分を対象にして、上記各層が上記エミッタ部の周面部に沿って上記エミッタ部を先細り筒状に囲み、且つ上記エミッタ部の先端から見通せる立体角内に上記ゲート電極層及び上記アノード電極層の上記筒状部分の少なくとも先端部内周面が夫々露出状態に位置するように上記各層の一部を夫々除去する工程と、
を具備してなることを特徴とする微小多極真空管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電界放出型の微小多極真空管およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体スイッチング素子の動作速度は、固体中におけるキャリアの移動度によって決まるため、真空中において電子を移動させる３極真空管のそれより大幅に遅い。現在、半導体スイッチング素子の動作速度を向上させるべく種々の研究がなされているが、すでに限界に近付いている。
【０００３】
このような事情から、最近では半導体加工技術を利用して形成された電界放出型の冷陰極（エミッタ）を用いる微小多極真空管の研究が活発に行なわれている。その代表的な例としては、スピント（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ）らが、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，  Ｖｏｌ．４７，５２４８（１９７６）  に記載したものが知られている。
【０００４】
上記文献に記載されているものは、Ｓｉ単結晶基板上にＳｉＯ２  絶縁層とゲート電極層とを形成した後、両層に直径約１．５  μｍ程度の穴をあけ、この穴の中に電界放出を行なう円錐状のエミッタを蒸着法によって形成している。具体的には、Ｓｉ単結晶基板上にＳｉＯ２  絶縁層をＣＶＤ法等の堆積法で形成し、その上にＭｏ層あるいはＡｌ層からなるゲート電極層をスパッタリング法で形成する。そして、両層にエッチングによってピンホールをあけた後、基板を回転させながらエミッタとなる金属、たとえばＭｏを垂直方向から真空蒸着し、ゲート電極上にＭｏが堆積されるにしたがってピンホールの開口端の直径が徐々に小さくなる現象を利用して、ピンホール内の基板上に円錐型のエミッタを堆積形成する。そして、これらエミッタに対向させてアノード電極を配置して微小多極真空管を完成させるようにしている。
【０００５】
しかし、この方法では、回転蒸着法を利用して、ピンホール内に円錐状のエミッタを形成しているため、多数のエミッタを同一基板上に同時に形成したとき、各エミッタの高さや先端部の形状にばらつきが生じ易いばかりか、電界放出効率の向上に不可欠なエミッタ先端部の尖鋭度を上げることが困難であった。
【０００６】
一方、他の代表的な例としては、応用物理、Ｖｏｌ．５９，ｐ１４６（１９９０）  に記載されているように、Ｓｉ単結晶基板に対する異方性エッチングを用いて円錐状の電界放出型エミッタを作製したものも知られている。
【０００７】
図５にその作製プロセスおよび構造を示す。
まず、同図（ａ）  に示すように、Ｓｉ単結晶基板１の上面にＳｉＮ膜２を約  ４μｍの厚さにスパッタリングで堆積し、このＳｉＮ膜２上に、同図（ｂ）  に示すように、フォトレジスト３を円形に設ける。次に、ＳＦ６  を用いた反応性イオンエッチング法によって異方性エッチング用のマスク４を作製する。次に、同図（ｃ）  に示すように、異方性エッチング液を使ってマスク４の下部をアンダーエッチングして、マスク４が付いたままの円錐形状のエミッタ５を作製する。
【０００８】
次に、同図（ｄ）  に示すように、ＳｉＯ２  からなる絶縁層６，７とＴａ等からなる電極層８，９を交互に２回ずつ蒸着する。電極層８はゲート電極用であり、電極層９はアノード電極用である。
【０００９】
最後に、同図（ｅ）  に示すように、絶縁層６，７および電極層８，９におけるマスク４の上方に位置している部分、マスク４、絶縁層６におけるマスク４の下方に位置している部分をそれぞれ除去し、続いて異方性エッチング液および弗酸によってエミッタ５の先端の最終加工と絶縁層の軽いエッチングを行い、微小多極真空管を完成させるようにしている。
【００１０】
