專利名稱：電子發(fā)射器件、電子源和圖像顯示裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造電子發(fā)射器件、電子源和圖像顯示裝置的方法。
背景技術(shù)：
作為電子發(fā)射器件，有電場發(fā)射型(下文稱為“FE”型)等。作為FE型，有這樣的結(jié)構(gòu)陰極電極和柵極電極通過絕緣層層疊并將電子發(fā)射部件設(shè)置在位于穿過柵極電極和絕緣層的孔(柵極孔)中的陰極電極上。作為這種結(jié)構(gòu)的典型實例，有一種spindt型(錐狀發(fā)射體型)結(jié)構(gòu)，在這種類型結(jié)構(gòu)中，錐形電子發(fā)射部件設(shè)置在該孔中。
迄今為止，已知如下的制造電子發(fā)射器件的方法。
(1)一種這樣的方法，其中在形成了孔之后，通過升離(lift-off)法將電子發(fā)射部件淀積在該孔中(參看日本特許公開專利出版物第H8-96704號)。
(2)一種這樣的方法，其中在將電子發(fā)射部件淀積在孔中之后，將蝕刻劑引入到孔中，并將一部分電子發(fā)射膜淀積在絕緣膜的孔內(nèi)側(cè)壁表面上(參看日本特許公開專利出版物第2000-195448號)。
(3)一種這樣的方法，其中在先前將電子發(fā)射部件淀積在陰極電極上之后，形成絕緣層和柵極電極，隨后形成孔(參看日本特許公開專利出版物第H8-264109號)。
然而，在使用如在日本特許公開專利出版物第H8-96704號中公開的淀積電子發(fā)射部件的升離法的情況下，在將電子發(fā)射部件淀積進(jìn)孔中時(在將電子發(fā)射部件淀積到孔的內(nèi)表面上時)，作為導(dǎo)電材料的電子發(fā)射部件易于淀積在孔中絕緣層的側(cè)壁部分中。此外，在升離時，電子發(fā)射部件易于淀積在孔中絕緣層的側(cè)壁部分中。因此，柵極電極和陰極電極之間的泄漏電流存在增加的趨勢。
在日本特許公開專利出版物第H8-96704號中，還公開了這樣的一種技術(shù)，其中在形成了孔之后，通過濕法蝕刻等清除在該孔中暴露的一部分絕緣層來形成突出部分。根據(jù)這種技術(shù)，希望通過使用形成有突出部分的孔作為掩模來消除電子發(fā)射部件在孔中絕緣層的側(cè)壁部分上的淀積。然而，如果使用這種技術(shù)，電子發(fā)射部件的膜形成方法限于具有高度方向性的膜形成方法，并且存在處理裕度降低的問題。
即使將蝕刻劑引入到其中已經(jīng)淀積了電子發(fā)射部件的孔中，外來物質(zhì)(電子發(fā)射部件的一部分)本身也會成為屏障，而不能執(zhí)行充分的蝕刻處理，盡管它取決于淀積的電子發(fā)射部件的面積或它的淀積量。即，存在如下的情況蝕刻劑不能進(jìn)入外來物質(zhì)(電子發(fā)射部件的一部分)和絕緣層的側(cè)壁之間，并且外來物質(zhì)不能被充分地清除，不能消除柵極電極和陰極電極之間的泄漏電流。由于淀積的結(jié)構(gòu)對每個孔都不相同，因此泄漏電流也會變化。
根據(jù)日本特許公開專利出版物第H8-264109號的方法，可以解決前述由于外來物質(zhì)引起的泄漏電流的問題。然而，根據(jù)這種方法，在形成孔的過程中，電子發(fā)射部件成為蝕刻停止層。因此，電子發(fā)射部件必須具有對于蝕刻來說足夠慢的蝕刻速率。這導(dǎo)致了絕緣層和電子發(fā)射部件的材料的選擇、蝕刻方法的選擇等的處理裕度降低。此外，由于在蝕刻處理中電子發(fā)射部件暴露較長的時間，因此等離子體等造成了電子發(fā)射部件的劣化。此外，如果通過這種方法制造器件，則難以避免一部分電子發(fā)射膜位于緊貼柵極電極之下。因此，從緊貼柵極電極之下的這一部分電子發(fā)射部件發(fā)射的電子直接輻射到緊貼電子發(fā)射部件之上的柵極電極。因此，通過這種方法制造的電子發(fā)射器件的無功電流增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了上述與已有技術(shù)相關(guān)的問題，因此本發(fā)明的一個目的是提供一種泄漏電流較小的高效率的電場發(fā)射型的電子發(fā)射器件、電子源及其制造方法，所述制造方法容易獲得圖像顯示裝置。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造電子發(fā)射器件的方法。該方法包括如下步驟(A)提供包括第一導(dǎo)電層、設(shè)置在第一導(dǎo)電層上的絕緣層和設(shè)置在絕緣層上的第二導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)，其中，第一孔(6)穿過絕緣層和第二導(dǎo)電層到達(dá)第一導(dǎo)電層；(B)將電子發(fā)射部件的材料層淀積在第一孔的內(nèi)表面上；(C)形成在絕緣層和第二導(dǎo)電層中至少穿過第二導(dǎo)電層的第二孔，該第二孔與第一孔并置；和(D)蝕刻介于并置的第一和第二孔之間的絕緣層的一部分，直到第一和第二孔彼此連通。
