(57)【要約】【課題】撮像動作に必要とされる高速駆動においても安定して電子放出を行うことができ、かつ画像の品位の高い電界放出型電子源素子を提供する。【解決手段】基板１から突出した導電性微小構造のエミッタ２を複数形成したカソード電極３と、カソード電極３と電気的に絶縁されたゲート電極５とを備え、カソード電極３とゲート電極５とがマトリクス状に配置されており、カソード電極３とゲート電極５との交差部に対応した複数のエミッタ２により、１画素分に対応するエミッタ群を形成しており、隣接するエミッタ群同士は、低誘電率絶縁膜６で分離している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板から突出した導電性微小構造のエミッタを複数形成したカソード電極と、
前記カソード電極と電気的に絶縁されたゲート電極とを備え、
前記カソード電極と前記ゲート電極とがマトリクス状に配置されており、
前記カソード電極と前記ゲート電極との交差部に対応した複数の前記エミッタにより、１画素分に対応するエミッタ群を形成しており、
少なくとも隣接するカソード電極の前記エミッタ群同士は、低誘電率絶縁膜で分離していることを特徴とする電界放出型電子源素子。
【請求項２】
前記低誘電率絶縁膜は、多孔質酸化シリコンである請求項１に記載の電界放出型電子源素子。
【請求項３】
前記低誘電率絶縁膜は、フッ素添加シリコン酸化膜である請求項１に記載の電界放出型電子源素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の電界放出型電子源素子を備えたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリクス型の電界放出型電子源素子（電界放出冷陰極素子）、及びこれを用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像装置として、光導電型撮像管が知られている。光導電型撮像管は、入射光量に応じて信号電荷を発生、蓄積する光導電膜を備えている。光導電膜中で発生して蓄積された信号電荷を、電子ビームによって時系列的に外部回路に読み出して、入射光量の空間的分布に対応した電気信号を発生することができる。
【０００３】
電子ビームを照射する手段として、従来の熱電子タイプに代えて、電界放出型電子源素子を使用した電子管が、例えば特許文献１に提案されている。電界放出型電子源素子は、熱陰極と比較して高い電流密度が得られ、また放出電子の速度分布が小さい等の利点がある。
【０００４】
図３は、マトリクス型の電界放出型電子源素子の電極配置を示す平面図である。
横軸（Ｘ軸）方向に延びた帯状のカソード電極３０３と、横軸と直交する縦軸（Ｙ軸）方向に延びた帯状のゲート電極３０４とがマトリクス状に配置されている。
【０００５】
カソード電極３０３はシリコン基板３０１の一部を用いて形成され、カソード電極３０３上に、エミッタ（電子放出源）の集合体であるエミッタ群３０２が形成されている。エミッタ群３０２は、円状に示している。一つのエミッタ群３０２には、およそ数百から数千のエミッタが作り込まれている。
【０００６】
ゲート電極３０４は、カソード電極３０３の上側にパターニングされて配置されている。このため、図３の例では、ゲート電極３０４の下面にカソード電極３０３のラインが隠れていることになる。
【０００７】
カソード電極３０３、ゲート電極３０４の両電極をマトリクス駆動することにより、両電極の交点のエミッタ群３０２から電子を放出させることができる。Ｘ方向、Ｙ方向の各位置を選択して順次駆動することにより、光電子面上の蓄積電荷を読み出し、撮像素子として使用することができる。
【０００８】
このマトリクス状に配置したゲート電極３０４、カソード電極３０３には、それぞれゲート電極パッド３０５、エミッタ電極パッド３０６から電位を供給することができる。両電極パッドは、エミッタの電子放出面と同じシリコン基板３０１の上面側に設けている。
【０００９】
ゲート電極３０４とカソード電極３０３との交差部に対応したエミッタ群３０２が、１画素分に相当する。エミッタ群３０２は、時系列に画素単位で個別駆動ができるように分離されている。具体的には、左右に隣接するゲート電極のエミッタ群３０２同士は、電極を作製するときの電極パターニングにより分離され、上下に隣接するカソード電極のエミッタ群３０２同士は、シリコン基板上に作りこまれた絶縁膜で分離されている。
【００１０】
このような構成において、各画素を時系列的に選択しエミションさせる場合には、Ｘ方向Ｙ方向のうちの一方の電極を時系列的に順次選択する。選択された一方の電極群のある一つの電極を選択している間の時間内に、他方の電極群をさらに時系列的に選択することにより、個別のエミッタ群からエミションを得ることができる。
