(57)【要約】【課題】ポーラスな母材（例えばＳｉｏ２）を用いながら、電子デバイスとの密着面となる最表面に平滑性を要求される基板、例えば半導体素子形成基板や電子源基板等の電子デバイス形成用基板として広く応用可能な電子デバイス形成用基板の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】基体表面に空隙を有する第一の層を形成する工程とＡを主成分とする第二の層を付与し、乾燥する工程と、第二の層上に、Ａを主成分とする第三の層を付与し、乾燥する工程とを有する事を特徴とする【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイス形成用基板の製造方法であって、
基体表面に空隙を有する第一の層を形成する工程と
Ａを主成分とする第二の層を付与し、乾燥する工程と、
第二の層上に、Ａを主成分とする第三の層を付与し、乾燥する工程とを有する事を特徴とする電子デバイス形成用基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイス形成用基板の製造方法、該基板を用いた電子源、及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子デバイス形成用基板としては、半導体を有する基板、電子放出素子を有する電子源基板等、様様なものがある。中でも、電子源基板は、様様な分野に応用されている。電子源を形成する電子放出素子としては、大別して熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子の２種類のものが知られている。冷陰極電子放出素子には電界放出型（以下、「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「Ｍ１Ｍ型」という。）や表面伝導型電子放出素子等がある。
【０００３】
ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ  ＆  Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，“Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，“Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃａｔｈｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｍｏｌｙｂｄｅｎｉｕｍ  Ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたものが知られている。
【０００４】
表面伝導型電子放出素子の例としては、Ｍ．Ｉ．Ｅｌｉｎｓｏｎ，ＲｅｃｉｏＥｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６５）等に開示されたものがある。表面伝導型電子放出素子は、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用するものである。この表面導電型電子放出素子としては、前記エリンソン等によるＳｎＯ２薄膜を用いたもの、Ａｕ薄膜によるもの［Ｇ．Ｄｉｔｔｍｅｒ：“Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ”，９，３１７（１９７２）］、Ｉｎ２Ｏ３／ＳｎＯ２薄膜によるもの［Ｍ．Ｈａｒｔｗｅｌｌ  ａｎｄ  Ｃ．Ｇ．Ｆｏｎｓｔａｄ：“ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．ＥＤ  Ｃｏｎｆ．”５１９（１９７５）］、カーボン薄膜によるもの［荒木久  他：真空、第２６巻、第１号、２２頁（１９８３）］等が報告されている。
【０００５】
上記のような電子放出素子を、基板上に配置して構成された電子源を、内部を真空に保持した外囲器中に保持して利用する為には、該電子源と外囲器、その他の部材を接合する必要がある。この接合は、フリットガラスを用いて加熱、融着して行うのが一般的である。このときの加熱温度は４００〜５００℃程度が典型的で、時間は外囲器の大きさなどによって異なるが、１０分〜１時間程度が典型的である。
【０００６】
なお、外囲器の材質としては、フリットガラスによる接合が容易で確実であるという点と比較的安価であるという点から、青板ガラスを用いることが好ましい。Ｎａの一部をＫに置換して歪み点を上昇させた高歪み点ガラスもフリット接続が容易であるため、好ましく用いることができる。また、上記電子源の基板に関してもその材質は、外囲器との接合の確実性から、同様に青板ガラス、あるいは上記高歪み点ガラスを用いることが好ましい。
【０００７】
ところで、青板ガラスには成分としてアルカリ元素金属、特にＮａがＮａ２Ｏとして大量に含有されている。Ｎａ元素は熱による拡散が生じ易いため、プロセス中で高温にさらされると、青板ガラス上に形成された各種部材、特に電子放出素子を構成する部材中にＮａが拡散し、その特性を変化させる場合がある。
【０００８】
また、上記のようなＮａによる影響は、電子源の基板として上述の高歪み点ガラスを用いた場合、Ｎａ含有量が少ない分程度は緩和されるが、発生する場合があることが分った。
【０００９】
以上のようなＮａの影響を低減する手段として、例えば、特許文献１及び２には、Ｎａを含有する基板の少なくとも電子放出素子が配置される側の表層領域の該Ｎａを含有濃度が、他の領域よりも小さくなっている電子源形成用の基板、更には、リン含有層を有する電子源形成用の基板が開示されている。さらにＮａの拡散を低減する方法として特許文献３にあるように空隙を設ける方法がある。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−２４１５５０号公報
