特許 6187436 電子放出装置及びそれを備えるトランジスタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6187436

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】電子放出装置及びそれを備えるトランジスタ

(51)【国際特許分類】

   H01J 1/304 20060101AFI20170821BHJP

   H01J 9/02 20060101ALI20170821BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20170821BHJP

【ＦＩ】

   H01J1/304

   H01J9/02 B

   H01S3/00 A

【請求項の数】12

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-234782(P2014-234782)

(22)【出願日】2014年11月19日

(65)【公開番号】特開2016-100121(P2016-100121A)

(43)【公開日】2016年5月30日

【審査請求日】2016年2月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】特許業務法人快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石川 剛

(72)【発明者】

【氏名】勝野 高志

(72)【発明者】

【氏名】副島 成雅

【審査官】 山口 敦司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２８９６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５００８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０１６２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２０８８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−０８４６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭４８−０１２６６５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 実公昭４７−０１１１４７（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 特開昭６１−２６７３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８８０９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｊ １／３０４

Ｈ０１Ｊ ９／０２

Ｈ０１Ｓ ３／００

Ｈ０１Ｊ １／３４

Ｈ０１Ｊ １／３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の上方に設けられており、開口が形成されている電子放出膜と、
前記電子放出膜に向けて光を照射するように構成されている光照射装置と、を備え、
前記電子放出膜は、前記開口を画定する端部に前記光が照射したときに、前記端部から電子を放出するように構成されており、
前記電子放出膜の前記開口は、前記基板の上面に対して直交する方向から観測したときに、長手方向を持って伸びる形状を有しており、
前記光照射装置は、電界の振動面が前記長手方向に直交する直線偏光のレーザ光を照射するように構成されている、電子放出装置。

【請求項2】

前記基板の材料は、前記光照射装置の前記光に対して透明であり、
前記光照射装置は、前記基板を透過して前記電子放出膜に前記光を照射するように構成されている、請求項１に記載の電子放出装置。

【請求項3】

前記電子放出膜の上方に設けられており、開口が形成されている引き出し電極をさらに備えており、
前記引き出し電極の前記開口は、前記電子放出膜の前記開口の上方に配置されている、請求項１又は２に記載の電子放出装置。

【請求項4】

前記基板の上面に対して直交する方向から観測したときに、前記電子放出膜の前記開口を画定する前記端部は、前記引き出し電極の前記開口の範囲内に存在する、請求項３に記載の電子放出装置。

【請求項5】

前記基板の上面には、凸部が形成されており、
前記凸部の側面の一部は、前記電子放出膜で被覆されており、
前記凸部の頂面は、前記電子放出膜の前記開口を介して露出する、請求項３又は４に記載の電子放出装置。

【請求項6】

基板と、
前記基板の上方に設けられており、開口が形成されているカソード膜と、
前記カソード膜の上方に設けられているアノード膜と、
前記カソード膜に向けて光を照射するように構成されている光照射装置と、を備え、
前記カソード膜は、前記開口を画定する端部に前記光が照射したときに、前記端部から電子を放出するように構成されており、
前記カソード膜の前記開口は、前記基板の上面に対して直交する方向から観測したときに、長手方向を持って伸びる形状を有しており、
前記光照射装置は、電界の振動面が前記長手方向に直交する直線偏光のレーザ光を照射するように構成されている、トランジスタ。

【請求項7】

前記基板の材料は、前記光照射装置の前記光に対して透明であり、
前記光照射装置は、前記基板を透過して前記カソード膜に前記光を照射するように構成されている、請求項６に記載のトランジスタ。

【請求項8】

前記カソード膜と前記アノード膜の間に設けられており、開口が形成されている引き出し電極をさらに備えており、
前記引き出し電極の前記開口は、前記カソード膜の前記開口の上方に配置されている、請求項６又は７に記載の電子放出装置。

【請求項9】

前記基板の上面に対して直交する方向から観測したときに、前記カソード膜の前記開口を画定する前記端部は、前記引き出し電極の前記開口の範囲内に存在する、請求項８に記載のトランジスタ。

【請求項10】

前記基板の上面には、凸部が形成されており、
前記凸部の側面の一部は、前記カソード膜で被覆されており、
前記凸部の頂面は、前記カソード膜の前記開口を介して露出する、請求項８又は９に記載のトランジスタ。

【請求項11】

基板と、
前記基板の上方に設けられており、開口が形成されている電子放出膜と、
前記電子放出膜の上方に設けられており、開口が形成されている引き出し電極と、を備え、
前記電子放出膜は、前記開口を画定する端部に光が照射したときに、前記端部から電子を放出するように構成されており、
前記引き出し電極の前記開口は、前記電子放出膜の前記開口の上方に配置されており、
前記基板の上面には、凸部が形成されており、
前記凸部の側面の一部は、前記電子放出膜で被覆されており、
前記凸部の頂面は、前記電子放出膜の前記開口を介して露出する、電子放出装置。

【請求項12】

基板と、
前記基板の上方に設けられており、開口が形成されているカソード膜と、
前記カソード膜の上方に設けられているアノード膜と、
前記カソード膜と前記アノード膜の間に設けられており、開口が形成されている引き出し電極と、を備え、
前記カソード膜は、前記開口を画定する端部に光が照射したときに、前記端部から電子を放出するように構成されており、
前記引き出し電極の前記開口は、前記カソード膜の前記開口の上方に配置されており、
前記基板の上面には、凸部が形成されており、
前記凸部の側面の一部は、前記カソード膜で被覆されており、
前記凸部の頂面は、前記カソード膜の前記開口を介して露出する、トランジスタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書で開示される技術は、電子放出装置に関する。さらに、本明細書で開示される技術は、電子放出装置を備えるトランジスタにも関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１、非特許文献１及び非特許文献２は、光誘起の電子放出装置を開示する。これらの電子放出装置は、電子放出源及びレーザ光照射装置を備える。電子放出源は、先鋭な円錐状金属を有する。これらの電子放出装置では、レーザ光照射装置のレーザ光が円錐状金属の先端に照射されると、円錐状金属の先端に光電場が印加され、トンネル効果によって、円錐状金属の先端から電子が放出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−２５７８９８号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Peter Hommelhoff, Yvan Sortais, Anoush Aghajani-Talesh, and Mark A. Kasevich, Physical Review Letters 96, 077401, (2006)

