(57)【要約】【課題】放出効率を改善することで放出電流を大きくすることを可能とする冷陰極型電子放出素子を提供すること。【解決手段】基板上に間隙を隔てて一対の電極を形成する工程、前記一対の電極の間隙に、前記一対の電極にそれぞれ電気的に接続された、亀裂部を有する導電性薄膜を形成する工程、前記導電性薄膜上に導電性堆積物からなる電子放出部を形成する工程、及び前記電子放出部にプラズマを利用した処理を施し、前記亀裂部のギャップを拡張する工程を具備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】
基板上に間隙を隔てて一対の電極を形成する工程、前記一対の電極の間隙に、前記一対の電極にそれぞれ電気的に接続された、亀裂部を有する導電性薄膜を形成する工程、前記導電性薄膜上に導電性堆積物からなる電子放出部を形成する工程、及び前記電子放出部にプラズマを利用した処理を施し、前記亀裂部のギャップを拡張する工程を具備することを特徴とする冷陰極型電子放出素子の製造方法。
【請求項２】
前記プラズマはハロゲン化合物を含有し、前記電子放出部の表面近傍には、炭素−ハロゲン結合が存在していることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極型電子放出素子の製造方法。
【請求項３】
基板上に間隙を隔てて形成された一対の電極と、前記一対の電極の間隙に形成され、前記一対の電極にそれぞれ電気的に接続された、亀裂部を有する導電性薄膜と、前記導電性薄膜上に形成された導電性堆積物からなる電子放出部とを具備し、前記電子放出部は、プラズマを利用した処理により前記亀裂部のギャップの拡張がなされていることを特徴とする冷陰極型電子放出素子。
【請求項４】
前記電子放出部の表面近傍には、炭素−ハロゲン結合が存在していることを特徴とする請求項３に記載の冷陰極型電子放出素子。
【請求項５】
請求項３に記載の冷陰極型電子放出素子の駆動方法であって、製造工程で用いる最大電圧よりも高い駆動電圧で駆動することを特徴とする駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置や露光装置などに応用可能な冷陰極型電子放出素子の製造方法、冷陰極型電子放出素子、及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、平面構造を有する冷陰極型の電子放出素子が知られている。表面伝導型あるいは平面型ＭＩＭ素子とよばれるこれらの素子は、平坦な絶縁性の基板上に一定間隔を隔てて形成された一対の素子電極を備えるとともに、これら電極間に形成された薄膜上に電子放出部を有している。これらの素子は、単純な構造を有するため、例えば、多数個の素子を同一基板上に形成し、電子源アレイを構成するのに適している。
【０００３】
このような電子源アレイの応用として、薄型平面ディスプレーが注目されている。その発光原理はＣＲＴと同様であり、蛍光体の電子励起を利用するものであって、エネルギー効率が高いため、低消費電力・高輝度・高コントラストの自発光型の薄型平面ディスプレーを実現することが出来る。
【０００４】
平面型ＭＩＭ素子の一例として、基板に一対の金電極が形成され、これら一対の電極間に金の不連続膜されてなるものが知られている。この構造の素子は、以下の手順によって製造される。まず、絶縁基板上に一対の平面金電極を形成する。次いで、両電極間を電気的に導通させるのに十分な厚さを有する金の薄膜を形成する。次に、両電極に通電すると、ジュール熱によって金薄膜が溶断・破壊されて亀裂が形成され、不連続膜が得られる。不連続化直後の膜は、高抵抗状態にある。このような薄膜の通電による不連続化の手順は、「Ｂフォーミング」（基本［Ｂａｓｉｃ］フォーミング）と呼ばれている。
【０００５】