この方法では、Ｓｉ単結晶に対する異方性エッチング法を用いているので、前述した回転蒸着法に比較して、エミッタの先端部尖鋭化、形状の均一化をある程度向上させることができる。しかし、アンダーエッチング時間の制御が難しいばかりか、マスク４の剥離にばらつきが生じ易く、エミッタ先端部の尖鋭度、形状の均一性、再現性ともに充分なものではなかった。また、この方法においても、マスク４の存在が障害となり、ゲートをエミッタに十分近付けることができず、しかも電界放出効率に大きな影響を与えるエミッタ・ゲート間の距離を正確に設定できない問題があった。アノードについても同様で、マスク４の存在が障害となり、エミッタ５に対向する部分にエミッタ５の基定部の径より大きい孔１０を設ける必要がある。このため、アノードにおいて、エミッタ５から放出された電子流を受ける部分が孔１０の周縁部でエミッタ側に位置するエッジ部に限られ、この部分が熱的損傷を受け易く、耐久性に劣るばかりか、電子流の一部がゲートに流れ易く、効率が悪いという問題があった。さらに、エミッタ材料には、仕事関数の値が小さく、物理的・化学的に安定なことが要求されるが、この方法では２つの性質がともに不満足なＳｉしかエミッタ材料として用いることができない問題もあった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来の電界放出型の微小多極真空管にあっては、エミッタの先端部尖鋭度を増すことが困難で、電界放出効率を向上させることが困難であったり、エミッタの形状を均一にすることが困難であったり、ゲート・エミッタ間の距離を高精度に設定することが困難であったり、アノードの耐久性に欠けたり、効率が悪かったり、エミッタ材料が特定化されたりするなどの問題があった。
そこで本発明は、上述した不具合を解消できる電界放出型の微小多極真空管およびその製造方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、
仕事関数が小さく、且つ、物理的・化学的に安定な材料で作られた表材層と上記表材層の構成材料より固有抵抗の大きい材料で形成された芯材層との複合構成に形成され、先端部が先鋭な凸状のエミッタ部を有するエミッタ部材と、
このエミッタ部材の前記エミッタ部が突出している側の表面上で前記エミッタ部の先端部を除く部分に設けられた第１の絶縁層と、
この第１の絶縁層の上に設けられ、上記第１の絶縁層を介して前記エミッタ部を囲む部分が上記エミッタ部の周面部に沿った先細り筒状に形成されてなるゲート電極層と、
このゲート電極層の上に設けられた第２の絶縁層と、
この第２の絶縁層上に設けられ、上記第２の絶縁層、前記ゲート電極層および前記第１の絶縁層を介して前記エミッタ部を囲む部分が上記エミッタ部の周面部に沿った先細りの筒状に形成されてなるアノード電極と、
を具備し、前記エミッタ部の先端から見通せる立体角内に前記ゲート電極層および前記アノード電極層の前記筒状に形成された部分の少なくとも先端部内周面が夫々露出状態に位置していることを特徴とする微小多極真空管が提供される。
【００１３】
また、この発明によれば、
補助基板に低部を尖らせた凹部を設ける工程と、
前記凹部の内面を含む前記補助基板の表面に第１の絶縁層を設ける工程と、
前記第１の絶縁層の露出している一方の面上に仕事関数が小さく、且つ、物理的・化学的に安定な材料からなる表材層を形成し、前記前記表材層の露出している面上に上記表材層を構成している材料より固有抵抗の大きい材料からなる芯材層を形成して前記第１の絶縁層の露出している一方の面上にエミッタ部材層を形成する工程と、
前記補助基板を除去して前記第１の絶縁層の他方の面を露出させる工程と、
前記第１の絶縁層の前記他方の面上にゲート電極層を形成する工程と、
前記ゲート電極層の露出している面上に第２の絶縁層を形成する工程と、
前記第２の絶縁層の露出している面上にアノード電極層を形成する工程と、
前記凹部に起因して前記エミッタ部材層に形成された凸部をエミッタ部とし、前記第１の絶縁層、前記ゲート電極層、前記第２の絶縁層及び前記アノード電極層の上記エミッタ部を覆っている部分を対象にして、上記各層が上記エミッタ部の周面部に沿って上記エミッタ部を先細り筒状に囲み、且つ上記エミッタ部の先端から見通せる立体角内に上記ゲート電極層及び上記アノード電極層の上記筒状部分の少なくとも先端部内周面が夫々露出状態に位置するように上記各層の一部を夫々除去する工程と、
