(57)【要約】【課題】  安定した電子放出特性と低い仕事関数とを両立した電子放出素子を提供する。【解決手段】  ランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合されたカソードを備えることを特徴とする電界放出型電子放出素子。【選択図】  図１
2011258470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合されたカソードを備えることを特徴とする電界放出型電子放出素子。
【請求項２】
前記カソードは、導電性の基部と、該基部の少なくとも一部を覆う被膜と、を有し、前記被膜が、ランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合されたであることを特徴とする請求項１に記載の電界放出型電子放出素子。
【請求項３】
前記モリブデンの酸化物が、ＭｏＯ２とＭｏＯ３とを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電界放出型電子放出素子。
【請求項４】
前記ランタンの酸化物がＬａ２Ｏ３であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電界放出型電子放出素子。
【請求項５】
前記カソードの仕事関数が、３．５ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電界放出型電子放出素子。
【請求項６】
前記電子放出素子は、カソード電極とゲート電極とを備え、該カソード電極に前記カソードが設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子放出素子。
【請求項７】
電子放出素子と該電子放出素子から放出された電子が照射されることで発光する発光体とを備える画像表示装置であって、前記電子放出素子が請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子放出素子であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
電子放出素子と、該電子放出素子から放出された電子の入射により放射線を発生する放射線出射面を備えるターゲットと、を備える放射線発生装置であって、前記電子放出素子が請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子放出素子であることを特徴とする放射線発生装置。
【請求項９】
請求項８に記載の放射線発生装置と、該放射線発生装置から発生し、被検知物を透過した放射線を撮像する放射線撮像装置と、を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
【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それを用いた、テレビジョンなどの画像表示装置、Ｘ線発生装置およびＸ線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な電界放出型の電子放出素子は、カソード（カソード電極または陰極と呼ぶこともある）とゲート電極との間に電圧を印加することで、カソードから電子が電界放出される。このような電界放出型電子放出素子には、表面伝導型電子放出素子やＭＩＭ型電子放出素子やＢＳＤ型電子放出素子などが含まれる。
【０００３】
電界放出型電子放出素子をマトリクス状に、多数、基板上に配列した背面板と、蛍光体などの発光体を配置した前面板とを対向させ、周囲を封止することで気密容器（ディスプレイパネル）を形成することができる。この気密容器内の真空度は、実用的には１０−６Ｐａ程度である。そして、ディスプレイパネルに駆動回路を接続することで画像表示装置を構成することができる。
【０００４】
特許文献１および２には、モリブデンなどからなる陰極の表面を酸化ランタンなど酸化物の膜で被覆した電界放出型電子放出素子が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には電界放出型電子放出素子を用いたＸ線発生装置が開示されている。また特許文献４にはＸ線などの放射線を用いた撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５１‐２５０６３号公報
【特許文献２】特表２００１−５０１３５８号公報
【特許文献３】特開平０９−１８０８９４号公報
【特許文献４】特開２００４−２２８５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
モリブデンなどの金属からカソードが形成された場合は、カソードの表面は雰囲気に含まれる酸素によって、酸化物になってしまう。その結果、放出電流の変動や減少が、経時的に生じてしまう。
【０００８】
一方、Ｌａ２Ｏ３自体は仕事関数は低いが、導電性が低く電子の供給が困難である。そのため、Ｌａ２Ｏ３をそのまま電界放出型の電子放出素子のカソードの表面に適用しても、実効的な仕事関数の低減効果が得られなかったり、大きな放出電流を安定して取り出すことができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記した課題を解決するためになされた発明であって、ランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合されたカソードを備えることを特徴とする電界放出型電子放出素子である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、安定した電子放出特性と低い仕事関数とを両立した電子放出素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電子放出素子の実施形態の一例の模式断面図である。
【図２】電子放出素子を駆動する際の一例の模式図である。
【図３】電子放出素子の実施形態の別の一例の模式断面図である。
【図４】電子放出素子の実施形態の別の一例の模式図である。
【図５】電子源の一例を示す平面模式図である。
【図６】画像表示パネルの一例を示す断面模式図である。
【図７】画像表示装置および情報表示装置の一例を示すブロック図である。
【図８】電子放出素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図９】電子放出素子の実施形態の別の一例の模式図である。
【図１０】電子放出素子の製造工程の別の一例を示す模式図である。
【図１１】電子放出素子のエッチング処理の概要を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る電子放出素子および画像表示装置の一例について詳細に説明する。
【００１３】
図１に本実施形態の電子放出素子１０の一例の断面模式図を示す。
基板１上にカソード電極２が設けられ、カソード電極２は、突起形状のカソード９を備えており、ここではスピント型（円錐型）のカソード９を備える。
【００１４】
カソード電極２の上には、ゲート電極５とカソード電極２を絶縁するための絶縁層４が設けられている。また、絶縁層４と絶縁層４上に設けられたゲート電極５には、カソード９を露出するための開口７が設けられており、絶縁層６とゲート電極５とを貫通している。この開口７内にカソード９が配置されている。
【００１５】