このようにして形成された構造に、更に「Ａフォーミング（吸着アシストフォーミング）」と呼ばれる操作を施す。Ａフォーミングは、炭化水素類を含有する真空中で素子に２０Ｖ以下の電圧を印加することにより行われる。その結果、不連続膜に発生する高電界の作用により、数分で素子の抵抗が下がり、素子電流が増大する。
【０００６】
Ａフォーミングを施した後の素子の電極間隔部は、導電性の膜で全面が覆われていることが報告されている（例えば、非特許文献１，２参照）。この導電性の膜は炭素を含む膜である。
【０００７】
素子に対向する位置に第３の電極（アノード）を配置し、素子に通電するとともに、第３の電極に正電圧を印加すると、電極間に電流が観察されるとともに、素子と第３の電極間にも電流が観察される。電極間の電流を素子電流、素子と第３の電極間の電流を放出電流と定義すると、素子電流に対する放出電流の比（放出効率）は極めて小さく、１×１０−４％程度である（例えば、非特許文献３参照）。
【０００８】
次に、表面伝導型素子は、上述した平面ＭＩＭ型素子と類似の構造を有するものである。報告されている例（例えば、特許文献１参照）では、表面伝導型素子は、上述した平面ＭＩＭ型素子と同様に、フォーミングという工程を経て、一対の電極間に形成された導電性薄膜に電気的に不連続な部分を形成し、活性化とよばれる工程によって導電性薄膜上に炭素を含む堆積物を堆積することにより形成される。なお、特許文献１に記載の例では、素子とアノード間に電圧を印加してプラズマを発生させ、導電性薄膜のクリーニングを行うことが記載されている。
【０００９】
【非特許文献１】
Ｐａｇｎｉａ，  Ｉｎｔ．  Ｊ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  ６９（１９９０）  ２５
【００１０】
【非特許文献２】
Ｐａｇｎｉａ，  Ｉｎｔ．  Ｊ．  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  ６９（１９９０）  ３３
【００１１】
【非特許文献３】
Ｐａｇｎｉａ，  Ｐｈｙｓ．  Ｓｔａｔ．  Ｓｏｌ．  （ａ）  １０８（１９８８）  １１
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２９７１９２号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した表面伝導型素子を多数個アレイ状に配し、各素子に対向して蛍光体を配することによって、画像表示装置を構成することができる。画像表示装置の重要な表示性能である明るさは、蛍光体の発光輝度に依存するが、放出電流と正の相関を有する。放出効率が一定でも、素子電流を大きくすれば放出電流も大きくすることが出来るので、放出電流を大きくするには、素子電流を大きくすればよい。素子電流を大きくするには素子サイズを大きくすればよいが、解像度を考慮すると素子サイズには制約があり、また熱的な安定性の点から素子電流密度には上限がある。
【００１４】
また、上述した電気的に不連続な部分である“亀裂”に電圧が印加されることになるが、その亀裂部分で放電を生じない電界強度に保つための電圧にも制約がある。この制約は、電流密度の上限に対する制約にもなる。
【００１５】
以上により、放出電流を大きくするためには放出効率を大きくすることが必須であることがわかる。
【００１６】
本発明は、上述の問題点に鑑みなされたもので、放出効率を改善することで放出電流を大きくすることを可能とする冷陰極型電子放出素子の製造方法、冷陰極型電子放出素子、及びその駆動方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、基板上に間隙を隔てて一対の電極を形成する工程、前記一対の電極の間隙に、前記一対の電極にそれぞれ電気的に接続された、亀裂部を有する導電性薄膜を形成する工程、前記導電性薄膜上に導電性堆積物からなる電子放出部を形成する工程、及び前記電子放出部にプラズマを利用した処理を施し、前記亀裂部のギャップを拡張する工程を具備する冷陰極型電子放出素子の製造方法を提供する。
