專利名稱：場致發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶陰極的場致發(fā)射裝置，該裝置具有電子發(fā)射區(qū)。
背景技術(shù)：
例如從US RE 38,561 E可得知上文所提類型的場致發(fā)射裝置。在公知的場致 發(fā)射裝置中，使用碳納米管作為發(fā)射區(qū)。
在場致發(fā)射中，在強電場作用下從陰極射出電子。強電場尤其會發(fā)生在具有 小曲率半徑的陰極區(qū)中。
對于場致發(fā)射裝置的技術(shù)應(yīng)用，理想的是，電壓盡可能達到最低、電場強度 盡可能達到最高，這樣，陰極發(fā)射區(qū)的發(fā)射電流的密度才能達到最大。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明所基于的目的為限定一種場致發(fā)射裝置，利用該裝置可以最低 可用電壓實現(xiàn)在技術(shù)上可用的電子流。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的由一種具有權(quán)利要求1的特征的場致發(fā)射裝置達成。 場致發(fā)射裝置可相應(yīng)地以這樣的方式實現(xiàn)，以致于發(fā)射區(qū)具有由多個個別地定位 或可個別地定位的原子或分子構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。
業(yè)已確認，根據(jù)本發(fā)明的方式，可以產(chǎn)生適合于場致發(fā)射的發(fā)射區(qū)，其中個 別的原子或分子以合適的方式定位以形成發(fā)射區(qū)。該類型的發(fā)射區(qū)典型地具有極 小的曲率半徑。其結(jié)果為，使用極小的電壓就可自陰極發(fā)射技術(shù)上可用的電子流。 可采用掃描穿隧顯微術(shù)中已知的儀器對單個原子進行定位。
就特別穩(wěn)定的原子或分子結(jié)構(gòu)而言，可將原子或分子設(shè)置在晶體結(jié)構(gòu)中。這 樣，就可長期地維持穩(wěn)定和均勻的電子發(fā)射。 5就特別可靠的場致發(fā)射裝置而言，可將原子、分子或晶體設(shè)置在載體上。該 類型的載體可安全地處理整個場致發(fā)射裝置。
為提供一種特別的力學穩(wěn)定載體，該載體可包括玻璃、硅、碳、銠、鉭、鈀、 氧化鈀、鋁、石英材料、鐵電材料、鐵磁材料、或最好是導(dǎo)電陶瓷。例如，用鋁
摻雜的氧化鋅一Al:ZnO作為導(dǎo)電陶瓷。該類型的載體的實施例在場致發(fā)射裝置的 工作期間還提供高真空穩(wěn)定性。如果使用具有鐵電材料的載體，該鐵電材料可以 包括，例如鈦酸鋇。
在備選的實施例中，載體可以包括塑料或者完全用塑料來實現(xiàn)。具體地說， 其本身為塑料的聚苯胺、聚吡咯或聚亞苯基胺可作為載體的組分或用作為整個載 體材料。通常，具有若干金屬特征特性的有機金屬可用作載體材料或載體的組分。 與普通的金屬相反，在該情況下仍會出現(xiàn)納米效應(yīng)。具體而言，各種不同的導(dǎo)電 塑料的所有原始粒子的直徑遠小于20nm。該類型的粒子按照分散體中的臨界濃度 自發(fā)地形成極精細的鏈狀物及網(wǎng)狀物。
為了確保場致發(fā)射裝置的空間節(jié)省結(jié)構(gòu)和空間節(jié)省利用，陰極可實現(xiàn)為桿狀 或盤狀。通過該類型的設(shè)計，多個陰極可設(shè)置于極小的空間內(nèi)。
視乎要求而定，至少一所述原子或分子可以這樣選擇以致于其至少在可預(yù)先 限定的環(huán)境條件下具有導(dǎo)體或半導(dǎo)體特性。個別的發(fā)射區(qū)尤其可以如此形成。
至少一所述原子可為金屬原子，基本上可想到場致發(fā)射裝置的實施例中至少 一所述原子可為鐵、鎂、銅、鉀、鉑、銀、鈀或金原子。在選擇合適的材料時， 還要考慮場致發(fā)射裝置的特定應(yīng)用。
作為另一備選方案，至少一原子可為碳原子。呈碳納米管形式的發(fā)射區(qū)的實 施例在可靠的電子發(fā)射方面特別呈現(xiàn)出其優(yōu)點。發(fā)射區(qū)的結(jié)構(gòu)因此可特別有利地 轉(zhuǎn)換成碳納米管。
與納米管結(jié)合的發(fā)射區(qū)的不同實施例，例如，視乎應(yīng)用而定也是有利的。明 確地說， 一或多個碳原子或納米管可結(jié)合成復(fù)合材料或者以結(jié)合納米粒子或納米 復(fù)合材料的方式提供。