そして、ここで示す例では、カソード９は、導電性の基部３と、基部３の上に設けられた、ランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された膜である被膜８と、を有する。ここではカソード９が導電性の基部３と被膜８とで構成された例を示すが、本発明では、カソード９の電子放出部がランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された部材で構成されていればよい。そのため、図３のように、被膜８を設けずに、導電性の基部３をランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された形態として、上記したカソード９とする形態であってもよい。即ち、ランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合されたカソード９を用いることができる。また、さらに、カソード電極２とカソード９とを一体に形成した形態としてもよい。その場合には、カソード電極２も被膜８と同じ組成で形成される。しかしながら、本発明のランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された被膜８は金属膜に比べれば抵抗が大きいので、好ましくは、モリブデンなどの金属からなる導電性の基部３にランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された被膜８を設ける形態が望ましい。
【００１６】
導電性の基部３の材料としては、被膜８との接合性の観点から、モリブデンであることが最も好ましい。しかしながら、その他の金属材料で構成することもできる。
【００１７】
尚、ここではカソード９を円錐型とした例を示したが、カソード９の形状はこれに限定されるものではないが、円錐の先端のような、突起部を有すればよい。
【００１８】
開口７は円形であることが好ましいが、多角形状であってもよい。ここでは、カソード電極２とカソード３とを別部材で構成した例を示したが、カソード３とカソード電極２が一体に形成されていても良い。即ち、カソード電極２の一部に突起を設け、その突起をカソード３とすることもできる。
【００１９】
本発明の電子放出素子１０を駆動する際には、図２に示す様に、電子放出素子１０はアノード電極２１に対向するように設けられる。そして、アノード電極２１と電子放出素子１０との間が大気圧よりも低い圧力に維持される。そして、カソード電極２の電位よりもゲート電極５の電位を高くすると同時に、アノード電極の電位をゲート電極の電位よりも十分に高くすることで、電子放出９から放出された電子（この例では被膜８から放出された電子）がアノードに向けて放出される。この時、当然、カソード９の電位も十分にアノード電極の電位よりも低くなる。
【００２０】
本発明におけるカソード（被膜８）は、ランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された部材からなる。そして、ランタンの酸化物は、実用的には、Ｌａ２Ｏ３である。また、モリブデンの酸化物としては、ＭｏＯ２とＭｏＯ３との混合物で構成されることが良好な電子放出特性を得る点で望ましい。そのため、本発明のカソード（被膜８）は、Ｌａ２Ｏ３とＭｏＯ２とＭｏＯ３との混合物であることが望ましい。即ち、本発明においては、Ｌａ２Ｏ３とＭｏＯ２とＭｏＯ３との混合物の被膜８を備える形態の場合には、被膜８から電子が電界放出する。また、被膜８を設けずに導電性の基部３をＬａ２Ｏ３とＭｏＯ２とＭｏＯ３との混合物で形成した場合には、Ｌａ２Ｏ３とＭｏＯ２とＭｏＯ３との混合物からなる導電性の基部３から電子が電界放出する。
【００２１】
ここでは、電子放出素子としてスピント型の電界放出素子を例に説明した。しかしながら、本実施形態に適用できる電子放出素子は、表面伝導型電子放出素子や、ＭＩＭ型電子放出素子や、カーボンナノチューブ等のカーボンファイバーを用いた電界放出素子などにも好ましく適用できる。
【００２２】
また、図１に示した形態とは異なる形態の電子放出素子２０の態様を図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）に模式的に示す。図４（ａ）はＺ方向から見た平面模式図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ’線の断面（Ｚ−Ｘ面）模式図である。図４（ｃ）は図４（ｂ）のＸ方向から見た場合の模式図である。
【００２３】
この電子放出素子２０では、基板１１上に、絶縁層１４が設けられており、絶縁層１４の上にゲート電極１５が設けられている。絶縁層１４はここで示す例では第１絶縁層１４ａ及び第２絶縁層１４ｂを備えている。また、基板１１上にはカソード電極１２が設けられており、カソード電極１２に接続された導電性の基部１３が、第１絶縁層１４ａの側面に沿って、且つ、第１絶縁層１４ａの側面の上に設けられている。第２絶縁層１４ｂは、Ｘ方向において、第１絶縁層１４ａより幅が小さくなっており、このため、絶縁層１４（第１絶縁層１４ａ）とゲート電極１５との間には凹部１６が形成された構造になっている。導電性の基部１３は、導電性膜とみなすことができる。そして、図４（ｂ）から明らかな様に、上述した導電性の基部１３は、基板１１からＺ方向に突出して設けられている。即ち、導電性の基部１３は、突起部を備えている。また、導電性の基部１３は、その一部が、凹部１６内に入り込んでいる。その結果、導電性の基部１３は、少なくとも一部が凹部１６内に位置する突起部を備えていると言うことができる。
【００２４】
そして、導電性の基部１３の少なくとも突起部の表面が、前述したランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された被膜１８で覆われている。ここでは、導電性の基部１３の多くの部分が、被膜１８で覆われている形態を示した。突起部の先端部を覆うことや、突起部のゲート電極１５に最も近い部分を覆うことが好ましい。つまり、被膜１８が、少なくとも導電性の基部１３とゲート電極１５との間に位置するように設けられていれば良い。
【００２５】
ここで説明した形態の電子放出素子２０においても、前述した形態と同様に、導電性の基部１３と被膜１８とでカソード１９が構成される。カソード電極１２は、導電性の基部１３の電位を規定する機能、導電性の基部１３に電子を供給する機能を有している。カソード１９は、導電性の基部１３の突起部の形状を反映した形状をしているので、カソード１９は突起部を備えていると言うことができる。したがって、被膜１８がカソード１９の突起部の少なくとも一部を構成している。詳細には、被膜１８が少なくともカソード１９の突起部の表面の一部を構成している。
【００２６】
また、図４（ａ）、図４（ｃ）では、導電性の基部１３及び被膜１８がＹ方向に連続して設けられているが、Ｙ方向に所定の間隔を置いて複数の位置に設けた構成とすることもできる。
【００２７】
また、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）では、ゲート電極１５の一部が導電性の基部１３と同じ材料の導電性膜１７で覆われている例を示している。この導電性膜１７は省略することもできるが、安定な電界を形成するためには、設けておくことが好ましい。
【００２８】
上記構成によれば、ゲート電極１５とカソード１９は間隙を介して配置されている。カソード電極１２の電位よりも高い電位をゲート電極１５に印加することにより、間隙に電界が形成され、該電界によってカソード１９を構成するランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された被膜１８から電子を電界放出させることができる。この形態の電子放出素子を用いた電子放出装置でも、図２と同様に、電子放出素子２０と対向する位置には、アノード２１が配置される。そのため、カソード１９の突起部およびその先端は、アノードに向けて配置されることになる。
【００２９】
