專利名稱：電子發(fā)射器件和電子源及其成象裝置和它們的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子發(fā)射器件并涉及電子源和使用這些器件的成象裝置，還涉及這些器件和裝置的制造方法。
已知有兩種類型的電子發(fā)射器件，熱電子陰極型和冷陰極型。其中，冷陰極型是指包含場發(fā)射型(以下稱為FE型)器件，金屬/絕緣層/金屬型(以下稱為MIM型)電子發(fā)射器件和表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的器件。FE型器件的例子包括由W.P.Dake & W.W.Dolan,“Field emission”,Advanced in EletronPhysics,8,89(1956)及C.A.Spindt,＂PHYSICAL Propertiesof thin-film field emission cathodes with molybdenum cones＂,J.Appl.Phys.,47,5248(1976)提出的那些器件。
MIM型器件的例子在包括C.A.Mead,＂Operation ofTunnel-Emission Devices＂,J.Appl.Phys.,32,646(1961)的文章中透露。
表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的例子包括由M.I.Elinson,RadioEng.Electron Phys.,10(1965)提出的器件。
表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件是通過應(yīng)用當(dāng)迫使電流平行于膜表面流過時(shí)，有電子從在基片上所形成的小薄膜發(fā)射出這種現(xiàn)象而實(shí)現(xiàn)的。在Elinson提出使用SnO2薄膜用于這種器件時(shí)，使用Au薄膜在G.Ditter,＂Thin Solid Film＂,9,317(1972)中提出，而使用In2O3/SnO2和使用碳薄膜分別在M.Hartwell and C.G.Fonstad,＂IEEE Trans.ED Conf.＂,519(1975)和H.Arakiet al.,＂Vacuum＂,Vol.26,No.1,p.22(1983)中討論。
附圖的

圖18簡略示出由M.Hartwell提出的典型的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件。圖18中，標(biāo)號(hào)1201表示一基片。標(biāo)號(hào)1203表示一通常借助濺涂產(chǎn)生一H-形薄金屬氧化膜所制備的導(dǎo)電薄膜，當(dāng)該薄膜經(jīng)過以下將說明的稱為“增能形成”電流導(dǎo)電處理時(shí)，其中部分最終形成一電子發(fā)射區(qū)1202。圖18中，一對(duì)器件電極之間設(shè)置的窄膜具有長度L為0.5到1mm及寬度W＇為0.1mm。
通常，電子發(fā)射區(qū)1202是在表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件中通過使得器件的導(dǎo)電薄膜1203經(jīng)過稱為“增能形成”電流電導(dǎo)處理而產(chǎn)生的。在增能形成處理過程中，向給定的導(dǎo)電薄膜1203的相對(duì)端施加一固定的DC電壓或緩慢上升的DC電壓，其上升速度為通常在1V/分鐘，使得該薄膜部分地破壞，變形或者變化并產(chǎn)生一高電阻的電子發(fā)射器區(qū)1202。這樣，電子發(fā)射器區(qū)1202是導(dǎo)電薄膜1203的一部分，它通常在其中包含有一個(gè)裂縫或多個(gè)裂縫使得電子能夠從裂縫發(fā)射出。注意，一旦經(jīng)過增能形成處理，只要一適當(dāng)?shù)碾妷菏┘拥綄?dǎo)電薄膜1203使得電流通過該器件流過，則表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件就變得能夠從其電子發(fā)射區(qū)1202發(fā)射電子。
除了以上所述M.Hartwell＇s的器件以外，所知道的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件包括在日本專利申請(qǐng)No.6-141670中所提出的器件，該器件通過在一絕緣基片上設(shè)置一對(duì)導(dǎo)電材料的相對(duì)配置的器件電極和連接電極的獨(dú)立的導(dǎo)電薄膜并使它們經(jīng)過增能形成而產(chǎn)生一電子發(fā)射區(qū)而制備。該專利文獻(xiàn)還透露了可用于增能形成的技術(shù)包括施加一脈沖電壓到電子發(fā)射器件并且脈沖電壓的波高度逐漸上升的技術(shù)。
存在著對(duì)于當(dāng)用于成象裝置能夠均勻穩(wěn)定地進(jìn)行發(fā)射電子工作使得能夠不發(fā)生象素亮度不均勻并能產(chǎn)生穩(wěn)定圖象的電子發(fā)射器件的強(qiáng)烈需求。
然而，上述的Hartwell＇s電子發(fā)射器件就電子發(fā)射的均勻性和穩(wěn)定性而言未必是滿意的。
該器件的電子發(fā)射區(qū)是由上述的增能形成而形成的，但是在其通過增能形成形成之后，器件的電子發(fā)射區(qū)顯示出在整個(gè)區(qū)域的不均勻和不穩(wěn)定的輪廓。
當(dāng)這樣的器件裝設(shè)在基片上形成一成象裝置的電子源時(shí)，該器件的電子發(fā)射區(qū)就其輪廓和自然地其電子發(fā)射性能而言將是不均勻的，因而將難于獲得對(duì)于電子發(fā)射能夠均勻而穩(wěn)定地操作的電子源。由于同樣的現(xiàn)象，包含這種電子源的成象裝置不能指望其均勻而穩(wěn)定地操作。
有關(guān)于制造表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件改進(jìn)方法的報(bào)道，該方法相當(dāng)程度解決了以上明顯的問題，并因而可用于制造包含這種器件的電子源，以及用于包含這種電子源的成象裝置。以上所引述專利文獻(xiàn)也描述了這種改進(jìn)的器件。
可是，為了使得表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件達(dá)到較高的程度的可用性和適用性，就均勻性和穩(wěn)定性而言它們還必須表現(xiàn)出進(jìn)一步改進(jìn)的電子發(fā)射性能。特別，在通過大量裝設(shè)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件制造電子源的工藝過程中，為了在器件中產(chǎn)生電子發(fā)射區(qū)需要消耗相當(dāng)大的功率進(jìn)行增能形成。這意味著大電流流經(jīng)導(dǎo)線，該導(dǎo)線部分地阻止了電流的通過，因而降低了電壓致使施加到電子發(fā)射器件上用于增能形成的有效電壓對(duì)于各個(gè)器件變化不等，而使得器件顯現(xiàn)出相當(dāng)波動(dòng)的電子發(fā)射性能水平。
此外，由于用于形成電子發(fā)射區(qū)的大功率，特別從電子發(fā)射效率的觀點(diǎn)而言在良好的形狀下它們不是必須出現(xiàn)的。
就上述明顯的技術(shù)問題而言，從而本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可穩(wěn)定和均勻工作的電子發(fā)射器件。本發(fā)明的另一目的是提供一種表現(xiàn)出優(yōu)良電子發(fā)射特性的電子發(fā)射器件。本發(fā)明的又一目的是提供一種可用于產(chǎn)生精細(xì)而清晰圖象能夠穩(wěn)定而均勻工作的成象裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件，該器件包含一對(duì)裝設(shè)在一基片上的器件電極和連接該器件電極并具有一電子發(fā)射區(qū)的導(dǎo)電薄膜，其特征為在電子發(fā)射區(qū)中形成小于50nm均勻?qū)挾鹊牧芽p。
這種表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件最好表現(xiàn)出電子發(fā)射區(qū)中小于5nm的電壓適用長度。
根據(jù)本發(fā)明的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件可以是具有成對(duì)裝設(shè)在同一平面上的器件電極的平面型。
另外，根據(jù)本發(fā)明的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件可以是臺(tái)階型的，具有一個(gè)在另一之上它們之間分布有絕緣層成對(duì)裝設(shè)的電極，并具有包含裝設(shè)在絕緣層側(cè)面的電子發(fā)射區(qū)的導(dǎo)電薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了包括一增能形成步驟的制造表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的方法，其特征為，增能形成步驟是在包含促進(jìn)導(dǎo)電薄膜凝聚力的物質(zhì)的氣氛中進(jìn)行的。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了包括一增能形成步驟的制造表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的方法，其特征為，執(zhí)行增能形成步驟以便通過施加一個(gè)具有峰值脈沖波電壓達(dá)給定的時(shí)間周期，該脈沖減小電阻和/或激起導(dǎo)電薄膜的凝聚力。
當(dāng)增能形成過程如同在以上引述的日本專利申請(qǐng)No.6-141670中所透露的真空中，通過向由PdO細(xì)顆粒制成的電子發(fā)射器件的導(dǎo)電薄膜施加具有逐漸增加峰值的脈沖波電壓而執(zhí)行時(shí)，器件的電阻在所施加的脈沖電壓上升時(shí)增加的方式如附圖的圖24中所示，直至當(dāng)增能形成過程終止時(shí)脈沖峰值達(dá)到Vform。
在脈沖電壓施加到器件電極之間而引起電流流過導(dǎo)電薄膜時(shí)，在導(dǎo)電薄膜中產(chǎn)生熱而升高了導(dǎo)電薄膜的溫度。如果其中產(chǎn)生了大量的熱，該導(dǎo)電薄膜部分地變形和/或變化而引起了大的電阻。然而如果產(chǎn)生的熱量不很大，則導(dǎo)電薄膜的材料逐漸凝聚。如果導(dǎo)電薄膜是由相當(dāng)易于還原的物質(zhì)諸如PdO金屬氧化物制成，則同時(shí)發(fā)生化學(xué)還原。參見圖24，在脈沖波的峰值超過Vs之后電阻的起始的下落和隨后的上升可能是因化學(xué)還原電阻下落及因材料的凝聚所引起的電流通路的斷裂造成電阻增加這兩個(gè)沖突的效應(yīng)所得的凈結(jié)果。
當(dāng)導(dǎo)電薄膜是由金屬制成的時(shí)，電阻的下落如果同金屬氧化物制成的導(dǎo)電薄膜相比是微小的，但是薄膜的性質(zhì)幾乎與金屬氧化物薄膜相同。雖然金屬制成的導(dǎo)電薄膜的情形下電阻的下落的原因有待研究，本發(fā)明的發(fā)明者假定構(gòu)成薄膜的細(xì)金屬顆?；蛘呒?xì)的結(jié)晶金屬顆粒在施加于它們的電壓增加時(shí)失去其接觸電阻。無論如何，在施加于它們的脈沖電壓峰值超過Vs時(shí)，導(dǎo)電薄膜的材料似乎發(fā)生凝聚。Vs的實(shí)際數(shù)值是作為脈沖電壓的脈寬和脈沖間隔以及電阻和導(dǎo)電薄膜的材料的函數(shù)而確定的。
導(dǎo)電薄膜開始部分失去其電阻和/或凝聚的電壓電平大于Vs而遠(yuǎn)小于Vform。
對(duì)于增能形成過程，加到導(dǎo)電薄膜的脈沖電壓的峰值可從一低電平逐漸增加并一旦達(dá)到該電平則保持在一固定電平，或者從最開始它就可以保持在一固定電平達(dá)給定的時(shí)間周期。
在根據(jù)本發(fā)明的第三方面并包括一增能形成步驟的制造表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的方法中，增能形成步驟最好由以下組成向器件施加一個(gè)脈沖電壓，該施加的脈沖電壓的峰值保持在導(dǎo)電薄膜開始部分失去其電阻和/或凝聚的電壓電平達(dá)預(yù)定的時(shí)間周期，然后擴(kuò)大該脈沖電壓的脈沖寬度和/或提高脈沖峰值。
所述的增能形成步驟最好在包含能夠促進(jìn)導(dǎo)電薄膜凝聚的氣體的氣氛中進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一個(gè)包含裝設(shè)在一基片上的多個(gè)電子發(fā)射器件的電子源。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面的電子源最好由至少一排電子發(fā)射器件和以矩陣形式裝設(shè)的用于驅(qū)動(dòng)電子發(fā)射器件的導(dǎo)線組成。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第四方面的電子源可以由至少一排電子發(fā)射器件和以梯狀形式裝設(shè)的用于驅(qū)動(dòng)電子發(fā)射器件的導(dǎo)線組成。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了包括根據(jù)本發(fā)明的第四方面的一電子源的成象裝置以及用于通過從該電子源發(fā)射的電子束而產(chǎn)生圖象的成象部件。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了制造電子源和裝有這種電子源的成象裝置的方法，所述方法包括在表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件上進(jìn)行的增能形成步驟，特征為，該增能形成步驟是在包含促進(jìn)導(dǎo)電薄膜凝聚的氣體的氣氛中進(jìn)行的。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了制造電子源和裝有這種電子源的成象裝置的方法，所述方法包括在表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件上進(jìn)行的增能形成步驟，特征為，該增能形成步驟組成為向器件施加一個(gè)脈沖電壓，該施加的脈沖電壓上升到在導(dǎo)電薄膜開始部分失去其電阻和/或凝聚的電平，并然后保持該電平達(dá)預(yù)定的時(shí)間周期。
在根據(jù)本發(fā)明的第七方面制造電子源和裝有這種電子源的成象裝置的方法中，所述方法包括在表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件上進(jìn)行的增能形成步驟，該增能形成步驟組成最好為向器件施加一個(gè)脈沖電壓，該施加的脈沖電壓的峰值保持在導(dǎo)電薄膜開始部分失去其電阻和/或凝聚的電壓電平達(dá)預(yù)定的時(shí)間周期，然后擴(kuò)大該脈沖電壓的脈沖寬度和/或提高脈沖峰值。
所述的增能形成步驟最好在包含能夠促進(jìn)導(dǎo)電薄膜凝聚的氣體的氣氛中進(jìn)行。
在進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的第七方面方法的一個(gè)較佳方式中，脈沖電壓施加到由一排用于逐排選擇不同排的選擇器件所選擇的一排電子發(fā)射器件，直到所有排的所有電子發(fā)射器件經(jīng)受增能形成為止。
使用制造電子源和結(jié)合這種電子源的成象裝置的方法，該電子源的所有的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件均勻而穩(wěn)定地用于電子發(fā)射而操作。
根據(jù)本發(fā)明的電子源和包含這種電子源的成象裝置沒有不均勻象素的亮度的問題并產(chǎn)生穩(wěn)定的圖象。
圖1A和1B是根據(jù)本發(fā)明的平面型表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的示意平面圖和示意剖視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的梯型表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的示意剖視圖。
圖3A到3C是圖1A和1B表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的示意剖視圖，表示不同的制造步驟。
圖4A和4B是表示可用于本發(fā)明的增能形成之用的電壓波形的圖示。
圖5是用于確定用于本發(fā)明的電子發(fā)射器件的電子發(fā)射性能的測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。