可通過不同的沉積法，以特別可靠的方式來制造碳納米管。在該情況下，可考慮等離子體誘導(dǎo)和電子束誘導(dǎo)沉積一PECVD和EBID(電子束誘導(dǎo)沉積)。
在具體的實施例中，所述結(jié)構(gòu)本質(zhì)上可具有n邊錐體形狀。所述錐體可為規(guī)
則的或不規(guī)則的，例如，其可具有梯形底。
在另一實施例中，所述結(jié)構(gòu)本質(zhì)上可具有截棱錐體形狀。這只是確保實現(xiàn)足
夠小的曲率半徑，為的是以最低可用電壓作可靠的電子發(fā)射。
在另一可選擇的實施例中，所述結(jié)構(gòu)本質(zhì)上可具有優(yōu)選的正多面體形狀。還 可想到的形狀為立方體或很普通的長方體。
適合于場致發(fā)射的實施例還可以這樣實現(xiàn)，其中所述結(jié)構(gòu)的形狀基本上呈圓 錐體或優(yōu)選為直立圓錐體或圓柱體。在以圓錐形實施例作為基本形狀的同時，所 述結(jié)構(gòu)的形狀基本上呈截錐體。
在理想的情況下，單個原子或分子可構(gòu)成所述發(fā)射區(qū)的尖端。視乎應(yīng)用而定， 多個個別的原子或分子可優(yōu)選地構(gòu)成窄尖端、緣或角。
發(fā)射區(qū)不必只包含一個化學元素。當然，還可想到，至少兩不同類型的原子
或分子可設(shè)置于所述發(fā)射區(qū)中。尤其是，通過不同化學元素的相互作用，還可提 供與可靠的場致發(fā)射相關(guān)的正面效果。
在實際應(yīng)用中，根據(jù)本發(fā)明的場致發(fā)射裝置可用在場致發(fā)射顯微鏡、掃描隧 道顯微鏡、或原子力顯微鏡中電離氣體。此外，根據(jù)本發(fā)明的場致發(fā)射裝置可用 于發(fā)光或光源或背面光源的領(lǐng)域。此外，在微型元件、微型器件、或數(shù)據(jù)載體的 領(lǐng)域中，有可能在電路板上使用場致發(fā)射裝置。此外，可想到的是在測量傳感器 領(lǐng)域、在手持式X射線螢光分析裝置領(lǐng)域、在X射線裝置和在電腦斷層攝影領(lǐng) 域中的應(yīng)用。
因為根據(jù)本發(fā)明的場致發(fā)射裝置容易處理且尺寸小，多個個別的場致發(fā)射裝 置可置于極小的空間內(nèi)。明確地說，多個陰極可排成一行或設(shè)置在一個平面中， 以致可通過多個個別的發(fā)射器構(gòu)成線性或平面電子源?？梢詫崿F(xiàn)不規(guī)則和隨機的 陰極結(jié)構(gòu)或者對稱結(jié)構(gòu)。特定的用途尚待考慮。
明確地說，多個陰極可以矩陣形式設(shè)置在平面中。為此目的，可以實現(xiàn)呈對 稱結(jié)構(gòu)的個別陰極。如果設(shè)置多個陰極，個別的陰極可個別地或成組地啟動。為此目的，可以考慮單個陰極的電子流對要求的應(yīng)用是否足夠，或者是否只有結(jié)合多個陰極才能產(chǎn)生足夠的電子流。在后面的情況下，能夠成組地啟動陰極可能較有利。
在特別有利的實施例中，所述陰極可各自實現(xiàn)為光學顯示器或顯示屏的像素的電子源。具體地說，此用途是考慮到計算機或電視顯示屏。在該情況下，用于吸引發(fā)射電子的陽極可設(shè)置在所述發(fā)射區(qū)的對面。這樣，就可特別可靠地將發(fā)射電子引導(dǎo)到要求的位置。
明確地說，陽極可包括電導(dǎo)性材料或者用該種類型的材料來實現(xiàn)。這樣，就可通過陽極可靠地中繼發(fā)射電子。
為實現(xiàn)一種只將其中的陽極用作為吸引電子的功能元件的裝置，所述陽極可包括能夠滲透電子的材料。在該情況下，從陰極的發(fā)射區(qū)發(fā)射電子可以向陽極加速，然 后通過陽極作進一步的應(yīng)用。具體地說，該類型的實施例尤其有利于實現(xiàn)顯示器或電視顯示屏，電子可通過陽極入射在螢光材料上。
在具體的實施例中，陽極可包括金屬或優(yōu)選的導(dǎo)電塑料。進行陽極材料的選
擇可以考慮高真空電阻。
明確地說，所述金屬可為鋁、銅或鎢?？蛇x擇地或額外地，陽極可包括聚苯胺、聚吡咯或聚亞苯基胺或由該些塑料構(gòu)成?；旧希诖丝墒褂糜袡C金屬，如上文在發(fā)射區(qū)材料方面所述的那樣。
為實現(xiàn)一種可有效地吸引電子并且還節(jié)省空間的陽極，該陽極可用薄層或薄膜構(gòu)成。該類型的薄層或薄膜可至少部分地施加在螢光材料上。電視顯示屏可以這樣的簡單設(shè)計來實現(xiàn)。
在可選擇的實施例中，所述陽極可實現(xiàn)為螢光材料中的混合物。在該情況下，可以確保入射在螢光材料上的所發(fā)射電子之間的特別有效的相互作用，而不會受到設(shè)置在所述材料前面的薄層型或薄膜型陽極的干擾影響。換句話說，電子可直接地入射在螢光材料上并產(chǎn)生螢光效應(yīng)。在該情況下，所述陽極還可確保對電子有可靠的吸引作用。在每種情況下，將陽極材料混入螢光材料內(nèi)可在特定材料的液相下進行。可選擇地，陽極材料的固體粒子也可混入液態(tài)或者粉狀的螢光材料
