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電子發(fā)射器件及其制造方法、電子源、圖像顯示裝置的制作方法

文檔序號(hào):2892998閱讀:216來源:國知局
專利名稱:電子發(fā)射器件及其制造方法、電子源、圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電子發(fā)射器件的制造方法、電子發(fā)射器件、含有電子 發(fā)射器件的電子源和含有電子源的圖像顯示裝置。
背景技術(shù)
電子發(fā)射器件中存在場致發(fā)射型(FE型)和表面導(dǎo)電型等。
在FE型電子發(fā)射器件中,通過在陰極電極(和布置在陰極電極 上的電子發(fā)射膜)與柵電極之間施加電壓,將電子從陰極電極(或電 子發(fā)射膜)拉入真空中。因此,操作電場主要取決于要使用的陰極電 極(電子發(fā)射膜)的功函數(shù)和它的形狀等。 一般說來,有必要選擇功 函數(shù)小的陰極電極(電子發(fā)射膜)。
其表面用氫終止(terminate)的金剛石通常作為具有負(fù)電子親 和勢的材料,將具有負(fù)電子親和勢的金剛石表面用作電子發(fā)射表面的 電子發(fā)射器件在美國專利第5283501號(hào)的說明書、美國專利第5180951 號(hào)的說明書和V.V.Zhinov、 J丄iu等人的文章"環(huán)境對金剛石表面電子 發(fā)射的影響,,(V.V.Zhinov, J丄iu et al, "Environmental effect on the electron emission from diamond surfaces" ) , J.Vac.Sci.Technol., B16(3), May/June 1998, pp.1188 to 1193中公開。
另外,作為用氫終止金剛石的表面的方法,使用氫的等離子體和 含氫化合物的等離子體的方法在已
公開日本專利申請(JP-A)第 2006-134724號(hào)中公開。然后,利用電子回旋共振(ECR)等離子體 進(jìn)行氫終止的方法在已
公開日本專利申請(JP-A)第10-283914號(hào)中 公開。另外,在通過等離子體CVD生長金剛石的情況下,認(rèn)為在金 剛石的生長過程中,金剛石的生長主要牽涉到中性原子團(tuán)(neutral radical) CH3'("',,的意思是原子團(tuán))。但是,難以在大的區(qū)域上制造出膜厚均勻的金剛石,致使難以在 大的區(qū)域上均勻地制造出電子發(fā)射器件。并且,因?yàn)楸砻娲植诙却螅?所以所發(fā)射的電子被漫射,致使難以顯示高清晰度圖像。
另外,在已
公開日本專利申請(JP-A )第10-081971號(hào)中,公開 了一種方法,該方法在利用ECR等離子體的裝置中通過用網(wǎng)格 (mesh )補(bǔ)充ECR等離子體中的帶電粒子和只選擇中性粒子來形成 由Si02制成的膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決前面的問題而作出的,本發(fā)明的目的是提供可 以在弱電場下發(fā)射電子束直徑小的電子的電子發(fā)射器件。
另夕卜,本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供可以用低電壓進(jìn)行高效電子發(fā) 射和其制造工藝簡單的場致發(fā)射型電子發(fā)射器件、電子源和圖像顯示裝置。
按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件制造方法的特征在于,含有制備配有 絕緣或半導(dǎo)電層的基底的步驟和使該層暴露在包含含氫中性原子團(tuán) 的氣氛中的步驟。
另外,按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件的特征在于,通過按照本發(fā)明 的電子發(fā)射器件制造方法來制造。
另外,按照本發(fā)明的電子源的特征在于,含有多個(gè)按照本發(fā)明的 電子發(fā)射器件。
另外,按照本發(fā)明的圖像顯示裝置的特征在于,含有按照本發(fā)明 的電子源和因電子照射而發(fā)光的發(fā)光構(gòu)件。
按照本發(fā)明,可以提供能夠在弱電場下發(fā)射電子的電子發(fā)射器 件。并且,可以提供能夠在弱電場下高效地發(fā)射其束直徑小的電子的 電子發(fā)射器件,并且可以通過簡單工藝制造電子發(fā)射器件。
另外,如果將按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件應(yīng)用于電子源和圖像顯 示裝置,可以實(shí)現(xiàn)性能卓越的電子源和圖像顯示裝置。