また導電性の基部１３を覆う被膜１８は、少なくともゲート電極１５（導電性膜１７がゲート電極１５の上に設けられている場合には導電性膜１７）の、カソード１９と対向する部分を覆う形態とすることが好ましい。但し、この場合、導電性の基部１３を覆う被膜１８と、少なくともゲート電極１５の、カソード１９と対向する部分を覆っている被膜とは、分離されている（間隙を介して対向している）。このような構成とすることで、カソード側のランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された被膜１８から電界放出された電子が、ゲート側に設けられたランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された被膜で、より多く散乱され、アノードに到達する電子の量が増える。その結果、電子放出特性を向上させることができる。
【００３０】
次に、図９を用いて、カソード１９の形状について好ましい形態について述べる。図９（ａ）はカソード１９の突起部を拡大した模式断面図である。
【００３１】
カソード１９は、先に述べたように、少なくとも突起部の一部に本発明の被膜１８を備えていれば良い。
【００３２】
また、図９（ａ）では、説明を簡潔にするために、ゲート電極１５の一部が導電性膜１７で覆われていない形態を示している。しかしながら、導電性膜１７がゲート電極１５を覆っていても、導電性膜１７はゲート電極１５と実質的に等電位になるので、導電性膜１７はゲート電極１５の一部とみなして差し支えない。また、ゲート電極１５の、カソード１９と対向する部分が、ランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された被膜で覆われている形態についても同様である。
【００３３】
以下、第１絶縁層１４ａ，第２絶縁層１４ｂからなる絶縁層１４の表面を、部分ごとに別々の表現を用いて説明する。具体的には、第１絶縁層１４ａの側面１４１と、第１絶縁層１４ａの上面１４２と、第２絶縁層１４ｂの側面１４３とに分けることができる。第１絶縁層１４ａの上面１４２は、第１絶縁層１４ａの表面のうち、凹部１６を構成する面である。第１絶縁層１４ａの側面１４１は、第１絶縁層１４ａの表面のうち、第１絶縁層１４ａの上面１４２と連続する面である。このように、第１絶縁層１４ａは段差を有する構造である。そして、上面１４２と側面１４１の境界である屈曲部（点Ｋ）の近傍に、カソード１９の突起部が形成される。第２絶縁層１４ｂの側面１４３は、凹部１６を構成する面である。このように、凹部１６は、上面１４２と側面１４３とで構成される。第１絶縁層１４ａの上面１４２と第２絶縁層１４ｂの側面１４３は、凹部１６内の面であるから、絶縁層１４の内表面と表現することもできる。これに対して、第１絶縁層１４ａの側面１４１は、凹部１６外の面であるから、絶縁層１４の外表面と表現することもできる。
【００３４】
典型的に、第１絶縁層１４ａの上面１４２は、基板１１の表面に対して、実質的に平行である。一方、図４では、第１絶縁層１４ａの側面１４１が基板１１の表面に対して垂直であり、屈曲部が直角である形態を示した。しかしながら、第１絶縁層１４ｂの側面１４１は基板１１の表面に対して傾斜してもよい。つまり、側面１４１が斜面であっても良い。特に、側面１４１が基板１１の表面に対して、鋭角をなすように傾斜していることが好ましい。側面１４１が斜面の場合、第１絶縁層１４ａの角の角度（絶縁層１４側の角度）は、鈍角のようになり得る。なお、直角、鈍角といっても、実際にはある程度の曲率を有している。
【００３５】
ゲート電極１５は、第１絶縁層１４ａの上面１４２から距離Ｔ２だけ離れて設けられている。距離Ｔ２は第２絶縁層１４ｂの厚みに対応する。すなわち、第２絶縁層１４ｂは第１絶縁層１４ａの上面１４２とゲート電極１５との間の間隔を規定するための層でもある。
【００３６】
本実施形態において、カソード１９の突起部は、第１絶縁層１４ａの上面１４２と第１絶縁層１４ａの側面１４１に渡って位置することが好ましい。すなわち、カソード１９の突起部は、その一部が凹部１６内に位置して、第１絶縁層１４ａの上面１４２と接触することが好ましい。これにより、カソード１９の突起部と第１絶縁層１４ａの上面１４２との間に、界面が形成される。
【００３７】
図９（ａ）において、距離ｈ（ｈ＞０）は、カソード１９の突起部が第１絶縁層１４ａの上面から高さｈだけ突出していることを示している。高さｈとなる部分が、突起部の先端である。距離ｘ（ｘ＞０）は、カソード１９の突起部と第１絶縁層１４ａの上面１４２との界面の、凹部１６の深さ方向の幅である。換言すると、距離ｘは、凹部１６を構成する絶縁層１４の表面と接する突起部の端部（点Ｊ）から、凹部１６の縁、即ち第１絶縁層１４ａの屈曲部（点Ｋ）までの距離である。距離ｘは、凹部１６の深さにもよるが、実用的には、１０ｎｍから１００ｎｍの範囲内である。
【００３８】
このような構成にすることにより、カソード１９の突起部と第１絶縁層１４ａとの接触面積が広くなり、カソード１９の突起部と第１絶縁層１４ａとの機械的な密着力が向上する。これにより、電子放出素子の製造プロセスを経ても、カソード１９の剥離などの発生を抑制することができる。
【００３９】
また、このような構成にすることにより、放出電流の変動を抑制することができる。この点について、詳細に説明する。
【００４０】
図９（ｂ）は凹部１６内での距離ｘを変えた場合の、Ｉｅの時間変動量を示したものである。尚、ここでＩｅとは、放出電子量を意味し、アノード２１に到達する電子の量である。初期値として、電子放出素子２０の駆動を開始して最初の１０秒間の間に検出された平均的な電子放出量Ｉｅを求めた。そして、この初期値を基準として規格化し、電子放出量の変化を時間の常用対数としてプロットしたものである。図９（ｂ）から理解されるように、距離ｘが短くなるにつれて、電子放出量の初期値からの低下量が大きくなる傾向があった。
【００４１】
図９（ｃ）はいくつかの素子において、図９（ｂ）と同様の計測を行ったものである。図９（ｃ）では、距離ｘに対して、電子放出量の初期値を基準として規格化を行い、電子放出素子２０の駆動を開始して所定時間経過した時の電子放出量をプロットしたものである。この図から明らかなように、距離ｘが短いほど初期値からの低下量が大きかった。そして、距離ｘが２０ｎｍを越えてくると、距離ｘに対する依存性が小さくなる傾向が見られた。このように、距離ｘは２０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００４２】
これらの結果から推察すると、距離ｘが長くなることにより、突起部と第１絶縁層１４ａとの接触面積が広くなり、熱抵抗を低減できるためと思われる。また、カソード１９の突起部の体積増加による熱容量が増大するためと思われる。すなわち、カソード１９の温度上昇が軽減されるために、初期変動が小さくなったのではないかと思われる。
【００４３】
一方、距離ｘを極端に長くすると、凹部の内表面、すなわち、第１絶縁層１４ａの上面及び第２絶縁層１４ｂの側面を介して、カソード１９とゲート電極１５との間のリーク電流が大きくなる。少なくとも、距離ｘは、凹部１６の深さよりも小さくことが好ましい。
【００４４】
また、上面に位置するカソード１９の表面（特に、カソード１９の端部（点Ｊ）近傍の表面）と第１絶縁層１４ａの上面１４２との角度θは、９０°より大きいことが好ましい。また、角度θは１８０°より小さいことが好ましい。なお、角度θは、カソード１９の表面と第１絶縁層１４ａの上面１４２とが成す角度のうち、真空側の角度である。上面１４２が平面であるとみなせば、カソード１９と上面と１４２の接触角は１８０°−θで表される。実用的には絶縁層１４ａの上面１４２は平面であるとみなせるので、換言すれば、上面１４２とカソード１９との接触角が０°より大きく、９０°より小さいことが好ましいと言える。
【００４５】
さらには、凹部１６内において、カソード１９の表面が第１絶縁層１４ａの上面１４２に対して、緩やかに傾斜していることが好ましい。つまり、カソード１９の、凹部１６内に位置する任意の部分の表面の接線と、第１絶縁層１４ａの上面１４２と、の角度が９０°より小さいことが好ましい。
