JP3312015B2 - Field electron emission type surge absorbing element and method of manufacturing the same - Google Patents
Field electron emission type surge absorbing element and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、電源線や通信線
等を伝って侵入して来るサージ等の過電圧から電子機器
の電子回路を保護するために、線間あるいは各線とグラ
ンドとの間に挿入接続されるサージ吸収素子に係り、特
に、電界電子放出現象を用いたサージ吸収素子及びその
製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for protecting an electronic circuit of an electronic device from an overvoltage such as a surge that enters through a power line or a communication line, or between lines or between each line and a ground. The present invention relates to a surge absorbing element inserted and connected, and more particularly to a surge absorbing element using a field electron emission phenomenon and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、図25に示すように、電子機器の
電源線や通信線等の線L1,L2間、あるいは各線とGN
D(グランド)との間にサージ吸収素子72を接続し、誘
導雷等のサージから電子回路73を保護することが行われ
ている。すなわち、線L1,L2間あるいは線L1,L2−
GND間に、サージ吸収素子72の定格以上のサージ電圧
が印加される場合には、上記サージ吸収素子72が導通し
てサージをバイパスし、電子回路73を保護する仕組みで
ある。2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG.
A surge absorbing element 72 is connected between D and ground to protect the electronic circuit 73 from surges such as induced lightning. That is, between the lines L1 and L2 or between the lines L1 and L2-
When a surge voltage higher than the rating of the surge absorbing element 72 is applied between GND, the surge absorbing element 72 conducts to bypass the surge and protect the electronic circuit 73.
【0003】このようなサージ吸収素子72としては、放
電間隙における放電現象を利用するガスアレスタや、電
圧非直線特性を備えた高抵抗体素子であるバリスタ、あ
るいはpn接合形半導体のアバランシェ(電子雪崩)効
果を利用したシリコンサージアブソーバなど様々な種類
が存在しているが、最近になって電界電子放出現象を用
いたサージ吸収素子が新たに加えられることとなった。As such a surge absorbing element 72, a gas arrester utilizing a discharge phenomenon in a discharge gap, a varistor which is a high-resistance element having a nonlinear voltage characteristic, or an avalanche (electron avalanche) of a pn junction type semiconductor is used. There are various types such as silicon surge absorbers utilizing the effect, but recently a surge absorbing element using a field electron emission phenomenon has been newly added.
【0004】この電界電子放出現象を用いたサージ吸収
素子は、特開平9−298833号、特開平10−285793号等に
記載されている。図26に示すように、そこで開示され
ている電界電子放出型サージ吸収素子74は、n形半導体
より成る第1の基板部材75と第2の基板部材76とを所定
の距離を隔てて対向配置させ、両基板部材の対向面周縁
部をスペーサも兼ねた枠部材77を間に介して気密封止す
ることによって形成された外囲器78を備えており、該外
囲器78内は10-6〜10-8Torrの高真空状態に維持され
ている。また、第1の基板部材75の内面には、n形半導
体より成る多数のエミッタ・コーン79が、所定の間隔を
おいて突設されている。該エミッタ・コーン79は先端が
尖った円錐または角錐形状をなしており、その先端部79
aが第2の基板部材76の内面に向いている。上記エミッ
タ・コーン15の高さは約5μmに、底面の直径は約3〜
10μmに、またエミッタ・コーン15間のピッチは約
7.5〜15μmに設定されている。A surge absorbing element using the field electron emission phenomenon is described in JP-A-9-298833, JP-A-10-285793, and the like. As shown in FIG. 26, in the field electron emission type surge absorbing element 74 disclosed therein, a first substrate member 75 and a second substrate member 76 made of an n-type semiconductor are opposed to each other at a predetermined distance. And an envelope 78 formed by hermetically sealing the peripheral edges of the opposing surfaces of both substrate members via a frame member 77 also serving as a spacer, and the inside of the envelope 78 is 10 −. It is maintained in a high vacuum state of 6 to 10 -8 Torr. On the inner surface of the first substrate member 75, a number of emitter cones 79 made of an n-type semiconductor are protruded at predetermined intervals. The emitter cone 79 has a pointed cone or pyramid shape, and the tip 79
a faces the inner surface of the second substrate member 76. The height of the emitter cone 15 is about 5 μm, and the diameter of the bottom is about 3 to
The pitch between the emitter cones 15 is set to about 7.5 to 15 .mu.m.
【0005】エミッタ・コーン79の表面をも含んだ第1
の基板部材75の内面と第2の基板部材76の内面には、N
b、W、Mo、Cr、Ti、Th、Si、Ni、La、
Ge、Al等よりなる薄膜や、W及びZrの二層構造、
あるいは以上の各物質の中、少なくとも1種類を含んだ
炭化物、酸化物、窒化物、無機化合物より構成される保
護膜80が被覆されている。上記第1の基板部材75及び第
2の基板部材76の外面には、それぞれ第1の外部電極81
及び第2の外部電極82が形成され、各外部電極81,82に
はカソード端子83及びアノード端子84が接続されてい
る。そして、各端子83,84を線L1,L2あるいはGND
に接続することにより、上記電界電子放出型サージ吸収
素子74は、図25に示したサージ吸収素子72と同様に、
線L1,L2間あるいは線L1,L2−GND間に挿入接続
されることとなる。The first including the surface of the emitter cone 79
The inner surface of the substrate member 75 and the inner surface of the second substrate member 76 have N
b, W, Mo, Cr, Ti, Th, Si, Ni, La,
A thin film made of Ge, Al, etc., a two-layer structure of W and Zr,
Alternatively, a protective film 80 made of a carbide, oxide, nitride, or inorganic compound containing at least one of the above substances is coated. First external electrodes 81 are provided on the outer surfaces of the first substrate member 75 and the second substrate member 76, respectively.
A second external electrode 82 is formed, and a cathode terminal 83 and an anode terminal 84 are connected to the external electrodes 81 and 82, respectively. Then, each terminal 83, 84 is connected to the line L1, L2 or GND.
25, the field electron emission type surge absorbing element 74 becomes the same as the surge absorbing element 72 shown in FIG.
It is inserted and connected between the lines L1 and L2 or between the lines L1 and L2 and GND.
【0006】しかして、上記線L1,L2間あるいは線L
1,L2−GND間にサージ等の定格以上の過電圧が印加
され、カソード側のエミッタ・コーン先端部79aに強い
電界集中が生じると、量子力学的なトンネル効果によっ
て、n形半導体内の電子がポテンシャル障壁を越えて真
空中に放出される、いわゆる電界電子放出現象が生じ
る。放出された電子は高い電位のアノード側、すなわち
第2の基板部材76の内面で捕捉される結果、第2の基板
部材76及び第1の基板部材75間に電流が流れる先駆放電
が生成され、この先駆放電はその後真空火花放電(真空
アーク放電)に移行することとなる。Thus, the line L1 and L2 or the line L
1. When an overvoltage exceeding a rating such as a surge is applied between L2 and GND and a strong electric field concentration occurs at the tip 79a of the emitter cone on the cathode side, electrons in the n-type semiconductor are caused by quantum mechanical tunnel effect. A so-called field electron emission phenomenon that is emitted into a vacuum beyond the potential barrier occurs. The emitted electrons are captured on the anode side of the high potential, that is, on the inner surface of the second substrate member 76, so that a precursor discharge in which a current flows between the second substrate member 76 and the first substrate member 75 is generated, This precursor discharge then shifts to vacuum spark discharge (vacuum arc discharge).
【0007】上記先駆放電が真空火花放電に移行する仕
組みとしては、以下のものが考えられる。すなわち、上
記先駆放電時の電子放出によってエミッタ・コーン先端
部79aの電流密度が増加して生じた熱エネルギの作用
で、エミッタ・コーン79の表面を覆っている保護膜80を
構成する金属から金属蒸気が発生したり、先駆放電によ
る電子がアノード側に衝突する結果生じる熱エネルギに
よって、第2の基板部材76の内面を覆っている保護膜80
の金属から同じく金属蒸気が発生し、これら電荷を帯び
た金属蒸気が電流を形成する素となって真空火花放電が
生起される。また、外囲器78内を完全な真空にするのは
実際上困難であり、放電空間を構成する物質の表面には
僅かながらガス分子が吸着あるいは付着しているのであ
るが、これらのガス分子が先駆放電の衝撃で空間内に放
出され、このイオン化されたガス分子が電流を形成する
素となることも、真空火花放電を促進する要因として挙
げられる。[0007] The following can be considered as a mechanism in which the precursor discharge shifts to a vacuum spark discharge. That is, by the action of thermal energy generated by the increase in current density at the emitter cone tip 79a due to the electron emission during the precursor discharge, the metal constituting the protective film 80 covering the surface of the emitter cone 79 is changed from metal to metal. The protective film 80 covering the inner surface of the second substrate member 76 is generated by heat energy generated as a result of generation of steam or collision of electrons by the precursor discharge with the anode side.
Similarly, metal vapor is generated from the metal, and these charged metal vapors serve as elements for forming an electric current, thereby generating a vacuum spark discharge. Further, it is practically difficult to make the inside of the envelope 78 a complete vacuum, and gas molecules are slightly adsorbed or adhered to the surface of the material constituting the discharge space. Is released into the space by the impact of the precursor discharge, and the ionized gas molecules serve as elements for forming a current. This is also a factor promoting vacuum spark discharge.
【0008】上記の電界電子放出現象は、エミッタ・コ
ーン79に集中する電界強度が所定以上に高まった時点で
初めて生じるものであり、これは所定値以上の電圧が両
電極間に印加された場合にのみ両電極間に電流が流れる
ことを意味するものである。すなわち、両端子83,84間
に印加される電圧の値と流れる電流との間には非直線的
な関係が現れるため、定格以上の過電圧が印加された場
合にのみ導通して過電圧をバイパスするというサージ吸
収作用を発揮することが可能となる。The above-mentioned field electron emission phenomenon occurs only when the electric field intensity concentrated on the emitter cone 79 rises above a predetermined value. This occurs when a voltage higher than a predetermined value is applied between both electrodes. Only means that a current flows between both electrodes. That is, since a non-linear relationship appears between the value of the voltage applied between both terminals 83 and 84 and the flowing current, conduction occurs only when an overvoltage exceeding the rating is applied, thereby bypassing the overvoltage. It is possible to exhibit the surge absorbing effect.