【００１８】
また、本発明は、基板上に間隙を隔てて形成された一対の電極と、前記一対の電極の間隙に形成され、前記一対の電極にそれぞれ電気的に接続された、亀裂部を有する導電性薄膜と、前記導電性薄膜上に形成された導電性堆積物からなる電子放出部とを具備し、前記電子放出部は、プラズマを利用した処理により前記亀裂部のギャップの拡張がなされていることを特徴とする冷陰極型電子放出素子を提供する。
【００１９】
更に、本発明は、上記冷陰極型電子放出素子の駆動方法であって、製造工程で用いる最大電圧よりも高い駆動電圧で駆動することを特徴とする駆動方法を提供する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、より詳細に説明する。
【００２１】
本発明では、前述の課題を解決するために以下のような手段を採用した。
【００２２】
第１に、一対の電極間に形成された導電性薄膜の電子放出部（亀裂部）のギャップを広げることで、印加電圧の上限を大きくした。その結果、後述するように、素子動作電圧を広げることが可能となり、放出効率の改善がなされた。亀裂部のギャップを広げる方法は、素子形成後（活性化工程後）のプラズマを利用した処理であり、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）又は化学ドライエッチング（ＣＤＥ）によるエッチング処理である。
【００２３】
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）及び化学ドライエッチング（ＣＤＥ）は、いずれも、特許文献１に示すクリーニング処理のように、素子とアノード間に電圧を印加してプラズマを発生させるものではない。即ち、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）は、平行平板電極間に高周波を印加してプラズマを発生させ、一方の電極上に配置された素子をエネルギーをもった荷電粒子に曝すことによるエッチング処理であり、また化学ドライエッチング（ＣＤＥ）は、素子が配置された空間とは別の空間でプラズマを発生させ、運動エネルギーが小さいラジカルとの化学的な反応によるエッチング処理である。いずれのエッチング処理によっても、放電により素子が損傷することはなく、効果的に亀裂部のギャップを広げることが出来る。
【００２４】
エッチング処理による亀裂部のギャップの拡張量は、特に限定されないが、通常は、０．５〜１．０ｎｍ程度広げることで、本発明の効果を得ることが出来る。
【００２５】
プラズマのガス源としては、Ｎ２ガスを用いることも可能であるが、特に、ハロゲン化合物を含むガスを用いることにより、亀裂部の表面に炭素−ハロゲン結合を局在させることが出来、それによって素子表面を安定化することが出来るという利点が得られる。
【００２６】
冷陰極型電子放出素子においては、電極間の導電性薄膜の電子放出部（亀裂部）で電子の放出・受容が行われるが、亀裂部の表面状態が不均一な場合は電流密度のムラが生じてしまう。その場合、局所的に電流を流しやすい場所では、素子駆動条件の微妙な揺らぎにより、放電が生ずる確率が大きくなってしまう。素子駆動条件の微妙な揺らぎとは、例えば駆動電圧の揺らぎである。特に、上述したように、印加電圧を大きくする場合には放電に対するマージンも小さくなるため、微妙な揺らぎに起因する素子破壊が問題となる。
【００２７】
