(57)【要約】【課題】  表面電極を有する電子放出素子において、高い電子放出量が得られるとともに、表面電極の過度の破壊を防止あるいは破壊を軽減することができ、長寿命化が可能な電子放出素子を提供する。【解決手段】  本発明の電子放出素子は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間の中間層とを有し、前記第１電極と前記第２電極の間に電圧を印可することにより、前記第２電極から前記電子を放出させる電子放出素子であって、前記第２電極と前記中間層の間に電極接着層を有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間の中間層とを有し、前記第１電極と前記第２電極の間に電圧を印可することにより、前記第２電極から前記電子を放出させる電子放出素子であって、
前記第２電極と前記中間層の間に電極接着層を有することを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記電極接着層は、前記第２電極と前記中間層をそれぞれ構成する分子の結合距離の間の値であることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記電極接着層は、金属であることを特徴とする請求項１記載の電子放出素子。
【請求項４】
前記電極接着層の層厚は５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項５】
前記電極接着層は、前記第２電極と前記中間層の間に部分的に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項６】
第１電極上に中間層を形成する工程と、
前記中間層上の少なくとも一部に電極接着層を形成する工程と、
少なくとも前記電極接着層上に第２電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧を印加することにより電子を放出する電子放出素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子放出素子として、スピント（Ｓｐｉｎｄｔ）型電極、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）型電極等で構成された電子放出素子が一般的に知られている。この電子放出素子は尖鋭突起部に高電圧を印可して約１ＧＶ／ｍの強電界を形成し、トンネル効果により電子を放出することができる。
【０００３】
しかしながら、これらの２つのタイプの電子放出素子は、電子放出部の表面近傍において強電界を発生させるため、放出電子は電界により大きなエネルギーを得て気体分子を容易に電離させる。気体分子の電離により生じた陽イオンは、強電界により素子表面に向かって加速衝突し、スパッタリングによる素子破壊が生じるという問題がある。また、大気中の酸素の解離エネルギーは電離エネルギーよりも低く、大気中で電子を放出させるとこれらの強電界により容易にオゾンが発生する。オゾンは人体に有害である上、その強力な酸化力により多種多様なものを酸化させることから、素子周囲の部材にダメージを与えるという問題が存在し、これを避けるために周辺部材には耐オゾン性の高い材料を用いなければいけないという制限が生じている。
【０００４】
このような背景から、上記のものとは異なるタイプの電子放出素子として、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）型、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型、ＢＳＤ（Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ）型等の電子放出素子が開発されている。これらは、素子内部の量子サイズ効果及び強電界を利用して電子を加速し、平面状の素子表面から電子を放出させる面放出型の電子放出素子である。これらの電子放出素子は、素子内部の電子加速層で加速した電子を放出するため、素子外部に強電界を必要としない。したがって、スパッタリングによる素子破壊の問題、及びオゾンが発生するという問題を克服している。また、近年、特許文献１のように、上記の問題を克服し、かつ大気中で安定的に電子を放出可能な素子が報告されるようになった。
【０００５】
