以下に、本発明のマトリックス型冷陰極� ��子源装置の実施の形態を図面とともに詳細� ��説明する。

  (実施の形態1)
 図1A,図1B,図1Cは、本発明の実施の形態1に係� ��冷陰極電子源装置を構成する一単位となる� ��陰極電子源素子の構造を示した平面図と断� ��模式図である。この実施の形態では、単結� ��P型シリコン基板を用いた基板1の上に冷陰� �電子源素子を形成した。基板1の中央部にエ� ��ッタアドレス電極3を形成し、その両側を挟 むように素子分離領域2を形成した。この実� �の形態での素子分離領域2は、幅0.1μm~0.5μm、 深さ3μm~7μmの溝(トレンチ)に絶縁膜を埋め込� ��だ構造とし、エミッタアドレス電極3が形成 される領域と素子分離領域2とをトレンチを� �んで電気的に絶縁した。

 素子分離領域2を形成後、トレンチに囲ま れた内部の基板1の表面には、リンや砒素等� �不純物を導入され、N型の導電層が形成され� ��。この素子分離領域2に挟まれたN型導電層� �、エミッタアドレス電極3となる。

 エミッタアドレス電極3の表面には、電子 源であるエミッタ3aを形成し、これらのエミ� ��タ3aを配列してマトリックスを構成する。� �ミッタアドレス電極3と対向する位置には、� ��ート絶縁膜4を介してゲート電極5が配置さ� �ており、エミッタ3aと対向する位置のゲート 電極5には開口部5dが設けられている。但し、 ゲート電極5の開口部5d内とエミッタ3aの周囲� ��領域は、ゲート絶縁膜4が除去されている。

 ゲート電極5に所定の電位を印加するため のゲート信号配線8aは、エミッタアドレス電� ��3と直交するように形成した。このゲート信 号配線8aは、各々の電子源素子のゲート電極� ��相互に電気的に繋がらない様、ゲート電極� ��上に形成された層間絶縁膜6の上に形成され ており、コンタクトホール7aを介しゲート電� ��5と接続している。更に、導電性のパーティ クル等によるゲート電極5とゲート信号配線8a の電気的な短絡を防止するため、ゲート電極 5の開口部5d以外は絶縁性の保護膜9で被覆し� �。

 この構造を持つ電子源素子をマトリック� ��状に配列することで、マトリックス型冷陰� ��電子源装置を実現することが出来る。

 ゲート電極5は、ゲート信号配線8aとの接� ��部であるゲートアドレス電極5aと、高抵抗� �域としての高抵抗を持つ高抵抗ゲート電極5b と、エミッタ3aに対向した開口部5dを有する� �ミッタ領域ゲート電極5cに区分される。

 図示の通り、ゲートアドレス電極5aは、� �抵抗ゲート電極5bを介してエミッタ領域ゲー ト電極5cに電気的に直列に接続されている。� ��ート信号配線8aの材料には、配線幅を細く� �ても抵抗値を低く抑えるため、AlやAg、Cuを� �成分とした低抵抗金属また合金が望ましい� �またゲート電極5は、微細加工や抵抗値制御� ��容易性から、ポリシリコン膜で形成するの� ��良く、ゲートアドレス電極5aとエミッタ領� �ゲート電極5cには、ポリシリコン膜に高濃度 のN型不純物を導入して低抵抗化すれば良い� �一方、高抵抗ゲート電極5bの作製には、同じ ポリシリコン膜に不純物の導入を行わないか 、また不純物の導入量を微量にすることで、 電気的に高抵抗領域を実現することができる 。

 高抵領域の抵抗値として、本実施の形態� ��は50kω以上10Mω以下の条件を採用した。50kω� ��度の抵抗値は、一般に用いられる低濃度の� ��オン注入プロセスを用いて容易に作製でき� ��。また、イオン注入を行わない場合のポリ� ��リコン電極の抵抗は、10Mω程度であること� �知られている。エミッション動作時に、ゲ� �トエミッタ間のショートが発生した場合、� �ミッタ領域ゲート電極5cの電位は、高抵抗ゲ ート電極5bを介してエミッタアドレス電極3の 電位に落ちることになる。この際、ゲートア ドレス電極5aとエミッタ領域ゲート電極5cの� �抗値は通常数オーム程度に低く設計されて� �るため、ショート電流による電位降下成分� �ほとんどが高抵抗ゲート電極5b部にかかるこ とになり、ゲートアドレス電極5aとエミッタ� ��域ゲート電極5cの電位はそのまま維持でき� �ことになる。

 このように、本発明の構成では、エミッ� ��領域ゲート電極5cとゲート信号配線8aとの間 に、高抵抗領域である高抵抗ゲート電極5bが� ��けられているので、ゲートとエミッタとの� ��が短絡しても、ゲート信号配線の電圧降下� ��避けることが出来る。このため、ゲート信� ��配線8aに接続されている他の電子源素子に� �圧降下の影響を及ぼさないので、線欠陥を� �止することができる。