これに対し、プラズマのガス源としてハロゲン化合物を含むガスを用いたエッチング処理により、素子表面を安定化することにより、このような問題を解決することが出来た。ハロゲン化合物としては、四塩化炭素（ＣＣｌ４）、クロロホルム（ＣＨＣｌ３）、塩化メチレン（ＣＨ２Ｃｌ２）、トリクロロエチレン（Ｃ２ＨＣｌ３）、及びテトラクロロエチレン（Ｃ２Ｃｌ４）等のようなクロロメタン類、四弗化炭素（ＣＦ４）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、弗化メチレン（ＣＨ２Ｆ２）、及びテトラフルオロエチレン（Ｃ２Ｆ４）等のようなフロロメタン類、ＣＣｌ３Ｆ、ＣＣｌ２Ｆ２等のような複数のハロゲン原子を含むクロロフルオロカーボン、それらに水素を導入したＣＦ３ＣＨＣｌ２、ＣＦ３ＣＨ２Ｃｌ等、又はＣＢｒＣｌＦ２、ＣＢｒＦ３等のようなハロンを挙げることが出来る。
【００２８】
このようなハロゲン化合物を含むガスを用いたエッチング処理により表面に安定層が形成されていることの確認は、例えばＸＰＳ等による原子間の結合状態の分析により行うことが出来る。ハロゲン化合物としてＣＦ４を用いた場合、Ｃ−Ｆ、Ｃ−Ｆ２、Ｃ−Ｆ３といった結合を確認することが出来た。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
最初に、本発明に係る電子放出素子の基本的な構造及び製造方法等について説明する。
【００３０】
図１及び図２に、本発明の一実施形態に係る平面型電子放出素子の構造を模式的に示す。図１は正面図であり、図２は平面図である。図１及び２において、基板１上に一対の素子電極２，３が形成されている。これら素子電極２，３の間およびその上に、導電性薄膜４，５が形成され、更に導電性薄膜４，５の間には、堆積物６が設けられている。堆積物６は導電性薄膜４，５に電気的に接続されているとともに、電子放出部を構成する亀裂により互いに電気的に分離されている。
【００３１】
以上のように構成される平面型電子放出素子において、基板１としては、絶縁性又は高抵抗材料を用いることが出来る。例えば、基板１としては、石英ガラス、クオーツ、ナトリウムガラス、ソーダライムガラス、ホウ珪酸ガラス、リンガラスなどのＳｉＯ２を主成分とする基板、Ａｌ２Ｏ３などのその他の絶縁性酸化物基板、ＡｌＮなどの窒化物絶縁体からなる基板などから適宣、経済性や生産性などの要因を考慮して選択することが出来る。
【００３２】
基板１の表面近傍では、１０７Ｖ／ｃｍ以上の耐圧を有することが好ましい。このため、Ｎａ＋イオンなどのモバイルイオン種は基板１の表面近傍から予め除去されている必要がある。従って、ナトリウムガラスなどのモバイルイオン種を含む材料を用いる場合は、その表面に、ＳｉＮなどの拡散防止層を形成し、更にその表面にＳｉＯ２膜などの表面層を形成しておくことが望ましい。
【００３３】
基板１上に形成される素子電極２，３としては、導電性の金属、半導体、又は半金属材料を用いることができ、好ましくは、導電率が高く、耐酸化性の高い遷移金属、例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｉｒなどが好ましい。
【００３４】
素子電極２，３の厚さは、数百オングストローム〜数μｍ程度の範囲で、十分な導電性を有することが好ましい。また、膜厚は均一に形成されていることが好ましく、膜はがれ、浮き、めくれは極力存在しないことが好ましい。
【００３５】
素子電極２，３は、基板１表面に薄膜を形成し、次いでパターニングすることにより形成される。薄膜の基板上への形成方法としては、真空蒸着や、めっき、コロイド液からの析出などの方法から適宜選択して用いることが出来る。薄膜の基板への密着性が乏しい場合は、基板の表面にナノスケールの荒れた表面を形成しておくこと、あるいは基板と薄膜の間に密着層となる第２の材料（不図示）を予め形成しておくことが望ましい。
【００３６】
薄膜のパターンニング方法としては、マスク蒸着、レジスト露光によるパターンニングとエッチング、リフトオフ、スクリーン印刷、オフセット印刷などの方法から任意に選択して用いることが出来るが、薄膜の端部でめくれが起こりにくい方法が好ましい。
【００３７】