を具備してなることを特徴とする微小多極真空管の製造方法が提供される。
【００１７】
【作用】
請求項１に係る微小多極真空管では、ゲート電極層におけるエミッタ部を囲んでいる部分を、エミッタ部の周面部に沿って先細りとなる筒状に形成しているので、第１の絶縁層の厚みを調整することによって、ゲートをエミッタに十分近付けることができ、しかもゲート・エミッタ間の距離を正確に設定できるので、電界放出効率を向上させることが可能となる。また、アノード電極層についても、エミッタ部を囲んでいる部分を、エミッタ部の周面部に沿って先細りとなる筒状に形成しているので、第２の絶縁層の厚みを調整することによって、ゲート・アノード間距離およびエミッタ・アノード間距離を正確に設定できる。
【００１８】
また、この場合には、上記形状の採用によってエミッタの先端延長線にアノードを近付けることができ、これによってエミッタから放出された電子流を受ける部分の面積を広くできる。したがって、アノードの熱破壊を防止でき、耐久性を向上させることができるばかりか、エミッタから放出された電子流のうち、ゲートに向かう分の割合を少なくできるので、効率を向上させることができる。
【００２０】
また、エミッタ部材を、仕事関数が小さく、かつ物理的・化学的に安定な材料で形成された表材層と上記表材層の構成材料より固有抵抗の大きい材料で形成された芯材層との複合構成に形成すると、アレイ化したときに各微小多極真空管を安定に動作させることができる。すなわち、エミッタ部の先端へと流れる電流は、芯材層および表材層を経由して流れる。芯材層は表材層より固有抵抗の大きい材料で形成されているので、アレイ化したときに特定のエミッタ部に電流が集中して流れようとすると、芯材層における上記特定のエミッタ部に対応する部分での電圧降下が自動的に大きくなり、この結果として特定のエミッタ部への電流集中が緩和される。したがって、各微小多極真空管を安定に動作させることができる。
【００２１】
請求項３に係る微小多極真空管の製造方法では、最初に補助基板に設ける凹部を高精度に設けておきさえすれば、エミッタ部を高精度に、かつ尖鋭度よく、しかも均一に作製することができる。
【００２２】
たとえば、補助基板として、Ｓｉ単結晶基板を用い、この基板の結晶方位を利用して異方性エッチングを行えば、精度の高い、たとえば逆ピラミッド状の凹部を形成することができる。そして、上記補助基板の凹部の内面を含む表面にＳｉＯ２  熱酸化膜を形成し、これを第１の絶縁層とする。ＳｉＯ２  熱酸化膜は、緻密で膜厚の制御が容易であり、しかも凹部先端部における内側への成長作用により、ＳｉＯ２  熱酸化膜で囲まれた逆ピラミッド状空間の先端部をより尖鋭化させる。
【００２３】
請求項３に係る製造方法に従うと、最終的に、エミッタ部は、先端部が尖鋭化された上述の逆ピラミッド状空間を埋めるように設けられたエミッタ部材層で形成されることとになる。従って、高精度で、かつ尖鋭度が高く、形状の均一なエミッタ部を製造することが可能となる。しかも、仕事関数の値が小さく、物理的・化学的に安定な材料でエミッタ部を製作することができるので、効率および耐久性を向上させることができる。
【００２４】
なお、エミッタ部材層を形成する工程において、補助基板の表面上に形成された第１の絶縁層の露出している一方の面上に仕事関数が小さく、かつ物理的・化学的に安定な材料からなる表材層を形成し、続いて表材層の露出している面上に表材層を構成している材料より固有抵抗の大きい材料からなる芯材層を形成するようにすると、前述のように各エミッタ部へ流れる電流をバランスさせる機能を備えたものを製造できる。
【００２５】
仕事関数が小さく、物理的・化学的に安定な材料としては、Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ等を挙げることができる。これらの材料を使って、たとえばスパッタリング法で表材層を形成した場合、成膜内の応力が大きいので、厚膜にすることができないが、芯材層の付加によって、実質的に緻密で、肉厚の厚いエミッタ部材層を形成することができる。芯材層としては、固有抵抗の大きい材料としてはルテニウム、カーボン、シリコンなどを用いることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、図面を参照しながら実施例を説明する。