圖6是表示發(fā)射電流Ie和器件電壓Vf之間以及器件電流If和器件電壓Vf之間的典型關(guān)系的圖示。
圖7是具有單矩陣排布電子源的示意平面圖。
圖8是包含具有單矩陣排布電子源的成象裝置的部分革除的簡略透視圖。
圖9A和9B是可用于本發(fā)明的熒光部件兩種可能的排布。
圖10是可用于顯示根據(jù)NTSC電視信號(hào)圖象的驅(qū)動(dòng)電路的簡略電路圖以及具有這種驅(qū)動(dòng)電路成象裝置的框圖。
圖11是具有梯狀排布的電子源的簡略平面視圖。
圖12是包含具有梯狀排布電子源的成象裝置的部分革除的簡略透視圖。
圖13是例子1中制備的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的簡略平面圖。
圖14是具有例子3中制備的單矩陣結(jié)構(gòu)的電子源的簡略部分平面圖。
圖15是圖14的電子源沿線15-15所取的局部剖視圖。
圖16A和16H是圖14的電子源簡略的局部剖視圖，表示不同的制造步驟。
圖17是應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的成象裝置實(shí)現(xiàn)的圖象顯示系統(tǒng)的簡略框圖。
圖18是已知的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的簡略平面圖。
圖19是表示用于比較例子1中增能形成電壓波形的圖示。
圖20是表示在比較例子1增能形成過程中所觀察到的電壓和電流之間的關(guān)系的圖示。
圖21是用于例子11的成象裝置的增能形成的電路原理簡圖。
圖22A到22C是通過用于確定根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件的電子發(fā)射區(qū)電壓可施加長度的電子顯微鏡所觀察到的視圖的簡略表示。
圖23A和23B是簡略表示用于例子9的增能形成的三角脈沖電壓的圖示。
圖24是表示先有技術(shù)的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的增能形成過程中所觀察到的電壓與電阻之間典型的圖示關(guān)系的圖示。
根據(jù)本發(fā)明的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件可以是平面型的或者臺(tái)階型的。
首先說明平面型的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件。
圖1A和1B是根據(jù)本發(fā)明的平面型表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的示意平面圖和示意剖視圖。
基片1可包括石英玻璃，含有諸如Na等雜質(zhì)到降低濃度的水平的玻璃，鈉鈣玻璃，通過在鈉鈣玻璃上以濺涂形成一SiO2層而實(shí)現(xiàn)玻璃基片，諸如鋁土或者Si等陶瓷。
雖然相對(duì)配置的低和高電位側(cè)的器件電極4和5可由任何高導(dǎo)電材料制成，較佳的可選材料包括諸如Ni,Cr,Au,Mo,W,Pt,Ti,Al,Cu,和Pd等金屬及其合金,從Pd,Ag,RuO2,Pd-Ag,等所選出的金屬或者金屬氧化物同玻璃制成的印刷導(dǎo)電材料，諸如In2O3-SnO2等透明導(dǎo)電材料以及諸如多晶硅等半導(dǎo)體材料。
參見圖1A和1B，器件電極的分離距離L，器件電極的長度W1，導(dǎo)電薄膜3的寬度W2和器件電極的高度d以及用于設(shè)計(jì)根據(jù)本發(fā)明的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的其它因素可根據(jù)器件的用途而定。器件電極4和5的分離距離L最好在幾百納米和幾百微米之間，并視所施加的器件電極電壓又最好在幾微米和幾十微米之間。
器件電極的長度W1取決于電極的電阻和器件的電子發(fā)射特性最好在幾微米和幾百微米之間。器件電極4和5的膜厚d在幾十納米和幾微米之間。
根據(jù)本發(fā)明的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件可以具有不同于圖1A和1B中所示的結(jié)構(gòu)，并且另外它可以通過順序地在一基片上放置導(dǎo)電薄膜3和相對(duì)配置的器件電極4和5制備。
為了提供優(yōu)秀的電子發(fā)射特性導(dǎo)電薄膜3最好是一細(xì)顆粒膜。導(dǎo)電薄膜3的厚度作為器件電極4和5上導(dǎo)電薄膜的臺(tái)階覆蓋函數(shù)，器件電極4和5之間的電阻以及用于將在以下描述的形成操作的參數(shù)及其它因素確定，并最好在十分之幾納米和幾百納米之間，并更好在一納米和五十納米之間。導(dǎo)電薄膜3通常顯示出102和107Ω/□之間的薄膜電阻率Rs。注意，Rs是由R=Rs(l/w)定義的電阻率，其中w和l分別是薄膜的寬度和長度，R是沿薄膜縱向確定的電阻。
導(dǎo)電薄膜3是由從以下選擇的材料制成的金屬諸如Pd,Pt,Ru,Ag,Au,Ti,In,Cu,Cr,Fe,Zn,Sn,Ta,和Pb，氧化物諸如PdO,SnO2,In2O3,PdO,和Sb2O3，硼化物諸如HfB2,ZrB2,LaB6,CeB6,YB4，和GdB4，以及碳化諸如TiC,ZrC,HfC,TaC,SiC,和WC，氮化物諸如TiN,ZrN，和HfN，半導(dǎo)體諸如Si和Ge及碳。
這里所用的術(shù)語“細(xì)顆粒膜”是指由大量細(xì)顆粒構(gòu)成的薄膜，這些細(xì)顆?？赡苁撬缮⒌厣⒉?，緊密地排列，或者相互地隨機(jī)地重疊(在一定條件下形成島結(jié)構(gòu))。用于本發(fā)明的的目的的細(xì)顆粒的直徑在十分之幾納米和幾百納米之間，并最好在一納米和二十納米之間。
由于術(shù)語“細(xì)顆粒膜”在此將頻繁使用，以下將對(duì)其較深入地說明。
一個(gè)小顆粒稱為是“細(xì)顆粒膜”，而小于細(xì)顆粒的顆粒稱為是“超細(xì)顆?！薄Ｐ∮凇俺?xì)顆?！辈⒂蓭装賯€(gè)原子所組成的顆粒常稱為“團(tuán)”。
然而這些定義不是硬性的，每一術(shù)語的范圍視所涉及顆粒的具體方面而變化。如象在本專利申請(qǐng)的情形中“超細(xì)顆?！笨赡芎唵蔚厥侵浮凹?xì)顆粒”。
“The Experimental Physics Course No.14:Surface/FineParticle”(ed.,Koreo Kinoshita；Kyoritu Publication,September 1,1986)描述如下。
“這里所用的細(xì)顆粒是指具有直徑約為2到3μm和10nm之間的顆粒，這里所用的超細(xì)顆粒是指具有直徑約為2到10nm和2到3nm之間的顆粒。然而，這些定義絕不是硬性的，超細(xì)顆粒可能簡單地是指細(xì)顆粒。因而，這些定義在任何意義上只不過是大約的估計(jì)。兩個(gè)到幾百個(gè)原子構(gòu)成的顆粒稱為團(tuán)?！?Ibid.,p.195,11.22-26)而且，New Technology Development Corporation的＂Hayashi＇s Ultrafine Particle Project＂定義“細(xì)顆?！比缦拢瑢?duì)于顆粒的尺寸應(yīng)用了較小下限。
“在創(chuàng)造性的科學(xué)與技術(shù)促進(jìn)計(jì)劃之下的超細(xì)顆粒項(xiàng)目(1981-1986)定義超細(xì)顆粒為具有大約1和100nm之間的直徑的顆粒。這意味著超細(xì)顆粒是大約100到108原子的團(tuán)塊。從原子的觀點(diǎn)來看，超細(xì)顆粒是巨大的或超大的顆粒?！?Ultrafine Particle-Creative Science and Technology:ed.,Chikara Hayashi,Ryoji Ueda,Akira Tazaki；Mita Publication,1988,p.2,11.1-4)“小于超細(xì)顆粒并由幾個(gè)到幾百個(gè)原子構(gòu)成的顆粒稱為團(tuán)?！?Ibid.,p.2,11.12-13)考慮到以上一般的定義，作為這里所用的術(shù)語“細(xì)顆?！笔侵妇哂兄睆较孪拊?.1nm和1nm之間以及上限為幾微米的大數(shù)量的原子和/或分子團(tuán)塊。
電子發(fā)射區(qū)2是在導(dǎo)電薄膜3的部分形成的并包含高電阻裂縫，雖然其性能取決于導(dǎo)電薄膜3的厚度，狀態(tài)和材料以及將要在以下描述的增能形成過程。裂縫具有不大于50nm的均勻的寬度裂縫寬度是通過電子顯微鏡在整個(gè)電子發(fā)射區(qū)長度上按1μm間隔規(guī)則選擇的測(cè)量點(diǎn)對(duì)其的觀察而確定的。當(dāng)發(fā)現(xiàn)所觀察的裂縫寬度從中點(diǎn)的兩側(cè)不少于整個(gè)長度的70％具有偏差不超過20％范圍時(shí)，則該裂縫表述為具有“均勻的裂縫寬度”。當(dāng)使用術(shù)語“裂縫寬度”時(shí)，一般是指觀察數(shù)值的平均值。注意，在根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件的導(dǎo)電薄膜3的電子發(fā)射區(qū)2及其鄰域中發(fā)現(xiàn)了碳和/或一個(gè)或者多個(gè)碳化合物或者金屬和/或一個(gè)或者多個(gè)金屬化合物。還要注意，電子發(fā)射區(qū)2的位置是不限于圖1A和1B所示的位置的。
術(shù)語“電壓適用長度”是指電子發(fā)射器件的電子發(fā)射區(qū)中可沿其施加器件電壓的區(qū)域的長度。施加到器件電極的器件電壓的大部分是施加到電子發(fā)射區(qū)的那種區(qū)域以便引起電壓降。
電壓可施加長度是如下定義的。根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件在一個(gè)電子顯微鏡上就位，使得器件電壓能夠施加到器件電極上。該電子顯微鏡裝有無油超高真空泵以便實(shí)現(xiàn)超高真空條件，或者壓力低于10-4Pa。從電子顯微鏡的電子槍所發(fā)射的電子被加速并與電子發(fā)射器件的電子發(fā)射區(qū)撞擊而產(chǎn)生二次電子，二次電子是作為二次電子圖象被觀察到的，該圖象作為電子發(fā)射區(qū)的電位的作用會(huì)發(fā)生變化。在器件電極和導(dǎo)電薄膜的低電位側(cè)，所產(chǎn)生的二次電子撞擊電子顯微鏡的二次電子檢測(cè)器，并作為白色的二次電子圖象被觀察到。另一方面，在器件電極和導(dǎo)電薄膜的高電位側(cè)，由于電子發(fā)射區(qū)附近所產(chǎn)生的電場只有非常少的電子撞擊二次電子檢測(cè)器，并總起來作為黑色圖象被觀察到。該電位可通過應(yīng)用這一原理并觀察二次電子圖象而確定。
圖2A是當(dāng)向根據(jù)本發(fā)明的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的樣品施加一電壓時(shí)通過電子顯微鏡所觀察到的二次電子圖象的簡略圖示表示。加到器件上的電壓是低的，從器件任何可能的發(fā)射電子都是可忽略的。更具體而言，該電壓低于圖6中所示的Vth閾值電壓，時(shí)通常為1和4.0V之間。當(dāng)電壓超過這一水平時(shí)，從電子發(fā)射區(qū)所發(fā)射的電子可能撞擊二次電子檢測(cè)器，使得電子發(fā)射區(qū)的電位不能被正確地觀察到。圖22A中，左側(cè)是表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件樣品的低電位側(cè)，而右側(cè)是高電位側(cè)。二次電子在電子發(fā)射區(qū)2的低電位側(cè)是作為白色圖象被觀察到的，而它們?cè)诟唠娢粋?cè)是作為黑色圖象被觀察到的。雖然電壓施加的區(qū)域可通過觀察這些二次電子圖象的灰度讀數(shù)確定，但是它可通過提取圖象的一個(gè)畫面更易于定義，這是在把施加到電子發(fā)射區(qū)的電壓反相并把顯象的畫面一個(gè)放在另一個(gè)上之后的圖象的另一個(gè)畫面。圖22B是在把向其施加的電壓反相后圖22A的器件的同一區(qū)域的一個(gè)畫面。圖22C是通過把兩個(gè)畫面一個(gè)放在另一個(gè)之上所得到的一個(gè)圖象。圖22C中，分布在兩個(gè)黑色二次電子圖象之間的白色區(qū)域表示向其有效施加器件電壓的區(qū)域。該區(qū)域的實(shí)際長度ΔL可在電子顯微鏡上測(cè)量顯現(xiàn)的長度并應(yīng)用該電子發(fā)射區(qū)整個(gè)長度上的大小而確定。如同在裂縫寬度的情形那樣，當(dāng)發(fā)現(xiàn)所觀察的電壓適用長度從中點(diǎn)的兩側(cè)不少于整個(gè)長度的70％具有偏差不超過20％范圍時(shí)，則該電壓適用長度表述為是“均勻的”。當(dāng)使用術(shù)語“電壓適用長度”時(shí)，一般是指觀察數(shù)值的平均值。
如果二次電子的黑色圖象偶然不連續(xù)，則電壓適用長度不必測(cè)量任何不連續(xù)區(qū)域的長度而被確定。
雖然在該例子中以及將要說明的比較例子中沒有使用，但是可應(yīng)用掃描隧穿顯微鏡(STM)代替用于上述測(cè)量操作的電子顯微鏡。使用STM，向電子發(fā)射器件施加1到2.5V的電壓，借助于STM探針從低電位側(cè)到高電位側(cè)掃描該器件。在測(cè)量的每一時(shí)刻，對(duì)于觀察到施加電壓的30到70％之間的區(qū)域確定ΔL，所得的數(shù)值用于確定電壓適用長度的平均值。
當(dāng)電子發(fā)射區(qū)及其鄰域以掃描電子顯微鏡觀察時(shí)，不僅在電子發(fā)射區(qū)而且在導(dǎo)電薄膜的高電位側(cè)將會(huì)發(fā)現(xiàn)碳，一個(gè)或者多個(gè)碳化合物或者金屬和/或一個(gè)或者多個(gè)金屬化合物的沉積。這種沉積似乎它是從電子發(fā)射區(qū)的一些部分發(fā)射出來的。這可能表示，該沉積是在從上述部分所發(fā)射的電子的影響下形成的。換言之，通過觀察該沉積，將會(huì)發(fā)現(xiàn)電子是從整個(gè)電子發(fā)射區(qū)發(fā)射的或是僅僅從電子發(fā)射區(qū)的部分發(fā)射的。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的臺(tái)階型半導(dǎo)體電子發(fā)射器件簡略剖視圖。
圖2中，與圖1A和1B的器件相同或者類似的部件以相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)出。標(biāo)號(hào)21表示臺(tái)階形成部分。該器件包括一個(gè)基片1，器件電極4和5，導(dǎo)電薄膜3和電子發(fā)射區(qū)2，它們是由與上述平面型表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件相同的材料制成的，以及由諸如SiO2等絕緣材料制成的臺(tái)階形成部分21，它通過真空沉積，印刷或者濺涂產(chǎn)生，并具有對(duì)應(yīng)于上述平面型表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件器件電極分開的距離L的高度，或者在幾百納米和幾百微米之間。臺(tái)階形成部分21最好在幾微米和幾百微米之間，雖然其選擇是作為生產(chǎn)所使用的臺(tái)階形成部分的方法和向器件電極施加的電壓的函數(shù)。
形成器件電極4和5及臺(tái)階形成部分21后，導(dǎo)電薄膜3置于器件電極4和5之上。雖然電子發(fā)射區(qū)2在圖2中是在臺(tái)階形成部分21上形成的，但其位置和輪廓與其制備條件有關(guān)，并且增能形成條件和其它有關(guān)條件這里所示的條件。
雖然對(duì)于制造根據(jù)本發(fā)明的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件各種方法都是可接受的，圖3A到3C簡略示出這些方法典型之一。
現(xiàn)在參見圖3A和3B將說明制造根據(jù)本發(fā)明的平面型表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的一個(gè)方法。
1)在以洗滌劑和清水徹底清洗一個(gè)基片1之后，借助于真空沉積，濺涂或者某些其它適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，在基片1上沉積用于一對(duì)器件電極4和5的材料，該材料然后通過光刻技術(shù)(圖3A)成形。如果器件電極4和5之一，例如是器件電極5做得厚于另一個(gè)，則器件電極4通過一掩膜覆蓋而器件電極的材料進(jìn)而沉積到器件電極5上使得器件電極5的臺(tái)階部分高于器件電極4的臺(tái)階部分。