【特許文献２】
ＥＰ−Ａ−８５０８９２号公報
【特許文献３】
特開２００１−３１９５６４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、Ｎａの拡散防止等の目的で、基板表面に空隙を有する場合、その表面に電子放出素子等の電子デバイスを形成する際には、この空隙によって、電子デバイスの形成に支障をきたす場合があった。そのため、空隙を埋めることなく、表面のみを平滑化するため、空隙の表面を平滑な膜で覆うことを、我々は鋭意検討してきた。しかし、この空隙を保持するためには、空隙を覆う膜を薄くすることで可能だが、薄くしすぎると十分な平滑性が得られず、電子デバイスとして電子放出素子を形成した場合には、電子源の性能が十分に確保できない等の問題があった。
【００１２】
そこで本発明は、空隙を覆う膜（層）の構成として、空隙を有する第１の層の空隙保持のための染み込み防止層と電子源等の電子デバイスの性能確保のための層（平滑層）の２層構成にすることで電子放出素子の電子放出特性の経時的変化を低減することができると共に、複数の電子放出素子間における電子放出特性のばらつきを低減することができる電子源形成用基板の製造方法を提供することを目的とする。また、電子源基板としての応用に限らず、ポーラスな母材を用いながら、電子デバイスとの密着面となる最表面に平滑性を要求される基板、例えば半導体素子形成基板としての電子デバイス形成用基板として広く応用可能な電子デバイス形成用基板を提供しえる、電子デバイス形成用基板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく、本発明の電子デバイス形成用基板の製造方法は、
基体表面に空隙を有する第一の層を形成する工程と
Ａを主成分とする第二の層を付与し、乾燥する工程と、
第二の層上に、Ａを主成分とする第三の層を付与し、乾燥する工程とを有する事を特徴とする。
【００１４】
尚、上記主成分ＡはＳｉＯ２であることが好ましい。
【００１５】
また、電子デバイスが電子放出素子を有する電子源である場合、本発明の製造方法は特に効果的である。
【００１６】
上記電子デバイス形成用基板において、空隙を有する第一の層が、ＳｉＯ２をその構成成分として含有していることが好ましい。
【００１７】
また、空隙を有する第一の層が、ＳｎＯ２をその構成成分として含有していることが好ましい。
【００１８】
さらに、空隙を有する第一の層の厚さがＮａ拡散防止効果の点から１５０ｎｍ以上で、クラック限界の点から３μｍであることが好ましい。
またさらに、第１の層が、構成要素として電子伝導性酸化物の粒子を有することが好ましい。
【００１９】
その際、第二の層の厚さは、空隙を有する第一の層への染み込み防止の機能と平坦性向上の点から、第１の層を構成する粒子径の１０倍以上で、第１の層中の空隙保持の機能上第１の層の膜厚以下であることが好ましい。
【００２０】
さらに、第３の層の厚さは電子源性能確保するため５０ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。
【００２１】
さらに、第一の層は、リンをドープして抵抗調整されていることが好ましい。
【００２２】
そして、上述の電子伝導性酸化物の粒子径が６ｎｍ〜２０ｎｍであることが好ましい。
【００２３】
本発明において、電子伝導性酸化物を含有する第１の層及びＳｉＯ２を主成分とする第２の層と第３の層が形成される基板は、Ｎａを含有する基板すべてを対象とするものであるが、好ましくは主成分としてＳｉＯ２を５０〜７５重量％、Ｎａを２〜１７重量％含有するガラス基板である。
【００２４】
また、本発明においてＳｉＯ２を主成分とする、第２の層と第３の層を形成することは以下の利点を有する。
【００２５】
即ち、第２の層が形成されることにより、第３の層が第１の層に染み込むことを防止でき、第１の層中の空隙を保持することで、基板からのＮａ等のアルカリイオンの拡散経路を断つことができ、その後の電子放出素子等の形成に影響を与えることを抑制できる。
【００２６】
また、第１の層への染み込み防止の機能を持たせるだけの膜厚の第２の層だけでは電子源性能を確保することができないが、第３の層を第２の層上に形成することで電子源性能を確保することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明は本実施形態に限るものではない。
【００２８】
図１は、本発明における電子源形成用基板の一実施形態を示す断面図である。図１において、１はＮａを含有する基板、例えば青板ガラス、あるいはＮａの一部をＫに置換して歪み点を上昇させた高歪み点ガラスなどの基板、６は電子伝導性酸化物を有する空隙を含有した第１の層、７はこの第１の層上に形成されたＳｉＯ２を主成分とした第２の層、８は第３の層、１０は第１の層６中の空隙である。
【００２９】
ここで、図１に示された本実施形態の電子源形成用基板は、第２の層７上に電子放出素子が形成される。そこで、電子伝導性酸化物の粒子、空隙を含有した層は主として、電子放出素子を構成する部材へのＮａの拡散をブロックする目的で設けられた層であり、図１に示したように、Ｎａを含有する基板１上に形成することで、基板１からのＮａ拡散を抑制する効果を有する。
【００３０】