【0009】しかも、半導体中の電子の速度に比べ、真
空中の電子は散乱を受けることなく進行するため、この
電界電子放出型サージ吸収素子74は極めて高速に動作可
能となる。また、p形半導体とn形半導体との接合構造
を有していないため、シリコンサージアブソーバのよう
に静電容量が大きくなるという問題も生じない。In addition, compared to the speed of electrons in a semiconductor, electrons in a vacuum travel without being scattered, so that the field electron emission type surge absorbing element 74 can operate at an extremely high speed. Further, since the semiconductor device does not have a junction structure between the p-type semiconductor and the n-type semiconductor, there is no problem that the capacitance is increased unlike the silicon surge absorber.
【0010】図27は、このような電界電子放出型サー
ジ吸収素子74によるサージ吸収特性を示すものであり、
ピーク電圧値が3kVの原サージ波形に対するサージ吸
収波形を示すグラフである。図示の通り、サージ電圧が
印加されると、瞬時にピークが約2.32kVの先駆放
電が生成した後、直ちに真空火花放電に移行して約40
0Vの安定したサージ吸収波形が得られる様子が示され
ている。FIG. 27 shows the surge absorption characteristics of such a field electron emission type surge absorbing element 74.
It is a graph which shows the surge absorption waveform with respect to the original surge waveform whose peak voltage value is 3 kV. As shown in the figure, when a surge voltage is applied, a precursor discharge having a peak of about 2.32 kV is instantaneously generated.
A state in which a stable surge absorption waveform of 0 V is obtained is shown.
【0011】この電界電子放出型サージ吸収素子74にと
って最も重要な構成要素であるエミッタ・コーン79は、
n形Si基板の表面に各エミッタ・コーン79に対応した
円形の酸化膜マスクを形成すると共に、該Si基板の表
面にエッチング処理を施して酸化膜マスクで覆われてい
ない部分をややオーバーエッチング気味に浸食させ、最
後に酸化膜マスクを除去することによって形成される。The emitter cone 79, which is the most important component of the field emission type surge absorbing element 74,
A circular oxide mask corresponding to each of the emitter cones 79 is formed on the surface of the n-type Si substrate, and the surface of the Si substrate is subjected to an etching process to slightly overetch portions not covered with the oxide mask. And finally removing the oxide mask.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】ところで、この電界電
子放出型サージ吸収素子74の動作電圧(定格電圧)は、
外囲器78内の真空度やエミッタ・コーン79の仕事関数、
エミッタ・コーン先端部79aと第2の基板部材76の内面
との間の距離、あるいはエミッタ・コーン先端部79aの
尖鋭度によって決定される。すなわち、電界電子放出型
サージ吸収素子74の動作電圧を比較的低く設定する必要
がある場合には、外囲器78内の真空度を高める方法、エ
ミッタ・コーン79の仕事関数を低下させる方法、エミッ
タ・コーン先端部79aと第2の基板部材76内面との間の
距離をより短縮化させる方法、あるいはエミッタ・コー
ンの先端部79aをより尖鋭化させる方法が理論上は考え
られる。The operating voltage (rated voltage) of the field electron emission type surge absorbing element 74 is as follows.
The degree of vacuum in the envelope 78 and the work function of the emitter cone 79,
It is determined by the distance between the emitter cone tip 79a and the inner surface of the second substrate member 76 or the sharpness of the emitter cone tip 79a. That is, when it is necessary to set the operating voltage of the field electron emission type surge absorbing element 74 relatively low, a method of increasing the degree of vacuum in the envelope 78, a method of reducing the work function of the emitter cone 79, A method of shortening the distance between the tip portion 79a of the emitter cone and the inner surface of the second substrate member 76 or a method of sharpening the tip portion 79a of the emitter cone is theoretically conceivable.
【0013】しかしながら、外囲器78内の真空度の向上
には一定の限界があり、また、エミッタ・コーンの先端
部79aと第2の基板部材76との位置関係をμmオーダー
で制御することは極めて困難である。さらに、基板部材
表面にエッチング処理を施し、オーバーエッチングによ
るアンダーカットを利用してエミッタ・コーンを一体形
成する従来の方法では、エミッタ・コーン先端部79aの
先鋭度を高めることには一定の限界があり、また、エミ
ッタ・コーン79自信の仕事関数を大幅に低減することも
できず、せいぜい保護膜80として、できるだけ仕事関数
の低いものを選択する程度しか方法がなかった。However, there is a certain limit in improving the degree of vacuum in the envelope 78, and it is necessary to control the positional relationship between the tip 79a of the emitter cone and the second substrate member 76 on the order of μm. Is extremely difficult. Furthermore, in the conventional method of performing an etching process on the surface of the substrate member and integrally forming the emitter cone using an undercut by over-etching, there is a certain limit to increasing the sharpness of the emitter cone tip 79a. In addition, the work function of the emitter cone 79 itself could not be significantly reduced, and there was no other way than to select a protective film 80 having a work function as low as possible.
【0014】この発明は、従来の上記問題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、エミッタ・
コーンにおける電界集中を高めることによって、動作電
圧を比較的低く設定することが可能な電界電子放出型サ
ージ吸収素子を実現することにある。また、このような
電界電子放出型サージ吸収素子の製造方法を実現するこ
とにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object the purpose of
An object of the present invention is to realize a field emission type surge absorbing element capable of setting an operation voltage to be relatively low by increasing an electric field concentration in a cone. Another object of the present invention is to realize a method of manufacturing such a field emission type surge absorbing element.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明に係る電界電子放出型サージ吸収素子は、
半導体よりなる第1の基板部材と第2の基板部材とを対
向配置し、両基板部材の対向面周縁を気密封止して外囲
器を形成し、該外囲器内を高真空状態となすと共に、上
記第1の基板部材の対向面及び第2の基板部材の対向面
の少なくとも一方に多数のエミッタ・コーンを形成し、
当該エミッタ・コーンと他方の基板部材の内面あるいは
エミッタ・コーンとの間に所定の間隙を形成し、さらに
両基板部材の外面にそれぞれ外部電極を形成してなる電
界電子放出型サージ吸収素子において、上記エミッタ・
コーンが、尖鋭な先端部と、上記基板部材の内面から8
0度以上90度以下の角度で立設する立上り部とを有し
ており、また、 エミッタ・コーンの底面の直径に対す
る、エミッタ・コーン間のピッチ(隣接するエミッタ・
コーン相互の底面中心間の距離)の比を2以上3以下と
なしたことを特徴とする。In order to achieve the above object, a field emission type surge absorbing element according to the present invention comprises:
A first substrate member and a second substrate member made of a semiconductor are disposed to face each other, the peripheral edges of the opposing surfaces of both substrate members are hermetically sealed to form an envelope, and the inside of the envelope is brought into a high vacuum state. A plurality of emitter cones are formed on at least one of the opposing surface of the first substrate member and the opposing surface of the second substrate member;
In a field electron emission type surge absorption element in which a predetermined gap is formed between the emitter cone and the inner surface of the other substrate member or the emitter cone, and external electrodes are respectively formed on the outer surfaces of both substrate members, The above emitters
The cone has a sharp tip and 8 mm from the inner surface of the substrate member.
And a rising portion that stands at an angle of 0 degree or more and 90 degrees or less.
And the diameter of the bottom of the emitter cone
The pitch between the emitter cones (adjacent emitter
The ratio of the distance between the centers of the bottoms of the cones is 2 or more and 3 or less.
It is characterized by what has been done.
【0016】本発明の電界電子放出型サージ吸収素子
は、エミッタ・コーンが基板部材の内面から80度以上
90度以下の角度で立設する立上り部を有していること
から、サージ電圧の印加時に生じるいわゆる電気力線が
エミッタ・コーンの裾の部分やエミッタ・コーン間の平
面部にはかからず、エミッタ・コーン先端部に集中的に
かかるようになるため、エミッタ・コーン先端部での電
界集中の度合を高めることができる。また、エミッタ・
コーンの底面の直径に対する、エミッタ・コーン間のピ
ッチ(隣接するエミッタ・コーン相互の底面中心間の距
離)の比を2以上となし、単位面積当たりのエミッタ・
コーン密度を比較的、疎にすることにより、各エミッタ
・コーンにかかる電界強度を高めている。一方、単位面
積当たりのエミッタ・コーンの密度を疎にしすぎると、
各エミッタ・コーンへかかる電界強度が大きくなりすぎ
て寿命が劣化するという問題を生じるため、エミッタ・
コーンの底面の 直径に対するピッチの比を3以下として
いる。 The field electron emission type surge absorbing element of the present invention has a rising portion in which the emitter cone stands at an angle of 80 ° or more and 90 ° or less from the inner surface of the substrate member. The so-called electric lines of force that occur sometimes do not cover the bottom of the emitter cone or the plane between the emitter cones, but rather concentrate on the tip of the emitter cone. The degree of electric field concentration can be increased. Also, the emitter
The distance between the emitter cone and the diameter of the bottom of the cone
(The distance between the centers of the bottoms of adjacent emitter cones)
Separation) ratio of 2 or more, and the emitter
By making the cone density relatively sparse, each emitter
-The electric field strength applied to the cone is increased. On the other hand, the unit surface
If the density of the emitter cone per product is too low,
The electric field strength applied to each emitter cone is too large
To reduce the life of the emitter.
The pitch ratio to the diameter of the cone bottom is 3 or less
I have.