【特許文献１】特開２０００−４８７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の電界放出型電子源素子を搭載した撮像装置において、高解像度化を進めると、撮像管の点順次という駆動のために、ＮＴＳＣの場合にはドットクロックが１１ＭＨｚという高速駆動になってしまう。さらに高解像度のＨＤＴＶの仕様になると、６０ＭＨｚを超えるドットクロックが必要になってくる。
【００１２】
これは撮像管が、入射光量に応じて信号電荷を発生、蓄積する光導電膜を有し、光導電膜中で発生して蓄積された信号電荷を、電子ビームによって時系列的に外部回路に読み出して、入射光量の空間的分布に対応した電気信号を発生するという原理に基づいている。
【００１３】
絶縁膜により電極を分離されているカソード電極を高速駆動させる場合においては、選択画素においてカソード電極への印加電圧に遅延が発生していた。この遅延が発生すると、マトリクス駆動されているカソード電極が本来印加されるべき電位に到達する前に、次のカソード電極の動作を開始するタイミングになってしまう。この場合、カソード電極は本来印加されるべき電位にならず、結果として正規のエミッション量が出力されなくなってしまうという問題があった。
【００１４】
このことは、元画像に対して誤った電気信号を送ることになり、結果的に元画像と違った輝度の像を形成してしまい画像品位が落ちることになってしまう。したがって、信号遅延なくゲート電極信号を伝送することが求められている。
【００１５】
本発明は前記のような従来の問題を解決するものであり、撮像動作に必要とされる高速駆動においても安定して電子放出を行うことができ、かつ画像の品位の高い電界放出型電子源素子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】
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明の電界放出型電子源素子は、基板から突出した導電性微小構造のエミッタを複数形成したカソード電極と、前記カソード電極と電気的に絶縁されたゲート電極とを備え、前記カソード電極と前記ゲート電極とがマトリクス状に配置されており、前記カソード電極と前記ゲート電極との交差部に対応した複数の前記エミッタにより、１画素分に対応するエミッタ群を形成しており、少なくとも隣接する前記カソード電極の前記エミッタ群同士は、低誘電率絶縁膜で分離していることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の撮像装置は、前記電界放出型電子源素子を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高速駆動が安定し、高品位な画像を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明によれば、高速駆動においても安定して電子放出を行うことができ、高品位な画像を形成することができる。
【００２０】
前記本発明の電界放出型電子源素子においては、前記低誘電率絶縁膜は、多孔質酸化シリコンであることが好ましい。
【００２１】
また、前記低誘電率絶縁膜は、フッ素添加シリコン酸化膜であることが好ましい。
【００２２】
以下本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、前記の図３に示した電極配置の構成は、以下の実施の形態においても同様である。このため、図３は、以下の実施の形態における電極配置図としても用いることにする。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電界放出型電子源素子（電界放出冷陰極素子）のの断面図を示している。本図は、図３のＹ方向における断面図に相当する。シリコン基板１には、導電性微小構造のエミッタ（電子放出電極）２が突出したカソード電極３を形成している。エミッタ２は、円錐、又は四角錐等の多角錐形状のタワー型（コーン型）である。シリコン基板１上に、絶縁層４（例えばＳｉＯ2絶縁層）を介してゲート電極５を配置している。各エミッタ２に、ゲート電極５の各開孔が一対に対応している。より具体的には、エミッタ２の先端部の周りに、ゲート電極５の開口が対応している。
【００２４】