第１の層６の厚さは、上記Ｎａ拡散を抑制する効果の点で、１５０ｎｍ以上とされるのが好ましく、また膜の応力によるクラックの発生や膜はがれを防止するという点で、更に３μｍ以下とされるのが特に好ましい。また、第１の層６に含有される電子伝導性酸化物としてはＳｎＯ２が好ましく、第２の層７がＳｉＯ２を主成分とする層であることから、第１の層６もまたＳｉＯ２を構成成分とすることが好ましい。また、電子伝導性酸化物粒子の粒子径は６ｎｍ〜６０ｎｍが好ましく、第１の層上の平坦性から２０ｎｍ以下が好ましい。
【００３１】
また第２の層７は、ＳｉＯ２を主成分とした層であり、第１の層中の空隙を確保すること、第３の層が形成される基板表面の平坦性向上、上記第１の層６中における電子伝導性酸化物の粒子の脱落防止、Ｎａ拡散の防止を目的として設けられた層である。この第２の層７は、第１の層６上に形成され電子伝導性酸化物粒子の凹凸をカバーして平坦性を向上し、第３の層の形成を容易にしている。また、第１の層６だけでは電子伝導性酸化物は基板に接着されないので、第２の層７でその接着をし、電子伝導性酸化物粒子の脱落を防いでいる。更に、基板から電子放出素子へのＮａの拡散の抑制効果も有している。第２の層７の厚さは、特に第３の層の染み込み防止と平坦性向上の効果の点で電子伝導性酸化物の粒子径の１０以上が好ましく、また、第２の層自体が染み込んでＮａが拡散することを防止する効果の点から第１の層の膜厚以下が好ましい。また、第３の層８は電子源性能確保の効果の点から５０ｎｍ以上が好ましく、膜の応力によるクラックの発生や膜はがれを防止するという点で、更に３μｍ以下が好ましい。
【００３２】
次に、図２の（ａ）（ｂ）を用いて、上述の電源形成用基板を用いた電子源の実施形態について説明する。
【００３３】
図２は電子源の一実施形態を示す模式図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。本実施形態の電子源は、上述の図１にて示された電子源形成用基板を用いて構成された電子源であり、図２の（ａ）（ｂ）において、１はＮａを含有する基板、６はＰを含有した第１の層、７はＳｉＯ２を主成分とした第２の層、８はＳｉＯ２を主成分とした第３の層である。
【００３４】
本実施形態の電子源は、第３の層８上に電子放出素子が配置されている。ここで、電子放出素子は、例えば一対の電極と、該一対の電極間に配置された電子放出部を有する導電性膜とを備える電子放出素子であって、本実施形態では、図２（ａ）（ｂ）に示すように、間隙５を隔てて配置された一対の導電性膜４と、一対の導電性膜４にそれぞれ電気的に接続された一対の素子電極２、３とを備える表面伝導型電子放出素子が用いられている。なお、図２の（ａ）（ｂ）に示される表面伝導型電子放出素子は、導電性膜４上に炭素膜を有する形態の素子であることがより好ましい。
【００３５】
ここで、電子源の実施形態において用いられた表面伝導型電子放出素子について詳述する。
【００３６】
まず、対向する素子電極２、３の材料としては、一般的な材料を用いることができ、例えば、Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｐｄ等の金属或いは合金、またはＰｄ，Ａｇ，Ａｕ，ＲｕＯ２，Ｐｄ−Ａｇ等の金属或は金属酸化物とガラス等から構成される印刷導体、またはＩｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２等の透明導電体、またはポリシリコン等の半導体材料等から適宜選択することができる。
【００３７】
また、導電性膜４を構成する材料としては、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｄ等の金属、またはＰｄＯ，ＳｎＯ２，Ｉｎ２０３，Ｓｂ２Ｏ３等の酸化物の中から適宜選択することができる。
【００３８】
導電性膜４は、良好な電子放出特性を得るために、１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内の粒径を有する複数の微粒子で構成された微粒子膜であることが好ましい。また、導電性膜４の膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲とするのが良い。
【００３９】
また間隙５は、例えば素子電極２、３間に跨って形成された導電性膜に、後述するフォーミング処理で亀裂を形成することにより形成される。
【００４０】
また、上述した通り、導電性膜４上には炭素膜が形成されていることが、電子放出特性を向上、及び電子放出特性の経時的変化を低減する上で好ましい。
【００４１】
この炭素膜は、例えば、図３の（ａ）（ｂ）に示されるように形成される。図３において、（ａ）は炭素膜を有する表面伝導型電子放出素子の導電性膜の間隙部を拡大した模式的平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。図３に示すように、炭素膜１１を有する表面伝導型電子放出素子は、上記一対の導電性膜４で形成される間隙５よりも狭い間隙１０を形成するように、該導電性膜４に接続されて、間隙５内の基板１２上及び導電性膜４上に炭素膜１１を有している。また図４（ａ）（ｂ）に示すように、一対の導電性膜４の、間隙５に面する両端に、上記同様に炭素膜９を有する形態であっても上記同様の効果を奏する。
【００４２】
次に、図５を参照しながら、図２に示した電子源の製造方法の一実施形態について説明する。
【００４３】
１）図５（ａ）に示すように、青板ガラス、高歪み点ガラスなどのＮａを含有する基板１を洗剤、純水および有機溶剤等を用いて十分に洗浄し、かかる基板１上に第１の層６を形成する。ここで、第１の層６の形成法としては、スピンコート法、フレキソ印刷法、スリットコート等の機械的成膜方法を用いるのが好ましい。機械的成膜法とは、その成膜元素を含む化合物を用い、スピンコーター、スリットコーター、フレキソ印刷機等の装置を使って塗布、その後、乾燥工程を経て、有機化合物の焼成を行って成膜する方法である。これらの方法によれば、膜厚が比較的均一な膜ができるといった利点を有する。
