MIS型トンネルエミッタを用いた徴小ブラウン管と平面型ディスプレイへの応用

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650372
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: 宇佐美 興一 電気通信大学, 電気通信学部, 助教授 (60017407)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 俊成 電気通信大学, 電気通信学部, 教授 (70017333)
• Keywords: 冷陰極 / 微小電子源 / トンネルエミッタ / 電子放出 / 発光素子 / ディスプレイ / プラズマ酸化 / Si酸化膜

Research Abstract

現在モニターテレビなどに用いられているブラウン管は、他の画像表示装置に較べて色の再現性や彩度、視野角の点で極めて優れている。このブラウン管には熱陰極が使用されているが、高温動作、最大放出電流密度、フィラメントの寿命の観点から、熱陰極を小型化して薄型平面ディスプレイに応用するのは困難である。そこで、常温での電子放出が可能であり、微小集積化も容易な冷陰極の検討が進められている。この研究では、トンネル型冷陰極電子源(トンネルエミッタ)を開発し、これを用いて微小ブラウン管ともいえる発光素子を試作し、薄型ディスプレイ装置への応用の可能性を確かめることを目的としている。最終年度である平成15年度は、トンネルエミッタの効率向上と発光素子の作製、高真空チャンバ内での発光の確認をおこなった。その結果をまとめると次のようになる。
1.トンネルエミッタの作製条件の最適化
トンネル絶縁膜として、誘導型高周波プラズマ酸化装置によりSi基板上に室温でSi酸化膜を形成し、この上に厚さ10nmの金電極を蒸着してトンネルエミッタを作製した。プラズマ酸化後のハロゲンランプアニールと絶縁膜の厚さの最適化により、厚さ20nmの絶縁膜を用いたエミッタから放出電子電流密度5.8μA/mm^2、最大放出効率(エミッション電流/ダイオード電流)2.4%を得ることができた。また再現性も良く、デバイスへの応用実験が可能な電子源が実現できた。
2.発光素子の試作と発光の確認
電子放出面積1mm^2のトンネルエミッタを10mm×10mmのSi基板上に3つ作製した。加速電圧を1kV〜2.5kVとして、エミッタの1mm直上に置いたZnS・Cu・Al蛍光面の発光を10^<-5>Pa台の高真空中で観測した。