【００４６】
これにより、凹部１６内で生じる、異常な放電を抑制することができる。この点について、詳細に説明する。
【００４７】
一般に真空、絶縁体、導電体の様に誘電率が異なる三種類の材料が同時に一つの場所に接する場所は三重点と呼ばれる。条件にもよるが、三重点の電界が周囲よりも極端に高くなることで放電等の要因になる場合がある。本形態においても図９（ａ）に示した点Ｊは真空（Ｖ）、絶縁体（Ｉ）、導電体（Ｃ）の三重点となっている。カソード１９の突起部と第１絶縁層１４ａが接する角度θが９０°以上であれば周囲の電界と大きく変わらない。カソード１９の突起部が上記角度θとなることで、絶縁体―真空−導電体で生じる三重点での電界強度を弱め、異常な電界発生による放電現象を防止することが可能となる。
【００４８】
図９（ａ）にゲート電極１５とカソード１９の突起部の先端との間の距離ｄを示す。ここでは、距離ｄはゲート電極１５とカソード１９との間の最短距離でもある。また、図９（ａ）突起部の先端近傍の形状は曲率半径ｒで表すことができる。
【００４９】
ゲート電極１５とカソード１９との電位差を一定とした場合、先端部の近傍に形成される電界の強度は、この曲率半径ｒと距離ｄに応じて異なる。ｒが小さいほど、先端部の近傍に強い電界を形成することが可能となる。また、ｄが小さいほど、先端部の近傍に強い電界を形成することが可能となる。
【００５０】
突起部の先端の近傍の電界を一定とした場合、距離ｄが相対的に小さければ、曲率半径ｒを相対的に大きくできる。逆に、曲率半径ｒが相対的に小さければ、距離ｄを相対的に大きくできる。距離ｄの違いは放出された電子の散乱回数の違いに影響するため、ｒが小さく、ｄが大きいほど効率が高い電子放出素子２０とすることが可能となる。ここで、効率（η）とは素子に電圧を印加したときに検出される電流（Ｉｆ）と真空中に取り出される電流（Ｉｅ）を用いて、効率η＝Ｉｅ／（Ｉｆ＋Ｉｅ）で与えられる。
【００５１】
次に、図４に示した電子放出素子２０の製造方法の一例を説明する。
基板１１としては、石英ガラス，Ｎａ等の不純物含有量を減少させたガラス、ソーダライムガラス及び、シリコン基板を用いることができる。基板に必要な機能としては、機械的強度が高いだけでなく、ドライエッチング、ウェットエッチング、現像液等のアルカリや酸に対して耐性があり、ディスプレイパネルのような一体ものとして用いる場合は成膜材料や他の積層部材と熱膨張差が小さいものが望ましい。また熱処理に伴いガラス内部からのアルカリ元素等が拡散しづらい材料が望ましい。
【００５２】
最初に、基板上に段差を形成するために第１絶縁層１４ａと第２絶縁層１４ｂを順次形成する。第２絶縁層１４ｂの上にゲート電極１５を積層する。
【００５３】
第１絶縁層１４ａは、加工性に優れる材料からなる絶縁性の膜であり、たとえば窒化シリコンや酸化シリコンであり、その形成方法はスパッタ法等の一般的な真空成膜法、ＣＶＤ法、真空蒸着法で形成される。またその厚さとしては、数ｎｍから数十μｍの範囲で設定され、好ましくは数十ｎｍから数百ｎｍの範囲で選択される。
【００５４】
第２絶縁層１４ｂは、加工性に優れる材料からなる絶縁性の膜であり、たとえば窒化シリコンや酸化シリコンであり、その形成方法は一般的な真空成膜法、例えばＣＶＤ法、真空蒸着法あるいはスパッタ法で形成される。またその厚さＴ２としては、数ｎｍから数百ｎｍの範囲で設定され、好ましくは数ｎｍから数十ｎｍの範囲で選択される。
【００５５】
詳細は後述するが、凹部１６を精度良く形成するために、第１絶縁層１４ａと第２絶縁層１４ｂと異なる材料とすることが好ましい。第１絶縁層１４ａとして窒化シリコンを用い、第２絶縁層１４ｂは例えば酸化シリコン、あるいはリン濃度の高いＰＳＧ、ホウ素濃度の高いＢＳＧ等で構成する事ができる。
【００５６】
ゲート電極１５は導電性を有しており、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術により形成することができる。ゲート電極１５の厚さＴ１としては、数ｎｍから数百ｎｍの範囲で設定され、好ましくは数十ｎｍから数百ｎｍの範囲で選択される。
【００５７】
ゲート電極１５の材料は、導電性に加えて高い熱伝導率があり、融点が高い材料が望ましい。例えば、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属または合金材料が使用できる。また、窒化物、酸化物、炭化物等の化合物や、半導体、炭素、炭素化合物等も適宜使用可能である。
【００５８】
第１絶縁層１４ａ、第２絶縁層１４ｂ、ゲート電極１５のパターンニングは、フォトリソグラフィ技術とエッチング加工を用いて行うことができる。エッチング加工としては、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いることができる。
【００５９】
次に、第２絶縁層１４ｂを選択的にエッチングすることにより、第１絶縁層１４ａ、第２絶縁層１４ｂからなる絶縁層１４に凹部１６を形成する。第１絶縁層１４ａと第２絶縁層１４ｂとの間の、エッチング量の比は、１０以上が好ましく、５０以上がより好ましい。
【００６０】
選択的なエッチングとしては、例えば第２絶縁層１４ｂが酸化シリコンであればバッファーフッ酸（ＢＨＦ）と呼ばれるフッ化アンモニウムとフッ酸との混合溶液を用い、第２絶縁層１４ｂが窒化シリコンであれば熱リン酸系エッチング液を使用することが可能である。
【００６１】
凹部１６の深さ（露出する第１絶縁層１４ａの上面１４２の幅）は、素子形成後のリーク電流に深く関わり、凹部１６を深く形成するほどリーク電流の値が小さくなる。しかし、あまり深く形成するとゲート電極１５が変形してしまう課題が発生する。このため、凹部１６の深さは３０ｎｍ〜２００ｎｍ程度が好ましい。
【００６２】
なお、材料による選択的なエッチングを行わずに、絶縁層の側面の一部をマスクして、絶縁層の一部を除去することにより、凹部１６を形成することもできる。その場合には、第１絶縁層１４ａ、第２絶縁層１４ｂを別々の材料で形成する必要はなく、１層の絶縁層として形成すればよい。また、絶縁層を３層として、２層目に対して選択的エッチングを行っても良い。その場合には、凹部１６は、３層の絶縁層の面で構成されることになる。
【００６３】
次に、導電性の基部１３の材料を第１絶縁層１４ａの上面及び側面に付着させる。導電性の基部１３の材料としては、導電性に加えて高い熱伝導率があり、融点が高い材料が好ましい。また、仕事関数が５ｅＶ以下の材料を用いることが好ましい。例えば、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ等の金属または合金材料が使用できる。特にＭｏを好ましく用いることができる。
【００６４】
導電性の基部１３は、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術により形成することが可能である。前述したように、本実施形態においてはカソードの突起部の形状を制御するように、導電性材料の入射角度と成膜時間、形成時の温度および形成時の真空度を制御して形成する必要がある。導電性材料の入射角度はゲート電極１５の厚みＴ１、凹部１６の間隔Ｔ２等を考慮して決定することができる。Ｔ１、Ｔ２については図９（ａ）を参照されたい。
【００６５】
次に導電性の基部１３の表面に本発明の被膜１８を形成する。被膜１８は、例えばスパッタリング法で形成することができる。より具体的には、ＬａのターゲットとＭｏのターゲットを用いた共スパッタリング法により形成することができる。
【００６６】
カソード電極１２は、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜技術を用いて形成することができる。或いは導電性材料を含む前駆体を焼成することによって形成することもできる。パターン形成方法としては、フォトリソグラフィ技術や、印刷技術を用いることができる。
