專(zhuān)利名稱(chēng)：電子發(fā)射設(shè)備、電子源及圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用電子發(fā)射膜的電子發(fā)射設(shè)備， 一種其中安排 了多個(gè)電子發(fā)射設(shè)備的電子源，以及一種通過(guò)使用該電子源構(gòu)成的圖 像顯示裝置。
背景技術(shù)：
在將一個(gè)使用電子發(fā)射膜的電子發(fā)射設(shè)備應(yīng)用到使用熒光體的 圖像顯示裝置的情況下，所述電子發(fā)射設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)發(fā)射電流，該電 流足以引起熒光體產(chǎn)生足夠的亮度。此外，要照射到熒光體上的電子 束的大小應(yīng)該較小，以便圖像顯示裝置(顯示器)的分辨率(清晰度) 較高。另外，該裝置本身易于制造也是很重要的。
冷陰極電子源是一種電子發(fā)射設(shè)備，它包括一個(gè)場(chǎng)發(fā)射型(以下 稱(chēng)為"FE型")，表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射設(shè)備或類(lèi)似的設(shè)備。
對(duì)于FE型來(lái)說(shuō)，Spindt型是非常高效并且是期望采用的。但是， Spindt型的電子發(fā)射設(shè)備的制造過(guò)程復(fù)雜，并且可能使電子束分散。 從而，必須在電子發(fā)射部件上安排一個(gè)聚焦電極，以避免電子束的分 散。
另一方面，JP 08-096703 A、 JP 8-096704 A、 JP 8-264109 A中提 出了電子發(fā)射設(shè)備的一些例子，其中電子束的斑點(diǎn)大小不會(huì)像Spindt 型那樣增加很多。這些電子發(fā)射設(shè)備使得電子從安排在它的一個(gè)孔中 的一層平的薄膜(電子發(fā)射膜)發(fā)射出。從而在電子發(fā)射膜上形成一 個(gè)相對(duì)平的等電勢(shì)表面，并且降低了電子束的加寬，同時(shí)可以相對(duì)容
易地制造出電子發(fā)射設(shè)備。此外，通過(guò)使用一種低功函的材料作為形 成電子發(fā)射膜的物質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)降低電子發(fā)射所必需的驅(qū)動(dòng)電壓。此外，
電子發(fā)射是在平面形狀上執(zhí)行的(在Spindt型中是在圓點(diǎn)狀中執(zhí)行 的)，從而可減輕電場(chǎng)聚焦。從而，可實(shí)現(xiàn)電子發(fā)射設(shè)備的長(zhǎng)壽命。 已提出一種碳基電子發(fā)射膜作為這樣的平的電子發(fā)射膜。例如，在由 R. D. Forrest等人所著并發(fā)表于1988年出版的Applied Physics Letters第73巻第25期第3784頁(yè)的"A study of electron field emission as a function of film thickness from amorphous carbon films，，等中提 出了使用碳基膜的電子發(fā)射設(shè)備。此外，例如，在由X. Z. Ding等人 所著并發(fā)表于2000年出版的Journal of applied physics第88巻第11 期第6842頁(yè)的"Electron field emission from Ti畫(huà)containing tetrahedral amorphous carbon films deposited by filtered cathodic vacuum arc"; 由Y. J. Li等人所著并發(fā)表于2000年出版的Applied Physics Letters 第77巻第13期第2021頁(yè)的"Field emission from cobalt-containing amorphous carbon composite films heat-treated in an acetylene ambient";由Richard G. Forbes所著并發(fā)表于Solid-State Electronics 45 (2001)第779-808頁(yè)的"Low-macroscopic畫(huà)field electron emission from carbon films and other electrically nanostructured heterogeneous materials: hypotheses about emission mechanism"; 由 S. P. Lau等人所著并發(fā)表于Diamond Related Materials 10 (2001)第 1727-1731 頁(yè)的"Field emission from metal-containing amorphous carbon composite films"; JP 2001-006523 A; JP 2001-202870 A等中 提出了其中添加了不同金屬的碳膜的例子。
此外，以不同的方式研究了使用一種導(dǎo)電材料和一種絕緣材料的 電子發(fā)射膜。例如，在由S. Bajic和R. v. Latham所著并發(fā)表于J. Phys. D: Appl. Phys. 21 (1988)第200-204頁(yè)的"Enhanced cold-cathode emission using composite resin-carbon coatings"; 由A. P. Burden等 人著并發(fā)表于J. Vac. Sci. Technol. B 18 (2)， Mar/Apr (2000)第 900-904 頁(yè)的"Field emitting inks for consumer-priced broad-area flat-panel displays";日本實(shí)用新型申請(qǐng)?jiān)缙诠_(kāi)04-131846等中提出 了這種電子發(fā)射膜。此外，關(guān)于電子發(fā)射膜的報(bào)告還有例如在JP 2001-101966中提出的將導(dǎo)電材料添加到絕緣材料的孔中的電子發(fā)射 膜，或者在US 4,663,559中提出的在陶瓷和金屬的金屬陶瓷中電子從 金屬注入到絕緣層中以發(fā)射電子的電子發(fā)射膜。

發(fā)明內(nèi)容
圖18顯示了一個(gè)電子發(fā)射設(shè)備被用作一個(gè)圖像顯示裝置1000的 例子。多行柵電極層1002和多行陰極電極層1004以矩陣形狀被安放 在一個(gè)襯底1001上，電子發(fā)射設(shè)備1014被安放在兩行的交叉部分。 根據(jù)一個(gè)信息信號(hào)電子從安放在一個(gè)選中的交叉部分中的電子發(fā)射設(shè) 備1014中發(fā)射出，并且被陽(yáng)極1012的電壓所加速，以便入射到焚光 體1013上。這種設(shè)備就是所謂的三極設(shè)備(triode device)。注意參 考數(shù)字1003表示絕緣層。
在考慮將場(chǎng)發(fā)射電子發(fā)射設(shè)備應(yīng)用到圖像顯示裝置的情況下，要 求同時(shí)滿(mǎn)足以下要求
(1) 電子束的斑點(diǎn)大小(電子束直徑)??；
(2) 電子發(fā)射區(qū)域大；
(3 ) 電子發(fā)射點(diǎn)密度(electron emission site density ) ( ESD ) 高并且電流密度高；
(4) 可以以低電壓進(jìn)行高效率電子發(fā)射；以及
(5) 制造過(guò)程簡(jiǎn)單。
但是，在能夠同時(shí)滿(mǎn)足上述要求的情況下，不能總是實(shí)現(xiàn)上述使 用電子發(fā)射膜的常規(guī)設(shè)備。
因此設(shè)計(jì)了本發(fā)明以解決常規(guī)技術(shù)的上述問(wèn)題，并且本發(fā)明的一 個(gè)目的是提供 一種場(chǎng)發(fā)射電子發(fā)射設(shè)備，其電子束的斑點(diǎn)大小(電 子束直徑)小，電子發(fā)射區(qū)域大，可以以低電壓進(jìn)行高效率的電子發(fā) 射，并且制造過(guò)程簡(jiǎn)單； 一種電子源以及一種圖像顯示裝置。
被設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到上述目的的本發(fā)明的一種構(gòu)造如下所述。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極電極； 電連接到所述陰極電極的一層；多個(gè)粒子，其包含一種材料作為一個(gè) 主要成分，該材料的電阻系數(shù)低于所述層的一種材料的電阻系數(shù)；其 中多個(gè)粒子被安排在所述層上；并且層中的粒子密度為大于或等于 lxl0"/cm3并且小于或等于5xl018/cm3。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極 電極；電連接到所述陰極電極的一層；多個(gè)粒子，其包含一種材料作 為一個(gè)主要成分，該材料的電阻系數(shù)低于所述層的一種材料的電阻系 數(shù)；其中多個(gè)粒子被安排在所述層上；并且粒子的主要元素相對(duì)于該 層的主要元素的濃度為大于或等于0.001 atm。/o并且小于或等于1.5 atm%。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極 電極；電連接到所述陰極電極的一層；多個(gè)粒子，其包含一種材料作 為一個(gè)主要成分，該材料的電阻系數(shù)低于所述層的一種材料的電阻系 數(shù)；其中多個(gè)粒子被安排在所述層上；層中的粒子密度大于或等于 lxi014/cm3并且小于或等于5xl018/cm3;并且粒子的主要元素相對(duì)于 層的主要元素的濃度為大于或等于0.001 atm。/。并且小于或等于1.5 atm%。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極 電極；安排在所述陰極電極上并且包含碳作為主要成分的一層；以及 至少兩個(gè)粒子，它們被安排為在所述層上彼此相鄰，并且各自包含金 屬作為主要成分，其中相鄰的兩個(gè)粒子之一被安排為比另一個(gè)粒子更 接近所述陰極電極；并且所述金屬是從Co、 Ni和Fe中選出的金屬。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極 電極；以及連接到所述陰極電極的一層，其中組粒子多被安排在所述 層中，每個(gè)群由至少兩個(gè)彼此相鄰的粒子組成；所述粒子包含一種材 料作為一個(gè)主要成分，該材料的電阻系數(shù)低于所述層的一種材料的電 阻系數(shù)，相鄰的兩個(gè)粒子被安排在小于或等于5nm的范圍內(nèi)；相鄰的 兩個(gè)粒子之一被安排為比另一個(gè)粒子更接近所述陰極電極；并且所述
粒子的多組被安排為彼此遠(yuǎn)離，離開(kāi)的距離大于或等于所述層的平均 膜厚度。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極 電極；以及連接到所述陰極電極的一層，其中多組粒子被安排在所述 層中，每個(gè)組由至少兩個(gè)包含金屬作為一個(gè)主要成分并且彼此相鄰的 粒子組成；所述層包含一種材料作為一個(gè)主要成分，該材料的電阻系 數(shù)高于包含金屬作為 一個(gè)主要成分的粒子的電阻系數(shù)；相鄰的兩個(gè)粒 子被安排在小于或等于5nm的范圍內(nèi)；相鄰的兩個(gè)粒子之一被安排為 比另 一個(gè)粒子更接近所述陰極電極。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極 電極；以及連接到所述陰極電極并且包含碳作為一個(gè)主要成分的一層， 其中多組粒子組被安排在所述層中，每個(gè)組由至少兩個(gè)包含金屬作為 一個(gè)主要成分并且彼此相鄰的粒子組成；所述的多組粒子被安排為彼 此遠(yuǎn)離，離開(kāi)的距離大于或等于所述層的平均膜厚度；在碳層的表面 一側(cè)的碳層中的金屬的濃度比所述陰極電極一側(cè)的低。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極 電極；以及連接到所述陰極電極并且包含碳作為一個(gè)主要成分的一層， 其中多組粒子被安排在所述層中，每組由兩個(gè)包含金屬作為一個(gè)主要 成分并且彼此相鄰的粒子組成；相鄰的兩個(gè)粒子之一被安排為比另一 個(gè)粒子更接近所述陰極電極；至少在多個(gè)粒子的一部分中的相鄰粒子 之間包含了 graphen。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極 電極；以及電連接到所述陰極電極并且包含碳作為一個(gè)主要成分的一 層；以及安排在所述層中并且包含碳作為一個(gè)主要成分的多個(gè)導(dǎo)電粒 子，其中所述的包含碳作為一個(gè)主要成分的層包含的氫元素相對(duì)于碳 元素大于或等于0.1atm%。
根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備，最好所述的包含碳作為一個(gè)主要成 分的層包含的氫元素相對(duì)于碳元素大于或等于latm。/。并且小于或等 于20atm % 。
此外，最好所述層的表面不均勻度按均方根值(rms)來(lái)算小于 其膜厚度的1/10。
此外，最好所述層包含碳作為一個(gè)主要成分。
此外，最好所述層中氫相對(duì)于碳的平均濃度大于或等于0.1 atm%。
此外，最好包含碳作為一個(gè)主要成分的層具有一個(gè)spS鍵。
此外，最好所述粒子包含金屬作為一個(gè)主要成分。