図１（ａ）  〜（ｈ）  には本発明の一実施例に係る微小多極真空管の製造プロセスが示されている。同図に基づいて、この実施例に係る微小多極真空管の製造方法および構造を説明する。なお、この図では１つの微小多極真空管を取出して示しているが、実際には複数の微小多極真空管をアレイ状に配列したものが作られる。
【００２７】
まず、図１（ａ）  に示すように補助基板としてのＳｉ単結晶基板１１を用意し、このＳｉ単結晶基板１１の片側表面に底部を尖らせた凹部１２を形成する。
このような凹部１２を形成する方法としては、Ｓｉ単結晶基板１１への異方性エッチングを利用する。すなわち、まず、ｐ型で（１００）  結晶面方位のＳｉ単結晶基板１１上に厚さ０．１  μｍのＳｉＯ２  熱酸化膜をドライ酸化法で形成し、この熱酸化膜上にフォトレジストをスピンコート法で塗布する。次に、光ステッパを用いて、フォトレジスト層にたとえば０．８  μｍ角の正方形開口部が得られるよう露光、現像等のパターニングを行った後、露出したＳｉＯ２  熱酸化膜をＮＨ４  Ｆ・ＨＦ混合溶液によってエッチングする。フォトレジストを除去した後、３０ｗｔ％ＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングを行い、図１（ａ）  に示すように、深さ０．５６μｍの逆ピラミッド状の凹部１２をＳｉ単結晶基板１１に形成する。
【００２８】
次に、ＮＨ４  Ｆ・ＨＦ混合溶液を用いて、残っているＳｉＯ２  酸化膜を除去する。次に、図１（ｂ）  に示すように、凹部１２の内面を含めてＳｉ単結晶基板１１の表面上にＳｉＯ２  熱酸化膜（以後、単に第１の絶縁層と呼称する。）１３を形成する。この実施例では、厚さ０．２  μｍとなるように、第１の絶縁層１３をドライ酸化法で形成した。なお、第１の絶縁層１３を形成するに当たり、ＣＶＤ法等によりＳｉＯ２  を堆積することによっても形成できるが、ＳｉＯ２  熱酸化膜は緻密で厚さの制御も容易なうえ、凹部１２の内側への成長作用により、ＳｉＯ２  熱酸化膜で囲まれた逆ピラミッド状空間の先端部をより尖鋭化させるので好ましい。
【００２９】
次に、第１の絶縁層１３の露出している一方の面上に、エミッタ部材層１４の表層となる表材層１５を、たとえばＷ，Ｍｏ，Ｔａ等の層で形成する。これらの材料は仕事関数の値が小さく、物理的・化学的に安定している。この実施例では表材層１５となる厚さ０．２  μｍのＷ層をスパッタリング法で形成した。次に、表材層１５の上に、エミッタ部材層１４の芯材となる芯材層１６を表材層１５の構成材より固有抵抗の大きいＬｕ，Ｃ，Ｓｉ等で表面が平坦となる程度の厚さにスパッタリング法で形成し、この芯材層１６の上にＩＴＯ等の導電層１７をスパッタリング法により、たとえば厚さ１  μｍとなるように形成する。なお、この導電層１７は芯材層１６の材質によっては省くことができ、その場合には芯材層１６がカソード電極層を兼ねることになる。
【００３０】
一方、図１（ｃ）  に示すように、構造基板として、背面に厚さ０．４  μｍのＡｌ層１８をコートした厚さ  １ｍｍのパイレックスガラス基板１９を用意し、このガラス基板１９と導電層１７とを接着する。この接着には、たとえば静電接着法を適用することもできる。静電接着法は、最終的に出来上がった真空管の軽量化や薄型化に寄与する。
【００３１】
次に、図１（ｄ）  に示すように、ガラス基板１９の背面のＡｌ層１８をＨＮＯ３  ・ＣＨ３  ＣＯＯＨ・ＨＦの混酸溶液で除去した後、エチレンジアミン・ピロカテコール・ピラジンから成る水溶液（エチレンジアミン：ピロカテコール：ピラジン：水＝７５ｃｃ：１２ｇ  ：３ｍｇ  ：１０ｃｃ）でＳｉ単結晶基板１１のみをエッチング除去し、第１の絶縁層１３の他方の面を露出させる。この第１の絶縁層１３の他方の面の露出によって、表面が第１の絶縁層１３で覆われたピラミッド状の凸部２０が突出したものとなる。このピラミッド状の凸部２０内は、前述したエミッタ部材層１４で形成されている。