【0017】また、上記エミッタ・コーンの底面の直径
に対する高さの割合であるアスペクト比を2以上と成す
のが望ましい。このアスペクト比が大きい程、エミッタ
・コーン先端部での電界集中は生じ易くなる。従って、
エミッタ・コーンのアスペクト比を2以上と成し、図2
4に示す従来の電界電子放出型サージ吸収素子のエミッ
タ・コーンのアスペクト比(約0.5〜1.67)より
大きく設定することにより、エミッタ・コーン先端部15
aでの電界集中を生じ易くすることができる。It is desirable that the aspect ratio, which is the ratio of the height to the diameter of the bottom surface of the emitter cone, be 2 or more. The higher the aspect ratio, the more likely the electric field concentration occurs at the tip of the emitter cone. Therefore,
The aspect ratio of the emitter cone is set to 2 or more.
By setting the aspect ratio (about 0.5 to 1.67) of the emitter cone of the conventional field emission type surge absorbing element shown in FIG.
The electric field concentration at a can be easily caused.
【0018】上記エミッタ・コーンは、基板部材の素に
なる半導体基板の表面に、多数の円形酸化膜マスクを、
酸化膜マスク底面の直径に対する、酸化膜マスク間のピ
ッチの比が2以上3以下となるように形成し、その後、
上記半導体基板の表面にエッチング処理を施して酸化膜
マスクで覆われていない部分を浸食することにより、上
記酸化膜マスクの裏面側に、上記半導体基板の表面から
80度以上90度以下の角度で立設する立上り部を有す
ると共に、底面の直径に対する高さの割合であるアスペ
クト比が2以上の突出部を形成し、さらに、該突出部の
表面を侵食させて先端部を尖鋭化させ、最後に上記酸化
膜マスクを除去することによって形成することができ
る。In the emitter cone, a large number of circular oxide film masks are formed on a surface of a semiconductor substrate which is a base of a substrate member .
The pitch between the oxide mask and the diameter of the bottom of the oxide mask is
And the ratio of the switches is 2 or more and 3 or less .
By etching the surface of the semiconductor substrate and eroding a portion not covered with the oxide film mask, an angle of 80 degrees or more and 90 degrees or less from the surface of the semiconductor substrate is formed on the back surface of the oxide film mask. It has a rising portion to be erected, and forms a projection with an aspect ratio of 2 or more, which is the ratio of the height to the diameter of the bottom surface, and further erodes the surface of the projection to sharpen the tip portion. Can be formed by removing the oxide film mask.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】本発明に係る電界電子放出型サー
ジ吸収素子10は、図1に示すように、第1の基板部材11
と第2の基板部材12とを所定の距離を隔てて対向配置さ
せ、両基板部材の内面周縁部をスペーサを兼ねた枠部材
13を間に介して気密封止することによって外囲器14を形
成し、該外囲器14内を10−6〜10−8Torrの高真空
状態に維持してなる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As shown in FIG. 1, a field electron emission type surge absorbing element 10 according to the present invention comprises a first substrate member 11;
And the second substrate member 12 are opposed to each other with a predetermined distance therebetween, and the inner peripheral edges of both substrate members are frame members serving also as spacers.
An envelope 14 is formed by hermetically sealing the space 13 therebetween, and the interior of the envelope 14 is maintained in a high vacuum state of 10 −6 to 10 −8 Torr.
【0020】上記第1の基板部材11及び第2の基板部材
12の内面には、多数のエミッタ・コーン15が所定の間隔
をおいて略全面に亘って突設されている。図1は断面図
であるため、一列のエミッタ・コーン15のみが表されて
いるが、エミッタ・コーン15は、実際には一定の間隔を
おいて縦横に整列配置されている。上記第1の基板部材
11及び第2の基板部材12は、Si中にPやAs等の不純
物を混入させてなるn形半導体によって形成されてい
る。また、エミッタ・コーン15も同様にn形半導体より
成り、第1の基板部材11及び第2の基板部材12と一体的
に形成されている。The first substrate member 11 and the second substrate member
On the inner surface of 12, a large number of emitter cones 15 are protruded over a substantially entire surface at predetermined intervals. Although FIG. 1 is a cross-sectional view, only one row of emitter cones 15 is shown. However, the emitter cones 15 are actually arranged vertically and horizontally at regular intervals. The first substrate member
11 and the second substrate member 12 are formed of an n-type semiconductor in which impurities such as P and As are mixed in Si. The emitter cone 15 is also made of an n-type semiconductor and is formed integrally with the first substrate member 11 and the second substrate member 12.
【0021】上記エミッタ・コーン15は、略円錐状の尖
鋭な先端部15aと、上記第1の基板部材11及び第2の基
板部材12の内面から略垂直に立設する略円柱状の立上り
部15bとを備えた形状をなしており、両基板部材11,12
に形成されたエミッタ・コーン15の先端部15aは、所定
の間隙を隔てて他方の基板部材のエミッタ・コーン15と
対向するように位置決めされている。このように本発明
の電界電子放出型サージ吸収素子10にあっては、エミッ
タ・コーン15に立上がり部15bを形成することにより、
エミッタ・コーン先端部15aでの電界集中の度合を高め
ているのである。The emitter cone 15 has a sharp tip 15a having a substantially conical shape, and a substantially cylindrical rising portion which stands substantially vertically from the inner surfaces of the first substrate member 11 and the second substrate member 12. 15b and both substrate members 11, 12
The tip 15a of the emitter cone 15 is positioned so as to face the emitter cone 15 of the other substrate member with a predetermined gap. Thus, in the field electron emission type surge absorbing element 10 of the present invention, by forming the rising portion 15b in the emitter cone 15,
The degree of concentration of the electric field at the emitter cone tip 15a is increased.
【0022】すなわち、図26の従来のエミッタ・コー
ン79の場合には、図2に示すように、サージ電圧の印加
時に生じるいわゆる電気力線が、エミッタ・コーン79の
裾の部分やエミッタ・コーン79間の平面部にもかかって
しまうため、その分、エミッタ・コーン先端部での電界
集中の度合が弱まってしまう。これに対し、本発明の如
く、エミッタ・コーン15に立上がり部15bが形成されて
いると、図3に示すように、電気力線がエミッタ・コー
ン15の裾の部分やエミッタ・コーン間の平面部にはかか
らず、エミッタ・コーン先端部15aに集中的にかかるよ
うになるため、エミッタ・コーン先端部での電界集中の
度合を高めることができるのである。尚、上記立上り部
15bの基板部材11,12内面からの立ち上がり角度は、理
想的には90度が望ましいが、80度以上90度以下の
範囲内であれば、エミッタ・コーン先端部での電界集中
の度合を十分高めることができる。That is, in the case of the conventional emitter cone 79 shown in FIG. 26, as shown in FIG. Since it also covers the flat part between 79, the degree of electric field concentration at the tip of the emitter cone is reduced accordingly. On the other hand, when the rising portion 15b is formed in the emitter cone 15 as in the present invention, as shown in FIG. Since the light is concentrated on the tip portion 15a of the emitter cone without being applied to the portion, the degree of electric field concentration at the tip portion of the emitter cone can be increased. The rising part
Ideally, the rising angle of the substrate 15b from the inner surfaces of the substrate members 11 and 12 is desirably 90 degrees. Can be enhanced.
【0023】上記エミッタ・コーン15の高さは、立上が
り部15bを形成した結果、10μm以上となっており、
5μmに設定されている底面の直径に対する高さの割合
であるアスペクト比は2以上と成されている。このアス
ペクト比が大きい程、エミッタ・コーン先端部15aでの
電界集中は生じ易いものであり、本発明の電界電子放出
型サージ吸収素子においては、エミッタ・コーンのアス
ペクト比を2以上と成し、図26に示した従来の電界電
子放出型サージ吸収素子のエミッタ・コーンのアスペク
ト比(約0.5〜1.67)より大きく設定されている
ことから、エミッタ・コーン先端部15aでの電界集中が
生じ易くなっている。The height of the emitter cone 15 is 10 μm or more as a result of forming the rising portion 15b.
The aspect ratio, which is the ratio of the height to the diameter of the bottom surface set to 5 μm, is 2 or more. As this aspect ratio is larger, the electric field concentration at the emitter cone tip portion 15a is more likely to occur. In the field electron emission type surge absorbing element of the present invention, the emitter cone has an aspect ratio of 2 or more, Since the aspect ratio (about 0.5 to 1.67) of the emitter cone of the conventional field emission type surge absorbing element shown in FIG. 26 is set to be larger, the electric field concentration at the tip 15a of the emitter cone is made. Is more likely to occur.
【0024】上記エミッタ・コーン15間のピッチX(隣
接するエミッタ・コーン相互の底面中心間の距離)は1
0〜15μmの範囲内に設定されており、底面の直径に
対するピッチの比は2以上3以下となっている。本発明
の電界電子放出型サージ吸収素子10においては、エミッ
タ・コーン15における底面の直径に対するピッチの比を
2以上となし、単位面積当たりのエミッタ・コーン密度
を比較的、疎にすることにより、各エミッタ・コーン15
にかかる電界強度を高めているのである。しかし、一方
で、単位面積当たりのエミッタ・コーン15の密度を疎に
しすぎると、各エミッタ・コーン15へかかる電界強度が
大きくなりすぎて寿命が劣化するという問題を生じるた
め、エミッタ・コーン15の底面の直径に対するピッチの
比を3以下としているのである。The pitch X between the emitter cones 15 (the distance between the centers of the bottom surfaces of adjacent emitter cones) is 1
It is set in the range of 0 to 15 μm, and the ratio of the pitch to the diameter of the bottom surface is 2 or more and 3 or less. In the field electron emission type surge absorbing element 10 of the present invention, the ratio of the pitch to the diameter of the bottom surface of the emitter cone 15 is set to 2 or more, and the emitter cone density per unit area is relatively reduced. Each emitter cone 15
The electric field strength according to is increased. However, on the other hand, if the density of the emitter cones 15 per unit area is made too low, the electric field strength applied to each emitter cone 15 becomes too large and the life is shortened. The ratio of the pitch to the diameter of the bottom surface is set to 3 or less.
