專利名稱：電子束裝置和使用電子束裝置的圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于平板顯示器中的具有發(fā)射電子的電子發(fā)射器件的電子束裝置。
背景技術(shù)：
在相關(guān)技術(shù)中，已知從陰極發(fā)射的大量電子在它們散射并和與陰極相對(duì)的柵極 碰撞之后被提取的電子發(fā)射器件。作為以這種方式發(fā)射電子的器件，表面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā) 射器件和層疊電子發(fā)射器件是已知的。例如，日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2000-251643描述 了電子發(fā)射部分的間隙為5nm或更小的高效率電子發(fā)射器件。并且，日本專利申請(qǐng)公開(kāi) No. 2001-229809描述了層疊電子發(fā)射器件，其中，用于實(shí)現(xiàn)高電子發(fā)射效率的條件被表達(dá) 為柵極材料厚度、驅(qū)動(dòng)電壓和絕緣層厚度的函數(shù)。并且，日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2001-167693 描述了具有給電子發(fā)射部分近旁的絕緣層設(shè)置凹口(notch)(凹陷(recess))的配置的層 疊電子發(fā)射器件。但是，在上述的專利文件中描述的電子發(fā)射器件可能要求進(jìn)一步改善電子發(fā)射效 率以及對(duì)于電子束形狀的控制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電子束裝置，所述電子束裝置具有電子發(fā)射器件， 所述電子發(fā)射器件具有簡(jiǎn)單的配置、表現(xiàn)出高的電子發(fā)射效率、操作穩(wěn)定并且在對(duì)于電子 束形狀的控制方面優(yōu)異。本發(fā)明的另一目的是提供一種使用這種電子束裝置的圖像顯示裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種電子束裝置，所述電子束裝置包括在其表面上 具有凹口的絕緣部件；位于絕緣部件的表面上的柵極；具有從凹口的邊緣向柵極突起的突 起部分、并且位于絕緣部件的表面上使得突起部分與柵極相對(duì)的至少一個(gè)陰極；和被布置 為經(jīng)由柵極與突起部分相對(duì)的陽(yáng)極，其中，在絕緣部件的表面上形成柵極，使得至少與陰極 相對(duì)的區(qū)域的一部分向外突出，并且設(shè)置其中柵極的端部凹陷并且?jiàn)A著(interpose)突出 區(qū)域的凹陷部分。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種圖像顯示裝置，所述圖像顯示裝置包括如本發(fā) 明的以上方面中描述的電子束裝置；和位于陽(yáng)極外側(cè)的發(fā)光部件。根據(jù)本發(fā)明的各方面，由于對(duì)于柵極設(shè)置凹陷部分，因此與柵極的底表面碰撞的 發(fā)射電子的數(shù)量可減少，并由此可增大電子發(fā)射效率。因此，使用本發(fā)明的電子束裝置的圖 像顯示裝置可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量圖像的穩(wěn)定顯示。從參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征將變得明顯。
圖IA是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子束裝置的電子發(fā)射器件的配置的透 視圖。
圖IB是圖IA中所示的電子發(fā)射器件的示意性平面圖。圖IC是沿圖IB中的線1C-1C獲取的電子發(fā)射器件的示意性截面圖。圖ID是沿圖IB中的線1D-1D獲取的電子發(fā)射器件的示意性截面圖。圖2A是示意性示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電子束裝置的電子發(fā)射器件的配置的透視圖。圖2B是圖2A中所示的電子發(fā)射器件的示意性平面圖。圖2C是沿圖2B中的線2C-2C獲取的電子發(fā)射器件的示意性截面圖。圖3A是示出具有不對(duì)于其柵極設(shè)置凹陷部分的配置的電子發(fā)射器件中的發(fā)射電 子軌跡的示意圖。圖3B是示出圖IA中所示的電子發(fā)射器件中的發(fā)射電子軌跡的示意圖。圖4是表示凹陷距離T8和電子發(fā)射效率之間的關(guān)系的曲線圖。圖5是示出平行平板電極之間的電子的平均自由程(mean freepath)的示意圖。圖6是陰極和柵極之間的間隙的附近的放大示意圖。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子束裝置的電子發(fā)射器件的另一示例性配置 的透視圖。圖8A、圖8B、圖8C、圖8D、圖8E、圖8F和圖8G是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子發(fā) 射器件的制造工藝的示圖。圖9是示出用于測(cè)量根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子束裝置的電子發(fā)射特性的配置的 示意圖。圖10是表示根據(jù)本發(fā)明例子的凹陷距離T8和電子發(fā)射效率之間的關(guān)系的曲線 圖。