(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に配置した一対の電極と、該電極上及び該電極間の基体上に配置されたカーボン膜とを有する電子放出素子の製造方法であって、炭素化合物のイオンにポテンシャルエネルギーを付与するイオンビーム透過窓を介して、前記炭素化合物のイオンビームを前記電極間の基体表面及び前記電極表面に照射すると共に、前記電極に電圧を印加することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項２】
前記炭素化合物のイオンに付与するポテンシャルエネルギーと、前記電極に印加する電圧によって、前記炭素化合物のイオンが照射される領域と照射されない領域を調整することを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項３】
前記電極に印加する電圧を、前記炭素化合物のイオンに付与するポテンシャルエネルギーよりも前記電極のポテンシャルエネルギーが大きくなるように調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項４】
同一基体上に電子放出素子を複数個配置してなる電子源の製造方法であって、該電子放出素子が請求項１乃至３のいずれか１項に記載の製造方法によって形成されることを特徴とする電子源の製造方法。
【請求項５】
電子源と、画像形成部材とを有する画像形成装置の製造方法であって、該電子源が請求項４に記載の製造方法によって形成されることを特徴とする画像形成装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出素子、該素子を複数用いた電子源、およびこれらを用いた表示装置や露光装置等の画像形成装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子放出素子としては大別して熱電子放出素子源と冷陰極電子源電子放出素子を用いた２種類のものが知られている。冷陰極電子放出素子源には電界放出型（以下、「ＦＥ型」という。）、金属／絶縁層／金属型（以下、「ＭＩＭ型」という。）や表面伝導型電子放出素子等がある。ＦＥ型の例としてはＷ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，”Ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ”，Ａｄｖａｎｃｅ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）あるいはＣ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ，”ＰＨＹＳＩＣＡＬ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ  ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃａｔｈｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ  ｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４７，５２４８（１９７６）等に開示されたものが知られている。
【０００３】
ＭＩＭ型の例としてはＣ．Ａ．Ｍｅａｄ，”Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）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，Ｒｅｃｉｏ・Ｅｎｇ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｈｙｓ．，１０，１２９０，（１９６５）等に開示されたものがある。
【０００５】
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。この表面伝導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。
【０００６】
これらの表面伝導型電子放出素子の典型的な例として前述のＭ．ハートウェルの素子構成を図７に模式的に示す。同図において７１は基板である。７４は導電性膜で、Ｈ型形状のパターンに、スパッタで形成された金属酸化物薄膜等からなり、通電処理により電子放出部７５が形成される。尚、図中の素子電極間隔Ｌは０．５〜１ｍｍ、Ｗ’は０．１ｍｍで設定されている。