在一個實施例中，通過噴涂法淀積用于形成電子發(fā)射器件的材料層。
在一個實施例中，步驟(D)中的蝕刻是濕法蝕刻。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造具有多個電子發(fā)射器件的電子源的方法，其中，通過上述的方法制造每個電子發(fā)射器件。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種組裝具有電子源和在被從電子源發(fā)射的電子照射時發(fā)射光的發(fā)光部件的圖像顯示裝置的方法，其中，通過上述的方法制造電子源。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造電子發(fā)射器件的方法，該方法包括如下步驟(A)提供包括第一導(dǎo)電層2、設(shè)置在第一導(dǎo)電層上的絕緣層3和設(shè)置在所述絕緣層上的第二導(dǎo)電層4的結(jié)構(gòu)，其中，第一孔6穿過絕緣層和第二導(dǎo)電層到達(dá)第一導(dǎo)電層，與第一孔并置的第二孔7至少穿過絕緣層，并且用于電子發(fā)射部件的材料層淀積在第一孔的內(nèi)表面上；和(B)蝕刻介于并置的第一和第二孔之間的一對絕緣層，直到淀積在第一孔的內(nèi)側(cè)壁上的電子發(fā)射部件材料層塌落而使得并置的第一和第二孔彼此連通。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造圖像顯示裝置的方法，該圖像顯示裝置具有多個電子發(fā)射器件，其中，通過上述的方法制造每個電子發(fā)射器件。
根據(jù)本發(fā)明，在淀積電子發(fā)射部件時被淀積在第一孔的內(nèi)側(cè)壁上的電子發(fā)射部件可以與第一孔的內(nèi)側(cè)壁的清除一起被清除。因此，由于泄漏電流的降低和因處理裕度的增加而引起的顯示屏中亮度變化的降低，可以以較高的產(chǎn)量制造低電功耗的顯示器。
通過下文描述的示例性實施例(參看附圖)，將會清楚本發(fā)明的進(jìn)一步的特征。


附圖1A、1B、1C和1D是依次示出根據(jù)本發(fā)明制造電子發(fā)射器件的方法的過程的實例的解釋性附圖。
附圖2A、2B、2C和2D是依次示出根據(jù)本發(fā)明制造電子發(fā)射器件的方法的過程的實例的解釋性附圖，它們是附圖1A至1D后續(xù)的過程。
附圖3是示出第一孔和第二孔的實例的平面視圖。
附圖4A和4B是示出第一孔和第二孔的另一實例的附圖，其中附圖4A是平面視圖，附圖4B是在蝕刻處理之后從第二孔側(cè)看時的橫截面視圖。
附圖5是示出第二孔的另一實例的橫截面視圖。
附圖6A和6B是示出絕緣層的另一實例的附圖，其中6A是在形成第一孔和第二孔之前的橫截面視圖，附圖6B是在蝕刻處理之后從第二孔側(cè)看時的橫截面視圖。
附圖7A和7B是示出電子發(fā)射膜的形成步驟的另一實例的附圖，其中7A是在蝕刻處理之前從第二孔側(cè)看時的橫截面視圖，附圖7B是在蝕刻處理之后從第二孔側(cè)看時的橫截面視圖。
附圖8是示出在驅(qū)動通過本發(fā)明的方法獲得的電子發(fā)射器件時的解釋性附圖。
附圖9是示出通過本發(fā)明的方法獲得的矩陣排列的電子源的示意性結(jié)構(gòu)圖。
附圖10是示出使用通過本發(fā)明的方法獲得的矩陣排列的電子源的圖像顯示裝置的示意性結(jié)構(gòu)圖。
附圖11A和11B是在根據(jù)本發(fā)明的圖像形成設(shè)備中的熒光體膜的解釋性附圖。
具體實施例方式
下文參看附圖詳細(xì)地具體地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
附圖1A至1D和2A至2D是示出根據(jù)本發(fā)明制造電子發(fā)射器件的方法的流程的實例的附圖。下文描述附圖1A至1D和2A至2D的每個處理步驟。
(1)附圖1A的步驟首先，將本發(fā)明的第一導(dǎo)電層2(最終稱為“陰極電極”)層疊(堆疊)在襯底1上。作為襯底1，可以使用以下板材中的任何一個其表面被預(yù)先充分清潔的石英玻璃；Na等雜質(zhì)含量被減少的玻璃；鈉鈣玻璃；通過濺射法等方法將SiO2層疊在硅板上而獲得的疊層；氧化鋁等的絕緣陶瓷襯底；等。