【００３２】
次に、図１（ｅ）  に示すように、第１の絶縁層１３の上に凸部２０の形状に沿わせて、ゲート電極層２１となる厚さ０．２  μｍのＷ層をスパッタリング法によって形成する。その後、ゲート電極層２１の上に第２の絶縁層２２となる厚さ０．４  μｍのＳｉＯ２  膜を電子ビーム蒸着法によって形成し、続いて第２の絶縁層２２の上にアノード電極層２３となる厚さ０．３  μｍのＷ層をスパタリング法によって形成する。続いて、アノード電極層２３の上にフォトレジスト２４をスピンコート法で約０．３  μｍ厚程度、つまりピラミッド状部分の先端が隠れる程度の厚さに塗布する。
【００３３】
次に、図１（ｆ）  に示すように、酸素プラズマによるドライエッチングを行い、ピラミッド状部分の先端部が０．４  μｍ程現れるように、フォトレジスト２４をエッチング除去する。
【００３４】
次に、図１（ｇ）  に示すように、反応性イオンエッチングにより、アノード電極層２３におけるピラミッド先端部を構成している部分を除去し、この部分に開口部２５を設ける。
【００３５】
次に、フォトレジスト２４を除去した後、ＮＨ４  Ｆ・ＨＦ混合溶液を用い、第２の絶縁層２２で開口部２５の下に位置する部分およびその周辺に位置する部分を除去する。次に、フォトレジストを再び塗布する。そして、ゲート電極層２１で開口部２５の下に位置する部分が０．２  μｍ程度現れるように上記フォトレジストを酸素プラズマによるドライエッチングで除去し、第１の絶縁層１３における開口部２５の下に位置する部分を露出させる。
【００３６】
次に、フォトレジストを除去し、続いてＮＨ４  Ｆ・ＨＦ混合溶液を用い、第１の絶縁層１３における露出部分を除去し、図１（ｈ）  に示すように、凸部２０内に存在しているピラミッド状のエミッタ部材層１４、つまりエミッタ部２６の先端部を露出させる。
【００３７】
これらの一連の工程によって、先端部が尖鋭な凸状のエミッタ部２６を有するエミッタ部材層１４と、このエミッタ部材層１４のエミッタ部２６が突出している側の表面上でエミッタ部２６の先端部を除く部分に設けられた第１の絶縁層１３と、この第１の絶縁層１３の上に設けられ、第１の絶縁層１３を介してエミッタ部２６を囲む部分がエミッタ部２６の周面部に沿った先細りの筒状に形成されてなるゲート電極層２１と、このゲート電極層２１の上に設けられた第２の絶縁層２２と、この第２の絶縁層２２の上に設けられ、第２の絶縁層２２、ゲート電極層２１および第１の絶縁層１３を介してエミッタ部２６を囲む部分がエミッタ部２６の周面部に沿った先細りの筒状に形成されてなるアノード電極層２３とを備え、エミッタ部２６の先端から見通せる立体角内にゲート電極層２１およびアノード電極層２３の前記筒状に形成された部分の少なくとも先端部内周面がそれぞれ露出状態に位置している微小多極真空管が形成されたことになる。
【００３８】
図２には、図１（ｈ）  に示す工程を終了した時点におけるエミッタ部２６の近傍を一部切欠した斜視図が示されている。そして、このようにして形成された微小多極真空管は、真空雰囲気内に収容されて使用される。
【００３９】
このように、上記実施例に係る微小多極真空管では、まず補助基板としてのＳｉ単結晶基板１１に異方性エッチングによって凹部１２を形成し、その後に凹部１２を含むＳｉ単結晶基板１１の表面にＳｉＯ２  熱酸化膜からなる第１の絶縁層１３を形成し、この第１の絶縁層１３の表面上にエミッタ部材層１４を形成している。このため、凹部１２の形状に応じたエミッタ部２６を再現性良く形成することができる。さらに、上述した異方性エッチングによる形状再現性は勿論のこと、ＳｉＯ２  熱酸化膜からなる第１の絶縁層１３による凹部１２の内側空間への成長作用により、先端部が鋭く尖り、かつ高さの均一性に優れたピラミッド状のエミッタ部２６を安定して形成することができる。したがって、電界放射効率の向上および各エミッタ部２６の電界放射効率の均一性を向上させることができる。
【００４０】
また、ゲート電極層２１におけるエミッタ部２６を囲んでいる部分を、エミッタ部２６の周面部に沿って先細りとなる筒状に形成しているので、第１の絶縁層１３の厚みを調整することによって、ゲートをエミッタに十分近付けることができるとともにゲート・エミッタ間の距離を正確に設定できる。このため、電界放出効率を向上させることが可能となる。