2)在其上帶有器件電極對(duì)4和5的基片1上通過使用有機(jī)金屬溶液形成一有機(jī)金屬薄膜。該有機(jī)金屬薄膜可包含以上用于導(dǎo)電薄膜3所列舉的任何一種金屬作為主要成分。然后加熱該有機(jī)金屬薄膜被加熱，焙燒并然后應(yīng)用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)諸如剝離或者蝕刻進(jìn)行成形加工，生產(chǎn)出一種導(dǎo)電薄膜3(圖3B)。雖然在以上的說明中使用了有機(jī)金屬溶液產(chǎn)生薄膜，但是導(dǎo)電薄膜3可另外通過真空沉積、濺涂、化學(xué)蒸氣沉積，散涂、浸漬、旋轉(zhuǎn)器涂敷或其它技術(shù)形成。
3)然后該器件經(jīng)過在氣體的氣氛中進(jìn)行的稱之為增能形成的工藝處理，該工藝促進(jìn)導(dǎo)電薄膜3的凝聚力并產(chǎn)生一個(gè)電子發(fā)射區(qū)2(圖3A到3C)。作為增能形成的結(jié)果，導(dǎo)電薄膜3的部分被局部破壞、變形或者變換而做成一電子發(fā)射區(qū)2。
用于增能形成的電壓最好具有脈沖波形。具有不變高度或者不變峰值電壓的三角脈沖電壓可如圖23A中所示連續(xù)施加，或者另外如圖23B所示施加具有上升波形高度或上升峰值電壓的三角脈沖電壓。
圖23A中，脈沖電壓具有脈寬T1脈沖間隔T2，它們通常分別在1微秒和10微秒以及10微秒和100微秒之間。三角波的高度(增能形成操作的峰值電壓)可根據(jù)表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的外形適當(dāng)選擇，脈沖電壓的施加時(shí)間在幾秒到幾分鐘之間。
圖23B表示其脈沖高度隨時(shí)間增加的脈沖電壓。圖23B中，脈沖電壓具有基本上類似于圖23A的脈沖寬度T1和脈沖間隔T2。然而三角波的高度(增能形成操作的峰值電壓)逐漸增加。
當(dāng)電壓充分低而且不能使得導(dǎo)電薄膜2局部破壞或者變形，或者大約為0.1V在脈沖電壓的間隔期間T2施加到器件時(shí)，通過測(cè)量流過器件的電流將終止增能形成操作。通常在施加到器件電極的電壓為大約0.1V時(shí)對(duì)于流經(jīng)導(dǎo)電薄膜3的器件電流觀察到大于1M歐姆的電阻時(shí)，則終止增能形成過程。
當(dāng)導(dǎo)電薄膜3是由金屬氧化物制成時(shí)，為了促進(jìn)該薄膜的凝聚可使用諸如H2和CO還原劑。除去H2和CO之外，諸如甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、苯、甲苯、甲醇、乙醇、丙酮等有機(jī)物也可有效使用。在導(dǎo)電薄膜的金屬氧化物被還原為金屬時(shí)，這些物質(zhì)似乎引起了導(dǎo)電薄膜的凝聚。因而，如果導(dǎo)電薄膜由金屬制成，它不進(jìn)行還原因而不引起任何凝聚。然而，H2能很好促進(jìn)凝聚，雖然CO和丙酮沒有表現(xiàn)出那種效果。
當(dāng)增能形成處理在上述氣氛中進(jìn)行時(shí)，在真空中進(jìn)行該工藝過程從所觀察的電平可減小功耗達(dá)百分之幾十。
這可能是由于，當(dāng)以通常的增能形成使得焦耳熱由流過器件的電流產(chǎn)生以致升高了導(dǎo)電薄膜3的溫度并繼而使得該薄膜部分局部破壞、變形或者變換而產(chǎn)生一電子發(fā)射區(qū)2時(shí)，導(dǎo)電薄膜的局部破壞、變形或者變換是由促進(jìn)導(dǎo)電薄膜的凝聚的物質(zhì)所引起的以致進(jìn)而降低了功耗。
能夠很好地促進(jìn)導(dǎo)電薄膜凝聚的氣壓是作為氣體的類型、導(dǎo)電薄膜的材料、施加的脈沖電壓的波形和其它因素的函數(shù)而改變的。如果氣壓較低，在通過施加具有上升的脈沖高度的脈沖電壓開始增能形成時(shí)，降低功耗的效果首先變得明顯。如果壓力上升，氣體引起產(chǎn)生具有均勻?qū)挾鹊牧芽p的效果以及防止漏電流出現(xiàn)的附加效果。
4)然后，器件最好經(jīng)過一活化過程?；罨に囀沁@樣一種過程，借助于它器件電流If和發(fā)射電流Ie被顯著地改變。
在活化過程中，在有機(jī)物的環(huán)境中脈沖電壓可反復(fù)施加到器件上。在利用油擴(kuò)散泵和旋轉(zhuǎn)泵抽空腔體或者利用油泵充分抽空腔體并然后向該真空腔體引進(jìn)有機(jī)物氣體之后，該氣氛可應(yīng)用保留在一真空腔中的有機(jī)氣體產(chǎn)生。有機(jī)物氣壓是作為待處理的電子發(fā)射器件的外形、有機(jī)物的類型和其它因素而確定的。能夠適用于活化過程的目的的有機(jī)物包括鏈烴諸如鏈烷、鏈烯和炔，芳香烴，乙醇，乙醛，酮，胺，有機(jī)酸諸如酚、羥酸和磺酸。特別的例子包括由一般公式CnH2n+2表示的飽和烴諸如甲烷、乙烷和丙烷，由一般公式CnH2n表示的不飽和烴諸如乙烯和丙烯，苯，甲苯，甲醇，乙醇，甲醛，丙酮，甲基·乙基酮，甲胺，乙胺，酚，甲酸，乙酸和丙酸。作為活化過程的結(jié)果，碳或者碳的化合物從氣氛中存在的有機(jī)物析出沉積在器件上從而顯著改變了器件電流If和發(fā)射電流Ie。
當(dāng)活化過程在具有適當(dāng)金屬化合物蒸氣壓的氣氛中在電子發(fā)射器件上進(jìn)行時(shí)，化合物的金屬可沉積在器件上?？晒┍景l(fā)明之用的金屬化合物包括金屬鹵化物諸如氟化物、氯化物、溴化物和碘化物，烷基金屬諸如甲基化、乙基化和芐化金屬，金屬β-二酮化物諸如乙酰丙酮化物、二叔戊酰甲烷化物和六氟乙酰丙酮化物，金屬enyl復(fù)合物諸如環(huán)戊二烯基復(fù)合物，金屬芳烴復(fù)合物諸如金屬苯復(fù)合物、金屬羥合物，金屬醇鹽及其組合化合物。對(duì)于本發(fā)明的目的必須以高熔點(diǎn)物進(jìn)行沉積來看，較佳的化合物的例子包括NbF5,Nb(C5H5)(CO)4,Nb(C5H5)Cl2,OsF4,Os(C3H7O2)3,Os(CO)5,Os(CO)12,Os(C5H5)2,ReF5,ReCl5,Re(CO)10,ReCl(CO)5,Re(CH3)(CO)5,Re(C5H5)(CO)3,Ta(C5H5)(CO)4,Ta(OC2H5)5,Ta(C5H5)2Cl2,Ta(C5H5)2H3,WF6,W(CO)6,W(C5H5)2Cl2,W(C5H5)2H2和W(CH3)6。在一定情形下，沉積物除金屬之外可包含碳和其它物質(zhì)。
終止活化過程的時(shí)間是通過觀察器件電流If和發(fā)射電流Ie而確定的。用于活化過程的脈沖電壓的脈寬、脈沖以及脈沖波形高度將被適當(dāng)選擇。
對(duì)于本發(fā)明之目的，碳和碳的化合物包括石墨(就是HOPG,PG和GC，其中HOPG具有良好的石墨結(jié)晶結(jié)構(gòu)，PG具有平均品粒度為200埃的歪晶結(jié)構(gòu)，而GC的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步變形具有小到20埃的平均晶粒度)和非晶體碳(是指無定形碳以及無定形碳和石墨的細(xì)晶體顆粒的混合物)，沉積膜的厚度最好小于50納米，更好是小于30納米。
5)在增能形成過程及活化過程中處理過的電子發(fā)射器件最好然后經(jīng)過穩(wěn)定化處理工藝。這是去除余留在真空腔中的任何有機(jī)物的工藝過程。真空腔中的壓力要造成盡可能的低，最好低于1.3×10-5Pa，更好是低于1.3×10-6Pa。用于這一工藝的抽真空或排氣設(shè)備最好不涉及使用油，從而不會(huì)產(chǎn)生對(duì)于工藝過程中處理的器件的性能的不利影響。因而使用吸氣泵和離子泵可能是較佳選擇。為了抽空真空腔，最好對(duì)整個(gè)腔體加熱使得易于去除吸附在腔體內(nèi)壁和電子發(fā)射器件上的有機(jī)物分子。
在穩(wěn)定化工藝之后，驅(qū)動(dòng)電子發(fā)射器件的氣氛最好與穩(wěn)定化過程完成時(shí)相同，雖然如果腔體中的有機(jī)物或金屬化合物被充分去除在不損害電子發(fā)射器件或電子源的工作穩(wěn)定性的情形下可以另外使用較高的氣壓。
通過應(yīng)用這種低壓氣氛，碳、碳的化合物、金屬或者金屬化合物的任何附加的沉積可被有效抑制，繼而使得器件電流If和發(fā)射電流Ie穩(wěn)定化。
根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件可以按下述不同的方式制備。
將遵循上述步驟1)和2)。
3)然后，使得器件經(jīng)過增能形成過程，其中向器件電極4和5施加電壓以改變導(dǎo)電薄膜3的部分結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生一電子發(fā)射區(qū)2(圖3C)。
圖4A和4B表示可用于本發(fā)明之目的的增能形成過程的電壓波形。
例如，脈沖電壓波形的高度(峰值)例如以每步0.1V的速率增加直至達(dá)到Vh，這時(shí)導(dǎo)電薄膜3降低其電阻或開始凝聚。然后Vh的波形高度保持一預(yù)定的時(shí)間周期Th，它可能為幾秒到幾十分鐘。如果Vh已經(jīng)準(zhǔn)確地確定，脈沖電壓的波形高度從最開始即可設(shè)定為Vh并保持在這一電平達(dá)一個(gè)預(yù)定的時(shí)間周期。
當(dāng)所施加的電壓保持在Vh達(dá)預(yù)定的時(shí)間周期Th時(shí)，由于導(dǎo)電薄膜的物質(zhì)是通過涉及電壓逐漸凝聚的，從導(dǎo)電薄膜部分會(huì)產(chǎn)生一個(gè)細(xì)顆粒不連續(xù)膜的區(qū)域。在這一期間，器件電極4、5之間包括導(dǎo)電薄膜3的電阻上升到足夠高的水平，這時(shí)增能形成過程終止。如果在周期Th期間該電阻沒有充分上升，則施加到器件上的電壓的脈沖寬度被增加以便在終止增能形成過程之前提高器件的電阻(圖4A)。否則脈沖電壓的波形高度可能要進(jìn)一步增加以便在終止增能形成過程之前提高器件的電阻(圖4B)。另外，增加脈寬與增加脈沖高度可同時(shí)應(yīng)用。
作為增能形成過程的結(jié)果，在導(dǎo)電薄膜3的部分形成寬度不大于50nm的裂縫以產(chǎn)生一電子發(fā)射區(qū)2。
脈沖寬度T1通常在1微秒和10毫秒之間，脈沖寬度T2通常在100微秒和幾秒之間，而T1＇通常在10微秒和1秒之間，并且Vh作為導(dǎo)電薄膜3的材料和輪廓以及T1和T2的數(shù)值的函數(shù)而適當(dāng)確定，雖然它們分別保持在比對(duì)于通常的增能形成過程的形成電壓所選擇的對(duì)應(yīng)的數(shù)值低為百分之零點(diǎn)幾到百分之幾十的數(shù)值，通常的過程是單調(diào)地增加數(shù)值以引起器件電阻的突然增加。對(duì)于脈沖間隔T2必須選擇相對(duì)于脈沖寬度T1足夠大的數(shù)值，使得它們的比值能夠滿足表達(dá)式T2/T1≥5，最好是T2/T1≥10，更好是T2/T1≥100。注意，對(duì)于本發(fā)明，可使用三角波形代替所示的矩形波形，但要注意對(duì)于Vh數(shù)值的選擇，因?yàn)樗粌H受到數(shù)值T1和T2的影響，而且受到所施加的脈沖電壓波形的影響。
上述增能形成過程可在包含促進(jìn)導(dǎo)電薄膜凝聚的氣體的氣氛中進(jìn)行。
當(dāng)導(dǎo)電薄膜是由可相當(dāng)易于還原的金屬氧化物制成時(shí)，預(yù)料氣體的使用會(huì)表現(xiàn)出抑制器件的電子發(fā)射性能變化的效果，如果這種變化是由導(dǎo)電薄膜的電阻的變化所引起的。具體而言，當(dāng)使得電流流過由一金屬氧化物在上述氣氛中制成的導(dǎo)電薄膜時(shí)，該金屬氧化物由于電流所產(chǎn)生的熱量易于還原而降低了導(dǎo)電薄膜的電阻。由于施加到器件上的脈沖電壓的脈沖寬度保持在固定水平，流經(jīng)導(dǎo)電薄膜的電流增加，并且生熱的速率也增加?？梢哉J(rèn)為在產(chǎn)生電子發(fā)射區(qū)的時(shí)間所產(chǎn)生的熱量基本上是不變的，不論被處理的器件的導(dǎo)電薄膜起始電阻如何。因而，如果脈沖電壓在相同的條件下施加，當(dāng)導(dǎo)電薄膜的電阻降低到給定水平時(shí)，則電子發(fā)射區(qū)形成。換言之，任何器件是在相同條件下被處理而產(chǎn)生一電子發(fā)射區(qū)，以便從而抑制電子發(fā)射性能的改變。
然后，如同上述步驟4)和5)的情形繼續(xù)的是活化和穩(wěn)定化步驟。
圖5是包括一真空腔的可用作用于確定所考慮的類型的電子發(fā)射器件的性能的測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的簡略框圖。
參見圖5，那些與圖1A和1B的部件類似或者相同的部件標(biāo)以相同的標(biāo)號(hào)。該測(cè)量系統(tǒng)包括真空腔55和真空泵56。一電子發(fā)射器件置于該真空腔55之中。該器件包括一基片1，一對(duì)器件電極4和5，一導(dǎo)電薄膜3和電子發(fā)射區(qū)2。另外，測(cè)量系統(tǒng)具有用于向該器件施加器件電壓Vf的電源51，用于測(cè)量流經(jīng)器件電極4和5之間的薄膜3的器件電流If的一個(gè)電流計(jì)50，用于俘獲從器件的電子發(fā)射區(qū)所發(fā)射的電子所產(chǎn)生的發(fā)射電流Ie的一個(gè)陽極54，用于向測(cè)量系統(tǒng)的陽極54施加一電壓的高壓電源53，以及用于測(cè)量從器件的電子發(fā)射區(qū)2所發(fā)射的電子所產(chǎn)生的發(fā)射電流Ie的另一個(gè)電流計(jì)52。為了判定該電子發(fā)射器件的性能，1和10KV之間的一電壓施加到陽極，該陽極與電子發(fā)射器件間隔距離H在2到8mm之間。
表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件和陽極54以及其它部件設(shè)置在真空腔55中，該真空腔裝有未示出的真空計(jì)和其它必要的儀器，使得真空腔中的電子發(fā)射器件的性能能夠在需要的真空度真空中正確地測(cè)量。
真空泵56可以裝有包括渦流泵或者旋轉(zhuǎn)泵的普通高真空系統(tǒng)以及一個(gè)包含需要時(shí)可轉(zhuǎn)接的一離子泵的超高真空系統(tǒng)。整個(gè)真空腔55和包含在其中的電子發(fā)射器件的基片可通過加熱器(未示出)加熱。于是，這一真空處理結(jié)構(gòu)可用于增能形成過程和后繼過程。
圖6表示簡略示出通常由圖5的測(cè)量系統(tǒng)所觀察的器件電壓Vf和發(fā)射電流Ie以及器件電流If之間的關(guān)系的圖示。注意，就Ie具有遠(yuǎn)小于If的大小這一事實(shí)而言對(duì)于圖6中的Ie和If選擇了不同的單位。注意，圖示的垂直和水平軸線表示線性刻度。
如同圖6中所見，就發(fā)射電流Ie而言根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件具有三個(gè)明顯的特點(diǎn)，這將在以下說明。
(ⅰ)首先，當(dāng)施加到器件上的電壓超過一定水平時(shí)(此后稱為閾值電壓并在圖6中由Vth表示)根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件表現(xiàn)出發(fā)射電流Ie的突然和劇烈的增加，而發(fā)射電流Ie在施加的電壓發(fā)現(xiàn)低于閾值Vth時(shí)實(shí)際上是測(cè)量不到的。換言之，根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件是對(duì)于發(fā)射電流Ie具有明顯閾值電壓Vth的非線性器件。
(ⅱ)第二，由于發(fā)射電流Ie高度地依賴于器件電壓Vf單調(diào)增加，因而前者可有效地由后者控制。
(ⅲ)第三，被陽極54所俘獲的發(fā)射的電荷(圖5)是器件電壓Vf施加時(shí)間的函數(shù)。換言之，被陽極54所俘獲的發(fā)射的電荷量通過器件電壓Vf施加時(shí)間可有效地被控制。
由于以上明顯的特點(diǎn)，將能夠理解，包含多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件的電子源的電子發(fā)射行為并因而裝有這種電子源的成象裝置的行為易于響應(yīng)輸入信號(hào)而被控制。于是，這種電子源和成象裝置可找到各種用途。
另一方面，器件電流If或是對(duì)于器件電壓Vf單調(diào)地增加(如圖6中所示，以下將稱之為“MI特性”的一個(gè)特性)或者變化表現(xiàn)為對(duì)于壓控負(fù)阻特性(雖然未示出，以下將稱之為“VCNR特性”的一個(gè)特性)的一個(gè)特定的曲線(未示出)。器件電流的這些特性與包括制造方法、測(cè)量條件以及器件的工作環(huán)境的數(shù)個(gè)因素相關(guān)。
現(xiàn)在說明本發(fā)明可適用的應(yīng)用電子發(fā)射器件的幾個(gè)例子。根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)電子源以及因而包含這種電子源的成象裝置可通過裝設(shè)多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的上述方面的電子發(fā)射器件而實(shí)現(xiàn)。