【0025】エミッタ・コーン15の表面をも含んだ第1
の基板部材11及び第2の基板部材12の内面には、保護層
22が被覆されている。この保護層22は、W、Mo、N
i、La、Al等よりなる薄膜、あるいは以上の各物質
の中、少なくとも1種類を含んだ炭化物、酸化物、窒化
物、硼化物、無機化合物より構成される。上記第1の基
板部材11の外面には、AlまたはCrを蒸着して形成し
た第1の層23aと、該第1の層23aの表面にNiを蒸着
して形成した第2の層23bからなる第1の外部電極23が
形成されている。また、第2の基板部材12の外面にも、
AlまたはCrを蒸着して形成した第1の層24aと、該
第1の層24aの表面にNiを蒸着して形成した第2の層
24bからなる第2の外部電極24が形成されている。この
第1の層23a,24aを構成するAlまたはCrと、第2
の層23b,24bを構成するNiとは、良好なオーム接触
(ohmic contact)を実現するものとして選定された。
もっとも、上記第1の外部電極23及び第2の外部電極24
は、必ずしも二層構造とする必要はなく、Niのみを蒸
着して形成してもよい。上記枠部材13の材質としては、
n形半導体と熱膨張係数が近く、内部に可動イオン(N
a+)を含んだパイレックス(登録商標)ガラス等が用
いられる。The first including the surface of the emitter cone 15
The inner surfaces of the substrate member 11 and the second substrate member 12 are provided with a protective layer.
22 are coated. This protective layer 22 is made of W, Mo, N
It is composed of a thin film made of i, La, Al, or the like, or a carbide, oxide, nitride, boride, or inorganic compound containing at least one of the above substances. On the outer surface of the first substrate member 11, a first layer 23a formed by evaporating Al or Cr and a second layer 23b formed by evaporating Ni on the surface of the first layer 23a are formed. A first external electrode 23 is formed. Also, on the outer surface of the second substrate member 12,
A first layer 24a formed by evaporating Al or Cr, and a second layer formed by evaporating Ni on the surface of the first layer 24a.
A second external electrode 24 consisting of 24b is formed. Al or Cr constituting the first layers 23a and 24a,
The Ni constituting the layers 23b and 24b is selected to realize a good ohmic contact.
However, the first external electrode 23 and the second external electrode 24
Need not necessarily have a two-layer structure, and may be formed by evaporating only Ni. As the material of the frame member 13,
The thermal expansion coefficient is close to that of an n-type semiconductor, and mobile ions (N
a + ) containing Pyrex (registered trademark) glass or the like is used.
【0026】上記第1の外部電極23及び第2の外部電極
24には、それぞれ第1の外部端子25及び第2の外部端子
26が接続される。そして、各端子25,26を線L1,L2あ
るいはGNDに接続することにより、第1の電界電子放
出型サージ吸収素子10は、図25に示したサージ吸収素
子72と同様、線L1,L2間あるいは線L1,L2−GND
間に挿入接続されることとなる。The first external electrode 23 and the second external electrode
24 has a first external terminal 25 and a second external terminal, respectively.
26 is connected. Then, by connecting the terminals 25 and 26 to the lines L1 and L2 or GND, the first field emission type surge absorbing element 10 can be connected between the lines L1 and L2 similarly to the surge absorbing element 72 shown in FIG. Or line L1, L2-GND
It will be inserted and connected between them.
【0027】しかして、上記線L1,L2間あるいは線L
1,L2−GND間に定格以上のサージ電圧が印加される
と、エミッタ・コーン15の先端部15aに強い電界集中が
生じ、電子が表面のポテンシャル障壁を通過して真空中
に放出される。この際、第1の電界電子放出型サージ吸
収素子10にあっては、エミッタ・コーン15に立上り部15
bが形成されていることから、サージ電圧の印加時に生
じる電気力線がエミッタ・コーン先端部15aに集中的に
かかるようになっている。また、エミッタ・コーン15の
アスペクト比が2以上に設定されていることから、エミ
ッタ・コーン先端部15aでの電界集中が生じ易くなって
いる。さらに、エミッタ・コーン15の底面の直径に対す
るピッチの比が2以上3以下に設定されていることか
ら、各エミッタ・コーン15にかかる電界強度が高められ
ている。この結果、第1の電界電子放出型サージ吸収素
子10にあっては、比較的低い電圧印加によって電子放出
を実現することができるのである。上記のいわゆる電界
電子放出現象によって生じた電子は、対向する基板部材
の内面で捕捉されるため、第1の基板部材11と第2の基
板部材12との間に電流が流れる先駆放電が生成され、こ
の先駆放電が真空火花放電に移行することでサージの吸
収が実現されるのである。The line L1 and L2 or the line L
1, When a surge voltage higher than the rated voltage is applied between L2 and GND, a strong electric field concentration occurs at the tip 15a of the emitter cone 15, and electrons are emitted into a vacuum through a potential barrier on the surface. At this time, in the first field emission type surge absorbing element 10, the rising portion 15
Since b is formed, the lines of electric force generated when a surge voltage is applied are concentrated on the tip 15a of the emitter cone. Further, since the aspect ratio of the emitter cone 15 is set to 2 or more, the electric field concentration at the tip 15a of the emitter cone easily occurs. Further, since the pitch ratio to the diameter of the bottom surface of the emitter cone 15 is set to 2 or more and 3 or less, the electric field intensity applied to each emitter cone 15 is increased. As a result, in the first field emission surge absorbing element 10, electron emission can be realized by applying a relatively low voltage. The electrons generated by the so-called field electron emission phenomenon are captured on the inner surface of the opposing substrate member, so that a precursor discharge in which a current flows between the first substrate member 11 and the second substrate member 12 is generated. By absorbing the precursor discharge into a vacuum spark discharge, the surge can be absorbed.
【0028】この第1の電界電子放出型サージ吸収素子
10の場合、第1の基板部材11及び第2の基板部材12がそ
れぞれエミッタ・コーン15を備えており、双方向に電子
放出が可能であるため、回路に接続する際にその極性を
考慮する必要がない。This first field emission type surge absorbing element
In the case of 10, since the first substrate member 11 and the second substrate member 12 each have an emitter cone 15 and can emit electrons in both directions, their polarities are taken into consideration when connecting to the circuit. No need.
【0029】なお、図示の便宜上、図1においてはエミ
ッタ・コーン15の大きさを強調して描かれているが、実
際には上記のようにエミッタ・コーン15はμm単位の大
きさであるのに対し、第1の基板部材11及び第2の基板
部材12はmm単位(例えば2〜6mm角)の大きさであり、
エミッタ・コーン15も数万〜数十万個以上形成されてい
る。因みに、第1の電界電子放出型サージ吸収素子10の
全体の大きさは、6mm角で厚さが0.6mm程度となる。Although the size of the emitter cone 15 is emphasized in FIG. 1 for convenience of illustration, the emitter cone 15 is actually in a size of μm as described above. On the other hand, the first substrate member 11 and the second substrate member 12 have a size of mm unit (for example, 2 to 6 mm square),
Also, tens of thousands to hundreds of thousands of emitter cones 15 are formed. Incidentally, the overall size of the first field emission type surge absorbing element 10 is about 6 mm square and about 0.6 mm thick.
【0030】つぎに、図4〜図11に基づき、エミッタ
・コーン15の形成方法について説明する。まず、第1の
基板部材11及び第2の基板部材12の素になる抵抗率が
0.01〜5(Ω・cm)のn形Si基板27を用意し、そ
の表面を酸化させて厚さ約150〜3000オングスト
ロームのSiO2薄膜28を形成する(図4)。つぎに、
上記SiO2薄膜28の表面全域に、フォトレジスト29を
均一に塗布する(図5)。また、フォトレジスト29の上
方に遮光塗料30を円形に塗布したフォトマスク31を被
せ、紫外線UVによる露光処理を施す。この結果、遮光
塗料30によって紫外線UVが遮られる部分を除き、フォ
トレジスト29の表面が感光する。つぎに、所定の薬品を
用いてフォトレジスト29の中で感光された部分を除去
し、SiO2薄膜28の表面に円形のフォトレジスト・マ
スク32を形成する(図6)。Next, a method of forming the emitter cone 15 will be described with reference to FIGS. First, an n-type Si substrate 27 having a resistivity of 0.01 to 5 (Ω · cm), which serves as an element of the first substrate member 11 and the second substrate member 12, is prepared, and its surface is oxidized to a thickness. A SiO 2 thin film 28 of about 150-3000 Å is formed (FIG. 4). Next,
A photoresist 29 is uniformly applied to the entire surface of the SiO 2 thin film 28 (FIG. 5). Further, a photomask 31 in which a light-shielding paint 30 is applied in a circular shape is placed over the photoresist 29, and an exposure process using ultraviolet rays UV is performed. As a result, the surface of the photoresist 29 is exposed except for the portion where the ultraviolet rays UV are blocked by the light-shielding paint 30. Next, the exposed portion of the photoresist 29 is removed using a predetermined chemical, and a circular photoresist mask 32 is formed on the surface of the SiO 2 thin film 28 (FIG. 6).
【0031】つぎに、BHF(Buffered 弗酸を用いた
ウエットエッチング)により、SiO2薄膜28の中でフ
ォトレジスト・マスク32で覆われていない部分を除去し
た後に、フォトレジスト・マスク32を剥離することによ
り、円形のドット状酸化膜マスク33を形成する(図
7)。この酸化膜マスク33の直径は、本方法で形成され
るエミッタ・コーン底面の直径と略一致するものであ
り、5μmに設定される。なお、図においては1個の酸
化膜マスク33のみが表されているが、この酸化膜マスク
33はエミッタ・コーン15の数に対応して実際にはマトリ
クス状に多数形成されるものである。そして、酸化膜マ
スク33間のピッチ(隣接する酸化膜マスク相互の底面中
心間の距離)は、10〜15μmの範囲内に設定され、
酸化膜マスク底面の直径に対するピッチの比は2以上3
以下とされる。このように設定することにより、形成さ
れるエミッタ・コーンの底面の直径に対するピッチの比
を2以上3以下とすることができるのである。Next, the portions of the SiO 2 thin film 28 that are not covered with the photoresist mask 32 are removed by BHF (wet etching using buffered hydrofluoric acid), and then the photoresist mask 32 is removed. Thus, a circular dot-shaped oxide film mask 33 is formed (FIG. 7). The diameter of the oxide film mask 33 substantially matches the diameter of the bottom surface of the emitter cone formed by the present method, and is set to 5 μm. Although only one oxide film mask 33 is shown in FIG.