【００４１】
また、アノード電極層２３についても、エミッタ部２６を囲んでいる部分を、エミッタ部２６の周面部に沿って先細りとなる筒状に形成しているので、第２の絶縁層２２の厚みを調整することによって、ゲート・アノード間距離およびエミッタ・アノード間距離を正確に設定できる。
【００４２】
また、上記形状を採用しているので、エミッタ部２６の先端延長線にアノード電極層２３を十分に近付けることができ、これによってエミッタ部２６から放出された電子流を受ける部分の面積を広くできる。したがって、アノードの熱破壊を防止でき、耐久性を向上させることができるばかりか、エミッタから放出された電子流のうち、ゲートに向かう分の割合を少なくできるので、効率を向上させることができる。上述した説明から判るように、アノード電極層２３に設けられる開口部２５の径は小さい程よい。その程度としては、図３に示すように、エミッタ部２６における基部の径をＤ１  とし、開口部２５の内径をＤ２  としたとき、Ｄ２  ／Ｄ１  ≦０．８  を満たす関係、特にＤ２  ／Ｄ１  ＜０．５  を満たすことが好ましい。
【００４３】
また、エミッタ部材層１４を表材層１５と芯材層１６との複合構成としているので、エミッタに要求される特性を満たす材料の使用が可能となる。すなわち、実施例のように、表材層１５として仕事関数が小さく、物理的・化学的に安定な材料の使用が可能となる。また、実施例のように、表材層１５の構成材より固有抵抗の大きい材料で芯材層１６を形成すると、この芯材層１６によって各エミッタ部２６へ流れる電流をバランスさせることができる。すなわち、アレイ化したときに特定のエミッタ部２６に電流が集中して流れようとすると、芯材層１６における上記特定のエミッタ部に対応する部分での電圧降下が自動的に大きくなり、この結果として特定のエミッタ部への電流集中が緩和される。したがって、アレイ化されている各微小多極真空管を安定に動作させることができるとともに電流集中によって起こる熱破壊の発生を防止できる。
【００４４】
なお、上述した実施例においては、エミッタ部２６をピラミッド形に形成しているが、電流容量を持たせようとするときには、図４に示すように、エミッタ部２６ａを屋根形に形成するとよい。このような形状は、Ｓｉ単結晶補助基板に異方性エチング処理を施すときに、マスクの開口部形状を長方形に設定することによって実現できる。また、第１の絶縁層１３とゲート電極層２１との間にボロンを含む半導体層を介在させ、Ｓｉ単結晶補助基板をエッチングで除去するときに上記半導体層をエッチング停止層として使用してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電界放出効率が高く、アレイ化したときの均一性を満たすことができ、アレイ化したときの動作の信頼性および耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る微小多極真空管の製造プロセスを説明するための図
【図２】同製造プロセスを経て製造された微小多極真空管を一部切欠して示す斜視図
【図３】同製造プロセスを経て製造された微小多極真空管の拡大縦断面図
【図４】エミッタ部の別の形状を示す斜視図
【図５】従来の微小多極真空管の製造プロセスの一例を説明するための図
【符号の説明】
１１…補助基板                    １２…凹部
１３…第１の絶縁層                １４…エミッタ部材層
１５…表材層                      １６…芯材層
１７…導電層                      ２０…凸部
２１…ゲート電極層                ２２…第２の絶縁層
２３…アノード電極層              ２５…開口部
２６，２６ａ…エミッタ部
【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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