可按照幾種不同方式在基片上安排電子發(fā)射器件。
例如，多個(gè)電子發(fā)射器件可設(shè)置在沿一個(gè)方向(以下稱為行方向)的平行行中，每一器件由導(dǎo)線在其相對(duì)端頭連接，并由沿著垂直于行方向的一個(gè)方向(以下稱之為列方向)裝設(shè)在電子發(fā)射器件上面的空間中的控制電極(以下稱為柵極)驅(qū)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)一個(gè)梯狀的設(shè)置。另外，多個(gè)電子發(fā)射器件可在沿X-方向的行和沿Y-方向的列設(shè)置而形成一個(gè)矩陣，X-和Y-方向彼此垂直，并且同一行上的電子發(fā)射器件通過每一器件的電極之一連接到共同的X-方向?qū)Ь€上，同時(shí)同一列上的電子發(fā)射器件通過每一器件的另一電極連接到共同的Y-方向?qū)Ь€上。后面的一種設(shè)置稱為單矩陣設(shè)置。現(xiàn)在詳述單矩陣設(shè)置。
就本發(fā)明可適用的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件上述的(ⅰ)到(ⅲ)三個(gè)基本特性來看，可通過控制施加到器件相反的電極的高于閾值電壓水平的脈沖電壓的波形高度和脈寬對(duì)該器件的發(fā)射電流進(jìn)行控制。另一方面，該器件在低于閾值電壓水平時(shí)實(shí)際上不發(fā)射任何電子。因而，盡管有裝設(shè)在裝置中的多個(gè)電子發(fā)射器件，可塊選擇所需的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件并響應(yīng)輸入信號(hào)通過向所選擇的器件施加脈沖電壓可對(duì)于電子發(fā)射進(jìn)行控制。
為了揭示上述特性，圖7是通過設(shè)置本發(fā)明所適用的多個(gè)電子發(fā)射器件而實(shí)現(xiàn)的一個(gè)電子源的基片的簡化平面圖。圖7中，電子源包括一電子源基片71,X-方向?qū)Ь€72,Y-方向?qū)Ь€73，表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件74以及連接導(dǎo)線75。表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件可以是前述平面型或者臺(tái)階型。
裝有由Dx1,Dx2,…,Dxm表示的m個(gè)X-方向?qū)Ь€72，它們是通過真空沉積、印刷或者濺涂產(chǎn)生的導(dǎo)電金屬制成的。這些導(dǎo)線在材料、厚度和寬度方面被適當(dāng)設(shè)計(jì)?？偣惭b設(shè)n個(gè)Y-方向的導(dǎo)線73并由Dy1,Dy2,…Dyn，表示，它們?cè)诓牧稀⒑穸群蛯挾确矫骖愃朴赬-方向?qū)Ь€72。一中間絕緣層(未示出)分布在m個(gè)X-方向?qū)Ь€72和n個(gè)Y-方向的導(dǎo)線73之間，將它們彼此電絕緣(m和n都是整數(shù))。
中間絕緣層(未示出)通常由SiO2通過真空沉積、印刷或者濺涂制成，并在絕緣基片71的整個(gè)表面或者其部分表面形成以顯示出所需的輪廓。例如它可在其上已經(jīng)形成X-方向?qū)Ь€72的基片71的整個(gè)表面或者其部分表面上形成。中間絕緣層的厚度、材料和制造方法的選擇要使得其能夠耐受可通過其觀察到的任何X-方向?qū)Ь€72和任何Y-方向的導(dǎo)線73之間的電位差。每一X-方向?qū)Ь€72和Y-方向的導(dǎo)線73被向外拉出以形成外部端子。
每一表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件74的成對(duì)相對(duì)配置的電極(未示出)通過由導(dǎo)電金屬制成的各自的連接導(dǎo)線75連接到X-方向?qū)Ь€72相關(guān)的一個(gè)以及Y-方向的導(dǎo)線73相關(guān)的一個(gè)。
導(dǎo)線72和73、器件電極以及從導(dǎo)線72和73延伸的連接導(dǎo)線75的導(dǎo)電金屬材料可以是相同的或者包含共同的元素作為主要成分。另外，它們可以彼此不同。這些材料通?？蓮纳厦鎸?duì)于器件電極列出的可選材料中適當(dāng)選擇。如果器件電極和連接導(dǎo)線由相同材料制成，它們可統(tǒng)稱為器件電極而不再區(qū)分連接導(dǎo)線。
X-方向?qū)Ь€72電連接到用于向表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件74的所選的行施加掃描信號(hào)的掃描信號(hào)施加器件(未示出)。另一方面，Y-方向?qū)Ь€73電連接到用于向表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件74的所選的列施加調(diào)制信號(hào)并根據(jù)輸入信號(hào)調(diào)制所選的行的調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生器件(未示出)。注意，施加到每一表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)表示為施加到器件的掃描信號(hào)和調(diào)制信號(hào)的電壓差。
使用以上結(jié)構(gòu)，借助于單矩陣導(dǎo)線設(shè)置，每一器件可被選擇和驅(qū)動(dòng)以便獨(dú)立地操作。
現(xiàn)在參見圖8、9A、9B和10說明包含具有上述單矩陣結(jié)構(gòu)的電子源的成象裝置。圖8是成象裝置的部分切除的簡略透視圖，圖9A和9B表示可用于圖8的成象裝置的熒光膜的兩種可能的構(gòu)型，而圖10是用于NTSC電視信號(hào)操作的圖8成象裝置的驅(qū)動(dòng)電路框圖。
首先參見表示該成象裝置的顯示板的基本構(gòu)型的圖8，它包括其上帶有多個(gè)上述類型的電子發(fā)射器件的一個(gè)電子源基片71，剛性保持電子源基片71的后板81，通過在玻璃基片83的里表面上襯墊熒光膜84和金屬襯85而制備的面板86以及支撐框82，后板81和面板86通過燒結(jié)玻璃粘合到該支撐框上。標(biāo)號(hào)88表示一外殼，該外殼在空氣中或者氮?dú)庵斜簾?00到500℃達(dá)10分鐘以上并封閉地氣密封。
圖8中，標(biāo)號(hào)74表示對(duì)應(yīng)于圖1A和1B電子發(fā)射區(qū)2的每一電子發(fā)射器件的電子發(fā)射區(qū)，并且標(biāo)號(hào)72和73分別表示連接到每一電子發(fā)射器件的各個(gè)器件電極的X-方向?qū)Ь€以及Y-方向?qū)Ь€。
雖然在上述實(shí)施例中外殼是由面板86、支撐框架82以及后板81形成的，由于后板81主要用于加強(qiáng)基片71，于是如果基片71本身足夠強(qiáng)則后板81可以省去。如果是這樣的情形，則不需要獨(dú)立的后板81，基片71可直接粘合到支撐框架82上，于是外殼88由面板86、支撐框架82以及基片71構(gòu)成。外殼88的整體強(qiáng)度可通過在面板86和后板81之間設(shè)置數(shù)個(gè)稱為撐條(未示出)的支撐件而增加。
圖9A和9B表示熒光膜的兩種可能的設(shè)置。雖然如果顯示板用于顯示黑白畫面則熒光膜84只包括單一熒光體，但是為了顯示彩色畫面它需要包括黑色導(dǎo)電部件91和多個(gè)熒光體92，其中前者取決于熒光體的設(shè)置稱為黑條文或者黑色矩陣部件。黑條文或者黑色矩陣部件是為彩色顯示板而設(shè)置的，使得三種不同的原色的熒光體89可分辨性較低，并且通過使得周圍區(qū)域變黑減弱降低外部光線的被顯示圖象的反差的反面效果。雖然通常使用石墨作為黑條文的主要成分，其它具有低透光率和反光率的導(dǎo)電材料也可替換使用。
不論是對(duì)于黑白或是彩色顯示沉積法或印刷技術(shù)是適用于在玻璃基片83上施涂熒光材料的。一普通的金屬襯85設(shè)置在熒光膜84的內(nèi)表面。裝設(shè)金屬襯85是為了加強(qiáng)顯示板的亮度，引起從熒光體發(fā)射并指向外殼內(nèi)部的的光線返回到面板86，使用它作為用于向電子束施加加速電壓的的一個(gè)電極并防止當(dāng)外殼內(nèi)部所產(chǎn)生的負(fù)離子撞擊熒光體時(shí)引起熒光體的損壞。它的制備是通過磨光熒光膜的內(nèi)表面(以一種稱為“成膜”的操作)并在形成熒光膜后通過真空沉積在其上形成一Al膜。
一透明電極(未示出)可在面向熒光膜84的外表面的面板86上形成以便提高熒光膜84的導(dǎo)電性。
應(yīng)當(dāng)注意如果是涉及彩色顯示，則在上述所列的外殼部件粘合在一起之前要將彩色熒光體和電子發(fā)射器件的每一件精確對(duì)準(zhǔn)。
外殼88粘合在一起并密封之后，該電子發(fā)射器件要經(jīng)受增能形成工藝處理。借助于真空設(shè)備將外殼滿意地抽空之后，如果需要?jiǎng)t向外殼內(nèi)加入所需的氣體，并向所選的的器件行的所有電子發(fā)射器件施加一脈沖電壓。如同對(duì)于個(gè)別電子發(fā)射器件所進(jìn)行的增能形成工藝的情形中那樣，要適當(dāng)選擇脈寬T1，脈沖間隔T2，和波形高度。脈沖電壓可施加到所選擇的行的電子發(fā)射器件在完成該行的電子發(fā)射器件的增能形成處理之后，所選擇的下一行的器件可逐行進(jìn)行增能形成處理。另外，在脈沖產(chǎn)生器和電子源之間可設(shè)置一器件行選擇器，通過對(duì)于每一脈沖逐行切換可同時(shí)使得多個(gè)器件行經(jīng)受增能形成處理。由于脈沖間隔T2比脈沖寬度T1顯著地大，后一工藝可能有利于大大減少增能形成工藝所需的整個(gè)時(shí)間。注意，應(yīng)用后一工藝電子源的所有器件行可以同時(shí)處理，或者器件行可分為數(shù)個(gè)塊，而每個(gè)塊的器件行的器件可同時(shí)處理。視電子源的尺寸、脈沖的形狀和其它因素，兩種工藝可適當(dāng)選擇。
如果導(dǎo)電薄膜是由易于化學(xué)還原的金屬氧化物構(gòu)成，而且增能形成處理是在能夠促進(jìn)導(dǎo)電薄膜凝聚的諸如H2這樣的氣體的氣氛中進(jìn)行的，則上述的第二種工藝是特別有效的。就是說，在那種氣氛中，即使當(dāng)電流不通過其流過產(chǎn)生熱量，構(gòu)成導(dǎo)電薄膜的金屬氧化物的化學(xué)還原能夠非常緩慢地進(jìn)行。如果是這種情形并且增能形成過程是逐行進(jìn)行的，則在上一行之后所處理的屬于一行的電子發(fā)射器件的導(dǎo)電薄膜的電阻可顯著降低，因?yàn)榛瘜W(xué)還原是緩慢進(jìn)行的，同時(shí)上一行正在經(jīng)受增能形成操作，從而這些器件可能經(jīng)受有差異的增能形成條件，從而使得器件表現(xiàn)出不同的電子發(fā)射性能。
與此相反，以上對(duì)于每一脈沖逐行切換的工藝可避免那種問題，因?yàn)樗械钠骷惺峭瑫r(shí)處理。
外殼88通過一抽真空管子(未示出)抽空直至其內(nèi)部的氣氛降低到包含有機(jī)物到非常低的濃度的真空度10-5Pa，這時(shí)它被密封，同時(shí)如同在以上所述穩(wěn)定化的過程中那樣適當(dāng)?shù)乇患訜?。在密封之后為了保持外?8內(nèi)部所達(dá)到的真空度可進(jìn)行吸氣處理。在吸氣過程中，設(shè)置在外殼88內(nèi)的預(yù)定位置(未示出)的吸氣劑通過電阻加熱器或者高頻加熱器加熱，通過在外殼密封的前后立刻進(jìn)行的蒸汽沉積而形成一薄膜。吸氣劑通常包含Ba作為主要成分，并通過蒸汽沉積的吸收作用可保持真空度在1.3×10-3Pa和1.3×10-5Pa之間。在形成處理之后制造成象裝置的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的工藝可被適當(dāng)設(shè)計(jì)以滿足意向應(yīng)用的特定需要。
現(xiàn)在參見圖10說明用于一包含帶有單矩陣結(jié)構(gòu)的用于顯示根據(jù)NTSC電視信號(hào)的電視圖象的電子源的顯示板的驅(qū)動(dòng)電路。圖10中，標(biāo)號(hào)101表示一成象裝置。另外，該電路包含一掃描電路102，一控制電路103，一移位寄存器104，一行存儲(chǔ)器105一同步信號(hào)分離電路106以及一調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生器107。圖10中的Vx和Va表示DC電源。
成象裝置101通過端子Dox1到Doxm,Doy1到Doyn和高壓端子Hv連接到外部電路，其中端子Dox1到Doxm被設(shè)計(jì)為接收掃描信號(hào)，用于逐行(N個(gè)器件)順序驅(qū)動(dòng)該裝置中的電子源的器件行，該裝置包含設(shè)置為具有M行和N列的矩陣形式的一定數(shù)量的表面導(dǎo)電式電子發(fā)射器件。
另一方面，端子Doy1到Doyn被設(shè)計(jì)為接收調(diào)制信號(hào)用于控制由掃描信號(hào)選擇的行的每一表面導(dǎo)電式電子發(fā)射器件的輸出電子束。高壓端子Hv通過DC電源Va被供以通常電平約為10KV的DC電壓，該電壓足夠高以便激勵(lì)被選擇的表面導(dǎo)電式電子發(fā)射器件的熒光體。
掃描電路102的工作狀態(tài)如下。該電路包括M個(gè)開關(guān)器件(其中圖10僅特別示出器件S1和Sm)，其中每一個(gè)取或者DC電源Vx的輸出電壓，或者0(V)(接地電位)，并與顯示板101的端子Dox1到Doxm之一連接。開關(guān)器件S1到Sm根據(jù)由控制電路103所提供的控制信號(hào)Tscan操作，并可由諸如FETs晶體管組合制備。
該電路的DC電源Vx設(shè)計(jì)為輸出一固定電壓，使得施加到?jīng)]有被掃描的器件上的任何驅(qū)動(dòng)電壓減小到小于閾值電壓，該電壓值歸因于表面導(dǎo)電式電子發(fā)射器件的性能(或者對(duì)于電子發(fā)射的閾值電壓)。
控制電路103配合相關(guān)部件的操作，使得根據(jù)外部輸入的視頻信號(hào)圖象能夠被正確地顯示。該電路響應(yīng)來自同步信號(hào)分離電路106的同步信號(hào)Tsync產(chǎn)生控制信號(hào)Tscan、Tsft以及Tmry，這將在以下說明。
同步信號(hào)分離電路106從來自外部供給的NTSC電視信號(hào)分離出同步信號(hào)成分和亮度信號(hào)成分，并易于應(yīng)用熟知的頻率分離(濾波器)電路實(shí)現(xiàn)。雖然如所周知從電視信號(hào)分離出來的同步信號(hào)是由垂直同步信號(hào)和水平同步信號(hào)過程的，這里為簡單計(jì)忽略了信號(hào)的成分而僅僅簡單地記為Tsync信號(hào)。另一方面，從電視信號(hào)抽出的向移位寄存器提供的亮度信號(hào)記為DATA信號(hào)。
移位寄存器104根據(jù)來自控制電路103的控制信號(hào)Tsft對(duì)于每一行進(jìn)行DATA信號(hào)的串/并轉(zhuǎn)換(換言之，一控制信號(hào)是作為用于移位寄存器104的移位時(shí)鐘而操作的)，該DATA信號(hào)是基于時(shí)間序列串行提供的。已經(jīng)進(jìn)行了串/并轉(zhuǎn)換的用于一行的數(shù)據(jù)集(并對(duì)應(yīng)于用于N個(gè)電子發(fā)射器件的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)集)作為N個(gè)并行信號(hào)Id1到Idn從移位寄存器104輸出。
行存儲(chǔ)器105用于存儲(chǔ)用于一行的信號(hào)Id1到Idn的數(shù)據(jù)集，根據(jù)來自控制電路103的控制信號(hào)Tmry進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí)間達(dá)所需的時(shí)間周期。所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)作為I＇d1到I＇dn輸出并提供給調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生107。
所述調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生107實(shí)際上是信號(hào)源，該信號(hào)源根據(jù)圖象數(shù)據(jù)I＇d1到I＇dn適當(dāng)?shù)仳?qū)動(dòng)并調(diào)制每一個(gè)表面導(dǎo)電式電子發(fā)射器件的操作，并且這一器件的輸出信號(hào)提供端子Doy1和Doyn提供給顯示板101中的表面導(dǎo)電式電子發(fā)射器件。