図７は、特許文献１に示された電子放出素子の構成を示す模式図である。電子放出素子７０は、下部電極となる基板７１と、上部電極７２と、その間に挟まれて存在する電子加速層７３からなる。また、基板７１と上部電極７２とは電源７４に繋がっており、互いに対向して配置された基板７１と上部電極７２の間に電圧を印加する。電子加速層７３は、導電体からなる、抗酸化力が高い導電微粒子７３１と、該導電微粒子７３１の大きさより大きい絶縁体物質７３２が含まれている。導電微粒子７３１として抗酸化力が高い導電体を用いることから、大気中の酸素による酸化に伴う素子劣化を発生し難いため、大気圧中でも安定して動作させることができる。
【０００６】
これら表面電極を有する電子放出素子は、大きく３つの共通の特徴をもつ。１つは、表面電極が非常に薄いことである。これは、これら表面電極を有する電子放出素子は、素子内で加速した電子が真空障壁を突破することで電子が放出可能となるため、電子の散乱原因となる表面電極は薄いことが要求されることによる。２つ目の特徴は、素子内を流れる電子の一部が外部に放出されることである。つまり、放出されなかった電子は、素子内ですべてのエネルギーを失い、熱、光、または化学エネルギーなどに変換される。また、３つ目の特徴として、電子放出にはフォーミングと呼ばれる半絶縁破壊過程を経験することが必要とされ、このため通電パスの断面積は微小となり、電流密度は高くなる傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１４６８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、表面電極を有する電子放出素子には、上記３つの特徴が合わさることで、原理的に電子のエネルギー失活が表面電極に局所的に集中し、薄膜である表面電極の破壊という問題が生じている。この表面電極の破壊を抑制することが課題となっている。
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、表面電極を有する電子放出素子において、高い電子放出量が得られるとともに、表面電極の過度の破壊を防止あるいは破壊を軽減することができ、長寿命化が可能な電子放出素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明に係る電子放出素子は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間の中間層とを有し、前記第１電極と前記第２電極の間に電圧を印可することにより、前記第２電極から前記電子を放出させる電子放出素子であって、前記第２電極と前記中間層の間に電極接着層を有することを特徴とする。
【００１１】
また、前記電極接着層を構成する分子の結合距離は、前記第２電極と前記中間層をそれぞれ構成する分子の結合距離の間の値であることを特徴としてもよい。
【００１２】
また、前記電極接着層は、金属であることを特徴としてもよい。
【００１３】
また、前記電極接着層の層厚は５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴としてもよい。
【００１４】
また、前記電極接着層は、前記第２電極と前記中間層の間に部分的に配置されていることを特徴としてもよい。
【００１５】
本発明に係る電子放出素子の製造方法は、第１電極上に中間層を形成する工程と、前記中間層上の少なくとも一部に電極接着層を形成する工程と、少なくとも前記電極接着層上に第２電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電子放出素子によれば、表面電極を有する電子放出素子において、高い電子放出量が得られるとともに、表面電極の過度の破壊を防止あるいは破壊を軽減することができ、長寿命化が可能な電子放出素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１に係る電子放出装置の構成を示す模式図である。
【図２】実施例における電子放出装置及び該電子放出素子より放出された放出電子を測定する周辺装置の模式図である。
【図３】電子放出素子１ａ〜１ｃ、５の初期電子放出量及び耐久試験を行った結果を示した表である。