圖11是表示根據(jù)本發(fā)明例子的對(duì)于各驅(qū)動(dòng)電壓Vf的凹陷距離T8和電子發(fā)射效 率之間的關(guān)系的曲線圖。圖12是表示通過(guò)模擬獲得的對(duì)于各驅(qū)動(dòng)電壓Vf的凹陷距離T8和電子發(fā)射效率 之間的關(guān)系的曲線圖。圖13是表示通過(guò)模擬獲得的對(duì)于各凹口高度T2的凹陷距離T8和電子發(fā)射效率 之間的關(guān)系的曲線圖。圖14是表示通過(guò)模擬獲得的對(duì)于陰極的各功函數(shù)Wf的凹陷距離T8和電子發(fā)射 效率之間的關(guān)系的曲線圖。圖15是表示通過(guò)模擬獲得的對(duì)于各柵極高度Tl的凹陷距離T8和電子發(fā)射效率 之間的關(guān)系的曲線圖。圖16是表示通過(guò)模擬獲得的對(duì)于絕緣層的各高度T3的凹陷距離T8和電子發(fā)射 效率之間的關(guān)系的曲線圖。圖17是表示通過(guò)模擬獲得的對(duì)于各陰極間距離T7的凹陷距離T8和電子發(fā)射效 率之間的關(guān)系的曲線圖。圖18是表示通過(guò)模擬獲得的對(duì)于各陽(yáng)極施加電壓Va的凹陷距離T8和電子發(fā)射 效率之間的關(guān)系的曲線圖。圖19是表示通過(guò)模擬獲得的柵極的突出區(qū)域從與陰極相對(duì)的區(qū)域突起的部分的 長(zhǎng)度T12和電子發(fā)射效率之間的關(guān)系的曲線圖。
圖20是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子束裝置的電子發(fā)射器件的另一示例性配置 的透視圖。 圖21是表示通過(guò)模擬獲得的對(duì)于第一絕緣層的凹陷側(cè)表面的各高度Tll的凹陷 距離T8和電子發(fā)射效率之間的關(guān)系的曲線圖。圖22是表示凹陷距離的飽和量Lsat和驅(qū)動(dòng)電壓Vf之間的關(guān)系的曲線圖，其中， 示出從模擬獲得的計(jì)算結(jié)果和從表達(dá)式獲得的值用于比較。圖23是表示凹陷距離的飽和量Lsat和凹口的高度T2之間的關(guān)系的曲線圖，其 中，示出從模擬獲得的計(jì)算結(jié)果和從表達(dá)式獲得的值用于比較。圖24是表示凹陷距離的飽和量Lsat和功函數(shù)Wf之間的關(guān)系的曲線圖，其中，示 出從模擬獲得的計(jì)算結(jié)果和從表達(dá)式獲得的值用于比較。圖25A、圖25B和圖25C是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子束裝置的電子發(fā)射器件的 另一示例性配置的示意圖。圖26是示意性示出作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像顯示裝置的例子的顯示板的配 置的透視圖。圖27A是示意性示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電子束裝置的電子發(fā)射器件的配 置的透視圖。圖27B是圖27A中所示的電子發(fā)射器件的示意性平面圖。圖27C是沿圖27B中的線27C-27C獲取的電子發(fā)射器件的示意性截面圖。圖27D是沿圖27B中的線27D-27D獲取的電子發(fā)射器件的示意性截面圖。圖28A是示意性示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電子束裝置的電子發(fā)射器件的配 置的透視圖。圖28B是圖28A中所示的電子發(fā)射器件的示意性截面圖。圖29A是示出柵極既未設(shè)置有凹陷部分又未設(shè)置有控制電極的配置中的電子軌 跡的示意圖。圖29B是示出沿圖27B中的線29B-29B獲取的截面上的電子軌跡的示意圖。圖30是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的凹陷部分的凹陷距離T8和電子束尺寸之間的關(guān) 系的曲線圖。圖31是表示柵極的突出區(qū)域的寬度T5和電子束尺寸之間的關(guān)系的曲線圖。圖32是圖29B中所示的柵極端部附近的部分放大圖。圖33A是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子束裝置中的Va、Vf和電子束尺寸之間的關(guān) 系的曲線圖。圖33B是表示歸一化為T5 = 100 μ m的情況的圖33A的關(guān)系的曲線圖。圖34A是示意性示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電子束裝置的電子發(fā)射器件的配 置的透視圖。圖34B是圖34A中所示的電子發(fā)射器件的示意性平面圖。圖34C是沿圖34B中的線34C-34C獲取的電子發(fā)射器件的示意性截面圖。圖34D是沿圖34B中的線34D-34D獲取的電子發(fā)射器件的示意性截面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。注意，特別是在沒(méi)有進(jìn)行特定描述的情 況下，本發(fā)明的范圍不限于在該實(shí)施例中描述的構(gòu)成部分的尺寸、品質(zhì)、形狀、相對(duì)布置等。一般配置 第一實(shí)施例本實(shí)施例的電子束裝置包含發(fā)射電子的電子發(fā)射器件、和從電子發(fā)射器件發(fā)射的 電子到達(dá)的陽(yáng)極。圖IA至ID是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電子束裝置的電子發(fā)射器件的配置的 示意圖。