第一導(dǎo)電層2(陰極電極)一般具有導(dǎo)電性，并通過一般真空薄膜形成技術(shù)比如汽相淀積法、濺射法等或通過光刻技術(shù)形成。作為陰極2的構(gòu)造材料，例如可以使用下列材料中的任何一種材料Be、Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Pd等金屬或合金材料；碳化物比如TiC，ZrC，HfC，TaC，SiC，WC等；硼化物比如HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、GdB4等；氮化物比如TiN，ZrN，HfN等；Si，Ge等半導(dǎo)體等。陰極電極2的厚度一般被設(shè)定到在從10納米到100微米的范圍內(nèi)的值，優(yōu)選選擇在從100納米到10微米的范圍內(nèi)的厚度。
隨后，淀積絕緣層3。絕緣層3通過一般真空膜形成方法比如濺射法等、CVD法或真空汽相淀積法形成。絕緣層3的厚度一般被設(shè)定到在從10納米到100微米的范圍內(nèi)的值，優(yōu)選選擇在從10納米到5微米的范圍內(nèi)的厚度。作為絕緣層3的構(gòu)造材料，優(yōu)選使用能夠經(jīng)受得住高電場的具有高耐受電壓的材料，比如氧化硅(典型地，SiO2)、SiN、氧化鋁(Al2O3)、CaF、未摻雜的金剛石等。作為絕緣層3的構(gòu)造材料，優(yōu)選使用通過步驟8(將在下文中說明)中的蝕刻而可以比在步驟6(將在下文中說明)中形成的電子發(fā)射膜5的構(gòu)造材料更加容易蝕刻的材料。
此外，在絕緣層3之后，淀積第二導(dǎo)電層4(最終用作柵極電極)。第二導(dǎo)電層4(柵極電極)具有與第一導(dǎo)電層2(陰極電極)類似的導(dǎo)電性，并且可以通過一般真空薄膜形成技術(shù)比如汽相淀積法、濺射法等或者通過光刻技術(shù)形成。作為第二導(dǎo)電層4(柵極電極)的構(gòu)造材料，例如，可以使用下列材料中的任何一種材料Be、Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Pd等金屬或合金材料；碳化物比如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、WC等；硼化物比如HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、GdB4等；氮化物比如TiN、ZrN、HfN等；Si、Ge等半導(dǎo)體等。柵極電極4的厚度一般被設(shè)定到在從1納米到100微米的范圍內(nèi)的值，優(yōu)選選擇在從10納米到1微米的范圍內(nèi)的厚度。
第一導(dǎo)電層(陰極電極)2和第二導(dǎo)電層(柵極電極)4可以用相同的材料或不同的材料形成或者可以通過相同的形成方法或不同的方法形成。
(2)附圖1B的步驟通過使用光刻技術(shù)等將所需的圖案的掩模12形成在第二導(dǎo)電層(柵極電極)4上。作為掩模12的材料，可以使用十分公知的抗蝕劑材料。作為掩模12的圖案(孔)，根據(jù)在步驟3中形成的第一孔6和第二孔7的形狀選擇適當(dāng)?shù)膱D案。
(3)附圖1C的步驟通過蝕刻，比如干法蝕刻等，形成穿過沒有被掩模12覆蓋的第二導(dǎo)電層(柵極電極)4和絕緣層3并到達(dá)第一導(dǎo)電層(陰極電極)2的第一孔6和第二孔7(彼此并置)。第一孔6和第二孔7中每一個的形狀都類似于掩模12的孔的形狀。第一孔6和第二孔7的形成順序不受限制，即，可以首先形成第一和第二孔6和7中的任何一個或者可以同時形成它們。第二孔7可以在隨后的步驟5和6之間的時機形成。
作為第二孔7，如附圖3所示，可以在第一孔6周圍的位置上形成間隙并形成多個第二孔，或者如附圖4A所示，可以以連續(xù)包圍第一孔6的環(huán)形形成第二孔。
附圖1A至1D所示為第一孔6和第二孔7都穿過第二導(dǎo)電層(柵極電極)4和絕緣層3的形式。然而，如附圖5所示，第二孔7至少穿過第二導(dǎo)電層(柵極電極)4以便可以執(zhí)行在步驟8(將在下文中說明)中執(zhí)行的對絕緣層3的蝕刻就足夠了。
(4)附圖1D的步驟清除掩模12(5)附圖2A的步驟形成具有與第一孔6連通的孔的掩模13以便使電子發(fā)射膜5僅形成在第一孔6中。掩模13可以通過使用光刻技術(shù)等形成。
(6)附圖2B的步驟隨后，電子發(fā)射膜5被形成在第一孔6中。如附圖1A至1D所示，電子發(fā)射膜5可以通過升離技術(shù)形成。如果使用墨噴技術(shù)，則也可以將電子發(fā)射膜5的構(gòu)造材料有選擇性地淀積在第一孔6中，因此掩模13并不總是需要的。作為構(gòu)造電子發(fā)射膜5的材料，例如，可以適當(dāng)?shù)剡x擇石墨、富勒烯、碳納米管、類金剛石碳、金剛石已經(jīng)分散在其中的碳、碳化合物等中的任一種。優(yōu)選使用碳膜(比如金剛石膜、類金剛石碳、無定形碳膜)。電子發(fā)射膜5的厚度一般被設(shè)置為從1納米到5微米的范圍內(nèi)的值，優(yōu)選選擇從5納米到100納米的范圍內(nèi)的厚度。