此外，最好所述金屬是從Co、 Ni和Fe中選出的金屬。
此外，最好所述粒子包含單晶金屬作為一個(gè)主要成分。
此外，最好所述粒子的平均粒子直徑為大于或等于1 nm到小于
或等于10畫(huà)。
此外，最好所述層的厚度小于或等于100nm。
此外，最好所述的多個(gè)粒子中的至少兩個(gè)相鄰粒子被安排為彼此
相離的距離小于或等于5nm。
此外，最好所述層中的粒子密度大于或等于1x10,cii^并且小于
或等于5xl018/cm3，尤其大于或等于lxl015/cm3并且小于或等于
5xl017/cm3。
此外，最好所述粒子的一種主要元素相對(duì)于所述層的一種主要元 素的濃度大于或等于0.001 atm。/。并且小于或等于1.5 atm%,尤其地， 大于或等于0.05 atm。/。并且小于或等于1 atm%。
此外，最好多個(gè)粒子作為多組粒子被分散地安排在所述層上， 每組由至少兩個(gè)相鄰的粒子組成；相鄰的兩個(gè)粒子之一,皮安放為比另 一個(gè)粒子更接近所述陰極電極；并且所述的多組粒子被安排為彼此遠(yuǎn) 離，離開(kāi)的距離大于或等于所述層的平均膜厚度。
此外，本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備進(jìn)一步包括 一絕緣膜，它被安排 在所述陰極電極上，并且具有一個(gè)第一開(kāi)口；以及一個(gè)柵電極，它被 安排在所述絕緣膜上并且具有一個(gè)第二開(kāi)口，并且最好所述的第一 開(kāi)口和所述的第二開(kāi)口彼此相通；并且所述層暴露在所述的第 一開(kāi)口中。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電子源，其中安排了多個(gè)本發(fā)明 的電子發(fā)射設(shè)備。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種圖像顯示裝置，其包括本發(fā)明 的電子源；以及一個(gè)光發(fā)射元件，它通過(guò)被電子照射而發(fā)射光。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電子發(fā)射設(shè)備的制造方法，其包 括形成一個(gè)層，它包含金屬和一種材料作為一個(gè)主要成分，其中所 述材料的電阻系數(shù)高于所述金屬的電阻系數(shù)；并且在包含氫的氣氛中 加熱所述層
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，最好所述的包含氫的氣氛進(jìn)一步包含碳
氫化合物。
此外，最好所述碳?xì)浠衔锸且胰病?br> 此外，最好所述金屬是第八族元素。
此外，最好所述金屬是從Co、 Ni和Fe中選出的。
此外，最好所述加熱中的熱處理溫度大于或等于450。C。
此外，最好所述的包含一種電阻系數(shù)高于所述金屬的電阻系數(shù)的
材料作為一個(gè)主要成分的層是包含碳作為一個(gè)主要成分的層。
此外，最好所述金屬在加熱之前被包含在所述的包含碳作為一個(gè)
主要成分的層中，并且相對(duì)于碳元素的比率為大于或等于0.001 atm%
并且小于或等于5 atm%,尤其大于或等于0.001 atm。/。并且小于或等
于1.5 atm%。
此外，最好所述的加熱前包含碳作為一個(gè)主要成分的膜具有一個(gè)
Sp3鍵。
根據(jù)以上所述的本發(fā)明，可獲得低電場(chǎng)中的高密度電子發(fā)射和要 發(fā)射的電流的穩(wěn)定度，并且同時(shí)可實(shí)現(xiàn)高分辨率的電子束。此外，可 以容易地實(shí)現(xiàn)顯示出上述效果的電子發(fā)射設(shè)備。從而，在應(yīng)用了本發(fā) 明的電子發(fā)射設(shè)備的電子源和圖像顯示裝置中，可獲得高性能電子源 和圖像顯示裝置。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)電子發(fā)射設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示意截面
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖3A和3B是根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施方式的示意圖4A、 4B、 4C和4D是顯示根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備的一種
制造方法的一個(gè)例子的示意圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)被動(dòng)矩陣(passive matrix )排列的
一個(gè)電子源的結(jié)構(gòu)圖6是顯示使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)被動(dòng)矩陣排列的電子源的一個(gè)
圖像顯示裝置的示意結(jié)構(gòu)圖7是使用根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)被動(dòng)矩陣排列的電子源的圖像顯示
裝置的驅(qū)動(dòng)電路圖8A(a)、 8A(b)和8A (c)是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的一
個(gè)電子發(fā)射設(shè)備的示意圖8B(a)、 8B(b)和8B (c)是顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的一
個(gè)電子發(fā)射設(shè)備的示意圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備的伏安特性的圖IOA、 IOB和IOC是顯示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的一個(gè)電子
發(fā)射設(shè)備的示意圖ll是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的裝置的圖12是顯示根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備的伏安特性的圖13A、 13B和13C是顯示根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的一個(gè)電子
發(fā)射設(shè)備的示意圖14A、 14B和14C是顯示根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的一個(gè)電子
發(fā)射設(shè)備的示意圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的電子發(fā)射設(shè)備的示意圖； 圖16A和16B分別是顯示根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備的示意截
面圖和示意平面圖17是顯示根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備的伏安特性的圖； 圖18是示意性地顯示采用使用了一個(gè)常規(guī)電子發(fā)射設(shè)備的一個(gè) 三極結(jié)構(gòu)的一個(gè)圖像顯示裝置的一個(gè)例子的圖。
圖19A、 19B和19C是是顯示根據(jù)本發(fā)明的一種制造方法的一個(gè) 例子的示意截面圖20是顯示根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備的一個(gè)例子的示意截面
圖21是顯示根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備的一個(gè)例子的示意截面
圖22是顯示根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備的一個(gè)例子的示意平面
圖23A、 23B、 23C和23D是顯示根據(jù)本發(fā)明的制造方法的一個(gè) 例子的示意截面圖。
圖24A、 24B、 24C和24D是顯示根據(jù)本發(fā)明的制造方法的一個(gè) 例子的示意截面圖；以及
圖25是顯示根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備的一個(gè)例子的示意平面圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。注意除非特別 說(shuō)明，否則以下實(shí)施方式中所說(shuō)明的元件的尺寸、材料、形狀和相對(duì) 排列并不是要將本發(fā)明的范圍限制在其中。
圖l顯示了本發(fā)明的一個(gè)電子發(fā)射設(shè)備的一個(gè)例子的示意性部分 截面圖。在圖1中，參考數(shù)字l表示一個(gè)襯底；2表示包含多個(gè)粒子3 的一層；3表示粒子；而5表示一個(gè)陰極電極。最好根據(jù)需要在陰極 電極5和層2之間安排一個(gè)電阻層。
在一個(gè)使用本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備的電子發(fā)射裝置(包括一個(gè)圖 像顯示裝置)中，例如，如圖16A和16B中所示，通常采用三極結(jié)構(gòu)。 在該三極結(jié)構(gòu)中，通常一個(gè)陽(yáng)極電極12被安排為與襯底1的表面大致 平行，在襯底1上安排了所述電子發(fā)射設(shè)備(陰極電極5和層2)，
并且一個(gè)柵電極(電子抽取電極)8被進(jìn)一步安排在陽(yáng)極電極12和組 成電子發(fā)射設(shè)備的層2之間，從而驅(qū)動(dòng)該設(shè)備。當(dāng)被驅(qū)動(dòng)時(shí)， 一個(gè)高 于加到陽(yáng)極電極5的電勢(shì)的電勢(shì)被加到柵電極8，從而電子從層2發(fā) 射出，其方向與襯底1的表面基本垂直。注意，雖然此處說(shuō)明了三極 結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射設(shè)備的例子，但也可能去掉圖16A和16B中的柵電極 8(和絕緣層7)，而通過(guò)給出一個(gè)從層2吸引電子的電勢(shì)來(lái)使用陽(yáng)極 電極12作為電子抽取電極。這種結(jié)構(gòu)是所謂的"二極管結(jié)構(gòu)"。
包含多個(gè)粒子3的層2的主要成分的電阻系數(shù)被設(shè)置為高于粒子 3的電阻系數(shù)。從而，基本上，層2的主體是由電介質(zhì)體構(gòu)成的，而 粒子3的主體是由導(dǎo)體構(gòu)成的。通過(guò)將層2的主體的電阻系數(shù)設(shè)為大 于或等于粒子3的主體的電阻系數(shù)的IOO倍，可以在低電場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)電 子發(fā)射。
此外，作為包含多個(gè)粒子3的層2的主體的材料，當(dāng)只考慮電場(chǎng) 聚焦時(shí)，最好采用介電常數(shù)較小的材料，以下將詳細(xì)說(shuō)明電場(chǎng)聚焦 (electric field concentration )。但是，當(dāng)作為電子發(fā)射材料時(shí)，最好 使用碳。此外，在使用碳的情況下，最好層2中既有spZ鍵，又有一 個(gè)spS鍵。尤其地，具有石墨的微結(jié)構(gòu)(graphen)和包含spS鍵的能 帶結(jié)構(gòu)的碳膜的最初電場(chǎng)聚焦較低，且最好具有電子發(fā)射特性。從而， 上述碳膜被用作層2的主體，此外，粒子3被安排在層2中(其結(jié)構(gòu) 將在以下說(shuō)明)，從而可另外實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的電場(chǎng)聚焦效果，尤其可實(shí) 現(xiàn)優(yōu)選的電子發(fā)射特性。但是，如上所述，重要的是層2具有高電阻 同時(shí)基本上用作一個(gè)絕緣體。從而，最好碳膜的主體是無(wú)定形碳，例 如類(lèi)鉆碳(DLC)，因?yàn)榭色@得lxlO至lxlO"Qcm量級(jí)的電阻系數(shù)， 并且碳膜可用作一個(gè)電介質(zhì)體。
另一方面，粒子3最好包含金屬作為其主體，更特定地，包含一 種第八族元素。此外，在層2的主體是碳的情況下，粒子3最好是從 Ni、 Fe和Co中選出的金屬，尤其最好是Co。由于在Ni、 Fe或Co 與碳之間的頻帶屏障較小，因此電子注入的阻礙較小。此外，在實(shí)現(xiàn) 較大的發(fā)射電流密度時(shí)，粒子3最好包含單晶(單晶體)金屬作為其
主體。此外，在更低的電場(chǎng)中可能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電子發(fā)射，并且當(dāng)