具體地，圖IA是透視圖，圖IB是平面圖，圖IC是沿圖IB中的線1C-1C獲取的截 面圖，圖ID是沿圖IB中的線1D-1D獲取的截面圖。在圖IA至ID中，電子發(fā)射器件包含基板1、電極2、和作為絕緣層3a和3b的層疊 結(jié)構(gòu)的絕緣部件3。電子發(fā)射器件還包含柵極5和陰極6。陰極6與電極2電連接。參照 圖1C，柵極5具有側(cè)表面5a和暴露于凹口 7的底表面5b。在本實(shí)施例中，凹口 7是絕緣部 件3中的凹口，并且在本例子中被形成為使得絕緣層3b的側(cè)表面比絕緣層3a的側(cè)表面更 向內(nèi)側(cè)凹陷。限定了間隙8，所述間隙8是陰極6的端部和柵極5的底表面5b之間的最短 距離，并且在所述間隙8中形成電子發(fā)射所需的電場(chǎng)。在根據(jù)本實(shí)施例的電子發(fā)射器件中，如圖IA至ID所示，在絕緣部件3的表面(在 本例子中，上表面)上形成柵極5。另一方面，還在絕緣部件3的表面(在本例子中，側(cè)表 面)上形成陰極6。陰極6具有被設(shè)置在夾著凹口 7與柵極5相對(duì)的一側(cè)上以從凹口 7的 邊緣向著柵極5突起的突起部分。因此，陰極6經(jīng)由間隙8在突起部分處與柵極5相對(duì)。在 本實(shí)施例中，陰極6被維持在比柵極5低的電位。雖然在圖IA至ID中沒(méi)有示出，但電子發(fā) 射器件具有陽(yáng)極，所述陽(yáng)極被設(shè)置在經(jīng)由柵極5與陰極6相對(duì)的位置處，并且，所述陽(yáng)極被 維持在比柵極5和陰極6高的電位。在使用本實(shí)施例的電子束裝置的圖像顯示裝置中，發(fā) 光部件被布置在陽(yáng)極外側(cè)，其與電子發(fā)射器件所處的側(cè)相對(duì)。在本實(shí)施例中，在一個(gè)器件中形成至少一個(gè)陰極6，并且，優(yōu)選地，如后面描述的那 樣設(shè)置兩個(gè)或更多個(gè)陰極。在本例子中，示出設(shè)置兩個(gè)陰極的情況。在絕緣部件3的表面上形成柵極5，使得至少與陰極6相對(duì)的區(qū)域的一部分向外 突出，并且，設(shè)置用作其中柵極5的兩端凹陷并且?jiàn)A著突出區(qū)域12的凹陷部分9的凸/凹 形狀端部。也就是說(shuō)，與凸/凹形狀的凸起部分對(duì)應(yīng)的突出區(qū)域12的端部與陰極6相對(duì)， 并且，與凹進(jìn)部分對(duì)應(yīng)的區(qū)域是凹陷部分9。當(dāng)設(shè)置多個(gè)陰極6時(shí)，柵極5如圖IB所示的 那樣具有梳齒狀形狀。在本例子中，示出被凹陷部分9夾著的柵極5的突出區(qū)域12的寬度 T5與陰極6的寬度T4相同的情況。在圖IA至ID所示的電子發(fā)射器件中，雖然與柵極5的凹陷部分9對(duì)應(yīng)的絕緣部 件3的側(cè)表面沒(méi)有以與凹陷部分9相同的方式向內(nèi)凹陷，但本發(fā)明不限于此。例如，如圖2A 至2C所示，與凹陷部分9對(duì)應(yīng)的絕緣部件3的部分(其與凹陷部分9重疊)可被形成為使 得其側(cè)表面以與凹陷部分9相同的方式向內(nèi)凹陷。并且，如圖20所示，僅絕緣部件3的一 部分(在圖20中，在絕緣層3b和3a的上方)可被形成為使得其端部以與凹陷部分9相同 的方式向內(nèi)凹陷。圖2A和圖20分別是本發(fā)明的實(shí)施例的透視圖，圖2B是圖2A的平面圖， 圖2C是沿圖2B中的線2C-2C獲取的截面圖。
在本發(fā)明中，電子發(fā)射器件的各部件的長(zhǎng)度按照如下定義。Tl 柵極5沿柵極5和絕緣部件3的層疊(或厚度)方向(Z方向)的高度T2:絕緣部件3的凹口 7沿柵極5和絕緣部件3的層疊方向(Z方向)的高度(即， 絕緣層3b的高度)T3:沿柵極5和絕緣部件3的層疊方向(Z方向)的絕緣部件3的凹口 7的接近陰 極6的邊緣和基板1之間的距離(即，絕緣層3a的高度)T4 陰極6的寬度(S卩，陰極6沿與柵極5和陰極6的相對(duì)邊緣平行的方向(Y方 向)的長(zhǎng)度)T5 柵極5的突出區(qū)域12的寬度(S卩，突出區(qū)域12沿與柵極5和陰極6的相對(duì)邊 緣平行的方向(Y方向)的長(zhǎng)度)T6 凹口 7的深度(S卩，凹口 7中的絕緣層3b的側(cè)表面和絕緣層3a及柵極5的側(cè) 表面之間的距離(X方向長(zhǎng)度))T7 設(shè)置多個(gè)陰極6的情況下的陰極6之間的距離 T8 凹陷部分9的凹陷距離(S卩，柵極5的與陰極6相對(duì)的側(cè)表面與凹陷部分9的 側(cè)表面(其位于最凹陷的位置處)之間的距離或柵極5的突出區(qū)域12的X方向長(zhǎng)度)T13 陰極6的端部和柵極5之間的最短距離凹陷部分9的效果將給出對(duì)本發(fā)明中的凹陷部分9的效果的描述。圖3A示出具有如下配置的器件 中陰極6和柵極5的相對(duì)部分的從電極2側(cè)觀看的放大示意圖，所述配置是不設(shè)置凹陷部 分9，并且柵極5比陰極6寬(T4 < T5)。圖3B示出圖IA所示的器件的相應(yīng)示圖。如圖3A所示，當(dāng)不設(shè)置凹陷部分9并且在柵極5的與陰極6相對(duì)的區(qū)域中柵極5 比陰極6寬時(shí)，如圖中的虛線所示，從陰極6的寬度方向(widthwise)端部附近發(fā)射的電子 在柵極5的底表面5b處各向同性地散射。散射電子中的一些與柵極5再次碰撞，由此重復(fù) 散射。