(7)附圖2C的步驟清除掩模13(8)附圖2D的步驟隨后，執(zhí)行對絕緣層3的蝕刻。在蝕刻時，理想的是使用方向性較小的蝕刻方法。具體地說，優(yōu)選各向同性蝕刻，特別是優(yōu)選濕法蝕刻。作為各向同性蝕刻方法，不僅僅限于濕法蝕刻，而是還可以使用采用原子團(tuán)作為主要蝕刻物質(zhì)的干法蝕刻比如化學(xué)干法蝕刻。
作為用于濕法蝕刻的溶液(蝕刻劑)，理想的是使用可以蝕刻絕緣層3但基本不蝕刻或劣化陰極電極2、柵極電極4和電子發(fā)射膜5的蝕刻劑。作為用于對陰極電極2和柵極電極4進(jìn)行濕法蝕刻的溶液的蝕刻速率，1/20或更小比較理想，1/100更加優(yōu)選。作為對電子發(fā)射膜5的溶液的蝕刻速率，1/50比較理想，1/200更加優(yōu)選。這時使用的蝕刻溶液在4至100℃、優(yōu)選20至50℃的溫度范圍內(nèi)使用。在蝕刻步驟中，在第二孔7和第一孔6之間的絕緣層的壁11的一部分或全部(參考附圖2C)被從第一孔6側(cè)蝕刻和清除，直到至少第一孔6和第二孔7彼此連通。
作為主要原因，陰極電極2和柵極電極4之間的電子泄漏由構(gòu)成淀積到第一孔6的內(nèi)側(cè)壁上的電子發(fā)射膜5的材料引起。因此，通過清除這一材料，可以顯著地減小泄漏電流。減少的電流量與通過清除淀積在第一孔6的內(nèi)側(cè)壁上的用于構(gòu)造電子發(fā)射膜5的材料獲得的量成比例。因此，通過清除第一孔6的內(nèi)側(cè)壁的一部分或全部并改變圖案(孔形狀)，可以控制泄漏電流。
第二孔7的孔形狀主要由孔6的形狀和尺寸以及絕緣層3的厚度指定。在已經(jīng)執(zhí)行了濕法蝕刻處理的情況下，與在未執(zhí)行濕法蝕刻處理的情況相比，泄漏電流量可以減少80％或者更多。
第二孔7的形狀可以被形成為任意形狀?？梢詮睦缰豹M縫、彎狹縫、矩形孔、圓形孔、同心狹縫、矩形環(huán)狀狹縫等中選擇。在使用濕法蝕刻的情況下，將第二孔7設(shè)置到足以使蝕刻劑能被充分嵌入的尺寸就夠了。例如，在將孔7形成為矩形的情況下的寬度和將孔7形成為圓形的情況下的直徑中的每一個在0.5至1000微米的范圍、優(yōu)選1至10微米的范圍內(nèi)。
如附圖3所示，如果多個第二孔7的尺寸存在變化，就第一孔6和第二孔7之間最接近通路B(參考附圖2C)的距離而言，優(yōu)選將相對于較小的第二孔7的最接近通路B的距離設(shè)定得比較大的第二孔7的距離小。如果所有的第二孔7的尺寸都相同，則理想的是最接近通路B的距離基本恒定。蝕刻條件可以基于絕緣層3的厚度A(參考附圖2C)、作為在蝕刻絕緣層3時的速度的蝕刻速率R和蝕刻時間t而基本確定。如附圖2C所示，如果第二孔7以類似于第一孔6的方式穿過第二導(dǎo)電層(柵極電極)4和絕緣層3，為了清除第一孔6和第二孔7之間存在的絕緣層3，優(yōu)選在(B≤R×t)的條件下執(zhí)行蝕刻。如附圖5所示，如果第二孔7僅僅穿過第二導(dǎo)電層(柵極電極)4，則為了清除第一孔6和第二孔7之間存在絕緣層3的壁11，優(yōu)選在[(A2+B2)1/2≤R×t]的條件下執(zhí)行蝕刻。
如附圖3所示，如果給一個第一孔6提供兩個或更多個第二孔7，則在第二孔7和與其并置的另一第二孔7之間的最接近通路C的距離也可以被設(shè)定為比該第一孔6和該第二孔7之間的最接近通路B的距離更大。然而，理想的是將最接近通路C的距離設(shè)定為小于最接近通路B的距離。通過如上所述地設(shè)定，可以容易地清除附圖3中的虛線包圍的區(qū)域中的整個絕緣層3?？梢赃B續(xù)地清除第一孔6整個周邊的內(nèi)側(cè)壁。在這種情況下，由于在第一孔6周圍的柵極電極4相對于第二孔7是連續(xù)的，因此處于以屋檐狀(eaved shape)伸出的狀態(tài)，如附圖2D所示。在第二孔7如附圖4A所示以包圍第一孔6的環(huán)形形狀形成的情況下，可以容易地清除附圖4A中的虛線所包圍的區(qū)域中的整個絕緣層3?？梢匀菀浊疫B續(xù)地清除第一孔6整個周邊的內(nèi)側(cè)壁。在這種情況下，如附圖4B所示，與第一孔6的內(nèi)側(cè)壁的清除一起清除了第一孔6和第二孔7之間的柵極電極4。
附圖6A和6B是示出形成絕緣層3的情況下的另一實例的附圖。雖然在附圖1A中已經(jīng)形成了一個層作為絕緣層3，如附圖6A所示，在絕緣層3上可以形成比絕緣層3更難以被蝕刻的另一絕緣層3′。通過使用這種結(jié)構(gòu)，如附圖6B所示，在蝕刻之后，由于絕緣層3′留在第一孔6和第二孔7之間剩下的第二導(dǎo)電層(柵極電極)4之下，因此可以加強第二導(dǎo)電層(柵極電極)4在第一孔6周圍以屋檐狀伸出的的部分。