graphen (石墨的微結(jié)構(gòu))被安排在粒子3周?chē)?尤其是在相鄰的粒子 之間)時(shí)，電子發(fā)射特性變得更好。此外，最好使用Ni、 Fe或Co作 為粒子的主體，而使用碳作為層2的主體，因此，在通過(guò)"凝聚(團(tuán)聚)" (以下將說(shuō)明)產(chǎn)生本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備的情況下，由于構(gòu)成層2 的元素碳的石墨化更易于通過(guò)低溫下的熱處理生長(zhǎng)，因此易于形成導(dǎo) 電通道和石墨的微結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中，多個(gè)粒子3不總是均勻地分散在層2中。正如圖1 示意性地顯示的那樣，多個(gè)粒子3在某種程度上形成集合體(粒子組) 10，并且集合體(粒子組)10被離散地安排在層2上。各集合體(粒 子組)10之間的距離最好等于或大于層2的平均膜厚度。注意層2的 平均膜厚度是以陽(yáng)極電極5的表面(或者村底1的表面)作為參考來(lái) 定義的。更特定地，各集合體(粒子組)IO之間的距離等于或大于層 2的平均膜厚度，最好大于或等于其1.5倍并小于或等于其1000倍。 在超過(guò)此的范圍內(nèi)，層2中的電子發(fā)射點(diǎn)密度(ESD)難以滿(mǎn)足圖像 顯示裝置所要求的電子發(fā)射設(shè)備的特性。
通過(guò)這種方式，各集合體(粒子組)IO彼此充分遠(yuǎn)離，從而可降 低電子發(fā)射的閾值。這是因?yàn)?，由于集合體(粒子組)IO彼此遠(yuǎn)離， 因此有將電場(chǎng)聚焦增加到各集合體(粒子組)IO的效果。注意，在本 發(fā)明中，沒(méi)有形成集合體10的粒子3可存在于各集合體(粒子組)10 之間。
此外，構(gòu)成各集合體(粒子組)10的多個(gè)粒子被安排為在層2 的膜厚度方向(從陽(yáng)極電極5—側(cè)到層2的表面一側(cè)的方向)上基本 對(duì)齊。根據(jù)這樣一種結(jié)構(gòu)，電場(chǎng)可集中在各集合體IO中。
在本發(fā)明中，在層2的膜厚度方向上對(duì)齊的粒子3的數(shù)目是不限 的，只要等于或多于2個(gè)。例如，只要兩個(gè)粒子在層2的膜厚度方向 上對(duì)齊，并且相鄰兩個(gè)粒子之一被安排在比另一個(gè)更接近陽(yáng)極電極5 的表面(或?qū)?的表面)的位置就足夠了。但是，為了進(jìn)一步降低電 子發(fā)射的閾值，最好該另 一個(gè)粒子被安排在比該一個(gè)粒子的中心位置
更接近陽(yáng)極電極5的表面(或?qū)?的表面)的位置，此外，該另一個(gè) 粒子被安排在該一個(gè)粒子與陽(yáng)極電極5的表面(或?qū)?的表面)之間 的一個(gè)區(qū)域中。在本發(fā)明中，粒子3最好相對(duì)于陽(yáng)極電極5的表面(層 2的表面)垂直對(duì)齊，但是不必限于這種排列。
此外，在本發(fā)明中，相鄰粒子最好被安排在小于或等于5 nm的 范圍內(nèi)。當(dāng)超過(guò)此范圍時(shí)，電子發(fā)射的閾值開(kāi)始極度上升，并且也難 以獲得足夠的發(fā)射電流。此外，在各集合體(粒子組)中，相鄰的粒 子3可以彼此接觸。粒子3之間的距離最好不要超過(guò)其平均粒子直徑， 因?yàn)檫@更不可能發(fā)生電場(chǎng)聚焦。此外，在本發(fā)明中，由于層2中包含 的導(dǎo)體是粒子狀的，因此即使相鄰粒子彼此接觸，相鄰粒子之間的電 阻也會(huì)增加。從而，可以推測(cè)，能抑制存在于層2中的各電子發(fā)射點(diǎn) 處的發(fā)射電流的極度增長(zhǎng)，而且可穩(wěn)定地執(zhí)行電子發(fā)射。
此外，在本發(fā)明中，最好粒子3基本完全地嵌入在層2中，但是 可能部分從層2的表面露出。從而，層2表面的不均勻度按"均方根值 (rms)"來(lái)算最好是小于或等于平均膜厚度的1/10。"均方根值，，是按 照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義的。有了這種結(jié)構(gòu)，能盡可能地抑制由于層2的 表面粗糙度而引起的電子束分散。此外，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于粒子3 的表面更不可能受存在于真空中的氣體的影響，因此可推測(cè)該結(jié)構(gòu)也 能為穩(wěn)定的電子發(fā)射做出貢獻(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射設(shè)備，可推測(cè)導(dǎo)體粒子3的一 條導(dǎo)電通道部分地(離散地)形成。從而，具有平表面的碳膜通常所 要求的諸如調(diào)節(jié)這樣的預(yù)處理就變得不必要了 ，并且可在不遭受局部 破壞或損害的情況下實(shí)現(xiàn)令人滿(mǎn)意的電子發(fā)射。但是，當(dāng)粒子僅在導(dǎo) 電通道(即整個(gè)層2)上均勻分散時(shí)，電子發(fā)射的閾值將增大。此外， 當(dāng)各集合體(粒子組)IO之間的距離過(guò)度增大時(shí)，則不能獲得顯示器 中所用的電子發(fā)射設(shè)備所必需的電子發(fā)射電流和穩(wěn)定地流動(dòng)電子發(fā)射 電流所必需的電子發(fā)射點(diǎn)密度。因此，不能獲得穩(wěn)定的電子發(fā)射和穩(wěn) 定的顯示圖像。由于此原因，層2中的粒子3的密度最好大于或等于 lxl0"/cm3并且小于或等于5xl018/cm3。此外，如果密度大于或等于 lxl015/cm3并且小于或等于5xl017/cm3，則可實(shí)現(xiàn)較低電場(chǎng)中的電子 發(fā)射。此外，由于同樣的原因，構(gòu)成粒子3的一個(gè)主要元素相對(duì)于構(gòu) 成層2的一個(gè)主要元素的濃度的一個(gè)實(shí)際范圍在大于或等于0.001 atm。/。并且小于或等于1.5 atm。/。的范圍內(nèi)。此外，當(dāng)濃度大于或等于 0.05 atmV。并且小于或等于1 atm。/。時(shí)，可實(shí)現(xiàn)較低電場(chǎng)中的電子發(fā) 射。當(dāng)濃度超過(guò)上述范圍時(shí)，如上所述，電子發(fā)射的閾值將增加。此 外，要施加的驅(qū)動(dòng)電壓增加，因此可能引起擊穿，或者不能獲得足夠 的電子發(fā)射點(diǎn)密度。從而，不能保證圖像顯示裝置所必需的發(fā)射電流 密度。
這里將說(shuō)明上述數(shù)值范圍。層2中存在的集合體(粒子組)10 的數(shù)目在圖3A和3B中顯示為粒子密度的函數(shù)。注意X是構(gòu)成一個(gè) 集合體(一個(gè)粒子組)的粒子的數(shù)目。
當(dāng)假設(shè)層2中的粒子3的密度為P/cm3，層2的膜厚度為h,并 且粒子的平均半徑為r時(shí)，粒子3在膜厚度方向繼續(xù)的區(qū)域(集合體 10 )的數(shù)目E為2rP(8r3p),"/cm2。圖3A是當(dāng)r = 2函時(shí)的圖，而 圖3B是當(dāng)r = 5nm時(shí)的圖。注意此處r表示粒子3的平均粒子直徑的 一半，而粒子3的平均粒子直徑最好大于或等于1 nm并且小于或等 于10nm,正如以下將詳細(xì)i兌明的那樣。
最好將密度設(shè)為可使得電場(chǎng)聚焦發(fā)生在粒子10的組中，并且將 E設(shè)得較大。為了使兩個(gè)或多個(gè)粒子3為電場(chǎng)聚焦部分而重疊，并且 為了使其數(shù)目E變?yōu)榇笥诨虻扔趌xl02/cm2，且最好大于或等于 lxi04/cm2，在r-2nm的情況下滿(mǎn)足P-lxlO"/cm3就夠了。此外， 為了使E變?yōu)榇笥诨虻扔趌xl0Vcm2，在r = 5 nm的情況下滿(mǎn)足至少 P-lxl0"/cm3就夠了。另一方面，當(dāng)P超過(guò)5xl0力cm3時(shí)，有太多粒 子3,層2變成只是一個(gè)導(dǎo)體，或者不太可能發(fā)生到集合體10的電場(chǎng) 聚焦。從而，ESD減小并且電流密度也減小，這對(duì)電子發(fā)射特性來(lái)說(shuō) 是不可取的。
當(dāng)粒子3的大小被控制為幾nm,并且層2的膜厚度被假設(shè)為幾 十nm時(shí)，最好P的范圍是lxlO"/cm^P《5xlO力cm3，雖然這取決于
層2的膜厚度和粒子3的大小。在粒子3的平均粒子直徑(2r)為1 至10 nm并且粒子3包含Co作為其主體的情況下，滿(mǎn)足上述條件的 層2中的Co濃度為0.001至1.5 atm%。
理想地，P的范圍最好是lxlO"/cm^P《5xlO"/cm3。例如，在圖 3A和3B的例子中，當(dāng)各集合體10由兩個(gè)或多個(gè)重疊的粒子形成的 情況下，集合體10的數(shù)目E為大于或等于lxlO"ci^并且小于或等于 lxl010/cm3。
這里將用圖2說(shuō)明電場(chǎng)聚焦。當(dāng)假設(shè)導(dǎo)電通道的高度為h，電子 發(fā)射部分的半徑為r,發(fā)生大小為(2+h/r)電場(chǎng)聚焦，此外，由于其 尖端的微形狀而發(fā)生一個(gè)電場(chǎng)聚焦因子p的類(lèi)似的電場(chǎng)聚焦，并且整 體上發(fā)生大小為兩者之積(2+h/r)p的電場(chǎng)聚焦。因此，通過(guò)采用上述 形式，可在本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備中構(gòu)造一層電子發(fā)射膜，通過(guò)該電 子發(fā)射膜可更容易地實(shí)現(xiàn)電子發(fā)射。
另一方面，在層2的膜厚度小于或等于100 nm的情況下，要發(fā) 射的束的形狀對(duì)于形成不發(fā)散的束是重要的，雖然這取決于層2的膜 厚度、粒子3的大小和形狀以及電場(chǎng)的設(shè)計(jì)等。此外，層2的結(jié)構(gòu)應(yīng) 力小，并適于薄膜工藝。當(dāng)粒子3的大小增加并且膜厚度以相同比率 增加時(shí)，各個(gè)粒子組IO之間的距離也增大，并且每單位面積中的電子 發(fā)射點(diǎn)的數(shù)目減小。對(duì)于小于或等于100nm的較小的膜厚度，粒子3 的大小理想地為幾nm (大于或等于lnm并且小于或等于10nm)， 并且粒子3最好采用以下形式從陽(yáng)極電極側(cè)向電子發(fā)射膜的表面安 排幾個(gè)粒子。
此外，在層2中混合氫以松弛層2的應(yīng)力是可取的。例如，包含 諸如類(lèi)鉆碳(DLC )這樣的碳的層2具有高的硬度和強(qiáng)的應(yīng)力。因此， 層2不總是能夠滿(mǎn)意地與包括熱處理的處理過(guò)程相兼容。還有一個(gè)問(wèn) 題是，雖然它作為電子發(fā)射膜是具有高質(zhì)量的，但是在就處理過(guò)程來(lái) 說(shuō)不穩(wěn)定的情況下，它不能用作電子發(fā)射設(shè)備和電子源。能夠根據(jù)用 氫進(jìn)行的應(yīng)力松弛形成在制造過(guò)程中穩(wěn)定的膜也是很重要的。因此， 在層2的主體是碳的情況下，可以通過(guò)包含一種氫元素，其相對(duì)于層2的碳元素的濃度大于或等于0.1 atm%，來(lái)引起應(yīng)力松弛。尤其，當(dāng) 包含了大于或等于1 atm。/。的氫元素時(shí)，此松弛是強(qiáng)的，且可降低硬 度和楊氏模量。但是，當(dāng)氫元素相對(duì)于碳元素的比率超過(guò)20atm。/o時(shí)， 電子發(fā)射特性開(kāi)始惡化。因此，實(shí)質(zhì)上限為20atm0/。。
接下來(lái)將說(shuō)明本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備的 一種制造過(guò)程。但是不必 說(shuō)，此結(jié)構(gòu)本身是一個(gè)例子，而不是特定受限的。
現(xiàn)將參考圖4A至4D說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電子發(fā) 射設(shè)備的一種制造方法的一個(gè)例子。不必說(shuō)，本發(fā)明不限于此制造方 法。特別地，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的淀積順序和蝕刻方法是不受限的，將在 一個(gè)實(shí)施例中分別對(duì)它們進(jìn)行說(shuō)明。 (步驟l)
首先，預(yù)先將以下之一用作襯底1以便將陽(yáng)極電極5層壓在襯底 l上通過(guò)將Si02層壓在玻璃、堿石灰玻璃、珪襯底或類(lèi)似物上形成 的一個(gè)分層體，其表面足夠清潔，并且通過(guò)濺射方法或類(lèi)似的方法減 少石英玻璃、Na或類(lèi)似雜質(zhì)的含量； 一個(gè)陶瓷絕緣襯底，例如鋁。
陽(yáng)極電極5 —般具有導(dǎo)電性，并且是通過(guò)一般的真空淀積技術(shù)， 例如蒸氣淀積方法或?yàn)R射方法形成的。陽(yáng)極電極5的材料宜于從以下 物質(zhì)中選擇例如，金屬或合金材料諸如Be、 Mg、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Al、 Cu、 Ni、 Cr、 Au、 Pt或Pd，碳化物諸如TiC、 ZrC、 HfC、 TaC、 SiC或WC，硼化物諸如HfB2、 ZrB2、 LaB6、 CeB6、 YB4或GdB4，氮化物諸如TiN、 ZrN或HfN，半導(dǎo)體諸如Si或Ge， 無(wú)定形碳，石墨，類(lèi)鉆碳，其中散布了鉆石的碳，碳化合物或類(lèi)似的 物質(zhì)。陽(yáng)極電極5的厚度被設(shè)為在幾十nm到幾mm的范圍內(nèi)，并且 最好從幾百nm到幾jim的范圍中選出。 (步驟2)
接下來(lái)，如圖4A所示，層2被淀積到陽(yáng)極電極5上。層2是通 過(guò)一般真空淀積技術(shù)，例如蒸發(fā)方法、濺射方法或熱燈絲CVD (HFCVD)方法形成的，但不限于這些方法。層(電子發(fā)射膜)2的 厚度被設(shè)為在幾nm至幾百nm的范圍內(nèi)，并且最好從幾nm到幾十
nm的范圍中選擇。此外，此步驟可在以下說(shuō)明的步驟6之后(在形 成具有一個(gè)開(kāi)口的絕緣層7和具有一個(gè)開(kāi)口的柵電極8之后)執(zhí)行， 以便將層2選擇性地淀積在暴露在開(kāi)口 9中的陽(yáng)極電極5上。