 また本実施の形態では、エミッタ領域ゲ� ��ト電極5cのゲート電極は低抵抗のポリシリ� �ン膜で形成されているため、エミッタ領域� �ート電極5cに電圧が印加された際の電界分布 は極めて均一となる。従って、エミッタ3aの� ��状に大きなばらつきがなければ、個々のエ� ��ッタに対する電界強度は極めて均一であり� ��特定のエミッタに負荷が加わらず信頼性の� ��い電子源素子が実現する。

 高抵抗ゲート電極5bの抵抗は、必要とさ� �る電子源素子の放出電流量や電子源素子の� �列数、また信号を供給するドライバーの駆� �能力等により、公知の手法により、適宜、� �めることが出来る。また、高抵抗ゲート電� �5bの抵抗値制御には、公知の手法、例えば半 導体プロセスで用いられているイオン注入ま た熱処理技術を用いれば良い。

  (実施の形態2)
 図2A,図2B,図2Cは、本発明の実施の形態2に係� ��冷陰極電子源装置を構成する冷陰極電子源� ��子の構造を示した平面図及び断面模式図で� ��る。図中、実施の形態1と同一の部位は、同 一の符号を用いている。実施の形態1と異な� �点は、高抵抗ゲート電極5bの上に、層間絶縁 膜6を介してシールド電極8bが形成されている 点である。

 シールド電極8bは、図2に示すようにコン� ��クトホール7bを介してゲート電極のエミッ� �領域ゲート電極5cに電気的に接続されている 。また、このシールド電極8bの形状は、高抵� ��ゲート電極5bを覆うように配置されている� �さらに、シールド電極8bを形成する材料は、 ゲート信号配線8aを形成する材料と同一のも� ��で良い。そのため、シールド電極8bは、ゲ� �ト信号配線8aの形成時に同時に形成すること が出来る。このシールド電極8bを高抵抗ゲー� ��電極5bに配置することにより、次のような� �果が生じる。

 第一に、高抵抗ゲート電極5bの上の電荷� �蓄積を防止し、駆動時の高抵抗ゲート電極5b の電位変動を抑制出来るので、エミッション 電流の安定性と信頼性を向上させることが出 来る。以下にそのメカニズムを詳細に説明す る。

 通常、エミッタ3aより電界放出された電� �は、大半が対向するアノード面に向かって� �翔する。しかしながら、放出された電子の� �%程度は、アノード面に到達し切れずに再び� ��子源素子側に戻ってくる。これら戻ってき� ��電子の一部は、電子源素子の層間絶縁膜6の 表面に付着し、層間絶縁膜6を帯電させる。� �抵抗ゲート電極5bは、ポリシリコン膜で形成 されているため、層間絶縁膜6が帯電すると� �抵抗ゲート電極5bの電位が影響を受け変化す る。層間絶縁膜6の帯電量は、エミッタ3aの放 出する電子量や時間によって様々変化するた め、高抵抗ゲート電極5bの電位もそれに合わ� ��て不規則に変動してしまう。

 その結果、エミッタ領域ゲート電極5cの� �位も不安定になり、結果的にエミッタ3aのエ ミッションが不安定になる。本実施の形態で は、高抵抗ゲート電極5bの上部の層間絶縁膜6 の上にシールド電極8bを形成し、このシール� ��電極8bをゲート電極のエミッタ領域ゲート� �極5cと電気的に接続した構成を有しているた め、この現象を防止することが出来る。すな わち、層間絶縁膜6の上の電荷の蓄積はシー� �ド電極8bによって除去されるため、高抵抗ゲ ート電極5bの電位が変動することは無くなり� ��安定なエミッションが確保できる。

 第二に、このシールド電極8bを形成する� �とにより、高抵抗ゲート電極5bの実効的な抵 抗値を上げるという効果がある。ゲート電極 5のエミッタ領域ゲート電極5cには、ゲート信 号配線8aを通して所定の電圧が印加される。� ��の時、シールド電極8bにもエミッタ領域ゲ� �ト電極5cの電位が印加される事になる。この 時、不純物濃度が非常に低いポリシリコン膜 で形成された高抵抗ゲート電極5bと、ゲート� ��ドレス電極5a、エミッタ領域ゲート電極5c、 及び層間絶縁膜6、シールド電極8bは、あたか もMOSトランジスタのような構成をなし、高抵 抗ゲート電極5bが反転する。

 その結果、直列抵抗としてみた場合の高� ��抗ゲート電極5bはより高抵抗となり、電流� �制能力が向上することになる。現実的なデ� �イスサイズや不純物濃度を変化させて得た� �ミュレーションの結果から、この電流抑制� �果を抵抗値に換算すると、2倍から100倍程度� ��効果のあることが明らかとなった。この第� ��の効果は、ゲート電極5の高抵抗ゲート電極 5bが半導体材料で形成されていることにより� ��現する効果である。従って、ゲート電極5の 材料として半導体としての特性を有する材料 であれば、本発明の要件を満たすことができ る。