【図４】本発明の実施形態２に係る電子放出装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る電子放出装置の構成を示す平面図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る電子放出装置の構成を示す模式図である。
【図７】特許文献１の電子放出素子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。以下の説明では同一の部材には同一の符号を付してある。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１９】
（実施形態１）
図１は、本実施形態における電子放出装置Ａ１の構成を示す模式図である。電子放出装置Ａ１は電子放出素子１、及び電源２から構成される。電源２により電子放出素子１に所望の電圧が印可されることで、電子が放出される。
【００２０】
電子放出素子１は、基板電極となる第１電極１１、中間層１２、電極接着層１３、表面電極となる第２電極１４から成り、図１のような積層構造となっている。電源２は第１電極１１及び第２電極１４に電気的に接続されている。
【００２１】
第１電極１１は、金属板などの電気伝導性を備えた支持体から成る。材料は、十分な電気伝導性を備えていればよく、具体例として、Ａｌ板、Ｃｕ板、ＳＵＳ板などの金属板、Ｂ、Ａｌ、Ｎ、Ｐなどの不純物がハイドープされた半導体基板、及び金属または導電性材料が成膜されたガラス板、アクリル板、セラミック板などの絶縁性基板を使用できる。板厚は、素子としての剛性、及び素子発熱による温度上昇の緩和が十分であれば、特に制限されない。中間層１２側の表面粗さは、中間層１２の層厚と比べて十分に小さく、第１電極１１と第２電極１４との間で短絡が生じなければよく、例えばＲａが０．１μｍ以下であれば適宜調整可能である。また、中間層１２や第２電極１４が耐えられるものであれば、柔軟性のある基板を使用してもよい。
【００２２】
中間層１２は、絶縁性樹脂、導電性樹脂、絶縁性微粒子のうち１つ以上を含んだものより成る。また、この構成に金属微粒子を添加したものがより好ましい。本実施形態では、図１で示すように絶縁性樹脂１２１及び金属微粒子１２３を混合したものを中間層１２として用いている。中間層１２の層厚は０．３〜５．０μｍが好ましい。
【００２３】
絶縁性樹脂１２１は、絶縁性を有する材料であれば特に制限がないため、樹脂のほとんどが使用できる。例えば、シリコーン樹脂を使用でき、その硬化タイプは特に制限されない。
【００２４】
金属微粒子１２３は、どの金属種も制限なく使用でき、酸化に強いことから、例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇなどがより好ましい。また、粒径は上記絶縁性微粒子１２２より小さい必要があり、その範囲内において平均粒径が３〜２０ｎｍであることが好ましい。
【００２５】
電極接着層１３は、材料を構成する分子の代表的な結合距離Ｘが、第２電極１４及び中間層１２をそれぞれ構成する分子の代表的な結合距離Ｘの間の値となる材料から成る。複雑な分子の場合、その分子の構造を特徴づける部位の第一隣接原子間の結合距離を数値Ｘとすればよく、例えば樹脂のような高分子は、骨格である主鎖の第一隣接原子間結合距離とすればよい。
【００２６】
上記のような構成をとる理由は、この数値Ｘは第２電極１４と電極接着層１３、電極接着層１３と中間層１２の各々の境界の密着性を決める主要なパラメータであり、互いの層の材料において、数値Ｘの対数変換された値ｌｏｇＸが近い値であるほど、密着性は向上するためである。
【００２７】
ここで、密着性向上の原理について説明する。全体として周期構造をもつ材料には、歪みが集中する部位が存在せず、亀裂、剥離は起き難い。しかし、１つの周期構造と、異なる１つの周期構造の界面には連続性は存在せず、構造は乱れ欠損が生じている。このため歪みが局所的に集中し、亀裂、剥離などが発生し易い。周期構造の重要なパラメータは格子定数である。格子定数が近い値をもつ周期構造間の界面は、構造の連続性をもち、界面にかかる歪みが分散されて、亀裂、剥離などが起き難くなる。材料は必ずしも周期構造をもつわけではないため、これを一般化し、格子定数に近い性質をもつパラメータとなるものが第一隣接原子間の結合距離である。密着性は、界面における原子間力が支配的とされる。このため、互いの層の材料の第一隣接原子間の結合距離の対数値、つまり数値ｌｏｇＸが近い場合、層間の近接し合う原子が増加し、原子間力の総和として密着性は向上することになる。