在rf濺射方法的情況下，例如，Ar被用作氣氛。但是，例如， 如果使用AWH2，則可使氫進(jìn)入層2中?？蛇m當(dāng)確定諸如rf功率和氣 壓等參數(shù)。
此外，在鈷被用作粒子3的主體而碳被用作層2的主體的情況下， 例如，可以適當(dāng)選擇使用利用了石墨靶和鈷靶的多靶方法，用混合了 石墨和鈷的一個(gè)耙控制鈷含量的方法，或類(lèi)似的方法。 (步驟3)
然后，執(zhí)行以下步驟進(jìn)行熱處理以使存在于層2中的粒子3的 材料(例如鈷)凝聚(進(jìn)行熱處理以便聚集粒子的材料)，從而形成 粒子3。但是，可以稍后才執(zhí)行引起粒子3的材料凝聚的步驟，且在 需要的步驟中使得粒子3的材料凝聚。熱處理例如在大于或等于450° C時(shí)通過(guò)燈加熱進(jìn)行。熱處理是在包含氫的氣氛中進(jìn)行的。但是，就 縮短處理過(guò)程來(lái)看，最好在包含氫和碳?xì)浠衔餁怏w的氣氛中執(zhí)行熱 處理。此外，碳?xì)浠衔餁怏w最好是乙炔氣體、乙烯氣體或類(lèi)似氣體。 當(dāng)在氫和乙炔氣體的混合氣體中進(jìn)行熱處理時(shí)，可在保持層2的表面 平面性的同時(shí)以增加的速度促進(jìn)金屬(Co)的凝聚反應(yīng)。當(dāng)在&氣 氛中進(jìn)行熱處理時(shí)，層2的表面不均勻性增加。 (步驟4)
接下來(lái)淀積絕緣層7。絕緣層7是通過(guò)一般的真空淀積方法，例 如濺射方法、CVD方法或真空蒸發(fā)方法形成的，并且其厚度被設(shè)為在 幾nm至幾nm的范圍內(nèi)，并且最好從幾十nm到幾百nm的范圍內(nèi)選 擇。對(duì)于絕緣層7的材料，采用具有較高耐壓能夠耐受高電場(chǎng)的材料 是所希望的，例如SiCh、 SiN、 A1203、 CaF或不摻雜的鉆石。 (步驟5)
此外，在淀積絕緣層7之后淀積柵電極8 (圖4B)。柵電極8 的導(dǎo)電性與柵電極5的相同，并且是通過(guò)一般真空淀積技術(shù)，例如蒸
發(fā)方法或?yàn)R射方法，或照相平版技術(shù)形成的。柵電極8的材料宜于從 以下物質(zhì)中選擇例如，金屬或合金材料諸如Be、 Mg、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Al、 Cu、 Ni、 Cr、 Au、 Pt或Pd,碳化物諸 如TiC、 ZrC、 HfC、 TaC、 SiC或WC，硼化物諸如Hffi2、 ZrB2、 LaB6、 CeB6、 YB4或GdB4，氮化物諸如TiN、 ZrN或HfN，半導(dǎo)體 諸如Si或Ge。柵電極8的厚度被設(shè)為在幾nm到幾jxm的范圍內(nèi)， 最好從幾nm到幾百nm的范圍中選擇。注意電極8和5可以以相同 材料或不同材料形成，并且可以以相同形成方法或不同形成方法形成。 (步驟6)
接下來(lái)，如圖4C中所示，通過(guò)照相平版技術(shù)形成一個(gè)開(kāi)口圖案 的掩模M，并且進(jìn)行蝕刻處理，從而可形成一個(gè)具有圖4D所示的形 式的電子發(fā)射設(shè)備。柵電極和絕緣層7最好具有光滑和垂直的蝕刻表 面，并且只需根據(jù)柵電極和絕緣層7的材料選擇蝕刻方法。蝕刻方法 可以是千式的或濕式的。通常，開(kāi)口 9的直徑Wl宜根據(jù)形成設(shè)備的 材料或該設(shè)備的電阻值、電子發(fā)射設(shè)備的材料的功函和驅(qū)動(dòng)電壓，或 所要求的電子發(fā)射束的形狀來(lái)設(shè)置。通常，Wl是從幾百nm到幾十 pm的范圍中選擇的。
注意，本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備不限于圖4A至4D、 16A和16B 中所示的形式，在這些圖中，用于抽取電子的電極(柵電極8等)被 安排在層2之上，其中層2被安排在襯底之上。如圖24D和25所示， 本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備可釆用以下形式作為電子發(fā)射層的層2和用 于從層2抽取電子的電極(柵電極8)被安排在襯底1的表面上，以 使得它們?cè)竭^(guò)一個(gè)間隙(間隔)彼此相對(duì)。圖24D是一幅示意截面圖 而圖25是一幅示意平面圖。即使在圖24D所示的形式的電子發(fā)射設(shè) 備的情況下，如果提供了一個(gè)陽(yáng)極電極，則可以通過(guò)在襯底l上安排 陽(yáng)極電極來(lái)獲得三極結(jié)構(gòu)，如圖16A所示。注意，雖然在圖25和26 中描繪了層2保持在柵電極8上的形式，但層2保持在柵電極8上并 不總是必要的。
此外，在本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備中，最好以氫終止層2的表面。
通過(guò)以氫終止層2的表面，可進(jìn)一步促進(jìn)電子發(fā)射。
接下來(lái)將說(shuō)明應(yīng)用了本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備的應(yīng)用。本發(fā)明的多 個(gè)電子發(fā)射設(shè)備被安排在一個(gè)襯底上，從而可構(gòu)成一個(gè)電子源或一個(gè) 圖像顯示裝置。
采用了電子發(fā)射設(shè)備的多種排列。例如，有一種被動(dòng)矩陣排列， 其中多個(gè)電子發(fā)射設(shè)備被安排在X方向和Y方向的一個(gè)矩陣形狀中， 安排在同 一行上的多個(gè)電子發(fā)射設(shè)備的電極之一被共同連接到X方向
中的布線，而安排在同一列上的多個(gè)電子發(fā)射設(shè)備的另一個(gè)電極被共 同連接到Y(jié)方向中的布線。
以下將用圖5說(shuō)明可應(yīng)用本發(fā)明的、通過(guò)安排多個(gè)電子發(fā)射設(shè)備 而獲得的被動(dòng)矩陣排列的電子源。在圖5中，參考數(shù)字91表示一個(gè)電 子源襯底；92表示X方向布線；而93表示Y方向布線。參考數(shù)字94 表示本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備。
m個(gè)X方向布線92包括Dxl、 Dx2、…Dxm，且可由導(dǎo)電金屬 或類(lèi)似材料構(gòu)成，其是由真空蒸發(fā)方法、印刷方法、濺射方法或類(lèi)似 方法形成的。適當(dāng)設(shè)計(jì)布線的材料、膜厚度和寬度。Y方向布線93 包括n個(gè)布線Dyl、 Dy2、…Dyn，并且通過(guò)與X方向布線92相同的 方式形成。未顯示出的層間絕緣層被提供在m個(gè)X方向布線92和n 個(gè)Y方向布線93之間，并且使兩種布線(m和n均為正整數(shù))電隔 離。
未顯示的層間絕緣層是由Si02或類(lèi)似物構(gòu)成的，其是用真空蒸 發(fā)方法、印刷方法、濺射方法或類(lèi)似的方法形成的。例如，層間絕緣 層在襯底91的整個(gè)表面或部分表面上按所需要的形狀形成，其中在襯 底91上形成了 X方向布線92。特別的，其膜厚度、材料和制造方法 被設(shè)置為使得層間絕緣層能夠耐受X方向布線92和Y方向布線93的 交叉部分處的電勢(shì)差。X方向布線92和Y方向布線93分別被抽出作 為外部端口。
組成電子發(fā)射設(shè)備94的一對(duì)設(shè)備電極(即上述電極5和8 )被m 個(gè)X方向布線92和n個(gè)Y方向布線93以及由導(dǎo)電金屬或類(lèi)似的材料
構(gòu)成的連接電連接起來(lái)。
構(gòu)成X方向布線92和Y方向布線93的材料、構(gòu)成連接的材料 和構(gòu)成設(shè)備電極對(duì)的材料可以彼此相同，或者它們的組成元素部分或 完全不同。根據(jù)上述設(shè)備電極(電極5和8)的材料適當(dāng)選擇這些材 料。在組成設(shè)備電極的材料和布線材料相同的情況下，可以認(rèn)為連接 到設(shè)備電極的布線是設(shè)備電極。
未顯示出的掃描信號(hào)施加裝置連接到X方向布線92，其中掃描 信號(hào)施加裝置施加一個(gè)掃描信號(hào)，用于選擇安排在X方向的電子發(fā)射 設(shè)備94的一行。另一方面，未顯示出的調(diào)制信號(hào)生成裝置連接到Y(jié) 方向布線93，其中調(diào)制信號(hào)生成裝置用來(lái)根據(jù)輸入信號(hào)調(diào)制安排在Y 方向的電子發(fā)射設(shè)備94的每一行。施加到每個(gè)電子發(fā)射設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電 壓是作為施加到設(shè)備的掃描信號(hào)和調(diào)制信號(hào)的差分電壓來(lái)提供的。
在上述構(gòu)造中，用被動(dòng)矩陣布線可以獨(dú)立選擇和驅(qū)動(dòng)單個(gè)設(shè)備。 現(xiàn)將用圖6說(shuō)明通過(guò)使用這種被動(dòng)矩陣排列的一個(gè)電子源構(gòu)成的一個(gè) 圖像顯示裝置。圖6是顯示圖像顯示裝置的顯示面板的一個(gè)例子的示 意圖。
在圖6中，參考數(shù)字91表示一個(gè)電子源襯底，其上安排了多個(gè) 電子發(fā)射設(shè)備；101表示一個(gè)背板，其上固定了電子源襯底91;而106 表示一個(gè)正面板，其中作為圖像形成構(gòu)件的用作熒光體的熒光膜104、 一個(gè)金屬背面105以及類(lèi)似的部件形成在一個(gè)玻璃襯底103內(nèi)部。參 考數(shù)字102表示一個(gè)支撐框架，并且用搪瓷玻璃或類(lèi)似的材料將背板 101和正面板106連接到支撐框架102。參考數(shù)字107表示一個(gè)外殼， 它是密封的，并且是通過(guò)，例如，在氣氛或氮中于400至500。C的溫 度范圍內(nèi)烘烤10分鐘或更久而形成的。參考數(shù)字94對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的 電子發(fā)射設(shè)備。參考數(shù)字92和93表示連接到電子發(fā)射設(shè)備的電極對(duì) 8和5的X方向布線和Y方向布線。
如上所述，外殼107是由正面板106、支撐框架102和背板101 構(gòu)成的。由于提供背板101的目的主要是增加襯底91的強(qiáng)度，因此如 果襯底91本身具有足夠的強(qiáng)度，則不必單獨(dú)提供背板101。即，支撐
框架102可直接密封到襯底91上，以便用正面板106、支撐框架102 和襯底91形成外殼107。另一方面，對(duì)于大氣壓力具有足夠強(qiáng)度的外 殼107也可以通過(guò)在正面板106和背板101之間設(shè)置一個(gè)未顯示的支 撐體來(lái)構(gòu)成，該支撐體被稱(chēng)為間隔件。
注意，在使用本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備的圖像顯示裝置中，考慮到 發(fā)射出的電子的軌道，熒光體(熒光膜104)被成一直線地安排在電 子發(fā)射設(shè)備94上。在本發(fā)明中，由于電子束直接到達(dá)電子發(fā)射設(shè)備 94上，因此圖像顯示裝置是通過(guò)放置熒光膜104以便被直接安排在電 子發(fā)射設(shè)備94之上而構(gòu)成的。
接下來(lái)將說(shuō)明一種用于密封經(jīng)受密封處理過(guò)程的外殼(面板)的 真空密封處理過(guò)程。
真空密封處理過(guò)程在加熱外殼(安裝板)107并且將其保持在80 至250。C的同時(shí)，用一個(gè)排氣裝置(例如離子泵或吸收泵)通過(guò)排氣 管(未顯示)對(duì)外殼(安裝板)107排氣，以獲得具有足夠少的有機(jī) 物質(zhì)的氣氛，然后，用爐子加熱排氣管以便完全融化和密封它。為了 在密封外殼107后保持壓力，也可執(zhí)行吸氣處理。此處理用電阻加熱、 高頻加熱等來(lái)加熱吸氣劑，以便在進(jìn)行外殼107的密封之前或之后立 即形成蒸發(fā)膜，其中吸氣劑被安排在外殼107中的一個(gè)預(yù)定位置處(未 顯示)。吸氣劑通常包含Ba或類(lèi)似的物質(zhì)作為其主要元素，并且根 據(jù)蒸發(fā)膜的吸收作用保持外殼107中的氣氛。
在用通過(guò)上述處理過(guò)程制造的被動(dòng)矩陣排列的電子源構(gòu)成的圖 像顯示裝置中，電子發(fā)射是通過(guò)經(jīng)由盒子Doxl至Doxm以及Doyl 至Doyn外的終端將電壓施加到各電子發(fā)射設(shè)備而引起的。此外，一 個(gè)高電壓Va經(jīng)由一個(gè)高電壓端子113被施加到金屬背面105或一個(gè) 透明電極(未顯示)，以加速電子束。加速后的電子撞到熒光膜104 并且發(fā)光，從而形成圖像。
接下來(lái)，將用圖7說(shuō)明用于在一個(gè)顯示面板上進(jìn)行電視顯示的一 個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)，其中所述電視顯示根據(jù)NTSC系統(tǒng)的電視信號(hào)， 并且所述顯示面板是通過(guò)使用被動(dòng)矩陣排列的電子源構(gòu)成的。在圖7
中，參考數(shù)字121表示一個(gè)圖像顯示面板；122表示一個(gè)掃描電路； 123表示一個(gè)控制電路；而124表示一個(gè)移位寄存器。參考數(shù)字125 表示一個(gè)線路存儲(chǔ)器；126表示一個(gè)同步信號(hào)分離電路；而127表示 一個(gè)調(diào)制信號(hào)生成器；而參考符號(hào)Vx和Va表示DC電壓源。