通過參照附圖對示范性實(shí)施例進(jìn)行如下描述,本發(fā)明的進(jìn)一步特征將變得顯而易見。


圖1示出了電子發(fā)射膜的制造方法的流程; 圖2示出了電子發(fā)射器件的制造方法的流程; 圖3是示出電子發(fā)射器件的結(jié)構(gòu)的示意圖; 圖4是示出表面處理裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖; 圖5是示出電子源的結(jié)構(gòu)的示意圖;和 圖6是示出圖像顯示裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖,用一個(gè)實(shí)例詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但是, 除非特別說明,本發(fā)明的范圍不局限于在本實(shí)施例中所描述的組成部 分的尺寸、材料、形狀和它的相對布置等。
圖1示出了按照本實(shí)施例的電子發(fā)射膜制造方法的流程。 在圖1中,步驟l是制備襯底和形成陰極電極膜的步驟,步驟2 是在該襯底上形成電子發(fā)射膜的步驟,而步驟3是用氫終止電子發(fā)射 膜的表面(表面終止處理)的步驟。
圖2示出了按照本實(shí)施例的電子發(fā)射器件制造方法的流程。 在圖2中,步驟l是制備基底和形成陰極電極膜的步驟;步驟2 是在該襯底上形成電子發(fā)射膜的步驟;步驟3是在電子發(fā)射膜上形成 絕緣膜的步驟;步驟4是在絕緣膜上形成柵極電極膜的步驟;步驟5 是通過光致抗蝕劑進(jìn)行圖形化以便形成開口的步驟;步驟6是通過干 法蝕刻部分地蝕刻?hào)艠O電極和絕緣膜的步驟;步驟7是通過濕法蝕刻 除去絕緣膜使電子發(fā)射膜部分暴露出來的步驟;以及步驟8是用氫終 止電子發(fā)射膜的一部分表面(表面終止處理)的步驟。 圖4是示出最基本的表面處理裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。 如圖4所示,表面處理裝置配有兩個(gè)室,即,等離子體生成室
401和樣品室404。然后,作為電源,表面處理裝置配有直流電源A408和直流電源B 410。并且,表面處理裝置配有磁性線圏402、微波入 口 403、處理氣體入口 A 405、處理氣體入口 B 406、偏置柵格(bias grid) 407和排氣口 412,以便用氫終止安裝在樣品室404中的表面處 理樣品409的表面。并且,如有必要,可以配備襯底加熱器411。 <電子發(fā)射膜的制造方法>
在下文中,將參照圖1描述按照本實(shí)施例的電子發(fā)射膜制造方法。
(步驟l)
首先,將陰極電極102層積在其表面充分清潔的襯底101上。襯 底101例如包括石英玻璃、具有減少的雜質(zhì)(諸如Na)含量的玻璃、 堿石灰玻璃、具有通過濺射方法等被層積在硅樹脂襯底上的SK)2的層 積體和由陶瓷(諸如氧化鋁)制成的絕緣襯底。
一般說來,陰極電極102具有導(dǎo)電性,并且通過像蒸發(fā)方法和濺 射方法那樣的一般真空膜形成技術(shù)和光刻技術(shù)形成。例如,陰極電極 102的材料是寸象Be、 Mg、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Al、 Cu、 Ni、 Cr、 Au、 Pt和Pd那樣的金屬、或合金材料。陰極電極102 的厚度在幾十納米到幾毫米的范圍內(nèi)確定,并且優(yōu)選地,在幾百納米 到幾微米的范圍內(nèi)選擇陰極電極102的厚度。 (步驟2)
接著,在陰極電極的表面上形成絕緣或半導(dǎo)電層。這一層(膜) 一般被稱為電子發(fā)射膜103。電子發(fā)射膜103通過像蒸發(fā)方法和濺射 方法那樣的一般真空膜形成技術(shù)和光刻技術(shù)形成。另外,作為其它方 法,通過在聚合物中分散金屬粒子,也可以形成電子發(fā)射膜103。電 子發(fā)射膜103優(yōu)選地是包含碳作為主要成分的膜,具體地,電子發(fā)射 膜103優(yōu)選地是由碳、碳合成物或包含被分散的金屬粒子的層組成的 膜。被分散的金屬粒子的尺寸在幾納米到幾百納米的范圍內(nèi)確定,優(yōu) 選地,在幾納米到幾十納米的范圍內(nèi)選擇該尺寸。另外,電子發(fā)射膜 中金屬粒子的密度優(yōu)選地在不小于lxlO"/cit^且不大于lxlO"/cir^的 范圍內(nèi)。作為金屬粒子的材料,例如,可以考慮4象Be、 Mg、 Mn、Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Al、 Cu、 Ni、 Cr、 Co、 Fe、 Ni、 Au、 Pt和Pd那樣的金屬或合金材料。碳材料可以適當(dāng)?shù)貜挠桑?例如,石墨、球碳(fullerene)、碳納米管、類金剛石碳、非晶碳、 氫化非晶碳、具有分散其中的金剛石的碳、碳合成物和它們的混合物 組成的組中選擇。優(yōu)選地,碳材料可以是像金剛石薄膜和類金剛石碳 等那樣的功函數(shù)小的材料。電子發(fā)射膜103的膜厚在幾納米到幾微米 的范圍內(nèi)確定,優(yōu)選地,在幾納米到幾百納米的范圍內(nèi)選擇電子發(fā)射 膜103的膜厚。在下文中,將直到步驟2制造的物體稱為基底。 (步驟3)