【００４４】
続いて、この第１の層６上に第２の層７、さらにその上に第３の層８を形成する。
【００４５】
ここで第２の層７と第３の層８の形成法としては、第１の層６の形成法と同じ機械的成膜法を用いると、上記第１の層６の形成に続けて連続的に形成できるため好ましい。例として、スリットコートにて電子伝導性酸化物を含有する塗布液を塗布し、乾燥を行い続いて、ＳｉＯ２を主成分として続けて塗布し乾燥を行い、第２の層を形成する。続けてＳｉＯ２を主成分として続けて塗布し乾燥を行い第３の層を形成し、その後一括で焼成することで、第２の層にて被覆されるので、特にＮａの拡散防止には効果がある。
【００４６】
以上のようにして、基板１上に、第１の層６、第２の層７、第３の層８がこの順にて積層された電子源形成用基板が作成される。
【００４７】
次に、上記電子源形成用基板上に電子放出素子、とりわけ表面伝導型電子放出素子が形成される。
【００４８】
２）図５（ｂ）に示すように、まず、真空蒸着法、スパッタ法、オフセット印刷法等により素子電極材料を堆積後、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて第３の層８表面に素子電極２、３を形成する。
【００４９】
３）次に図５（ｃ）に示すように、素子電極２、３を設けた第３の層８上に、有機金属溶液を塗布して、有機金属薄膜を形成する。有機金属溶液には、前述の導電性膜４の材料金属を主元素とする有機金属化合物の溶液を用いることができる。有機金属薄膜を加熱焼成処理し、リフトオフ、エッチング等によりパターニングし、導電性膜４を形成する。ここでは、有機金属溶液の塗布法を挙げて説明したが、導電性膜４の形成法はこれに限られるものでなく、真空蒸着法、スパッタ法、化学的気相堆積法、分散塗布方法、ディッピング法、スピンナー法等を用いることもできる。
【００５０】
４）続いて、フォーミング工程を施す。このフォーミング工程の方法の一例として通電処理による方法を説明する。図５（ｄ）に示すように、素子電極２、３間に、不図示の電源を用いて通電を行うと、導電性膜４に間隙５が形成される。
【００５１】
通電フォーミングの電圧波形の例を図６に示す。
【００５２】
電圧波形は、パルス波形が好ましい。これにはパルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印加する図６（ａ）に示した手法と、パルス波高値を増加させながら、電圧パルスを印加する図６（ｂ）に示した手法がある。
【００５３】
図６（ａ）におけるＴ１及びＴ２は電圧波形のパルス幅とパルス間隔である。通常Ｔ１は１μｓｅｃ．〜１０ｍｓｅｃ．、Ｔ２は１０μｓｅｃ．〜１０ｍｓｅｃ．の範囲で設定される。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、電子放出素子の形態に応じて適宜選択される。このような条件のもと、例えば数秒から数十分間電圧を印加する。パルス波形は三角波に限定されるものではなく、矩形波など所望の波形を採用することができる。
【００５４】
図６（ｂ）におけるＴ１及びＴ２は、図６の（ａ）に示したものと同様とすることができる。三角波の波高値（通電フォーミング時のピーク電圧）は、例えば０．１Ｖ／ステップ程度ずつ増加させることができる。通電フォーミング処理の終了は、パルス間隔Ｔ２中に、例えば０．１Ｖ程度のパルスを印加し素子に流れる電流を測定して抵抗値を求めて、例えば１ＭΩ以上の抵抗を示した時に通電フォーミングを終了させることができる。
【００５５】
５）フォーミングを終えた素子に活性化工程と呼ばれる処理を施すのが好ましい。活性化工程とは、この工程により、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが、著しく変化する工程である。活性化工程は、例えば有機物質のガスを含有する雰囲気下で、通電フォーミングと同様に、パルスの印加を繰り返すことで行うことができる。この雰囲気は、例えば油拡散ポンプやロータリーポンプなどを用いて真空容器内を排気した場合に雰囲気内に残留する有機ガスを利用して形成することができるほか、イオンポンプなどにより一旦十分に排気した真空中に適当な有機物質のガスを導入することによっても得られる。このときの好ましい有機物質のガス圧は、前述の応用の形態、真空容器の形状や、有機物質の種類などにより異なるため、場合に応じて適宜設定される。
【００５６】
適当な有機物質としては、アルケン、アルキンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノール、カルボン、スルホン酸等の有機酸類等を挙げることが出来、具体的にはメタン、エタン、プロパンなどのＣｎＨ２ｎ＋２で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなどのＣｎＨ２ｎ等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等、あるいはこれらの混合物が使用できる。
【００５７】
この処理により、雰囲気中に存在する有機物質から、炭素膜が素子上に堆積し、素子電流Ｉｆ、放出電流Ｉｅが著しく変化するようになる。
【００５８】
活性化工程の終了判定は、素子電流Ｉｆと放出電流Ｉｅを測定しながら、適宜行う。なお、パルス幅、パルス間隔、パルス波高値などは、適宜設定される。
【００５９】