顯示面板121經(jīng)由終端Doxl至Doxm、終端Doyl至Doyn以及 高電壓終端Hv連接到一個(gè)外部電路。用于順序驅(qū)動(dòng)顯示面板中設(shè)置 的電子源的掃描信號(hào)被施加到終端Doxl至Doxm，其中電子源即是指 按照一行布線在M行N列的一個(gè)矩陣形狀中的電子發(fā)射設(shè)備組(N 個(gè)設(shè)備)。
用于控制被掃描信號(hào)選中的一行的電子發(fā)射設(shè)備中每個(gè)設(shè)備的 輸出電子束的調(diào)制信號(hào)被施加到終端Doyl至Doyn。從DC電壓源 Va例如提供一個(gè)lOk[V]的DC電壓到高電壓終端Hv。此電壓是一個(gè) 加速電壓，用于提供足夠的能量來(lái)激勵(lì)熒光體以得到從電子發(fā)射設(shè)備 發(fā)射出的電子束。
現(xiàn)將說(shuō)明掃描電路122。此電路內(nèi)部提供了 M個(gè)開(kāi)關(guān)元件(在圖 中將開(kāi)關(guān)元件示意性地顯示為Sl至Sm)。各開(kāi)關(guān)元件選擇DC電壓 源Vx的輸出電壓和O[V](地電平)中的一個(gè)，并且電連接到顯示面 板121的終端Doxl至Doxm。 Sl至Sm中的各開(kāi)關(guān)元件根據(jù)控制電 中123輸出的控制信號(hào)Tscan操作，并且可以通過(guò)組合一個(gè)開(kāi)關(guān)元件 (例如FET)來(lái)構(gòu)成。
在這個(gè)例子的情況下，DC電壓源Vx被設(shè)置為輸出一個(gè)恒定電 壓，用于根據(jù)電子發(fā)射設(shè)備的特性(電子發(fā)射閾電壓)使要施加到一 個(gè)尚未被掃描的設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電壓等于或低于電子發(fā)射閾電壓。
控制電路123具有匹配各部件的操作的功能，從而可根據(jù)從外部 輸入的圖像信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)娘@示。根據(jù)從同步信號(hào)分離電路126發(fā)送 來(lái)的同步信號(hào)Tsync,控制電路123生成各部件的控制信號(hào)Tscan、 Tsft和Tmry。
同步信號(hào)分離電路126是用于從外部輸入的NTSC系統(tǒng)電視信號(hào) 中分離出一個(gè)同步信號(hào)分量和一個(gè)亮度信號(hào)分量的電路，且可以用一
般的頻率分離(濾波器)電路或類(lèi)似的電路來(lái)構(gòu)成此電路。雖然由同
步信號(hào)分離電路126分出的同步信號(hào)包括一個(gè)垂直同步信號(hào)和一個(gè)水 平同步信號(hào)，但這里為了便于說(shuō)明，將它描述為T(mén)sync信號(hào)。為方便 起見(jiàn)，從電視信號(hào)分離出的圖像的亮度信號(hào)分量被表示為DATA信號(hào)。 DATA信號(hào)輸入到移位寄存器124。
移位寄存器124對(duì)于一幅圖像的每一行串行/并行轉(zhuǎn)換按時(shí)間序 列串行輸入的DATA信號(hào)，并且根據(jù)從控制電路123發(fā)送的控制信號(hào) Tsft進(jìn)行操作(即，可以說(shuō)控制信號(hào)Tsft是移位寄存器124的移位時(shí) 鐘)。 一幅圖像的一行的經(jīng)串行/并行轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)(等價(jià)于電子發(fā)射 設(shè)備的N個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù))作為N個(gè)并行信號(hào)Idl至Idn從移位寄 存器124輸出。
線路存儲(chǔ)器125是一個(gè)儲(chǔ)存設(shè)備，用于僅在必要的時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存一 幅圖像的一行的數(shù)據(jù)，并且根據(jù)從控制電路123發(fā)送的控制信號(hào)Tmry 適當(dāng)?shù)貎?chǔ)存Idl至Idn的內(nèi)容。儲(chǔ)存的內(nèi)容作為I，dl至I，dn輸出， 并輸入調(diào)制信號(hào)生成器127。
調(diào)制信號(hào)生成器127是一個(gè)信號(hào)源，用于根據(jù)各圖像數(shù)據(jù)I，dl 至I，dn進(jìn)行驅(qū)動(dòng)以便適當(dāng)?shù)卣{(diào)制各電子發(fā)射設(shè)備，并且它的一個(gè)輸出 信號(hào)通過(guò)終端Doyl至Doyn加到顯示面板121中的電子發(fā)射設(shè)備。
本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備具有以下關(guān)于發(fā)射電流Ie的基本特征。 即，電子發(fā)射具有一個(gè)明確的閾電壓Vth,并且只有當(dāng)?shù)扔诨蚋哂赩th 的電壓被加到電子發(fā)射設(shè)備時(shí)才發(fā)生電子發(fā)射。響應(yīng)等于或高于電子 發(fā)射閾值的電壓，發(fā)射電流根據(jù)加到設(shè)備上的電壓的變化而變化。從 而，在一個(gè)電壓被加到設(shè)備的情況下，例如，雖然即使在一個(gè)等于或 低于電子發(fā)射閾值的電壓被加到設(shè)備的情況下不發(fā)生電子發(fā)射，但是
在一個(gè)等于或高于電子發(fā)射閾值的電壓被加到其上的情況下，將輸出 電子束。在該情況下，可以通過(guò)改變所加的電壓Vf來(lái)控制輸出的電子 束的強(qiáng)度。此外，在一個(gè)脈沖電壓被加到該設(shè)備的情況下，可以通過(guò) 改變脈沖高度Ph來(lái)控制電子束的強(qiáng)度，并且通過(guò)改變脈沖的寬度Pw 來(lái)控制輸出的電子束的電荷總量。
因此，可采用電壓調(diào)制系統(tǒng)、脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)或類(lèi)似的系統(tǒng)來(lái) 作為根據(jù)一個(gè)輸入信號(hào)調(diào)制電子發(fā)射設(shè)備的系統(tǒng)。在實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)制系
統(tǒng)時(shí)，可采用電壓調(diào)制系統(tǒng)的電路來(lái)作為調(diào)制信號(hào)生成器127，其中 該電路生成一個(gè)固定長(zhǎng)度的電壓脈沖，以便根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)適當(dāng)調(diào)制 脈沖的峰值。
在實(shí)現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)時(shí)，可采用脈沖寬度調(diào)制電路的一個(gè)電 路來(lái)作為調(diào)制信號(hào)生成器127，該電路生成一個(gè)固定峰值的電壓脈沖， 以便根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)適當(dāng)調(diào)制電壓脈沖的寬度。
對(duì)于移位寄存器124和線路存儲(chǔ)器125，既可采用數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)， 也可采用模擬信號(hào)系統(tǒng)。這是因?yàn)閳D像信號(hào)的串行/并行轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存只 需要以一個(gè)預(yù)定的速度來(lái)執(zhí)行。
在采用數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)的情況下，有必要將同步信號(hào)分離電路126 的輸出信號(hào)DATA轉(zhuǎn)變成一個(gè)數(shù)字信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)此目的，只需要在 同步信號(hào)分離電路126的輸出部分提供一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。與此相關(guān)， 調(diào)制信號(hào)生成器127中采用的一個(gè)電路根據(jù)線路存儲(chǔ)器125的輸出信 號(hào)是數(shù)字信號(hào)還是模擬信號(hào)而略有不同。即，在釆用數(shù)字信號(hào)的電壓 調(diào)制系統(tǒng)的情況下，例如， 一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換電路被用于調(diào)制信號(hào)生成器 127，并且如果必要的話， 一個(gè)放大電路或類(lèi)似的電路被添加到其上。 在脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的情況下，例如， 一個(gè)電路被用作調(diào)制信號(hào)生成 器127,在該電路中結(jié)合了一個(gè)高速振蕩器、 一個(gè)用于對(duì)高速振蕩器 輸出的波數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器、以及一個(gè)用于比較計(jì)數(shù)器的輸出值和 存儲(chǔ)器的輸出值的比較器。如果必要的話，也可添加一個(gè)放大器，用 于將一個(gè)調(diào)制信號(hào)調(diào)制到電子發(fā)射設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電壓，該調(diào)制信號(hào)是從 比較器輸出的，它受到脈沖寬度調(diào)制。
在使用模擬信號(hào)的電壓調(diào)制系統(tǒng)的情況下，例如，可釆用一個(gè)使 用運(yùn)算放大器或類(lèi)似元件的放大電路來(lái)作為調(diào)制信號(hào)生成器127,并 且如果必要的話，可在其上添加一個(gè)電平移動(dòng)電路或類(lèi)似的電路。在 脈沖寬度調(diào)制電路的情況下，例如，可采用一個(gè)電壓控制振蕩電路 (VCO)，并且如果必要的話，可向其添加一個(gè)放大器，用于將調(diào)制
信號(hào)放大到電子發(fā)射設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電壓。
在可以應(yīng)用本發(fā)明的圖像顯示裝置中， 一個(gè)電壓經(jīng)由盒子Doxl 至Doxm和Doyl至Doyn外的終端被加到各電子發(fā)射設(shè)備，從而發(fā)生 電子發(fā)射，其中圖像顯示裝置可采用上述結(jié)構(gòu)。 一個(gè)高電壓經(jīng)由高電 壓終端Hv被加到金屬背面105或一個(gè)透明電極(未顯示)，以加速 電子束。加速后的電子碰撞熒光膜，并發(fā)生光發(fā)射，從而形成圖像。
這里說(shuō)明的圖像顯示裝置的結(jié)構(gòu)是可以應(yīng)用本發(fā)明的圖像顯示 裝置的一個(gè)例子，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)概念進(jìn)行各種修改。對(duì)于輸 入信號(hào)，將NTSC系統(tǒng)作為一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。但是，輸入信號(hào)并不 限于這種信號(hào)，除了 PAL系統(tǒng)和SECAN系統(tǒng)外，可釆用由比PAL 和SECAM系統(tǒng)更多的掃描線組成的TV信號(hào)系統(tǒng)(即，以MUSE系 統(tǒng)或類(lèi)似系統(tǒng)為代表的高清晰度TV)。
本發(fā)明的圖像顯示裝置除了用作用于電視廣播的顯示裝置和用 于電視會(huì)議系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)等的顯示裝置外，也可以以光學(xué)打印機(jī)的方 式用作圖像顯示裝置或類(lèi)似裝置，其中光打印機(jī)是通過(guò)采用感光鼓等 構(gòu)成的。
實(shí)施例
以下將詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。 (第一實(shí)施例)
以下將用圖8A (a)至8A (c)說(shuō)明根據(jù)此實(shí)施例制造的一個(gè)電 子發(fā)射設(shè)備的制造過(guò)程。
首先將石英用作襯底l，然后在充分清潔襯底之后，通過(guò)濺射方 法將厚度為500 nm的Ta膜形成為一個(gè)陰極電極(圖8A ( a ))。
接下來(lái)，通過(guò)濺射方法將厚度約為12 nm的碳膜2淀積到陰極電 極5上，其中碳膜2中鎳濃度為0.02%。 Ar被用作氣氛氣體。條件如 下所述。
rf電源13.56 MHz
rf功率400 W
氣體壓強(qiáng)267 mPa 襯底溫度300° C 靶石墨和鎳的混合靶
接下來(lái)，通過(guò)在包含氫的氣氛中于600。C用燈加熱300分鐘來(lái)對(duì) 村底進(jìn)行熱處理。然后如圖8A (c)所示，鎳凝聚并且形成多個(gè)主要 包含鎳的粒子3。如圖8A(c)所示，金屬粒子3的集合體(粒子組) 10存在于碳膜2的厚度之內(nèi)，或者彼此離得更遠(yuǎn)。根據(jù)TEM觀測(cè)， 熱處理形成的鎳粒子3的濃度P為P = lxl016/cm3。