【０００７】
従来、これらの表面伝導型電子放出素子においては、電子放出を行う前に導電性膜７４に予め通電フォーミングと呼ばれる通電処理を施して電子放出部７５を形成するのが一般的であった。即ち、前記導電性膜７４両端に直流電圧或いはパルス電圧を印加し、導電性膜７４を局所的に破壊、変形もしくは変質させて、電気的に高抵抗な状態にした電子放出部７５を形成するのである。このとき、導電性膜７４の一部に亀裂が発生し、微小間隙が形成される。
【０００８】
前記微小間隙を形成した表面伝導型電子放出素子は、上述導電性膜７４に電圧を印加し、素子に電流を流すことにより、上述電子放出部７５（微小間隙付近）より電子を放出させるものである。
【０００９】
以上のような電子放出素子を複数個形成した電子源基板を用いれば、蛍光体などからなる画像形成部材と組み合わせることで画像形成装置を構成することができる。
【００１０】
しかしながら、上述のＭ．ハートウエルの電子放出素子にあっては、安定な電子放出特性及び電子放出効率について、必ずしも満足のゆくものが得られておらず、これを用いて高輝度で動作安定性に優れた画像形成装置を提供するのは極めて難しいのが実状であった。
【００１１】
そこで、例えば特開平８−２６４１１２、特開平８−１６２０１５、特開平９−０２７２６８、特開平９−０２７２７２、特開平１０−００３８４８、特開平１０−００３８４７、特開平１０−００３８５３、特開平１０−００３８５４号公報等に開示されているように、活性化処理と呼ばれる処理を施す場合がある。活性化処理工程とは、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。
【００１２】
活性化工程は、有機物質を含有する雰囲気下で、フォーミング処理同様、素子にパルス電圧の印加を繰り返すことで行うことができる。この処理により、雰囲気中に存在する有機物質から、炭素や炭素化合物からなる膜が素子の少なくとも電子放出部に堆積し、素子電流Ｉf，放出電流Ｉeが、著しく変化し、より良好な電子放出特性を得ることができるようになる。
【００１３】
図８を用いて、従来の電子放出素子の製造方法の一例を示す。
まず、基板１上に、第１の電極８２と、第２の電極８３を配置する（図８（ａ））。
次に、第１および第２の電極間をつなぐ導電性膜８４を配置する（図８（ｂ））。
そして、前述したフォーミング処理を行う。具体的には、上記導電性膜に電流を流すことで、導電性膜８４の一部に第２の間隙８６を形成する（図８（ｃ））。さらに、前述した活性化処理を行う。具体的には、上記導電性膜に電流を流すことで、第２の間隙８６内の基板１上、およびその近傍の導電性膜８４上にカーボン膜９０を配置する。この活性化工程により、上記第２の間隙よりも狭い、第１の間隙８７が形成され、電子放出部８５が形成される（図８（ｄ））。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
電子放出素子を適用した画像形成装置が明るい画像を安定して表示するためには、より更に高い電子放出効率で且つ安定した電子放出特性を、より更に長時間保持し続けられることが望まれている。
【００１５】
ここでいう電子放出効率とは、電子放出素子の一対の対向する素子電極間に電圧を印加したとき、該電極間に流れる電流（以下、素子電流Ｉfと呼ぶ）に対する真空中に放出される電流（以下、放出電流Ｉeと呼ぶ）との比率である。
【００１６】
高い電子放出効率を長時間にわたり安定的に制御することができれば、例えば蛍光体を画像形成部材とする画像形成装置においては、低電力で明るい高品位な画像形成装置、例えばフラットテレビが実現可能となる。
【００１７】
このような応用に用いるためには、実用的な電圧（例えば１０Ｖ〜２０Ｖ）で十分な放出電流Ｉeが得られること、放出電流Ｉeおよび素子電流Ｉfが駆動中に大きく変動しないこと、長時間にわたり放出電流Ｉe及び素子電流Ｉfが劣化しないこと、が求められる。
しかしながら、前述した従来の表面伝導型電子放出素子の製造方法では、以下のような問題点があった。
【００１８】
上記したフォーミング工程により形成される第２の間隙８６の形状は、図９に模式的に示すように、その幅が不均一な形状に形成される場合があった。図９は、フォーミング工程を行った素子（図８（ｃ））の平面模式図である。また、フォーミング工程により形成される第２の間隙８６は、電極８２、８３間で大きく蛇行する場合があった。このように、フォーミング工程により形成される第２の間隙８６の形状が不均一であると、素子電極８２，８３間に電圧をかけた時、上記間隙８６に生じる電界が不均一となる。
