專利名稱：場致發(fā)射型電子源及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用電場發(fā)射原理發(fā)射電子束的場致發(fā)射型電子源及其制造方法。
本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)提出過一種場致發(fā)射型電子源，它具有導(dǎo)電襯底、薄的金屬膜(表面電極)和插在導(dǎo)電襯底與薄金屬膜之間的強(qiáng)電場偏移(drift)層。強(qiáng)電場偏移層(通過其能偏移導(dǎo)電襯底向它注入的電子)是利用快速熱氧化(RTO)工藝對多孔多晶半導(dǎo)體(例如，制成多孔的多晶硅層，即多孔多晶硅層)作快速熱氧化而形成的。
例如，如圖9所示，場致發(fā)射型電子源10′(下稱“電子源10′”)配有作為導(dǎo)電襯底的n型硅襯底1。在n型硅襯底1的主表面上，形成由氧化的多孔多晶硅層(多孔多晶硅層)構(gòu)成的強(qiáng)電場偏移層6(下稱“偏移層6”)。在強(qiáng)電場偏移層6上，形成由薄的金屬膜構(gòu)成的表面電極7′。此外，在n型硅層1的背面上形成一歐姆(ohmic)電極2。
當(dāng)使用圖9的電子源10′時，將表面電極7′置于真空環(huán)境下，同時如此設(shè)置集電極21，使之面對表面電極7′，如

圖10所示。然后在表面電極7′與n型硅襯底1(歐姆電極2)之間施加直流電源Vps，使表面電極7′相對于n型硅襯底1具有正電位。另一方面，在集電極21與表面電極7′之間加一直流電壓Vc，使集電極21相對于表面電極7′具有正電位。這樣，從n型硅襯底1注入偏移層6的電子通過偏移層6發(fā)生偏移，然后從表面電極7′向外發(fā)射(圖10中鏈線表示表面電極7′發(fā)射的電子e-流)。因此，表面電極7′最好用逸出功較小的材料構(gòu)成。
在電子源10′中，把在表面電極7′與歐姆電極2之間流動的電流稱為“二極管電流Ips”。另一方面，把在集電極21與表面電極7′之間流動的電流稱為“發(fā)射電子電流Ie”。發(fā)射電子電流Ie與二極管電流Ips之比(Ie／Ips)越大，則電子發(fā)射效率越高。在電子源10′中，即使加在表面電極7′與歐姆電極2之間的直流電壓低達(dá)10到20伏，也能發(fā)射出電子。根據(jù)電子源10′，電子發(fā)射特性很少依賴于真空度。此外，發(fā)射電子時不產(chǎn)生間歇(popping)現(xiàn)象。因此，能以更高的電子發(fā)射效率穩(wěn)定地發(fā)射電子。
如圖11所示，可以認(rèn)為，強(qiáng)電場偏移層6至少包括多晶硅柱51、薄的氧化硅膜52、納米級結(jié)晶硅微粒63和作為絕緣層的氧化硅膜64。薄的氧化硅膜52形成于多晶硅柱51的表面。結(jié)晶硅微粒63插在多晶硅柱51中間。厚度小于硅微粒63的結(jié)晶粒徑的氧化硅膜64形成于結(jié)晶硅微粒63的表面。
即，在偏移層6中，可以認(rèn)為，每一顆粒的表面部分做成多孔，但其內(nèi)部(核心)保持結(jié)晶態(tài)。因此，可把加到偏移層6的電場的大部分加到氧化硅膜64。結(jié)果，注入的電子在多晶硅柱51中被加到氧化硅膜64的強(qiáng)電場加速，然后沿圖11中箭頭A的方向(圖11中向上)偏向偏移層6的表面。從而可提高電子發(fā)射效率。于是，可以認(rèn)為，已到達(dá)偏移層6表面的電子是熱電子，因而它們?nèi)菀状┻^表面電極7′而射入真空環(huán)境。表面電極7′的厚度可以設(shè)為約10到15nm。
同時，為了提高上述電子源10′的電子發(fā)射效率，必須防止電子在表面電極7′中散射，因而要求表面電極7′具有下述特性。即，表面電極7′必須抑制電子在其薄金屬膜中的散射。此外，它與下層(在上述情況下為偏移層6)必須具有較高的粘附性，從而在光刻工藝、退火工藝等工藝中不會剝落。為此可提出這樣一種電子源，其中表面電極7′包括在偏移層6上形成的第一金屬層和在該第一金屬層上形成的第二金屬層，并將兩層層迭(堆迭)在一起。于是，第一金屬層由粘附性較高的金屬材料構(gòu)成，而第二金屬層由電子較少散射的金屬材料構(gòu)成。然而，在上述電子源中，可能有這樣一個缺點，即表面電極7′中的電子高度散射，這與表面電極7′僅由一種電子高度散射的金屬材料構(gòu)成的情況一樣，因而會降低電子發(fā)射效率，因為電子在粘附性較高的金屬材料中高度散射(散射幾率較大)。此外，還會有這樣一個缺點，即如果表面電極7′在其制造過程中從偏移層6上剝離，則成品率降低而增大了成本，而且隨著時間的推移，其穩(wěn)定性與可靠性降低。在其它一些場致發(fā)射型電子源中，例如在MIM(金屬-絕緣體-金屬)型或MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)型電子源中，也有上述缺點。
本發(fā)明已解決了上述諸問題，其一個目的是提供一種隨時間的推移穩(wěn)定性良好的便宜的場致發(fā)射型電子源，其中較少因電子散射而劣化電子發(fā)射效率，還提供一種這種場致發(fā)射型電子源的制造方法。
根據(jù)實現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的場致發(fā)射型電子源(以下簡稱為“電子源”)，包括導(dǎo)電襯底(以下簡稱為“導(dǎo)電襯底”)、在導(dǎo)電襯底表面上形成的強(qiáng)電場偏移層(以下簡稱為“偏移層”)及在偏移層上形成的導(dǎo)電薄膜(以下簡稱為“導(dǎo)電薄膜”)。在該電子源中，通過在導(dǎo)電薄膜與導(dǎo)電襯底之間加一電壓，使導(dǎo)電薄膜相對于導(dǎo)電襯底起到正電極作用，從導(dǎo)電襯底注入偏移層的電子在偏移層中偏移而通過導(dǎo)電薄膜向外發(fā)射。于是，導(dǎo)電薄膜在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中具有低能態(tài)密度，且對偏移層具有高粘附性。