如上所述，本發(fā)明所適用的電子發(fā)射器件的特征就發(fā)射電流Ie而言在于以下各點(diǎn)。首先，存在一明顯的閾值電壓Vth，只有超過Vth的電壓施加到器件它才發(fā)射電子。第二，發(fā)射電流的水平是作為超過閾值水平Vth所施加的電壓的變化的一個(gè)函數(shù)而變化的。具體而言，當(dāng)脈沖形電壓施加到根據(jù)本發(fā)明的電子發(fā)射器件時(shí)，只要所施加的電壓保持在低于閾值水平實(shí)際上是沒有發(fā)射電流產(chǎn)生的而一旦施加的電壓上升到超過閾值水平，則就發(fā)射出電子束。這里應(yīng)當(dāng)注意，輸出電子束的強(qiáng)度可通過改變脈沖形電壓的峰值電平Vm而被控制。此外，電子束的電荷總量可通過改變脈沖寬度Pw進(jìn)行控制。
于是，或者是電壓調(diào)制方法或者是脈寬調(diào)制方法可用于響應(yīng)輸入信號(hào)調(diào)制一電子發(fā)射器件。對(duì)于電壓調(diào)制方法，對(duì)于調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生器107要使用電壓調(diào)制類型的電路，使得脈沖形電壓的峰值電平根據(jù)輸入數(shù)據(jù)被調(diào)制，而脈寬保持不變。
另一方面，對(duì)于脈寬調(diào)制，對(duì)于調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生器107要使用脈寬調(diào)制類型的電路，使得所施加的電壓的脈寬可根據(jù)輸入數(shù)據(jù)被調(diào)制，而所施加的電壓的峰值電平保持不變。
雖然以上沒有具體提及，移位寄存器104和行存儲(chǔ)器105可以是數(shù)字的也可以是模擬信號(hào)類型的，只要視頻信號(hào)的串/并轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)以給定的速度進(jìn)行即可。
如果使用數(shù)字信號(hào)類型的器件，則同步信號(hào)分離電路106的輸出信號(hào)DATA需要被數(shù)字化。但是這種轉(zhuǎn)換通過在同步信號(hào)分離電路106的輸出處設(shè)置一A/D轉(zhuǎn)換器可易于進(jìn)行。明顯的是，不同的電路可用于調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生器107，這取決于行存儲(chǔ)器105的輸出信號(hào)是數(shù)字信號(hào)或是模擬信號(hào)。如果使用數(shù)字信號(hào)，則對(duì)于調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生器107可使用已知類型的A/D轉(zhuǎn)換電路，并如果需要可另外使用放大器電路。至于脈寬調(diào)制電路，調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生器107可應(yīng)用組合高速振蕩器、用于計(jì)數(shù)所述振蕩器產(chǎn)生的波數(shù)的一個(gè)計(jì)數(shù)器以及一個(gè)用于比較該計(jì)數(shù)器與該存儲(chǔ)器的輸出的比較器的一個(gè)電路而實(shí)現(xiàn)。如果需要，可添加一個(gè)放大器以便放大比較器的具有被調(diào)制的脈寬輸出信號(hào)的電壓為根據(jù)本發(fā)明的表面導(dǎo)電型電子發(fā)射器件的驅(qū)動(dòng)電壓的電平。
另一方面，如果模擬信號(hào)與電壓調(diào)制一同使用，則對(duì)于調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生器107可使用包含已知運(yùn)算放大器的放大電路，并且必要時(shí)可向其增加一電平移位電路。至于脈寬調(diào)制，如果必要可使用已知的壓控型振蕩電路(VCO)與添加的放大器，用于將電壓放大到表面導(dǎo)電型電子發(fā)射器件的驅(qū)動(dòng)電壓。
使用本發(fā)明所適用的具有上述結(jié)構(gòu)的成象裝置，在電壓通過外部端子Dox1到Doxm以及Doy1到Doyn施加到該器件時(shí)，該電子發(fā)射器件發(fā)射電子。這時(shí)，通過高壓端子Hv向金屬襯85或一透明電極(未示出)施加一高電壓，所產(chǎn)生的電子束被加速。被加速的電子束最終同熒光膜84撞擊，該熒光膜從而發(fā)光產(chǎn)生圖象。
上述成象裝置的結(jié)構(gòu)只不過是本發(fā)明所適用的一例，并可作各種變化。與該裝置結(jié)合使用的電視信號(hào)制式不限于特定的一種，并且諸如NTSC、PAL或者SECAM制式明顯可與其適用。該裝置特別適用于涉及較大數(shù)目掃描行的TV信號(hào)(特別是諸如MUSE制式的高清晰度TV系統(tǒng))，因?yàn)樵撗b置可用于包含大量象素的大顯示板。
現(xiàn)在參見圖11和12說明，包含在一基片上以梯狀方式設(shè)置的多個(gè)表面導(dǎo)電型電子發(fā)射器件的電子源以及包含這種電子源的成象裝置。
首先參見圖11，其中簡略示出具有梯狀結(jié)構(gòu)的一電子源，標(biāo)號(hào)110表示一電子源的基片，標(biāo)號(hào)111表示表示一裝設(shè)在該基片上的一表面導(dǎo)電型電子發(fā)射器件，而標(biāo)號(hào)112表示(X-方向)用于連接表面導(dǎo)電型電子發(fā)射器件111的導(dǎo)線Dx1到Dx10。電子發(fā)射器件111在基片110上成行設(shè)置(以下稱為器件行)而形成包含多個(gè)器件行的一個(gè)電子源，每一行在X-方向具有多個(gè)器件。每一器件行的表面導(dǎo)電型電子發(fā)射器件由一對(duì)共用的導(dǎo)線并行地電連接，使得它們可通過向該共用導(dǎo)線對(duì)施加的適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電壓而被獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)。具體而言，向被驅(qū)動(dòng)發(fā)射電子的器件行施加一超過電子發(fā)射閾值電平的電壓，而低于電子發(fā)射閾值電平的一個(gè)電壓施加到其余的器件行上。另外，設(shè)置在兩個(gè)相鄰器件行之間的任何兩個(gè)外部端子可共用一個(gè)單一共用導(dǎo)線。例如，在共用導(dǎo)線Dx2到Dx9之間，Dx2和Dx3可共用單一共用導(dǎo)線而不是兩個(gè)導(dǎo)線。
圖12是裝有具有梯狀電子發(fā)射器件配置的電子源的成象裝置的顯示板的簡略透視圖。圖12中，顯示板包括柵極120，每一個(gè)柵極設(shè)有數(shù)個(gè)孔洞121用于使得電子通過，以及一組外部端子122，或Dox1,Dox2,…,Doxm，與另一組外部端子123，或G1,G2,…,Gn，一同連接到各個(gè)柵極120，以及一個(gè)電子源基片110。圖12的成象裝置不同于圖8的單矩陣配置的成象裝置主要在于，圖12的裝置具有設(shè)置在電子源基片110和面板86之間的柵極120。
圖12中，條狀柵極120設(shè)置在基片100與面板86之間與梯狀器件行相垂直用于調(diào)制從表面導(dǎo)電型電子發(fā)射器件所發(fā)射電子束，每一柵極設(shè)有對(duì)應(yīng)于各個(gè)電子發(fā)射器件的通孔121使得電子束可以從其通過。然而注意，雖然在圖12中示出條狀柵極，電極的外形和位置是不限于此的。例如，它們可另外設(shè)有網(wǎng)狀開孔并配置在周圍或者接近表面導(dǎo)電型電子發(fā)射器件。
用于柵極的外部端子122和外部端子123與控制電路(未示出)電連接。
對(duì)于與逐行驅(qū)動(dòng)(掃描)電子發(fā)射器件的操作同步的一圖象的單一行，具有上述結(jié)構(gòu)的成象裝置通過向柵極行同時(shí)施加調(diào)制信號(hào)可用于電子束發(fā)射的操作，使得該圖象可逐行被顯示。
于是根據(jù)本發(fā)明并具有上述配置的顯示裝置能夠具有工業(yè)和商業(yè)用途的廣泛變化，因?yàn)槠洳僮骺勺鳛殡娨晱V播的顯示裝置，可視電話會(huì)議的終端裝置，靜止和移動(dòng)畫面的編輯裝置，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的終端裝置，包含感光鼓的光學(xué)打印機(jī)，以及其它多種用途。
現(xiàn)在通過例子說明本發(fā)明。然而應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明是不限于這些例子的，在不背離本發(fā)明的范圍之下這些例子可以有各種修改和變化。(例子1-2，比較例子1)圖1A和1B簡略示出這些例子中所制備的電子發(fā)射器件。將參見圖3A到3C說明用于制造每一電子發(fā)射器件的工藝過程。步驟-a每一例子中，在徹底清洗了堿石灰玻璃板后，通過濺涂在其上形成一氧化硅膜厚度達(dá)0.5μm而產(chǎn)生基片1，在該基片上對(duì)應(yīng)于一對(duì)電極的模樣形成具有開口的光刻膠(RD-2000-41從Hitachi Chemical Co.,Ltd可得)模樣。然后通過真空蒸發(fā)順序形成Ti膜和Ni膜分別達(dá)到厚度5nm和100nm。然后光刻膠以有機(jī)溶劑融解掉并且Ti/Ni膜被揭開而產(chǎn)生一對(duì)器件電極4和5。該器件電極分離開10μm的距離L并具有300μm的長度W1(圖3A)。
為了產(chǎn)生導(dǎo)電薄膜3，通過真空蒸發(fā)在該器件上形成一Cr將膜達(dá)100μm厚度，并然后一對(duì)應(yīng)于導(dǎo)電薄膜模樣的開口通過光刻形成。之后利用旋轉(zhuǎn)涂器向Cr膜施涂一種有機(jī)Pd溶液(ccp4230從Okuno Pharmaceutical Co.,Ltd可得)并在空氣中以300℃焙燒10分鐘。步驟-c以濕蝕除去Cr掩膜，并且PdO細(xì)顆粒膜被揭開而獲得具有所需外形的一導(dǎo)電薄膜3(圖3B)。步驟-d上述器件置于如圖5所示的測(cè)量系統(tǒng)的真空腔55中，并利用真空泵裝置56抽空該系統(tǒng)的真空腔55，對(duì)于例子1達(dá)到1.3×10-3Pa壓力，對(duì)于例子2達(dá)到1.3×10-2Pa壓力，并此后含有98％的N2和2％的H2的混合氣體被導(dǎo)入真空腔55。對(duì)于比較例1，真空腔抽空達(dá)到1.3×10-3Pa壓力，但是沒有混合氣體導(dǎo)入。然后，在器件電極4和5之間施加一脈沖電壓進(jìn)行電形成過程并在導(dǎo)電薄膜3中產(chǎn)生一電子發(fā)射區(qū)2。該脈沖電壓為三角脈沖電壓，其峰值隨時(shí)間如圖23B所示逐漸增加。使用T1=1毫秒的脈寬和T2=10毫秒的脈沖間隔。在電形成過程中，一額外的0.1V的三角脈沖(未示出)插入到形成脈沖電壓的間隔之中以便確定電子發(fā)射器件的電阻，并在該電阻超過1MΩ時(shí)該電形成過程終止。然后，該真空腔被抽空。在這步驟結(jié)束時(shí)，對(duì)于每一例子制備了電子發(fā)射區(qū)2(圖3C)。
此步驟期間，對(duì)于流過器件的最大電流，或者形成電流Iform，為獲得Iform而施加的電壓，或者Vform，以及兩者的乘積，或者形成功率Pform，也進(jìn)行了觀察。
表1示出對(duì)于此三個(gè)參數(shù)所獲得的數(shù)值。表1Iform(mA) Iform(V) Pform(mP)例子18.0 9.8 71例子27.1 9.9 78比較例子111.910.8129步驟-e此后，進(jìn)行一活化過程。
此步驟中真空腔55中的壓力為1.3×10-3Pa。該活化過程通過施加波形高度14V的三角脈沖電壓達(dá)20分鐘進(jìn)行。步驟-f然后，進(jìn)行一穩(wěn)定化過程。
該步驟中，真空泵裝置56從抽吸泵和離子泵切換到一超高真空泵裝置，并且真空腔55中的器件加熱到120℃約為10小時(shí)，保持真空腔中的壓力相當(dāng)?shù)汀?br> 陽極54和器件分開5mm的距離H，并且從高壓電源53向陽極54施加1kV的電壓。
向該電子發(fā)射器件施加波高為14V的一脈沖電壓以便在這一條件下觀察器件電流If及發(fā)射電流Ie。該真空腔顯示其內(nèi)部壓力為4.3×10-5Pa。
對(duì)于每一器件獲得Ie=0.9μA,及If=1.0mμ的數(shù)值。(例子3，比較例子2)每一例子中所制備的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件與例子1和2中的類似，所不同在于器件電極之間的距離L=2μm。遵循用于例子1和2的上述步驟a到c，對(duì)于例子3和比較例子2的每一個(gè)在基片1上形成一對(duì)器件電極4和5以及導(dǎo)電薄膜3(圖3B)。步驟-d器件置于真空腔之中并抽空該真空腔。然后對(duì)于例子3，向真空腔55導(dǎo)入丙酮升高內(nèi)部壓力達(dá)到1.3×10-2Pa。如同在例子1和2中那樣，在器件電極2和3之間施加用于增能形成的脈沖電壓以便在導(dǎo)電薄膜3中產(chǎn)生一電子發(fā)射區(qū)2(圖3C)。
對(duì)于比較例子2，不導(dǎo)入丙酮，并且在施加用于增能形成的脈沖電壓之前真空腔抽空到不高于1.3×10-3Pa。
表2示出對(duì)于例子3和比較例子2所獲得的Iform、Iform、Pform的數(shù)值。
表2 IformVform Pform例子3 3.5 5.218比較例2 10.0 6.060然后如同例子1和2那樣進(jìn)行活化過程和穩(wěn)定化過程。當(dāng)觀察電子發(fā)射性能時(shí)，例子3的器件工作得如同例子1和2那樣好。(例子4，比較例子3)每一例子中，制備了包含裝設(shè)在一基片上大量的表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件并裝有一矩陣導(dǎo)線配置的的一個(gè)電子源。
圖14是這些例子中制備的電子源的局部平面圖。圖15是沿線15-15所取的剖視圖。注意，與圖14、15和16A到16H中彼此類似的或相同的部件標(biāo)以相同的標(biāo)號(hào)。
71表示基片，72和73分別表示X-方向?qū)Ь€(下導(dǎo)線)及Y-方向?qū)Ь€(上導(dǎo)線)。另外，還示出一導(dǎo)電薄膜3，器件電極4和5，中間絕緣層131以及接觸孔132用于電連接器件電極4和下導(dǎo)線72。
現(xiàn)在參見圖16A到16H說明用于制造成象裝置的方法。注意以下的制造步驟，或步驟A到步驟H分別對(duì)應(yīng)于圖16A到16H。步驟-A在徹底清洗了堿石灰玻璃板后，通過濺涂在其上形成氧化硅膜厚度達(dá)0.5μm而產(chǎn)生基片72，在該基片上順序形成Cr和Au厚度分別為5nm和600nm，然后利用旋轉(zhuǎn)涂器在其上形成光刻膠(AZ1370從Hoechst Corporation可得)并焙燒。此后，一光掩膜圖象曝光進(jìn)行光化學(xué)顯象以產(chǎn)生一用于下導(dǎo)線72的抗蝕模樣，并然后沉積的Au/Cr膜被濕蝕以便實(shí)際產(chǎn)生具有所需外形的下導(dǎo)線72。步驟-B通過RF濺涂形成作為中間絕緣層131的氧化硅膜達(dá)1.0μm的厚度。
步驟-C制備一個(gè)光刻膠模樣以便在步驟-B所沉積的膜中產(chǎn)生一接觸孔132，然后該接觸孔實(shí)際上應(yīng)用光刻膠模樣作為掩膜通過蝕刻中間絕緣層131而形成。一種使用CF4和H2的RIE(活性離子蝕刻)技術(shù)用來進(jìn)行蝕刻操作。步驟-D
然后，對(duì)于一對(duì)器件電極4和5及分開電極的間隙L形成光刻膠模樣，然后通過真空蒸鍍順序在其上沉積Ti和Ni分別達(dá)到厚度5nm和50nm。光刻膠模樣溶解于有機(jī)溶劑并且Ni/Ti沉積膜應(yīng)用剝離技術(shù)處理而產(chǎn)生一對(duì)器件電極4和5，具有寬度W1=300μm并且彼此分開距離為L=10μm。步驟-E在器件電極4和5上對(duì)于上導(dǎo)線73制備一光刻膠模樣，并且通過真空蒸發(fā)順序沉積Ti和Au達(dá)到各自厚度為5nm和500nm。通過剝離技術(shù)去除光刻膠所有不需要的部分產(chǎn)生一具有所需外形的上導(dǎo)線73。步驟-F然后，通過真空蒸發(fā)形成一Cr薄膜133達(dá)到100nm的膜厚，并應(yīng)用一個(gè)掩膜成形而產(chǎn)生一所需的外形，該掩膜具有對(duì)于分開器件電極及其鄰域的間隙L的一開口。在Cr薄膜上通過旋轉(zhuǎn)涂器施涂Pd胺混合物溶液(ccp4230從OkunoPharmaceutical Co.,Ltd?？傻?并在300℃焙燒12分鐘而產(chǎn)生一PdO細(xì)顆粒薄膜134，具有70nm的膜厚。步驟-G通過濕蝕Cr薄膜133連同PdO細(xì)顆粒薄膜134任何不需要的部分一同被去除，應(yīng)用酸蝕劑產(chǎn)生一具有所需外形的導(dǎo)電薄膜3。導(dǎo)電薄膜3顯示出膜厚為7nm，電阻為Rs=2.1×104Ω/□。步驟-H應(yīng)用掩膜向整個(gè)表面施涂抗蝕劑并曝光。然后，該抗蝕劑被光化學(xué)顯象并僅僅除去在接觸孔132的區(qū)域中的抗蝕劑。此后，通過真空蒸發(fā)順序沉積Ti和Au達(dá)各自厚度為5nm和500nm，并且接觸孔132通過借助于剝離技術(shù)去除不必要的區(qū)域而被掩蓋。