【００１９】
前記不均一な第２の間隙８６を有する素子においても、前述の活性化工程を施すことによって、炭素や炭素化合物からなるカーボン膜９０を、上記間隙８６内の基板８１上およびその近傍の導電性膜８４上に堆積させることにより、上記間隙８６を埋め、間隙の幅を実質的に狭めることができる。
【００２０】
その結果、フォーミング工程によって形成された間隙８６の幅のばらつきを低減することができるとともに、放出電流Ｉeおよび素子電流Ｉfが増大させることができる。
【００２１】
しかしながら、上記活性化工程を行っても、素子電極８２，８３から間隙８６までの距離の不均一さ（間隙８６の蛇行）は基本的に低減されない。
【００２２】
そして、また、フォーミング工程によって形成された間隙８６の幅の不均一さに依存して、活性化工程によって形成される、カーボン膜９０の堆積量が不均一となる場合があった。
【００２３】
これらの不均一性によって、素子電極８２，８３間に電圧をかけた時、第１の間隙８７部に実効的に印加される電圧が不均一となる、また、領域によって放出電流Ｉeの違いが生じたり、また、局所的に大きな電界がかかり劣化しやすい領域が生じることがある。
【００２４】
そして、必要な電子放出効率が得られなかったり、放出電流Ｉeが素子間でばらついたり、駆動中の特性の変動や劣化が生じる場合があった。
【００２５】
従って、電子放出素子を用いたフラットテレビ等に応用可能な高品位な画像形成装置を実現するためには、該電子放出素子の電子放出部に、より一層好適な構造と安定性を有する炭素あるいは炭素化合物からなるカーボン膜を形成する必要がある。
【００２６】
本発明は、上記問題を鑑み、良好な電子放出特性を均一に、長時間にわたり安定して実現する電子放出素子の製造方法を達成し、該製造方法を用いて電子源及び画像形成装置の製造方法を構成し、これらの製造方法によって、良好な電子放出特性が均一に得られる電子放出素子、電子源、さらには該電子源を用いてなる高輝度で均一な表示特性に優れた画像形成装置を提供するものである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子放出素子の製造方法は、基体上に配置した一対の電極と、該電極上及び該電極間の基体上に配置されたカーボン膜とを有する電子放出素子の製造方法であって、炭素化合物のイオンにポテンシャルエネルギーを付与するイオンビーム透過窓を介して、前記炭素化合物のイオンビームを前記電極間の基体表面及び／または前記電極表面に照射すると共に、前記電極に電圧を印加することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の電子源の製造方法は、同一基体上に電子放出素子を複数個配置してなる電子源の製造方法であって、該電子放出素子が上記本発明の電子放出素子の製造方法によって形成されることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の画像形成装置の製造方法は、電子源と、画像形成部材とを有する画像形成装置の製造方法であって、該電子源が上記本発明の電子源の製造方法によって形成されることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の主目的であるイオンビームを用いた製造方法およびその作用について、図面を用いて説明をする。
【００３２】
図１は本発明の製造方法の一例を示す模式図である。図中、１は絶縁性基体、２，４は電極、７はカーボン膜、６はイオンビーム透過窓、１５はイオンビーム発生装置、８は真空排気装置、９は有機物質を封入した容器、１０，１１は真空バルブ、１２は真空容器を示している。
【００３３】
最初に絶縁性基体１に一対の導電性部材（電極２，４）を形成し、出来上がった基体を真空容器１２に取り付ける。
【００３４】
次にバルブ１０を空けて真空装置８で内部の空気を排気する。
【００３５】
真空度がおよそ１×１０-5Ｐａ程度に到達したら、バルブ１１を開けて炭素化合物（有機物質）をイオンビーム発生装置１５に導入し、炭素化合物ガス雰囲気を形成する。
【００３６】