附圖7A和7B是示出在形成電子發(fā)射膜5的情況下的另一實例的附圖。如附圖7A所示，第一孔6被設(shè)定為可以容易地嵌入形成電子發(fā)射膜5的材料的尺寸，第二孔7被設(shè)定為不能嵌入形成電子發(fā)射膜5的材料的尺寸，例如通過涂敷方法將形成電子發(fā)射膜5的材料形成在這些孔上，以便可以形成電子發(fā)射膜5。在這種情況下，雖然也存在第二孔7進(jìn)入被電子發(fā)射膜5涂敷的狀態(tài)的情況下，但是由于第二孔7上的電子發(fā)射膜5的下側(cè)未被支撐，當(dāng)通過超聲振動等進(jìn)行蝕刻時，可以容易地將其清除。因此，如果清除了第二孔7上的電子發(fā)射膜5并且從第二孔7蝕刻清除了絕緣層3，如附圖7B所示，則獲得了已經(jīng)清除了第一孔6和第二孔7之間的絕緣層3的狀態(tài)。
根據(jù)通過如在附圖1A至1D和2A至2D中描述的本發(fā)明的方法獲得的電子發(fā)射器件，例如，如附圖8所示，已連接到高壓電源10的陽極電極8被設(shè)置成面對著該器件，并通過從電源9在陰極電極2和柵極電極4之間施加電壓以進(jìn)行驅(qū)動，可以從電子發(fā)射膜5中發(fā)射電子。在附圖8中，附圖標(biāo)記1表示襯底；2表示陰極電極；3表示絕緣層；4表示柵極電極；5表示電子發(fā)射膜；6表示第一孔；以及7表示與第一孔6并置的第二孔。Vb表示在柵極電極4和陰極電極2之間施加的電壓，以及Va表示在柵極電極4和陽極電極8之間施加的電壓。
雖然上文針對用電子發(fā)射膜5作為電子發(fā)射部件的實例描述了該實施例，但是本發(fā)明的電子發(fā)射部件并不僅僅限于膜形部件，而是也可以使用被稱為spindt型的錐形電子發(fā)射部件等。本發(fā)明可以優(yōu)選應(yīng)用于制造電子發(fā)射器件的方法，該方法具有如下的步驟在形成了穿過設(shè)置在陰極電極2和柵極電極4之間的絕緣層3和柵極電極4的孔(柵極孔)之后，將電子發(fā)射部件淀積到該孔中。雖然在此示出了電子發(fā)射膜5直接設(shè)置在陰極電極2上的結(jié)構(gòu)，但是為了限制電流等的目的，在陰極電極2和電子發(fā)射膜5之間也可以設(shè)置電阻膜。具有這個電阻膜的電極也合并在陰極電極2中。
下文描述應(yīng)用通過本發(fā)明的制造方法形成的電子發(fā)射器件的應(yīng)用實例。
例如，通過將多個本發(fā)明的電子發(fā)射器件設(shè)置在襯底上，可以實現(xiàn)電子源或圖像顯示裝置。
附圖9是通過設(shè)置多個本發(fā)明的電子發(fā)射器件獲得的電子源的示意圖。在附圖9中，在電子源襯底801上設(shè)置了(m)個X-方向布線802、(n)個Y-方向布線803和(m×n)個電子發(fā)射器件804。每個電子發(fā)射器件804連接到一個X-方向布線802和一個Y-方向布線803上。通過陰極電極和柵極電極進(jìn)行布線802和803與電子發(fā)射器件804之間的連接。
X-方向布線802由(m)個布線Dx1、Dx2、...，和Dxm構(gòu)成，并且可以由通過使用真空汽相淀積法、印刷法、濺射法等形成的導(dǎo)電材料形成。每個布線的材料、膜厚和寬度都被適當(dāng)?shù)卦O(shè)計。Y-方向布線803由(n)個布線Dy1、Dy2、...，和Dyn構(gòu)成，并以類似于X-方向布線802的方式形成。在(m)個X-方向布線802和(n)個Y-方向布線803之間提供有層間絕緣層(未示出)，由此使它們電隔離。m和n都是正整數(shù)。
層間絕緣層(未示出)由通過使用真空汽相淀積法、印刷法、濺射法等形成的SiO2等制成。例如，層間絕緣層(未示出)以所需的形狀形成在已經(jīng)形成了X-方向布線802的襯底801的一部分或整個表面上。層間絕緣層的膜厚、材料和制造方法都被適當(dāng)設(shè)置，以使它能夠經(jīng)受得住特別是在X-方向布線802和Y-方向布線803的交叉部分中的電位差。每個X-方向布線802和Y-方向布線803都被引出作為外部端子。
作為構(gòu)造X-方向布線802、Y-方向布線803和一對電極(陰極電極2和柵極電極4)的材料，它們的組成元素的一部分或全部可以相同或不同。如果構(gòu)成電極的材料和布線的材料相同，則連接到器件電極的布線也可以被看作器件電極。器件電極也可以被用作布線電極。
施加用于選擇在X方向上設(shè)置的一行電子發(fā)射器件804的掃描信號的掃描信號施加裝置(未示出)連接到X-方向布線802。根據(jù)輸入信號調(diào)制在Y方向上設(shè)置的每列電子發(fā)射器件804的調(diào)制信號產(chǎn)生裝置(未示出)連接到Y(jié)-方向布線803。施加給每個電子發(fā)射器件的驅(qū)動電壓被提供為施加給每個器件的掃描信號和調(diào)制信號之間的差分電壓。