【非特許文献2】Anna Mustonen, Paul Beaud, Eugenie Kirk, Thomas Feurer, and Soichiro Tsujino, Scientific Reports 2, p.915, (2012)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電子放出源として利用される円錐状金属は、金属線を加工して形成される。電子放出の効率を高めるためには、円錐状金属の先端の曲率半径を小さくすることが望ましい。しかしながら、金属線をこのような形状に高精度に加工することは、技術的に困難である。本明細書は、製造が容易な光誘起の電子放出装置を提供することを目的とする。本明細書はさらに、製造が容易な光誘起の電子放出装置を備えるトランジスタを提供することも目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書で開示される電子放出装置の一実施形態は、基板及び電子放出膜を備える。電子放出膜は、基板の上方に設けられている。電子放出膜には、開口が形成されている。電子放出膜は、開口を画定する端部に光が照射したときに、その端部から電子を放出するように構成されている。この電子放出装置は、電子放出膜の開口を画定する端部に光が照射されて光電場が印加されたときに、その端部から電子を放出することができる。この電子放出装置は、電子放出膜を電子放出源として利用し、電子放出膜の開口を画定する端部を電子放出領域として機能させる。このような電子放出領域は、電子放出膜に開口を形成することで容易に得ることができる。このため、この電子放出装置は、製造が容易な構造であると評価できる。

【0007】

本明細書で開示されるトランジスタの一実施形態は、基板、カソード膜及びアノード膜を備える。カソード膜は、基板の上方に設けられている。カソード膜には、開口が形成されている。アノード膜は、カソード膜の上方に設けられている。カソード膜は、開口を画定する端部に光が照射したときに、その端部から電子を放出するように構成されている。このトランジスタは、カソード膜の開口を画定する端部に光が照射されて光電場が印加されたときに、その端部から電子を放出することができる。カソード膜から放出された電子は、アノード膜に流入する。このように、このトランジスタは、光照射に基づいて、カソード膜とアノード膜の間を流れる電流を制御することができる。このトランジスタは、カソード膜を電子放出源として利用し、カソード膜の開口を画定する端部を電子放出領域として機能させる。このような電子放出領域は、カソード膜に開口を形成することで容易に得ることができる。このため、このトランジスタは、製造が容易な構造であると評価できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施例の電子放出装置の要部斜視図を模式的に示す。

【図2】第１実施例の電子放出装置の要部平面図を模式的に示す。

【図3】第１実施例の変形例の電子放出装置の要部平面図を模式的に示す。

【図4】第１実施例の変形例の電子放出装置の要部平面図を模式的に示す。

【図5A】第１実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図5B】第１実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図5C】第１実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図5D】第１実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図5E】第１実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図5F】第１実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図6】第２実施例の電子放出装置の要部斜視図を模式的に示す。

【図7A】第２実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図7B】第２実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図7C】第２実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図7D】第２実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図7E】第２実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図7F】第２実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図7G】第２実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図7H】第２実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図7I】第２実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図7J】第２実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図7K】第２実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図7L】第２実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図8】第３実施例の電子放出装置の要部斜視図を模式的に示す。

【図9A】第３実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図9B】第３実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図9C】第３実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図9D】第３実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図9E】第３実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図9F】第３実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図9G】第３実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図10】第４実施例の電子放出装置の要部斜視図を模式的に示す。

【図11】第４実施例の変形例の電子放出装置の要部斜視図を模式的に示す。

【図12A】第４実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図12B】第４実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図12C】第４実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図12D】第４実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図12E】第４実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図12F】第４実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図12G】第４実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【図12H】第４実施例の電子放出装置の製造過程の一工程を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。

【0010】

本明細書で開示される電子放出装置の一実施形態は、例えば、フィールドエミッションアレイとして構成されてもよい。この電子放出装置の用途としては、例えば、トランジスタ、電子線リソグラフィ又は電子表示装置等が挙げられる。本明細書で開示される電子放出装置の一実施形態は、基板及び電子放出膜を少なくとも備えていてもよい。基板の材料は、特に限定されるものではないが、半導体又は絶縁体であるのが望ましい。電子放出膜は、基板の上方に設けられており、開口が形成されている。電子放出膜は、基板の上面に直接的に接触するように基板の上方に設けられていてもよく、他の部材を介して基板の上方に設けられていてもよい。電子放出膜には、単一の開口が形成されていてもよく、複数の開口が形成されていてもよい。電子放出膜の開口の形状は、特に限定されるものではなく、様々な形状を採用することができる。また、電子放出膜に複数の開口が形成されている場合、複数の開口はストライプ状に配置されていてもよく、複数行と複数列で構成される格子状に配置されていてもよい。電子放出膜は、電子放出源として利用されるものであり、自由電子を含む材料であるのが望ましい。電子放出膜の材料は、モリブテン又はタングステン等の遷移金属の単体又は遷移金属の化合物であってもよい。あるいは、電子放出膜の材料は、金、銀、銅、アルミニウム又は白金等の金属であってもよい。あるいは、電子放出膜の材料は、バリウムを含むアルカリ土類金属の酸化物であってもよい。あるいは、電子放出膜の材料は、ダイヤモンド又はグラファイトであってもよい。電子放出膜は、開口を画定する端部に光が照射したときに、端部から電子を放出するように構成されている。このため、電子放出膜は、平板状の薄膜であるのが望ましい。

【0011】

本明細書で開示される電子放出装置の一実施形態は、光照射装置をさらに備えていてもよい。光照射装置は、電子放出膜に向けて光を照射するように構成されている。光照射装置の種類は、特に限定されるものではないが、半導体レーザ、固体レーザ又は気体レーザを光照射装置として採用することができる。この実施形態の電子放出装置は、光照射装置の光照射に基づいて、電子放出膜からの電子の放出を制御することができる。

【0012】

電子放出膜の開口は、基板の上面に対して直交する方向から観測したときに、長手方向を持って伸びる形状を有していてもよい。この場合、光照射装置は、電界の振動面が電子放出膜の開口の長手方向に直交する直線偏光のレーザ光を照射するように構成されているのが望ましい。ここで、直線偏光のレーザ光は、連続発振のレーザであってもよく、パルス発振レーザであってもよい。この実施形態の電子放出装置は、電子放出膜の開口を画定する端部のうちの長手方向に沿って伸びる端部において、光電場が効率的に印加され、電界集中が促進される。この結果、この実施形態の電子放出装置は、電界電子放出の効率が高いという特徴を有することができる。