接著,用氫終止電子發(fā)射膜的表面。圖4示出了進(jìn)行氫終止的方 法的實(shí)例。圖4所示的裝置是利用ECR等離子體的表面處理裝置, 并且將等離子體生成室安排在樣品室上。如果在等離子體生成室中施 加滿足ECR要求的磁通密度875G (高斯)的磁場并引入微波,則生 成等離子體。按照圖4所示的裝置,形成發(fā)散磁場,其中磁性線團(tuán)的 磁場分布隨著它朝向樣品室移動(dòng)而變小。將偏置柵格407安排在基底 的表面上方。具體地說,將偏置柵格407安排在ECR等離子體生成 室401與表面處理樣品409之間,通過這個(gè)偏置柵格,捕獲等離子體 中的帶電粒子,以便使包含氫的中性原子團(tuán)有選擇地從那里通過。從 而,使這種中性原子團(tuán)照射在樣品的表面上。換句話說,使樣品的表 面暴露在包含這種中性原子團(tuán)的氣氛中。因此,可以有效地用氫終止 樣品的表面。為了引入處理氣體,使用了處理氣體入口 A和處理氣體 入口 B。作為處理氣體,使用了含氫的氣體。例如,這種處理氣體適 當(dāng)?shù)貜挠蓺錃饣蛱細(xì)浠衔餁怏w組成的組中選擇。具體地說,像H2、 CH4和C2H4或它們的混合氣體那樣的氣體可以用作處理氣體。然后, 通過在那些處理氣體中生成等離子體,作為含氫的中性原子團(tuán),可以 生成H.、 CH3*、 <:2115*和<:211'的任何一種。
偏置柵格具有導(dǎo)電性,并且以網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)形成。這種網(wǎng)格的開口 的大小在1微米到10厘米的范圍內(nèi)確定,優(yōu)選地,在10微米到10 毫米的范圍內(nèi)。在這樣的條件下,通過有選擇地除去等離子體中的帶電粒子,可以使氣氛中的中性原子團(tuán)的密度保持穩(wěn)定。與帶電粒子的
密度相比,中性原子團(tuán)的密度為i,ooo倍以上。另外,等離子體源可
以適當(dāng)?shù)貜挠筛哳l等離子體、遠(yuǎn)程等離子體(remote plasma )和微波 等離子體等組成的組中選擇。
并且,偏置柵格的電位(柵格偏壓)可以與地等電位或相對于地 是負(fù)的。電位的范圍在0到-500 V的范圍內(nèi)確定,優(yōu)選地,在0到-200 V的范圍內(nèi)選擇電位。另外,樣品的表面電位(襯底偏壓)由直流電 源B決定。樣品的表面電位可以與柵格偏壓等電位或相對于柵格偏壓 是負(fù)的,電位的范圍在0到l,OOO V的范圍內(nèi)確定,優(yōu)選地,在0到 500 V的范圍內(nèi)選擇電位。
并且,處理氣體可以是由多種氣體構(gòu)成的混合氣體。處理壓強(qiáng)在 能夠維持等離子體的范圍內(nèi)確定,優(yōu)選地,在0.05到10帕的范圍內(nèi) 確定處理壓強(qiáng)。
并且,基底可以通過襯底加熱器411加熱。
<電子發(fā)射器件的制造方法>
在下文中,將參照圖2描述電子發(fā)射器件的制造方法。 (步驟l)
首先,將陰極電極202層積在表面充分清潔的襯底201上。襯底 201是例如石英玻璃、具有雜質(zhì)(諸如Na)含量減少了的玻璃、堿石
灰玻璃、具有通過濺射方法等被層積在硅樹脂襯底上的Si02的層積體
和由陶瓷(諸如氧化鋁)制成的絕緣襯底。
一般說來,陰極電極202具有導(dǎo)電性,并且通過像蒸發(fā)方法和濺 射方法那樣的一般真空膜形成技術(shù)和光刻技術(shù)形成。例如,陰極電極 202的材料是像Be、 Mg、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Al、 Cu、 M、 Cr、 Au、 Pt和Pd那樣的金屬、或合金材料。陰極電極202 的厚度在幾十納米到幾毫米的范圍內(nèi)確定,并且優(yōu)選地,在幾百納米 到幾微米的范圍內(nèi)選擇陰極電極202的厚度。 (步驟2)