在上述結(jié)構(gòu)中，通過使用簡單的矩陣布線可以選擇并獨立地驅(qū)動單個的電子發(fā)射器件。參考附圖10描述通過使用這種簡單的矩陣排列的電子源構(gòu)造的圖像顯示裝置。附圖10是示出圖像顯示裝置的顯示面板的實例的示意性結(jié)構(gòu)圖。
在附圖10中，附圖標(biāo)記801表示已經(jīng)設(shè)置了多個電子發(fā)射器件的電子源襯底；901表示后板，電子源襯底801已經(jīng)被固定到該后板上；906表示前板，在該前板中作為發(fā)光部件的熒光體膜904、金屬背板905等已經(jīng)形成在玻璃襯底903的內(nèi)表面上；而902表示支撐框架。后板901和前板906通過使用燒結(jié)玻璃等連接到支撐框架902上。附圖標(biāo)記907表示外殼。外殼907通過例如這樣的方法形成在400至500℃的溫度范圍下，在大氣或氮氣中烘焙10分鐘或更長的時間，并密封和粘結(jié)。
外殼907通過如上文所述的前板906、支撐框架902和后板901構(gòu)成。由于后板901主要為增強襯底801的強度的目的而提供，因此如果襯底801本身具有足夠的強度，則可以不需要作為分立部件的后板901。即，支撐框架902可以直接密封并粘結(jié)到襯底801，外殼907可以通過前板906、支撐框架902和襯底801構(gòu)成。通過在前板906和后板901之間設(shè)置支承部件(未示出)(稱為襯墊)，也可以構(gòu)造強度足夠抵抗大氣壓力的外殼907。
在使用本發(fā)明的電子發(fā)射器件的圖像顯示裝置中，考慮所發(fā)射的電子的軌跡而將發(fā)光部件(熒光體膜904)對準(zhǔn)并設(shè)置在電子發(fā)射器件804上。
附圖11A和11B是示出在本發(fā)明的面板中使用的熒光體膜904的示意性附圖。在彩色熒光體膜的情況下，它由如下部件構(gòu)造黑色部件1001，根據(jù)熒光體的設(shè)置，如附圖11A所示稱為黑色條，如附圖11B中所示則稱為黑色矩陣等；和熒光體1002。
本發(fā)明的圖像顯示裝置也可用作電視會議系統(tǒng)的顯示器、電視廣播的顯示器、計算機等等。
(實施例)下文詳細(xì)地描述本發(fā)明的實施例。
實施例1參考附圖1A至1D和2A至2D詳細(xì)地描述制造該實施例的電子發(fā)射器件的方法。
(步驟1-1附圖1A)首先，使用石英作為襯底1。在充分清潔襯底1之后，將300納米厚的Al膜作為陰極電極材料2形成在襯底1上。
隨后，為了形成絕緣層3，通過使用SiH4或NO2作為原材料氣體的等離子體CVD法形成大約1000納米厚的SiO2膜。
隨后，通過濺射法在絕緣層3上形成100納米厚的Ta膜作為柵極電極4。
(步驟1-2附圖1B)隨后，通過光刻法，執(zhí)行正型抗蝕劑的旋涂，曝光并顯影光掩模圖案，形成掩模圖案12。此時將第一孔6的直徑設(shè)置為3微米。還同時形成與第一孔6并置的第二孔7。在本實例中的第二孔7的直徑設(shè)置為2微米。夾在第一孔6和第二孔7之間的絕緣層3的厚度設(shè)置為1微米。
(步驟1-3附圖1C)隨后，在使用CF4和H2的混合氣體作為蝕刻氣體的條件下執(zhí)行干法蝕刻，蝕刻功率設(shè)定為150W，蝕刻壓力設(shè)定為5Pa，在陰極電極2的上表面上停止蝕刻。
(步驟1-4附圖1D)隨后，通過脫落液(peeling liquid)清除剩余的掩模圖案12。
(步驟1-5附圖2A)隨后，通過光刻，執(zhí)行正型抗蝕劑的旋涂，曝光并顯影光掩模圖案，形成暴露第一孔6的掩模圖案13。
(步驟1-6附圖2B)隨后，使用等離子體CVD法淀積大約30納米厚的類金剛石碳膜，由此形成了電子發(fā)射膜5。
(步驟1-7附圖2C)隨后，通過脫落液升離掩模圖案13。
(步驟1-8附圖2D)隨后，通過將它浸漬到BHF中對SiO2膜進(jìn)行濕法蝕刻11分鐘(蝕刻速率100nm/min)，并用水清洗，由此完成了本實施例的電子發(fā)射器件。
實施例2通過步驟2-1至2-6完成該電子發(fā)射器件。
由于步驟2-1至2-4類似于在實施例1中的步驟1-1至1-4，因此說明隨后的步驟2-5至2-6。
(步驟2-5)在附圖2C中的第一孔6附近對光敏聚合物構(gòu)圖之后，通過在真空中在500℃下執(zhí)行熱處理，使該聚合物碳化，由此獲得了電子發(fā)射膜5。
(步驟2-6)隨后，通過將它浸漬到BHF中對SiO2膜進(jìn)行濕法蝕刻11分鐘(蝕刻速率100nm/min)，并用水清洗10分鐘，由此完成了本實施例的電子發(fā)射器件。
實施例3通過步驟3-1至3-6完成本電子發(fā)射器件。
由于步驟3-1至3-4類似于實施例1中的步驟1-1至1-4，因此說明隨后的步驟3-5至3-6。