在該電子源中，可以提高電子發(fā)射效率，因為在偏移層中偏移的電子較少散射。此外，可防止導(dǎo)電薄膜從偏移層剝離。結(jié)果，可提高電子源隨時間推移的穩(wěn)定性和成品率。因此，可降低其成本。
在上述電子源中，導(dǎo)電薄膜最好由包括至少兩種金屬材料的金屬層構(gòu)成，其中金屬材料的d軌道中的電子產(chǎn)生一條混合軌道，從而降低接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中金屬層的能態(tài)密度。在此情況下，導(dǎo)電薄膜在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中具有較低的能態(tài)密度，從而能更有效地抑制電子散射。
金屬層最好包括第一和第二金屬材料，其中第一金屬材料具有對偏移層的高粘附性和高升華焓中的至少一個，而在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中第二金屬材料的能態(tài)密度低于第一材料的能態(tài)密度。因此，在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中金屬層的能態(tài)密度也可以低于第一材料的能態(tài)密度。
在該電子源中，偏移層可用多孔材料構(gòu)成。多孔材料最好至少包括多晶硅柱、插在多晶硅柱中間的納米級結(jié)晶硅微粒，以及在結(jié)晶硅微粒表面上形成的絕緣膜，每塊絕緣膜的厚度小于硅微粒的結(jié)晶粒徑。在此情況下，電子發(fā)射特性很少依賴于環(huán)境中的真空度，而且發(fā)射電子時不會出現(xiàn)間歇現(xiàn)象，因此能高效穩(wěn)定地發(fā)射電子。
在該電子源中，金屬層最好包括具有對偏移層的高粘附性和高升華焓的金屬材料。在此情況下，可提高導(dǎo)電薄膜本身隨時間推移的穩(wěn)定性。
在該電子源中，金屬層最好包括這樣的金屬材料，其中把具有對偏移層的高粘附性或高升華焓的第一金屬與在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度低的第二金屬以原子級混合在一起形成合金，或以化學(xué)方法把它們組合在一起而形成化合物。
在最佳的電子源中，可大大提高電子發(fā)射效率，因為在偏移層中已偏移的電子很難散射。此外，可有效地防止導(dǎo)電薄膜從偏移層剝離。所以能大大改進(jìn)電子源隨時間推移的穩(wěn)定性和成品率。
在此電子源中，金屬層可至少包括Au或至少包括Cr。若包括Au，電子源可以更耐氧化，且隨時間推移的穩(wěn)定性更高。另一方面，若導(dǎo)電薄膜包括Cr，則對偏移層具有更高的粘附性。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供的電子源包括(ⅰ)第一電極；(ⅱ)由導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的表面電極，該表面電極作為第二電極；(ⅲ)置于第一電極與表面電極之間的偏移層，在第一電極與表面電極之間加一電壓使表面電極比第一電極具有更高的電位時所產(chǎn)生的電場作用下，電子通過該偏移層從第一電極傳到表面電極。因此，導(dǎo)電薄膜包括第一與第二材料，其中第一材料具有對偏移層的高粘附性和高升華焓中的至少一個，第二材料在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度低于第一材料的能態(tài)密度，因而該薄膜在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度低于第一材料中的能態(tài)密度。
制造上述最佳電子源的方法包括以下步驟至少把第一與第二金屬附著于偏移層，作穩(wěn)定化處理以將第一與第二金屬合金化或與以化學(xué)方法組合在一起而形成金屬層。
用該法制造的電子源的導(dǎo)電薄膜具有更高的粘附性，它在制造過程中(例如在光刻工藝期間)不會剝離。此外，導(dǎo)電薄膜具有更高的電子發(fā)射效率。因此，該電子源具有隨時間推移的優(yōu)良穩(wěn)定性，且可降低其成本。另外，在膜形成過程中可以使用由簡單物質(zhì)構(gòu)成的材料。因而在膜形成過程中可不必考慮材料成分。結(jié)果，可進(jìn)一步降低電子源的成本，同時可以簡化制造過程。
在上述方法中，對置于最外側(cè)位置的金屬表面施加紫外線來進(jìn)行穩(wěn)定化處理。在此情況下，第一與第二金屬可以形成合金或以化學(xué)方法組合起來，而不會引起器件的擊穿。
可在對置于最外側(cè)位置的金屬表面施加臭氧的同時進(jìn)行穩(wěn)定化處理。在此情況下，第一與第二金屬也可形成合金或以化學(xué)方法組合起來，而不會引起器件的擊穿。此外，可防止電子發(fā)射效率因有機(jī)物質(zhì)沾污而降低，所以電子源具有高得多的電子發(fā)射效率。
再者，可通過在對第一與第二金屬加熱的同時，對置于最外側(cè)位置的金屬表面施加紫外線來進(jìn)行穩(wěn)定化處理。在此情況下，可縮短使第一與第二金屬形成合金或化學(xué)組合起來所需的時間。這樣可以提高產(chǎn)量。
還有，通過在加熱第一與第二金屬的同時，對置于最外側(cè)位置的金屬表面施加紫外線與臭氧來進(jìn)行穩(wěn)定化處理。在此情況下，可防止金屬層被有機(jī)物質(zhì)沾污。因而可防止電子發(fā)射效率因有機(jī)物質(zhì)沾污而降低。所以更大地提高了電子源的電子發(fā)射效率。
在上述方法中，通過將第一與第二金屬層迭到偏移層上，可把第一與第二金屬附著于偏移層。例如，可用另一種濺射工藝或汽相淀積工藝來層迭第一與第二金屬。在此情況下，作為膜成形工藝，可以應(yīng)用在制造半導(dǎo)體過程中已使用的普通工藝。
因此，在層迭步驟中，可在偏移層上形成層迭的第一金屬，而可在最靠近表面電極的某一位置形成層迭的第二金屬。