33 are actually formed in a matrix in a number corresponding to the number of the emitter cones 15. The pitch between the oxide film masks 33 (the distance between the centers of the bottom surfaces of adjacent oxide film masks) is set within a range of 10 to 15 μm.
The ratio of the pitch to the diameter of the oxide film mask bottom is 2 or more and 3
It is as follows. By setting in this way, the ratio of the pitch to the diameter of the bottom surface of the formed emitter cone can be set to 2 or more and 3 or less.
【0032】つぎに、Si基板27表面にRIE(リアク
ティブ・イオン・エッチング)を施して、酸化膜マスク
33で覆われていない部分を侵食させる。RIEは、図示
しない真空チャンバ内に設置した2枚の平行電極間にS
i基板27を配置させた上で、所定のガス媒体を真空チャ
ンバ内に充填し、両電極間に約160Wの電力を加えて高
周波プラズマ放電を発生させ、このプラズマによる化学
作用とイオン衝撃による物理作用を利用してエッチング
を行う方法である。この場合、ガス媒体として反応性の
O2とSF6を用いるのが望ましく、両者の体積比は、
2.2×10−2Torrの圧力下で、例えばSF6:O2
=9:1に設定される。RIEは異方性に優れているた
め、酸化膜マスク33の裏面側にもエッチングが進行して
しまう、いわゆるアンダーカットの程度が比較的低くな
り、この結果、Si基板27表面から80度以上90度以
下の角度で立設する略円柱状の突出部34が形成される
(図8)。このRIEは、上記の条件下において例えば
20分間実施され、突出部34の底面の直径に対し、その
高さがアスペクト比で少なくとも2以上に至った所定の
段階で停止される。次に、O2とSF6の圧力を5.5
×10−2Torrに上げてRIEを行うことにより、上記
突出部34の先端が若干侵食され、略円錐台状の先端部34
aと略円柱状の立上り部34bとが形成される(図9)。Next, RIE (reactive ion etching) is performed on the surface of the Si substrate 27 to form an oxide film mask.
Erosion of parts not covered by 33. RIE is performed between two parallel electrodes installed in a vacuum chamber (not shown).
After arranging the i-substrate 27, a predetermined gas medium is filled in the vacuum chamber, and a power of about 160 W is applied between both electrodes to generate a high-frequency plasma discharge. This is a method of performing etching by utilizing the action. In this case, it is desirable to use reactive O 2 and SF 6 as the gas medium, and the volume ratio of both is
Under a pressure of 2.2 × 10 −2 Torr, for example, SF 6 : O 2
= 9: 1. Since RIE is excellent in anisotropy, the degree of so-called undercut, in which etching proceeds on the back surface side of the oxide film mask 33, is relatively low. A substantially column-shaped projection 34 standing at an angle equal to or less than degrees is formed (FIG. 8). This RIE is performed, for example, for 20 minutes under the above conditions, and is stopped at a predetermined stage where the height of the bottom surface of the protrusion 34 reaches at least 2 in aspect ratio. Next, the pressure of O 2 and SF 6 was increased to 5.5.
By raising the pressure to × 10 −2 Torr and performing RIE, the tip of the protruding portion 34 is slightly eroded, and the substantially frustoconical tip 34 is formed.
a and a substantially cylindrical rising portion 34b are formed (FIG. 9).
【0033】尚、上記2.2×10−2Torrの圧力下で
反応性のO2とSF6を用いたRIEを行って、Si基
板27の酸化膜マスク33で覆われていない部分を侵食させ
る代わりに、CF4を用いた等方性ドライエッチングを
行うことにより、図8の突出部34を形成しても良い。こ
のCF4を用いた等方性ドライエッチングは、1.0×
10−1Torrの圧力下で行われる。また、CF4単独で
はなく、反応性のO2とCF4(体積比は、CF4:O
2=9:1)を用いた等方性ドライエッチングを行って
も良く、この場合には、若干のアンダーカットが生じて
しまうものの、CF4単独の場合に比べて反応速度を速
めることができる。CF4又は反応性のO2とCF4を
用いた等方性ドライエッチングにより、図8の略円柱状
の突出部34を形成後、ガスをO2とSF6に入れ換えて
5.5×10−1Torrの圧力下でRIEを行い、突出部
34の先端を若干侵食させて、図9の略円錐台状の先端部
34aと略円柱状の立上り部34bとを形成する。RIE using reactive O 2 and SF 6 under the pressure of 2.2 × 10 −2 Torr is performed to erode the portion of the Si substrate 27 which is not covered with the oxide film mask 33. Instead, the projecting portion 34 in FIG. 8 may be formed by performing isotropic dry etching using CF 4 . This isotropic dry etching using CF 4 is performed by 1.0 ×
It is performed under a pressure of 10 -1 Torr. In addition, instead of CF 4 alone, reactive O 2 and CF 4 (volume ratio is CF 4 : O
2 = 9: 1) may be performed. In this case, although a slight undercut occurs, the reaction speed can be increased as compared with the case of using CF 4 alone. . 8 is formed by isotropic dry etching using CF 4 or reactive O 2 and CF 4 , the gas is replaced with O 2 and SF 6 to obtain 5.5 × 10 RIE under pressure of -1 Torr
The tip of 34 is slightly eroded to form a generally frustoconical tip in FIG.
34a and a substantially cylindrical rising portion 34b are formed.
【0034】而して、CF4又は反応性のO2とCF4
を用いた等方性ドライエッチングで図8の突出部34を形
成した場合には、反応性のO2とSF6を用いたRIE
で突出部34を形成した場合に比べ、突出部34の立設角度
をより90度に近付けることができる。一方、反応性の
O2とSF6を用いたRIEで図8の突出部34を形成し
た場合には、CF4又は反応性のO2とCF4を用いた
等方性ドライエッチングで突出部34を形成した場合のよ
うに、図8の突出部34形成後に、次工程のRIEを行う
ためのガスの入れ換えを行う必要がなく、単に、O2と
SF6のガス圧を上げるだけで良いので製造工程が簡素
化できる。Thus, CF 4 or reactive O 2 and CF 4
When the protruding portion 34 shown in FIG. 8 is formed by isotropic dry etching using RIE, RIE using reactive O 2 and SF 6 is performed.
The standing angle of the protruding portion 34 can be made closer to 90 degrees as compared with the case where the protruding portion 34 is formed. On the other hand, when the protrusion 34 shown in FIG. 8 is formed by RIE using reactive O 2 and SF 6 , the protrusion is formed by isotropic dry etching using CF 4 or reactive O 2 and CF 4. As in the case where the protrusions 34 are formed, there is no need to replace the gas for performing the RIE in the next step after the formation of the protrusions 34 in FIG. 8, and it is sufficient to simply increase the gas pressures of O 2 and SF 6. Therefore, the manufacturing process can be simplified.
【0035】つぎに、上記Si基板27の表面に異方性ウ
ェットエッチングを施し、上記突出部34の表面を更に侵
食させて、略円錐台状の先端部34aをより一層尖鋭化さ
せる(図10)。一般にウェットエッチングというの
は、エッチング対象物を所定の化学薬品に浸し、その化
学反応を利用してエッチングを行うものであり、等方性
が強い(すなわち、エッチング方向を制御し難く、オー
バーエッチングが生じ易い)という特徴を備えている。
これに対し、異方性ウェットエッチングは、エッチング
液の選定に工夫を凝らすことにより、ウェットエッチン
グながらも等方性を弱めてエッチング方向を制御し易く
したものである。ここでは、異方性ウェットエッチング
用のエッチング液として、KOHとH2Oとの混合水溶
液を用いており、その溶液温度は摂氏50度程度に設定
される。また、両者の混合比率としては、例えば100
mlのH2Oに対して50gのKOHを混合することが挙
げられる。Next, the surface of the Si substrate 27 is subjected to anisotropic wet etching to further erode the surface of the protruding portion 34, thereby sharpening the substantially frustoconical tip portion 34a (FIG. 10). ). In general, wet etching is a method in which an object to be etched is immersed in a predetermined chemical and etching is performed using the chemical reaction, and has a strong isotropic property (that is, it is difficult to control the etching direction, and overetching is difficult). Easily occur).
On the other hand, in the anisotropic wet etching, by devising the selection of the etching solution, the isotropic property is reduced and the etching direction is easily controlled while the wet etching is performed. Here, a mixed aqueous solution of KOH and H 2 O is used as an etchant for anisotropic wet etching, and the temperature of the solution is set to about 50 degrees Celsius. The mixing ratio of the two is, for example, 100
It can be mentioned mixing of KOH 50g respect ml of H 2 O.
【0036】上記の異方性ウェットエッチングが進行
し、ある程度のアンダーカット35が生じて突出部34の先
端部34aが極めて尖鋭化すると、酸化膜マスク33は安定
性を失って落下する(図11)。この段階に至れば、突
出部34の先端部34aの角度は25〜30度まで尖鋭化され、
エミッタ・コーン15として完成しているため、上記異方
性ウェットエッチングが停止される。ここに至るまでの
異方性ウェットエッチングの所要時間としては、約1分
程度が見込まれる。When the above-described anisotropic wet etching progresses and a certain degree of undercut 35 occurs to sharpen the tip 34a of the projection 34, the oxide film mask 33 loses stability and drops (FIG. 11). ). At this stage, the angle of the tip 34a of the protruding portion 34 is sharpened to 25 to 30 degrees,
Since the emitter cone 15 is completed, the anisotropic wet etching is stopped. The time required for the anisotropic wet etching up to here is expected to be about 1 minute.
【0037】以上のようにして、その先端部15aが極め
て尖鋭であると共に、立上り部15bを備えたエミッタ・
コーン15を形成することができ、この第1の電界電子放
出型サージ吸収素子10の動作電圧を、使用目的に応じて
比較的低い値に設定することが可能となる。As described above, the emitter 15 having the tip portion 15a that is extremely sharp and having the rising portion 15b is provided.