【００６７】
カソード電極１２の材料は、導電性を有する材料であればよく、ゲート電極１５と同様の材料を用いることができる。カソード電極１２の厚さとしては、数１０ｎｍから数μｍの範囲で設定され、好ましくは数１０ｎｍから数１００ｎｍの範囲で選択される。なお、カソード電極１２は、導電性の基部１３を形成する前に設けてもよいし、導電性の基部１３、或いは被膜１８を形成した後に設けてもよい。
【００６８】
次に、図５を用いて、基板１上に、図１を用いて説明した形態の電子放出素子１０を多数配列して構成した、電子源３２の一例を説明する。図５は、電子源３２の平面模式図である。
【００６９】
ここで説明する電子源３２は、基板１と基板１上に設けられた複数の電子放出素子１０とで構成されている。基板１は絶縁性基板で構成することができ、例えばガラス基板が好ましく適用できる。基板１上に、図１等を用いて説明した電子放出素子１０が行列状に多数配列して構成したものである。同じ列の電子放出素子１０同士はゲート電極５が共通に接続され、同じ行の電子放出素子１０同士はカソード電極２が共通に接続される。電子放出素子１０の代わりに、図４を用いて説明した電子放出素子２０を用いることもできる。
【００７０】
そして、複数のカソード電極２の中から所定数を選択し、複数のゲート電極５の中から所定数を選択し、その選択された電極間に電圧を印加することで、所定の電子放出素子１０から電子を放出させることができる。
【００７１】
ここでは、１つのカソード電極２と１つのゲート電極５との交差部に設けられる電子放出素子１０は１つであるが、複数の電子放出素子１０を設けることが好ましい。例えば、カソード電極２とゲート電極５との各々の交差部には、複数の開口７が設けられ、そして、各々の開口７内にカソード９が設けられる。
【００７２】
図５では、簡易的に、カソード電極２とゲート電極５との各々の交差部に１つの開口７を設けた例を示している。しかしながら、放出電流の揺らぎを低減する観点からは、各交差部に設けられるカソード９の数が多いほど好ましい。カソード９の数が多いと、放出電流の揺らぎが平均化されるためである。一方で、あまりに多くのカソードを各交差部に設けることは、生産性などの観点から、望ましくない。本発明の被膜を用いることによって、電流揺らぎを低減することができるから、カソード９の数を多くせずとも、電流揺らぎを低減することができる。
【００７３】
上述した電子源３２を用いて画像表示パネル１００を構成した一例を図６を用いて説明する。尚、ここで示す例では、各交差部に設けられるカソード９を複数とした。
【００７４】
尚、画像表示パネル１００は、内部が大気圧よりも低い圧力（真空）となるように気密に保持されるので、気密容器と言い換えることができる。
【００７５】
図６は、画像表示パネル１００の断面模式図である。画像表示パネル１００は、図５における電子源３２を背面板として用い、背面板３２と前面板３１とが対向して配置されている。
【００７６】
そして、背面板３２と前面板３１との間隔が所定の距離となるように、背面板３２と前面板３１との間に閉環状（矩形状）の支持枠２７が設けられている。そして、支持枠２７と前面板３１の間及び支持枠２７と背面板３２の間は、インジウムやフリットガラスなどのシール機能を備える接合部材２８によって気密に接合されている。支持枠２７は、画像表示パネル１００の内部空間を気密に封止するための役割も担っている。画像表示パネル１００の面積が大きい場合には、前面板３１と背面板３２との距離が維持できるように、画像表示パネル１００の内部に、前面板３１と背面板３２の間にスペーサ３４を複数配置することが好ましい。
【００７７】
前面板３１は、電子放出素子１０から放出された電子が照射されることで発光する発光体２３を備える発光層２５と、発光層２５上に設けられたアノード電極２１と、透明基板２２とで構成されている。
【００７８】
透明基板２２は、発光層２５から放出された光が透過する必要があるため、例えばガラス基板からなる。
【００７９】
発光体２３としては、一般に蛍光体を用いることができる。発光層２５を、赤色を発光する発光体と、緑色を発光する発光体と、青色を発光する発光体とを用いて構成することで、フルカラー表示の画像表示パネル１００を構成することができる。図６に示す形態では、発光層２５は、発光体同士の間に設けられた黒色部材２４を備えている。黒色部材２４は一般にブラックマトリクスと言われる、表示画像のコントラストを向上させるための部材である。
【００８０】
各発光体２３に電子を照射する電子放出素子１０が、発光体２３に対向するように設けられている。即ち各々の電子放出素子１０は１つの発光体２３に対応づけられている。
【００８１】
アノード電極２１は、一般に、メタルバックと呼ばれ、典型的には、アルミニウム膜で構成することができる。また、アノード電極２１は、発光層２５と透明基板２２との間に設けることもできる。その場合には、アノード電極２１は、ＩＴＯ膜などの光学的に透明な導電性膜で構成される。
【００８２】
前面板３１と背面板３２とを気密に接合するための工程（接合工程）では、気密容器である画像表示パネル１００を構成する部材を加熱した状況下で行われる場合が多い。
【００８３】
接合工程は、典型的には、前面板３１と背面板３２との間に、フリットガラス等の接合部材を設けた支持枠２７を配置する。そして加圧しながら、前面板３１と背面板３２と支持枠２７とを例えば１００℃から４００℃の範囲で加熱し、その後室温まで冷却することで実施される。また、接合工程に先立って、背面板３２は加熱による脱ガス処理などを施す場合も多い。このような加熱や冷却を伴う工程を経ても、本実施形態で示した被膜は導電性の基部３から剥離することはない。
【００８４】
また、電子放出素子２０を用いて、同様に画像表示パネル１００を作製する場合にも、加熱や冷却を伴う工程を経るが、被膜１８が剥離したり、導電性の基部１３が剥離したりすることはない。
【００８５】
次に図７に示すように、前述した画像表示パネル１００に、画像表示パネルを駆動するための駆動回路１１０を接続することで、画像表示装置２００とすることができる。さらに、テレビジョン放送信号や情報記録装置に記録されている信号などの情報信号を画像信号として出力する画像信号出力装置４００を更に接続することで情報表示装置５００を構成することができる。
【００８６】
画像表示装置２００は、画像表示パネル１００、駆動回路１１０を少なくとも備え、さらに制御回路１２０を備えることが好ましい。制御回路１２０は、入力された画像信号に画像表示パネルに適した補正処理等の信号処理を施すともに、駆動回路１１０に画像信号及び各種制御信号を出力する。駆動回路１１０は、入力された画像信号に基づいて、画像表示パネル１００の各配線（図１のカソード電極２、ゲート電極５参照）に駆動信号を出力する。駆動回路は画像信号を駆動信号に変換するための変調回路や、配線を選択するための走査回路を有する。駆動回路１１０から出力される駆動信号によって画像表示パネル１００内の各画素の電子放出素子に印加される電圧が制御される。これにより、画像信号に応じた輝度で各画素が発光し、スクリーンに画像が表示される。「スクリーン」は、図６で示した画像表示パネル１００においては、発光層２５に相当すると言うことができる。
【００８７】
本発明によれば、電子放出素子に仕事関数が低い被膜を用いることにより、電子放出（電子放出素子の駆動）に要する印加電圧を低減することができるので、画像表示装置の消費電力を低減することが可能となる。また、安定した放出電流が得られることにより、表示画像の品質を向上することができる。
【００８８】