同時，在上述方法中，第一與第二金屬可以這兩種金屬混合在一起的狀態(tài)附著于偏移層。例如，通過將第一與第二金屬同時濺射或淀積到偏移層上，可將這兩種金屬附著于偏移層。在此情況下，電子源的導(dǎo)電薄膜可以具有更高的粘附性，從而它在制造過程中(例如在光刻工藝中)不會剝離。此外，導(dǎo)電薄膜可以具有更高的電子發(fā)射效率。因此，隨時間推移它具有優(yōu)良的穩(wěn)定性，同時電子源的成本可以降低。若使用濺射或淀積工藝，可縮短膜形成工藝所需的時間。從而可提高其產(chǎn)量，從而降低其制造成本。
制造上述最佳電子源的另一種方法包括把從一源或靶(target)(其中第一與第二金屬已形成合金或化學(xué)組合在一起)構(gòu)成的蒸氣或微粒附著于偏移層從而形成金屬層的步驟。例如，通過將靶濺射或淀積到偏移層上，可將靶的微?；蛘魵飧街谄茖?。在此情況下，電子源的導(dǎo)電薄膜可具有更高的粘附性，從而它在制造過程(例如光刻工藝)中不會剝離。此外，導(dǎo)電薄膜具有更高的電子發(fā)射效率。因此，電子源具有隨時間推移的優(yōu)良穩(wěn)定性，同時可以降低電子源的成本。另外，若使用濺射或淀積工藝，可縮短膜形成工藝所需的時間，因而可提高產(chǎn)量，降低制造成本。
制造上述最佳電子源的另一種方法，包括至少將第一與第二金屬(形成小尺寸，從而第一與第二金屬能自然地形成合金或化學(xué)組合在一起)附著于偏移層以形成金屬層的步驟。例如，第一與第二金屬能以這樣的狀態(tài)附著于偏移層，在此狀態(tài)中，第一金屬的薄層與第二金屬的薄層交替層迭，或第一金屬的微粒與第二金屬的微粒混合在一起。在此情況下，電子源的導(dǎo)電薄膜具有更高的粘附性，在制造過程(例如在光刻工藝)中不會剝離。此外，導(dǎo)電薄膜具有更高的電子發(fā)射效率。因此，電子源具有隨時間推移的優(yōu)良穩(wěn)定性并降低了成本。另外，可縮短膜形成工藝所需的時間，結(jié)果提高了產(chǎn)量，降低了成本。
從下面的詳述和附圖能更全面地理解本發(fā)明內(nèi)容。
圖1是本發(fā)明的場致發(fā)射型電子源(下稱“電子源”)的立剖面圖。
圖2A是示出發(fā)射電子的能量分布的曲線圖。
圖2B、2C、2D分別是示出Cr、Au的能態(tài)密度的曲線圖和圖1中電子源的表面電極的圖。
圖3A到3E是立剖面圖，示出制造圖1所示電子源的主要工藝步驟中的中間產(chǎn)品或最終制品。
圖4A到4C是曲線圖，分別示出圖1所示電子源的表面電極在最外側(cè)、中間和最內(nèi)側(cè)位置處的元素組分，元素組分是利用使用XMA的元素分析得到的。
圖5A到5C是曲線圖，分別示出為比較而制備的表面電極在最上側(cè)、中間和最內(nèi)側(cè)位置處的元素組分，元素組分是利用使用XMA的元素分析得到的。
圖6是示出表面電極中沿深度方向的Cr含量與Au含量分布的曲線圖。
圖7是示出對應(yīng)于由Au與Cr構(gòu)成的表面電極的電子源所施加的發(fā)射電源Ie與直流電壓Vps間關(guān)系的曲線圖。
圖8是示出對應(yīng)于由鉑構(gòu)成的表面電極的電子源所施加的發(fā)射電源Ie與直流電壓Vps間關(guān)系的曲線圖。
圖9是常規(guī)場致發(fā)射型電子源的立剖面圖，該電子源是本發(fā)明電子源的基礎(chǔ)。
圖10是說明圖9所示電子源中電子發(fā)射機(jī)理的示意圖。
圖11是說明圖9所示電子源的偏移層內(nèi)電子發(fā)射機(jī)理的示意圖。
下面具體描述本發(fā)明的諸較佳實施例。
為了提高電子源(場致發(fā)射型電子源)的電子發(fā)射效率，必須減少電子在上述由導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的表面電極中的散射。另一方面，眾所周知，電子在金屬內(nèi)的散射稱為電子-電子散射。此外，據(jù)報道，按照費米能級，在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中能態(tài)密度較低的金屬材料中，很少有電子-電子散射。對應(yīng)于上述金屬材料的簡單物質(zhì)Au、銀或Cu是公知的。然而，在每種此類金屬材料中，都存在粘附性或耐熱性差同時對制造過程的耐久性低的缺點。
因此，本發(fā)明的電子源的特征在于，作為導(dǎo)電薄膜的表面電極包括第一與第二材料，其中第一材料具有對偏移層的高粘附性和高升華焓中的至少一，而第二材料在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度低于第一材料的能態(tài)密度。因此，與第一材料相比，表面電極在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度較低。
(第一實施例)如圖1所示，本實施例的電子源10(場致發(fā)射型電子源)的結(jié)構(gòu)與圖9中所示上述常規(guī)電子源10′的結(jié)構(gòu)基本上相同。即，電子源10設(shè)有作為導(dǎo)電襯底的n型硅襯底1。在n型硅襯底1的主表面(表面之一)上形成由氧化的多孔多晶硅層(多孔多晶硅層)構(gòu)成的偏移層6(強(qiáng)電場偏移層)。在偏移層6上形成薄金屬膜構(gòu)成的表面電極7。此外，在n型硅層1的背面形成歐姆電極2。
于是，在表面電極7中，把Cr用作第一材料，它具有對偏移層6的高粘附性和比Au更高的升華焓。此外，把Au用作第二材料，它在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度比第一材料(Cr)更低。因此，與第一材料(Cr)相比，表面電極7在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度較低。
圖2A示出通過表面電極7發(fā)射的電子的能量分布。圖2B、2C、2D分別示出作為第一材料的Cr形成的簡單物質(zhì)、作為第二材料的Au形成的簡單物質(zhì)和本實施例表面電極7的能態(tài)密度。在圖2A到2D中，符號“EF”代表費米能級。由圖2A到2D可見，在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中，Cr的能態(tài)密度較高，故其中的電子散射較大。因此，若為了提高表面電極7的粘附性而將Cr構(gòu)成的第一層與Au構(gòu)成的第二層簡單地層迭(堆迭)在偏移層6上，則電子發(fā)射效率可能降低。