素子電極２，３の間およびその上に形成される導電性薄膜４，５としては、素子電極２，３と同様に、金属、半金属、半導体から選ばれた材料を用いることができる。例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒなどの触媒性の遷移金属を用いることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
導電性薄膜４，５の膜厚は、不連続となる限界程度に薄く、導電性があるのに必要十分な厚さであることが好ましい。
導電性薄膜４，５は、通常、連続膜として形成された後に、通電加熱などの方法によって電気的に寸断されているものである。導電性薄膜４，５はのための連続膜の形成方法としては、スパッタ、ＣＶＤ、ＭＢＥ、レーザアブレーションなどの真空蒸着、めっきやコロイド溶液からの析出、表面をアルカンチオールなどの有機分子で安定化した金属・半導体超微粒子による自己組織化膜析出などの方法から適宜選択して用いることができる。
【００３９】
素子電極２，３及び導電性薄膜の幅Ｗｄ及びＷｆは、必要とされる放出電流量や、素子に許容される占有面積から決定される。Ｗｄ及びＷｆは、例えば、１ｍｍ程度とすることが出来る。また、素子電極の間隔Ｄｇは、利用可能なパターンニング方法や、複数素子間での特性ばらつきの許容範囲などの要因に基づいて適宜決定することが出来、例えば、数十ｎｍから数十μｍの範囲に設定することが出来る。
【００４０】
導電性薄膜４，５の間に形成される堆積物６は、堆積物の原料となる気体を含む雰囲気中で、素子電極２，３間に通電し、素子を駆動することによって形成することが出来る。以下、堆積物６の形成方法について説明する。
【００４１】
図３に、堆積物６の形成に用いる装置の構成を示す。図３において、真空容器２１には、ゲートバルブ２３を介して排気手段２２が接続されているとともに、流量制御手段２４を介して材料ガス供給手段２５が接続されている。真空容器２１内には、アノード２６及び素子サンプル２７が配置されており、素子サンプル２７の素子電極の−側、＋側、及びアノード２６は、配線２８，２９，３０を介して電圧印加・測定手段１０に接続されている。
【００４２】
真空容器２１としては、通常の真空装置に用いるメタルチャンバーを用いることができ、その到達真空度は、１×１０−７ｔｏｒｒ以下、好ましくは１×１０−１０ｔｏｒｒ以下であることが望ましい。排気手段２２は、オイルフリーの排気手段であることが好ましく、例えば、磁気浮上ターボ分子ポンプ、ダイアフラムポンプ、スクロールポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプ、ゲッターポンプ、ソープションポンプなどを適宣組み合わせたものを用いることが出来る。
【００４３】
材料ガス供給手段２５は、材料を収納した容器、材料の蒸気圧調整用の容器温度調節機構、及び材料ガスの１次圧調整機構から構成されている。容器内の材料は、気体、液体、固体のいずれであっても、容器温度と１次圧を適宣調整することができる。この材料ガス供給手段２５は、同時に複数の材料ガスを供給できるように、複数の供給手段が並列に配置されているものであっても良い。
【００４４】
材料ガスとしては、炭素を含む原料が適当であり、それによって堆積物６として炭素を主成分とする膜を形成することができる。炭素を含む原料としては、芳香族炭化水素、鎖状炭化水素をベースとした材料が幅広く用いられ、官能基によってアルコール、フェノール、チオール、エーテル、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、アミン等を挙げることが出来る。
【００４５】
以上説明した手段と材料を用い、堆積物６を薄膜４，５上に堆積するプロセスの好ましい１例について説明する。
【００４６】
工程１
図３に示すように、素子電極２，３、及び導電性薄膜４，５を形成した素子サンプル２７を真空容器２１内に配置する。この時点では導電性薄膜４，５は連続膜であり、まだ互いに電気的に分断されていない。次いで、素子電極２，３をそれぞれ配線２８，２９に接続し、真空容器２１内を排気する。