接著,在陰極電極的表面上形成絕緣或半導(dǎo)電層。這一層(膜)一般被稱為電子發(fā)射膜203。電子發(fā)射膜203通過像蒸發(fā)方法和濺射 方法那樣的一般真空膜形成技術(shù)和光刻技術(shù)形成。另外,作為其它方 法,通過在聚合物中分散金屬粒子,也可以形成電子發(fā)射膜203。電 子發(fā)射膜203優(yōu)選地是包含碳作為主要成分的膜,具體地,電子發(fā)射 膜203優(yōu)選地是由碳、碳合成物或包含被分散的金屬粒子的層組成的 膜。被分散的金屬粒子的尺寸在幾納米到幾百納米的范圍內(nèi)確定,優(yōu) 選地,在幾納米到幾十納米的范圍內(nèi)選擇該尺寸。另外,電子發(fā)射膜 中金屬粒子的密度優(yōu)選地在不小于lxlO"/cn^和不大于lxlO"/cir^的 范圍內(nèi)。作為金屬粒子的材料,例如,可以考慮像Be、 Mg、 Mn、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Al、 Cu、 Ni、 Cr、 Co、 Fe、 Ni、 Au、 Pt和Pd那樣的金屬或合金材料。碳材料可以適當(dāng)?shù)貜挠桑?例如,石墨、球碳、碳納米管、類金剛石碳、非晶碳、氫化非晶碳、 具有分散其中的金剛石的碳、碳合成物和它們的混合物組成的組中選 擇。優(yōu)選地,碳材料可以是像金剛石薄膜和類金剛石碳等那樣的功函 數(shù)小的材料。電子發(fā)射膜203的膜厚在幾納米到幾微米的范圍內(nèi)確定, 優(yōu)選地,在幾納米到幾百納米的范圍內(nèi)確定電子發(fā)射膜203的膜厚。 在下文中,將直到步驟2制造的物體稱為基底。 (步驟3)
接著,堆積絕緣層204。絕緣層204通過像濺射方法、CVD方 法和真空蒸發(fā)方法那樣的一般真空膜形成技術(shù)來形成。絕緣層204的
厚度在幾納米到幾微米的范圍內(nèi)確定,并且優(yōu)選地在幾十納米到幾百 納米的范圍內(nèi)選擇。絕緣層204的材料希望是能夠抵抗強(qiáng)電場的具有 高電壓緊密性(tightness)的材料,例如,Si02、 SiN、 A1203、 CaF 和未摻雜金剛石。 (步驟4 )
然后,堆積柵極電極205。柵極電極205具有與陰極電極202相 同的導(dǎo)電性,并且柵極電極205通過像蒸發(fā)方法和濺射方法那樣的一 般真空膜形成技術(shù)和光刻技術(shù)來形成。柵極電極205的材料適當(dāng)?shù)貜?由金屬、合金材料、碳化物、硼化物、氮化物、半導(dǎo)體和有機(jī)聚合物材料組成的組中選擇。作為金屬,例如,可以使用Be、 Mg、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Al、 Cu、 M、 Cr、 Au、 Pt和Pd。作為 碳化物,例如,可以使用TiC、 ZrC、 HfC、 TaC、 SiC和WC。作為 硼化物,例如,可以使用Hffi2、 ZrB2、 LaB6、 CeB6、 YB4和GdB" 作為氮化物,例如,可以使用TiN、 ZrN和HfN。作為半導(dǎo)體,可以 使用Si和Ge等。柵極電極205的厚度在幾納米到幾十微米的范圍內(nèi) 確定,優(yōu)選地,在幾十納米到幾微米的范圍內(nèi)確定柵極電極205的厚 度。
(步驟5)
接著,通過光刻技術(shù)形成掩模圖案206。 (步驟6)
然后,利用掩模圖案206,通過干法蝕刻部分除去柵極電極205 和絕緣層204。 (步驟7)
接著,通過濕法蝕刻部分除去絕緣層204。作為用于濕法蝕刻的 液體,優(yōu)選地是使絕緣層204的蝕刻速率高于柵極電極205和電子發(fā) 射膜203的蝕刻速率的液體,并且希望是不損害電子發(fā)射膜203的液 體。
(步驟8)
接著,用氫終止電子發(fā)射膜的表面。圖4示出了進(jìn)行氫終止的方 法的實(shí)例。圖4所示的裝置是利用ECR等離子體的表面處理裝置, 并且將等離子體生成室安排在樣品室上。如果在等離子體生成室中施 加滿足ECR要求的磁通密度875G (高斯)的磁場并引入微波,則生 成等離子體。按照圖4所示的裝置,形成發(fā)散磁場,其中磁性線團(tuán)的 磁場分布隨著它朝向樣品室移動(dòng)而變小。將偏置柵格407安排在基底 的表面上方。具體地說,將偏置柵格407安排在ECR等離子體生成 室401與表面處理樣品409之間,通過這個(gè)偏置柵格,捕獲等離子體 中的帶電粒子,以便使包含氫的中性原子團(tuán)有選擇地從那里通過。從 而,使這種中性原子團(tuán)照射在樣品的表面上。換句話說,使樣品的表面暴露在包含這種中性原子團(tuán)的氣氛中。因此,可以有效地用氫終止
樣品的表面。為了引入處理氣體,使用了處理氣體入口 A和處理氣體 入口 B。作為處理氣體,使用了含氫的氣體。例如,這種處理氣體適 當(dāng)?shù)貜挠蓺錃饣蛱細(xì)浠衔餁怏w組成的組中選擇。具體地說,可以使 用像Eb、 CH4和<:2114或它們的混合氣體那樣的氣體。然后,通過在 那些處理氣體中生成等離子體,作為含氫的中性原子團(tuán),可以生成H.、 CH3*、 <:2115*和C2H.的任何一種。