8中?？稍谏院筮M行燒結(jié)，以獲得由陽極材料和螢光材料構(gòu)成的準固態(tài)體。
在特別有利的實施例中，所述螢光材料可具有由可傳導(dǎo)和/或吸引電子的材料制成的混合物。這樣，可確保通過螢光材料吸引電子和/或使入射電子安全地消散。明確地說，所述傳導(dǎo)和/或吸引電子的材料可包括金屬。不過，還可以考慮有機金屬作為可傳導(dǎo)電子的材料。
如上文所述般實現(xiàn)的陽極還可與其它的在以前已公知的場致發(fā)射裝置或其它電子發(fā)射裝置一起使用。在該情況下，不要求所述陽極與權(quán)利要求1所述的場致發(fā)射裝置相關(guān)聯(lián)。就算使用其它的電子源，先前所述的陽極的實施例的優(yōu)勢也會部份甚或完全地存在。例如，利用先前所述的陽極還可與SCE —表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器一起出現(xiàn)，例如，用于SED —表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示器。
在根據(jù)本發(fā)明的場致發(fā)射裝置中，可在發(fā)射區(qū)中提供球狀的、盤狀的、或者桿狀的粒子。除此之外，還可提供金屬粒子、半導(dǎo)體粒子、聚合體粒子或者陶瓷粒子。最后，還可提供納米粒子或纖維粒子以及所有上述粒子的組合。


目前在有利地實現(xiàn)和改進本發(fā)明的啟示上具有各種各樣的可能性。為此，可在一方面參照從屬的權(quán)利要求，并在另一方面參照以下根據(jù)本發(fā)明的場致發(fā)射裝置的兩個示范性實施例的說明。除了基于

較佳的示范性實施例外，還對
大體上較佳的實施例和啟示的改進作出說明。在附圖中
圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的場致發(fā)射裝置的第一示范性實施例的示意側(cè)視以及
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的場致發(fā)射裝置的第二示范性實施例的示意側(cè)視圖。
具體實施例方式
圖1所示為一種根據(jù)本發(fā)明的具有陰極3的場致發(fā)射裝置的第一示范性實施例的示意側(cè)視圖，所述裝置包括電子2發(fā)射區(qū)1。所述發(fā)射區(qū)1的一種構(gòu)造型式由多個單獨定位的原子或者可定位的原子4構(gòu)成。由原子4構(gòu)成的結(jié)構(gòu)設(shè)
9置在載體5上，其可包括例如玻璃、硅或塑料。
由原子4構(gòu)成的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上具有四邊錐體6的形狀。單個原子4構(gòu)成發(fā)射區(qū)1的尖端。電子2由尖端朝陽極7的方向發(fā)射。
陽極7實現(xiàn)為薄膜8并施加到螢光材料9上。容許場致發(fā)射并從而使電子2朝陽極7的方向加速的電壓在陰極3和陽極7之間作用。入射在螢光材料9上的電子在螢光材料9中觸發(fā)光發(fā)射。圖1所示的場致發(fā)射裝置可用于制造電視顯示屏。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的場致發(fā)射裝置的第二示范性實施例的示意側(cè)視圖。在圖2所示的第二示范性實施例中，只有陽極7的實現(xiàn)方式不同于圖1所示的第一示范性實施例。另外，定位在載體5上的原子4的結(jié)構(gòu)與圖1所示的示范性實施例一致。
在第二示范性實施例中，陽極7實現(xiàn)為螢光材料9的混和物。具體地說，例如，金屬粒子可以混入螢光材料9，以在螢光材料9中形成準一體成型的陽極7。
為避免重復(fù)，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的場致發(fā)射裝置的更多的有利實施例，可參照說明書的總體部份和所附的權(quán)利要求。
最后，特別要注意的是，上述的示范性實施例只用于說明本發(fā)明權(quán)利要求的構(gòu)思，但不應(yīng)以該構(gòu)思來限制這些些示范性實施例。
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權(quán)利要求