【００４７】
工程２
配線２８，２９を介して素子電極２，３に接続された導電性薄膜に通電する。このとき、導電性薄膜に熱が発生し、薄膜が局所的に凝集し、部分的に不連続となる個所が発生する。直ちに不連続部分は拡大し、導電性薄膜を＋側（４）と−側（５）へと分断する結果、電流が殆ど流れなる。この時点で通電を終了する。
【００４８】
工程３
堆積物６の材料となるガスを真空容器内に導入し、流量，排気速度を調整することによって、一定の圧力に安定化させる。真空容器内の圧力は、例えばイオンゲージなどを用いて計測することができる。好ましくは、４重極質量分析計などを用いて、真空容器内のガス種の組成をモニターし、制御することが出来る。真空容器内の好ましい圧力は、用いる活性化ガスに依存し、１×１０−１から１×１０−８ｔｏｒｒ程度までの範囲から適宜選択することが出来る。
【００４９】
工程４
電圧印加・測定手段１０を用いて素子に通電を行うと、放出電子、電界、熱などの作用によって、材料ガスが分解されて、材料ガスに含まれる炭素を含む堆積物が堆積する。
【００５０】
ここで、電圧印加・測定手段１０によって印加される電圧は、直流、三角波、矩形波、パルス波形などから適宣選択して用いることができる。
【００５１】
工程５
堆積物６の堆積に伴い、素子電流が増大する。通電は、素子電流が十分増大した時点で終了とする。通電終了の判断基準は、素子に必要とされる電流量や、電流−電圧特性などから決定される。
【００５２】
工程６
堆積物の堆積終了後、残留した材料ガスを十分に排気することにより、新たな堆積を抑制し、特性を安定化させる。
【００５３】
なお、以上の素子薄膜上に堆積物を形成する工程は、複数回繰り返しても良く、異なる組成の膜を順に重ねて堆積させることもできる。
【００５４】
本発明の一実施形態では、以上のように工程６を経て安定な素子形成が行われた後、更にプラズマを利用した処理を行うことで、堆積物の亀裂ギャップを広げ、高い印加電圧により素子を駆動することを可能とし、それによって高い放出効率を得るものである。
【００５５】
工程４，５で形成された堆積物の亀裂部は、そこでの印加電圧（活性化電圧）とギャップが平衡状態となるように形成される。即ち、活性化電圧よりも大きな電圧を印加すると、亀裂部に生じる電界強度が臨界値を越え、素子（亀裂）が放電破壊されてしまう。従って、従来の平面型電子放出素子では、駆動電圧は、活性化電圧以下に設定する必要があった。そのため、工程４，５での平衡状態で与えられる値を越える放出効率を得ることが出来なかった。
【００５６】
本実施形態に係る平面型電子放出素子では、堆積物の亀裂部に対するプラズマ後処理により、平衡条件から外れた広い亀裂ギャップを形成することで、活性化電圧よりも高い電圧で駆動することを可能としている。放出効率は堆積物の亀裂部に放出される電子の初速と強い相関をもつことが知られており、電子の初速は［Ｖｆ（素子印加電圧）−φ（表面仕事関数）］で与えられるため、活性化電圧よりも大きいＶｆを印加することで、平衡条件を越えた高い放出効率を得ることが可能となる。
【００５７】
次に、本発明の一実施形態におけるプラズマ後処理の条件についで説明する。
【００５８】
プラズマ後処理としては、例えば、Ｎ２プラズマに曝す等により、堆積物の亀裂部にへの物理的なエッチングにより亀裂部のギャップを広げる方法がある。また、他の方法は、ＲＩＥやＣＤＥ等の化学的なプラズマ処理を行うことである。
【００５９】
化学的なプラズマ処理による方法の利点は、表面状態を安定化することが出来ることである。化学的なプラズマ処理に用いるガスとしては、ＣＦ４等のハロゲン化合物が有効である。ＣＦ４を用いたＣＤＥ処理では、素子表面にＣ−Ｆ結合が形成され、表面の安定化が促進されていることが確認されている。
【００６０】