上記炭素膜は、例えばグラファイト（いわゆるＨＯＰＧ、ＰＧ、ＧＣを含有する。ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイトの結晶構造、ＰＧは結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造がやや乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２ｎｍ程度になり結晶構造の乱れがさらに大きくなったものを指す。）、非晶質カーボン（アモルファスカーボン、及びアモルファスカーボンと前記グラファイトの微結晶の混合物を指す。）の膜であり、その膜厚は５０ｎｍ以下の範囲とするのが好ましく、３０ｎｍ以下の範囲とするのがより好ましい。
【００６０】
また、活性化工程が行われているときにカーボンが素子上に堆積されている間に素子電極の間隙に５０ｎｍ程度の亀裂が生じることが確認されている。
【００６１】
以上のようにして、図２（ａ）（ｂ）で示された電子源が製造される。
【００６２】
以上述べた電子源形成用基板を用いて形成された電子源の別の実施形態として、複数の電子放出素子が配列された電子源、およびその電子源を用いた画像形成装置の実施形態について以下に説明する。
【００６３】
図７は、図１に示した電子源形成用基板上に複数の電子放出素子がマトリクス配線された電子源を示す模式図である。図７において、７１は基板であり、上記の第１の層、第２の層及び第３の層が予め設けられている。７２は行方向配線、７３は列方向配線である。また、７６は電子放出素子、７５は結線である。
【００６４】
ｍ本の行方向配線７２は、Ｄｘ１、Ｄｘ２、…、Ｄｘｍからなり、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成された導電性金属等で構成することができる。列方向配線７３は、Ｄｙ１、Ｄｙ２、…、Ｄｙｎのｎ本の配線よりなり、行方向配線７２と同様に形成される。これらのｍ本の行方向配線７２とｎ本の列方向配線７３との間には、不図示ではあるが層間絶縁層が設けられており、両者を電気的に分離している（ｍ，ｎは共に正の整数。）。
【００６５】
この層間絶縁層は、真空蒸着法、印刷法、スパッタ法等を用いて形成されたＳｉＯ２等で構成される。例えば、列方向配線７３を形成した電子源基板７１の全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、行方向配線７２と列方向配線７３の交差部の電位差に耐えうるように、膜厚、材料、製法が、適宜設定される。行方向配線７２と列方向配線７３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【００６６】
電子放出素子７６は、ｍ本の行方向配線７２とｎ本の列方向配線７３とに導電性金属等からなる結線７５によって電気的に接続されている。
【００６７】
行方向配線７２には、Ｘ方向に配列した電子放出素子７６の行を選択するための走査信号を印加する不図示の走査信号印加手段が接続される。一方、列方向配線７３には、Ｙ方向に配列した電子放出素子７６の各列を入力信号に応じて、変調するための不図示の変調信号発生手段が接続される。各電子放出素子に印加される駆動電圧は、当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧として供給される。
【００６８】
上述の電子源形成用基板上に、単純なマトリクス配線を用いて、複数の表面伝導型電子放出素子を単純マトリクス配線した電子源を用いて構成した画像形成装置について、図８と図９及び図１０を用いて説明する。図８は画像形成装置の表示パネルの一例を示す模式図であり、図９は図８の画像形成装置に使用される蛍光膜の模式図である。図１０は、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うための駆動回路の一例を示す概略図である。
【００６９】
図８において、７１は表面伝導型電子放出素子７６を複数配した基板、８１は基板７１を固定したリアプレート、８６はガラス基板８３の内面に蛍光膜８４とメタルバック８５が形成されたフェースプレートである。８２は支持枠であり、該支持枠８２には、リアプレート８１、フェースプレート８６が低融点のフリットガラスなどを用いて、接合されている。
【００７０】
７２、７３は、表面伝導型電子放出素子７６と接合された行方向配線及び列方向配線である。
【００７１】
外囲器９０は、上述のごとく、フェースプレート８６、支持枠８２、リアプレート８１で構成される。リアプレート８１は主に基板７１の強度を補強する目的で設けられるため、基板７１自体で十分な強度を持つ場合は別体のリアプレート８１は不要とすることができる。また、フェースプレート８６とリアプレート８１間に、スペーサーと呼ばれる不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対して十分な強度を持つ外囲器９０を構成することもできる。
【００７２】
図９は、蛍光膜８４を示す模式図である。蛍光膜８４は、モノクロームの場合は蛍光体のみから構成することができる。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の配列によりブラックストライプ或はブラックマトリクスなどと呼ばれる黒色導電体９１と蛍光体９２とから構成することができる。
【００７３】
前述の封着を行う際には、カラーの場合は各色蛍光体と電子放出素子とを対応させる必要があり、十分な位置合わせが不可欠となる。
【００７４】
図８に示した画像形成装置の製造方法の実施形態を以下に説明する。
【００７５】