另一方面，由圖2A到2D可見，本實施例中，圖2D所示表面電極7在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度低于圖2B所示簡單物質(zhì)Cr的能態(tài)密度。而且，表面電極7能態(tài)密度的分布不同于圖2C所示簡單物質(zhì)Au的能態(tài)密度分布。即，在表面電極7中，構(gòu)成表面電極7的Cr和Au中每一個的d軌道中的電子形成一混合軌道。因而，在表面電極7中，形成與Cr和Au中每一個的d軌道不同的另一個d軌道，從而降低了在Cr和Au中每一個的d軌道中的電子的能態(tài)密度，如圖2D所示。簡言之，表面電極7包括導(dǎo)電金屬材料，其中至少將第一材料(本例中為Cr)與第二材料(本例中為Au)以原子級混合起來以形成合金(或化學(xué)組合在一起形成化合物)，該第一材料具有對偏移層6的高粘附性和高升華焓，第二材料在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度低于第一材料的能態(tài)密度。
這樣，在本實施例的電子源10中，由于表面電極7在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度低于作為第一材料的Cr的能態(tài)密度，所以在偏移層6中偏移的電子在表面電極7中的散射較少。因而提高了電子源10的電子發(fā)射效率。此外，可防止表面電極7從偏移層6剝離。結(jié)果，既改進(jìn)了其隨時間推移的穩(wěn)定性，也提高了電子源10的成品率。因此，可降低電子源10的成本。在本實施例的電子源10中，作為導(dǎo)電襯底的n型硅襯底1起到一電極的作用，同時作為導(dǎo)電薄膜的表面電極7起到另一電極的作用。
下面參照圖3A到3E描述制造電子源10的工藝。
根據(jù)該工藝，首先在n型硅襯底1背面形成歐姆電極2后，在n型硅襯底1的表面上形成作為半導(dǎo)體層的具有預(yù)定厚度(例如，1．5μm)的非摻雜多晶硅層3，得到圖3A所示的結(jié)構(gòu)。多晶硅層3的成膜工藝可用例如LPCVD工藝或濺射工藝實現(xiàn)。或者，通過對無定形硅膜進(jìn)行退火而結(jié)晶來進(jìn)行成膜工藝，所述無定形硅膜已通過等離子體CVD工藝形成。
形成非摻雜多晶硅層3后，用含電解液的陽極氧化處理槽對多晶硅層3作陽極氧化處理而形成多孔多晶硅層4，電解液由按將近1∶1的比例將55wt％的氟化氫水溶液與乙醇混合在一起的混合物構(gòu)成。在將鉑電極(未示出)作為負(fù)極、n型硅襯底1(歐姆電極2)作為正極的情況下，把光加到層3，同時以恒定電流進(jìn)行陽極氧化處理，由此得到圖3B所示的結(jié)構(gòu)。
在陽極氧化處理之后，通過熱處理釋放組合到多孔多晶硅層4最外表面的氫原子。然后用退火處理氧化多孔多晶硅層4而形成偏移層6。由此得到圖3C所示的結(jié)構(gòu)。簡言之，根據(jù)本實施例，當(dāng)用陽極氧化處理形成多孔多晶硅層4時通過上述熱處理釋放了端接多孔多晶硅層4中的硅原子的氫原子后，用退火處理氧化多孔多晶硅層4。
如參照圖11描述的那樣，偏移層6至少包括多晶硅柱51(顆粒)、薄的氧化硅膜52、納米級多晶硅微粒63和起到絕緣層作用的氧化硅膜64。薄的氧化硅膜52在多晶硅柱51表面上形成。多晶硅微粒63插在多晶硅柱51中間。在結(jié)晶硅微粒63表面上形成厚度小于硅微粒63的晶粒直徑的氧化硅膜64。
此后，為了在偏移層6上形成表面電極7，用濺射工藝在偏移層6上交替形成由作為第一材料的Cr構(gòu)成的第一層和由作為第二材料的Au構(gòu)成的第二層。這樣就形成了由第一與第二層構(gòu)成的中間膜7″(待處理膜)，從而得到圖3D所示的結(jié)構(gòu)。于是，在偏移層6上形成中間膜7″的第一層，而第二層堆迭在第一層上。本實施例中，第一與第二層雖然是用濺射工藝形成的，但是也可用真空淀積工藝形成。與Au相比，用作第一層材料的Cr具有對偏移層6的更高粘附性和更高的升華焓，而用作第二層材料的Au具有優(yōu)良的耐氧化性和隨時間推移的穩(wěn)定性。
如果在常規(guī)電子源10′(見圖9)中用中間膜7″代替表面電極7′，則電子在該膜中的散射會像上述只使用金屬材料(電子散射較大)的情況那么大。結(jié)果，使電子發(fā)射效率變低。
因而，在本實施例中，準(zhǔn)備了這樣一種穩(wěn)定化處理，即，將處于層迭(堆迭)狀態(tài)的由作為第一材料的Cr構(gòu)成的第一層和由作為第二材料的Au構(gòu)成的第二層熔化在一起，從而使它們以原子級相互混合，從而這兩種金屬變成合金。使為了使這兩種金屬形成合金，必須給中間膜7″提供高能量。在本實施例中，通過向膜施加紫外線來提供能量。即，在將紫外線提供給層迭狀態(tài)的中間膜″時，膜的溫度升高到變成熔化狀態(tài)，從而使Au與Cr相互擴(kuò)散而形成合金。在此情況下，由于所加的紫外線的能量在膜表面附近被吸收，因此不會因熱量而引起器件擊穿。
通過如上所述使金屬形成合金來進(jìn)行穩(wěn)定化處理，得到圖3E所示的電子源10，其表面電極7由導(dǎo)電的合金材料構(gòu)成。
在合金化表面電極7中，部分保留了Au與Cr的每種特性。因而表面電極7對多孔材料表面(諸如多孔多晶硅層構(gòu)成的偏移層6)具有較高的粘附性，它在制造工藝(例如光刻工藝)中不會從偏移層6剝離。此外，表面電極7具有隨時間推移的高穩(wěn)定性，電子散射變得很少。因此，它能防止其電子發(fā)射效率降低。因此，通過組裝本實施例的電子源10而構(gòu)成矩陣，就能制成例如屏幕更大的FED顯示器。
如上所述，由于中間膜7″具有雙層層迭結(jié)構(gòu)，因此在用濺射工藝或真空淀積工藝進(jìn)行膜形成工藝時，可以使用單種元素構(gòu)成的材料。在此情況下，由于不必考慮材料組分比例偏差等因素，所以可簡化制造過程。此外，還希望改善表面電極7的橫向均勻度(即同平面均勻度)。