測(cè)量此實(shí)施例中制造的包含層2和陰極電極5的電子發(fā)射設(shè)備的 電子發(fā)射特性。用本實(shí)施例中制造的電子發(fā)射設(shè)備作為陰極， 一個(gè)電 壓被加到一個(gè)陽(yáng)極(其面積為1 mm2)，該陽(yáng)極與層(電子發(fā)射膜)2 平行，并且與層2相距l(xiāng)mm。圖9顯示了該電子發(fā)射設(shè)備的電壓/電 流特性。注意水平軸表示電場(chǎng)強(qiáng)度，而垂直軸表示發(fā)射電流密度。
在本實(shí)施例中制造的電子發(fā)射設(shè)備中，沒(méi)有顯著的電擊穿，即， 可以觀察到不用調(diào)節(jié)的令人滿(mǎn)意的電子發(fā)射特性。 (第二實(shí)施例)
以下將用圖8B (a)至8B (c)說(shuō)明根據(jù)此實(shí)施例制造的一個(gè)電 子發(fā)射設(shè)備的制造過(guò)程。
首先將石英用作襯底l，然后在充分清潔襯底之后，通過(guò)濺射方 法將厚度為500 nm的Ta膜形成為一個(gè)陰極電極(圖8B ( a ))。
接下來(lái)，通過(guò)'減射方法將厚度約為12 nm的碳膜2淀積到陰極電 極5上，其中碳膜2中鈷濃度為0.3%，氫濃度為1%。 Ar和H2以1:1 比例混合的混合氣體被用作氣氛氣體。條件如下所述。
rf電源13.56 MHz
石墨rf功率1 KW
鈷rf功率1KW
氣體壓強(qiáng)267 mPa
襯底溫度300° C
靶石墨和鈷的混合靶
接下來(lái)，通過(guò)在乙炔和氫混合的氣氛中于600。C用燈加熱60分 鐘來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行熱處理。反應(yīng)比第一實(shí)施例中說(shuō)明的氫氣氛時(shí)快，并 且鈷凝聚并且形成晶體結(jié)構(gòu)的鈷粒子3 (圖8B (c))。此時(shí)，在除 凝聚的鈷粒子3之外的部分中，鈷等于或小于EDAX測(cè)量中的檢測(cè)極 限。根據(jù)TEM觀測(cè)，熱處理形成的鈷粒子的濃度P為P = lxl017/cm3。
與實(shí)施例1一樣，這里也可測(cè)量此實(shí)施例中制造的電子發(fā)射設(shè)備 的電子發(fā)射特性。用本實(shí)施例中制造的電子發(fā)射設(shè)備作為陰極， 一個(gè) 電壓被加到一個(gè)陽(yáng)極，該陽(yáng)極與電子發(fā)射膜平行，并且與電子發(fā)射設(shè) 備相距1 mm。結(jié)果，沒(méi)有顯著的電擊穿，即，可以觀察到不用調(diào)節(jié) 的令人滿(mǎn)意的電子發(fā)射特性。此外，可形成與第一實(shí)施例相比硬度更 小、應(yīng)力更小的電子發(fā)射膜。 (第三實(shí)施例)
以下將用圖10A至10C說(shuō)明根據(jù)此實(shí)施例制造的一個(gè)電子發(fā)射 設(shè)備的制造過(guò)程。
首先，如圖10A所示，將n+Si襯底用作襯底1，并且將厚度為 500 nm的Ta膜形成為一個(gè)陰極電極5。接下來(lái)，通過(guò)HFCVD方法 淀積厚度約為30 nm的碳膜2。圖11中顯示了 HFCVD方法的裝置圖。
在圖11中，參考數(shù)字21表示一個(gè)真空容器；22表示一個(gè)襯底； 23表示一個(gè)襯底支架；24表示一個(gè)熱源，用于溶解熱電子和材料氣體 以生成離子；25表示一個(gè)襯底偏置電極，用于將電壓加到襯底；26 表示一個(gè)電極，用于從熱源24提取熱電子；27表示一個(gè)監(jiān)控機(jī)制， 用于，見(jiàn)察襯底電壓和流向襯底的電流；28表示一個(gè)電源，用于將電壓 加到襯底；29表示一個(gè)電流監(jiān)控機(jī)制，用于監(jiān)控襯底電流；30表示一 個(gè)電壓施加機(jī)制，用于將電壓加到一個(gè)熱電子抽取電極；31表示一個(gè) 電源，用于將電壓加到該熱電子抽取電極；32表示一個(gè)膜形成過(guò)程控 制機(jī)制，用于控制機(jī)制27和30; 33表示一個(gè)氣體引入端口；以及34 表示一個(gè)排氣泵，用于為真空容器21排氣。
注意，可以通過(guò)一個(gè)陶瓷板等使襯底支架23和村底偏置電極25 絕緣。此外，通過(guò)一個(gè)未顯示的電源將電壓輸入到熱源24，并且將熱
源24加熱到所需要的溫度。此處的電源可為直流也可為交流。此外， 膜形成過(guò)程控制機(jī)制32可由個(gè)人電腦或類(lèi)似的設(shè)備控制，或者可以具 有能手動(dòng)控制的結(jié)構(gòu)。
在圖11所示的一個(gè)HFCVD裝置中，將一個(gè)n+Si襯底安排在襯 底偏置電極25上，并且用排氣泵34將真空容器21排氣到lxl(T5Pa。 接下來(lái)，從氣體引入端口 33引入10 sccm的氫氣，并將真空容器21 保持在lxlO"Pa。此后，在將14 V的AC電壓加到熱源24以將其加 熱到2100°C后，用電壓施加才幾制27將150V的DC電壓加到襯底偏 置電極25，并且通過(guò)電流監(jiān)控器29觀察到一個(gè)0.5mA的電流值。保 持此狀態(tài)20分鐘，并且進(jìn)行襯底清潔。
接下來(lái)，停止氫氣引入，并且在將真空容器21再次排氣到lxl(T5 Pa后，真空容器21被保持在lxlO"Pa。接下來(lái)，在用一個(gè)襯底加熱 機(jī)制將襯底22設(shè)置為30°C后，將-150V的DC電壓加到襯底偏置電 極25。然后將15V的AC電壓加到熱源24以將其加熱到2100°C。接 著，將一個(gè)電壓加到熱電子抽取電極26，并且使離子照射到村底22 上。此處，熱電子抽取電極26的電壓值被設(shè)置為90V,以便由電流監(jiān) 控機(jī)制29觀察到的電流量變?yōu)? mA，并且保持襯底22為此狀態(tài)10 分鐘，以形成具有許多Sps鍵的DLC膜2。
接下來(lái)，通過(guò)離子注入方法，在25keV下并且按3xl0"/cn^的劑 量將鈷注入DLC (類(lèi)鉆碳)膜(圖10B )。
接下來(lái)，通過(guò)在0.1%乙炔(99.9%氫)的氣氛中于550°C用燈 加熱300分鐘來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行熱處理。然后如圖IOC所示，鈷凝聚和以 及晶體結(jié)構(gòu)的鈷粒子3部分形成在一個(gè)表面層(層2)上。此外，鈷 粒子3的集合體(粒子組)10離散地形成在層2上。此處，在鈷膜中 除凝聚的鈷粒子外的部分中，鈷等于或小于EDAX測(cè)量中的檢測(cè)極限。 另一方面，在接近DLC膜和Si襯底之間的接口的部分(層2，)中， 鈷粒子的密度高，并且它們大多數(shù)起導(dǎo)體(導(dǎo)電層)的作用。在一個(gè) 截面TEM圖像中，看到鈷粒子3以單晶狀態(tài)存在于DLC膜2中。當(dāng) 圖像被進(jìn)一步放大時(shí)，觀察到在Co粒子周?chē)纬闪艘粋€(gè)石墨層。據(jù)TEM觀測(cè)，熱處理形成的鈷粒子的濃度為P = 5xl016/cm3。氫濃度為 4%。
此外，當(dāng)用一個(gè)AFM評(píng)估層2的表面不均勻度時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)P-V (峰-谷)值(最大值-最小值)為4.4 nm,而rms為0.28 nm時(shí)，可
保證平面性。
測(cè)量這樣制造出的電子發(fā)射設(shè)備的電子發(fā)射特性。用本實(shí)施例中 制造的電子發(fā)射設(shè)備作為陰極， 一個(gè)電壓被加到一個(gè)陽(yáng)極(面積為1 mm2),該陽(yáng)極與電子發(fā)射設(shè)備平行，并且與電子發(fā)射設(shè)備相距1 mm。 圖12顯示了此處的伏安特性。注意，水平軸表示電場(chǎng)強(qiáng)度而垂直軸表 示發(fā)射電流密度。
在此實(shí)施例中制造的電子發(fā)射設(shè)備中，沒(méi)有顯著的電擊穿，即， 可以觀察到不用調(diào)節(jié)的令人滿(mǎn)意的電子發(fā)射特性。電子發(fā)射點(diǎn)密度 (ESD)等于或大于lxl0Vcm2，而發(fā)射電流密度等于或大于10 mA/cm2。
(第四實(shí)施例)
以下將用圖13A至13C說(shuō)明根據(jù)此實(shí)施例制造的一個(gè)電子發(fā)射 設(shè)備的制造過(guò)程。
將n+Si襯底用作襯底1，并且用濺射方法將厚度為500 nm的Ta 膜形成為一個(gè)陰極電極5。接下來(lái)，通過(guò)HFCVD方法淀積厚度約為 15nm的DLC膜2 (與第三實(shí)施相似)。調(diào)整膜厚度以縮短時(shí)間。
接下來(lái)，對(duì)DLC膜2施加光致抗蝕劑并且形成圖案，此后，通 過(guò)離子注入方法，在25 keV下并且按5x 1016/cm2的劑量將鈷注入DLC 膜2 (圖13B)。鈷只是部分注入沒(méi)有安排光致抗蝕劑R的區(qū)域。RP 在硅襯底中，并且在碳膜中只形成一個(gè)第三實(shí)施例的低濃度鈷層。由 于DLC膜經(jīng)歷了圖案形成和離子注入，因此確定了形成包含金屬的 粒子的位置，并且在DLC膜2中，從陰極電極側(cè)到DLC膜2的表面 安排的區(qū)域(粒子的集合體IO)決不彼此相鄰地形成，而是以多個(gè)的 形式離散安排，即使離子注入濃度較高。
接下來(lái)，通過(guò)在0.1%乙炔(99.9%氫)的氣氛中于750。 C用燈
加熱60分鐘來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行熱處理。然后如圖13C所示，鈷凝聚并且 晶體結(jié)構(gòu)的鈷粒子3以高濃度形成。當(dāng)圖像被進(jìn)一步放大時(shí)，觀察到 在Co粒子周?chē)纬闪艘粋€(gè)石墨的微結(jié)構(gòu)(graphen) 4。
測(cè)量這樣制造出的電子發(fā)射設(shè)備的電子發(fā)射特性。用本實(shí)施例中 制造的電子發(fā)射設(shè)備作為陰極， 一個(gè)電壓被加到一個(gè)陽(yáng)極，該陽(yáng)極與 電子發(fā)射設(shè)備平行，并且與電子發(fā)射設(shè)備相距1 mm。結(jié)果，沒(méi)有顯 著的電擊穿，即，可以觀察到不用調(diào)節(jié)的令人滿(mǎn)意的電子發(fā)射特性。 (第五實(shí)施例)
以下將用圖14A、 14B和14C說(shuō)明根據(jù)此實(shí)施例制造的一個(gè)電子 發(fā)射設(shè)備的制造過(guò)程。
將n+Si襯底用作襯底1，并且用濺射方法將厚度為500 nm的Ta 膜形成為一個(gè)陰極電極5。接下來(lái)，與第三實(shí)施例相似，通過(guò)HFCVD 方法淀積厚度約為15 nm的DLC膜2 (圖14A )。
接下來(lái)，通過(guò)濺射方法形成厚度為25nm的二氧化硅膜200。此 后，通過(guò)離子注入方法，在25 keV并以5xl0"/cm2的劑量將鈷注入二 氧化硅膜和DLC膜(圖14B ) 。 RP在二氧化硅膜中，且在DLC的 表面上濃度高達(dá)1%。
在用緩沖氫氟酸除去二氧化硅膜后，通過(guò)在0.1%乙炔(99.9%氫) 的氣氛中于550°C用燈加熱300分鐘來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行熱處理。然后如圖 14C所示，鈷凝聚，并且晶體結(jié)構(gòu)的鈷粒子3以高濃度2xl0力cn^形 成在其表面。
測(cè)量這樣制造出的電子發(fā)射設(shè)備的電子發(fā)射特性。用本實(shí)施例中 制造的電子發(fā)射設(shè)備作為陰極， 一個(gè)電壓被加到一個(gè)陽(yáng)極，該陽(yáng)極與 電子發(fā)射膜平行，并且與電子發(fā)射設(shè)備相距1 mm。結(jié)果，沒(méi)有顯著 的電擊穿，即，可以觀察到不用調(diào)節(jié)的令人滿(mǎn)意的電子發(fā)射特性。雖 然電子發(fā)射的閾值較高，但與第三實(shí)施例相比有許多發(fā)射點(diǎn)，并且獲 得了等于或大于lxl(T/cm2的ESD和等于或大于10 mA/cm2的電流密 度。
(第六實(shí)施例) 以下將用圖15說(shuō)明根據(jù)此實(shí)施例制造的一個(gè)電子發(fā)射設(shè)備的制 造過(guò)程。
首先將石英用作襯底l,然后在充分清潔襯底l之后，通過(guò)濺射 方法將厚度為500 nm的Ta膜形成為一個(gè)陰極電極5。
接下來(lái)，通過(guò)濺射方法將厚度約為12 nm的碳膜6淀積到陰極電 極5上。Ar/H2被用作氣氛氣體。條件如下所述。
rf電源13.56 MHz
rf功率400 W
氣體壓強(qiáng)267 mPa
襯底溫度300° C
靶石墨
接下來(lái)，將厚度為12nm、鈷濃度為8%的碳膜淀積在碳膜6上， 以鈷和石墨的多靶作為靶。Ar/H2被用作氣氛氣體。條件如下所述。 rf電源13.56 MHz 石墨rf功率600 W 鈷rf功率10W
氣體壓強(qiáng)267 mPa .BR>襯底溫度300° C 靶石墨和鈷。
注意，在此過(guò)程中，石墨靶一側(cè)的功率增大，且鈷比率逐漸減小。 在襯底表面，鈷濃度設(shè)為0.1 %。
接下來(lái)，在0.1%乙炔的氣氛(99.9%的氫)中于600。C對(duì)襯底 進(jìn)行300分鐘的熱處理。從而如圖15所示，鈷凝聚，并且形成晶體結(jié) 構(gòu)的鈷粒子3。形成了分層結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)Ta電極5、 一個(gè)由無(wú)定形 碳形成的高電阻層6、 一個(gè)以高濃度排列Co粒子3的低電阻Co-C層 2，、以及一個(gè)以低濃度排列Co粒子3的層2按照此順序?qū)盈B。在層2 中，離散地形成了區(qū)域(粒子集合體)10，其中鈷粒子3從陰極電極 5—側(cè)向?qū)?的表面排列。在這樣的結(jié)構(gòu)中，底層的高電阻層6用作 一個(gè)電流限制電阻，防止發(fā)射電子時(shí)發(fā)射過(guò)多電子，并且有助于均勻 的電子發(fā)射。在中間的低電阻層2，中，鈷粒子的密度高，通過(guò)高電阻