図１１は、この工程に用いる装置の概要を示す模式図である。外囲器９０は、排気管１３２を介して真空チャンバー１３３に連結され、さらにゲートバルブ１３４を介して排気装置１３５に接続されている。真空チャンバー１３３には、内部の圧力及び雰囲気中の各成分の分圧を測定するために、圧力計１３６、四重極質量分析器１３７等が取り付けられている。外囲器９０内部の圧力などを直接測定することは困難であるため、真空チャンバー１３３には、さらに必要なガスを真空チャンバー内に導入して雰囲気を制御するため、ガス導入ライン１３８が接続されている。該ガス導入ライン１３８の他端には導入物質源１４０が接続されており、導入物質がアンプルやボンベなどに入れて貯蔵されている。ガス導入ラインの途中には、導入物質を導入するレートを制御するための導入量制御手段１３９が設けられている。該導入量制御手段１３９としては具体的には、スローリークバルブなど逃がす流量を制御可能なバルブや、マスフローコントローラーなどが、導入物質の種類の応じて、それぞれの使用が可能である。
【００７６】
図１１の装置により外囲器９０の内部を排気し、フォーミングを行う。この際、例えば図１２に示すように、列方向配線７３を共通電極１４１に接続し、行方向配線７２のうちのひとつに接続された複数の素子７６に電源１４２によって、同時に電圧パルスを印加して、フォーミングを行うことができる。パルスの形状や、処理の終了の判定などの条件は、個別素子のフォーミングについての既述の方法に準じて選択すれば良い。また、複数の行方向配線に、位相をずらせたパルスを順次印加（スクロール）することにより、複数の行方向配線に接続された素子をまとめてフォーミングすることも可能である。図中、１４３は電流測定用抵抗を、１４４は電流測定用のオシロスコープを示す。
【００７７】
フォーミング終了後、活性化工程を行う。外囲器９０内は、十分に排気した後有機物質がガス導入ライン１３８から導入される。或いは、個別素子の活性化方法として既述のように、まず油拡散ポンプやロータリーポンプで排気し、これによって真空雰囲気中に残留する有機物質を用いても良い。また、必要に応じて有機物質以外の物質も導入される場合がある。このようにして形成した有機物質を含む雰囲気中で、各電子放出素子に電圧を印加することにより、炭素あるいは炭素化合物、ないし両者の混合物が電子放出部に堆積し、電子放出量がドラスティックに上昇するのは、個別素子の場合と同様である。このときの電圧の印加方法は、上記フォーミングの場合と同様の結線により、一つの行方向につながった素子に、同時に電圧パルスを印加すれば良い。また、複数の行方向配線に位相をずらせたパルスを順次印加（スクロール）することにより、複数の行方向配線に接続された素子をまとめて活性化することも可能であり、その場合には、各行方向配線に対して、素子電流をそろえることが可能となる。
【００７８】
活性化工程終了後は、個別素子の場合と同様に、安定化工程を行うことが好ましい。外囲器９０を加熱して、８０〜２５０℃に保持しながら、イオンポンプ、ソープションポンプなどのオイルを使用しない排気装置１３５により排気管１３２を通じて排気し、有機物質の十分少ない雰囲気にした後、排気管をバーナーで熱して融解させて封じきる。外囲器９０の封止後の圧力を維持するために、ゲッター処理を行うこともできる。これは、外囲器９０の封止を行う直前あるいは封止後に、抵抗加熱あるいは高周波加熱等を用いた加熱により、外囲器９０内の所定の位置（不図示）に配置されたゲッターを加熱し、蒸着膜を形成する処理である。ゲッターは通常Ｂａ等が主成分であり、該蒸着膜の吸着作用により、外囲器９０内の雰囲気を維持するものである。
【００７９】
次に、単純マトリクス配置の電子源を用いて構成した表示パネル（図８）に、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に基づいたテレビジョン表示を行うための駆動回路の構成例について、図１０を用いて説明する。図１０において、１０１は表示パネル、１０２は走査回路、１０３は制御回路、１０４はシフトレジスタである。１０５はラインメモリ、１０６は同期信号分離回路、１０７は変調信号発生器である。
【００８０】
表示パネル１０１は、端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍ、端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎ、及び高圧端子Ｈｖを介して外部の電気回路と接続している。端子Ｄｏｘ１乃至Ｄｏｘｍには、表示パネル内に設けられている電子源、即ち、ｍ行ｎ列の行列状にマトリクス配線された電子放出素子群を１行（ｎ素子）ずつ順次駆動するための走査信号が印加される。
【００８１】
端子Ｄｏｙ１乃至Ｄｏｙｎには、前記走査信号により選択された１行の電子放出素子の各素子の出力電子ビームを制御するための変調信号が印加される。高圧端子Ｈｖには、直流電圧源Ｖａより、例えば１０ｋＶの直流電圧が供給されるが、これは電子放出素子から放出される電子ビームに蛍光体を励起するのに十分なエネルギーを付与するための加速電圧である。
【００８２】
次に、上述した電子源形成用基板を用いて形成された電子源のさらに別の実施形態として、図１に示した電子源形成用基板上に複数の電子放出素子が梯子型配置された電子源、及びかかる電子源を用いた画像形成装置を図１３、図１４を用いて説明する。図１３は、梯子型配置の電子源の一例を示す模式図である。
【００８３】