作為以上的步驟的結(jié)果，對(duì)于每一器件在基片71上形成了一下導(dǎo)線72，一中間絕緣層131，一上導(dǎo)線73，一對(duì)器件電極4和5以及導(dǎo)電薄膜3，作為整體，多個(gè)導(dǎo)電薄膜3由下導(dǎo)線73和上導(dǎo)線72連接起來形成電子源基片上的一矩陣導(dǎo)線圖形，該圖形將進(jìn)行增能形成處理。
然后，尚未經(jīng)過增能形成處理的所制備的電子源基片通過下述步驟用于制備一成象裝置。這將參見圖8,9A和9B進(jìn)行說明。
在固定一電子源基片71到后板81上之后，一面板86(在玻璃基片83的內(nèi)表面上帶有熒光膜84和金屬襯85)設(shè)置在基片71以上5mm處其間配有支撐框82，并且然后向面板86、支撐框82和后板81的接觸區(qū)域施涂燒結(jié)玻璃，并在400℃于空氣中焙燒10分鐘以便氣密封該容器。基片71也通過燒結(jié)玻璃固定在后板81上。
雖然如果該裝置用于黑白圖象，則熒光膜84僅由一種熒光體組成，但是這個(gè)例子(圖9A)的熒光膜84是通過首先形成黑條文91并以條狀原色熒光部件92填充其間隙。該黑條文是由普通包含石墨為主要成分的材料制成的。一種涂漿(slurry)技術(shù)用于向玻璃基片71施涂熒光物質(zhì)。
一金屬襯85設(shè)置在熒光膜84的內(nèi)表面。制備了熒光膜之后，通過在熒光膜84的內(nèi)表面進(jìn)行磨光操作(通常稱為“成膜”)并然后通過真空蒸發(fā)在其上形成一鋁層而制備成金屬襯85。
對(duì)于以上粘合操作，為了保證彩色熒光件與電子發(fā)射器件之間精確的位置對(duì)應(yīng)，部件要仔細(xì)找正。
該成象裝置然后置于一真空處理系統(tǒng)之中，該真空腔被抽空以降低內(nèi)部氣壓到小于1.3×10-3Pa。之后，N2和H2的含量分別為98％和2％的混合氣體導(dǎo)入該真空容器之中直至其內(nèi)部氣壓升至5×10-2Pa。
圖21示出用于在這些例子中的每一個(gè)施加脈沖電壓的導(dǎo)線配置的示意圖。參見圖21,Y-方向?qū)Ь€73通過連接其外部端子Doy1到Doyn向公共電極1401而共同連接到一公共電極1401并進(jìn)而連接到脈沖產(chǎn)生器1402的接地側(cè)端子。X-方向?qū)Ь€72利用其外部端子Dox1到Doxm被連接到控制開關(guān)電路1403(圖21中m=20,n=60)。該開關(guān)電路如圖21中簡略所示為每一外部端子設(shè)計(jì)指向或者為脈沖產(chǎn)生器1402或者為接地。
為了進(jìn)行增能形成處理過程，通過開關(guān)電路1403選擇沿X-方向排布的器件行之一，向其施加一脈沖電壓，并在施加該脈沖電壓之后，另一器件行被選擇以施加脈沖電壓。以這種方式，所有的器件行逐行地經(jīng)受脈沖電壓。所施加的脈沖電壓類似于例子1或2中所應(yīng)用的脈沖電壓。
如同上述的增能形成過程也在比較例子3的裝置上使用類似的脈沖電壓進(jìn)行，所不同在于在該裝置經(jīng)受增能形成過程之前不導(dǎo)入混合氣體并且真空腔抽空到1.3×10-3Pa。
然后，進(jìn)行活化過程。在這一操作階段，真空腔顯示氣壓為2.7×10-3Pa。如同增能形成那樣具有波高14V脈寬30微秒的三角脈沖電壓施加到器件行。
在活化過程之后，外殼再次抽空降低內(nèi)部氣壓到大約13×10-4Pa，這時(shí)加熱真空腔，抽氣管(未示出)以氣體噴燈加熱熔化氣密封外殼。最后裝在外殼內(nèi)的吸氣劑(未示出)以高頻加熱方法加熱進(jìn)行吸氣過程。
然后，經(jīng)過以上步驟所生產(chǎn)的成象裝置通過應(yīng)用單矩陣導(dǎo)線向電子發(fā)射器件施加來自信號(hào)產(chǎn)生器(未示出)的掃描信號(hào)和調(diào)制信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)，以引起電子發(fā)射器件順序地發(fā)射電子。然后對(duì)于每一器件觀察其發(fā)射電流Ie以確定器件性能的變化情形。發(fā)現(xiàn)對(duì)于例子4的裝置變化范圍在5％之內(nèi)而比較例子3的變化范圍在15％之內(nèi)，從而證明了前者遠(yuǎn)優(yōu)于后者。
可以肯定地說，前者高超的性能是由于在含有促進(jìn)導(dǎo)電薄膜凝聚的物質(zhì)的氣氛中進(jìn)行增能形成過程的結(jié)果，使得對(duì)于增能形成需要較低的電流，因而由于導(dǎo)線電阻所引起的壓降較小，減小了用于增能形成向器件所施加電壓的變化并對(duì)于器件提供了均勻的條件。(例子5-1到5-6，比較例子4)這些例子的每一個(gè)中，制備了具有如圖1A和1B中簡略表示的結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射器件。將參見圖3A到3C說明這些例子。步驟-a
每一例子中，以洗滌劑、清水和有機(jī)溶劑徹底清洗一基片1之后，通過濺涂在基片1上沉積用于器件電極的Pt達(dá)50nm厚度。通過用一個(gè)具有對(duì)應(yīng)于器件電極外形的開口的掩膜覆蓋基片而形成器件電極4、5，電極分開3μm的距離L(圖3A)。步驟-b為了產(chǎn)生一導(dǎo)電薄膜3，通過真空蒸發(fā)在器件上形成一Cr掩膜(未示出)達(dá)50nm的厚度，并然后通過光刻形成對(duì)應(yīng)于導(dǎo)電薄膜模樣的開口。該開口寬度為100μm。步驟-c然后，利用旋轉(zhuǎn)涂器向Cr膜施涂一種有機(jī)Pd溶液(ccp4230從Okuno Pharmaceutical Co.,Ltd可得)并在空氣中以310℃焙燒產(chǎn)生包含氧化鈀(PdO)作為主要成分的細(xì)顆粒(平均直徑為5nm)導(dǎo)電薄膜3。該薄膜厚度大約為6nm。然后，以濕蝕除去Cr掩膜，并且PdO細(xì)顆粒膜被剝離而獲得具有所需外形的一導(dǎo)電薄膜3。該導(dǎo)電薄膜3顯示出電阻為Rs=4.0×104Ω/□(圖3B)。步驟-d上述器件置于圖5所示的測(cè)量系統(tǒng)的真空腔中并從用于施加器件電壓Vf的電源51向器件電極4和5之間施加一脈沖電壓，以便進(jìn)行電形成過程并在導(dǎo)電薄膜3中產(chǎn)生一電子發(fā)射區(qū)2。
參見以上例子5如圖4A中所示，用于增能形成的脈沖電壓為矩形形脈沖電壓。在開始階段，脈沖波高隨時(shí)間逐漸上升直至達(dá)到Vh。此后保持Vh的電平達(dá)時(shí)間周期Th。使用的脈寬T1=1毫秒，脈沖間隔T2=100毫秒。持續(xù)時(shí)間Th為10分鐘。波高電壓Vh對(duì)于例子5-1為6V，對(duì)于例子5-2為10V，對(duì)于例子5-3為14V，對(duì)于例子5-4為18V。對(duì)于每種條件使用了兩個(gè)器件。在脈沖波高保持在Vh時(shí)，器件電阻逐漸上升，流經(jīng)器件的電流逐漸下降。10分鐘后，T1修改為5毫秒。然后，在施加幾個(gè)脈沖之后，器件電阻上升到1MΩ以上，這時(shí)增能形成過程終止(圖3C)。
如圖19所示矩形脈沖電壓施加到比較例子4的器件，選擇T1=1毫秒，T2=10毫秒的電壓。脈沖波高從0V逐漸增加。圖20顯示流經(jīng)器件的電流與所施加的脈沖電壓的波高之間的關(guān)系。直到電壓達(dá)到4.5V之前該器件顯示出不變的電阻，這時(shí)電阻開始少許下降，并且然后當(dāng)電壓降到最低電平6V時(shí)迅速上升。當(dāng)電阻超過1MΩ時(shí)增能形成過程終止。
通過電子顯微鏡對(duì)于例子5-1到5-4以及比較例子4的兩個(gè)器件之一的電子發(fā)射區(qū)進(jìn)行了觀察。
步驟-e然后，對(duì)于每一個(gè)例子中的兩個(gè)器件中的另一個(gè)器件通過在真空腔55中放置器件進(jìn)行活化過程。對(duì)于這一過程，丙酮導(dǎo)入真空腔55，波高15V、寬度1ms間隔10ms間隔10ms的矩形脈沖電壓在1.3×10-2,Pa下加到器件電極4和5之間15分鐘。步驟f然后進(jìn)行穩(wěn)定化處理，真空腔被抽空，這時(shí)加熱6小時(shí)直到真空腔55中的氣壓達(dá)到大約106Pa。
此外，對(duì)于例子5-5和5-6如同例子5-1和5-3的情形那樣制備電子發(fā)射器件，所不同在于對(duì)于它們的活化過程選擇25分鐘的持續(xù)時(shí)間。
所制備的每一器件被驅(qū)動(dòng)在真空腔中操作，保持內(nèi)部氣壓不變，以便觀察器件電流If和發(fā)射電流Ie。
陽極54和該器件分離開5mm的距離H，并向陽極54從高壓電源53施加1KV的電壓。波高15V的脈沖電壓施加到該電子發(fā)射器件。器件電極4是陽極，器件電極5是器件的陰極。
表3示出觀察的結(jié)果表3Vh 活化時(shí)間IfIe裂縫寬度電壓適用長度(V)(min.) (mA) (μA) (nm)(nm)例子5-1 6 15 1.01.320 3.0例子5-2 10 15 0.91.130 4.5例子5-3 14 15 0.91.150 5.0例子5-4 18 15 0.70.91006.0例子5-5 6 25 1.01.520 3.5例子5-6 14 25 1.01.450 5.5比較例4 - -1.2 1.0 40-100 5.5作為通過電子顯微鏡觀察的結(jié)果，例子5組具有Vh=6V,10V,和14V的器件顯示出在電子發(fā)射區(qū)的整個(gè)長度上不大于50nm的寬度均勻整形的裂縫。在Vh=18V的情形下，裂縫寬度超過50nm，但是顯示出相當(dāng)均勻的數(shù)值。相反，例子4的器件顯示出裂縫寬度在40到100nm隨機(jī)變化，因而不能確定其平均值。
在例子5組中經(jīng)受活化過程和后繼處理的每一器件中碳膜基本上在整個(gè)電子發(fā)射區(qū)2上形成表明電子已經(jīng)從整個(gè)電子發(fā)射區(qū)2的表面發(fā)射。另一方面，在比較例子4的情形，在電子發(fā)射區(qū)2的部分上沒有碳膜形成。這可能與發(fā)射電流Ie的水平相關(guān)。
例子5組的每一個(gè)器件顯示出器件電流If小于比較例子4的器件電流。這可能是因?yàn)榍罢叩钠骷碾娮影l(fā)射區(qū)中形成了均勻的裂縫，因而在后繼的活化步驟之中器件被均勻地活化抑制了任何漏電流的產(chǎn)生。由于比較例子4器件的電子發(fā)射區(qū)的裂縫不均勻，該電子發(fā)射區(qū)可能被不均勻地活化而在區(qū)域的部分中產(chǎn)生漏電流通道。
當(dāng)例子5-1和5-3的器件同例子5-5和5-6的器件比較時(shí)，具有寬度30nm的裂縫的器件雖然對(duì)于活化步驟應(yīng)用了較長的持續(xù)時(shí)間但是沒有顯示出Ie和If的變化也沒有電壓適用長度的變化。然而，具有裂縫寬度50nm的器件的Ie和If明顯上升，證明它具有減小的電壓適用長度。從這些觀察可以明白，如果實(shí)現(xiàn)了均勻裂縫寬度，則通過延長活化過程持續(xù)時(shí)間可減小電壓適用長度并增加Ie?？墒菓?yīng)當(dāng)注意，在上述活化條件下電壓適用長度的極限為3.0nm。換言之，即使器件的裂縫寬度顯示出相當(dāng)大的變化，通過應(yīng)用長時(shí)間周期的活化也可保持Ie和電壓適用長度在基本不變的水平。通過應(yīng)用短的裂縫寬度可減小達(dá)到極限數(shù)值所需的時(shí)間。(例子6-1到6-4，比較例子5)例子6-1到6-4的器件按照例子5-1到5-4的步驟制備。用于測(cè)量器件性能和觀察器件的過程也與前述的例子相同。
例子6組器件的增能形成過程在包含H2氣壓水平為1.3Pa的氣氛的中進(jìn)行。對(duì)于每一器件，當(dāng)施加脈沖電壓Vh，器件電阻超過1MΩ時(shí)增能形成過程終止。
對(duì)于比較例子5的器件，增能形成過程在氣壓1.3×10-5Pa的真空度以及T1=1毫秒，T2=毫秒，Vh=6V之下進(jìn)行30分鐘。器件的電阻逐漸增加，但是從不超過1MΩ。表4示出觀察結(jié)果。表4Vh IfIe裂縫寬度 電壓適用長度(V) (mA) (μA)(nm)(nm)例子6-16 1.0 2. 15 3.0例子6-2100.9 1.8 20 3.5例子6-3140.8 1.7 50 4.0例子6-4180.8 1.3 80 5.0比較例56 1.5 1.0 ≥35≥5.0作為通過電子顯微鏡觀察的結(jié)果，例子6組具有Vh=6V,10V和14V的器件顯示出具有在整個(gè)電子發(fā)射區(qū)的長度上不大于50nm的寬度的均勻整形的裂縫。在具有Vh=18V的器件的情形，裂縫寬度超過50nm，但是顯示出相當(dāng)均勻的數(shù)值。相反，比較例子5的器件顯示出具有小于35nm的寬度的裂縫并且不足，因而在一定的位置導(dǎo)電薄膜可能被分流。
在以上例子6組中經(jīng)受活化過程和后繼處理的每一器件中，碳膜基本上在整個(gè)電子發(fā)射區(qū)2上形成，表明電子已經(jīng)從整個(gè)電子發(fā)射區(qū)2的表面發(fā)射。另一方面，在比較例子5的情形，在電子發(fā)射區(qū)2的部分上沒有碳膜形成。這可能與發(fā)射電流Ie的水平相關(guān)。
例子6組的每一個(gè)器件顯示出器件電流If小于比較例子5的器件電流。這可能是因?yàn)榍罢叩钠骷碾娮影l(fā)射區(qū)中形成了均勻的裂縫，因而在后繼的活化步驟之中器件被均勻地活化抑制了任何漏電流的產(chǎn)生。在比較例子5的器件中的一定位置，電子發(fā)射區(qū)可能被分流，區(qū)域中提供了一個(gè)或者多個(gè)漏電流通道。
正如比較表3和表4可以明白那樣，當(dāng)與例子5組的那些器件比較時(shí)，在例子6組的器件中觀察到裂縫寬度和電壓適用長度的減小和發(fā)射電流的增加。這可能是由于對(duì)于前者的器件增能形成過程是在含有H2的氣氛中進(jìn)行的，促進(jìn)了導(dǎo)電薄膜的化學(xué)還原和凝聚，而對(duì)于后者的器件該過程是在真空中進(jìn)行的。于是明顯地，對(duì)于前者器件增能形成過程中的功耗減小使得裂縫變得狹窄。
對(duì)于比較例子5的器件，由于在施加脈沖電壓達(dá)到Vh并保持在那樣的水平之后沒有延長T1，可能形成了漏電流通路。(例子7-1到7-4)這些例子的器件的制備遵循例子5-1到5-4的步驟。
這些例子的每一個(gè)之中，通過濺涂Pt形成導(dǎo)電薄膜3。導(dǎo)電薄膜3顯示出膜厚約為2.5nm，電阻為Rs=3.5×104Ω/□。用于例子7-1到7-4的增能形成過程真空腔中的氣氛分別為(1)真空(約為1.3×104Pa),(2)H21.3Pa,(3)CO 130Pa,(4)丙酮1.3×103Pa。所施加的脈沖電壓具有T1=1毫秒，T2=100毫秒，Vh=10V以及Th=10分鐘。雖然電阻是逐漸上升的，除了使用H2的例子之外該電阻不超過1MΩ。在每一例子中，當(dāng)脈沖波高上升到12V時(shí)，在施加幾個(gè)脈沖之后電阻超過1MΩ，從而增能形成過程終止。
增能形成過程之后，整個(gè)真空腔55加熱到180℃并抽空6小時(shí)以便減小內(nèi)部氣壓達(dá)到大約1.3×103Pa用于活化過程。
表5示出觀察結(jié)果。表5氣氛 If Ie 裂縫寬度 電壓適用長度(mA)(μA) (nm)(nm)例子7-1真空 1.0 1.5.15 3.5例子7-2 H20.9 2.0 10 3.0例子7-3 CO1.0 1.4 15 4.0例子7-4丙酮 1.0 1.4 15 4.0
作為通過電子顯微鏡觀察的結(jié)果，在經(jīng)受增能形成過程之后，所有的器件顯示出在電子發(fā)射區(qū)的整個(gè)長度上寬度小于20nm的均勻的裂縫。這一例子組的每一器件的裂縫都小于例子5和6組以及比較例子4和5的任何器件的裂縫。這可以解釋為以下事實(shí)，即裂縫寬度變化是與導(dǎo)電薄膜的材料相關(guān)的，而這些器件的導(dǎo)電薄膜的材料具有高于前述例子的材料的熔點(diǎn)。
在活化過程之后，這一例子組的每一個(gè)器件顯示出碳膜在整個(gè)電子發(fā)射區(qū)2上均勻地形成，表明電子已經(jīng)基本上從整個(gè)電子發(fā)射區(qū)的表面發(fā)射。
這一例子組的器件顯示出器件電流小于比較例子4和5的任何器件的電流。這可能是因?yàn)槠骷闲纬闪司鶆虻牧芽p，因而沒有形成漏電流通路，并且在這一例子組的每一器件中電子發(fā)射區(qū)被均勻地活化。