【００２８】
以上より、電極接着層１３としては、材料を構成する分子の代表的な結合距離が、電極接着層１３の上下の層となる第２電極１４と中間層１２のそれぞれを構成する分子の代表的な結合距離の間の値であることが望ましい。このような場合には高い密着性を得ることができる。
【００２９】
本実施形態のように中間層１２の主材料が絶縁性樹脂１２１である場合、電極接着層１３としては、金属が好ましく、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌなどの第３及び第４周期金属元素が特に好ましい。
【００３０】
電極接着層１３の層厚は、大きくなるほど第２電極１４と中間層１２の密着性が高まるため、第２電極１４の破壊寿命は向上する。しかし同時に、電源２の一定の電圧に対する電子放出量は少し低下する傾向にある。これは、第２電極１４と中間層１２の密着性が高まることによって生じる次の２つの相反する作用によるものと考えられる。１つ目は、第２電極１４と中間層１２の境界の接触抵抗が抑制され、電子放出素子１を流れる電流が増大することで、それに伴って電子放出量も増大する作用である。２つ目は、第２電極１４の破壊が過度に抑制され、第２電極１４の欠損領域が低減することで、従来、外部へ放出されていた電子が第２電極１４によって散乱緩和され、真空障壁を突破できず放出されなくなる作用である。これら２つの作用は、一般的には後者の方が強い傾向にある。したがって、高放出量及び長寿命の両立を考慮すると、電極接着層１３の層厚は２〜３０ｎｍが好ましく、５〜２０ｎｍが特に好ましい。この範囲であれば、電子放出量と寿命の観点より、良質の電子放出素子を実現することが可能となる。
【００３１】
第２電極１４は、導電性材料の薄膜から成る。材料は、高い電気伝導性を備えていればよく、金属材料であることが好ましい。具体例としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇなどを含む金属が使用できる。中でも、大気中で駆動することを想定した場合、酸化などの化学反応を起こさないＡｕが最も好ましい。層厚は、大きすぎると、第２電極１４の破壊が過度に抑制され、欠損領域が低減することで、電子放出量が低減する。反対に、小さすぎると、第２電極１４の面内電気伝導性が低下し、電子放出素子１として無視できない大きさの抵抗をもつようになる。すると、第１電極１１と第２電極１４の間には均一な電圧がかからず、電子放出量の面内均一性が低下する。また、破壊耐性が低下し、短時間の駆動により第２電極１４は破壊されてしまう。さらに、膜厚が小さすぎると亀裂や剥離といった問題も生じる。このため、第２電極１４の層厚は２０〜１００ｎｍの範囲内が好ましい。
【００３２】
次に、本実施形態における電子放出素子１の作製方法について説明する。まず、アルコラート処理が施されたＡｇナノ粒子、及びイソプロピルアルコール溶媒中のシリコーン溶液を所望の分量だけ試薬瓶に量り取って混合し、場合によってはイソプロピルアルコールを用いてさらに希釈し、超音波洗浄機に５分間ほどかけて分散混合する。このとき、Ａｇナノ粒子とシリコーン固体分の質量比はおよそ１：５である。十分に溶液中のＡｇナノ粒子が分散したことを確認後、スピンコート法により第１電極１１となるＡｌ基板上に中間層１２として塗布する。このときの回転速度は３０００ｒｐｍである。
【００３３】
中間層１２をムラなく塗布された基板１１は、塗液膜が乾燥及び硬化するまで１日以上室温大気中で保管する。硬化後の膜厚は断面走査型透過電子顕微鏡（断面ＳＴＥＭ）、表面粗さ計、及びレーザー顕微鏡等を用いて測定した結果、およそ１．５μｍであった。
【００３４】
シリコーン樹脂の硬化確認後、中間層１２が形成された基板１１は、所望の電極パターン用のメタルマスクを貼り合わせて真空蒸着装置のチャンバ内へ導入され、ロータリーポンプ及びクライオポンプによりチャンバ内を真空引きし、１０−５Ｐａ程度の高真空領域に達したところで、電極接着層１３となるＴｉの蒸着を開始する。このときの蒸着速度は０．３ｎｍ／ｓｅｃであり、この膜厚は水晶振動子を用いて測定した。Ｔｉを目的の膜厚まで成膜し終えると、大気開放せず高真空を保ったまま、１０分間放置する。
【００３５】