另一方面，根據(jù)本實(shí)施例，如圖3B所示，由于在柵極5的與陰極6相對(duì)的區(qū)域的兩 側(cè)形成凹陷部分9并由此在凹陷部分9中不存在柵極5，因此，散射并與柵極5的底表面5b 碰撞的電子的數(shù)量變得比圖3A的配置中的少。因此，在本配置中，經(jīng)由凹陷部分9向陽(yáng)極 行進(jìn)的電子的數(shù)量將增加，并由此改善發(fā)射電子的電子發(fā)射效率。凹陷距離T8由于凹陷距離越大則電子碰撞的區(qū)域?qū)p小，因此，凹陷部分9的凹陷距離T8顯 然有助于改善電子發(fā)射效率。但是，從減少在柵極5中形成凹陷部分9的工藝的節(jié)拍(tact) 時(shí)間的觀點(diǎn)看，較小的凹陷距離是有利的。在圖4中圖示了柵極5的凹陷部分9的凹陷距 離T8和電子發(fā)射效率之間的關(guān)系的模擬計(jì)算結(jié)果。在圖4中，水平軸代表凹陷部分9的凹陷距離T8，垂直軸代表電子發(fā)射效率。從 圖4可以看出，隨著柵極5的凹陷距離T8增大，電子發(fā)射效率增大；但是，它在一定的值或 更高處達(dá)到其飽和點(diǎn)。這意味著可通過(guò)設(shè)置具有增加到一定程度的寬度的凹陷部分9來(lái)減 少行進(jìn)直到凹陷部分9的電子的數(shù)量。因此，凹陷距離T8的進(jìn)一步的增大可能對(duì)于電子發(fā) 射效率的改善不具有任何效果。這里，電子發(fā)射效率的增大飽和的凹陷距離T8的最小值被稱為L(zhǎng)sat，并且將討論Lsat的表達(dá)式。 首先，考慮不設(shè)置凹陷部分9(T8 = 0)的情況，從陰極6發(fā)射的電子中的一些將散 射并與柵極5的底表面5b碰撞，并且行進(jìn)穿過(guò)凹口 7。如果假定通過(guò)跨過(guò)(across)平行平 板電極的驅(qū)動(dòng)電壓Vf產(chǎn)生的電場(chǎng)是均勻的，那么此時(shí)的電子的平均自由程可被如下導(dǎo)出。首先，如圖5所示，形成上電極膜，使得分別向在XY平面上分開(kāi)距離h的兩個(gè)電 極21和22施加V = 0[V]和V = Vf [V]的電位。這里，考慮從V = 0[V]的電極21被偏 移功函數(shù)Wf[eV]的位置處已被發(fā)射并且已與V = Vf [V]的電極22碰撞的散射電子的行 進(jìn)距離。如果假定一個(gè)電子的電荷量為e[C]，一個(gè)電子的質(zhì)量是m[kg]，一個(gè)電子的動(dòng)能是 K[kg · m2/s2]，電場(chǎng)強(qiáng)度為E[V/m]，電子的速度大小為v[m/s]，電子的加速度為a[m/s2]，電 子的χ方向速度為vx[m/s]，電子的y方向速度為vy [m/s]，并且通過(guò)電壓Vf加速一個(gè)電子 時(shí)的能量為EVf[eV] = eXVf，那么獲得以下的表達(dá)式。K = (1/2) XmXv2 . . . (1)ma = eE... (2)從表達(dá)式(1)和(2)，獲得以下的表達(dá)式。ν = (2K/m)1/2…(3)a = eE/m... (4)并且，時(shí)間t上的y方向位移和χ方向位移可分別由以下的表達(dá)式來(lái)表達(dá)。y(t) = vyXt+(l/2) XaXt2 …(5)x(t) =vxXt. . . (6)從表達(dá)式(5)，y(t)變?yōu)?的時(shí)間被如下計(jì)算。t = -2 X (vy/a). . . (7)當(dāng)表達(dá)式(7)被代入表達(dá)式(6)中時(shí)，獲得以下的表達(dá)式。χ = -2 X vx X (vy/a)…(8)在表達(dá)式(8)中，當(dāng)vx = V/^2且Vy = -V/^2時(shí)，χ變?yōu)樽畲笾?。因此，獲得以 下的表達(dá)式。x = vX (v/a) = (2XK/m)/(eE/m) = 2K/(eXE)…(9)這里，當(dāng)用E = Vf/h和K = EVf-Wf替換E和K時(shí)，獲得以下的表達(dá)式。χ = 2XhX {l-(fff/EVf)}. . . (10)當(dāng)設(shè)置凹陷部分9時(shí)，電場(chǎng)變得較弱，因此電子能夠行進(jìn)得更遠(yuǎn)。設(shè)置凹陷部分9 以弱化電場(chǎng)的效果的量被視為系數(shù)α?xí)r的平均行進(jìn)距離被如下計(jì)算。χ' = α Xx = 2α XhX {1-(fff/EVf)}. . . (11)在表達(dá)式(11)中，h與絕緣層3b的高度T2對(duì)應(yīng)，并且已從研究的結(jié)果確認(rèn)α的 合理值約為3。因此，凹陷距離Τ8的飽和量Lsat可被如下表達(dá)。Lsat = 6ΧΤ2Χ {1-(fff/EVf)}. . . (12)也就是說(shuō)，為了獲得足夠的增大電子發(fā)射效率的效果，優(yōu)選滿足表達(dá)式 T8 彡 6XT2X {1-(fff/EVf)} οT4 禾口 T5在以上的描述中，已描述了陰極6的寬度T4與柵極5的突出區(qū)域12的寬度T5相同的配置。但是，從凹陷部分9的效果明顯可見(jiàn)，即使在T4 > T5的情況下也可獲得增大電 子發(fā)射效率的效果。但是，在T5 > T4的情況下，由于柵極5具有比陰極6寬的寬度，因此從陰極6發(fā) 射的電子將在到達(dá)柵極5的凹陷部分9之前被重復(fù)散射。因此，認(rèn)為難以獲得增大電子發(fā) 射效率的效果。從以上的討論，為了獲得增大電子發(fā)射效率的效果，如果假定圖IC所示的間隙8 的最短距離為T13、并且圖6所示的柵極5的突出區(qū)域12從與陰極6相對(duì)的區(qū)域突起的部 分的長(zhǎng)度為T12，那么優(yōu)選滿足表達(dá)式T12 < T13。