【0013】

基板の材料は、光照射装置の光に対して透明であってもよい。具体的には、基板の材料は、光照射装置の光の透過率が少なくとも８０％以上であるのが望ましい。この場合、光照射装置は、基板を透過して電子放出膜に光を照射するように構成されているのが望ましい。この実施形態の電子放出装置では、光照射装置の光が透明な基板を透過して電子放出膜に照射されるので、光照射装置の光が効率的に電子放出膜に照射される。この結果、この実施形態の電子放出装置は、電界電子放出の効率が高いという特徴を有することができる。

【0014】

本明細書で開示される電子放出装置の一実施形態は、引き出し電極をさらに備えていてもよい。引き出し電極は、電子放出膜の上方に設けられており、開口が形成されている。引き出し電極の開口は、電子放出膜の開口の上方に配置されている。このような引き出し電極が設けられていると、必要に応じて、電子放出膜と引き出し電極の間に電圧を印加したときに、電子放出膜の開口を画定する端部の電界強度を高くすることができる。この実施形態の電子放出装置は、光照射による光電場だけでは電界電子放出ができないときに、電子放出膜と引き出し電極の間に電圧を印加することで、電界電子放出を行うことができる。

【0015】

基板の上面に対して直交する方向から観測したときに、電子放出膜の開口を画定する端部は、引き出し電極の開口の範囲内に存在するのが望ましい。電子放出膜の開口と引き出し電極の開口がこのような位置関係に配置されていると、電子放出膜の開口を画定する端部から放出された電子は、引き出し電極の開口を効率的に通過して、引き出し電極の上方に引き出される。

【0016】

引き出し電極を備える電子放出装置の一実施形態では、基板が凸部を有していてもよい。この場合、凸部の側面の一部は、電子放出膜で被覆されているのが望ましい。さらに、凸部の頂面は、電子放出膜の開口を介して露出するのが望ましい。この実施形態の電子放出装置では、電子放出膜と引き出し電極の間に印加する電圧が低い場合でも、電子放出膜の開口を画定する端部の電界強度が高くなる。このため、この実施形態の電子放出装置は、電子放出膜と引き出し電極の間に印加する電圧が低い場合でも、電界電子放出を行うことができる。

【0017】

本明細書で開示されるトランジスタの一実施形態は、基板、カソード膜及びアノード膜を少なくとも備えていてもよい。基板の材料は、特に限定されるものではないが、半導体又は絶縁体であるのが望ましい。カソード膜は、基板の上方に設けられており、開口が形成されている。カソード膜は、基板の上面に直接的に接触するように基板の上方に設けられていてもよく、他の部材を介して基板の上方に設けられていてもよい。カソード膜には、単一の開口が形成されていてもよく、複数の開口が形成されていてもよい。カソード膜の開口の形状は、特に限定されるものではない。また、カソード膜に複数の開口が形成されている場合、複数の開口はストライプ状に配置されていてもよく、複数行と複数列で構成される格子状に配置されていてもよい。カソード膜は、電子放出源として利用されるものであり、自由電子を含む材料であるのが望ましい。カソード膜の材料は、モリブテン又はタングステン等の遷移金属の単体又は遷移金属の化合物であってもよい。あるいは、カソード膜の材料は、金、銀、銅、アルミニウム、タングステン又は白金等の金属であってもよい。あるいは、カソード膜の材料は、バリウムを含むアルカリ土類金属の酸化物であってもよい。あるいは、カソード膜の材料は、ダイヤモンド又はグラファイトであってもよい。アノード膜は、カソード膜の上方に設けられている。カソード膜は、開口を画定する端部に光が照射したときに、端部から電子を放出するように構成されている。このため、カソード膜は、平板状の薄膜であるのが望ましい。

【0018】

本明細書で開示されるトランジスタの一実施形態は、光照射装置をさらに備えていてもよい。光照射装置は、カソード膜に向けて光を照射するように構成されている。光照射装置の種類は、特に限定されるものではないが、半導体レーザ、固体レーザ又は気体レーザを光照射装置として採用することができる。この実施形態のトランジスタは、光照射装置の光照射に基づいて、カソード膜とアノード膜の間を流れる電流を制御することができる。

【0019】

カソード膜の開口は、基板の上面に対して直交する方向から観測したときに、長手方向を持って伸びる形状を有していてもよい。この場合、光照射装置は、電界の振動面がカソード膜の開口の長手方向に直交する直線偏光のレーザ光を照射するように構成されているのが望ましい。ここで、直線偏光のレーザ光は、連続発振のレーザであってもよく、パルス発振レーザであってもよい。この実施形態のトランジスタは、電子放出膜の開口を画定する端部のうちの長手方向に沿って伸びる端部において、光電場が効率的に印加され、電界集中が促進される。この結果、この実施形態のトランジスタは、電界電子放出の効率が高いという特徴を有することができる。

【0020】

基板の材料は、光照射装置の光に対して透明であってもよい。具体的には、基板の材料は、光照射装置の光の透過率が少なくとも８０％以上であるのが望ましい。この場合、光照射装置は、基板を透過してカソード膜に光を照射するように構成されているのが望ましい。この実施形態のトランジスタでは、光照射装置の光が透明な基板を透過して電子放出膜に照射されるので、光照射装置の光が効率的に電子放出膜に照射される。この結果、この実施形態のトランジスタは、電界電子放出の効率が高いという特徴を有することができる。

【0021】

本明細書で開示されるトランジスタの一実施形態は、カソード膜とアノード膜の間に設けられている引き出し電極をさらに備えていてもよい。引き出し電極の開口は、カソード膜の開口の上方に配置されている。このような引き出し電極が設けられていると、必要に応じて、カソード膜と引き出し電極の間に電圧を印加することで、カソード膜の開口を画定する端部の電界強度を高くすることができる。この実施形態のトランジスタは、光照射による光電場だけでは電界電子放出ができないときに、カソード膜と引き出し電極の間に電圧を印加することで、電界電子放出を行うことができる。

【0022】

基板の上面に対して直交する方向から観測したときに、カソード膜の開口を画定する端部は、引き出し電極の開口の範囲内に存在するのが望ましい。カソード膜の開口と引き出し電極の開口がこのような位置関係に配置されていると、カソード膜の開口を画定する端部から放出された電子は、引き出し電極の開口を効率的に通過して、引き出し電極の上方に引き出される。