即使在中間膜7″處于雙層層迭的情況下，與Au相比，由于第一層金屬材料(本實施例中的Cr)對偏移層6具有高的粘附性，因此制造過程的耐久性變高了。因此，在中間膜7″合金化之前能作圖案化等處理。此外，由于中間膜在形成合金后對偏移層6保持著高粘附性，所以在中間膜7″形成合金后能作表面電極7圖案化處理等處理。一般而言，與費米能級相比，粘附性較高的的材料在發(fā)射電子附近能量區(qū)中具有較高的能態(tài)密度。因此，在除直接在偏移層6上形成的第一層以外的層中，希望使用一種其能態(tài)密度在發(fā)射電子附近的能量區(qū)中較低的材料，以便在中間膜7″成合金后，降低其在發(fā)射電子附近的能量區(qū)中的能態(tài)密度。
在上述制造工藝中，在形成表面電極7時，可在形成中間膜7″后通過穩(wěn)定化處理使兩種金屬形成合金或化學(xué)組合起來。然而，表面電極7還可以通過至少交替層迭(推迭)由第一材料構(gòu)成的第一單元層(例如，層的厚度相當(dāng)于幾個原子的層)和由第二材料構(gòu)成的第二單元層(例如，層的厚度相當(dāng)于幾個原子的層)而形成，每一層的厚度極小，從而使這些單元層可自然地形成合金或化學(xué)組合在一起?；蛘撸ㄟ^至少混合第一與第二材料，使這些材料能自然地形成合金或化學(xué)組合在一起，可形成表面電極7。在上述每一種情況下，電子源10的表面電極7都具有如此高的粘附性，從而其在制造工藝(例如在光刻工藝)中不會剝離。此外，表面電極7可具有更高的電子發(fā)射效率。因而電子源10具有隨時間推移的優(yōu)良穩(wěn)定性，且電子源10的成本得以降低。此外，可縮短膜成形成處理所需的時間。結(jié)果，產(chǎn)量得以提高，制造成本得以降低。
雖然在本實施例的電子源10中將n型硅襯底用作導(dǎo)電襯底，但是也可使用這樣一種導(dǎo)電襯底，其中在玻璃(諸如無堿玻璃或低堿玻璃)制成的板上形成導(dǎo)電層。
(第二實施例)在上述第一實施例的情況下，在穩(wěn)定化處理中將紫外線加到中間膜7″的表面，以便熔化第一層的第一材料(例如，Cr)和第二層的第二材料(例如，Au)，這些層構(gòu)成了中間膜7″。同時，在第二實施例的情況下，在穩(wěn)定化處理中，在向n型硅襯底1的表面施加紫外線的同時利用加熱器(未示出)來加熱該襯底，從而促進(jìn)了使金屬形成合金的過程。在此情況下，加熱溫度越高，金屬形成合金的時間就越短，故可提高產(chǎn)量。然而，設(shè)定加熱溫度時要考慮到包括導(dǎo)電襯底在內(nèi)的整個器件的熱阻。如果在所使用的導(dǎo)電襯底中在玻璃(諸如無堿玻璃或低堿玻璃)制成的板上形成導(dǎo)電層，則最好將加熱溫度設(shè)定為低于或等于400℃。若使用上述的導(dǎo)電襯底，則與例如使用硅襯底的情況相比，電子發(fā)射區(qū)可做得更大。
(第三實施例)
如果表面電極7最外側(cè)的表面被有機(jī)物質(zhì)沾污，則即便使用第一或第二實施例的合金化表面電極7，電子發(fā)射效率也會降低。
在如第二實施例那樣加熱襯底的情況下，會特別擔(dān)心進(jìn)一步促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)的沾污。所以在第三實施例中，當(dāng)如第二實施例那樣用加熱器加熱n型硅襯底1的同時，通過對表面電極7施加紫外線而進(jìn)行使金屬形成合金的穩(wěn)定化處理時，要同時對中間膜7″的最外側(cè)表面加臭氧，以防止中間膜7″或表面電極7被有機(jī)物質(zhì)沾污。
在通過被施加臭氧的同時使中間膜7″形成合金而形成表面電極7的電子源10中，與不加紫外線的情況相比，發(fā)現(xiàn)電子發(fā)射效率約提高了兩位的數(shù)量級(二位數(shù))。另外，在施加臭氧與紫外線并加熱n型硅襯底1的同時，通過使中間膜7″形成合金而形成的表面電極7中，根據(jù)FE-TEM和X射線微量分析儀(XMA)的分析，確認(rèn)Au與Cr共存于同一區(qū)域中。
圖4A到圖4C示出利用XMA作出的元素分析結(jié)果，這是對使中間膜7″合金化而形成的表面電極7所作的分析。另一方面，圖5A到圖5C示出對非合金化中間膜7″所作的元素分析結(jié)果。據(jù)此，把表面電極7與中間膜7″的厚度都設(shè)定為100。中間膜7″中由Cr構(gòu)成的第一層(下稱“Cr層”)的厚度設(shè)定為20，而把由Au構(gòu)成的第二層(下稱“金屬”)的厚度設(shè)定為80。
按下述方法在中間膜7″的三個位置上用XMA對中間膜7″作元素分析。它們是中間膜7″的表面位置、幾乎對應(yīng)于Cr層與Au層間界面的位置(Au層一側(cè))及Cr層的底部位置。圖5A示出在中間膜7″表面位置測得的結(jié)果，圖5B示出在幾乎對應(yīng)于界面的位置測得的結(jié)果，圖5C示出在Cr層底部位置測得的結(jié)果。另一方面，沿深度方向，在對應(yīng)于中間膜7″中的上述三個位置的三個位置用XMA對表面電極7作元素分析。即，圖4A示出在表面電極7的表面測得的結(jié)果。圖4B示出在幾乎對應(yīng)于中間膜7″界面的位置測得的結(jié)果。圖4C示出在對應(yīng)于中間膜7″的Cr層的位置測得的結(jié)果。
在圖4A到4C和圖5A到5C中，水平軸代表從一樣品(表面電極7或中間膜7″)發(fā)射的X射線的能級，垂直軸代表每個元素的X射線產(chǎn)生的計數(shù)值。參照圖4A和圖5A，它們都示出在表面位置測得的結(jié)果，由此可理解以下諸事項。即，對于作過穩(wěn)定化處理的表面電極7，在較高能級區(qū)域略微檢測到Cr的X射線產(chǎn)生。另一方面，對于未作過穩(wěn)定化處理的中間膜7″，在上述能級區(qū)中未測出Cr的X射線產(chǎn)生。
就是說，在作過穩(wěn)定化處理的表面電極7中，可以理解，在還未作過穩(wěn)定化處理的Cr層中的Cr略微擴(kuò)展入Au層而將與Au形成合金。另一方面，在未作過穩(wěn)定化處理的中間膜7″中，Au層中當(dāng)然不存在Cr元素。