在上述的圖中，雖然對(duì)于柵極5或絕緣部件3設(shè)置凹陷部分9時(shí)的角被示為垂直 的角，但所述角可如圖7所示的那樣被配置為圓角(rounded corners) (R部分)10。在如圖 7所示的這種配置中，電子發(fā)射效率的增大飽和的最小凹陷距離T8也由上述的表達(dá)式(12)表達(dá)。也就是說(shuō)，在圖7中位于最凹陷位置處的柵極5的側(cè)壁處的凹陷距離T8'優(yōu)選滿 足表達(dá)式 Τ8' ^ 6ΧΤ2Χ {l-(fff/EVf)} ο第二實(shí)施例圖27A至27D是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電子束裝置的電子發(fā)射器件的配置 的示意圖。具體地，圖27A是透視圖，圖27B是平面圖，圖27C是沿圖27B中的線27C-27C 獲取的截面圖，圖27D是沿圖27B中的線27D-27D獲取的截面圖。在本實(shí)施例中，暴露于凹陷部分9的即與后面描述的陽(yáng)極11相對(duì)的絕緣部件3的 表面被凹陷為至少達(dá)到凹口 7的陰極側(cè)邊緣。也就是說(shuō)，當(dāng)絕緣部件3是絕緣層3a和3b 的層疊結(jié)構(gòu)時(shí)，在凹陷部分9中去除絕緣層3b，使得暴露出絕緣層3a。雖然本實(shí)施例示出 在具有未被去除的絕緣層3a的一部分的同時(shí)使絕緣部件3的表面凹陷的配置，但是，也可 以如圖28A所示的那樣去除暴露于凹陷部分9的絕緣部件3的整個(gè)部分。圖28A是本實(shí)施 例的透視圖，其頂視平面圖與圖27B相同。圖28B是圖28A的截面圖，該截面圖與沿圖27B 中的線27D-27D獲取的截面對(duì)應(yīng)。在本實(shí)施例中，在暴露于凹陷部分9的區(qū)域(在本例子中，去除了絕緣層3a的一 部分的表面)中設(shè)置控制電極13。雖然控制電極13可被形成為與陰極6電隔離使得電位 可被獨(dú)立控制，但控制電極13優(yōu)選如圖27A和圖28A所示的那樣被形成為與陰極6連續(xù)以 使得制造工藝簡(jiǎn)單和容易。在本實(shí)施例中，電子發(fā)射器件的各部件的長(zhǎng)度如上面描述的那樣被定義，并且，T9 和h被如下定義。T9 絕緣部件3的凹口 7的接近陰極6的邊緣與控制電極13的表面之間的距離h 絕緣部件3的與設(shè)置柵極的一側(cè)相對(duì)的表面和陽(yáng)極之間的距離(即，基板1和 陽(yáng)極之間的距離)。這里，應(yīng)當(dāng)注意，本實(shí)施例中的h與圖9示出的H相等。對(duì)于凹陷部分9設(shè)置控制電極13的效果圖29B示出沿圖27B中的線29B-29B獲取的截面上的電子軌跡。圖29A示出不給 柵極5設(shè)置凹陷部分9并且不設(shè)置控制電極13的配置中的電子軌跡。在圖29A和圖29B 中，沿水平方向延伸的實(shí)線代表具有相等電位的線，沿圖中的垂直方向的虛線代表電子軌 跡。并且，陽(yáng)極由附圖標(biāo)記11表示。
如圖29A所示，在既不設(shè)置凹陷部分9也不設(shè)置控制電極13的配置中，電位很少 沿Y方向改變。因此，當(dāng)從與YZ平面垂直的X方向觀察電子軌跡時(shí)，由于只有陽(yáng)極11和平 行電場(chǎng)的影響，因此電子將如圖29A所示的那樣沿拋物線軌跡行進(jìn)。相反，如圖29B所示，當(dāng)對(duì)于柵極5設(shè)置凹陷部分9并且對(duì)于凹陷部分9設(shè)置控制 電極13時(shí)，由于存在控制電極13和柵極5，因此沿Y方向具有相等電位的線畸變。因此， 電子將沿如虛線所示的軌跡行進(jìn)。也就是說(shuō)，抑制了電子束沿Y方向展開(kāi)，由此出現(xiàn)會(huì)聚效果ο雖然當(dāng)取凹陷部分9的較大的凹陷距離T8時(shí)可望較大的會(huì)聚效果，但是，從減少 節(jié)拍時(shí)間的觀點(diǎn)看，較小的凹陷距離T8是有利的。在圖30中圖示了凹陷部分9的凹陷距離T8和沿Y方向的電子束的尺寸之間的關(guān) 系。圖30表示從被凹陷部分9夾著的一個(gè)位置發(fā)射電子的情況。在圖30中，水平軸代表柵極5的凹陷部分9的凹陷距離T8，垂直軸代表電子到達(dá) 陽(yáng)極11時(shí)的沿Y方向的電子束的尺寸。從圖30可以看出，隨著柵極5的凹陷部分9的凹陷 距離T8增大，沿Y方向的電子束的尺寸減小；但是，它在一定的值或更大處達(dá)到其飽和點(diǎn)。 這意味著可通過(guò)設(shè)置具有增大到一定程度的寬度的凹陷部分9來(lái)減少行進(jìn)直到凹陷部分9 的電子的數(shù)量。因此，凹陷距離T8的進(jìn)一步的增大不會(huì)有助于沿Y方向的電子束的尺寸的 減小。T5在圖27A的配置中，當(dāng)柵極5的突出區(qū)域12的寬度T5減小時(shí)，通過(guò)控制電極13 和柵極5之間的電位差產(chǎn)生的電場(chǎng)的影響變得較強(qiáng)。因此，可望改善電子束的會(huì)聚效果。將參照?qǐng)D29B和圖32給出對(duì)該效果的描述。圖32是圖29B的圖中的柵極5的左 端部附近的放大示意圖。根據(jù)本實(shí)施例，如圖29B和圖32所示，由于在(1)柵極5和控制 電極13之間的電位差Vc與⑵陽(yáng)極11和陰極6之間的電位差Va之間的關(guān)系，因此具有 相等電位的曲線畸變。因此，V = Vc的具有相等電位的線以距離XS被拉入柵極5中。