正如觀察表5可以明白，在含有H2的氣氛中進(jìn)行增能形成過程的器件顯示出比任何其它器件較小的裂縫寬度和較大的發(fā)射電流。這可能是由于導(dǎo)電薄膜的凝聚由于H2的存在而被促進(jìn)，并且增能形成過程是在減小的電流水平下進(jìn)行的，因而減小了裂縫的寬度。另一方面，如同在真空的情形那樣，CO和丙酮沒有顯示出對(duì)于促進(jìn)Pt顆粒凝聚的任何效果。(例子8-1和8-2)這些例子的器件的制備如同例子5-1和5-4的情形，所不同之點(diǎn)如下。
這些例子的每一個(gè)之中，導(dǎo)電薄膜3如同例子組5的情形中那樣由PdO細(xì)顆粒制成。用于增能形成的脈沖電壓是矩形脈沖，T1=1毫秒，T2=100毫秒，以及Vh=6.0V。在Vh=6.0V保持不變時(shí)電阻逐漸上升，并且當(dāng)脈沖波高上升到7.0V電阻超過1MΩ時(shí)，增能形成過程終止。
用于例子8-1和8-2的增能形成過程的真空腔中的氣氛分別為(1)CO 13Pa，(2)丙酮1.3×10-3Pa。
表6示出觀察的結(jié)果。表6氣氛IfIe 裂縫寬度電壓適用長度(mA) (μA)(nm) (nm)例子8-1 CO1.01.6 25 3.5例子8-2 丙酮 1.01.6 28 3.2如前所述，在例子組7中導(dǎo)電薄膜由Pt制成，CP和丙酮沒有顯示出對(duì)于促進(jìn)導(dǎo)電薄膜凝聚的任何作用。與此相反，在這一例子組中促進(jìn)了導(dǎo)電薄膜的化學(xué)還原和生成物的凝聚，達(dá)到減小增能形成過程的功耗和裂縫寬度。對(duì)于導(dǎo)電薄膜應(yīng)用其它易還原的金屬氧化物可提供類似的效果。(例子9-1到9-5)這些例子的器件的制備如同例子5-1和5-4的情形，所不同之點(diǎn)如下。
這些例子的中，增能形成過程在1.3×10-4Pa的真空中進(jìn)行，用于增能形成的脈沖電壓是矩形脈沖，T1=1毫秒，以及可變的T2對(duì)于各個(gè)例子分別為(1)2毫秒，(2)5毫秒，(3)10毫秒，(4)100毫秒，以及(5)1秒。選擇不變的電壓Vh=6.0V。在Vh=6.0V保持不變時(shí)電阻逐漸上升，并且此后Vh上升到7.0V看到器件電阻超過1MΩ時(shí)增能形成過程終止。
表7示出觀察的結(jié)果。表7T2 IfIe裂縫寬度電壓適用長度(毫秒) (mA) (μA)(nm) (nm)例子9-12 1.00.8 50 4.5例子9-25 1.01.0 45 4.2例子9-3101.01.2 40 4.0例子9-4100 1.01.5 30 3.0例子9-51000 1.01.5 30 3.0從以上表7可見，裂縫寬度，電壓適用長度和電子發(fā)射性能與用于增能形成的脈沖間隔T2相關(guān)。這可能歸因于這樣的事實(shí)，如果脈沖間隔T2與脈寬T1相比不大，則施加脈沖電壓所產(chǎn)生的熱量在器件中積累而提高了電子發(fā)射區(qū)的溫度并擴(kuò)大了裂縫寬度。因而，T2較好是五倍于更好是十倍于最好是一百倍于T1。(例子10，比較例子6)這些例子的每一個(gè)，在圖13所示的單一基片上制備多個(gè)器件，每一器件具有如圖1A和1B所示的結(jié)構(gòu)。這些例子的器件是遵循例子5-1到5-4的步驟制備，測(cè)量和觀察的。
這些例子的每一個(gè)之中，通過濺涂Pt形成每一器件的導(dǎo)電薄膜3。導(dǎo)電薄膜3顯示出膜厚約為1.5nm，電阻為Rs=5×104Ω/□。
這些例子的每一個(gè)增能形成過程在大約1.3×10-4Pa的真空中進(jìn)行。用于增能形成的脈沖電壓是矩形脈沖，T1=1毫秒，T2=100毫秒，Vh=5.5V，以及Th=10分鐘。在保持該電壓達(dá)預(yù)定時(shí)間后，T1變?yōu)?毫秒，器件電阻超過1MΩ，這時(shí)增能形成過程終止。
對(duì)于兩個(gè)例子電壓為與比較例1相同的逐漸增加波高的矩形脈沖電壓。
對(duì)于例子10應(yīng)用22V的器件電壓，而對(duì)于比較例子6的器件電壓選擇18V。從變化的角度對(duì)于If和Ie具體進(jìn)行了觀察。
表8示出觀察的結(jié)果。表8VfIfΔIfIeΔIe裂縫寬度(V) (mA) (％) (μA) (％) (nm)例子 10321.04.81.14.650比較例子 6 181.126 1.03140-100通過電子顯微鏡的觀察結(jié)果，例子10器件顯示出在經(jīng)過增能形成后的整個(gè)電子發(fā)射區(qū)上具有不大于50nm的均勻?qū)挾鹊牧芽p，而經(jīng)過增能形成過程的比較例子6的器件顯示出從40到100nm變化的寬度的不均勻裂縫。
經(jīng)過活化過程后的步驟的每一個(gè)器件中，碳膜在整個(gè)電子發(fā)射區(qū)上形成，表明電子已經(jīng)從那樣的區(qū)域的整個(gè)表面區(qū)域發(fā)射。與此相反，在比較例子6的電子發(fā)射區(qū)2的部分上沒有碳膜。
于是，根據(jù)本發(fā)明所制備的器件實(shí)現(xiàn)了均勻的電子發(fā)射性能。(例子11)這例子的器件的制備如同例子5-1和5-4的情形，所不同之點(diǎn)如下。
這例子之中，器件電極分開2μm的距離L。導(dǎo)電薄膜如同例子組5的情形中那樣由PdO細(xì)顆粒制成并顯示出膜厚約為6nm，電阻Rs=4.2×104Ω/□。增能形成過程在10-6的真空中進(jìn)行。用于增能形成的脈沖電壓是矩形脈沖，T1=1毫秒，T2=100毫秒，Vh=5.5V，以及Th=10分鐘。在預(yù)定時(shí)間后，T1變?yōu)?毫秒，看到器件電阻超過1MΩ，這時(shí)增能形成過程終止。
活化過程在真空腔55中進(jìn)行，導(dǎo)入WF6以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部氣壓為1.3×10-1Pa。這時(shí)，施加T1=2毫秒，T2=10毫秒，波高為20V的矩形脈沖電壓。基片加熱到150℃。
對(duì)于穩(wěn)定化過程，真空腔加熱到200℃并抽空2小時(shí)直至氣壓降低到大約10-6Pa。
為了觀察性能，向器件施加了波高20V的脈沖電壓。
表9示出觀察結(jié)果。表9IfIe裂縫寬度電壓適用長度(mA) (μA)(nm) (nm)例子8-1 1.02.0 30 3.8通過電子顯微鏡的觀察結(jié)果，該例子器件顯示出在增能形成后的整個(gè)電子發(fā)射區(qū)上具有30nm的均勻?qū)挾鹊牧芽p，而經(jīng)過增能形成過程的比較例子的器件顯示出從40到100nm變化的寬度的不均勻裂縫。經(jīng)過活化過程后的步驟之后，W薄膜觀察到在整個(gè)電子發(fā)射區(qū)2上形成，表明電子已經(jīng)從電子發(fā)射區(qū)的整個(gè)表面發(fā)射。
于是，根據(jù)本發(fā)明所制備的器件實(shí)現(xiàn)了均勻且優(yōu)異的電子發(fā)射性能。(例子12，比較例子7)這例子的器件的制備遵循例子5-1和5-4的步驟。
這些例子之中每一個(gè)，借助于濺涂沉積Ni形成器件電極。器件電極分開50nm的距離L。導(dǎo)電薄膜由PdO細(xì)顆粒制成并具有膜厚10nm。該薄膜顯示出電阻Rs=8×104Ω/□。
例子12中，用于增能形成過程的是三角形脈沖電壓如圖23A所示具有T1=100微秒，T2=10毫秒。脈沖波高保持在10V不變的水平。流經(jīng)器件的電流顯示出峰值為2.5mA。真空腔中的氣氛開始等于1.3×10-4Pa，然后在導(dǎo)入H22％-N298％混合氣體后上升到1.3×10-3Pa。
流經(jīng)器件的電流在混合氣體導(dǎo)入后逐漸下降，并且在氣體開始導(dǎo)入后3分鐘回升到0.5mA。并突然下降到10μA在這其間最大功耗率為85mW。
對(duì)于比較例子7的器件通過施加如圖23B所示的具有漸增波高的三角形脈沖電壓進(jìn)行增能形成起始波高為5V，逐漸增加到增能形成過程終止時(shí)的14V。在這其間，最大電流為10.5mA，最大功耗率為147mW。真空腔保持在1.3×10-4Pa。通過向器件施加20V的三角形脈沖電壓觀察每一器件的If和Ie。
表10示出觀察結(jié)果。表10氣氛 If Ie(mA) (μA)例子12 H2-N21.51.8比較例子7 真空 0.81.2(例子13)這例子的器件的制備遵循例子5-1和5-4的步驟。
這些例子之中每一個(gè)，借助于濺涂沉積Ni形成器件電極。器件電極分開50nm的距離L。導(dǎo)電薄膜由PdO細(xì)顆粒制成并具有膜厚10nm。該薄膜顯示出電阻率Rs=8×104Ω/□。
例子12中，用于增能形成過程的是三角形脈沖電壓如圖23A所示具有T1=100微秒，T2=10毫秒。脈沖波高保持在10V不變的水平。流經(jīng)器件的電流顯示出峰值為2.5mA。真空腔中的氣氛開始等于1.3×10-4Pa，然后在導(dǎo)入H22％-N298％混合氣體后上升到1.3×10-3Pa。
流經(jīng)器件的電流在混合氣體導(dǎo)入后逐漸下降，并且在氣體開始導(dǎo)入后回升3分鐘。在這其間最大功耗率為85mW。
對(duì)于比較例子7的器件通過施加如圖23B所示的具有漸增波高的三角形脈沖電壓進(jìn)行增能形成起始波高為5V，逐漸增加到增能形成過程終止時(shí)的14V。在這其間，最大電流為10.5mA，最大功耗率為147mW。真空腔保持在1.3×10-4Pa。通過向器件施加20V的三角形脈沖電壓觀察每一器件的If和Ie。
表10示出觀察結(jié)果。表10氣氛IfIe(mA) (μA)例子12 H2-N21.51.8比較例7 真空 0.8 1.2在例子13中，一個(gè)脈寬T1=100μs T2=16.7ms的矩形脈沖被用于增能形成處理過程。脈沖高度保持為恒定的10V。流經(jīng)器件的電流的峰值為1.7mA，在該條件下，H21％-Ar 99％的混合氣體被逐漸引入真空腔直到壓力升高到1.3×103Pa?；旌蠚怏w引入5分鐘后，增能形成過程停止。器件的If和Ie可通過向器件施加18V脈沖電壓而觀測(cè)。
表11顯示了觀測(cè)結(jié)果表11IfIe(mA) (μA)例子13 1.5 2.1(例子14-1到14-3，比較例子8)這些例子的每一個(gè)中，如同例子4的情形那樣，制備了每一個(gè)包含裝設(shè)在一基片上并裝有矩陣布線結(jié)構(gòu)的大量表面導(dǎo)電電子發(fā)射器件的電子源并裝入各個(gè)成象裝置。電子發(fā)射器件被裝設(shè)到包括用于基道的一個(gè)20行和60列的矩陣之中。
對(duì)于這些例子遵循例子4的步驟A到H以及氣密封過程。但是對(duì)于每一器件，器件電極分開距離L=3μm，并且具有長度W1=200μm。通過濺涂產(chǎn)生一Pt的導(dǎo)電薄膜達(dá)到1.5nm的厚度。用于成形的Cr掩膜具有厚度50nm。導(dǎo)電薄膜的電阻率為Rs=5×104Ω/□。
在完成氣密封操作之后，分別應(yīng)用以下將說明的從A到C的方法使得三對(duì)成象裝置經(jīng)受增能形成。對(duì)于比較例子8應(yīng)用第四個(gè)方法或者D方法使得另一對(duì)成象裝置經(jīng)受增能形成，這也將在以下說明。裝置的每一對(duì)的一個(gè)在增能形成過程后通過電子顯微鏡進(jìn)行觀察。
如圖21中所示，通過向共用電極1401連接其外部端子Doy1到Doy10，Y-方向?qū)Ь€73共同連接到共用電極1401并進(jìn)而連接到脈沖產(chǎn)生器1402的接地側(cè)端。X-方向?qū)Ь€72利用其外部端子Dox1到Dox20被連接到控制開關(guān)電路1403。該開關(guān)電路如圖21中簡略所示為每一外部端子設(shè)計(jì)指向或者為脈沖產(chǎn)生器1402或者為接地。方法A利用真空系統(tǒng)通過抽氣抽空外殼88直到其內(nèi)部氣壓降低到1.3×10-4Pa之下，然后向器件施加脈沖電壓。該脈沖電壓波高從0V逐漸上升到6V，這時(shí)波高保持在這一電平。脈寬為T1=100微秒，脈沖間隔為T2=833微秒。這時(shí)，開關(guān)控制電路1403通過外部端子Dox1到Dox20之一連接到脈沖產(chǎn)生器1402并接地，以便在與T2同步中循環(huán)選擇器件行之一。于是，脈寬為T1=100微秒脈沖間隔為T2=16.7毫秒的脈沖電壓以f=60Hz的頻率施加到每一個(gè)電子發(fā)射器件。
脈沖波高保持在6V達(dá)10分鐘，這其間器件電流逐漸降低。此后，脈沖寬度變?yōu)門=500微秒。當(dāng)從脈沖波高和器件電流所確定的每一X-方向的導(dǎo)線的電阻超過16.7kΩ(或者對(duì)于每一器件電阻為1MΩ)時(shí)，終止施加脈沖電壓。方法B如同在方法A中的情形抽空外殼88之后，向其導(dǎo)入H2氣體直至氣壓達(dá)到1.3Pa。
然后，施加如同方法A的脈沖電壓，保持波高在6V達(dá)10分鐘，發(fā)現(xiàn)，由脈沖波高和器件電流所確定的每一X-方向的導(dǎo)線的電阻超過16.7kΩ，這時(shí)終止施加脈沖電壓。然后外殼再次被抽空。方法C如同在以上方法A中的情形抽空外殼88之后，X-方向?qū)Ь€的僅僅Dox1連接到脈沖產(chǎn)生器1402以便向每一電子發(fā)射器件以f=60Hz的頻率施加脈寬為T1=100微秒脈沖間隔為T2=16.7毫秒的脈沖電壓。如同在方法A的情形，脈沖波高保持在6V達(dá)10分鐘，此后，脈沖寬度變?yōu)門1=500微秒。每一X-方向的導(dǎo)線的電阻超過16.7kΩ時(shí)，終止施加脈沖電壓。然后操作開關(guān)電路以選擇下一個(gè)器件行用于另一增能形成操作。這一過程反復(fù)進(jìn)行直至所有的20個(gè)器件行進(jìn)行了增能形成處理。方法D
如同在以上方法A中的情形抽空外殼88之后，向每一電子發(fā)射器件施加脈寬為T1=100微秒脈沖間隔為T2=833μS的脈沖電壓，轉(zhuǎn)換電路與方法A中相同的方式操作。于是象方法A那樣，向每一電子發(fā)射器件以f=60Hz的頻率施加脈寬為T1=100微秒脈沖間隔為T2=16.7毫秒的脈沖電壓。
脈沖波高是以0.1V的臺(tái)階逐步上升的。當(dāng)波高達(dá)到12V時(shí)，每一器件的電阻超過16.7kΩ，從而暫停施加脈沖電壓。
在經(jīng)過處理的每一個(gè)器件的電子發(fā)射區(qū)2，觀察到10nm(B)或者15nm(方法A或者C)的均勻裂縫。在比較例子8中，裂縫是不均勻的并且在100和200nm之間波動(dòng)。
然后，器件通過向其施加脈沖電壓而經(jīng)受活化過程。在例子14組中，應(yīng)用具有參照方法A的脈寬和脈沖間隔的矩形脈沖電壓，但是選擇波高為15V。向外殼88導(dǎo)入丙酮直至其內(nèi)部氣壓達(dá)到1.3×10-2Pa，這時(shí)觀察器件電流If。
然后，進(jìn)行穩(wěn)定化過程。在此過程中，外殼加熱到160℃抽空到內(nèi)部氣壓降低到1.3×10-5Pa。然后，抽氣管(未示出)以燃汽噴燈燒熔閉合而使得外殼88氣密封。以高頻加熱工藝進(jìn)行吸氣劑處理以便保持外殼內(nèi)部的真空度。
然后所制備的每一成象裝置通過利用外部端子Dox1到Dox20,Doy1到Doy60施加來自信號(hào)產(chǎn)生器(未示出)的掃描信號(hào)和調(diào)制信號(hào)而被驅(qū)動(dòng)進(jìn)行操作。同時(shí)，通過高壓端子Hv向金屬襯85施加7kV的高壓以便加速電子束直至其撞擊并激發(fā)熒光膜84，熒光膜通過輪流發(fā)熒光而穩(wěn)定地產(chǎn)生優(yōu)良的圖象。
同時(shí)，測(cè)量流入高壓端子Hv的電流和發(fā)射電流Ie。對(duì)于每一裝置，每一器件行(60個(gè)器件)的變量ΔIe和平均值Ie示于以下表12之中。表12方法 Ie ΔIe(μA) (％)例子14-1A 90 5例子14-2B 120 5例子14-3C 90 5比較例子8 D 60 15例子14-1到14-3的每一個(gè)的電子源的ΔIe同比較例子8的電子源的對(duì)應(yīng)項(xiàng)比較時(shí)是很小的，證明了電子發(fā)射器件的均勻性。例子14-1到14-3的每一個(gè)的電子源的電子發(fā)射器件在增能形成過程中保持給定的脈沖波高Vh(6V)，而比較例子8的電子源的電子發(fā)射器件顯示出在0到12V之間明顯的變化。器件(增能形成之前)電阻的變化反應(yīng)到為施加到電子發(fā)射器件的電壓的變化。而且，用于比較例子8的脈沖電壓高于例子組14的對(duì)應(yīng)項(xiàng)。(例子15)圖17是應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法所實(shí)現(xiàn)的顯示裝置以及例子14中所制備的顯示板的框圖，其中的裝設(shè)提供了來自包括電視傳輸和其它圖象源的各種信息源的可視信息。