図７は、情報表示装置の一例を示すブロック図である。情報表示装置５００は画像信号出力装置４００と画像表示装置２００からなる。画像信号出力装置４００は、情報処理回路３００を備え、画像処理回路３２０をさらに備えることが好ましい。画像信号出力装置４００は、画像表示装置２００とは別の筐体に収められていてもよいし、画像信号出力装置４００の少なくとも一部が、画像表示装置２００と同一の筐体に収められていてもよい。ここで述べる情報表示装置の構成は、一例であり、種々の変形が可能である。
【００８９】
情報処理回路３００には、衛星放送や地上波等のテレビジョン放送信号や、無線回線網、電話回線網、デジタル回線網、アナログ回線網、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルで結ばれたインターネット等の電気通信回線を介したデータ放送信号等の情報信号が入力される。半導体メモリ、光ディスク、磁気記憶装置等の記憶装置を接続して、これらに記録された情報信号を画像表示パネル１００に表示できる構成にすることもできる。また、ビデオカメラやスチルカメラ、スキャナ等の映像入力装置を接続して、これらから得られる画像を画像表示パネル１００に表示できる構成にすることもできる。テレビ会議システムやコンピュータ等のシステムと接続するように構成構成することもできる。
【００９０】
さらに、画像表示パネル１００に表示させる画像を、必要に応じて加工し、プリンタで出力できる構成にしたり、記憶装置に記録したりするように構成することもできる。
【００９１】
情報信号に含まれる情報としては、映像情報、文字情報および音声情報の少なくとも１つを指す。情報処理回路３００には、放送信号から必要な情報を選局するチューナーや、情報信号がエンコードされている場合にはこれを復号化するデコーダを備えた受信回路３１０を設けることができる。
【００９２】
情報処理回路３００によって得られた画像信号を画像処理回路３２０に出力する。画像処理回路３２０は、画像信号に様々な処理を施すための回路を含むことができる。例えば、ガンマ補正回路や、解像度変換回路、インターフェース回路などである。そして、画像表示装置２００の信号フォーマットに変換された画像信号を画像表示装置２００に出力する。
【００９３】
映像情報または文字情報を画像表示パネル１００に出力してスクリーンに表示させる方法としては、例えば以下のように行うことができる。まず、情報処理回路３００に入力された情報信号のうちの映像情報や文字情報から、画像表示パネル１００の各画素に対応した画像信号を生成する。そして生成した画像信号を、画像表示装置２００の制御回路１２０に入力する。そして、駆動回路１１０に入力された画像信号に基づいて、駆動回路１１０から画像表示パネル１００内の各電子放出素子に印加する電圧を制御して、画像を表示する。音声信号については、別途設けたスピーカーなどの音声再生手段（不図示）に出力して、画像表示パネル１００に表示される映像情報や文字情報と同期させて再生する。
【００９４】
次に、本発明の電子放出素子を用いたＸ線（放射線）を発生させる放射線発生装置について説明する。放射線発生装置は、全体がガラス製の真空容器に封入されている。この容器内の一方には本発明の電子放出素子が配置され、他方にターゲットである放射線出射面（アノード）が対面して設置されている。これらの電極の配置は通常の熱電子源を用いた放射線発生装置と同様である。
【００９５】
尚、上記真空容器の基本的な構成は、前述した図６に示した画像表示パネルの容器と同様の構成を採用することができる。即ち、図６における、発光層２５を除いた構成とすれば、基本的には放射線発生装置が形成できる。また、放射線発生装置においては、放射線を取り出す向きにもよるが、放射線出射面であるアノード２１の材料としては、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）等からなる薄いプレートを採用することができる。材料は必要な放射線のエネルギー（波長）に応じて選択される。そして、アノード２１にはこれを冷却するための冷却機構を備えることが望ましい。冷却構造としては、例えば、アノード２１内部に水を循環させる配管２４が設ける。真空容器には、アノード２１から発生した放射線を試料に導くための、窓を設けることが望ましい。この窓はベリリウム（Ｂｅ）やアルミニウム（Ａｌ）の薄膜で覆われる。電子放出素子とアノードとの間には、電子線を加速するために電子放出素子側が低電位となるように、数十ｋＶから数百ｋＶの高電圧を印加される。
【００９６】
そして、放射線を、受光して、電気信号に変換する光電変換素子を多数、基板上に行列状に並べてなる周知のエリアセンサ（放射線撮像装置）を、上記した放射線発生装置に対向して配置することでコンパクトな放射線撮像システムを形成することができる。このとき、上記放射線撮像装置が受ける放射線は、上記放射線発生装置から発生された放射線であって、上記放射線発生装置と上記放射線撮像装置との間に位置する被検知物を透過した放射線である。
【実施例】
【００９７】
以下に、実施例を挙げて、本発明をさらに詳述する。
【００９８】
（実施例１）
図１に示す円錐形状の導電性の基部３上の被膜８を設けた電子放出素子１０を用意し、図２で示すように駆動して電子放出測定を行った。なお、基板１上には１００個の電子放出素子を形成した。
【００９９】
以下に図８を用いて、本実施例の電子放出素子の製造方法を示す。尚、ここでは、ほぼ円錐形状の導電性の基部３の突起部（先端）のみにランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された膜である被膜８を設けた。
（工程１）スパッタ法にてＣｒ層を基板１上に形成後パターニングすることで、ガラス製の基板１上にカソード電極２を形成した。その後、ＣＶＤ法によって、カソード電極２上に絶縁層としてＳｉＯ２層４を形成した後、更に、絶縁層４上に、ゲート電極となるＣｒ層５をスパッタ法により形成した（図８（ａ））。
（工程２）ゲート電極となるＣｒ層５にフォトリソグラフィとウェットエッチングにより円形の開口を形成した後、Ｃｒ層５をマスクとしてＳｉＯ２層４をウェットエッチングすることでゲートホール（開口）７を形成した（図８（ｂ））。尚、開口７は、縦１０個×横１０個となるように、格子状に１００個形成した。ＳｉＯ２層４のウェットエッチングは、カソード電極２が露出するまで行った。
（工程３）Ｃｒ層５上に、回転斜方蒸着によって、剥離層となるＡｌ層５０を形成した（図８（ｃ））。
（工程４）基板に垂直な方向からＭｏをスパッタ法によって基板１上に堆積させた。これによって、カソード電極２上にＭｏからなる略円錐状の導電性の基部３を得た（図８（ｄ））。
（工程５）ＭｏのターゲットとＬａのターゲットを用いて、ゲートホール７内に向けて、共スパッタを行った。これにより、Ｍｏからなる略円錐状の導電性の基部３の先端（突起部）に、ランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された被膜８を形成した（図８（ｅ））。尚、共スパッタ（２元同時スパッタ）は、雰囲気中に酸素を導入しながら行った。ターゲットと基板１との距離を１８０ｍｍとし、スパッタリング時のＡｒ圧力を１．７Ｐａとした。また、Ｌａターゲットに対する電源およびパワーは、ＤＣで０．１０ｋＷとし、Ｍｏターゲットに対する電源およびパワーはＤＣで０．３３ｋＷとした。
（工程６）その後、剥離層であるＡｌ層を選択的にウェットエッチングすることにより、Ａｌ層上のＭｏ及びＡｌ層上のランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された膜を除去した。
（工程７）最後に、真空中で４５０℃のアニール処理をした。以上の工程で、電子放出素子を形成した（図８（ｆ））。
【０１００】
このように形成した電子放出素子のカソード電極２およびゲート電極５の間に、図２に示したように、電圧を印加することにより、１００個の素子を動作させることが可能である。
【０１０１】