xs 點(diǎn)是這樣的位置，在所述位置處，Z方向電場(chǎng)變?yōu)?，并且，由電位差Vc(I)導(dǎo)致的電場(chǎng)和由 電位差Va⑵導(dǎo)致的電場(chǎng)處于平衡的狀態(tài)。電位Vc的拉入(pull)程度取決于Vc、Va、h等 而改變，并且可被如下表達(dá)。xs = (Vc/Va) X (h/ π )這里，Ji是圓周率(circular constant)。當(dāng)T5相對(duì)于xs為小時(shí)，可望增大電子 束的會(huì)聚效果。觀察到當(dāng)T5減小時(shí)，隨著T5變得小于一定的值，沿Y方向的電子束的尺寸減小。 在圖31中圖示了該趨勢(shì)。在圖31中，水平軸是T5/xs。從圖31可以看出，在T5/xs<5處 出現(xiàn)沿Y方向的電子束的尺寸的會(huì)聚效果。也就是說(shuō)，在本實(shí)施例中，需要滿足以下的表達(dá)式。T5 < 5 X (Vc/Va) X (h/ π )Vf ^ Vc還觀察到在Τ5 = 100 μ m的情況下，沿Y方向的電子束的尺寸約為300 μ m，并且， 隨著T5減小到9 μ m、5 μ m和3 μ m等，沿Y方向的電子束的尺寸示出逐漸的減小。在圖9中，當(dāng)施加的電壓Va和Vf改變時(shí)，沿Y方向的電子束的尺寸也改變。在圖33A和圖33B中圖示了 Va和Vf和沿Y方向的電子束的尺寸之間的關(guān)系。圖33A表示對(duì)于Va和Vf的三種組合的沿Y方向的電子束的尺寸。但是，如圖33B 所示，當(dāng)被歸一化到T5 = 100 μ m的情況的尺寸時(shí)，沿Y方向的電子束的尺寸由一條曲線表 征。在所述曲線圖中，XS由以下的表達(dá)式來(lái)表達(dá)。xs = (Vc/Va) X (h/ π )這里，Ji是圓周率。第三實(shí)施例下面，參照?qǐng)D34Α至34D給出對(duì)根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電子束裝置的電子發(fā)射 器件的描述。本實(shí)施例的電子發(fā)射器件具有這樣的配置，S卩，在根據(jù)第二實(shí)施例的電子束裝置 的電子發(fā)射器件中，凹陷部分9和在暴露于凹陷部分9的區(qū)域中形成的控制電極13的寬度 被進(jìn)一步增大，使得柵極5被凹陷部分9和控制電極13包圍。也就是說(shuō)，在本實(shí)施例中，如 圖34Α所示，柵極5被形成為矩形，并且，控制電極13被設(shè)置在柵極5周圍。在本實(shí)施例中，可以在一組中設(shè)置陰極6和與陰極6相對(duì)的柵極5，但是，優(yōu)選以一 定的距離在兩個(gè)或更多個(gè)組中設(shè)置它們。圖34Α示出在兩個(gè)組中設(shè)置陰極6和柵極5的例 子。圖34Α至34D示出去除暴露于凹陷部分9的絕緣部件3的整個(gè)部分的配置，但是， 如圖IA所示，絕緣層3b可被部分地去除。該配置中的凹陷部分9和控制電極13的效果與 第二實(shí)施例的相同。但是，如果假定在與陽(yáng)極11相對(duì)的柵極表面(XY平面)上柵極5沿與 柵極5的與陰極6相對(duì)的邊緣垂直的方向(X方向)的長(zhǎng)度為T5x[m]，那么需要滿足以下的 表達(dá)式。T5 < 5 X (Vf/Va) X (h/ π )Τ5χ < 5 X (Vf/Va) X (h/ π )Vf ^ Vc由于柵極5需要處于與控制電極13和陰極6電隔離的狀態(tài)，因此，如圖34C所示， 在絕緣部件3中形成接觸孔并在其中填充導(dǎo)電部件15，使得可通過(guò)導(dǎo)電部件15通過(guò)在基板 1上形成的布線將柵極5的電位提取到器件外面。制造方法參照?qǐng)D8Α和圖8Β給出對(duì)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子發(fā)射器件的制造方法的描述。圖8Α和圖8Β是示出圖IC所示的電子發(fā)射器件的制造工藝序列的示意圖。基板1是用于機(jī)械支撐器件的絕緣基板，并且，例如，可以是石英玻璃、具有減少 的諸如Na的雜質(zhì)的含量的玻璃、鈉鈣玻璃(soda limeglass)和硅基板。 首先，如圖8A所示，在基板1上，層疊用作絕緣層3a的絕緣層23、用作絕緣層3b 的絕緣層24、和用作柵極5的導(dǎo)電層25。絕緣層23和24是由諸如SiN(SixNy)或SiO2的 具有優(yōu)異的可加工性的材料制成的絕緣膜，并可通過(guò)諸如濺射方法、CVD方法、真空蒸發(fā)方 法等的一般真空成膜方法形成。在5nm至50 μ m的范圍中設(shè)置并且優(yōu)選在20nm至500nm 的范圍中選擇絕緣層23和24的厚度。在這種情況下，由于需要在層疊絕緣層23和24之 后形成凹口 7，因此應(yīng)當(dāng)保證絕緣層23和24具有不同的蝕刻速率。絕緣層23對(duì)于絕緣層 24的選擇比優(yōu)選被設(shè)為10或更大，并且更優(yōu)選被設(shè)為50或更大。具體地，例如，SixNy被用于絕緣層23，并且，諸如SiO2的絕緣材料被用于絕緣層24。作為替代方案，例如，絕緣層24 可由具有高的磷濃度的PSG和具有高的硼濃度的BSG制成。導(dǎo)電層25由諸如蒸發(fā)方法或?yàn)R射方法的一般真空成膜技術(shù)形成。導(dǎo)電層25優(yōu)選 由具有導(dǎo)電性、高的熱導(dǎo)率和高的熔點(diǎn)的材料形成。在5nm至500歷的范圍中設(shè)置并且優(yōu)選在20nm至500歷的范圍中選擇導(dǎo)電層25