【0023】

引き出し電極を備えるトランジスタの一実施形態では、基板が凸部を有していてもよい。この場合、凸部の側面の一部は、カソード膜で被覆されているのが望ましい。さらに、凸部の頂面は、カソード膜の開口を介して露出するのが望ましい。この実施形態のトランジスタでは、カソード膜と引き出し電極の間に印加する電圧が低い場合でも、カソード膜の開口を画定する端部の電界強度が高くなる。このため、この実施形態のトランジスタは、カソード膜と引き出し電極の間に印加する電圧が低い場合でも、電界電子放出を行うことができる。

【実施例1】

【0024】

図１に示されるように、電子放出装置１は、真空中に電子を放出する装置であり、フィールドエミッションアレイとして構成されている。電子放出装置１は、基板１２、電子放出膜１４、絶縁膜１６、引き出し電極１８及びレーザ光照射装置２０を備える。

【0025】

基板１２は、レーザ光照射装置２０から出射されるレーザ光に対して透明な材料で形成されている。後述するように、この例では、レーザ光照射装置２０から出射されるレーザ光の波長域は、赤外から近赤外である。このため、この例では、基板１２の材料には、炭化珪素（ＳｉＣ）若しくは窒化ガリウム（ＧａＮ）のワイドバンドギャップ半導体、サファイア又は酸化マグネシウムが用いられている。

【0026】

電子放出膜１４は、基板１２の上面の一部を被覆しており、基板１２の上面に直接的に接する。電子放出膜１４は、平板状の薄膜である。電子放出膜１４は、電子放出源として利用される。このため、電子放出膜１４には、自由電子を含む材料が用いられるのが望ましい。この例では、電子放出膜１４の材料には、タングステンが用いられている。

【0027】

電子放出膜１４には、複数の開口１４Ａが形成されている。図２に示されるように、電子放出膜１４の複数の開口１４Ａの各々は、基板１２の上面に対して直交する方向（以下、ｚ軸方向という）から観測したときに、ｙ軸方向に長手方向を持って伸びる矩形状に形成されている。さらに、電子放出膜１４の複数の開口１４Ａは、基板１２の上面において、ｘ軸方向に等間隔に並んだストライプ状に配置されている。なお、図１及び図２は、電子放出装置１の要部を図示するものであり、実際には、より多くの開口１４Ａがｘ軸方向に並んでいる。

【0028】

絶縁膜１６は、電子放出膜１４と引き出し電極１８の間に設けられており、電子放出膜１４と引き出し電極１８の各々に直接的に接する。絶縁膜１６は、電子放出膜１４と引き出し電極１８を電気的に絶縁する。この例では、絶縁膜１６の材料には、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）が用いられている。

【0029】

引き出し電極１８は、絶縁膜１６の上面を被覆しており、絶縁膜１６の上面に直接的に接する。後述するように、引き出し電極１８は、電子放出膜１４との間に電位差が生じるように正電圧が印加されて用いられる。このため、引き出し電極１８は、導体、特に金属であるのが望ましい。この例では、引き出し電極１８の材料には、モリブテンが用いられている。

【0030】

引き出し電極１８には、複数の開口１８Ａが形成されている。引き出し電極１８の複数の開口１８Ａの各々は、ｚ軸方向に沿って電子放出膜１４の複数の開口１４Ａの各々に対応して設けられている。引き出し電極１８の開口１８Ａと電子放出膜１４の開口１４Ａは、絶縁膜１６に形成されている空間を介して連通するように配置されている。図２に示されるように、引き出し電極１８の複数の開口１８Ａの各々は、ｚ軸方向から観測したときに、ｙ軸方向に長手方向を持って伸びる矩形状に形成されており、電子放出膜１４の開口１４Ａと相似形であり、電子放出膜１４の開口１４Ａよりも大きい。このため、電子放出膜１４の開口１４Ａを画定する端部１４ａは、ｚ軸方向から観測したときに、引き出し電極１８の開口１８Ａの範囲内に存在する。

【0031】

レーザ光照射装置２０は、基板１２の下面に対向するように配置されており、基板１２を透過して電子放出膜１４にレーザ光を照射するように構成されている。この例では、レーザ光照射装置２０には、チタンサファイアレーザが用いられている。このため、レーザ光照射装置２０は、約６５０ｎｍ〜１１００ｎｍの赤外から近赤外の波長域のレーザ光を出射する。また、レーザ光照射装置２０は、出射されるレーザ光が電子放出膜１４に対してｐ偏光となるように構成されている。この例では、レーザ光照射装置２０は、出射されるレーザ光の電界の振動面がｘｚ面となるように構成されている。このため、レーザ光の電界の振動面が、電子放出膜１４の開口１４Ａの長手方向（ｙ軸方向）に直交する関係になっている。

【0032】

次に、電子放出装置１の動作を説明する。まず、電子放出膜１４に対して引き出し電極１８が正電位となるように、電子放出膜１４と引き出し電極１８の間に電圧が印加される。これにより、電子放出膜１４の開口１４Ａを画定する端部１４ａの電界強度が高くなる。このとき、電子放出膜１４の端部１４ａの電界強度が１０^７Ｖ／ｃｍ以下となるように、電子放出膜１４と引き出し電極１８の間に印加される電圧が設定される。

【0033】

電子放出装置１は、レーザ光照射装置２０のレーザ光を利用して、電子放出膜１４からの電子の放出を制御する。レーザ光照射装置２０のレーザ光が電子放出膜１４に照射されないときは、上記したように、電子放出膜１４の端部１４ａの電界強度が１０^７Ｖ／ｃｍ以下であり、電子放出膜１４から電子が放出しない。一方、レーザ光照射装置２０のレーザ光が電子放出膜１４に照射されると、電子放出膜１４の端部１４ａに光電場が重畳され、電子放出膜１４の端部１４ａの電界強度が高くなる。さらに、電子放出膜１４の端部１４ａでは、プラズモン共鳴が発生し、電子放出膜１４の端部１４ａの電界強度が高くなる。レーザ光照射装置２０のレーザ光が電子放出膜１４に照射されると、これらの現象により、電子放出膜１４の端部１４ａの電界強度が電界電子放出に十分な値まで高くなる。この結果、電子放出膜１４に存在する電子は、量子力学的なトンネル効果によって真空障壁を透過し、電子放出膜１４の端部１４ａから真空中に放出される。電子放出膜１４から放出された電子は、引き出し電極１８の開口１８Ａを通過して引き出し電極１８の上方の空間に引き出される。