図１３おいて、１１０は前記第１の層と第２の層が予め形成された基板、１１１は表面伝導型電子放出素子である。１１２（Ｄｘ１乃至Ｄｘ１０）は、表面伝導型電子放出素子１１１を接続するための共通配線である。表面伝導型電子放出素子１１１は、基板１１０上に、Ｘ方向に並列に複数個配されている（これを素子行と呼ぶ）。この素子行が複数個配されて、電子源を構成している。各素子行の共通配線間に駆動電圧を印加することで、各素子行を独立に駆動させることができる。即ち、電子ビームを放出させたい素子行には、電子放出しきい値以上の電圧を、電子ビームを放出しない素子行には、電子放出しきい値以下の電圧を印加する。各素子行間の共通配線Ｄｘ２乃至Ｄｘ９は、例えばＤｘ２、Ｄｘ３を同一配線とすることもできる。
【００８４】
図１４は、梯子型配置の電子源を備えた画像形成装置におけるパネル構造の一例を示す模式図である。図１４において、１２０はグリッド電極、１２１は電子が通過するため空孔、１２２はＤｏｘ１、Ｄｏｘ２、…、Ｄｏｘｍよりなる容器外端子である。１２３は、グリッド電極１２０と接続されたＧ１、Ｇ２、…、Ｇｎからなる容器外端子、１１０は図１３に示した電子源基板である。図１４において、図８に示した単純マトリクス配置の画像形成装置との大きな違いは、電子源基板１１０とフェースプレート８６の間にグリッド電極１２０を備えているか否かである。
【００８５】
図１４においては、基板１１０とフェースプレート８６の間にはグリッド電極が設けられている。グリッド電極１２０は、電子放出素子から放出された電子ビームを変調するためのものであり、梯子型配置の素子行と直交して設けられたストライプ状の電極に電子ビームを通過させるため、各素子に対応して１個ずつ円形の開口１２１が設けられている。尚、開口としてメッシュ状に多数の通過口を設けることもでき、グリッドを電子放出素子の周囲や近傍に設けることもできる。
【００８６】
容器外端子１２２及びグリッド容器外端子１２３は、不図示の制御回路と電気的に接続されている。
【００８７】
本例の画像形成装置では、素子行を１列ずつ順次駆動（走査）していくのと同期してグリッド電極列に画像１ライン分の変調信号を同時に印加する。これにより、各電子ビームの蛍光体への照射を制御し、画像を１ラインずつ表示することができる。
【００８８】
ここで述べた２種類の画像形成装置の構成は、本発明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。入力信号についてはＮＴＳＣ方式を挙げたが、入力信号はこれに限られるものではなく、ＰＡＬ、ＳＥＣＡＭ方式などの他、これよりも多数の走査線からなるＴＶ信号（例えば、高品位ＴＶ）方式をも採用できる。
【００８９】
また本発明の画像形成装置は、テレビジョン放送の表示装置、テレビ会議システムやコンピューター等の表示装置の他、感光性ドラム等を用いて構成された光プリンターとしての画像形成装置等としても用いることができる。尚、上記では、電子放出素子として、表面伝導型電子放出素子を例に説明してきたが、ＦＥ，ＭＩＭ等の電子放出素子も使用可能である。また、以下の実施例では、電子源への適用を例に説明するが、本発明の適用基板は、半導体素子を形成する基板としても適用可能である。即ち、本発明は、電子デバイスを形成する（電子デバイスと接触する）表面となる第三の層に平滑性を求められる用途全般に適用可能である。
【００９０】
【実施例】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される範囲内での各要素の置換や設計変更がなされたものをも包含する。
【００９１】
〔実施例１〕
本実施例では、図２の（ａ）（ｂ）に示す電子源を、図５の（ａ）〜（ｄ）に示す製造工程に従って作製した。なお、本実施例、及び後述する参考例とも、同一基板上にそれぞれ６素子ずつ作製して、Ｎａ拡散抑制効果の再現性についても検討した。
【００９２】
１）まず、図１に示した電子源形成用基板を作成する。
【００９３】
高歪み点ガラス（ＳｉＯ２：５８％、Ｎａ２Ｏ：４％、Ｋ２Ｏ：７％を含む）を良く洗浄し、リンをドープして抵抗調整したＳｎＯ２微粒子と有機珪素化合物の混合溶液（以下、「ＰＴＯ」と呼ぶ。本実施例はＳｎＯ２の粒子径は５ｎｍ〜２０ｎｍ、粘度は２ｍＰａ・ｓ、固形分は４．０％のものを使用した。）をスリットコーターと呼ばれる装置を用いて塗布し、ホットプレートを用いて８０℃、３０ｍｉｎの乾燥を行った。次に有機珪素化合物のみの溶液（本実施例では、粘度６ｍＰａ・ｓ、固形分１．５％のものを使用した。）を、スリットコーターを用いて塗布し、ホットプレートを用いて８０℃、３０ｍｉｎの乾燥を行い、続けて有機珪素化合物のみの溶液を、スリットコーターを用いて塗布し、ホットプレートを用いて８０℃、３０ｍｉｎの乾燥を行った後オーブンで５００℃、６００ｍｉｎの焼成を行った。この結果、高歪み点ガラス基板上に、リンをドープして抵抗調整したＳｎＯ２微粒子とＳｉＯ２が重量比８０：２０の第１の層が厚さ３００ｎｍで形成され、さらにその上層として、ＳｉＯ２からなる第２の層が１３０ｎｍ、第３の層が２５０ｎｍで形成された。なお、第３の層の厚さの下限は前述した活性化亀裂によって、ＰＴＯ粒子が表面に露出しないように５０ｎｍと定めている。
【００９４】
なお、比較例１として、上記第３の層を形成せずに、第２の層を４００ｎｍの厚さで形成したものを用意した。
【００９５】
また、比較例２として、第３の層形成せずに、第２の層を８０ｎｍの厚さで形成されたものを用意した。
【００９６】
２）次に、上記電子源形成用基板上に、図５の（ｂ）〜（ｄ）に示すようにして表面伝導型電子放出素子を６素子形成する。まず、素子電極２、３を形成する。
【００９７】
上述の基板上にフォトレジスト層を形成し、フォトリソグラフィー技術により、フォトレジスト層に素子電極の形状に対応する開口部を形成した。この上にスパッタ法により、Ｔｉ：５ｎｍ、Ｐｔ：１００ｎｍを成膜し、有機溶剤で上記フォトレジスト層を融解除去し、リフトオフにより、素子電極２、３を形成した（図５（ｂ））。