的厚度。隨后，通過(guò)光刻技術(shù)在導(dǎo)電層25上形成抗蝕劑圖案，之后，使用蝕刻方法依次處 理導(dǎo)電層25、絕緣層24和絕緣層23。以此方式，如圖8B所示，獲得柵極5和由絕緣層3b 和絕緣層3a構(gòu)成的絕緣部件3。隨后，如圖8C所示，使用蝕刻方法僅部分去除層疊結(jié)構(gòu)的一個(gè)側(cè)表面中的絕緣層 3b的側(cè)表面，由此形成凹口 7。例如，如果絕緣層3b由SiO2形成，那么蝕刻方法可使用典型地被稱為緩沖氫氟酸 (BHF)的氟化銨和氫氟酸的混合溶液。并且，如果絕緣層3b由SixNy形成，那么蝕刻方法可 使用基于熱磷酸的蝕刻溶液。凹口 7的深度，即凹口 7中的絕緣層3b的側(cè)表面與絕緣層3a和柵極5的側(cè)表面 之間的距離(圖IA中的T6)，強(qiáng)烈地與可在形成器件之后出現(xiàn)的泄漏電流相關(guān)。凹口 7的 深度越深，那么泄漏電流越小。但是，由于極深的凹口 7可引起諸如柵極5變形的問(wèn)題，因 此凹口 被形成到約30nm至200nm的深度。雖然本實(shí)施例將絕緣部件3示為絕緣層3a和3b的層疊結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明不限于此， 并且，可通過(guò)進(jìn)一步去除絕緣層的一部分來(lái)形成凹口 7。隨后，為了形成凹陷部分9，在柵極5上形成抗蝕劑圖案。具體地，使用蝕刻方法 對(duì)柵極5和絕緣層3b以及必要時(shí)絕緣層3a依次處理，由此在柵極5中形成凹陷部分9，并 且，去除絕緣部件3的不必要的部分。隨后，如圖8D所示，在柵極5的表面上形成剝離層(delaminationlayerUO。形成 剝離層20的目的是要從柵極5剝離在后面的工藝中沉積的陰極材料26。出于這種原因，例 如，通過(guò)將柵極5氧化以在其上形成氧化物膜或通過(guò)電鍍向其沉積剝離金屬的方法來(lái)形成 剝離層20。這里，在第二實(shí)施例和第三實(shí)施例中，在暴露于凹陷部分9的絕緣層3的表面上形 成控制電極13的構(gòu)成材料膜，并且對(duì)該表面進(jìn)行構(gòu)圖。在5nm至500nm的范圍中設(shè)置并且 優(yōu)選在20nm至500nm的范圍中選擇控制電極13的厚度。之后，如圖8E所示，對(duì)于基板1和絕緣部件3的側(cè)表面沉積陰極材料26。此時(shí)，還 對(duì)于柵極5沉積陰極材料26。作為陰極的材料，使用具有導(dǎo)電性并能夠發(fā)射電子的材料。這樣的材料典型地具 有2000°C或更高的高熔點(diǎn)和5eV或更低的功函數(shù)。優(yōu)選的材料是很少形成諸如氧化物層的 化學(xué)反應(yīng)層或形成可通過(guò)簡(jiǎn)單且容易的方法去除的反應(yīng)層的材料。作為陰極材料26的沉積方法，使用諸如蒸發(fā)方法或?yàn)R射方法的一般真空成膜技 術(shù)，并且，優(yōu)選EB蒸發(fā)方法。如上所述，在本發(fā)明中，為了有效提取電子，需要控制蒸發(fā)期間的角度和成膜時(shí)間 以及形成陰極6時(shí)的溫度和真空度，使得陰極6被制造為具有最佳的形狀。
隨后，如圖8F所示，蝕刻掉剝離層20以去除柵極5上的陰極材料26。并且，通過(guò)光刻等對(duì)基板1和絕緣部件3的側(cè)表面上的陰極材料26進(jìn)行構(gòu)圖，由此形成陰極6。隨后，如圖8G所示，形成電極2以實(shí)現(xiàn)與陰極6的導(dǎo)電。電極2具有與陰極6類 似的導(dǎo)電性，并且，由諸如蒸發(fā)方法或?yàn)R射方法的一般真空成膜技術(shù)和光刻技術(shù)形成。在50nm至5mm的范圍中設(shè)置并且優(yōu)選在50nm至5 μ m的范圍中選擇電極2的厚 度。雖然電極2和柵極5可由相同的材料或不同的材料形成，并可通過(guò)相同的形成方 法或不同的形成方法形成，但柵極5通常具有比電極2小的厚度，由此優(yōu)選對(duì)于柵極5使用 低電阻材料。雖然在上述的制造方法中通過(guò)剝離層20去除柵極5上的陰極材料26，但本發(fā)明的 范圍也包含如圖25A至25C所示的配置，其中，在柵極5上形成由陰極材料26形成的突起 部分30?？赏ㄟ^(guò)如下方法形成這種突起部分30 在不在柵極5的與陰極6對(duì)應(yīng)的區(qū)域上設(shè) 置剝離層20的情況下在柵極5上沉積陰極材料26的方法，或在不設(shè)置剝離層20的情況下 沉積陰極材料26并然后對(duì)陰極材料26進(jìn)行構(gòu)圖的方法。下面，參照?qǐng)D26給出對(duì)提供有電子源的圖像顯示裝置的描述，通過(guò)布置多個(gè)根據(jù) 本發(fā)明實(shí)施例的電子發(fā)射器件而獲得所述電子源。圖26是示出圖像顯示裝置的顯示板的 例子的、部分切去的示意圖。參照?qǐng)D26，顯示板包含被固定到后板41的電子源基板31和面板46，在所述面板 46中，在玻璃基板43的內(nèi)表面上形成作為用作發(fā)光部件的熒光體層的熒光膜44、作為陽(yáng)極 11 的金屬背(metal back)45 等。顯示板還包含支撐框42，使用燒結(jié)玻璃(frit glass)等將后板41和面板46接合 到所述支撐框42，由此形成外封殼(envel0pe)47。通過(guò)在400至500°C的高溫范圍中在空 氣或氮?dú)夥罩袑?duì)它們烘焙10分鐘或更長(zhǎng)，實(shí)施使用燒結(jié)玻璃的接合。如上所述，外封殼47由面板46、支撐框42和后板41構(gòu)建。設(shè)置后板41的主要目 的是增強(qiáng)電子源基板31的強(qiáng)度。