図４は、以上説明した本発明の一実施形態に係る平面型電子放出素子を複数個マトリックス上に配置した画像形成装置の概略図、図５はその回路図である。
【００６１】
図４において、基板３１上には、Ｄｘ１、Ｄｘ２・・・Ｄｘｍのｍ本のＸ方向配線３２、及びＤｙ１、Ｄｙ２・・・Ｄｙｎのｎ本のＹ方向配線３３が配列され、複数個の平面型電子放出素子３４が、それらＸ方向配線３２及びＹ方向配線３３にそれぞれ接続されている。このように構成された画像形成装置は、外囲器３５内に収容されている。
【００６２】
以下、本発明の実施例を示し、本発明についてより具体的に説明する。
【００６３】
（実施例１）
本実施例では、プラズマを利用した処理により、堆積物の亀裂部のギャップを広げた例を示す。
【００６４】
前述の工程６までを経た素子をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）の装置内に配置し、Ｎ２雰囲気でのＲＩＥ処理を行った。ＲＩＥ条件は以下に示す通りである。
【００６５】
基板温度：室温、
Ｎ２圧力：３×１０−２ｔｏｒｒ
プラズマパワー：５０Ｗ
処理時間：３０秒
亀裂部のギャップの測定には、１）ＴＥＭによる直接観察、２）亀裂部ギャップ間を流れる電流がファウラー−ノルドハイム型電流（Ｆ−Ｎ電流）であるとした場合のＩ−Ｖ特性からの算出値、を用いた。ＲＩＥ処理前後で各５ｐの素子に対して測定した値の分布は、ＲＩＥ処理を行わない状態では２．８−３．２ｎｍであったのに対し、ＲＩＥ処理後には３．８−４．５ｎｍへと広がっていることがわかった。
【００６６】
（実施例２）
本実施例では、ハロゲン化合物のプラズマを用いた処理により、高い放出効率が得られた素子の例を、前述の素子形成工程にしたがって記載する。
【００６７】
工程３−５の活性化条件は、次の通りである。即ち、活性化に用いたガスはメタンであり、その圧力は１×１０−６ｔｏｒｒとした。活性化電圧は１８Ｖであり、１ｍｓのパルスを３０ｈｚの周波数で与えた。また、活性化時間は１２０分とした。
【００６８】
その後、工程６に対応するプロセスとして、活性化原料ガスを十分に排気した後、基板温度２００℃で６時間の加熱処理を行った。ここまでの処理で形成された状態を素子１とする。
【００６９】
次に、ＣＦ４雰囲気でのＲＩＥ処理を行った。その条件は以下の通りである。
【００７０】
基板温度：５０℃
ＣＦ４圧力：１×１０−２ｔｏｒｒ
プラズマパワー：３０Ｗ
処理時間：２０秒
このようにしてＲＩＥ処理を施した状態を素子２とする。
【００７１】
これらの素子を用いて、特性評価を行った。まず素子１に対し、印加電圧の上限を評価するために、パルス幅０．１ｍｓのパルス電圧を６０ｈｚで印加した。このときの電圧を１７Ｖ、１７．５Ｖ、…と０．５Ｖずつ大きくして測定した結果、１８．５Ｖで素子破壊が観察された。ここでいう素子破壊とは、瞬間的に素子電流が１／２程度に減少するような状態である。
【００７２】
このように素子破壊された素子を光学顕微鏡で観察してみると、堆積物の亀裂部付近に筋状の痕が残っており、亀裂部での放電破壊が起こったことを示している。マージンを見込むと、印加電圧の上限は１７．５Ｖ程度となり、そのときの放出効率をアノード電圧＝１ｋＶ／４ｍｍの電界強度で測定すると、０．０８％であった。
【００７３】
素子２に対しても同様の評価を行った結果、素子を破壊する電圧は２５Ｖであった。これにより、プラズマ処理により素子印加電圧の上限が高くなっていることが分かる。そこで、素子電圧＝２３Ｖとして、前述と同様の条件で放出効率を測定したところ、２２％という高い放出効率が得られた。図６に、素子１および２の素子電流および放出電流のＩ−Ｖ特性を示す。図６において、曲線ａは素子１の素子電流のＩ−Ｖ特性、曲線ｂは素子１の放出電流のＩ−Ｖ特性、曲線ｃは素子２の素子電流のＩ−Ｖ特性、曲線ｄは素子２の放出電流のＩ−Ｖ特性をそれぞれ示す。
【００７４】