【００９８】
３）次に、上記各一対の素子電極２、３間に、導電性膜４を形成した。有機パラジウム含有溶液を、バブルジェット（登録商標）方式のインクジェット噴射装置を用いて、幅が１００μｍとなるよう付与して行った。その後、３００℃で３０分間の加熱処理を行って、酸化パラジウム微粒子からなる導電性膜４を得た。
【００９９】
４）ついで、金属成分として銀を含むペースト材料（ＮＰ−４７３６Ｓ：ノリタケ（株）製）を用い、スクリーン印刷法により下配線を形成した。印刷後、１１０℃で２０分間乾燥し、次いで熱処理装置によりピーク温度５００℃、保持時間５分間の条件で上記ぺースト材料を焼成し、厚さ５μｍの下配線を形成した。
【０１００】
５）次に、層間絶縁層を形成する際と同様の熱処理を行うため、上記ぺースト焼成と同条件の熱処理を３回行った。
【０１０１】
ここで図１中のように断面を走査型電子顕微鏡で観察すると図１５のように第１の層中に空隙が保持されていることがわかる。
【０１０２】
また、比較例１、２を同様に走査型電子顕微鏡で観察すると、比較例１においては第１の層中の空隙が保持されていない。また、比較例２においては表面が平坦ではなく、電子源性能確保に必要な活性化亀裂以上の膜厚が得られない。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｎａの拡散を原因とする電子放出素子の電子放出特性の経時的変化を低減することができる電子源形成用基板の製造方法を提供することができる。
【０１０４】
また、複数の電子放出素子間におけるＮａの拡散を原因とする電子放出特性のばらつきを低減することができる電子源形成用基板の製造方法を提供することができる。
【０１０５】
また、電子源基板に限らず、半導体素子を形成する基板の製造方法としても適用可能である。即ち、本発明は、電子デバイスを形成する（電子デバイスと接触する）表面となる第三の層に平滑性を求められる用途全般に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子源形成用基板の一実施形態を示す断面図。
【図２】本発明の電子源の一実施形態を示す平面図及び断面図である。
【図３】本発明の電子源に適用される表面伝導型電子放出素子の導電性膜の間隙部を拡大した模式的平面図及び断面図である。
【図４】本発明の電子源に適用される表面伝導型電子放出素子の別の例の導電性膜の間隙部を拡大した模式的平面図及び断面図。
【図５】本発明における電子源の製造方法の一実施形態を説明するための概略図。
【図６】本発明の電子源の製造方法に用いるフォーミング波形を示す説明図。
【図７】本発明における複数の電子放出素子がマトリクス配置された電子源を示す模式図。
【図８】本発明の画像形成装置の構成例を示す模式図。
【図９】本発明の画像形成装置に用いる蛍光膜の構成を示す模式図。
【図１０】本発明において、ＮＴＳＣ方式のテレビ信号に応じて表示を行うための駆動回路の一例を示す概略図。
【図１１】本発明の画像形成装置の製造に用いる装置の概要を示す模式図。
【図１２】本発明の画像形成装置におけるフォーミング及び活性化工程のための結線方法を示す概略図。
【図１３】本発明における複数の電子放出素子が梯子型配置された電子源を示す模式図。
【図１４】本発明の画像形成装置における他の構成例を示す模式図。
【図１５】本発明の効果を説明する実施例の走査型電子顕微鏡写真。
【符号の説明】
１  基板
２、３  素子電極
４  導電性膜
５  電子放出部
６  第１の層
７  第２の層
８  第３の層
９  電子伝導性酸化物粒子
１０  空隙
１１  間隙
１２  炭素膜
１３  間隙内の基板
７１  電子源基板
７２  行方向配線
７３  列方向配線
７５  結線
７６  電子放出素子
８１  リアプレート
８２  支持枠
８３  ガラス基板
８４  蛍光膜
８５  メタルバック
８６  フェースプレート
９０  外囲器
９１  黒色導電体
９２  蛍光体
１０１  表示パネル
１０２  走査回路
１０３  制御回路
１０４  シフトレジスタ
１０５  ラインメモリ
１０６  同期信号分離回路
１０７  変調信号発生回路
１１０  基板
１１１  表面伝導型電子放出素子
１１２  共通配線
１２０  グリッド電極
１２１  空孔
１２２  共通配線と接続された容器外端子
１２３  グリッド電極と接続された容器外端子
１３２  排気管
１３３  真空チャンバー
１３４  ゲートバルブ
１３５  排気装置
１３６  圧力計
１３７  四重極質量分析器
１３８  ガス導入ライン
１３９  導入量制御手段
１４０  導入物質
１４１  共通電極
１４２  電源
１４３  電流測定用抵抗
１４４  オシロスコープ
【図１】
2004200052.tif 000003
【図２】
2004200052.tif 000004
【図３】
2004200052.tif 000005
【図４】
2004200052.tif 000006
【図５】
2004200052.tif 000007
【図６】
2004200052.tif 000008
【図７】
2004200052.tif 000009
【図８】
2004200052.tif 000010
【図９】
2004200052.tif 000011
【図１０】
2004200052.tif 000012
【図１１】
2004200052.tif 000013
【図１２】
2004200052.tif 000014
【図１３】
2004200052.tif 000015
【図１４】
2004200052.tif 000016
【図１５】
2004200052.tif 000017