(步驟3-5)調(diào)節(jié)光敏聚合物的粘度和旋涂的旋轉(zhuǎn)速度，并在如下的條件下用光敏聚合物涂敷第一孔6和第二孔7雖然光敏聚合物被嵌入到具有較大的孔部分的第一孔6中，但是光敏聚合物沒有被嵌入到具有較小的孔部分并與第一孔并置的第二孔7中。根據(jù)本例中的這種條件，光敏聚合物的粘度被設(shè)定為20cp，而旋涂的旋轉(zhuǎn)速度被設(shè)定為3000rpm。此后，通過在真空中在550℃下執(zhí)行熱處理，使聚合物碳化，由此獲得了幾十納米厚的電子發(fā)射膜5(參見附圖7A)。
(步驟3-6)隨后，通過在施加超聲波的同時將其浸漬到BHF中(蝕刻速率100nm/min)1分鐘，并在此后將其浸漬到BHF中(蝕刻速率100nm/min)10分鐘，對SiO2膜進(jìn)行濕法蝕刻，并用水清洗，由此完成了本實施例的電子發(fā)射器件。這時，由于覆蓋在并置的第二孔7上的電子發(fā)射膜5的下側(cè)沒有支承部件，因此完全清除了電子發(fā)射膜5(參見附圖7B)。
實施例4參考附圖1A至1D、2A至2D、6A至6B詳細(xì)地描述制造本實施例的電子發(fā)射器件的方法。
(步驟4-1附圖6A)首先，使用石英作為襯底1。在充分清潔襯底1之后，通過濺射法在襯底1上形成300納米厚的Pt膜作為陰極電極材料2。
隨后，為了形成絕緣層3，通過使用SiH4或NO2作為原材料氣體的等離子體CVD法形成大約500納米厚的SiO2膜。
隨后，通過使用SiH4、NH4或N2作為原材料氣體的等離子體CVD法形成大約500納米厚的SiNx膜，以便形成絕緣層3′。
隨后，通過電阻加熱汽相淀積在絕緣層3′上形成100納米厚的Ta膜作為柵極電極4。
(步驟4-2)
隨后，通過光刻法，執(zhí)行正型抗蝕劑的旋涂，曝光并顯影光掩模圖案，形成如附圖1B所示的掩模圖案12。此時將第一孔6的直徑設(shè)置為3微米。還同時形成與第一孔6并置的第二孔7。第二孔7的直徑設(shè)置為2微米。夾在第一孔6和第二孔7之間的絕緣層3的厚度設(shè)置為1微米。
(步驟4-3)隨后，在使用CF4和H2的混合氣體作為蝕刻氣體的條件下執(zhí)行干法蝕刻，蝕刻功率設(shè)定為150W，蝕刻壓力設(shè)定為5Pa，在陰極電極2的上表面上停止蝕刻，由此設(shè)定了類似于附圖1C的狀態(tài)。
(步驟4-4)隨后，通過脫落液清除剩余的掩模圖案12，由此設(shè)定了類似于附圖1D的狀態(tài)。
(步驟4-5)隨后，通過光刻，執(zhí)行正型抗蝕劑的旋涂，曝光并顯影光掩模圖案，形成了暴露第一孔6的掩模圖案13。
(步驟4-6)隨后，使用等離子體CVD法淀積大約30納米厚的類金剛石碳膜，由此以類似于附圖2B的方式形成了電子發(fā)射膜5。
(步驟4-7)隨后，通過脫落液升離掩模圖案13，由此設(shè)定了類似于附圖2C的狀態(tài)。
(步驟4-8附圖6B)隨后，通過將其浸漬到BHF中對SiO2膜進(jìn)行濕法蝕刻(SiO2的蝕刻速率100nm/min)11分鐘并用水清洗10分鐘，由此完成了本實施例的電子發(fā)射器件。
實施例5通過步驟5-1至5-7完成本電子發(fā)射器件。
由于步驟5-1至5-4類似于在實施例1中的步驟1-1至1-4，因此說明隨后的步驟5-5至5-7。
(步驟5-5)通過使用濺射法形成10納米厚的Co膜。
(步驟5-6)隨后，通過將其浸漬到BHF中對SiO2膜進(jìn)行濕法蝕刻(蝕刻速率100nm/min)11分鐘，并用水清洗10分鐘，由此獲得已經(jīng)淀積了Co膜以替代附圖2D的電子發(fā)射膜5的狀態(tài)。
(步驟5-7)隨后，通過在600℃下在大氣壓的C2H4中加熱Co膜，纖維狀碳從Co生長到具有100納米或更小的高度，并用作在附圖2D中的電子發(fā)射膜5，由此完成了該器件。纖維狀碳的生長條件并不限于這些條件。
實施例6除了下面的幾點之外，處理步驟類似于在實施例3中的處理步驟。第二孔7被形成為如附圖4A所示的環(huán)形扁平狀。形成了在第一孔6和第二孔7成為一體的部分的中心部分上具有電子發(fā)射膜5的附圖4B的電子發(fā)射器件。
實施例7如附圖8所示連接通過本實施例形成的電子發(fā)射器件。通過施加電壓Vb和Va以便驅(qū)動電子發(fā)射器件，在所形成的孔中形成了強電場。該孔中的等位面的形狀基于Vb、絕緣層3的厚度和形狀、絕緣層的介電常數(shù)等確定。在該孔之外的區(qū)域中，雖然它主要取決于電子發(fā)射膜5和陽極電極8之間的距離H，但是由于Va的緣故獲得了幾乎平行的等位面。
在施加給電子發(fā)射膜5的電場超過預(yù)定的閾值時，從電子發(fā)射膜5發(fā)射電子。從該孔中發(fā)射的電子與給陽極電極8提供的熒光體(未示出)碰撞并發(fā)射光。