將以這種方式制造的電子發(fā)射器件放置在如圖3所示的真空容 器304內(nèi)。將陽極電極301安排在這個(gè)電子發(fā)射器件上方,通過高電 壓電源302將電壓施加在陽極電極上,然后,通過驅(qū)動(dòng)電源303施加 柵極電極和陽極電極分別需要的電壓。因此,可觀察到電子的發(fā)射。
偏置柵格具有導(dǎo)電性,并且以網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)形成。這種網(wǎng)格的開口 的大小在1微米到10厘米的范圍內(nèi)確定,優(yōu)選地,在10微米到10 毫米的范圍內(nèi)。在這樣的條件下,通過有選擇地除去等離子體中的帶 電粒子,可以使氣氛中的中性原子團(tuán)的密度保持穩(wěn)定。與帶電粒子的 密度相比,中性原子團(tuán)的密度為l,OOO倍以上。另外,等離子體源可 以適當(dāng)?shù)貜挠筛哳l等離子體、遠(yuǎn)程等離子體和微波等離子體等組成的 組中選擇。
并且,偏置柵格的電位(柵格偏壓)可以與地等電位或相對于地 是負(fù)的。電位的范圍在0到-500 V的范圍內(nèi)確定,優(yōu)選地,在0到-200 V的范圍內(nèi)選擇。另外,樣品的表面電位(襯底偏壓)由直流電源B 決定。樣品的表面電位可以與柵格偏壓等電位或相對于柵格偏壓是負(fù) 的,電位的范圍在O到1,000 V的范圍內(nèi)確定,優(yōu)選地,在O到500 V 的范圍內(nèi)選擇電位。
并且,處理氣體可以是由多種氣體構(gòu)成的混合氣體。處理壓強(qiáng)在 能夠維持等離子體的范圍內(nèi)確定,優(yōu)選地,在0.05到10帕的范圍內(nèi)。
并且,基底可以通過襯底加熱器411加熱。
<應(yīng)用>
接著,將描述將上述電子發(fā)射器件應(yīng)用于電子源和圖像顯示裝置的實(shí)例。
(電子源)
采用了電子發(fā)射器件的各種布置。舉例來說,將多個(gè)電子發(fā)射器
件在X方向和Y方向上排成矩陣。同一條線中的多個(gè)電子發(fā)射器件 的一個(gè)電極共同與X方向上的導(dǎo)線連接,且同一行中的電子發(fā)射器件 的另一個(gè)電極共同與Y方向上的導(dǎo)線連接。這被稱為簡單矩陣布置。
在下文中,將參照圖5描述通過排列上述多個(gè)電子發(fā)射器件而獲 得的簡單矩陣布置的電子源。如圖5所示,電子源配有電子源基底501、 X方向布線502、 Y方向布線503和電子發(fā)射器件504。
X方向布線502由m條導(dǎo)線(即,Dxl, Dx2,...,和Dxm )形 成,并且X方向布線502可以由利用真空蒸發(fā)方法、印刷方法和濺射 方法等形成的導(dǎo)電金屬等制成。適當(dāng)設(shè)計(jì)布線的材料、膜厚和寬度。 Y方向布線503由n條導(dǎo)線(即,Dyl, Dy2,…,和Dyn)形成,并 且Y方向布線503以與X方向布線502相同的方式形成。在這些m 條X方向布線502和n條Y方向布線503之間提供了層間絕緣層(未 示出),并且兩種布線是電隔離的(m和n兩者都是正整數(shù))。
層間絕緣層(未示出)由利用真空蒸發(fā)方法、印刷方法和濺射方 法等形成的Si02等組成。例如,層間絕緣層是在其上形成了 X方向 布線502的電子源基底501的整個(gè)表面或部分表面上以所希望的形狀 形成的。尤其,適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)層間絕緣層的材料、膜厚和制造方法,以 便承受X方向布線502和Y方向布線503之間的相交部分中的電位 差。分別將X方向布線502和Y方向布線503拉出來作為外部端子。
電子發(fā)射器件504配有一對電極(柵極電極和陰極電極)。按照 圖5所示的實(shí)例,柵極電極通過在n條Y方向布線503中的任何一條 與導(dǎo)電金屬等之間的導(dǎo)線連接來電連接。陰極電極通過在m條X方 向布線502中的任何一條與導(dǎo)電金屬等之間的導(dǎo)線連接來電連接。
形成X方向布線502和Y方向布線503的材料、形成導(dǎo)線連接 的材料和形成一對器件電極的材料的組成元素分別可以部分或全部 相同或者可以不同。例如,這些材料可以適當(dāng)?shù)貜挠缮鲜銎骷姌O的材料組成的組中選擇。在形成器件電極的材料和布線材料相同的情況 下,可以將與器件電極連接的布線制作到器件電極中。
將掃描信號(hào)施加設(shè)備(未示出)與X方向布線502連接。掃描
信號(hào)施加設(shè)備可以將掃描信號(hào)施加于與所選X方向布線連接的電子
發(fā)射器件504。另一方面,將調(diào)制信號(hào)生成設(shè)備(未示出)與Y方向