その後、１０−５Ｐａ程度の高真空領域を保った状態で、第２電極１４となるＡｕの蒸着を開始する。このときの蒸着速度は０．３ｎｍ／ｓｅｃである。Ａｕの蒸着は、チャンバ内の温度が上昇しやすいため、基板を保持するホルダ周辺を水冷方式などで冷却し、温度を管理する。このときの基板の温度は８０℃以下と見積もられた。ＡｕをＴｉと合わせて５０ｎｍとなるまで成膜し終えると、そのまま１０分間放置する。その後、真空を破って大気を導入し、完成した電子放出素子１を取り出す。
【００３６】
＜実施例＞
次に、実施例について説明する。本実施例では、電極接着層１３が追加されることで、第２電極１４の破壊が適度に抑制された具体例を示す。
【００３７】
まず、本実施例における電子放出素子１の構成について説明する。第１電極１１は、厚さが０．５ｍｍ、表面粗さＲａが０．０１〜０．０２μｍのＡｌ板を使用した。中間層１２は、絶縁性樹脂１２１、及び金属微粒子１２３から成り、絶縁性樹脂１２１として室温硬化型のシリコーン樹脂、金属微粒子１２３として平均粒径１０ｎｍのＡｇナノ粒子、第２電極１４としては、Ａｕを使用した。電極接着層１３は、Ｔｉを使用した。上述の製造方法にて電極接着層１３の層厚が５ｎｍ、１５ｎｍ、２５ｎｍの３種類の電子放出素子１ａ〜１ｃを作製した。また、比較例として、電極接着層１３のない電子放出素子５の計４種類を作製し、それぞれの電子放出量を測定した。
【００３８】
ここで、電子放出装置Ａ１の駆動方法、及び電子放出量の測定方法について説明する。図２は、本実施例における電子放出装置Ａ１及び該電子放出素子Ａ１より放出された放出電子を回収測定する周辺装置Ｂの模式図である。電子放出装置Ａ１は電子放出素子１、及び電源２から成り、周辺装置Ｂは電極３、及び電源４から成る。本実施例では、電源２は高周波電圧源及び電流計を兼ね備え、電源４は高圧電源及び電流計を兼ね備える。また、電極３はＡｌ板を使用した。
【００３９】
まず、電子放出素子１の第１電極１１及び第２電極１４を電源２と接続し、第２電極１４と接続されている線をアースに落とした。次に、電源２により第２電極１４に５ｋＨｚ矩形波でデューティー比３０％のマイナスパルス電圧を印加した。電子放出素子１から放出される電子を測定するため、電子放出素子１に対向して第２電極１４から０．５ｍｍ離れた位置に電極３を設置し、電源４の片側を電極３に電気的に接続し、他方をアースに落とした。次に電源４により電極３に５００Ｖ印加した。電子放出素子１から放出された電子は、電子放出素子１と電極３の間の空間電界１ＭＶ／ｍにより、そのほとんどが電極３により回収される。これを電源４の電流計で測定した。
【００４０】
電子放出素子に印加する電圧は、ＯＮ時の電圧が０Ｖから−２０Ｖまで、昇圧速度−０．１Ｖ／ｓｅｃで掃引し、−２０Ｖに達したところで電源２を切断した。この駆動処理はフォーミング処理と呼ばれ、半絶縁破壊を伴っている。同様のフォーミング処理を繰り返すことで、電子放出素子の電子放出特性は次第に安定化するため、この処理を３回繰り返した。さらに、耐久試験として、１０時間、電源２より５ｋＨｚ矩形波でデューティー比３０％のマイナスパルス電圧−２０Ｖを第１電極１１に印可し続け、その後の第２電極１４の破壊具合を観察した。
【００４１】
図３は、電子放出素子１ａ〜１ｃ、５の初期電子放出量及び耐久試験を行った結果を示した表である。フォーミング処理が完了した電子放出素子１ａ〜１ｃ、５はすべて、電子の放出を確認することができた。その電子放出量は電極接着層１３が増加するにつれて減少するが、最も厚く成膜したＡｕ（２５ｎｍ）／Ｔｉ（２５ｎｍ）の電子放出素子１ｃでも十分な電子放出量が確認された。
【００４２】
また、耐久試験の結果、電極接着層１３として、中間層１２上にＴｉを成膜した電子放出素子１ａ〜１ｃはみな、電極接着層１３を設けない電子放出素子５と比べて、破壊面積が大きく低下した。第２電極１４の適切な破壊抑制に対する電極接着層１３の効果が有意な差となって現れた。
【００４３】
（実施形態２）
次に、実施形態２について説明する。本実施形態においては、上記実施形態１で用いた電子放出素子の中間層の組成が異なる点以外は、上記実施形態と同じである。
【００４４】
図４は、本実施形態における電子放出素子１ｄを用いた電子放出装置Ａ２の構成を示す模式図である。本実施形態では、中間層１２ａは絶縁性微粒子１２２、及び金属微粒子１２３から成り、絶縁性微粒子１２２として平均粒径１１０ｎｍのＳｉＯ２粒子、金属微粒子１２３として平均粒径１０ｎｍのＡｇナノ粒子を使用した。
【００４５】