本図では最も簡単なイオン発生装置として、熱フィラメント１７を電源Ｖ３にて加熱し、発生した電子を加速電圧Ｖ４にて加速して、コレクター１６に集め、この中を中性の炭素化合物（図中Ａで表示）が通過するときに中性の炭素化合物がイオン化（図中Ａ+で表示）する一般的なイオン化手法を用いている。イオン化室ではほとんどエネルギーを持たないイオンが形成されるので、イオンビーム透過窓６に負の電位（イオン化室の電位に比較して）を与えることでイオンにポテンシャルエネルギーＥ1を与えることが出来る。
【００３７】
前記の熱フィラメントを用いる方法では、生成されるイオンによっては価数が２のイオンも極まれに生成される。このときのイオンのポテンシャルエネルギーは価数が１のイオンの場合の２倍となるが、多くは価数が１のイオンであり、価数が２のイオンの影響はほとんど無かった。
【００３８】
イオン化の手法にはこの方法以外にもＤＣあるいはＲＦ、マイクロ波をもちいてガスをイオン化する手法などが存在する。用いるイオンとしては、陽イオンが特に好ましい。陰イオンを用いた場合には、イオン化に用いられる電子も素子（電極）に照射されてしまう可能性があるためである。
【００３９】
このときの好ましい炭素化合物（有機物質）のガス圧は、真空容器の形状や、炭素化合物の種類などにより異なるため場合に応じ適宜設定される。
【００４０】
適当な炭素化合物としては、アルカン、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、ニトリル類、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ＣnＨ2n+2で表される飽和炭化水素、エチレン、プロピレンなど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、ベンゾニトリル、アセトニトリル、蟻酸、酢酸、プロピオン酸等が使用できる。
【００４１】
次にイオンビーム発生装置１５を用いて素子にイオンビームを照射する。このときのイオンビームのポテンシャルエネルギーはＥ1（ｅＶ）になるように調整される。
【００４２】
さらに基体に形成された二つの電極（２，４）の一方には外部よりＶ２なる電位が与えられる。
【００４３】
本件類似の手法として、電子線を用いる方法との差異を説明する。
【００４４】
イオンビームを用いた場合のカーボン膜形成の様子を図２（ａ）に模式的に示し、電子ビームを用いた場合のカーボン膜形成の様子を図２（ｂ）に示す。図２では６はそれぞれビームの照射領域を制限するためのビーム透過絞り（アパーチャー）である。
【００４５】
約１０００ｅＶ以下のエネルギーを持つイオンビームを用いて、導電性基板に照射を行うと図２（ａ）に示すように、ビーム透過絞り６の形状を反映して、ビーム透過絞り６の開口形状とほぼ同じ大きさの膜が堆積する。
【００４６】
一方、約１０００ｅＶ以下のエネルギーを持つ電子ビームを用いて、同様に基板に照射を行うと図２（ｂ）に示すように、ビーム透過絞り６の形状よりも大きな膜が堆積する場合があった。この要因として電子ビームの場合は、入射した一次電子が基板表面で多重散乱２１が生じ、電子ビームが広がるだけでなく、基板表面に滞在している有機分子をイオン化２２し、イオンの再付着によるカーボン膜形成領域の広がりが生じたものと予想される。
【００４７】
この様に電子線を用いるより、イオンビームを用いる方が形成する膜の形状制御を精密に行える。
【００４８】
さらに本発明では、イオンビームのポテンシャルエネルギーＥ1だけでなく、電極２，４に印加する電位Ｖ２との関係を適当に設定することで、選択的に電極及び、その周囲にカーボン膜を形成することができる。
【００４９】
このときのイオンビームのポテンシャルエネルギーＥ1と素子に印加した電圧Ｖ２の関係を示したのが図３である。ここでｅは素電荷（１．６×１０-19Ｃ）を表す。
【００５０】
図３において入射したイオンビームのポテンシャルエネルギーはＥ1、Ｖ2が印加されている電極のポテンシャルはＥ2で表されている。このポテンシャル図から分かるように、イオンビームのポテンシャルエネルギーよりも電極のポテンシャルがＥ3で示される値だけ高いため、電極４にはイオンビームが到達することは出来ない。
【００５１】
図１に示されるように電極２，４の間に等電位線１３が形成され、このうち前述のＥ3に相当する電位よりも高いポテンシャル障壁１４が形成されているところでイオンが跳ね返される。このため二つの電極２，４の間でイオンが照射される領域とイオンが照射されない領域が形成される。
【００５２】