1.一種帶陰極(3)的場致發(fā)射裝置，所述裝置包括電子(2)發(fā)射區(qū)(1)，其特征在于所述發(fā)射區(qū)(1)包括由多個個別地定位或可個別地定位的原子(4)或分子構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述原子(4)或分子設(shè)置于晶 體結(jié)構(gòu)中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述原子(4)、分子、或 晶體設(shè)置于載體(5)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述載體(5)包括玻璃、硅、 碳、銠、鉭、鈀、氧化鈀、鋁、石英材料、鐵電材料、鐵磁材料、或優(yōu)選的導(dǎo)電 陶瓷、優(yōu)選的Al:ZnO。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述鐵電材料包括鈦酸鋇。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3至5其中一項所述的裝置，其特征在于所述載體(5)包 括塑料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3至6其中一項所述的裝置，其特征在于所述載體(5)包 括聚苯胺、聚吡咯或聚亞苯基胺。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7其中一項所述的裝置，其特征在于所述陰極(3)為 桿狀或盤狀。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8其中一項所述的裝置，其特征在于至少一所述原子 (4)或分子至少在可預(yù)先限定的環(huán)境條件下具有導(dǎo)體或半導(dǎo)體特性。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9其中一項所述的裝置，其特征在于至少一所述原子 (4)為金屬原子。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10其中一項所述的裝置，其特征在于至少一所述原 子(4)為鐵、鎂、銅、鉀、鉬、銀、鈀或金原子。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11其中一項所述的裝置，其特征在于至少一所述原 子(4)為碳原子。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至12其中一項所述的裝置，其特征在于所述結(jié)構(gòu)可轉(zhuǎn) 換成碳納米管。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于 一或多個碳原子或納米管與復(fù) 合材料結(jié)合或者以結(jié)合納米粒子或納米復(fù)合材料方式提供。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1至12其中一項所述的裝置，其特征在于所述結(jié)構(gòu)的形 狀基本上呈n邊錐體(6)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于所述錐體(6)為規(guī)則的或不規(guī)則的。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1至12其中一項所述的裝置， 狀基本上呈截棱錐體。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1至12其中一項所述的裝置， 狀基本上呈優(yōu)選的正多面體。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1至12其中一項所述的裝置， 狀基本上呈圓錐體或優(yōu)選為直立圓錐體或圓柱體。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1至12其中一項所述的裝置， 狀基本上呈截錐體。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1至20其中一項所述的裝置，其特征在于單個原子(4)或 分子構(gòu)成所述發(fā)射區(qū)(1)的尖端。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1至20其中一項所述的裝置，其特征在于多個個別的原 子(4)或分子構(gòu)成優(yōu)選的窄尖端、緣或角。