[发明专利]电子发射元件以及具备该电子发射元件的摄像装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子发射元件以及具有该电子发射元件的摄像装置，该电子发射元件具有使从面发射部发射出的电子聚焦的聚焦电极。

背景技术

近年来，关于不对阴极（阴极电极）加热而通过使用电场使电子发射的技术，提出了所谓的面发射型电子发射元件（参照专利文献1），该面发射型电子发射元件具有层叠在电子发射层上的绝缘层以及贯通栅电极层的开口（发射凹部）以及层叠在栅电极层上以及开口的内周面的碳层，通过向栅电极层施加电压，使得从在开口的底部露出的电子发射层发射出电子。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开2007-114103号公报

发明内容

发明所要解决的问题

不过，在安装时，在组装到摄像装置中的情况下，电子发射元件与具有阳极电极和光电转换层的基板隔着真空空间相对配置，发射出的电子与光电转换层的空穴结合，此时的电流被检测为视频信号。此时，为了使发射出的电子高效率地与光电转换层的空穴碰撞，需要使电子的轨道（电子束）聚焦在光电转换层的正面。

因此，在上述的面发射型电子发射元件中，为了抑制发射出的电子的轨道（电子束）宽度，考虑设置通过施加与栅电极层不同电位的电压而使电子进行电场聚焦的聚焦电极层。然而，如果像这样做，则会由于在制造工序的最后成膜在发射凹部的内周面的碳层，而导致栅电极层与聚焦电极层导通。由此，可以预料到存在栅电极层与聚焦电极层成为同电位，而无法使两者间产生足够的电位差，从而无法使电子聚焦的问题。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种即使设置聚焦电极层，栅电极层与聚焦电极层也不会借助于碳层而导通的面发射型电子发射元件以及具有该电子发射元件的摄像装置。

解决问题的手段

本发明的电子发射元件的特征在于，其具有：电子发射层，其从面发射部发射电子；栅电极层，其隔着第1绝缘体层成膜在电子发射层的表面；聚焦电极层，其隔着第2绝缘体层成膜在栅电极层的表面，使发射出的电子聚焦；发射凹部，其贯通聚焦电极层、第2绝缘体层、栅电极层以及第1绝缘体层，在面发射部的表面开口成凹状；以及碳层，其从聚焦电极层的表面一直成膜到发射凹部的内周面，碳层在第2绝缘体层的层端所面向的发射凹部的成膜部分处具有环状的不连续部。

根据上述结构，由于碳层的不连续部，使得聚焦电极层与栅电极层不会借助于碳层而导通，所以能够向聚焦电极层施加与栅电极层不同电位的电压，从而能够使从面发射部发射的电子高效地聚焦。

另外，尤其优选栅电极层以及聚焦电极层由钨（W）构成，除此之外，也可以由Si、Al、Ti、TiN、Cu、Ag、Cr、Au、Pt、C等金属构成。此外，优选电子发射层由非晶硅构成。

该情况下，优选发射凹部具有：上部发射凹部，其是对聚焦电极层以及第2绝缘体层进行刻蚀而形成的；以及下部发射凹部，其是对栅电极层以及第1绝缘体层以与上部发射凹部同轴且直径较小的方式进行刻蚀而形成的。

根据上述结构，构成上部发射凹部的聚焦电极层以及第2绝缘体层的层端不会对发射出的电子的轨道构成妨碍（不会使电子束衰减），能够高效率地发射电子。

该情况下，优选第2绝缘体层具有成膜在聚焦电极层侧的上绝缘体层，以及成膜在栅电极层侧且由相比于上绝缘体层刻蚀速率较高的材料构成的下绝缘体层，优选不连续部由超过上绝缘体层的层端进行刻蚀的下绝缘体层的层端所面向的不能成膜部构成。

根据上述结构，下绝缘体层的层端相比于上绝缘体层的层端后退，形成不能成膜部，由此，能够通过一次成膜在碳层自动形成不连续部。因此，能够容易地制造出聚焦电极层与栅电极层不会借助于碳层而导通的电子发射元件。此外，通过在第2绝缘体层中设置刻蚀速率不同的2种绝缘体层，能够在优先对下绝缘体层进行刻蚀时保护聚焦电极层。

另外，优选上绝缘体层和下绝缘体层分别由PTEOS和PSIN构成，通过使用CDE（Chemical Drv Etching：化学干式刻蚀）法的各向同性刻蚀，优先对下绝缘体层进行刻蚀。

此外，该情况下，优选第2绝缘体层由相比于聚焦电极层刻蚀速率较高的材料构成，优选不连续部由超过聚焦电极层的层端进行刻蚀的第2绝缘体层的层端所面向的不能部成膜构成。

根据上述结构，第2绝缘体层的层端相比于聚焦电极层的层端后退，形成不能成膜部，由此，能够通过一次成膜在碳层自动形成不连续部。此外，构成第2绝缘体层的绝缘体层为单一层即可，因此能够减少绝缘体层的成膜工序数。