The cone 15 can be formed, and the operating voltage of the first field emission surge absorbing element 10 can be set to a relatively low value depending on the purpose of use.
【0038】上記のようにして、表面にエミッタ・コー
ン15が形成された第1の基板部材11及び第2の基板部材
12の外面には、それぞれ第1の外部電極23及び第2の外
部電極24が形成される。また、両基板部材11,12の内面
やエミッタ・コーン15の表面には、保護膜22が形成され
る。つぎに、図12に示すように、第1の基板部材11の
表面に枠部材13を重ね合わせる。この枠部材13は、長方
形状のガラス板の真ん中部分を長方形状に大きく切り欠
いた形状を備えており、第1の基板部材11の対向面周縁
40にその第1の端面(下面)13aが重ねられる。The first substrate member 11 and the second substrate member each having the emitter cone 15 formed on the surface as described above.
A first external electrode 23 and a second external electrode 24 are formed on the outer surface of the substrate 12, respectively. Further, a protective film 22 is formed on the inner surfaces of the two substrate members 11 and 12 and the surface of the emitter cone 15. Next, as shown in FIG. 12, the frame member 13 is superimposed on the surface of the first substrate member 11. This frame member 13 has a shape in which a middle portion of a rectangular glass plate is largely cut away in a rectangular shape, and a peripheral edge of the opposing surface of the first substrate member 11 is provided.
The first end surface (lower surface) 13a is superimposed on 40.
【0039】つぎに、図13に示すように、ホットプレ
ート42上に第1の基板部材11を、第1の外部電極23を下
にして載置する。そして、枠部材13の第2の端面13bに
は、電極板43が圧着される。また、第1の基板部材11の
第1の外部電極23には、ホットプレート42を経由して直
流電源44のプラス側が接続されると共に、上記電極板43
には直流電源44のマイナス側が接続される。つぎに、上
記ホットプレート42によって、第1の基板部材11及び枠
部材13が摂氏200〜600度に加熱された状態で、上
記直流電源44より50〜1000Vの直流電圧が印加さ
れる。Next, as shown in FIG. 13, the first substrate member 11 is placed on the hot plate 42 with the first external electrode 23 facing down. Then, the electrode plate 43 is crimped to the second end face 13b of the frame member 13. The positive side of a DC power supply 44 is connected to the first external electrode 23 of the first substrate member 11 via a hot plate 42, and the electrode plate 43
Is connected to the negative side of the DC power supply 44. Next, a DC voltage of 50 to 1000 V is applied from the DC power supply 44 while the first substrate member 11 and the frame member 13 are heated to 200 to 600 degrees Celsius by the hot plate 42.
【0040】この結果、図14に示すように、一定時間
経過後には枠部材13中の陽イオン45がマイナス側(すな
わち枠部材13の第2の端面13b側)に移動すると共に、
第1の基板部材14の対向面周縁40近傍にマイナスの電荷
が集中して空間電荷層46が現れ、大きな吸引力を伴う化
学結合が生じて陽極接合が実現される。As a result, as shown in FIG. 14, after a certain period of time, the cations 45 in the frame member 13 move to the minus side (ie, the second end surface 13b side of the frame member 13), and
Negative charges are concentrated near the peripheral edge 40 of the first substrate member 14 to form the space charge layer 46, and a chemical bond with a large attractive force is generated to realize anodic bonding.
【0041】以上のようにして、第1の基板部材11の対
向面周縁40と枠部材13の第1の端面13aとの強固な接合
が完了した後、図15に示すように、枠部材13の第2の
端面13bを砥石車47で研磨し、枠部材13を必要な高さ
(厚さ)に調整する。第1の基板部材11の内面及びエミ
ッタ・コーン15の表面には保護膜22が形成されているた
め、この研磨工程によって損なわれることはない。As described above, after the strong bonding between the peripheral edge 40 of the first substrate member 11 and the first end surface 13a of the frame member 13 is completed, as shown in FIG. The second end face 13b is polished by a grinding wheel 47 to adjust the frame member 13 to a required height (thickness). Since the protective film 22 is formed on the inner surface of the first substrate member 11 and the surface of the emitter cone 15, the polishing film is not damaged.
【0042】図16に示すように、今度は真空雰囲気中
において、ホットプレート42上に第2の基板部材12を第
2の外部電極24を下にして載置すると共に、枠部材13の
第2の端面13bを第2の基板部材12の対向面周縁48に当
接させる。また、上記第2の基板部材12の第2の外部電
極24には、ホットプレート42経由して直流電源44のプラ
ス側が接続されると共に、第1の基板部材11の第1の外
部電極23には電極板43を介して直流電源44のマイナス側
が接続される。そして、上記ホットプレート42によっ
て、第2の基板部材12及び枠部材13が摂氏200〜60
0度に加熱された状態で、上記直流電源44より50〜1
000Vの直流電圧が印加される。この結果、上記と同
様のメカニズムによって、第2の基板部材12の対向面周
縁48と枠部材13の第2の端面13bとの強固な陽極接合が
実現され、高い気密性を備えた外囲器14が完成する。As shown in FIG. 16, this time, in a vacuum atmosphere, the second substrate member 12 is placed on the hot plate 42 with the second external electrode 24 facing down, and the second Is brought into contact with the peripheral edge 48 of the facing surface of the second substrate member 12. Further, the plus side of the DC power supply 44 is connected to the second external electrode 24 of the second substrate member 12 via the hot plate 42, and the second external electrode 24 of the first substrate member 11 is connected to the first external electrode 23 of the first substrate member 11. Is connected to the negative side of the DC power supply 44 via the electrode plate 43. Then, the second substrate member 12 and the frame member 13 are heated by the hot plate 42 to 200 to 60 degrees Celsius.
In the state of being heated to 0 degrees, 50 to 1
A DC voltage of 000 V is applied. As a result, the strong anodic bonding between the peripheral edge 48 of the second substrate member 12 and the second end surface 13b of the frame member 13 is realized by the same mechanism as described above, and the envelope having high airtightness is realized. 14 is completed.
【0043】上記陽極接合法は、溶融ガラスや接着剤を
使用しないため、両基板部材11,12と枠部材13とを高い
位置精度で接合することができると共に、接合後の脱ガ
ス処理が不要である利点を備えている。また、枠部材13
は両基板部材11,12と陽極接合されるため、内部に可動
イオンを含んだパイレックス(登録商標)ガラス等によ
って構成する必要があり、これをあまり薄く形成すると
割れ易くなるため、製造過程での取扱いを考慮すると1
00μm以下にはできないという問題があったが、上記
の通り、枠部材13を第1の基板部材11に陽極接合した後
で、研磨によって枠部材13の高さを調整する工程を設け
ることにより、枠部材13の高さを100μm以下に形成
することができ、従って、両基板部材の内面間の距離を
狭めることで動作電圧を低く設定することが可能であ
る。一旦第1の基板部材11に接合させた後で研磨工程を
行うものであるため、例え枠部材13の厚さが100μm
以下であっても容易に割れたりすることがなく、取扱上
の不都合は生じない。Since the anodic bonding method does not use a molten glass or an adhesive, the two substrate members 11 and 12 and the frame member 13 can be bonded with high positional accuracy, and degassing after the bonding is unnecessary. It has the advantage of being. Also, the frame member 13
Must be made of Pyrex (registered trademark) glass or the like that contains mobile ions inside it, and if it is formed too thin, it will be easily broken. Considering the handling 1
Although there was a problem that it could not be less than 00 μm, as described above, after the frame member 13 was anodically bonded to the first substrate member 11, by providing a step of adjusting the height of the frame member 13 by polishing, The height of the frame member 13 can be set to 100 μm or less. Therefore, the operating voltage can be set low by reducing the distance between the inner surfaces of the two substrate members. Since the polishing step is performed after being once bonded to the first substrate member 11, for example, the thickness of the frame member 13 is 100 μm.
Even if it is below, it will not be easily broken, and there will be no inconvenience in handling.
【0044】図17は、この発明に係る第2の電界電子
放出型サージ吸収素子50を示すものである。この第2の
電界電子放出型サージ吸収素子50の場合、n型半導体よ
りなる第1の基板部材11及び第2の基板部材12の対向面
に、それぞれ一定の深さの凹部51が形成されると共に、
この凹部51の底面に多数のエミッタ・コーン15が一体形
成されている。また、第1の基板部材11の対向面周縁40
と第2の基板部材12の対向面周縁48との間を、枠部材13
を介して接合する代わりに、枠状酸化膜52,52を間に介
して接合している点に特徴を備えている。なお、それ以
外の構成は、第1の電界電子放出型サージ吸収素子10と
実質的に等しい。FIG. 17 shows a second field emission type surge absorbing element 50 according to the present invention. In the case of the second field emission type surge absorbing element 50, concave portions 51 having a constant depth are formed on the opposing surfaces of the first substrate member 11 and the second substrate member 12 made of an n-type semiconductor. Along with
A large number of emitter cones 15 are integrally formed on the bottom surface of the concave portion 51. Further, the peripheral edge 40 of the facing surface of the first substrate member 11
Between the outer peripheral edge 48 of the second substrate member 12 and the frame member 13.
This is characterized in that, instead of joining via the frame, the frame-like oxide films 52, 52 are joined via an intervening portion. Other configurations are substantially the same as those of the first field emission type surge absorbing element 10.