形成した電子放出素子の被膜８に相当する部分を電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）で測定したところ、ＭｏＯ２とＭｏＯ３とＬａ２Ｏ３の存在が確認された。
【０１０２】
また、電子放出素子１０はアノード２１と共に真空容器（不図示）の中に保持されており、電流導入端子を通じてカソード電極２およびゲート電極５の間に電圧を印加する為の電源ならびに、アノード２１に電圧を印加するための電源に接続されている。なお、アノード２１とこれに電圧を印加するための電源の間にはシャント抵抗（不図示）が挿入されており、このシャント抵抗両端での電圧差を計測することにより、電子放出の結果流れる電流を測定できるようになっている。真空容器内部はイオンポンプにより排気することで１×１０−６Ｐａ以下の圧力に保持されている。アノード２１は電子放出素子１０と３ｍｍの距離を置いて配置されている。
【０１０３】
なお、カソード電極２およびゲート電極５の間に電圧を印加する為の電源はパルス状の電圧（矩形波電圧）を印加できるものであり、具体的には、パルス幅が６ｍ秒で周期が２４ｍ秒の矩形波形のパルス電圧を印加することにより、電子放出に必要な電界を形成した。アノード２１に１ｋＶの電圧を印加した状態で、カソード電極２およびゲート電極５の間に上記矩形波形のパルス電圧を印加した。そして、連続して印加した３２回分の矩形波形のパルス電圧に応じて放出された電流の平均を計測するシーケンスを２秒間隔で実施し、１５分間あたりの偏差ならびに平均値を求めることにより、電子放出電流の揺らぎを算出した。このとき、該電流の平均値が１０μＡとなるようにカソード電極２およびゲート電極５の間に矩形波電圧の波高値をあらかじめ調整した。
【０１０４】
このようにして本実施例の電子放出素子の電子放出特性を測定したところ、安定性が良く、低い電圧から電子の放出が確認され、また、大きな放出電流を得ることができた。また仕事関数を電子放出特性とカソード先端の形状とから算出したところ３．５ｅＶ以下であった。
【０１０５】
（比較例１）
比較例１として、実施例１の工程５を行わずに、工程４で犠牲層であるＡｌ層５０の開口が閉塞するまでＭｏをスパッタして、円錐状のＭｏカソード９を形成して、電子放出素子を作成した。この電子放出素子を実施例１と同様に電子放出特性を測定したところ、実施例１の電子放出素子と比較して、放出電流の変動が激しく、電子放出の安定性に乏しかった。また、実施例１の電子放出素子と比較して、電子が放出され始める電圧も高く、仕事関数が高かった。
【０１０６】
（比較例２）
比較例２として、実施例１の工程５において、ランタンのターゲットだけを用いてスパッタを行い、Ｌａ２Ｏ３の被膜８を形成し、電子放出素子を作成した。この電子放出素子を実施例１と同様に電子放出特性を測定したところ、測定開始直後は放出電流が確認されたが、すぐに放出電流がほとんど観測できなくなった。
【０１０７】
（比較例３）
比較例３として、実施例１の工程５において、モリブデンのターゲットだけを用いてスパッタを行い、工程７を行わずに、ＭｏＯ３が主体の被膜８を形成し、電子放出素子を作成した。この電子放出素子を実施例１と同様に電子放出特性を測定したところ、比較例２の電子放出素子よりも放出電流が観測できなかった。
【０１０８】
（比較例４）
比較例４として、実施例１の工程５において、モリブデンのターゲットだけを用いてスパッタを行い、ＭｏＯ２が主体の被膜８を形成し、電子放出素子を作成した。この電子放出素子を実施例１と同様に電子放出特性を測定したところ、比較例１、２の電子放出素子よりも電子放出特性の安定性に優れていたが、実施例１の電子放出素子よりも電界放出が開始される電圧が高く、仕事関数が高かった。また、同じ駆動電圧下における放出電流の最大値についても実施例１の電子放出素子よりも低かった。
【０１０９】
（実施例２）
図１０を参照して、本実施例に係る電子放出素子の製造方法を説明する。基板１は高歪点低ナトリウムガラス（旭硝子（株）製ＰＤ２００）を用いている。
【０１１０】
（工程１）まず最初に、図１０（ａ）に示すように基板１上に絶縁層３０、４０と、導電層５０を積層する。絶縁層３０は、加工性に優れる材料からなる絶縁性の膜であり、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜をスパッタ法にて形成し、その厚さとしては、５００ｎｍとした。絶縁層４０は、加工性に優れる材料からなる絶縁性の膜である酸化シリコン（ＳｉＯ２）であり、スパッタ法にて形成し、その厚さとしては、３０ｎｍとした。導電層５０は窒化タンタル（ＴａＮ）膜で構成し、スパッタ法にて形成し、その厚さとしては、３０ｎｍとした。
【０１１１】
（工程２）次に、図１０（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術により導電層５０上にレジストパターンを形成したのち、ドライエッチング手法を用いて導電層５０、絶縁層４０、絶縁層３０を順に加工する。この第１エッチング処理により、導電層５０はパターニングされてゲート電極５となり、絶縁層３０はパターニングされて第１絶縁層３となる。
【０１１２】
この時の加工ガスとしては、絶縁層３０、４０及び導電層５０にはＣＦ４系のガスを用いた。このガスを用いてＲＩＥを行った結果、絶縁層３０，絶縁層４０，及びゲート電極５のエッチング後の側面の角度は基板の表面（水平面）に対しておよそ８０°の角度で形成されていた。
【０１１３】
（工程３）レジストを剥離した後、図１０（ｃ）に示すようにＢＨＦ（ステラケミファ（株）製  高純度バッファードフッ酸ＬＡＬ１００）を用いて、凹部７の深さが約１００ｎｍになるように、絶縁層４０をエッチングした。この第２エッチング処理により、絶縁層３，４からなる段差形成部材１０に凹部７を形成した。この工程により、第１絶縁層３の上面が露出すると同時に第２絶縁層４の側面が後退する。
【０１１４】
（工程４）次に、図１０（ｄ）に示すようにモリブデン（Ｍｏ）からなる膜を、第１絶縁層３の斜面上と上面（凹部の内表面）上、及びゲート電極５上に付着させ、導電性膜６０Ａと導電性膜６０Ｂを同時に成膜した。この時、図１０（ｄ）に示す様に、導電性膜６０Ａと導電性膜６０Ｂとが接触するように成膜した。
【０１１５】
本実施例では成膜方法として指向性スパッタ法を用いた。基板１の表面の角度をスパッタタ−ゲットに対して水平になるようにセットした。ここではスパッタ粒子が限られた角度（具体的には基板１の表面に対して９０±１０°）で基板１の表面に入射されるよう、基板１とターゲットの間に遮蔽板を設けた。更に、アルゴンプラズマをパワー３ｋＷ、真空度０．１Ｐａで生成し、基板１とＭｏターゲットとの距離を６０ｍｍ以下（０．１Ｐａでの平均自由行程）になるように基板１を設置した。そして、絶縁層３の斜面上のＭｏの厚さが６０ｎｍになるように１０ｎｍ／ｍｉｎの蒸着速度で形成した。
【０１１６】
このとき、凹部７内への導電性膜６０Ａの入り込み量（図９における距離ｘ）が３５ｎｍとなるように導電性膜６０Ａを形成した。
【０１１７】
上記と同様のプロセスで作成したサンプルに対してＴＥＭ（透過電子顕微鏡）観察とＥＥＬＳ（電子エネルギー損失分光）分析を行い、その結果をもとに、Ｍｏの膜密度を算出したところ膜密度の大きい部分（後述する図１１（ａ）の６Ａ１および６Ｂ１に相当）は１０．０ｇ／ｃｍ３、小さい部分（後述する図１１（ａ）の６Ａ２および６Ｂ２に相当）は７．８ｇ／ｃｍ３であった。
【０１１８】
（工程５）次に、間隙８を形成する為に、図１０（ｅ）、図１０（ｆ）に示す様に、導電性膜６０Ａと導電性膜６０Ｂに対してエッチング処理（第３エッチング処理）を行った。
【０１１９】
第３エッチング処理は、以下に具体的に説明する、第１段階のエッチング処理と第２段階のエッチング処理により行った。
【０１２０】
第１段階エッチング処理は、Ｍｏからなる導電性膜６０Ａと導電性膜６０Ｂの表面を酸化する工程と、酸化した表面を除去する工程が含まれている。