參照圖4B和圖5B，它們都示出在界面附近位置測得的結(jié)果，由此可理解以下事項。于是，對表面電極7和中間膜7″的上表面作濺射蝕刻處理，直至它們被蝕刻(去除)到對應(yīng)于Au層與Cr層間界面的位置，由此制成樣品。對于表面電極7與中間膜7″，在較高能極區(qū)中都略微測出Cr引起的X射產(chǎn)生。對于中間膜7″，略微測出Cr引起的X射線產(chǎn)生的理由如下。即，淀積的Cr與Au層的厚度都有些偏差。另外，未統(tǒng)一地進(jìn)行利用濺射蝕刻法淀積金屬層或去除金屬的處理。
參照圖4C和圖5C，它們都示出在Cr層中的位置測得的結(jié)果，由此可理解以下事項。于是，對表面電極7和中間膜7″的上表面作濺射蝕刻處理，直至它們被蝕刻(去除)到對應(yīng)于Cr層的該位置，由此制得樣品。對于表面電極7，在較高能級區(qū)中略微測出Cr引起的X射線產(chǎn)生，而在較低能級區(qū)中大量測出Au引起的X射線產(chǎn)生。另一方面，與表面電極7的情況相比較，對于中間膜7″，在較高能極區(qū)中大量測出Cr引起的X射線產(chǎn)生，而在較低能級區(qū)中較少檢測到Au引起的X射線產(chǎn)生。由此可理解，在表面電極7中，Au擴(kuò)散入中間膜7″的Cr層中而將與Cr形成合金。
圖6示出表面電極7中沿深度方向的Cr含量和Au含量分布，這種分布根據(jù)上述測量值而獲得。圖6中，線L1與L2分別表示表面電極7中的Au含量和Cr含量。可以理解，起初只存在于任一層中的金屬元素在表面電極7中混合在一起。雖然表面電極7中靠近偏移層6的要求高粘附性的部分具有上述高Cr含量，但是它還包括期望大大提高電子發(fā)射效率的少量Au。因此，與具有簡單雙層結(jié)構(gòu)并對偏移層6保持較高粘附性的表面電極相比，合金化表面電極7具有更高的電子發(fā)射效率。
圖7示出為測試而制造的兩個電子源的發(fā)射電流Ie與直流電壓Vps之間的關(guān)系。兩電子源之一(下稱“樣品1”)的表面電極是在對其施加紫外線與臭氧的同時使具有Cr層與Au層的中間膜合金化而形成的(對應(yīng)于曲線G1)。另一電子源(下稱“樣品2”)的表面電極由上述中間膜本身構(gòu)成，對其不施加紫外線或臭氧(對應(yīng)于曲線G2)。由圖7可理解，與樣品2相比，本發(fā)明的樣品1具有更高(約高兩位數(shù)量級)的電子發(fā)射效率。原因可能在于，對樣品1而言，表面電極中的電子散射較少，同時表面電極與偏移層間的粘附性較大。因此，為了提高電子源的電子發(fā)射效率，在對中間膜施加臭氧的同時使其形成合金而形成表面電極是極其有效的。
圖8示出另外兩個電子源(也是為測試而制造)的發(fā)射電流Ie與直流電壓Vps間的關(guān)系。兩電子源之一(下稱“樣品3”)的表面電極由Pt構(gòu)成，對其施加了臭氧(對應(yīng)于曲線G3)。另一電子源(下稱“樣品4”)的表面電極由Pt構(gòu)成，對其不加臭氧(對應(yīng)于曲線G4)。由圖8可知，與樣品4相比，樣品3的電子發(fā)射效率高些。由此可理解，與表面電極合金化的情況相比，在提高電子射效率方面，加臭氧的效果并不那么大。
在上述每個實施例中，由于中間膜7″最外層由Au構(gòu)成，其抗氧化作用增強(qiáng)，所以提高了其隨時間推移的穩(wěn)定性。然而，替代Au，可使用Pt、Cu或Ag。另外，在上述諸實施例中，最外層由Au構(gòu)成、最內(nèi)層(與偏移層6接觸的層)由Cr構(gòu)成的中間膜7″在穩(wěn)定化處理期間合金化，從而可實現(xiàn)較高的電子發(fā)射效率和粘附性。然而，替代上述金屬材料，可使用Pt、W、Ru、Ir、Al、Sc、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Te、Rh、Pd、Ag、Cd、Ln、Sn、Ta、Re、Os、Tl、Pb、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等以及這些金屬的氧化物和這些金屬的某些組合。
同時，在穩(wěn)定化處理中，可使由三個金屬層構(gòu)成的中間膜合金化。如果中間膜由三個金屬層構(gòu)成，則最內(nèi)部金屬層(離偏移層6最近)最好由粘附性與升華焓較高的金屬構(gòu)成，而最外部金屬層(離偏移層6最遠(yuǎn))最好由能態(tài)密度在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中較低的金屬構(gòu)成。
形成偏移層6(其上形成表面電極7)的工藝與材料不一定限于上述諸實施例的情況。因此，偏移層6可用其它工藝和材料形成。例如，在形成上述諸實施例的表面電極7的步驟中，在穩(wěn)定化處理中先形成中間膜7″，然后使其合金化。然而，在穩(wěn)定化處理中，可把中間膜7″中的材料以化學(xué)方法組合而形成化合物。
在上述各實施例中，使用濺射或真空淀積工藝將各層(每層由單種元素構(gòu)成)層迭(堆選)起來形成中間膜7″。然而，不用上述方法，通過把材料同時濺射或淀積到偏移層6上，可使至少兩種材料(包括上述第一與第二材料)附著于偏移層6?；蛘撸赏ㄟ^將靶濺射到偏移層6上來形成表面電極7，在靶中使包括上述第一與第二材料的至少兩種材料形成合金或化學(xué)組合在一起。同時，可通過在偏移層6上淀積某種物質(zhì)而形成表面電極7，在該物質(zhì)中使包括上述第一與第二材料的至少兩種材料形成合金或化學(xué)組合在一起。
本發(fā)明的技術(shù)思路還適用于許多其它MIM型或MOS型電子源。在結(jié)構(gòu)為(金屬膜)-(絕緣膜)-(金屬膜)的MIM型電子源的情況下，一金屬膜構(gòu)成(作為)基極，另一金屬膜構(gòu)成表面電極。同時，絕緣膜構(gòu)成偏移層，在基極與表面電極之間加上電壓(從而表面電極具有較高電位)而產(chǎn)生的電場作用下，電子從基極通過該偏移層傳輸?shù)奖砻骐姌O。
另一方面，在結(jié)構(gòu)為(金屬膜)-(氧化物膜)-(半導(dǎo)體層)的MOS型電子源的情況下，半導(dǎo)體層構(gòu)成基極，而金屬膜構(gòu)成表面電極。同時，氧化物膜構(gòu)成偏移層，在基極與表面電極之間加上電壓(從而表面電極具有較高電位)而產(chǎn)生的電場作用下，電子從基極通過偏移層傳輸?shù)奖砻骐姌O。