さらにイオンが照射された領域ではイオンビームの付着と中性化より、有機物質の堆積７が生じる。このため電極２，４間にはイオンビームによって有機物質が堆積する領域Ｄ１と堆積が進行しない領域Ｄ２が形成される。
【００５３】
この堆積が進行しない領域（以下ギャップと呼ぶ）Ｄ２（１００）はイオンビームの照射前後でその距離が異なる。この変化を図４を用いて説明する。図４は図１と同様な構成で素子にイオンビームを照射した時、イオンビーム照射の時間経過に応じたギャップ形成の様子を模式的に表したものである。
【００５４】
イオンビームを照射した初期図４（Ａ）では等電位線１３は電極間全体にわたって、ほぼ等間隔で形成される。このためギャップＤ２は図に示すような場所に形成されると予想される。
【００５５】
電極間に有機物質が堆積する過程で、ｓｐ２によるπ電子が形成されること等により堆積膜に導電性が付与される（カーボン膜化する）と、堆積膜の先端とＶ2の印加された電極４の間に新たな電位分布が形成される。有機物質の堆積が進行すると図４（Ｃ）に示すように、堆積膜自身の先端が新たに電極となって、初期のギャップＤ２をさらに埋めるように堆積が進行することを意味している。
【００５６】
この結果初期のギャップＤ２と照射後期のギャップＤ３の間にはＤ２＞Ｄ３の関係となり、照射時間によってギャップ間距離を制御することが可能となる。
【００５７】
この進行過程により、二つの電極間に形成される電界は、堆積に伴ってギャップが小さくなるため、結果として電界が初期値よりも大きくなる。形成された電界がトンネリングに必要な値になればギャップ１００付近から電子を引き出すことが可能となる。
【００５８】
また、電極間の距離を電極長さに渡って均一に形成することができれば、最終的な電子放出に必要とされるギャップも均一性高く形成される。
【００５９】
このイオンビーム照射を用いた有機物質の堆積工程を以後イオンビーム蒸着を呼ぶ。
【００６０】
このイオンビーム蒸着を用いると、従来の活性化による素子作製方法と比較して、導電性膜の形成、フォーミング工程、を省略できるだけでなく、従来の活性化工程に見られるような、フォーミング時のばらつきを反映したカーボン膜の不均一堆積が起きない。
【００６１】
ここで用いるイオンビームのポテンシャルエネルギーＥ1はカーボン膜の結晶性、比抵抗値などのエネルギー依存性、実用的な電位、膜内のダメージ等を考慮して決められる。
【００６２】
本発明者の検討によると、形成したカーボン膜の結晶性はイオンエネルギーが高いほどグラファイトに近い構造となり、比抵抗値はイオンエネルギーが高いほど小さい値を持つことが分かった。しかしイオンエネルギーをあまり上げすぎると膜内にイオン照射のダメージが残るだけでなく、基板が削れるなどの問題が生じる場合がある。
【００６３】
電極に与える電位Ｖ2はイオンビームのポテンシャルエネルギーＥ1とそのエネルギーの広がりの半値幅ΔＥを考慮して適宜決められる。ただし、少なくともｅＶ2＞Ｅ1＋ΔＥなる関係が必要である。
【００６４】
以上述べたように、イオンビーム蒸着においてイオンビームのポテンシャルエネルギーＥ1と電極２，４の間の電位Ｖ2を適当な値に設定することで、電子放出に必要な電界を得るためのギャップの形成が制御性高く得られるようになった。
【００６５】
また本手法は単素子のみならずマトリクス状に配置された複数の電子放出素子等の製造に適応可能なため、画像形成装置等を安価に製造することが可能となった。
【００６６】
本手法を用いた電子放出素子は均一性に優れることで、単素子内のビームの揺らぎが減少しただけでなく、複数配置された基板内の電子放出特性のばらつきが減少した。
【００６７】
【実施例】
（実施例１）
本発明による第一の実施例について図１を用いて説明する。
【００６８】
図１中、１は絶縁性基体、２，４は電極、７はカーボン膜、６はイオンビーム透過窓、１５はイオンビーム発生装置、８は真空排気装置、９は有機物質を封入した容器、１０，１１は真空バルブ、１２は真空容器を示している。
【００６９】
最初に石英基板１にＰｔ電極２，４を形成し、出来上がった基体を真空容器１２に取り付ける。
【００７０】
次にバルブ１０を開けて真空装置８で内部の空気を排気する。
【００７１】
真空度がおよそ１×１０-5Ｐａ程度に到達したら、バルブ１１を開けて、真空度が１×１０-3Ｐａ程度になるようにトルニトリルをイオンビーム発生装置１５に導入し、イオン発生装置内に有機ガス雰囲気を形成した。
【００７２】