【0045】図18〜図24に基づき、第2の電界電子
放出型サージ吸収素子50の製造方法を説明する。まず、
第1の基板部材11及び第2の基板部材12の素となる抵抗
率が0.01〜5(Ω・cm)のn形Si基板55を、酸化
雰囲気中で酸化させて表面に約150オングストローム
〜2μmの厚さのSiO2薄膜56を形成した後、このS
iO2薄膜56の表面全域に、フォトレジスト57をスピン
ナを用いて均一に塗布する(図18)。つぎに、フォト
レジスト57の上方に、枠状遮光性パターン58及び多数の
ドット状遮光パターン59を備えたフォトマスク60を被
せ、紫外線UVによる露光処理を施す(図19)。この
結果、遮光パターン58,59によって紫外線が遮られた部
分を除き、フォトレジスト57の表面が感光する。つぎ
に、所定の薬品を用いてフォトレジスト57の中で感光さ
れた部分を除去し、SiO2薄膜56の表面に枠状フォト
レジスト・マスク61及びドット状フォトレジスト・マス
ク62を形成する(図20) 。つぎに、BHFにより、
Si O2薄膜56の中で枠状フォトレジスト・マスク61及
びドット状フォトレジスト・マスク62で覆われていない
部分を除去した後に、両フォトレジスト・マスク61,62
を剥離することにより、Si基板55の表面周縁に沿う枠
状酸化膜52と、多数のドット状酸化膜64が形成される
(図21)。A method of manufacturing the second field emission type surge absorbing element 50 will be described with reference to FIGS. First,
An n-type Si substrate 55 having a resistivity of 0.01 to 5 (Ω · cm), which is an element of the first substrate member 11 and the second substrate member 12, is oxidized in an oxidizing atmosphere to have a surface of about 150 Å. After forming a SiO 2 thin film 56 having a thickness of about 2 μm,
A photoresist 57 is uniformly applied to the entire surface of the iO 2 thin film 56 using a spinner (FIG. 18). Next, a photomask 60 provided with a frame-shaped light-shielding pattern 58 and a number of dot-shaped light-shielding patterns 59 is placed over the photoresist 57, and an exposure process using ultraviolet UV is performed (FIG. 19). As a result, the surface of the photoresist 57 is exposed except for the portion where the ultraviolet rays are blocked by the light shielding patterns 58 and 59. Next, the exposed portion of the photoresist 57 is removed using a predetermined chemical, and a frame-shaped photoresist mask 61 and a dot-shaped photoresist mask 62 are formed on the surface of the SiO 2 thin film 56 (FIG. 20). Next, by BHF,
After removing portions of the SiO 2 thin film 56 that are not covered with the frame-shaped photoresist mask 61 and the dot-shaped photoresist mask 62, the photoresist masks 61 and 62 are removed.
By stripping, a frame-shaped oxide film 52 along the surface periphery of the Si substrate 55 and a number of dot-shaped oxide films 64 are formed (FIG. 21).
【0046】つぎに、上記第1の電界電子放出型サージ
吸収素子の場合と同様に、Si基板55表面に、2.2×
10−2Torrの圧力下でのRIE(或いは、1.0×1
0−1Torrの圧力下でのCF4又は反応性のO2とCF
4を用いた等方性ドライエッチング)、5.5×10
−2Torr圧力下でのRIE、及び異方性ウェットエッチ
ングを施して、酸化膜52,64で覆われていない部分を必
要な深さ分侵食させ、凹部51及びエミッタ・コーン15を
形成する(図示省略)。この際、エミッタ・コーン15の
尖鋭化により、ドット状酸化膜64はバランスを失って自
然に落下するが(図11参照)、枠状酸化膜52はそのま
ま残される。つぎに、上記凹部51及びエミッタ・コーン
15の表面に、保護膜22が形成されるNext, as in the case of the first field electron emission type surge absorbing element, 2.2 × 2.2 ×
RIE under a pressure of 10 −2 Torr (or 1.0 × 1
CF 4 or reactive O 2 and CF under pressure of 0 −1 Torr
4 ) 5.5 × 10
By performing RIE under a pressure of -2 Torr and anisotropic wet etching, a portion not covered with the oxide films 52 and 64 is eroded to a required depth, thereby forming the concave portion 51 and the emitter cone 15 ( Not shown). At this time, due to the sharpening of the emitter cone 15, the dot-shaped oxide film 64 loses balance and falls naturally (see FIG. 11), but the frame-shaped oxide film 52 is left as it is. Next, the concave portion 51 and the emitter cone
A protective film 22 is formed on the surface of 15
【0047】このようにして、対向面周縁に枠状酸化膜
52が残されると共に、凹部51、多数のエミッタ・コーン
15、及び保護膜22が形成された第1の基板部材11(第2
の基板部材12)を、図22に示すように、硫酸と過酸化
水の混合溶液を満たした第1の槽65内に浸し、図示しな
いヒータ等によって加熱し、5分間ほど煮沸させる。こ
の硫酸過酸化水の濃度は、5〜20%に設定されている。
この結果、枠状酸化膜52の表面が反応し、所定の粗面が
形成される。なお、エミッタ・コーン15及び凹部51の表
面に形成された保護膜22はこの硫酸過酸化水に反応しな
いため、粗面化はされない。Thus, the frame-shaped oxide film is formed on the peripheral edge of the facing surface.
52 remains, recess 51, many emitter cones
15 and a first substrate member 11 (second
As shown in FIG. 22, the substrate member 12) is immersed in a first tank 65 filled with a mixed solution of sulfuric acid and peroxide water, heated by a heater (not shown), and boiled for about 5 minutes. The concentration of the sulfuric acid peroxide water is set to 5 to 20%.
As a result, the surface of the frame-shaped oxide film 52 reacts to form a predetermined rough surface. Note that the protective film 22 formed on the surfaces of the emitter cone 15 and the concave portion 51 does not react with the sulfuric acid-peroxide solution, and is not roughened.
【0048】つぎに、この第1の基板部材11(第2の基
板部材12)を第1の槽65から取り出し、図23に示すよ
うに、第2の槽66内に移す。この第2の槽66内には、純
水が充填されている。また、この第2の槽66の底面裏側
には、圧電素子よりなる超音波発振部材67が密着配置さ
れている。この超音波発振部材67を30秒〜60秒駆動させ
ると、第1の基板部材11(第2の基板部材12)の表面が
洗浄されると共に、上記枠状酸化膜52の表面が親水性に
なる。Next, the first substrate member 11 (second substrate member 12) is taken out of the first tank 65 and transferred into the second tank 66 as shown in FIG. The second tank 66 is filled with pure water. On the back side of the bottom surface of the second tank 66, an ultrasonic oscillation member 67 made of a piezoelectric element is arranged in close contact. When the ultrasonic oscillation member 67 is driven for 30 seconds to 60 seconds, the surface of the first substrate member 11 (second substrate member 12) is cleaned, and the surface of the frame-shaped oxide film 52 becomes hydrophilic. Become.
【0049】つぎに、図24に示すように、真空チャン
バ68内において、第1の基板部材11を基台69上に載置さ
せると共に、第2の基板部材12を対向配置させ、それぞ
れの対向面周縁に残された枠状酸化膜52,52同士を接触
させる。この後、ヒータ70をONして摂氏1000〜1
400度で加熱する。この結果、両基板部材11,12の枠
状酸化膜52,52同士が共有結合し、以て気密に封止され
た外囲器14が形成される。Next, as shown in FIG. 24, in the vacuum chamber 68, the first substrate member 11 is placed on the base 69, and the second substrate member 12 is disposed to face each other. The frame-shaped oxide films 52 left on the peripheral edge of the surface are brought into contact with each other. After that, the heater 70 is turned on to set the temperature from 1000 to 1 Celsius.
Heat at 400 degrees. As a result, the frame-shaped oxide films 52 of the two substrate members 11 and 12 are covalently bonded to each other, thereby forming the envelope 14 hermetically sealed.
【0050】この第2の電界電子放出型サージ吸収素子
50の製造方法によれば、両基板部材11,12の接合におい
て枠部材を用いる必要がなく、両基板部材の対向面周縁
に形成された枠状酸化膜52,52を介して気密に接合でき
るため、エミッタ・コーン15の先端間の距離をより狭め
ることが可能となり、その分動作電圧を低く設定するこ
とが可能となる。なお、上記のように洗浄工程を経て枠
状酸化膜52の表面を親水性にしておくことにより、表面
の濡れ性が良好となり、上記共有結合が容易となる。This second field electron emission type surge absorbing element
According to the manufacturing method of 50, it is not necessary to use a frame member in joining the two substrate members 11 and 12, and the members can be air-tightly joined via the frame-shaped oxide films 52 formed on the peripheral edges of the opposing surfaces of the two substrate members. Therefore, the distance between the tips of the emitter cones 15 can be further reduced, and the operating voltage can be set lower accordingly. By making the surface of the frame-shaped oxide film 52 hydrophilic through the washing step as described above, the wettability of the surface is improved and the covalent bond is facilitated.
【0051】上記においては、第1の基板部材11及び第
2の基板部材12の対向面周縁にそれぞれ枠状酸化膜52,
52を形成した例を示したが、SiO2−Si間において
も共有結合は可能であるため、何れか一方の基板部材に
枠状酸化膜52を形成しておけば足りる。In the above, the frame-shaped oxide films 52, 52 are formed on the peripheral edges of the opposing surfaces of the first substrate member 11 and the second substrate member 12, respectively.
Although an example in which 52 is formed has been shown, since a covalent bond can be formed between SiO 2 and Si, it is sufficient to form the frame-shaped oxide film 52 on one of the substrate members.
【0052】上記第1の電界電子放出型サージ吸収素子
10及び第2の電界電子放出型サージ吸収素子50は、共に
両基板部材11,12の対向面にエミッタ・コーン15が形成
されたタイプのものであるが、この発明はこの種の電界
電子放出型サージ吸収素子に限定されるものではない。
すなわち、従来技術で説明したような、一方の基板部材
の対向面に形成されたエミッタ・コーンが他方の基板部
材の内面と対向するように構成された電界電子放出型サ
ージ吸収素子にも応用できる。また、エミッタ・コーン
に関しても、上記のようにシリコン製の基板部材と一体
形成する場合に限られず、ダイヤモンド結晶によってエ
ミッタ・コーンを形成するタイプの電界電子放出型サー
ジ吸収素子にも応用可能である。The first field emission type surge absorbing element
The 10 and the second field emission type surge absorbing element 50 are both of the type in which the emitter cone 15 is formed on the opposing surface of both substrate members 11 and 12. It is not limited to the type surge absorbing element.