布線503連接。調(diào)制信號(hào)生成設(shè)備可以將依照輸入信號(hào)調(diào)制的調(diào)制信 縣站知羊由4密Jcf哭杜;n4 AA在一;^ 茲;n+在木由;* J^哭杜AAS漢
動(dòng)電壓可以作為施加于這個(gè)器件的掃描信號(hào)和調(diào)制信號(hào)之間的差電
壓(difference voltage )而供應(yīng)。 (圖像顯示裝置)
在上述配置中,通過使用簡單矩陣布線,選擇每個(gè)器件,并且可 以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)每個(gè)器件。下面將參照圖6描述利用電子源配置的圖像顯 示裝置。圖6是示出圖像顯示裝置的顯示面板的實(shí)例的示意圖。
如圖6所示,圖像顯示裝置配有X方向容器外部端子601、 Y方 向容器外部端子602、電子源基底613、后板6U、前板(face plate ) 606和支撐框612。并且,電子源基底613含有多個(gè)電子發(fā)射器件615, 并且后板611用于固定電子源基底613。前板606以這樣的方式形成, 即在玻璃襯底603的內(nèi)表面上形成作為熒光體的熒光膜604 (其為圖 像形成構(gòu)件(因電子的照射而發(fā)光的發(fā)光構(gòu)件))和金屬背(metal back) 605等。利用火石玻璃(flit glass )等將后板611和前板606 與支撐框612連接。例如,通過在空氣或氮中,在400ftC到500°C的 溫度范圍內(nèi)燃燒外部容器超過十分鐘,來密封和配置外部容器617。
上述圖像顯示裝置可以通過容器外部端子Doxl Doxm和 Doyl Doyn將電壓施加于每個(gè)電子發(fā)射器件615。每個(gè)電子發(fā)射器 件615可以依照施加的電壓發(fā)射電子。
通過經(jīng)由高電壓端子614將高電壓施加于金屬背605或透明電極 (未示出),加速了所發(fā)射的電子。
被加速的電子可以撞擊到熒光膜604中。從而,熒光膜604發(fā)光 并形成了圖像。除了用于TV廣播的顯示裝置以及遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)等的 顯示裝置之外,按照本實(shí)施例的圖像顯示裝置也可以用作像利用感光 鼓等配置的光學(xué)打印機(jī)那樣的圖像顯示裝置等。
<第一實(shí)例>
在下文中,將參照圖l詳細(xì)描述按照本實(shí)例的制造電子發(fā)射膜的步驟。
(步驟l)
首先,充分清潔作為襯底101的石英玻璃,并且通過賊射方法, 在襯底101上形成作為陰極電極102的厚度為200納米的Pt膜。 (步驟2)
通過使用共濺射(co-sputtering)方法,在陰極電極102上形成 含Pt的類金剛石碳膜作為電子發(fā)射膜103。膜厚為約30納米,且Pt 密度為約20%。 (步驟3)
在如下條件下進(jìn)行表面終止處理以形成氫終止表面104。 處理氣體CH4 50 sccm 壓強(qiáng)0.25 Pa ECR等離子體功率300 W 柵格偏壓-80 V 襯底偏壓+40 V 處理時(shí)間30秒 (步驟4)
針對這個(gè)電子發(fā)射膜,測量電子發(fā)射特性。將陽極電極安排成與 電子發(fā)射膜平行且是平的。在電子發(fā)射膜與陽極電極之間的間隔為 100微米的情況下測量電子發(fā)射特性。作為特性評估的結(jié)果,在55 V/|iiin的電場下可以獲得大約10 mA/cn^的電子發(fā)射電流。
<第二實(shí)施例>
在下文中,將參照圖l詳細(xì)描述按照本實(shí)例的制造電子發(fā)射膜的(步驟1 )
首先,充分清潔作為襯底101的石英玻璃,并且通過濺射方法, 在襯底101上形成作為陰極電極102的厚度為200納米的Pt膜。 (步驟2)
通過使用共濺射方法,在陰極電極102上形成含Co的類金剛石 碳膜作為電子發(fā)射膜103。膜厚為約30納米,且Co密度為約20。/0。 (步驟3)
在如下條件下進(jìn)行表面終止處理以形成氫終止表面104。 處理氣體CH4 20 sccm
H2 30 seem 壓強(qiáng)0.25 Pa ECR等離子體功率400 W 柵格偏壓OV 襯底偏壓+40 V 處理時(shí)間30秒 (步驟4)
針對這個(gè)電子發(fā)射膜,測量電子發(fā)射特性。將陽極電極安排成與 電子發(fā)射膜平行且是平的。在電子發(fā)射膜與陽極電極之間的間隔為 100微米的情況下測量電子發(fā)射特性。作為特性評估的結(jié)果,在40 V/|im的電場下可以獲得約10 mA/cm2的電子發(fā)射電流。
<第三實(shí)施例>
在下文中,將參照圖l詳細(xì)描述按照本實(shí)例的制造電子發(fā)射膜的步驟。
(步驟l)