本説明図では最も簡単なイオン発生装置として、熱フィラメント１７が１８００℃以上になるように、電源Ｖ３に６Ｖ、１Ａにて加熱し、発生した電子を１００Ｖの加速電圧Ｖ４にて加速して、電子をコレクター１６に集め、この中を中性のトルニトリル９（図中Ａで表示）が通過するときに中性の有機材料がイオン化（図中Ａ+で表示）するイオンビーム発生装置を用いた。
【００７３】
次に、イオンビーム発生装置１５を用いて電極が形成された基板に向けてイオンビームを照射する。このときのイオンビームのエネルギーは２０（ｅＶ）になるように調整される。
【００７４】
さらに基体に形成された二つの電極の一方（電極４）には外部より２５Ｖ（Ｖ２）なる電位が与えられた。
【００７５】
このときカーボン系の堆積膜が、ゼロ電位に保たれている電極２の周囲だけに選択的に堆積した。
【００７６】
このため電極２，４間にはイオンビームによって有機物質が堆積する領域Ｄ１と堆積しない領域Ｄ２が形成された。
【００７７】
前述したように、二つの電極間に形成される電界は、堆積に伴なってギャップが小さくなるため、結果として電界が初期値よりも大きくなり、トンネリングに十分なギャップを素子内で均一に形成することが出来た。
【００７８】
出来たカーボン膜のギャップ部周辺を拡大して観察すると、従来の活性化による素子作製方法と比較して、フォーミングに起因すると見られる第２の間隔形状ばらつきを反映したカーボン膜の形状ばらつきが抑制されることが分かった。
【００７９】
本製造方法において、有機材料の分圧、基板温度、イオンのエネルギー外部電位は前述の値に限定されるものではなく、カーボン系膜の比抵抗、結晶性、膜厚などのパラメータとの依存性の中から適当な値に設定されるものである。
【００８０】
以上述べた製造方法によって、イオンビーム蒸着においてイオンエネルギーＥ1と素子間の電位Ｖ２を適当な値に設定することで、電子放出に必要な電界を得るためのギャップの形成が制御性高く得られるようになった。
【００８１】
本手法を用いた電子放出素子は均一性に優れることで、単素子内のビームの揺らぎが減少した。
【００８２】
（実施例２）
本発明による第二の実施例について説明する。
【００８３】
図５は、実施例１とは異なる形状の素子に導電性膜７をイオンビーム蒸着製造方法にて作製する製造方法を示すものである。１は基体、２は第１の電極、３は層間絶縁層、４は第２の電極、７はカーボンを主成分とする導電性膜、８は真空排気装置、９はエチレンを封入した容器、１０，１１は真空バルブ、１２は真空容器、１５はイオンビーム発生装置を示している。出来上がった素子を真空容器１２に取り付け、次にバルブ１０を開けて真空装置８で内部を排気する。
【００８４】
真空度がおよそ１×１０-5Ｐａ程度に到達したら、バルブ１１を開けてエチレンをイオンビーム発生装置１５内に導入し、イオンビームを形成する。このときのエチレンの圧力は用いる基板温度などで変化するが、基板温度が室温ではおよそ１×１０-2Ｐａ程度に設定した。
【００８５】
次にイオンビーム装置１５の直下に配置された素子にイオンビームを照射する。このときのイオンビームのエネルギーは１５（ｅＶ）になるように調整された。さらに基体に形成された電極４には外部より２０Ｖなる電位、電極２にはゼロ電位を与えた。
【００８６】
このとき素子には外部より与えられたイオンの障壁となる電位障壁１４が形成され、薄い絶縁層側の電位障壁の厚さがＤ５、厚い絶縁層側の厚さがＤ４に示されるように形成されることで、薄い絶縁層側が厚い絶縁層側よりも早く電界が強まる構成に達する。
【００８７】
実際に、このイオンビーム蒸着を上記構成の電子放出素子の導電膜形成に用いると、薄い絶縁層側にのみ電界電子放出に十分な電界を形成することが可能となった。尚、電子放出に十分な電界であるかどうかは電極間に流れる電流を計測してモニタすることでこの工程の終点とすることが出来た。
【００８８】
本発明の製造方法による電子放出素子の電子放出特性は、電子放出部の均一性の向上により、電子放出電流Ｉｅの変動が従来よりも小さいことが確認された。
【００８９】
（実施例３）
本発明を適用可能な電子放出素子を複数配して得られる電子源および画像形成装置の製造方法について、図６を用いて説明する。図６において、６１は電子源基体、６２はＸ方向配線、６３はＹ方向配線、６４は電子放出素子である。
【００９０】