絶縁性微粒子１２２は、絶縁性を有する材料であれば特に制限がない。例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２などが使用できる。また、有機高分子から成る微粒子を用いてもよい。粒径は、上記の金属微粒子１２３より大きい必要があり、その範囲内において平均粒径が１０〜１０００ｎｍであることが好ましい。
【００４６】
次に、本実施形態における電子放出素子１ｄの作製方法について説明する。まず、アルコラート処理が施されたＡｇナノ粒子、及びトルエンを所望の分量だけ試薬瓶に量り取って混合し、超音波洗浄機に５分間ほどかけて分散混合する。十分に分散されたところで、この分散液にＳｉＯ２粒子を所望の分量だけ投入し、再び５分間ほどかけて分散混合する。このとき、Ａｇナノ粒子とＳｉＯ２粒子の質量比はおよそ１：９である。十分に液中のＡｇナノ粒子、及びＳｉＯ２粒子が分散したことを確認後、スピンコート法により第１電極１１となるＡｌ基板上に中間層１２ａとして塗布する。このときの回転速度は３０００ｒｐｍである。中間層１２ａをムラなく塗布された基板１１は、１時間ほど室温で自然乾燥させる。このとき、得られた中間層１２ａも上記実施形態と同様に測定した結果、およそ０．６μｍであった。
【００４７】
中間層１２ａが形成された基板１１は、所望の電極パターン用のメタルマスクを貼り合わせて真空蒸着装置のチャンバ内へ導入され、ロータリーポンプ及びクライオポンプによりチャンバ内を真空引きし、１０−５Ｐａ程度の高真空領域に達したところで、電極接着層１３となるＴｉの蒸着を開始する。このときの蒸着速度は０．３ｎｍ／ｓｅｃであり、この膜厚は水晶振動子を用いて測定した。Ｔｉを５．０ｎｍまで成膜し終えると、大気開放せず高真空を保ったまま、１０分間放置した。その後、１０−５Ｐａ程度の高真空領域を保った状態で、第２電極１４となるＡｕの蒸着を開始した。このときの蒸着速度は０．３ｎｍ／ｓｅｃである。Ａｕの蒸着は、チャンバ内の温度が上昇しやすいため、基板を保持するホルダ周辺を水冷方式などで冷却し、温度を管理する。このときの基板の温度は８０℃以下と見積もられた。Ａｕを４５．０ｎｍまで成膜し終えると、そのまま１０分間放置した。その後、真空を破って大気を導入し、完成した電子放出素子１を取り出す。
【００４８】
上述の方法により第２電極１４がＡｕ（４５ｎｍ）及び電極接着層１３がＴｉ（５ｎｍ）の電子放出素子１ｄを作製した。また、比較例として、同様の作製方法により電極接着層のないＡｕ（５０ｎｍ）の素子５ａを作製し、それぞれの電子放出量を上記実施例と同様に測定した。
【００４９】
上記実施形態１と同様にフォーミング処理を３回繰り返し、さらに、耐久試験として、１０時間、電源２よりＯＮ時−２０Ｖのマイナスパルス電圧を第１電極１１に印可し続け、その後の第２電極１４の破壊具合を観察した。
【００５０】
フォーミング処理が完了した電子放出素子１ｄ及び５ａは、電子放出量に倍以上の差はなかった。また、耐久試験においては、結果は、有意な差となって現れ、電極接着層１３のある電子放出素子１ｄは電子放出素子５ａと比べて過度の破壊が抑制された。
【００５１】
（実施形態３）
次に、実施形態３について説明する。本実施形態では、電極接着層が中間層上に部分的に設けられている点が上記実施形態のいずれとも異なる。
【００５２】
図５は、本実施形態における電子放出装置1ｅの平面図、図６はその模式図を示す。本実施形態における電子放出素子１ｅは、第１電極１１、中間層１２、及び第２電極１４は実施形態１と同一である。電極接着層は全面に成膜されず、図５に示すように縞状に部分的に成膜した。なお、図５において、電極接着層１３ａは、第２電極１４よりも下層に形成されているが、第２電極１４の層が薄いため、透過して見えている状態である。
【００５３】
部分的に成膜する理由は次のとおりである。この目的は、高い電子放出性能と長寿命の両立にある。寿命を決定するプロセスは、破壊そのものではなく断線が大きく占めている。ここで言う断線とは、第２電極１４の破壊箇所は素子を駆動すると次第に数が増加し、個々に大きく成長するため、これらが輪のように繋がり合い、その輪の内側が不導通となることを指す。このため断線が起きる場合、電子放出素子の有効面積の減少速度が加速され短寿命化する。図５に示すように電極接着層１３aを縞状に成膜すると、電極接着層１３aの直上は破壊が抑制され、断線が起き難い。このように電極接着層１３aを部分的に配置すると、長寿命化の効果は大きい。ここで、成膜パターンは線状かつ多連結であることが好ましい。本実施形態では作製の利便性上、縞状パターンをとっているがこれに限定されない。また、電極接着層１３aが成膜されないエリアは、電子放出性能が高い。このため電極接着層１３aは全面でなく、断線が起き難いパターンを成膜することで、高い電子放出性能と長寿命がより一層高いレベルで両立される。