シリコン基板１の溝に、低誘電率絶縁膜６が形成されている。隣接する低誘電率絶縁膜６の間におけるエミッタ２が１画素分のエミッタ２、すなわち、図３のエミッタ群３０２に相当する。簡単のため、１画素分のエミッタ２の数は省略して図示している。本実施の形態では、低誘電率絶縁膜６は、多孔質酸化シリコンで形成した。
【００２５】
図１の構成を図３の構成に対応させてみると、図３においてＹ方向に隣接するエミッタ群３０２は、低誘電率絶縁膜６により分離されていることになる。より具体的には、図３において、一本のカソード電極３０３に対応するエミッタ群３０２は、隣接する別の一本のカソード電極３０３に対応するエミッタ群３０２に対し、ゲート電極３０４に垂直な低誘電率絶縁膜６のラインで分離されていることになる。
【００２６】
ゲート電極５には、所定の電位が印加できるようになっている。ゲート電極５とエミッタ２との間に電位差が付与されることにより、エミッションを得ることができる。
【００２７】
図２は、図１の一部を拡大した図である。電界放出型電子源素子は、図２に示すように、シリコン基板１上に微小な円錐状のエミッタ２と、絶縁層３を介してエミッタ２を囲むようにゲート電極５がサブミクロンの程度の間隔で形成されている。このゲート電極５とシリコン基板１上のカソード電極３との間に電圧を印加すると、エミッタ２の先端に電界が集中し、真空中で電子が放出される。
【００２８】
電界放出型電子源素子は、通常の半導体工程にて作製される。図２のエミッタ２はシリコンエミッタであり、フォト工程を通し円形の熱酸化膜をマスクとして台形状に加工する。このときには、ＳＦ6＋Ｏ2ガスを用いた反応性イオンエッチング、又はＫＯＨによって異方性ウエットエッチングを行う。
【００２９】
その後、フォト工程を経て、素子分離ラインのエッチングを行う。次に定法により多孔質シリコンの充填を行い、デポと熱酸化を繰り返して、絶縁膜及びゲート電極（シリコン、Ｎｂ）の形成を行う。次にＢＨＦによるリフトオフを行い完成する。
【００３０】
駆動は、図３の例では、Ｘ方向のゲート電極３０４を選択し、Ｙ方向のエミッタ（カソード電極３０３）を１ラインづつ順次駆動するという点順次で行う。この点順次駆動ためにＶＧＡの場合は、ドットクロックを１１ＭＨｚの駆動周波数で行わなければならない。
【００３１】
本実施の形態では、低誘電率絶縁膜６を多孔質酸化シリコンで形成して通常の素子間分離ラインの誘電率を低下させている。この構成の電界放出型電子源素子を用いた撮像装置を作製したところ、エミッタ電圧を１１ＭＨｚの駆動周波数で遅延なく安定的に動作させることができた。すなわち、１１ＭＨｚの駆動周波数特性があるので信号遅延することなく、安定にエミッション動作させることができ、高品位な画像を形成することが可能となった。これは、素子間分離ラインの誘電率を低下させることにより、隣接するカソード電極間の寄生容量が低下したためと考えられる。
【００３２】
（実施の形態２）
実施の形態１では、素子間絶縁膜に多孔質シリコンを用いたが、実施の形態２では、素子間絶縁膜をフッ素添加シリコン酸化膜で形成した電界放出型電子源素子を用いて撮像装置を作製した。
【００３３】
本実施の形態の構成においても、エミッタ電圧を１１ＭＨｚの駆動周波数で遅延なく安定的に動作させることができた。１１ＭＨｚの駆動周波数特性があるので信号遅延することなく、安定にエミッション動作させることが出来、高品位な画像を形成することが可能となった。
【００３４】
なお、実施の形態１、２は、カソードを列方向にのみ分割し高速駆動する例で説明したが、本実施例の効果は、これに限るものではなく、素子を個別に分割する方法においても同様の効果が得られる。
【００３５】
また、素子間絶縁膜の材料として、多孔質酸化シリコン又はフッ素添加シリコンの例で説明したが、これに限るものではなく、比誘電率が３．０以下の他の低誘電率絶縁膜を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上のように、本発明に係る電界放出型電子源素子は、高速駆動が安定し、高品位な画像を形成できるので、撮像装置用の電界放出型電子源素子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電界放出型電子源素子の断面図。
【図２】図１の一部の拡大図。
【図３】マトリクス型の電界放出型電子源素子の電極配置を示す平面図。
【符号の説明】
【００３８】
１  シリコン基板
２  エミッタ
３  カソード電極
４  絶縁層
５  ゲート電極
６  低誘電率絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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