【0034】

上記したように、電子放出装置１は、レーザ光照射装置２０のレーザ光が電子放出膜１４に照射したときに電子放出膜１４の端部１４ａからの電子の放出を実行し、レーザ光照射装置２０のレーザ光が電子放出膜１４に照射しないときに電子放出膜１４の端部１４ａからの電子の放出を停止するように動作する。電子放出装置１は、レーザ光照射装置２０のレーザ光を利用して電界電子放出を制御することができるので、電気的なノイズに対して強く、高速動作が可能という特徴を有する。さらに、電子放出装置１に印加される電圧は、電子放出膜１４と引き出し電極１８の間のみであり、その間は絶縁膜１６によって絶縁が確保されている。電子放出装置１は、簡易な構成で絶縁を確保することができるので、信頼性が高いという特徴も有する。

【0035】

電子放出装置１では、電子放出膜１４の開口１４Ａを画定する端部１４ａが、電子放出領域として機能する。このため、電子放出膜１４の厚みが薄ければ、電子放出膜１４の端部１４ａの曲率半径が小さくなり、電子放出膜１４の端部１４ａにおける電界集中が促進される。電子放出膜１４の端部１４ａの曲率半径が小さければ、レーザ光照射装置２０のレーザ光の照射に対して効率的に電子を放出することができる。電子放出装置１は、電子放出膜１４の厚みを調整するだけで、電子放出領域として機能する電子放出膜１４の端部１４ａの曲率半径を調整することができる。このように、電子放出装置１では、電子放出膜１４に開口１４Ａを形成するという容易な加工によって、高効率な電子放出領域を構成することができる。電子放出装置１は、製造が容易な構造であるという特徴を有する。なお、電子放出膜１４の端部１４ａの厚みは、電界電子放出が可能な厚みであればよく、求められる特性等に応じて適宜調整される。一例では、電子放出膜１４の端部１４ａの厚みは、約１０〜１００ｎｍであるのが望ましい。また、電子放出膜１４の端部１４ａの厚みを薄くするために、電子放出膜１４の全体の厚みを薄くしてもよいし、必要に応じて、電子放出膜１４の端部１４ａのみを薄くし、他の部分を厚くしてもよい。

【0036】

上記したように、電子放出装置１は、レーザ光照射装置２０のレーザ光が基板１２を透過して電子放出膜１４に照射されるように構成されている。このため、レーザ光照射装置２０のレーザ光は、他部材に遮られることなく、効率的に電子放出膜１４に照射される。

【0037】

電子放出装置１では、レーザ光照射装置２０から出射されるレーザ光が電子放出膜１４に対してｐ偏光であり、レーザ光の電界の振動面が電子放出膜１４の開口１４Ａの長手方向（ｙ軸方向）に直交する関係になっている。このため、電子放出膜１４の開口１４Ａを画定する端部１４ａのうちのｙ軸方向に伸びる一対の端部１４ａには、レーザ光照射装置２０から出射されるレーザ光による光電場が効率的に重畳する。電子放出装置１では、電子放出膜１４の開口１４Ａがｙ軸方向に長手方向を持つ矩形状なので、ｙ軸方向に伸びる一対の端部１４ａが長く形成されている。このため、電子放出装置１は、その長尺な一対の端部１４ａにおいて電界電子放出を行うことができるので、高効率に電界電子放出を行うことができる。

【0038】

また、電界電子放出の効率をさらに向上させるために、図２に示されるように、電子放出膜１４の開口１４Ａを画定する一対の端部１４ａ間の距離（以下、電子放出膜１４の開口幅１４Ｗという）は、レーザ光照射装置２０のレーザ光の波長に対して短くするのが望ましい。この例では、電子放出膜１４の開口幅１４Ｗは、約３００〜１０００ｎｍであるのが望ましい。電子放出膜１４の開口幅１４Ｗがレーザ光照射装置２０のレーザ光の波長よりも短ければ、レーザ光が電子放出膜１４を超えて引き出し電極１８に到達することが抑えられ、引き出し電極１８の発熱が抑えられる。さらに、電子放出膜１４の開口幅１４Ｗが短いと、電子放出領域として機能する電子放出膜１４の端部１４ａが高密度に配置されるので、電子放出装置１は、高効率に電界電子放出を行うことができる。

【0039】

また、電子放出装置１では、電子放出膜１４が基板１２の上面に直接的に接する。このような形態では、基板１２は、半絶縁性の材料であるのが望ましい。例えば、基板１２の材料は、炭化珪素又は窒化ガリウム等の高抵抗なワイドバンドギャップ半導体であるのが望ましい。この場合、電子放出膜１４と引き出し電極１８の間に印加される電圧によって形成される等電位線が、電子放出膜１４の開口１４Ａを通って基板１２内に入り込むように屈曲する。このように、比誘電率が１よりも大きい基板材料であれば、電子放出膜１４の下部が真空の場合と比して、等電位線が電子放出膜１４の開口１４Ａを通って基板１２内に深く入り込むように屈曲する。このため、電子放出膜１４の開口１４Ａを画定する端部１４ａの電界集中が促進され、電界電子放出の効率が向上する。

【0040】

図３に示されるように、電子放出膜１４の開口１４Ａの形状は、ｚ軸方向から観測したときに、ｙ軸方向に伸びる一対の端部１４ａにおいて、複数個の直角な部分が含まれるように構成されていてもよい。あるいは、図４に示されるように、電子放出膜１４の開口１４Ａの形状は、ｚ軸方向から観測したときに、ｙ軸方向に伸びる一対の端部１４ａにおいて、複数個の鋭角な部分が含まれるように構成されていてもよい。このような直角又は鋭角な部分は、曲率半径がさらに小さくなり、電界集中がさらに促進され、電界電子放出の効率がさらに向上する。

【0041】

次に、図５を参照して、電子放出装置１の製造方法を説明する。まず、図５Ａに示されるように、基板１２を準備する。

【0042】

次に、図５Ｂに示されるように、蒸着技術を利用して、基板１２の上面に電子放出膜１４を堆積する。さらに、フォトリソグラフィ技術を利用して、電子放出膜１４の上面にフォトマスク４２をパターニングする。フォトマスク４２は、電子放出膜１４に形成される開口の位置に対応する範囲が除かれるようにパターニングされる。

【0043】

次に、図５Ｃに示されるように、ドライエッチング技術又はウェットエッチング技術を利用して、フォトマスク４２の開口から露出する電子放出膜１４の一部を除去して開口１４Ａを形成し、基板１２の上面の一部を露出させる。その後、フォトマスク４２を除去する。