雖然根據(jù)具體實施例描述了本發(fā)明內(nèi)容，但是對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，許多其它的變化與更改是顯而易見的。因此，本發(fā)明不限于具體揭示的內(nèi)容，它僅由所附的權(quán)項限定。
權(quán)利要求
1．一種場致發(fā)射型電子源，包括導(dǎo)電襯底；在所述導(dǎo)電襯底的一個表面上形成的強(qiáng)電場偏移層；及在所述強(qiáng)電場偏移層上形成的導(dǎo)電薄膜，其中通過在所述導(dǎo)電薄膜與所述導(dǎo)電襯底之間加一電壓，使所述導(dǎo)電薄膜相對于所述導(dǎo)電襯底為正電極，從而從所述導(dǎo)電襯底注入所述強(qiáng)電場偏移層的電子在所述強(qiáng)電場偏移層中偏移，而將通過所述導(dǎo)電薄膜向外發(fā)射，其中所述導(dǎo)電薄膜在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中具有低能態(tài)密度，對所述強(qiáng)電場偏移層具有高粘附性。
2．一種場致發(fā)射型電子源，包括第一電極；由導(dǎo)電薄膜構(gòu)成的表面電極，所述表面電極用作第二電極；及置于所述第一電極與所述表面電極之間的強(qiáng)電場偏移層，在所述第一電極與所述表面電極之間加一電壓而使所述表面電極具有比所述第一電極更高的電位時所產(chǎn)生的電場作用下，電子從所述第一電極通過所述鉛電場偏移層而傳到所述表面電極，其中，所述導(dǎo)電薄膜包括第一和第二材料，所述第一材料具有對所述強(qiáng)電場偏移層的高粘附性和高升華焓中的至少一個，所述第二材料在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度低于所述第一材料的能態(tài)密度，所述薄膜在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度低于所述第一材料的能態(tài)密度。
3．如權(quán)利要求1所述的場致發(fā)射型電子源，其特征在于，所述金屬層包括第一和第二材料，其中，所述第一金屬材料具有對所述強(qiáng)電場偏移層的高粘附性和高升華焓中的至少一個，所述第二金屬材料在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度低于所述第一材料的能態(tài)密度，所述金屬層在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度低于所述第一材料的能態(tài)密度。
4．如權(quán)利要求3所述的場致發(fā)射型電子源，其特征在于，所述強(qiáng)電場偏移層由多孔材料構(gòu)成，且至少包括多晶硅柱，插在多晶硅柱中間的納米級結(jié)晶硅微粒，及在結(jié)晶硅微粒表面上形成的絕緣膜，每塊絕緣膜的厚度小于硅微粒的結(jié)晶粒徑。
5．如權(quán)利要求3所述的場致發(fā)射型電子源，其特征在于，所述導(dǎo)電薄膜由包括至少兩種金屬材料的金屬層構(gòu)成，其中處于所述金屬材料的d軌道中的電子產(chǎn)生一混合軌道，以降低金屬層在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度。
6．如權(quán)利要求3所述的場致發(fā)射型電子源，其特征在于，所述金屬層包括一種金屬材料，其中將第一與第二金屬以原子級混合在一起而形成合金，或以化學(xué)方式組合成化合物，其中第一金屬具有對所述強(qiáng)電場偏移層的高粘附性或高升華焓，第二金屬在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度很低。
7．如權(quán)利要求6所述的場致發(fā)射型電子源，其特征在于，所述金屬層至少包括Au。
8．如權(quán)利要求6所述的場致發(fā)射型電子源，其特征在于，所述金屬層至少包括Cr。
9．一種制造場致發(fā)射型電子源的方法，所述電子源具有導(dǎo)電襯底；在所述導(dǎo)電襯底表面上形成的強(qiáng)電場偏移層；及在所述強(qiáng)電場偏移層上形成的導(dǎo)電薄膜，其中通過在所述導(dǎo)電薄膜與所述導(dǎo)電襯底之間加一電壓，使所述導(dǎo)電薄膜相對于所述導(dǎo)電襯底為正電極，從而從所述導(dǎo)電襯底注入所述強(qiáng)電場偏移層的電子在所述強(qiáng)電場偏移層中偏移，而將通過所述導(dǎo)電薄膜向外發(fā)射，其中所述導(dǎo)電薄膜包括這樣一種金屬層，所述金屬層具有對所述強(qiáng)電場偏移層具有高粘附性和／或高升華焓的第一金屬以及在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度很低的第二金屬，所述方法包括以下步驟至少將所述第一與第二金屬附著于所述強(qiáng)電場偏移層；及作穩(wěn)定化處理，以使所述第一與第二金屬合金化或化學(xué)組合在一起而形成所述金屬層。
10．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述穩(wěn)定化處理是將紫外線加到位于最外側(cè)位置的所述金屬的一表面來進(jìn)行的。
11．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述穩(wěn)定化處理是在將臭氧加到位于最外側(cè)位置的所述金屬的一表面的同時進(jìn)行的。
12．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述穩(wěn)定化處理是通過在加熱所述金屬層的同時，將紫外線施加到位于最外側(cè)位置的所述金屬的一表面來進(jìn)行的。
13．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述穩(wěn)定化處理是通過加熱所述金屬層的同時，將紫外線和臭氧加到位于最外側(cè)位置的所述金屬的一表面來進(jìn)行的。