層6的電子進(jìn)入鈷粒子，并且利用一個(gè)電場(chǎng)向上傳導(dǎo)。此低電阻層2， 用作一個(gè)導(dǎo)體，而不是介電體。在襯底表面附近，鈷粒子密度低，在
這里獲得了可能發(fā)生電場(chǎng)聚焦的結(jié)構(gòu)，且電子被發(fā)射到真空中。
測(cè)量這樣制造出的電子發(fā)射設(shè)備的電子發(fā)射特性。用本實(shí)施例中 制造的電子發(fā)射設(shè)備作為陰極， 一個(gè)電壓被加到一個(gè)陽(yáng)極，該陽(yáng)極與 電子發(fā)射設(shè)備平行，并且與電子發(fā)射設(shè)備相距1 mm。結(jié)果，沒(méi)有顯 著的電擊穿，即，可以觀察到不用調(diào)節(jié)的令人滿(mǎn)意的電子發(fā)射特性， 該特性顯示了均勻的光發(fā)射特性。 (第七實(shí)施例)
圖16A顯示了根據(jù)此實(shí)施例制造的一個(gè)電子發(fā)射設(shè)備的示意截 面圖，圖16B顯示了它的一個(gè)示意平面圖。
參考數(shù)字l表示一個(gè)襯底；5表示一個(gè)陰極電極；7表示一個(gè)絕 緣層；8表示一個(gè)柵電極；以及2表示一個(gè)電子發(fā)射膜。此外，參考 符號(hào)Wl表示柵電極8中的一個(gè)孔的直徑。參考符號(hào)Vg表示加在柵 電極8和陰極電極5之間的一個(gè)電壓；Va表示加在柵電極8和陽(yáng)極 12之間的一個(gè)電壓；以及Ie表示電子發(fā)射電流。
當(dāng)加上Vg和Va以驅(qū)動(dòng)設(shè)備時(shí)，在孔中形成一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，且孔 中的等勢(shì)面的形狀是根據(jù)Vg、絕緣層7的厚度和形狀或者絕緣層的介 電常數(shù)等確定的。在該孔外，由于Va而獲得了一個(gè)基本平行的等電 勢(shì)面，盡管主要取決于陰極電極5和陽(yáng)極12之間的距離H。
當(dāng)加到電子發(fā)射膜2的電場(chǎng)超過(guò)某個(gè)特定的閾值時(shí)，電子從電子 發(fā)射膜中發(fā)射出來(lái)。此時(shí)從孔中發(fā)射出的電子朝向陽(yáng)極12被加速并與 陽(yáng)極12中的熒光體(未顯示)相撞以發(fā)光。
以下將用圖4A至4D詳細(xì)說(shuō)明此實(shí)施例的電子發(fā)射設(shè)備的制造過(guò)程。
(步驟l)
首先如圖4A所示，將石英用作襯底1，然后在充分清潔襯底1 之后，通過(guò)濺射方法將厚度為500 nm的Ta膜形成為陰極電極5。 (步驟2)
接下來(lái)，通過(guò)HFCVD方法淀積厚度約為30 nm的碳膜2。此處， 碳膜2是以生長(zhǎng)DLC的條件形成的。生長(zhǎng)條件如下所示。
氣體CH4
襯底偏置-50 V
氣體壓強(qiáng)267mPa
襯底溫度室溫
燈絲鴒
燈絲溫度2100oC
反向偏置100 V
(步驟3)
接下來(lái)，通過(guò)離子注入方法，在25 keV下并以3xl0"/cm2的劑 量將鈷注入DLC膜2。 (步驟4)
接下來(lái)，通過(guò)在0.1。/。乙炔的氣氛(99.9%的氫)中于550。 C用 燈加熱60分鐘來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行熱處理。 (步驟5)
接下來(lái)，如圖4B所示，依次分別將厚度為lpm的SK)2和厚度 為100 nm的Ta淀積作為絕緣層7和柵電極8。 (步驟6)
接下來(lái)，如圖4C，通過(guò)照相平版印刷術(shù)暴光和顯影一個(gè)正性光 致抗蝕劑(AZ1500/Clariant公司制造)的旋涂和光掩模圖案以形成一 個(gè)掩模圖案。
(步驟7)
如圖4D所示，用CF4氣體在用所述掩模圖案作掩模的情況下干 刻Ta柵電極8，接下來(lái)用緩沖氫氟酸蝕刻Si02膜7以形成開(kāi)口 9。 (步驟8)
完全去除掩模圖案以完成此實(shí)施例的電子發(fā)射設(shè)備。注意，這種 膜應(yīng)力小，并且不會(huì)發(fā)生膜剝落或過(guò)程中的其他問(wèn)題。
如圖16A和16B所示，陽(yáng)極12被安排在按照上述方式制造的電
子發(fā)射設(shè)備之上，并且在電極5和8之間加一個(gè)電壓以驅(qū)動(dòng)設(shè)備。圖 17是通過(guò)上述形式制造的電子發(fā)射設(shè)備的伏安特性圖。根據(jù)本發(fā)明， 可以用低電壓發(fā)射電子?？梢孕纬梢粋€(gè)電子源，其中實(shí)際電壓Vg = 20 V和Va- 10kV并且電子發(fā)射設(shè)備和陽(yáng)極12之間的距離H設(shè)為1 mm。 此處，雖然電子發(fā)射部件被描述為一個(gè)基本圓形的孔，如圖16A 和16B所示，但是此電子發(fā)射部件的形狀并不是特別限制的，它可以 形成為，例如一條線的形狀。制造方法完全相同，只不過(guò)圖形形狀改 變了。也可能安排多條線圖形，并且可以保證大的發(fā)射面積。 (第八實(shí)施例)
以下將用圖19A至19C說(shuō)明根據(jù)此實(shí)施例制造的一個(gè)電子發(fā)射 設(shè)備的制造過(guò)程。
首先將石英用作襯底l,然后在充分清潔襯底l之后，通過(guò)濺射 方法將厚度為500 nm的Ta膜形成為一個(gè)陰極電極5。接下來(lái)，通過(guò) 、減射方法，用一個(gè)包含鈷且鈷濃度為1.0%的碳靶和一個(gè)石墨靶，將包 含0.8%鈷的碳層211淀積到陰極電極5上(圖19A)。
接下來(lái)，通過(guò)只用一個(gè)石墨靶，將厚度為幾十nm的不包含鈷的 碳層212淀積到碳層211上(圖19B )。
接著，通過(guò)在乙炔和氫的混合氣氛中于600。C用燈加熱60分鐘 來(lái)對(duì)襯底進(jìn)行熱處理，以便在層211中形成包含Co作為主體的微粒 213，以便在膜厚度方向重疊(圖19C)。
在此實(shí)施例中，包含鈷的碳層211被不包含鈷的碳層覆蓋，從而 可在抑制層211表面上外來(lái)物生長(zhǎng)的同時(shí)制造包含較高濃度的鈷的碳 膜。根據(jù)TEM觀測(cè)，在此實(shí)施例中形成的層(由211和212表示的 區(qū)域)中的鈷粒子濃度為P = 3xl017/cm3。此外，在將陽(yáng)極電極安排
相對(duì)之后，當(dāng)在陰極電極和陽(yáng)極電極之間加一個(gè)電壓以測(cè)量電子發(fā)射 特性時(shí)，可改善電子發(fā)射點(diǎn)密度。 (第九實(shí)施例)
用與第八實(shí)施例中相同的膜形成裝置形成碳膜(211、 212)。但
是，在此實(shí)施例中，包含鈷的碳靶的rf功率隨著時(shí)間流逝從100W變 到700 W,并且在襯底1的一個(gè)接口附近形成一個(gè)鈷濃度低的區(qū)域， 以便形成高電阻膜。結(jié)果，可降低電子發(fā)射時(shí)的波動(dòng)，并獲得穩(wěn)定的 電子發(fā)射特性。
(第十實(shí)施例)
在與第八實(shí)施例相同的條件下在一個(gè)陰極電極5上形成碳膜 (211, 212)，并且通過(guò)在乙炔和氫的混合氣氛中用燈加熱來(lái)對(duì)襯底 進(jìn)行熱處理。但是，在此實(shí)施例中，在熱處理后，通過(guò)氫等離子體去 除不包含鈷的碳層，以暴露一部分鈷粒子，以便電子更易發(fā)射到真空 中(參見(jiàn)圖20)。結(jié)果，可形成能夠以較低電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)射電子的電子 發(fā)射膜。
(第十一實(shí)施例)
圖21和22中顯示了根據(jù)此實(shí)施例制造的一個(gè)電子發(fā)射設(shè)備的示 意圖。圖21是示意截面圖，圖22是示意平面圖。
參考數(shù)字l表示一個(gè)襯底；2表示一個(gè)電子發(fā)射膜；5表示一個(gè) 陰極電極；7表示一個(gè)絕緣層；8表示一個(gè)柵電極；以及210表示一個(gè) 聚焦電極。通過(guò)提供聚焦電極201,可獲得更高精度的電子束。
以下將用圖23A至23D說(shuō)明在此實(shí)施例中制造的一個(gè)電子發(fā)射 設(shè)備的制造方法。
首先，通過(guò)濺射方法在石英襯底1上淀積厚度為500 nm的Ta 電極，以形成陰極電極5。接下來(lái)，通過(guò)熱燈絲CVD方法(HFCVD 方法)形成厚度為25 nm的類(lèi)鉆碳膜(DLC膜)2,然后，通過(guò)濺射 方法淀積厚度為25nm的Al以形成聚焦電極201。接著，淀積厚度為 500 nm的二氧化珪膜7，并且淀積厚度為100 nm的Ta作為柵電極8， 以形成圖23A中所示的分層結(jié)構(gòu)。
通過(guò)照相平版印刷術(shù)在Ta膜8和二氧化硅膜7中形成(J)lnm的 開(kāi)口區(qū)域(圖23B)。更具體地，當(dāng)通過(guò)蝕刻去除襯底直到二氧化硅 膜時(shí)，停止形成開(kāi)口區(qū)域。
接下來(lái)，通過(guò)離子注入方法，在25 keV下并以5xl0"/cm2的劑
量將鈷離子注入分層結(jié)構(gòu)(圖23C)。在此實(shí)施方式中，由于Co離 子是在安排了 Al層201的狀態(tài)下注入碳膜2的，因此可簡(jiǎn)單地設(shè)置 Co濃度以使其在碳膜2表面附近為最高。
接下來(lái)，在用磷酸蝕刻以去除Al層201之后，通過(guò)在乙炔和氫 的混合氣氛中用燈加熱來(lái)對(duì)碳膜2進(jìn)行熱處理(圖23D)。
當(dāng)這樣制造出來(lái)的電子發(fā)射設(shè)備被安放在一個(gè)真空容器中，并且 3 kV的電壓被加到一個(gè)安排在與陰極電極5相距1 mm的位置處的陽(yáng) 極電極(其表面有熒光體)，以及同時(shí)， 一個(gè)用于從碳膜2抽取電子 的電勢(shì)被加到柵電極8,從而電子從碳膜2向陽(yáng)極電極發(fā)射以驅(qū)動(dòng)設(shè) 備時(shí)，在熒光體中觀察到發(fā)射出的光圖像。當(dāng)此結(jié)果與從第七實(shí)施例 中制造的電子發(fā)射設(shè)備發(fā)射的電子束的發(fā)射出的光圖像相比較時(shí)，束 大小(發(fā)射出的光圖像)減小，并實(shí)現(xiàn)了高精度。根據(jù)此實(shí)施例，通 過(guò)與使用離子注入掩模一起使用聚焦電極201，實(shí)現(xiàn)了制造過(guò)程的高 精度和簡(jiǎn)化，并且實(shí)現(xiàn)了低成本。
(第十二實(shí)施例)
在此實(shí)施例中，以氫主動(dòng)地終止第二實(shí)施例中的碳膜2的表面。
更具體地，用在總壓強(qiáng)為7Kpa的氣氛(70。/o曱烷和30。/。氫)中于60
度下60分鐘的熱處理取代了第二實(shí)施例中的在乙炔和氫的混合氣氛
中的熱處理。制造過(guò)程的其他部分與第二實(shí)施例相同。
當(dāng)以與第二實(shí)施例相同的方式測(cè)量根據(jù)此實(shí)施例制造的碳膜的
電子發(fā)射特性時(shí)，電子發(fā)射開(kāi)始時(shí)的電壓減半，并且同時(shí)，當(dāng)施加與 加到第二實(shí)施例的碳膜2的電勢(shì)相同的電勢(shì)時(shí)獲得的電子發(fā)射量本身 也增加了，并且ESD也增加了兩位數(shù)。
注意，雖然在此實(shí)施例中將在上述條件下在碳?xì)浠衔锖蜌涞幕?合氣氛中的熱處理描述為在碳膜(層)2表面的氫終止處理，但是氫 終止處理不限于上述例子?？梢愿鶕?jù)其他方法進(jìn)行氬終止處理。 (第十三實(shí)施例)
用上述第七實(shí)施例中制造的電子發(fā)射設(shè)備制造圖像顯示裝置。第 七實(shí)施例中說(shuō)明的設(shè)備被安排在一個(gè)100x100的矩陣形狀中。X側(cè)的
布線連接到陰極電極5，而Y側(cè)的布線連接到柵電極8，如圖5所示。 以水平300 |Lim和垂直300 nm的間距安排各設(shè)備。熒光體被安排在各 設(shè)備之上。從而可形成一個(gè)圖像顯示裝置，它能按矩陣被驅(qū)動(dòng)，并且 亮度和精度都高。
(第十四實(shí)施例)
圖24A至24D和25中顯示了根據(jù)此實(shí)施例制造的一個(gè)電子發(fā)射 設(shè)備的示意圖。圖24A至24D是此實(shí)施例中制造的電子發(fā)射設(shè)備的制 造過(guò)程的示意截面圖。圖25是圖24A至24D中獲得的電子發(fā)射設(shè)備 的示意平面圖。
以下將用圖24A至24D說(shuō)明此實(shí)施例中制造的電子發(fā)射設(shè)備的 制造方法。
首先，用濺射方法在一個(gè)絕緣襯底1上淀積厚度為100 nm的由 Ta組成的導(dǎo)電膜241。接下來(lái)，在通過(guò)熱燈絲CVD方法(HFCVD 方法)在由Ta組成的導(dǎo)電膜上形成厚度為35 nm的碳膜2后，在碳 膜上淀積厚度為30 nm的由二氧化硅膜242組成的絕緣層。
接著，通過(guò)照相平版印刷術(shù)在在二氧化硅膜、碳膜和導(dǎo)電膜中形 成一個(gè)寬度W為2nm的間隙243 (圖24B )。