【0044】

次に、図５Ｄに示されるように、ＣＶＤ技術を利用して、電子放出膜１４の上面に絶縁膜１６を堆積する。さらに、蒸着技術を利用して、絶縁膜１６の上面に引き出し電極１８を堆積する。

【0045】

次に、図５Ｅに示されるように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、引き出し電極１８の一部を除去して開口１８Ａを形成し、絶縁膜１６の上面の一部を露出させる。

【0046】

次に、図５Ｆに示されるように、ウェットエッチング技術を利用して、引き出し電極１８の開口１８Ａから露出する絶縁膜１６を除去する。エッチング液には弗化水素が用いられる。これにより、絶縁膜１６の一部が除去され、電子放出膜１４の開口１４Ａと引き出し電極１８の開口１８Ａが連通する。最後に、レーザ光照射装置２０を取り付けることにより、電子放出装置１が完成する。

【実施例2】

【0047】

図６に、実施例２の電子放出装置２を示す。なお、図１の電子放出装置１と実質的に共通する構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0048】

電子放出装置２では、基板１２の上面にメサ段差状の複数の凸部１２Ａが形成されている。凸部１２の側面の一部は、電子放出膜１４で被覆されている。凸部の頂面は、電子放出膜１４の開口１４Ａを介して露出する。このため、電子放出膜１４の開口１４Ａを画定する端部１４ａは、引き出し電極１８に向けて突出するように構成されている。

【0049】

この電子放出装置２では、電子放出膜１４と引き出し電極１８の間に電圧が印加されたときに、電子放出膜１４の開口１４Ａを画定する端部１４ａの電界強度が、電子放出装置１に比して強くなる。このため、電子放出膜１４と引き出し電極１８の間に印加する電圧が低くても、電子放出装置２は、高効率に電界電子放出を行うことができる。電子放出膜１４と引き出し電極１８の間に印加する電圧を低く抑えることができるので、電子放出装置２は、絶縁破壊が抑えられ、高い信頼性を有することができる。

【0050】

次に、図７を参照して、電子放出装置２の製造方法を説明する。まず、図７Ａに示されるように、基板１２を準備する。

【0051】

次に、図７Ｂに示されるように、フォトリソグラフィ技術を利用して、基板１２の上面にフォトマスク４４をパターニングする。フォトマスク４４は、基板１２の上面に形成される凸部の位置に対応する範囲に残存するようにパターニングされる。

【0052】

次に、図７Ｃに示されるように、ドライエッチング技術又はウェットエッチング技術を利用して、基板１２の上面を加工し、メサ段差状の凸部１２Ａを形成する。

【0053】

次に、図７Ｄに示されるように、フォトマスク４４を除去する。

【0054】

次に、図７Ｅに示されるように、蒸着技術を利用して、基板１２の上面に電子放出膜１４を堆積する。電子放出膜１４は、凸部１２Ａの側面及び頂面を含む基板１２の上面を完全に被覆する。

【0055】

次に、図７Ｆに示されるように、ＣＶＤ技術を利用して、電子放出膜１４の上面にマスク４６を堆積する。マスク４６の材料は、例えば、酸化シリコンである。なお、この堆積工程では、次工程のエッチバック工程のために、マスク４６の上面が平坦であるのが望ましい。このため、堆積されるマスク４６は、リン又はボロンを添加した流動性に優れたものであるのが望ましい。あるいは、マスク４６を堆積した後に、マスク４６の上面を平坦化する熱処理工程を実施してもよい。あるいは、マスク４６を堆積した後に、ＣＭＰ技術を利用して、マスク４６の上面を平坦化してもよい。

【0056】

次に、図７Ｇに示されるように、ドライエッチング技術又はウェットエッチング技術を利用して、基板１２の凸部１２Ａの側面を被覆する電子放出膜１４が露出するまでマスク４６をエッチバックする。

【0057】

次に、図７Ｈに示されるように、ドライエッチング技術又はウェットエッチング技術を利用して、マスク４６で被覆されていない電子放出膜１４の一部を除去して開口１４Ａを形成し、基板１２の凸部１２の側面の一部及び頂面を露出させる。

【0058】

次に、図７Ｉに示されるように、ドライエッチング技術又はウェットエッチング技術を利用して、マスク４６を除去する。

【0059】

次に、図７Ｊに示されるように、ＣＶＤ技術を利用して、電子放出膜１４の上面に絶縁膜１６を堆積する。さらに、蒸着技術を利用して、絶縁膜１６の上面に引き出し電極１８を堆積する。

【0060】

次に、図７Ｋに示されるように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、引き出し電極１８の一部を除去して開口１８Ａを形成し、絶縁膜１６の上面の一部を露出させる。

【0061】

次に、図７Ｌに示されるように、ウェットエッチング技術を利用して、引き出し電極１８の開口１８Ａから露出する絶縁膜１６を除去する。エッチング液には、弗化水素が用いられる。これにより、絶縁膜１６の一部が除去され、電子放出膜１４の開口１４Ａと引き出し電極１８の開口１８Ａが連通する。最後に、レーザ光照射装置２０を取り付けることにより、電子放出装置２が完成する。

【実施例3】

【0062】

図８に、実施例３の電子放出装置３を示す。なお、図１の電子放出装置１と実質的に共通する構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0063】

電子放出装置３は、基板１２と電子放出膜１４の間に設けられている下側絶縁膜１３を備える。下側絶縁膜１３の材料には、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）が用いられている。下側絶縁膜１３は、電子放出膜１４の開口１４Ａの下方部分が選択的に除去されている。これにより、電子放出膜１４の開口１４Ａを画定する端部１４ａは、他部材から突出して真空中に浮いた状態で設けられている。

【0064】

例えば、図１に示す電子放出装置１では、基板１２の材料に絶縁体が用いられた場合、基板１２のスクリーニング効果（等電位線が電子放出膜１４の開口１４Ａから基板１２に入り込まない）によって、電子放出膜１４の開口１４Ａを画定する端部１４ａの電界強度が弱くなる。一方、本実施例の電子放出装置３では、電子放出膜１４の開口１４Ａを画定する端部１４ａが真空中に浮いた状態で設けられているので、基板１２の材料に関わらず、等電位線が電子放出膜１４の開口１４Ａから下方に入り込むように形成される。このように、電子放出装置３は、基板１２の材料選択の自由度が高くなるという特徴を有する。