That is, as described in the prior art, the present invention can also be applied to a field emission type surge absorbing element in which the emitter cone formed on the facing surface of one substrate member faces the inner surface of the other substrate member. . Further, the emitter cone is not limited to the case where the emitter cone is integrally formed with the silicon substrate member as described above, and can be applied to a field electron emission type surge absorbing element of a type in which the emitter cone is formed by a diamond crystal. .
【0053】[0053]
【発明の効果】この発明に係る電界電子放出型サージ吸
収素子にあっては、エミッタ・コーンが、基板部材の内
面から80度以上90度以下の角度で立設する立上り部
を有していることから、エミッタ・コーンの先端部にお
ける電界集中の度合が高まり、その結果、比較的低い電
圧印加によって電子放出を実現することができる。In the field electron emission type surge absorbing element according to the present invention, the emitter cone has a rising portion which stands from the inner surface of the substrate member at an angle of not less than 80 degrees and not more than 90 degrees. As a result, the degree of electric field concentration at the tip of the emitter cone increases, and as a result, electron emission can be realized by applying a relatively low voltage.
【図1】この発明に係る第1の電界電子放出型サージ吸
収素子を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a first field emission type surge absorbing element according to the present invention.
【図2】従来のエミッタ・コーンの場合の電気力線の分
布状況を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a distribution state of lines of electric force in the case of a conventional emitter cone.
【図3】本発明のエミッタ・コーンの場合の電気力線の
分布状況を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a distribution state of lines of electric force in the case of the emitter cone of the present invention.
【図4】エミッタ・コーンの形成過程を示す部分断面図
である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone.
【図5】エミッタ・コーンの形成過程を示す部分断面図
である。FIG. 5 is a partial sectional view showing a process of forming an emitter cone.
【図6】エミッタ・コーンの形成過程を示す部分断面図
である。FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone.
【図7】エミッタ・コーンの形成過程を示す部分断面図
である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone.
【図8】エミッタ・コーンの形成過程を示す部分断面図
である。FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone.
【図9】エミッタ・コーンの形成過程を示す部分断面図
である。FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone.
【図10】エミッタ・コーンの形成過程を示す部分断面
図である。FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone.
【図11】エミッタ・コーンの形成過程を示す部分断面
図である。FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone.
【図12】第1の基板部材と枠部材との接合過程を示す
斜視図である。FIG. 12 is a perspective view showing a joining process between the first substrate member and the frame member.
【図13】第1の基板部材と枠部材との接合過程を示す
説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a joining process between the first substrate member and the frame member.
【図14】第1の基板部材と枠部材との接合原理を示す
概念図である。FIG. 14 is a conceptual diagram showing the principle of joining the first substrate member and the frame member.
【図15】枠部材の研磨工程を示す説明図である。FIG. 15 is an explanatory view showing a polishing step of the frame member.
【図16】第2の基板部材と枠部材との接合過程を示す
説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram showing a joining process between the second substrate member and the frame member.
【図17】この発明に係る第2の電界電子放出型サージ
吸収素子を示す断面図である。FIG. 17 is a sectional view showing a second field-emission-type surge absorbing element according to the present invention.
【図18】エミッタ・コーン及び凹部の形成過程を示す
部分断面図である。FIG. 18 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone and a concave portion.
【図19】エミッタ・コーン及び凹部の形成過程を示す
部分断面図である。FIG. 19 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone and a concave portion.
【図20】エミッタ・コーン及び凹部の形成過程を示す
部分断面図である。FIG. 20 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone and a concave portion.
【図21】エミッタ・コーン及び凹部の形成過程を示す
部分断面図である。FIG. 21 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone and a concave portion.
【図22】基板部材を第1の槽内に浸した状態を示す説
明図である。FIG. 22 is an explanatory diagram showing a state where a substrate member is immersed in a first tank.
【図23】基板部材を第2の槽内に浸した状態を示す説
明図である。FIG. 23 is an explanatory view showing a state where a substrate member is immersed in a second tank.
【図24】第1の基板部材、枠部材、第2の基板部材の
接合過程を示す説明図である。FIG. 24 is an explanatory diagram showing a joining process of the first substrate member, the frame member, and the second substrate member.
【図25】サージ吸収素子一般の使用例を示す回路図で
ある。FIG. 25 is a circuit diagram showing a general use example of a surge absorbing element.
【図26】従来の電界電子放出型サージ吸収素子を示す
断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view showing a conventional field emission type surge absorbing element.
【図27】電界電子放出形サージ吸収素子一般のサージ
吸収特性を示す波形図である。FIG. 27 is a waveform chart showing surge absorption characteristics of a general field emission type surge absorber.
10 第1の電界電子放出型サージ吸収素子 11 第1の基板部材 12 第2の基板部材 13 枠部材 13a 枠部材の第1の端面 13b 枠部材の第2の端面 14 外囲器 15 エミッタ・コーン 15a エミッタ・コーンの先端部 23 第1の外部電極 24 第2の外部電極 40 第1の基板部材の対向面周縁 42 ホットプレート 44 直流電源 48 第2の基板部材の対向面周縁 50 第2の電界電子放出型サージ吸収素子 52 枠状酸化膜 65 第1の槽 66 第2の槽 67 超音波発振部材 68 真空チャンバ 70 ヒータ 10 First field emission type surge absorbing element 11 First substrate member 12 Second substrate member 13 Frame member 13a First end face of frame member 13b Second end face of frame member 14 Envelope 15 Emitter cone 15a Tip of emitter cone 23 First external electrode 24 Second external electrode 40 Peripheral edge of first substrate member facing surface 42 Hot plate 44 DC power supply 48 Peripheral edge of second substrate member facing surface 50 Second electric field Electron emission type surge absorbing element 52 Frame-shaped oxide film 65 First tank 66 Second tank 67 Ultrasonic oscillation member 68 Vacuum chamber 70 Heater
フロントページの続き (72)発明者 三沢 雅芳 長野県伊那市大字手良中坪449 (72)発明者 米久保 荘 長野県塩尻市大字片丘4691 (56)参考文献 特開 平10−149760(JP,A) 特開 平3−62482(JP,A) 特開 平10−50205(JP,A) 特開 平9−298833(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 9/02 H01T 4/12 H02H 9/04 Continued on the front page (72) Inventor Masayoshi Misawa 449, Tara Nakatsubo, Ina-shi, Nagano Prefecture JP-A-3-62482 (JP, A) JP-A-10-50205 (JP, A) JP-A-9-298833 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) H01J 9/02 H01T 4/12 H02H 9/04
Claims (3)
基板部材とを対向配置し、両基板部材の対向面周縁を気
密封止して外囲器を形成し、該外囲器内を高真空状態と
なすと共に、上記第1の基板部材の対向面及び第2の基
板部材の対向面の少なくとも一方に多数のエミッタ・コ
ーンを形成し、当該エミッタ・コーンと他方の基板部材
の内面あるいはエミッタ・コーンとの間に所定の間隙を
形成し、さらに両基板部材の外面にそれぞれ外部電極を
形成してなる電界電子放出型サージ吸収素子において、
上記エミッタ・コーンが、尖鋭な先端部と、上記基板部
材の内面から80度以上90度以下の角度で立設する立
上り部とを有しており、また、 エミッタ・コーンの底
面の直径に対する、エミッタ・コーン間のピッチ(隣接
するエミッタ・コーン相互の底面中心間の距離)の比を
2以上3以下となしたことを特徴とする電界電子放出型
サージ吸収素子。A first substrate member and a second substrate member made of a semiconductor are disposed to face each other, and the peripheral edges of the opposing surfaces of both substrate members are hermetically sealed to form an envelope. Is formed in a high vacuum state, and a number of emitter cones are formed on at least one of the opposing surface of the first substrate member and the opposing surface of the second substrate member, and the inner surfaces of the emitter cone and the other substrate member are formed. Alternatively, in a field electron emission type surge absorbing element in which a predetermined gap is formed between the emitter and the cone, and external electrodes are formed on the outer surfaces of both substrate members, respectively.
The emitter-cone, and a sharp tip, has a rising portion which upright at 80 degrees 90 degrees from the inner surface of the substrate member, also the bottom of the emitter cone
Pitch between emitter cones (adjacent to face diameter)
The distance between the centers of the emitter cones
A field emission type surge absorbing element characterized in that the number is 2 or more and 3 or less .
する高さの割合であるアスペクト比を2以上と成したこ
とを特徴とする請求項1に記載の電界電子放出型サージ
吸収素子。2. The field emission type surge absorbing element according to claim 1, wherein an aspect ratio which is a ratio of a height to a diameter of a bottom surface of the emitter cone is 2 or more.
収素子の製造方法であって、上記基板部材の素になる半
導体基板の表面に、多数の円形酸化膜マスクを、酸化膜
マスク底面の直径に対する、酸化膜マスク間のピッチの
比が2以上3以下となるように形成し、その後、上記半
導体基板の表面にエッチング処理を施して酸化膜マスク
で覆われていない部分を浸食することにより、上記酸化
膜マスクの裏面側に、上記半導体基板の表面から80度
以上90度以下の角度で立設する立上り部を有すると共
に、底面の直径に対する高さの割合であるアスペクト比
が2以上の突出部を形成し、さらに、該突出部の表面を
侵食させて先端部を尖鋭化させ、最後に上記酸化膜マス
クを除去することによって、上記エミッタ・コーンを形
成することを特徴とする電界電子放出型サージ吸収素子
の製造方法。3. A method of manufacturing a field electron emission type surge absorbing element of the second aspect, the surface of the semiconductor substrate underlying the substrate member, a plurality of circular oxide film mask, oxide film
Pitch between oxide masks to diameter of mask bottom
The ratio is set to 2 or more and 3 or less, and then, the surface of the semiconductor substrate is subjected to an etching process to erode a portion that is not covered with the oxide film mask. The semiconductor device has a rising portion that stands at an angle of 80 degrees or more and 90 degrees or less from the surface of the semiconductor substrate, and forms a projection having an aspect ratio, which is a ratio of height to the diameter of the bottom surface, of 2 or more. A method for manufacturing a field electron emission type surge absorbing element, wherein the emitter cone is formed by eroding a surface of a portion to sharpen a tip portion and finally removing the oxide film mask.
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