【００５４】
次に、本実施形態における電子放出素子１ｅの作製方法について説明する。本実施形態の作製方法は、中間層１２を形成し終える工程まで実施形態１と同様である。
【００５５】
まず、中間層１２が形成された基板１１に、０．１ｍｍ幅、０．２ｍｍピッチの縞状パターンが形成されたメタルマスクを貼り合わせて真空蒸着装置のチャンバ内へ導入する。次に、ロータリーポンプ及びクライオポンプによりチャンバ内を真空引きし、１０−５Ｐａ程度の高真空領域に達したところで、電極接着層１３となるＴｉの蒸着を開始した。このときの蒸着速度は０．３ｎｍ／ｓｅｃであり、この膜厚は水晶振動子を用いて測定した。Ｔｉを５．０ｎｍまで成膜し終えると、大気開放せず高真空を保ったまま、１０分間放置した。
【００５６】
その後、１０−５Ｐａ程度の高真空領域を保った状態で、Ａｕの蒸着を開始した。このときの蒸着速度は０．３ｎｍ／ｓｅｃである。Ａｕの蒸着は、チャンバ内の温度が上昇しやすいため、基板を保持するホルダ周辺を水冷方式などで冷却し、温度を管理する。Ａｕを１５．０ｎｍまで成膜し終えると、そのまま１０分間放置した。その後、真空を破って大気を導入し、第２電極用メタルマスクに交換し、再び蒸着装置に入れた。１０−５Ｐａ程度の高真空領域に達したところで、電極接着層１３となる再びＡｕの蒸着を開始した。Ａｕを５０．０ｎｍまで成膜し終えると、そのまま１０分間放置した。その後、真空を破って大気を導入し、完成した電子放出素子１を取り出した。このようにして、電極接着層１３は、下部にＴｉを５ｎｍ、上部にＡｕを１５ｎｍよりなる。Ｔｉの上部にＡｕを成膜する理由は、作製の都合上、電極接着層１３を成膜後、メタルマスク交換のために大気中に取り出す必要があり、Ｔｉが酸化されることを防止するためである。
【００５７】
上述の方法により第２電極１４がＡｕ（４５ｎｍ）及び電極接着層１３が縞状のＡｕ（１５ｎｍ）／Ｔｉ（５ｎｍ）の電子放出素子１ｅを作製した。完成後の電子放出素子１ｅにおいては、電極接着層１３のＡｕと第２電極１４のＡｕは、連続した層となり一体化している。
【００５８】
上記実施形態１と同様にフォーミング処理を３回繰り返し、さらに、耐久試験として、１０時間、電源２よりＯＮ時−２０Ｖのマイナスパルス電圧を第１電極１１に印可し続け、その後の第２電極１４の破壊具合を観察した。
【００５９】
電子放出素子１ｅの初期の電子放出量は駆動電圧２０Ｖ（ＯＮ時）において５．０×１０−６Ａ／ｃｍ２あり、電子放出素子１ａと比較して大きな放出量が得られた。また、耐久試験後の表面観察により、電極接着層１３ａの直上の表面電極破壊が抑制され、上述した断線は起きていないことがわかった。この結果、本実施形態をとることにより高いレベルで高放出性能と長寿命化を同時に実現できた。
【００６０】
以上、それぞれの実施形態で説明したとおり、本発明の電子放出素子によれば、表面電極を有する電子放出素子において、高い電子放出量が得られるとともに、表面電極の過度の破壊を防止あるいは破壊を軽減することができ、長寿命化が可能な電子放出素子を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係る電子放出素子は、例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置の帯電装置や、電子線硬化装置、あるいは発光体と組み合わせることによる画像表示装置、または放出された電子が発生させるイオン風を利用することによるイオン風発生装置等に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ  電子放出素子
２  電源
３  電極
４  電源
１１  第１電極
１２、１２ａ  中間層
１３、１３ａ  電極接着層
１４  第２電極
１２１  絶縁性樹脂
１２２  絶縁性微粒子
１２３  金属微粒子
【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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