【0065】

次に、図９を参照して、電子放出装置３の製造方法を説明する。まず、図９Ａに示されるように、基板１２を準備する。

【0066】

次に、図９Ｂに示されるように、ＣＶＤ技術を利用して、基板１２の上面に下側絶縁膜１３を堆積する。さらに、蒸着技術を利用して、下側絶縁膜１３の上面に電子放出膜１４を堆積する。

【0067】

次に、図９Ｃに示されるように、フォトリソグラフィ技術を利用して、電子放出膜１４の上面にフォトマスク４８をパターニングする。フォトマスク４８は、電子放出膜１４に形成される開口の位置に対応する範囲が除かれるようにパターニングされる。

【0068】

次に、図９Ｄに示されるように、ドライエッチング技術又はウェットエッチング技術を利用して、フォトマスク４８の開口から露出する電子放出膜１４の一部を除去して開口１４Ａを形成し、下側絶縁膜１３の上面の一部を露出させる。その後、フォトマスク４８を除去する。

【0069】

次に、図９Ｅに示されるように、ＣＶＤ技術を利用して、電子放出膜１４の上面に絶縁膜１６を堆積する。さらに、蒸着技術を利用して、絶縁膜１６の上面に引き出し電極１８を堆積する。

【0070】

次に、図９Ｆに示されるように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、引き出し電極１８の一部を除去して開口１８Ａを形成し、絶縁膜１６の上面の一部を露出させる。

【0071】

次に、図９Ｇに示されるように、ウェットエッチング技術を利用して、引き出し電極１８の開口１８Ａから露出する絶縁膜１６を除去する。エッチング液には、弗化水素が用いられる。絶縁膜１６の一部が除去されて電子放出膜１４が露出すると、その電子放出膜１４の開口１４Ａから露出する下側絶縁膜１３に向けてもエッチングが進行する。これにより、絶縁膜１６の一部が除去されて電子放出膜１４の開口１４Ａと引き出し電極１８の開口１８Ａが連通するとともに、下側絶縁膜１３の一部が除去されて電子放出膜１４の開口１４Ａを画定する端部１４ａが他部材から突出した状態となる。最後に、レーザ光照射装置２０を取り付けることにより、電子放出装置３が完成する。

【実施例4】

【0072】

図１０に、電子放出装置を備える３極管構成のトランジスタ４を示す。なお、図１の電子放出装置１と実質的に共通する構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0073】

トランジスタ４は、電子放出装置に加えて、上側絶縁膜３２及びアノード膜３４を備える。トランジスタ４では、電子放出膜１４（トランジスタ４においてカソード膜として機能する）とアノード膜３４の間の空間が真空に維持されている。

【0074】

上側絶縁膜３２は、引き出し電極１８とアノード膜３４の間に設けられており、引き出し電極１８とアノード膜３４の各々に直接的に接する。上側絶縁膜３２は、引き出し電極１８とアノード膜３４を電気的に絶縁する。この例では、上側絶縁膜３２の材料には、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）が用いられている。

【0075】

アノード膜３４は、上側絶縁膜３２の上面を被覆しており、上側絶縁膜３２の上面に直接的に接する。アノード膜３４は、上側絶縁膜３２の空間を介して引き出し電極１８の開口１８Ａに連通する。アノード膜３４には、電子放出膜１４の端部１４ａから放出された電子が流入する。このため、アノード膜３４は、導体、特に金属であるのが望ましい。この例では、アノード膜３４の材料には、モリブテンが用いられている。

【0076】

次に、トランジスタ４の動作を説明する。まず、電子放出膜１４に対して引き出し電極１８が正電位となるように、さらに、引き出し電極１８に対してアノード膜３４が正電位となるように、電子放出膜１４と引き出し電極１８の間及び引き出し電極１８とアノード膜３４の間の各々に電圧が印加される。一例では、電子放出膜１４に０Ｖ（接地電位）が印加され、引き出し電極１８に＋１００Ｖが印加され、アノード膜３４に＋１１０Ｖが印加される。電子放出膜１４に対して引き出し電極１８が正電位となるので、電子放出膜１４の開口１４Ａを画定する端部１４ａの電界強度が高くなる。このとき、電子放出膜１４の端部１４ａの電界強度が１０^７Ｖ／ｃｍ以下となるように、電子放出膜１４と引き出し電極１８の間に印加される電圧が設定される。

【0077】

トランジスタ４は、レーザ光照射装置２０のレーザ光を利用して、アノード膜３４から電子放出膜１４に流れる電流を制御する。レーザ光照射装置２０のレーザ光が電子放出膜１４に照射されないときは、上記したように、電子放出膜１４の端部１４ａの電界強度が１０^７Ｖ／ｃｍ以下であり、電子放出膜１４から電子が放出しない。一方、レーザ光照射装置２０のレーザ光が電子放出膜１４に照射されると、電子放出膜１４の端部１４ａに光電場が重畳され、電子放出膜１４の端部１４ａの電界強度が高くなる。さらに、電子放出膜１４の端部１４ａでは、プラズモン共鳴が発生し、電子放出膜１４の端部１４ａの電界強度が高くなる。レーザ光照射装置２０のレーザ光が電子放出膜１４に照射されると、これらの現象により、電子放出膜１４の端部１４ａの電界強度が電界電子放出に十分な値まで高くなる。この結果、電子放出膜１４に存在する電子は、量子力学的なトンネル効果によって真空障壁を透過し、電子放出膜１４の端部１４ａから真空中に放出される。電子放出膜１４から放出された電子は、引き出し電極１８の開口１８Ａを通過してアノード膜３４に流入する。これにより、アノード膜３４から電子放出膜１４に向けて電流が流れる。

【0078】

上記したように、トランジスタ４は、レーザ光照射装置２０のレーザ光が電子放出膜１４に照射したときに電子放出膜１４の端部１４ａから電子を放出して電流を流し、レーザ光照射装置２０のレーザ光が電子放出膜１４に照射しないときに電子放出膜１４の端部１４ａからの電子の放出を停止して電流を止めるように動作する。トランジスタ４は、レーザ光照射装置２０のレーザ光を利用して、アノード膜３４から電子放出膜１４に流れる電流のオンとオフを切換えるように制御することができる。このように、トランジスタ４は、レーザ光照射装置２０のレーザ光を利用して電流を制御することができるので、電気的なノイズに対して強く、高速動作が可能という特徴を有する。さらに、トランジスタ４に印加される電圧は、電子放出膜１４と引き出し電極１８の間及び引き出し電極１８とアノード膜３４の間のみであり、それらの間は絶縁膜１６及び上側絶縁膜３２によって絶縁が確保されている。トランジスタ４は、簡易な構成で絶縁を確保することができるので、信頼性が高いという特徴も有する。