首先,充分清潔作為襯底101的石英玻璃,并且通過濺射方法, 在襯底101上形成作為陰極電極102的厚度200納米的Pt膜。 (步驟2)
通過使用熱絲CVD (filament CVD )方法,在陰極電極102上 形成碳膜。此后,通過利用離子注入方法將1 atmM的Co注入類金剛石碳膜中,形成電子發(fā)射膜。膜厚為約30納米。 (步驟3)
在如下條件下進(jìn)行表面終止處理以形成氫終止表面104。 處理氣體C2H430sccm
H2 20 sccm 壓強(qiáng)0.25 Pa ECR等離子體功率300 W 柵格偏壓OV 襯底偏壓20 V 處理時(shí)間20秒 (步驟4 )
針對這個(gè)電子發(fā)射膜,測量電子發(fā)射特性。將陽極電極安排成與 電子發(fā)射膜平行且是平直的。在電子發(fā)射膜與陽極電極之間的間隔為 100微米的情況下測量電子發(fā)射特性。作為特性評估的結(jié)果,在40 V/pm的電場下可以獲得約12 mA/cm2的電子發(fā)射電流。
<笫四實(shí)例>
在下文中,將參照圖2詳細(xì)描述按照本實(shí)例的制造電子發(fā)射器件 的步驟。
(步驟l)
首先,充分清潔作為襯底201的石英玻璃,并且通過濺射方法, 在襯底201上形成作為陰極電極202的厚度為200納米的Pt膜。 (步驟2)
通過使用共濺射方法,在陰極電極202上形成含Co的類金剛石 碳膜作為電子發(fā)射膜203。膜厚為約30納米,0)密度為約25%。 (步驟3)
接著,為了形成絕緣層204,通過將SiH4和N20用作原材料氣 體的等離子體CVD方法,形成約1,000納米的Si02膜。 (步驟4)
接著,通過使用濺射方法在絕緣層204上形成作為柵極電極205的Pt膜,以便具有ioo納米的厚度。
(步驟5)
接著,通過光刻法來曝光和顯影正型光致抗蝕劑(OFPR5000/ 由Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.制造)的旋轉(zhuǎn)涂層和光致抗蝕劑圖案, 形成掩模圖案206??刮g劑的開口直徑被確定為5微米。 (步驟6)
接著,在蝕刻氣體為Ar氣體、蝕刻功率為200瓦和蝕刻壓強(qiáng)為 1帕的條件下蝕刻Pt。然后,在蝕刻氣體為CF4和H2的混合氣體、 蝕刻功率為150瓦和蝕刻壓強(qiáng)為1.5帕的條件下進(jìn)行干法蝕刻,并且 大約在絕緣層204的中心部分停止這種蝕刻。 (步驟7)
接著,通過除去液體(由Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.制造)來 除去剩余的掩模圖案,然后將器件浸泡在BHF中,濕法蝕刻電子發(fā) 射膜的上表面上的Si02。然后,用水清潔器件10分鐘。 (步驟8 )
在如下條件下進(jìn)行表面終止處理,并且形成氫終止表面207,以 便完成電子發(fā)射器件。
處理氣體CH4 50 sccm 壓強(qiáng)0.25 Pa ECR等離子體功率300 W 柵格偏壓0 V 襯底偏壓+40 V 處理時(shí)間40秒
如圖4所示,將這個(gè)器件安排在真空容器中,并且將熒光體的陽 極電極設(shè)置在器件的上方。將5千伏的直流電壓施加在陽極電極上, 并且在陰極電極與柵極電極之間施加10伏的脈沖電壓。其結(jié)果是, 與脈沖信號(hào)同步地觀察到電子的發(fā)射。
并且,可以不限制該實(shí)例的條件,可以基于按照第一到第三實(shí)例 獲得的基底來制造電子發(fā)射器件。可以適當(dāng)?shù)馗淖儣l件。<第五實(shí)例>
制造利用按照第四實(shí)例的電子發(fā)射器件的圖像顯示裝置。如圖5 所示,通過分別將X方向布線與陰極電極202連接和將Y方向布線 與柵極電極205連接來制作布線。以寬向30微米和長向30微米的間 距排列電子發(fā)射器件,且有144個(gè)開口被制作到一個(gè)像素中。在器件 的上方,在相隔1毫米的位置上對準(zhǔn)和排列熒光體。將5伏的電壓施 加在熒光體上。矩陣由300x200個(gè)像素組成,且在每個(gè)像素上,形成 144個(gè)電子發(fā)射器件。
當(dāng)輸入18伏的脈沖信號(hào)作為輸入信號(hào)時(shí),可以形成高清晰度圖像。
如上所述,按照實(shí)施例,通過用氫終止電子發(fā)射膜的表面和電子 發(fā)射器件的電子發(fā)射膜的表面,可以在弱電場下發(fā)射電子束直徑小的 電子。并且,可以獲得能夠在低電壓下有效發(fā)射電子且制造工藝簡單 的電子發(fā)射器件。另外,如果將按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件應(yīng)用于電 子源和圖像顯示裝置,可以實(shí)現(xiàn)性能卓越的電子源和圖像顯示裝置。