在圖17中，表示出一個(gè)顯示板1001，一顯示板驅(qū)動(dòng)器1002，一顯示板控制器1003，一多路復(fù)用器1004，一解碼器1005，一輸入/輸出接口電路1006，一CPU 1007，一圖象產(chǎn)生器1008，圖象輸入存儲(chǔ)接口電路1009,1010及1011，一圖象輸入接口電路1012,TV信號(hào)接收器1013和1014，以及一輸入單元1015。(如果顯示裝置用于接收由視頻和音頻信號(hào)構(gòu)成的電視信號(hào)，則與圖中所示的電路一同，還需要用于接收，分離，再生，處理和存儲(chǔ)音頻信號(hào)的電路，揚(yáng)聲器。然而就本發(fā)明的范圍而言在此忽略那些電路和器件)。
現(xiàn)在隨其中的圖象信號(hào)流說明該裝置的組成部件。
首先，TV信號(hào)接收器1014是用于接收經(jīng)由應(yīng)用電磁波的無線傳輸系統(tǒng)和/或?qū)Ｓ霉鈱W(xué)遠(yuǎn)程通信網(wǎng)所傳輸?shù)腡V圖象信號(hào)的電路。所使用TV信號(hào)系統(tǒng)不限于特定的一種，并顯然諸如NTSC,PAL以及SECAM也可與其使用。該裝置特別適用于涉及較大數(shù)目掃描行的TV信號(hào)(特別是諸如MUSE制式的高清晰度TV系統(tǒng))，因?yàn)樵撗b置可用于包含大量象素的大顯示板1001。由TV信號(hào)接收器1014所接收的TV信號(hào)送到解碼器1005。
TV信號(hào)接收器1013是用于接收經(jīng)由應(yīng)用同軸電纜和/或光纖的有線傳輸系統(tǒng)所傳輸?shù)腡V圖象信號(hào)的電路。同TV信號(hào)接收器1014一樣，所使用TV信號(hào)系統(tǒng)不限于特定的一種，并由TV信號(hào)接收器1013所接收的TV信號(hào)送到解碼器1005。
圖象輸入接口電路1012是用于接收來自諸如TV相機(jī)或者圖象拾取掃描器的圖象輸入裝置的圖象信號(hào)的電路。它也將所接收的圖象信號(hào)送到解碼器1005。
圖象輸入存儲(chǔ)器接口電路1011是用于檢索存儲(chǔ)在視頻磁帶錄像機(jī)(以下稱為VTR)中的圖象信號(hào)的電路，所檢索的圖象信號(hào)也送到解碼器1005。
圖象輸入存儲(chǔ)器接口電路1010是用于檢索存儲(chǔ)在視盤中的圖象信號(hào)的電路，所檢索的圖象信號(hào)也送到解碼器1005。
圖象輸入存儲(chǔ)器接口電路1009是用于檢索存儲(chǔ)在諸如所謂靜止盤等用于存儲(chǔ)靜止圖象數(shù)據(jù)的裝置中的圖象信號(hào)的電路，所檢索的圖象信號(hào)也送到解碼器1005。
輸入/輸出接口電路1006是用于連接顯示裝置和諸如計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或打印機(jī)等外部輸出信號(hào)源的電路。該電路對(duì)于圖象數(shù)據(jù)以及字符和圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入/輸出操作，并且適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，對(duì)于顯示裝置的CPU 1007和外部輸出信號(hào)源之間的控制信號(hào)和數(shù)值數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。
圖象產(chǎn)生電路1008是用于產(chǎn)生在顯示屏上待顯示的圖象數(shù)據(jù)的電路，圖象數(shù)據(jù)的產(chǎn)生是基于經(jīng)過輸入/輸出接口電路1006由外部輸出信號(hào)源而來的或者來自CPU 1007的圖象數(shù)據(jù)和有關(guān)字符及圖形的數(shù)據(jù)。該電路包括用于存儲(chǔ)圖象數(shù)據(jù)和有關(guān)字符及圖形的數(shù)據(jù)的可重新加載存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于給定的字符碼的圖象模式的只讀存儲(chǔ)器，用于處理圖象數(shù)據(jù)的處理器，以及產(chǎn)生屏幕圖象所必須的其它電路部件。
由圖象產(chǎn)生電路1008所產(chǎn)生的用于顯示的圖象數(shù)據(jù)被送到解碼器1005，并且適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，它們也可經(jīng)由輸入/輸出接口電路1006送到諸如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或者打印機(jī)等外部電路。
CPU 1007控制該顯示裝置并進(jìn)行在顯示屏上待顯示的圖象的產(chǎn)生、選擇編輯的操作。
例如，CPU 1007向多路復(fù)用器1004發(fā)送控制信號(hào)并適當(dāng)?shù)剡x擇及組合用于在顯示屏上待顯示的圖象的信號(hào)。同時(shí)，它產(chǎn)生用于顯示板控制器1003的控制信號(hào)并借助于圖象顯示頻率，掃描方法(例如隔行掃描或是非隔行掃描)，每幀掃描行數(shù)等等控制顯示裝置的操作。
CPU 1007還向圖象產(chǎn)生電路1008發(fā)送圖象數(shù)據(jù)和有關(guān)字符及圖形的數(shù)據(jù)，并通過輸入/輸出接口電路1006訪問外部計(jì)算機(jī)以及存儲(chǔ)器以獲得外部圖象數(shù)據(jù)和有關(guān)字符及圖形的數(shù)據(jù)。CPU的設(shè)計(jì)還可使得它參與顯示裝置的其它操作，包括象個(gè)人計(jì)算機(jī)或者字處理器那樣產(chǎn)生和處理數(shù)據(jù)的操作。CPU1007還可通過輸入/輸出接口電路1006連接到外部計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，以便聯(lián)合進(jìn)行計(jì)算和其它操作。
輸入單元1015用于向CPU 1007發(fā)送由操作者給它的指令，程序和數(shù)據(jù)。實(shí)際上，它可從諸如鍵盤，鼠標(biāo)器，控制桿，條形碼讀取器和語音識(shí)別裝置以及任何它們的組合。
解碼器1005是用于把通過電路1008到1014輸入的各種圖象信號(hào)轉(zhuǎn)換為用于三原色的信號(hào)、亮度信號(hào)及I和Q信號(hào)的電路。如圖22A到22C中的虛線所示，解碼器1005最好包括用于處理諸如需要圖象存儲(chǔ)器用于信號(hào)轉(zhuǎn)換的MUES系統(tǒng)的圖象存儲(chǔ)器。裝設(shè)圖象存儲(chǔ)器還便于通過解碼器1005與圖象產(chǎn)生電路1008及CPU 1007結(jié)合使得靜止圖象的顯示，以及諸如淡化、插入、放大、縮小、合成及編輯幀等的操作在操作上易于進(jìn)行。
多路復(fù)用器1004用于根據(jù)由CPU給出的控制信號(hào)適當(dāng)選擇在顯示屏上待顯示的圖象。換言之，多路復(fù)用器1004來自解碼器1005的一定的已經(jīng)轉(zhuǎn)換的信號(hào)并將它們送到驅(qū)動(dòng)電路1002。它還可將顯示屏分為多個(gè)幀，以便在用于顯示單一幀的時(shí)間周期中通過從一組圖象信號(hào)切換到一不同組的圖象信號(hào)而同時(shí)顯示不同的圖象。
顯示板控制器1003是用于根據(jù)來自CPU 1007所傳輸?shù)目刂菩盘?hào)控制驅(qū)動(dòng)電路1002操作的電路。
其中，它操作向驅(qū)動(dòng)電路1002傳輸用于控制驅(qū)動(dòng)顯示屏的電源(未示出)操作順序的信號(hào)，以便規(guī)定顯示屏的基本操作。它還向驅(qū)動(dòng)電路1001傳輸用于控制圖象顯示頻率以及掃描方法(例如隔行掃描或非隔行掃描)，以便規(guī)定驅(qū)動(dòng)顯示屏的方式。如果適當(dāng)，它還向驅(qū)動(dòng)電路1002傳輸用于在亮度、對(duì)比度、色調(diào)及清晰度方面控制在顯示屏上待顯示的圖象的質(zhì)量的信號(hào)。
如果適當(dāng)，顯示板控制器1003向驅(qū)動(dòng)電路1002傳輸用于在圖象亮度、對(duì)比度、色調(diào)和/或清晰度方面控制待顯示的圖象質(zhì)量的控制信號(hào)。
驅(qū)動(dòng)電路1002是產(chǎn)生要施加于顯示板1001的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電路。它根據(jù)來自上述多路復(fù)用器1004的圖象信號(hào)以及來自顯示板控制器1003的控制信號(hào)操作。
根據(jù)本發(fā)明具有如上所述結(jié)構(gòu)并示于圖22A到22C的一個(gè)顯示裝置可在顯示板1001上顯示來自各種圖象數(shù)據(jù)源所給定的各種圖象。具體而言，諸如電視圖象信號(hào)等圖象信號(hào)在送往驅(qū)動(dòng)電路之前通過解碼器1005被轉(zhuǎn)換回并然后由多路復(fù)用器1004選擇。另一方面，顯示控制器1003根據(jù)用于行將在顯示板1001上顯示的圖象的圖象信號(hào)產(chǎn)生用于控制驅(qū)動(dòng)電路1002操作的控制信號(hào)。然后驅(qū)動(dòng)電路1002根據(jù)該圖象信號(hào)和控制信號(hào)向顯示板1001施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)。于是，圖象在顯示板1001上顯示。所有上述操作由CPU 1007以協(xié)調(diào)的方式控制。
如上所作的詳述，本發(fā)明提供了包含大量電子發(fā)射器件并電子發(fā)射操作穩(wěn)定的電子發(fā)射器件以及包含大量這種器件的電子源以及裝有這種可顯示優(yōu)秀質(zhì)量的圖象的成象裝置。
權(quán)利要求
1．一種制作包含多個(gè)電子發(fā)射器件的電子源的方法，包括(a)一個(gè)用于在基片上安置多個(gè)導(dǎo)電膜的步驟；(b)一個(gè)用于以預(yù)定的間隔多次把電壓施加到所述導(dǎo)電膜上的激勵(lì)步驟，借此在所述導(dǎo)電膜中形成一個(gè)縫隙，其中所述激勵(lì)步驟是在一種含有活性物質(zhì)的氣氛中，或一種含有用于促進(jìn)導(dǎo)電膜粘合的物質(zhì)的氣氛中，進(jìn)行的；和在所述激勵(lì)步驟，在一個(gè)把電壓加到所述導(dǎo)電膜之一上的間隔期間，把電壓加到所述導(dǎo)電膜中的另一個(gè)膜上。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述電子源包括多個(gè)電子發(fā)射器件排，在這些排上連接多個(gè)所述電子發(fā)射器件；所述激勵(lì)步驟是按照各個(gè)所述電子發(fā)射器件排進(jìn)行的；和在把電壓加到所述電子發(fā)射器件排中之一個(gè)排上的間隔期間，把電壓加到所述電子發(fā)射器件排中之另一個(gè)排上。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中電壓施加滿足T2≥5×T1，其中T1是把電壓連續(xù)施加到所述導(dǎo)電膜上的時(shí)間周期，T2是施加電壓的間隔。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中被加到所述導(dǎo)電膜上的電壓具有逐漸增加的數(shù)值。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中被加到所述導(dǎo)電膜上的電壓具有一個(gè)逐漸增加到預(yù)定值并且隨后保持恒定的數(shù)值。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中被加到所述導(dǎo)電膜上的電壓具有一個(gè)被維持于預(yù)定值并且隨后逐漸增加的數(shù)值。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述物質(zhì)選自H2,CO或其他有機(jī)物質(zhì)之一。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括一個(gè)在所述激勵(lì)步驟之后的步驟，用于在一個(gè)包含縫隙的電子發(fā)射段安置碳、碳化合物、金屬或金屬化合物。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中用于在一個(gè)包含縫隙的電子發(fā)射段安置碳、碳化合物、金屬或金屬化合物的所述步驟，是一個(gè)用于在一個(gè)種含有有機(jī)物質(zhì)的氣氛中或一種含有金屬化合物的氣氛中激勵(lì)所述的導(dǎo)電膜的步驟。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中在含有有機(jī)物質(zhì)的氣氛中或含有金屬化合物的氣氛中的所述激勵(lì)，是通過重復(fù)地施加一個(gè)脈沖電壓的方法進(jìn)行的。
11．一種制造一個(gè)裝有電子源和成象部件的成象裝置的方法，其中根據(jù)權(quán)利要求10中限定的方法制造所述的電子源。
12．一種制造電子發(fā)射器件的方法，包括(a)一個(gè)用于在基片上安置一個(gè)導(dǎo)電膜的步驟；和(b)一個(gè)用于在一種含有還原物質(zhì)的氣氛中，或一種含有用于促進(jìn)導(dǎo)電膜粘合的物質(zhì)的氣氛中，把脈沖電壓加到所述導(dǎo)電膜上的步驟，借此在所述導(dǎo)電膜中形成一個(gè)縫隙。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述物質(zhì)是選自H2,CO，或有機(jī)物質(zhì)的物質(zhì)。
14．根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其中所述脈沖電壓是以預(yù)定的間隔施加多次的。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述脈沖電壓滿足T2≥5×T1，在此T1是脈寬，T2是間隔周期。
16．根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其中施加到所述導(dǎo)電膜上的所述脈沖電壓，具有逐漸增加的波高度。
17．根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其中施加到所述導(dǎo)電膜上的所述脈沖電壓，具有逐漸增加到預(yù)定值且隨后維持恒定的波高度。
18．根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其中施加到所述導(dǎo)電膜上的所述脈沖電壓，具有被維持于預(yù)定值且隨后逐漸增加的波高度。
19．根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，還包括一個(gè)用于在包含縫隙的電子發(fā)射段，安置碳、碳化合物、金屬或金屬化合物的步驟。
20．根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中用于在所述電子發(fā)射段安置碳、碳化合物、金屬或金屬化合物的所述步驟，是一個(gè)用于在一種含有有機(jī)物的氣氛中或一種含有金屬化合物的氣氛中激勵(lì)所述導(dǎo)電膜的步驟。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中在含有有機(jī)物的氣氛中或含有金屬化合物的氣氛中的所述激勵(lì)，是用重復(fù)地施加脈沖電壓的方法進(jìn)行的。
22．一種制造含有多個(gè)電子發(fā)射器件的電子源的方法，其中根據(jù)在權(quán)利要求12或13中限定的方法，制造各個(gè)電子發(fā)射器件。
23．一種制造一個(gè)含有電子源和成象部件的成象裝置的方法，其中根據(jù)在權(quán)利要求22中限定的方法，制造所述的電子源。
全文摘要
一種電子發(fā)射器件包含一對(duì)裝在基片上的電極和連接該電極的導(dǎo)電薄膜并在其中具有電子發(fā)射區(qū)。該電子發(fā)射區(qū)包含具有小于50nm的均勻?qū)挾鹊牧芽p并最好顯示出小于5nm的電壓適用長度。包含多個(gè)這種電子發(fā)射器件的電子源能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的電子束發(fā)射,并且包含這種電子源的成象裝置適用于高清晰度的圖象顯示。
文檔編號(hào)H01J31/12GK1312574SQ0110152
公開日2001年9月12日 申請(qǐng)日期1996年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月13日
發(fā)明者河出一佐哲, 山野邊正人, 山本敬介, 浜元康弘, 三留正則 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社