一方、これに対し、Ｎ２雰囲気でのＲＩＥ処理を行った場合と比較する。プラズマガスの種類による比較を行うため、ＲＩＥ条件はＣＦ４の場合と同様とした。印加電圧の上限を評価したところ、２２Ｖで破壊した。そのため、駆動電圧を２１Ｖとしたが、この場合の放出効率は８％であった。
【００７５】
以上より、ガスの種類によらず、プラズマを利用した処理だけでも効率向上に対する効果は大きいが、更に顕著な効果を得るためには、ガスとしてハロゲン化合物を用いた処理が好ましいことがわかる。
【００７６】
（実施例３）
本実施例では、プラズマ処理を行った堆積物表面の結合状態を観察した結果を示す。ここでは、プラズマ処理としてＣＤＥ（ケミカルドライエッチング）を行った。その条件は以下の通りである。
【００７７】
基板温度：室温
ガス種：ＣＨＦ３
ガス圧力：５×１０−２ｔｏｒｒ
プラズマパワー：８０Ｗ
処理時間：２０秒
表面結合状態の分析法としては、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）を用いた。その結果は図７に示す通りであり、矢印で示したピークはエネルギーの小さい方からＣ−Ｈ、Ｃ−Ｆ，Ｃ−Ｆ２、Ｃ−Ｆ３の結合を示している。このことから、堆積物表面には、炭素とハロゲン（この場合はフッ素）の結合が形成されていることがわかる。
【００７８】
更に、この素子をＡｒイオンスパッタで表面エッチングしたものについて、前述と同様のＸＰＳ評価を行った。この場合、Ｃ−Ｆ，Ｃ−Ｆ２、Ｃ−Ｆ３といった結合状態は観察されなかった。即ち、前述の炭素とハロゲンの結合は、堆積物の内部にはなく、表面付近に局在していることがわかる。
【００７９】
ＸＰＳで炭素−ハロゲン結合が観察された素子について、放出効率の評価を行った。素子印加電圧（Ｖｆ）＝２３Ｖ、アノード電圧＝１ｋＶ／４ｍｍで測定したところ、２０％の放出効率が得られた。
【００８０】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、活性化処理後のプラズマを利用した処理により、導電性薄膜の亀裂部のギャップが広げられ、それによって印加電圧を高くすることが出来、その結果、放出効率を大幅に向上させることが可能となった。特に、ハロゲン化合物を含むプラズマを利用した処理により、導電性薄膜の亀裂部表面にハロゲン−炭素結合が局在化し、それによって素子の安定性の向上が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る平面型電子放出素子の構造を模式的に示す正面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る平面型電子放出素子の構造を模式的に示す平面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る平面型電子放出素子の堆積物の形成に用いる装置の構成を示す図。
【図４】本発明の一実施形態に係る平面型電子放出素子を複数個備えた画像表示装置の概要を示す図。
【図５】図４の回路構成を示す図。
【図６】実施例２における素子１および２の素子電流および放出電流のＩ−Ｖ特性を示す特性図。
【図７】ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）による表面結合状態の分析結果を示す特性図。
【符号の説明】
１・・・基板、２，３・・・素子電極、４，５・・・導電性薄膜、６・・・堆積物、１０・・・電圧印加・測定手段、２１・・・真空容器、２２・・・排気手段、２３・・・ゲートバルブ、２４・・・流量制御手段、２５・・・材料ガス供給手段、２６・・・アノード、２７・・・素子サンプル、２８，２９，３０・・・配線。
【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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