雖然通過參照示范性實(shí)施例對本發(fā)明作了描述,但應(yīng)該明白,本 發(fā)明不局限于公開的示范性實(shí)施例。使所附權(quán)利要求的范圍與最廣義 的解釋一致,以便包含所有這樣的變體和等效結(jié)構(gòu)及功能。
權(quán)利要求
1. 一種電子發(fā)射器件的制造方法,包含如下步驟預(yù)先制備配有絕緣或半導(dǎo)電層的基底;和使該層暴露在包含含氫中性原子團(tuán)的氣氛中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射器件的制造方法,其中,絕 緣或半導(dǎo)電層包含金屬粒子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子發(fā)射器件的制造方法,其中,該 層中金屬粒子的密度不小于lxlO"/cii^且不大于lxl019/cm3。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一項(xiàng)所述的電子發(fā)射器件的制造 方法,其中,絕緣或半導(dǎo)電層是包含碳作為主要成分的膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子發(fā)射器件的制造方法,其中,絕 緣或半導(dǎo)電層包含石墨、類金剛石碳、非晶碳或氫化非晶碳,或它們 的混合物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一項(xiàng)所述的電子發(fā)射器件的制造 方法,其中,含氫中性原子團(tuán)包含H.、 CH3.、 C2Hs'和C2H.中的任何 一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一項(xiàng)所述的電子發(fā)射器件的制造 方法,其中,與氣氛中帶電粒子的密度相比,氣氛中含氫中性原子團(tuán) 的密度為l,OOO倍以上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一項(xiàng)所述的電子發(fā)射器件的制造 方法,其中,使該層暴露在包含含氫中性原子團(tuán)的氣氛中的步驟是利 用配有偏置柵格的等離子體裝置而用氫終止該層表面的步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子發(fā)射器件的制造方法,其中,將 偏置柵格安排在基底的表面上方。
10. —種電子發(fā)射器件,其中,該電子發(fā)射器件通過根據(jù)權(quán)利要 求1到3中任何一項(xiàng)所述的電子發(fā)射器件的制造方法而制造。
11. 一種電子源,其中,該電子源包含通過根據(jù)權(quán)利要求1到3 中任何一項(xiàng)所述的電子發(fā)射器件的制造方法制造的多個(gè)電子發(fā)射器
12. —種圖像顯示裝置,包含電子源,其具有通過根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一項(xiàng)所述的電子 發(fā)射器件的制造方法而制造的多個(gè)電子發(fā)射器件;和 因電子照射而發(fā)光的發(fā)光構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明涉及電子發(fā)射器件及其制造方法、電子源、圖像顯示裝置。電子發(fā)射器件的制造方法包括如下步驟預(yù)先制備配有絕緣或半導(dǎo)電層的基底;和使該層暴露在包含含氫中性原子團(tuán)的氣氛中。優(yōu)選地,絕緣或半導(dǎo)電層包含金屬粒子;絕緣或半導(dǎo)電層是包含碳作為主要成分的膜;含氫中性原子團(tuán)包含H·、CH<sub>3</sub>·、C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>·和C<sub>2</sub>H·的任何一種或它們的混合氣體;與氣氛中帶電粒子的密度相比,氣氛中含氫中性原子團(tuán)的密度為1,000倍以上;以及使絕緣或半導(dǎo)電層暴露在氣氛中的步驟是利用配有偏置柵格的等離子體裝置進(jìn)行氫終止的步驟。
文檔編號(hào)H01J29/04GK101419889SQ20081017501
公開日2009年4月29日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月24日
發(fā)明者寺本洋二, 村上俊介, 藤原良治, 西村三千代, 野村和司 申請人:佳能株式會(huì)社
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