陽極電極設(shè)置在實施例1中制造的電子發(fā)射器件上，并在陰極電極2和柵極電極4之間施加電壓，由此驅(qū)動該器件。
所施加的電壓Va＝10kV，并且電子發(fā)射膜5和陽極電極8之間的距離H被設(shè)定到2毫米。
用涂敷了熒光體的電極作為陽極電極8，并觀測電子束的尺寸。在此所述的電子束尺寸表示發(fā)光的熒光體的峰值亮度等于10％的區(qū)域的尺寸。電子束的直徑等于80μm/80μm(x/y)。
將類似的器件制造10次，并觀測束直徑的變化，以使寬度變化在±2％以內(nèi)。
實施例8通過使用按本實施例3制造的電子發(fā)射器件來制造圖像顯示裝置。以矩陣形狀設(shè)置(100×100)個實施例3中所示的電子發(fā)射器件。X-側(cè)布線連接到陰極電極2，Y-側(cè)布線連接到柵極電極4，如圖9所示。該器件被設(shè)置成在橫向方向上間距為300微米，在垂直的方向上間距為300微米。熒光體設(shè)置在該器件上。因此，可以形成能夠以矩陣方式驅(qū)動的高亮度和高精度的圖像顯示裝置。
雖然參考示例性實施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)該最寬泛地解釋，以便包含所有的這些修改以及等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種制造電子發(fā)射器件的方法，包括如下步驟(A)提供包括第一導(dǎo)電層(2)、設(shè)置在所述第一導(dǎo)電層上的絕緣層(3)和設(shè)置在所述絕緣層上的第二導(dǎo)電層(4)的結(jié)構(gòu)，其中，第一孔(6)穿過所述絕緣層和所述第二導(dǎo)電層到達(dá)所述第一導(dǎo)電層；(B)將用于電子發(fā)射部件的材料層淀積在所述第一孔的內(nèi)表面上；(C)形成在所述絕緣層和所述第二導(dǎo)電層中至少穿過所述第二導(dǎo)電層的第二孔(7)，該第二孔與所述第一孔并置；和(D)蝕刻介于所述并置的第一和第二孔之間的所述絕緣層的一部分，直到所述第一和第二孔彼此連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過噴涂法淀積所述用于形成電子發(fā)射部件的材料層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(D)中的蝕刻是濕法蝕刻。
4.一種制造具有多個電子發(fā)射器件的電子源的方法，其中，通過根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法制造每個電子發(fā)射器件。
5.一種組裝具有電子源和在被從所述電子源發(fā)射的電子照射時發(fā)射光的發(fā)光部件的圖像顯示裝置的方法，其中，通過根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法制造所述電子源。
6.一種制造電子發(fā)射器件的方法，包括如下步驟(A)提供包括第一導(dǎo)電層(2)、設(shè)置在所述第一導(dǎo)電層上的絕緣層(3)和設(shè)置在所述絕緣層上的第二導(dǎo)電層(4)的結(jié)構(gòu)，其中，第一孔(6)穿過所述絕緣層和所述第二導(dǎo)電層到達(dá)第一導(dǎo)電層，與所述第一孔并置的第二孔(7)至少穿過所述絕緣層，并且用于電子發(fā)射部件的材料層設(shè)置在所述第一孔的內(nèi)表面上；和(B)蝕刻介于所述并置的第一和第二孔之間的一對所述絕緣層，直到淀積在所述第一孔的內(nèi)側(cè)壁上的所述電子發(fā)射部件的材料層塌落而使得并置的第一和第二孔彼此連通。
7.一種制造圖像顯示裝置的方法，該圖像顯示裝置具有多個電子發(fā)射器件，其中，通過根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法制造每個電子發(fā)射器件。
全文摘要
一種制造電子發(fā)射器件的方法，包括如下步驟隔著插入其間的絕緣層3層疊陰極電極2和柵極電極4，將陰極電極2上的電子發(fā)射膜5設(shè)置在穿過柵極電極4和絕緣層3的柵極孔中。其中，形成第二孔，該第二孔在絕緣層3和柵極電極4之中至少穿過柵極電極4，并與作為柵極孔的第一孔6并置，蝕刻第二孔和電子發(fā)射膜5被淀積到其內(nèi)側(cè)壁表面上的第一孔6之間的絕緣層3，直到第一孔6和第二孔7彼此連通。由此清除了淀積在第一孔內(nèi)壁表面上的電子發(fā)射膜材料以減小泄漏電流。
文檔編號H01J9/02GK1929072SQ20061012858
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月5日
發(fā)明者寺本洋二 申請人:佳能株式會社