接下來(lái)，在去除光致抗蝕劑后，通過(guò)離子注入方法，在25 keV 下以及按lxlO"/ci^的劑量(圖24C)將鈷離子注入碳膜和二氧化硅 膜層的分層體，在此實(shí)施例中，由于Co離子是在安排了二氧化硅膜 層的狀態(tài)下注入到碳膜中的，因此可簡(jiǎn)單地設(shè)置Co濃度以使其在碳 膜表面附近最高。
接著，在蝕刻去除二氧化硅膜層后，在乙炔和氫的混合氣氛中通 過(guò)燈加熱對(duì)碳膜2進(jìn)行熱處理(圖24D)。根據(jù)此過(guò)程，形成了層2， 其中多個(gè)Co粒子沿膜厚度方向安排。
當(dāng)通過(guò)將這樣制造的電子發(fā)射設(shè)備設(shè)置在一個(gè)真空容器中、將5 kV的電壓加到安排在距離襯底l向上l mm遠(yuǎn)處某位置的一個(gè)陽(yáng)極電 極(其表面有熒光體)、并且同時(shí)施加一個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓到陰極電極5和 柵電極8，從而電子被從層2驅(qū)動(dòng)地發(fā)射出時(shí)，，則可以用低驅(qū)動(dòng)電
壓觀察到從熒光體發(fā)射出的光圖像。
注意，雖然在此實(shí)施例中說(shuō)明了層2保持在柵電極8上的形式， 但層2不必總是保持在柵電極8上。 (發(fā)明效果)
如上所述，本發(fā)明可提供一種電子發(fā)射設(shè)備，它不包括調(diào)節(jié)過(guò)程， 并且能夠以低閾值發(fā)射電子。此外，本發(fā)明可提供一種電子發(fā)射設(shè)備, 其中電子束的斑點(diǎn)大小較小，可以用低電壓進(jìn)行高效電子發(fā)射，并且 制造過(guò)程簡(jiǎn)單。
當(dāng)本發(fā)明的電子發(fā)射設(shè)備用于電子源和圖像顯示裝置時(shí)，可實(shí)現(xiàn) 性能優(yōu)良的電子源和圖像顯示裝置。
權(quán)利要求
1. 一種電子發(fā)射設(shè)備，包括一個(gè)陰極電極；電連接到所述陰極電極的一層；以及多個(gè)粒子，每個(gè)粒子包含一種材料作為一個(gè)主要成分，所述材料的電阻系數(shù)低于所述層的材料的電阻系數(shù)，其中所述的多個(gè)粒子被安排在所述層中；并且所述層中的粒子的密度大于或等于1×1014/cm3并且小于或等于5×1018/cm3。
2. —種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極電極；電連接到所述陰極電極的一層；以及多個(gè)粒子，每個(gè)粒子包含一種材料作為一個(gè)主要成分，所述材料 的電阻系數(shù)低于所述層的材料的電阻系數(shù)；其中所述的多個(gè)粒子被安排在所述層中；并且所述粒子的一種主要元素相對(duì)于所述層的一種主要元素的濃度 為大于或等于0.001 atm。/。并且小于或等于1.5 atm%。
3. —種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極電極；電連接到所述陰極電極的一層；以及多個(gè)粒子，每個(gè)粒子包含一種材料作為一個(gè)主要成分，所述材料 的電阻系數(shù)低于所述層的材料的電阻系數(shù)；其中 所述的多個(gè)粒子被安排在所述層中；所述層中的粒子的密度為大于或等于lxl014/cm3并且小于或等 于5xl018/cm3;并且所述粒子的一種主要元素相對(duì)于所述層的一種主要元素的濃度 為大于或等于0.001 atmy。并且小于或等于1.5 atm%。
4. 一種電子發(fā)射設(shè)備，包括一個(gè)陰極電極；安排在所述陰極層上并且包含碳作為一個(gè)主要成分的一層；以及至少兩個(gè)粒子，所述的兩個(gè)粒子被安排為在所述層中彼此相鄰， 并且包含金屬作為主要成分，其中所述的相鄰的兩個(gè)粒子之一被安排為比另一個(gè)粒子更接近所述 陰極電極；并且所述金屬是從Co、 Ni和Fe中選出的金屬。
5. —種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極電極；以及 連接到所述陰極電極的一層，其中多組粒子被安排在所述層中，每個(gè)組包括至少兩個(gè)彼此相鄰的粒子；每個(gè)所述的粒子包含一種材料作為一個(gè)主要成分，所述材料的電阻系數(shù)低于所述層的材料的電阻系數(shù)，所述的相鄰的兩個(gè)粒子被安排在小于或等于5nm的范圍內(nèi)； 所述的相鄰的兩個(gè)粒子之一被安排為比另一個(gè)粒子更接近所述陰極電極；并且所述的多組粒子被安排為彼此遠(yuǎn)離，離開(kāi)的距離大于或等于所述 層的平均膜厚度。
6. —種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極電極；以及 連接到所述陰極電極的一層，其中多組粒子被安排在所述層中，每個(gè)組包括至少兩個(gè)包含金屬作為 一個(gè)主要成分并且彼此相鄰的粒子；所述層包含一種材料作為一個(gè)主要成分，所述材料的電阻系數(shù)高 于所述粒子的電阻系數(shù)；所述的相鄰的兩個(gè)粒子被安排在小于或等于5nm的范圍內(nèi)；并且所述的相鄰的兩個(gè)粒子之一被安排為比另一個(gè)粒子更接近所述 陰極電極。
7. —種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極電極；以及連接到所述陰極電極并且包含碳作為一個(gè)主要成分的一層，其中多組粒子被安排在所述層中，每個(gè)組包括至少兩個(gè)包含金屬作為 一個(gè)主要成分并且彼此相鄰的粒子；所述的多組粒子被安排為彼此遠(yuǎn)離，離開(kāi)的距離大于或等于所述 層的平均膜厚度；并且在所述層的表面一側(cè)的層中的金屬的濃度比所述陰極電極一側(cè)的低。
8. —種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極電極；以及連接到所述陰極電極并且包含碳作為一個(gè)主要成分的一層，其中 多組粒子被安排在所述層中，所迷粒子包括至少兩個(gè)包含金屬作為一個(gè)主要成分并且彼此相鄰的粒子；所述的相鄰的兩個(gè)粒子之一被安排為比另一個(gè)粒子更接近所述陰極電極；并且在所述的多個(gè)粒子的至少 一部分中的相鄰粒子之間包含 graphen。
9. 一種電子發(fā)射設(shè)備，包括 一個(gè)陰極電極；電連接到所述陰極電極并且包含碳作為一個(gè)主要成分的一層；以及安排在所述層中的多個(gè)導(dǎo)電粒子，每個(gè)粒子包含碳作為一個(gè)主要 成分，其中所述層包含的氫元素相對(duì)于碳元素大于或等于0.1atm%。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子發(fā)射設(shè)備，其中所述層包含的氫 元素相對(duì)于碳元素大于或等于latm%。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子發(fā)射設(shè)備，其中所述層包含的氫 元素相對(duì)于碳元素小于或等于20atm%。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備，其中 所述層的表面不均勻度按均方根值來(lái)算小于其膜厚度的1/10。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至3、5和6中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備， 其中所述層包含碳作為 一個(gè)主要成分。
14. 根據(jù)權(quán)利要求4、7、8和13中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備， 其中所述層中氫相對(duì)于碳的平均濃度大于或等于0.1 atm%。
15. 根據(jù)權(quán)利要求4、 7、 8、 9和13中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射 設(shè)備，其中所述的包含碳作為一個(gè)主要成分的層具有一個(gè)spS鍵。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1至3、5和9中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備， 其中所述粒子包含金屬作為 一個(gè)主要成分。
17. 根據(jù)權(quán)利要求6至8和16中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備， 其中所述金屬是從Co、 Ni和Fe中選出的金屬。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1至3、5和9中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備， 其中所述粒子包含單晶金屬作為 一個(gè)主要成分。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備，其中 所述粒子的平均粒子直徑為大于或等于1 nm到小于或等于10 nm。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備，其中 所述層的厚度小于或等于100 nm。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1至4和7至9中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè) 備，其中所述的多個(gè)粒子中的至少兩個(gè)相鄰的粒子被安排為彼此離開(kāi) 的距離小于或等于5nm。
22. 根據(jù)權(quán)利要求4至9中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備，其中 所述層中的粒子的密度大于或等于lxl014/cm3并且小于或等于 5xl018/cm3。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備，其中 所述層中的粒子的密度大于或等于lxl015/cm3并且小于或等于 5xl017/cm3。
24. 根據(jù)權(quán)利要求4至9中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備，其中所述粒子的一種主要元素相對(duì)于所述層的一種主要元素的濃度大于或等于0.001 atm。/o并且小于或等于1.5 atm%。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備，其中 所述粒子的一種主要元素相對(duì)于所述層的一種主要元素的濃度大于或 等于0.05 atm。/o并且小于或等于1 atm%。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1至3和9中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備，其中所述的多個(gè)粒子作為多組粒子被分散地安排在所述層中，每個(gè)組 包括至少兩個(gè)相鄰的粒子；所述的兩個(gè)相鄰的粒子之一被安放為比另 一個(gè)粒子更接近所述 陰極電極；并且所述的多組粒子被安排為彼此遠(yuǎn)離，離開(kāi)的距離大于或等于所述 層的平均膜厚度。
27. 根據(jù)權(quán)利要求1至26中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備，其中 以氫終止所述層的表面。
28. 根據(jù)權(quán)利要求1至27中任何一個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備，進(jìn)一 步包括一絕緣膜，所述絕緣膜被安排在所述陰極電極上并具有一個(gè)第一 開(kāi)口；以及一個(gè)柵電極，所述柵電極被安排在所述絕緣膜上并具有一個(gè)第二開(kāi)口 ，其中所述的第一開(kāi)口和所述的第二開(kāi)口彼此相通；并且 所述層暴露在所述的第 一開(kāi)口中。
29. —種電子源，其中安排了多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至28中任何一 個(gè)所述的電子發(fā)射設(shè)備。
30. —種圖像顯示裝置，其特征在于包括根據(jù)權(quán)利要求29所述的 電子源，以及一個(gè)光發(fā)射構(gòu)件，其通過(guò)用電子照射而發(fā)射光。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電子發(fā)射設(shè)備、電子源及圖像顯示裝置。所提供的一種電場(chǎng)發(fā)射型電子發(fā)射設(shè)備，利用它電子束的斑點(diǎn)較小，電子發(fā)射區(qū)域較大，可能以低電壓實(shí)現(xiàn)高效電子發(fā)射，并且制造過(guò)程容易。所述電子發(fā)射設(shè)備包括一個(gè)層2，它電連接到一個(gè)陰極電極5，以及多個(gè)粒子3，每個(gè)粒子包含一種材料，該材料的電阻系數(shù)低于組成層2的一種材料的電阻系數(shù)，并且其中層2中的粒子3的密度大于或等于1×10¹⁴/cm³并且小于或等于5×10¹⁸/cm³。
文檔編號(hào)H01J1/30GK101388311SQ20081014974
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2003年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月13日
發(fā)明者市川武史, 笹栗大助, 藤原良治 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社