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1至22其中一項所述的裝置，其特征在于至少兩不同類 型的原子(4)或分子設(shè)置于所述發(fā)射區(qū)(1)中。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1至23其中一項所述的裝置，其特征在于所述場致發(fā)射 裝置可用于以下領(lǐng)域場致發(fā)射顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、或原子力顯微鏡。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1至24其中一項所述的裝置，其特征在于多個陰極(3)可 排成一行或設(shè)置在平面中，以便構(gòu)成線性或平面電子源。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1至25其中一項所述的裝置，其特征在于多個陰極(3)其特征在于所述結(jié)構(gòu)的形 其特征在于所述結(jié)構(gòu)的形 其特征在于所述結(jié)構(gòu)的形 其特征在于所述結(jié)構(gòu)的形以矩陣形式設(shè)置在平面中。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的裝置，其特征在于個別的陰極(3)可個別 地或成組地啟動。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25至27其中一項所述的裝置，其特征在于所述陰極(3) 各自實現(xiàn)為光學顯示器或顯示屏的像素的電子源。
29. 根據(jù)權(quán)利要求1至28其中一項所述的裝置，其特征在于用于吸引發(fā)射 電子(2)的陽極(7)設(shè)置在所述發(fā)射區(qū)(1)的對面。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于所述陽極(7)包括電導(dǎo)性材料。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29或30所述的裝置，其特征在于所述陽極(7)包括可滲 透電子的材料。
32. 根據(jù)權(quán)利要求29至31其中一項所述的裝置，其特征在于所述陽極(7) 包括金屬或優(yōu)選的導(dǎo)電塑料。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的裝置，其特征在于所述金屬為鋁、銅或鎢。
34. 根據(jù)權(quán)利要求29至33其中一項所述的裝置，其特征在于所述陽極(7) 包括聚苯胺、聚吡咯或聚亞苯基胺。
35. 根據(jù)權(quán)利要求29至34其中一項所述的裝置，其特征在于所述陽極(7) 用薄層或薄膜(8)構(gòu)成。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于所述薄層或薄膜(8)至少部分 地施加在螢光材料(9)上。
37. 根據(jù)權(quán)利要求29至35其中一項所述的裝置，其特征在于所述陽極(7) 實現(xiàn)為螢光材料(9)中的混合物(9)。
38. 根據(jù)權(quán)利要求36或37所述的裝置，其特征在于所述螢光材料(9)具有 由可傳導(dǎo)和/或吸引電子(2)的材料制成的混合物。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于所述可傳導(dǎo)和/或吸引電子(2) 的材料包括金屬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶陰極的場致發(fā)射裝置，該裝置具有電子(2)發(fā)射區(qū)(1)。所述場致發(fā)射裝置用于以盡可能低的電壓產(chǎn)生在技術(shù)上可用的電子流，其以這樣的方式配備以致于發(fā)射區(qū)(1)具有由多個個別地定位或可個別地定位的原子(4)或分子構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01J1/304GK101663724SQ200780042058
公開日2010年3月3日 申請日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月15日
發(fā)明者蒂爾·克斯曼 申請人:蒂爾·克斯曼