【0079】

また、トランジスタ４は、電子放出膜１４とアノード膜３４の間が真空に維持されている。このため、電子放出膜１４の端部１４ａから放出された電子は、電子放出膜１４からアノード膜３４までバリスティック伝導する。したがって、トランジスタ４では、半導体中を電子が伝導するトランジスタのように、不純物濃度に依存したオン抵抗と耐圧の間のトレードオフ関係が存在しない。トランジスタ４は、極めて低いオン抵抗と極めて高い耐圧を両立することができる。また、半導体を利用するトランジスタでは、結晶欠陥の少ない高品質な半導体基板を開発することが必要である。一方、真空を利用するトランジスタ４では、そのような材料開発の負担がない。さらに、トランジスタ４は、高温時にも動作が安定するという特徴を有する。

【0080】

３極管構成のトランジスタ４は、電流が飽和しない静電誘導型トランジスタ（ＳＩＴ）に近いモードで動作する。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に近いモードで動作させたい場合、図１１に示されるように、引き出し電極１８とアノード膜３４の間に遮蔽電極（スクリーングリッド）３３が挿入された４極管構成のトランジスタ５としてもよい。遮蔽電極３３は、第１上側絶縁膜３２ａを介して引き出し電極１８から電気的に絶縁されており、第２上側絶縁膜３２ｂを介してアノード膜３４から電気的に絶縁されている。遮蔽電極３３には、複数の開口３３Ａが形成されている。遮蔽電極３３の複数の開口３３Ａの各々は、ｚ軸方向に沿って引き出し電極１８の複数の開口１８Ａの各々に対応して設けられている。遮蔽電極３３の開口３３Ａと引き出し電極１８の開口１８Ａは、第１上側絶縁膜３２ａに形成されている空間を介して連通するように配置される。遮蔽電極３３の開口３３Ａとアノード膜３４は、第２上側絶縁膜３２ｂに形成されている空間を介して連通するように配置される。

【0081】

トランジスタ５では、例えば、電子放出膜１４に０Ｖ（接地電位）が印加され、引き出し電極１８に＋１００Ｖが印加され、遮蔽電極３３に（接地電位）が印加され、アノード膜３４に＋２〜３Ｖが印加される。このような条件において、トランジスタ５は、レーザ光照射装置２０のレーザ光を利用して、アノード膜３４から電子放出膜１４に流れる電流のオンとオフを切換えるように制御することができ、その動作モードが電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に近い動作モードとなる。

【0082】

次に、図１２を参照して、トランジスタ４の製造方法を説明する。まず、図１２Ａに示されるように、基板１２を準備する。

【0083】

次に、図１２Ｂに示されるように、蒸着技術を利用して、基板１２の上面に電子放出膜１４を堆積する。さらに、フォトリソグラフィ技術を利用して、電子放出膜１４の上面にフォトマスク５２をパターニングする。フォトマスク５２は、電子放出膜１４に形成される開口の位置に対応する範囲が除かれるようにパターニングされる。

【0084】

次に、図１２Ｃに示されるように、ドライエッチング技術又はウェットエッチング技術を利用して、フォトマスク５２の開口から露出する電子放出膜１４の一部を除去して開口１４Ａを形成し、基板１２の上面の一部を露出させる。その後、フォトマスク５２を除去する。

【0085】

次に、図１２Ｄに示されるように、ＣＶＤ技術を利用して、電子放出膜１４の上面に絶縁膜１６を堆積する。さらに、蒸着技術を利用して、絶縁膜１６の上面に引き出し電極１８を堆積する。

【0086】

次に、図１２Ｅに示されるように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、引き出し電極１８の一部を除去して開口１８Ａを形成し、絶縁膜１６の上面の一部を露出させる。

【0087】

次に、図１２Ｆに示されるように、ＣＶＤ技術を利用して、引き出し電極１８の上面に上側絶縁膜３２を堆積する。さらに、蒸着技術を利用して、上側絶縁膜３２の上面にアノード膜３４を堆積する。

【0088】

次に、図１２Ｇに示されるように、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を利用して、アノード膜３４の一部を除去して開口３４Ａを形成し、上側絶縁膜３２の上面の一部を露出させる。アノード膜３４の開口３４Ａは、引き出し電極１８の開口１８Ａの長手方向（図１０のｙ軸方向）に沿って一定の周期で形成されるのが望ましい。より望ましくは、アノード膜３４の開口３４Ａは、引き出し電極１８の開口１８Ａの長手方向に沿って、引き出し電極１８の開口１８Ａの開口幅（図１０のｘ軸方向の幅）の２〜３倍の周期で形成されるのが望ましい。

【0089】

次に、図１２Ｈに示されるように、ウェットエッチング技術を利用して、アノード膜３４の開口３４Ａから露出する上側絶縁膜３２を除去する。エッチング液には、弗化水素が用いられる。上側絶縁膜３２の一部が除去されて引き出し電極１８が露出すると、その引き出し電極１８の開口１８Ａから露出する絶縁膜１６に向けてもエッチングが進行する。これにより、上側絶縁膜３２の一部が除去されて引き出し電極１８の開口１８Ａとアノード膜３４が連通するとともに、絶縁膜１６の一部が除去されて電子放出膜１４の開口１４Ａと引き出し電極１８の開口１８Ａが連通する。なお、上側絶縁膜３２及び絶縁膜１６に形成される空洞の形状は、アノード膜３４の開口３４Ａの密度に依存する。このため、アノード膜３４の開口３４Ａは、上記した態様で形成されているのが望ましい。最後に、レーザ光照射装置２０を取り付けることにより、トランジスタ４が完成する。

【0090】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0091】

１，２，３：電子放出装置
４，５：トランジスタ
１２：基板
１２Ａ：凸部
１３：下側絶縁膜
１４：電子放出膜
１６：絶縁膜
１８：引き出し電極
２０：レーザ光照射装置
３２：上側絶縁膜
３３：遮蔽電極
３４：アノード膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図7E】

【図7F】

【図7G】

【図7H】

【図7I】

【図7J】

【図7K】

【図7L】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図9D】

【図9E】

【図9F】

【図9G】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図12D】

【図12E】

【図12F】

【図12G】

【図12H】