【０１２１】
具体的には、Ｍｏを酸化する方法としてはエキシマＵＶ（波長：１７２ｎｍ、照度：１８ｍｗ／ｃｍ２）露光装置を使用して、大気下で３５０ｍＪ／ｃｍ２照射した。この条件で、膜密度の小さい斜面では３ｎｍ程度、膜密度の大きい部分では１〜２ｎｍ程度の膜厚で導電性膜６０Ａと導電性膜６０Ｂの表面に酸化層が形成された。続いて温水（４５℃）に５分間浸漬させて酸化モリブデン層を除去した。この工程で、導電性膜６０Ａと導電性膜６０Ｂとの間に間隙８を形成した（図１０（ｅ））。
【０１２２】
続いて、第２段階エッチング処理として、図１０（ｆ）に示した様に、導電性膜６Ａの突起部の先端を先鋭化させた。尚、第２段階エッチング処理では、先鋭化と同時に、第１段階エッチング処理で形成された間隙８の間隔を広げるために行った。第２段階エッチング処理は第１段階エッチング処理と同様で、酸化工程でモリブデン酸化膜を形成し、除去工程で酸化膜除去を行うことによって、導電性膜６０Ａをエッチングした。
【０１２３】
今回は、エキシマＵＶによる酸化（３５０ｍＪ／ｃｍ２照射）と温水（４５℃、５分間浸漬）による酸化膜除去の工程を１サイクルとして、これを３サイクル行った。
【０１２４】
断面ＴＥＭによる解析の結果、図１０（ｆ）のように、導電性膜６０Ａの突起部とゲート電極５との間の最短距離８が平均的に１５ｎｍとなっていた。以上の工程で、前述した導電性の基部３としての導電性膜６０Ａが形成された。
【０１２５】
図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）を用いて、上記第３エッチング処理による、間隙の形成と導電性膜６０Ａの端部（突起部）の先鋭化処理について説明する。
【０１２６】
図１１（ａ）は、工程４で指向性を有する成膜方法により、導電性膜（６０Ａ、６０Ｂ）が成膜された状態を表している。指向性を有するスパッタ法により、ゲート電極５の表面、基板１の表面上、及び、第１絶縁層３の角部３２の上、第１絶縁層３の上面では、スパッタ粒子が、それらの面に対して９０°に近い角度（スパッタ粒子の飛翔方向と面の成す角度）で衝突する。尚、スパッタ粒子とは、スパッタターゲットからスパッタされた粒子を指す。その為、上記した部分には、良質な膜（ここでは「高密度な膜」または「膜密度の高い膜」と表現する）が形成される。
【０１２７】
一方、第１絶縁層３の斜面及びゲート電極５の端部近傍の面には、スパッタ粒子がこれらの面に対して浅い角度で衝突する為、これらの面上には低密度な膜（または「膜密度の低い膜」）が形成される。
【０１２８】
図１１（ａ）では、導電性膜の６Ａ１および６Ｂ１で模式的に示した部分が高密度膜、導電性膜の６Ａ２および６Ｂ２で模式的に示した部分が低密度膜を表している。
【０１２９】
前述した様に膜密度とエッチングレートは反比例する。そのため、上記第３エッチング処理では、導電性膜の６Ａ１および６Ｂ１で模式的に示した部分に比較して、導電性膜の６Ａ２および６Ｂ２で模式的に示した部分の方が高エッチングレートになる。尚、工程５では、導電性膜の露出している表面が全てエッチャントに曝される（エッチングされる）ことになる。
【０１３０】
図１１（ｂ）および図１１（ｃ）は、第３エッチング処理を行った状態を表している。図中、Ｔ２は高密度膜の部分における、第３エッチング処理による膜厚の減少量を示しており、Ｔ３は低密度膜の部分における、第３エッチング処理による膜厚の減少量を示している。本実施形態では、Ｔ２＜Ｔ３の関係が成り立つ。第３エッチング処理による膜厚の減少量はエッチング時間あるいはエッチング回数で調整が可能である。Ｔ２＜Ｔ３の関係があるので、繰り返してエッチング処理を行うことにより導電性膜６０Ａの端部（突起部）の先鋭化が促進される（図１１（ｃ））。
【０１３１】
導電性膜（６０Ａ、６０Ｂ）の材料がモリブデンの場合は、高密度膜は９．５ｇ／ｃｍ３以上１０．２ｇ／ｃｍ３以下であり、低密度膜は７．５ｇ／ｃｍ３以上８．０ｇ／ｃｍ３以下であることが望ましい。上記値は、膜の抵抗率と膜厚（低密度膜は斜面に形成されるので、低密度膜部分は膜厚も薄くなる関係がある）及びエッチングレート差を考慮した実用的な範囲である。
【０１３２】
膜密度の測定は、一般にはＸＲＲ（Ｘ線反射率法）が用いられるが、実際の電子放出素子では測定が困難な場合がある。そのような場合には、膜密度の測定手法として、例えば、以下の方法を採用することができる。即ち、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）とＥＥＬＳ（電子エネルギー損失分光）を組み合わせた高分解能電子エネルギー損失分光電子顕微鏡で、元素の定量分析を行い、膜密度が既知の膜と比較することで、検量線を作成して、密度を算出することができる。
【０１３３】
（工程６）次に図１０（ｇ）に示すように、電極２を形成した。電極２には銅（Ｃｕ）を用いた。その作成方法としてはスパッタ法を用い、その厚さは、５００ｎｍであった。
【０１３４】
（工程７）そして、図１０（ｄ）を用いて説明した工程と同様の角度から、ランタン（Ｌａ）のターゲットとモリブデン（Ｍｏ）のターゲットを用いて、実施例１と同様の条件で２元同時スパッタを行った。その結果、Ｍｏからなる導電性膜６０Ａおよび６０Ｂの表面に、３０ｎｍの厚みで、ランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された被膜（不図示）を形成した。尚、この工程により、図１０（ｆ）を用いて説明した間隙の一部または全てが、上記被膜により埋められた。即ち、導電性膜６０Ａと導電性膜６０Ｂとが被膜によって接続された。
【０１３５】
（工程８）続いて、真空中でカソード電極２とゲート電極５との間に、不図示のパルス電源を用いて、ゲート電極５の電位がカソード電極２の電位よりも高くなるようにして、繰り返し電圧を印加した。これにより、導電性膜６０Ａと導電性膜６０Ｂとの間において、ランタンの酸化物とモリブデンの酸化物とが混合された被膜に間隙を形成した。本工程により、導電性膜６０Ａと導電性膜６０Ｂとが分離され、且つ、上記被膜も、導電性膜６０Ａ側に接続する部分と導電性膜６０Ｂに接続する部分とに分離された。より詳細に述べれば、導電性膜６０Ａ側に接続する被膜と導電性膜６０Ｂに接続する被膜とが、導電性膜６０Ａと導電性膜６０Ｂとの間で、間隙を介して対向するように形成された。
【０１３６】
以上の方法で電子放出素子を形成した後、図２に示した構成と同様にして、電子放出素子の特性を評価したところ、工程７および工程８を行わない場合に比べて、電子放出効率が高く、また同じ放出電流を得るために必要な電界強度も低く、雰囲気に存在する酸素に対する電子放出特性の変動が少なかった。また、実施例１の電子放出素子と同様に、形成した電子放出素子の被膜に相当する部分を電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）で測定したところ、ＭｏＯ２とＭｏＯ３とＬａ２Ｏ３の存在が確認された。
【０１３７】
この電子放出素子を多数用いた画像表示装置では、電子ビームの成形性に優れ、放電が生じても画素欠陥が生じずに良好な画像を長期に渡って維持することができる。また、電子放出効率向上に伴う、低消費電力な画像表示装置が提供できる。
【符号の説明】
【０１３８】
１  基板
２  カソード電極
３  導電性の基部
５  ゲート電極
８  被膜
９  カソード
【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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【図１０】
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【図１１】
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