ｍ本のＸ方向配線６２はＤＸ1，ＤＸ2，…ＤＸmからなり、蒸着法にて形成された厚さ約１μｍ、幅約３００μｍのアルミニウム系配線材料で構成されている。配線の材料、膜厚、巾は、適宜設計される。Ｙ方向配線６３はＤＹ1，ＤＹ2…ＤＹnのｎ本の配線よりなり、厚さ約０．５μｍ、幅約１００μｍでＸ方向配線６２と同様に形成される。これらｍ本のＸ方向配線６２とｎ本のＹ方向配線６３との間には、不図示の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）。
【００９１】
不図示の層間絶縁層は、スパッタ法等を用いて厚さ約０．８μｍのＳｉＯ2で構成され、Ｘ方向配線６２を形成した基体６１の全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、Ｘ方向配線６２とＹ方向配線６３の交差部の電位差に耐え得るように、本実施例では１素子当たりの素子容量が１ｐＦ以下、素子耐圧３０Ｖになるように層間絶縁層の厚さが決められた。Ｘ方向配線６２とＹ方向配線６３は、それぞれ外部端子として引き出されている。
【００９２】
各電子放出素子６４を構成する一対の電極は、ｍ本のＸ方向配線６２とｎ本のＹ方向配線６３にそれぞれ電気的に接続されている。
【００９３】
本電子源基体を図５と同様なイオンビーム照射装置の中に配置し、有機材料ガスとしてメタンを用い、選択された低電位電極６２と選択された高電位電極６３に３０Ｖの電位を印加し、イオンビームのエネルギーを２５（ｅＶ）に設定して、カーボン系導電膜の堆積を行った。
【００９４】
選択素子は線順次あるいは点順次に駆動され、電流をＸ方向とＹ方向の配線間に流れる電流をモニターしながらこの工程の終点が決められた。
【００９５】
前述のイオンビーム蒸着方法によって各素子均一にカーボン系導電膜が成膜された。
【００９６】
本発明の製造方法による電子放出素子の電子放出特性は、電子放出部の均一性の向上により、電子放出電流Ｉｅの変動が従来よりも小さく、素子間のばらつきも小さいことが確認された。
【００９７】
また従来の素子製造工程で必要であったフォーミング工程、活性化工程が不要となるばかりでなく、イオンビーム蒸着における電子線絞り機構（マスク）が不要となり、低コストで簡易な製造方法で素子を作製することが可能となった。
【００９８】
【発明の効果】
本発明によるイオンビーム蒸着により、特別な絞りマスクを用いずとも電子放出素子にカーボン系導電性膜の堆積と均一な間隙を形成することが可能となった。
【００９９】
またこの手法によると、従来必要とされた、フォーミング工程、活性化工程を不要とし、きわめて短時間に電子放出素子を製造することが可能となった。
【０１００】
さらにこの手法によると単素子だけでなく、複数の素子を備えた画像形成装置に対しても適応可能となり、安価に画像形成装置を提供することが可能となった。
【０１０１】
この製造方法を用いた電子放出素子の電子放出特性は揺らぎが小さく、複数の電子放出素子を形成した装置では素子間のばらつきが小さくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子放出素子の製造方法の一例を示す図である。
【図２】イオンビーム蒸着法と電子線アシストＣＶＤの違いを説明するための図である。
【図３】イオンビーム蒸着で用いるポテンシャルエネルギーを示す図である。
【図４】イオンビーム蒸着による堆積とギャップ形成を説明する図である。
【図５】本発明による電子放出素子の製造方法の別の例を示す図である。
【図６】本発明による電子源の製造方法の一例を示す図である。
【図７】従来例の電子放出素子を示す図である。
【図８】従来の電子放出素子の製造方法を示す図である。
【図９】従来例の電子放出素子を示す図である。
【符号の説明】
１  基体
２，４  電極
３  層間絶縁層
６  イオンビーム透過窓
７  カーボン膜
８  真空排気装置
９  有機材料容器
１０，１１  バルブ
１２  真空容器
１３  等電位線
１４  電位障壁
１５  イオンビーム発生装置
１６  コレクター
１７  熱フィラメント
６１  電子源基体
６２  Ｘ方向配線
６３  Ｙ方向配線
６４  電子放出素子
【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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【図８】
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【図９】
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