14．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，通過將所述第一與第二金屬層迭在所述強(qiáng)電場偏移層上來把所述第一與第二金屬附著于所述強(qiáng)電場偏移層。
15．如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在所述層迭步驟期間，在所述強(qiáng)電場偏移層上形成層迭的第一金屬，而在最靠近所述薄膜電極的物質(zhì)處形成層迭的第二金屬。
16．如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一與第二金屬是使用交替濺射工藝層迭的。
17．如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一與第二金屬是使用汽相淀積工藝層迭的。
18．如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一與第二金屬以混合在一起的狀態(tài)附著于所述強(qiáng)電場偏移層。
19．如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，通過把所述第一與第二金屬同時濺射到所述強(qiáng)電場偏移層上來把所述第一與第二金屬附著于所述強(qiáng)電場偏移層。
20．如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，通過把所述第一與第二金屬同時淀積到所述強(qiáng)電場偏移層上來把所述第一與第二金屬附著于所述強(qiáng)電場偏移層。
21．一種制造場致發(fā)射型電子源的方法，所述電子源具有導(dǎo)電襯底；在所述導(dǎo)電襯底表面上形成的強(qiáng)電場偏移層；及在所述強(qiáng)電場偏移層上形成的導(dǎo)電薄膜，其中通過在所述導(dǎo)電薄膜與所述導(dǎo)電襯底之間加一電壓，使所述導(dǎo)電薄膜相對于所述導(dǎo)電襯底為正電極，從而從所述導(dǎo)電襯底注入所述強(qiáng)電場偏移層的電子在所述強(qiáng)電場偏移層中偏移，而將通過所述導(dǎo)電薄膜向外發(fā)射，其中所述導(dǎo)電薄膜包括這樣一種金屬層，其中至少把第一金屬和第二金屬以原子級混合在一起而形成合金，或以化學(xué)方式組合在一起而形成化合物，所述第一金屬對所述強(qiáng)電場偏移層具有高粘附性和／或高升華焓，所述第二金屬在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度很低，而處于所述金屬的d軌道中的電子產(chǎn)生一混合軌道，所述方法包括以下步驟將其中所述第一與第二金屬已形成合金或化學(xué)組合的源或靶制成的蒸氣或微粒附著于所述強(qiáng)電場偏移層，由此形成所述金屬層。
22．如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，通過把所述靶濺射到所述強(qiáng)電場偏移層上而把所述靶的所述微粒附著于所述強(qiáng)電場偏移層。
23．如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，通過把所述靶淀積到所述強(qiáng)電場偏移層上而把所述靶的所述蒸氣附著于所述強(qiáng)電場偏移層。
24．一種制造場致發(fā)射型電子源的方法，所述電子源具有導(dǎo)電襯底；在所述導(dǎo)電襯底表面上形成的強(qiáng)電場偏移層；及在所述強(qiáng)電場偏移層上形成的導(dǎo)電薄膜，其中通過在所述導(dǎo)電薄膜與所述導(dǎo)電襯底之間加一電壓，使所述導(dǎo)電薄膜相對于所述導(dǎo)電襯底為正電極，從而從所述導(dǎo)電襯底注入所述強(qiáng)電場偏移層的電子在所述強(qiáng)電場偏移層中偏移，而將通過所述導(dǎo)電薄膜向外發(fā)射，其中所述導(dǎo)電薄膜包括這樣一種金屬層，其中至少把第一金屬和第二金屬以原子級混合在一起而形成合金，或以化學(xué)方式組合在一起而形成化合物，所述第一金屬對所述強(qiáng)電場偏移層具有高粘附性和／或高升華焓，所述第二金屬在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度很低，而處于所述金屬的d軌道中的電子產(chǎn)生一混合軌道，所述方法包括以下步驟至少將所述第一與第二金屬附著于所述強(qiáng)電場偏移層而形成所述金屬層所述第一和第二金屬以小尺寸形成，從而所述第一與第二金屬能自然地形成合金或化學(xué)組合在一起。
25．如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一與第二金屬以所述第一金屬的薄層與所述第二金屬的薄層交替層迭的狀態(tài)附著于所述強(qiáng)電場偏移層。
26．如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述第一與第二金屬以所述第一金屬的微粒與所述第二金屬的微?；旌显谝黄鸬臓顟B(tài)附著于所述強(qiáng)電場偏移層。
全文摘要
電子源設(shè)有作為導(dǎo)電襯底的n型硅襯底、由氧化的多孔多晶硅構(gòu)成的偏移層及作為導(dǎo)電薄膜的表面電極。表面電極的形成工藝包括在偏移層上形成Cr構(gòu)成的第一層,在第一層上形成Au構(gòu)成的第二層,并使這兩層形成合金。表面電極具有對偏移層的較高粘附性和長期穩(wěn)定性,與簡單物質(zhì)Cr相比,在接近發(fā)射電子能量的能量區(qū)中的能態(tài)密度更低,且電子很少散射,電子發(fā)射效率更高。
文檔編號H01J1/312GK1293442SQ0013177
公開日2001年5月2日 申請日期2000年10月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月18日
發(fā)明者櫟原勉, 菰田卓哉, 相澤浩一, 本多由明, 渡部祥文, 幡井崇 申請人:松下電工株式會社