因此，當(dāng)電子源基板31自身具有足夠的強(qiáng)度時(shí)，附加的后 板41可被省略。也就是說(shuō)，支撐框42可直接與電子源基板31接合，并且，可通過(guò)面板46、支撐框 42和電子源基板31構(gòu)建外封殼47。另一方面，可以在面板46和后板41之間設(shè)置未被示 出的并且被稱為間隔件的支撐件，使得外封殼47對(duì)于空氣壓力具有足夠的強(qiáng)度。在這種圖像顯示裝置中，考慮發(fā)射的電子的軌跡，在各電子發(fā)射器件34之上對(duì)齊 (align)熒光體。用作顯示板的外封殼47通過(guò)端子Dxl至Dxm、端子Dyl至Dyn和高電壓端子與外 部電路連接。端子Dxl至Dxm與X方向布線32連接，并且，被供給用于在逐行的基礎(chǔ)上(一 次N個(gè)器件)順次驅(qū)動(dòng)設(shè)置在顯示板內(nèi)的電子源即具有m行乘η列的矩陣布線配置的電子 發(fā)射器件組的掃描信號(hào)。另一方面，端子Dyl至Dyn與Y方向布線33連接，并且被供給用 于控制被掃描信號(hào)選擇的一行的各自電子發(fā)射器件的輸出電子束的調(diào)制信號(hào)。例如，從DC電壓源Va向高電壓端子供給10 [kV]的DC電壓，并且，該電壓是用于 將激發(fā)熒光體的足夠能量給予從電子發(fā)射器件發(fā)射的電子束的加速電壓。如上所述，通過(guò)施加掃描信號(hào)、調(diào)制信號(hào)和對(duì)于陽(yáng)極的高電壓，發(fā)射的電子被加速以被照射到熒光體，由此顯示圖像。當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子發(fā)射器件形成圖像顯示裝置時(shí)，可以獲得整齊布 置電子束形狀的圖像顯示裝置。因此，可以提供具有良好的顯示質(zhì)量的圖像顯示裝置。例子 例子 1通過(guò)圖8A至8G所示的工藝來(lái)制造具有圖IA至ID所示的配置的電子發(fā)射器件。首先，使用PD 200作為基板1，所述PD 200是為了用于等離子體顯示器中而開(kāi)發(fā) 的低鈉玻璃，并且，分別使用具有500nm的厚度的SiN(SixNy)和具有30nm的厚度的SiO2通 過(guò)濺射方法形成絕緣層23和24。隨后，使用具有30nm的厚度的TaN通過(guò)濺射方法層疊導(dǎo) 電層25(參見(jiàn)圖8A)。隨后，通過(guò)光刻技術(shù)在導(dǎo)電層25上形成包含具有梳齒狀形狀的突出區(qū)域12和凹 陷部分9的抗蝕劑圖案，之后，使用干蝕刻方法依次處理導(dǎo)電層25、絕緣層24和絕緣層23。 此時(shí)，以10 μ m的節(jié)距(pitch)處理梳齒狀形狀，使得凹陷距離T8為lOOnm，并且陰極6之 間的距離T7、陰極6的寬度T4和突出區(qū)域12的寬度T5為5 μ m(參見(jiàn)圖8B)。并且，由于形成氫氟酸的材料被選擇作為用于絕緣層23和24以及導(dǎo)電層25的材 料，因此使用基于CF4的氣體作為處理氣體。使用該氣體的RIE的結(jié)果是，絕緣層3a和3b 以及柵極5的被蝕刻的側(cè)表面相對(duì)于基板1的水平平面處于約80°的角度。在抗蝕劑被剝離之后，通過(guò)使用BHF(其為氟化銨和氫氟酸的溶液)的蝕刻方法來(lái) 蝕刻絕緣層3b的側(cè)表面，使得深度T6約為70nm，由此，在絕緣部件3中形成凹口 7 (參見(jiàn)圖 8C)。然后，通過(guò)電鍍?cè)跂艠O5的表面上電解析出Ni，并且，形成剝離層20 (參見(jiàn)圖8D)。隨后，用作陰極材料26的鉬(Mo)被沉積到柵極5的上表面、絕緣部件3的側(cè)表面 和基板1的表面。在本例子中，使用EB蒸發(fā)方法作為成膜方法。在該形成方法中，基板1 相對(duì)于水平平面的傾度(inclination)被設(shè)為60°。以此方式，Mo以60°的入射角入射 到柵極5上，并以40°的入射角入射到絕緣部件3的被RIE處理的斜表面上。在將蒸發(fā)期 間精確控制為2. 5分鐘的同時(shí)，以約12nm/min的恒定蒸發(fā)速度執(zhí)行蒸發(fā)，由此在斜表面上 將Mo膜形成至30nm的厚度(參見(jiàn)圖8E)。在形成Mo膜之后，使用由碘和碘化鉀構(gòu)成的蝕刻溶液來(lái)去除在柵極5上析出的M 剝離層20，由此剝離柵極5上的Mo膜(參見(jiàn)圖8F)。隨后，通過(guò)光刻技術(shù)形成抗蝕劑圖案，使得陰極6的寬度T4為5 μ m。之后，使用干 蝕刻方法處理基板1和絕緣層3a的側(cè)表面上的Mo膜，并且形成陰極6。并且，由于鉬在被 用作陰極材料26時(shí)其形成氟化物，因此使用基于CF4的氣體作為處理氣體。基于截面TEM(透鏡電子顯微鏡)的分析的結(jié)果是，陰極6和柵極5之間的間隙8 的最短距離T13為9nm。隨后，通過(guò)濺射方法將Cu沉積到500nm的厚度并將其構(gòu)圖，由此形成電極2 (參見(jiàn) 圖 8G)。通過(guò)上述的方法形成電子發(fā)射器件，并且，使用圖9所示的布置來(lái)評(píng)價(jià)電子發(fā)射 器件的特性。圖9示出用于測(cè)量根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的器件的電子發(fā)射特性的電源布置。如圖9所示，在本發(fā)明的電子束裝置中，陽(yáng)極11被設(shè)置為經(jīng)由柵極5與陰極6的突起部分相對(duì)。在 本例子中，由于絕緣部件3被設(shè)置在基板1上，因此，可以說(shuō)陽(yáng)極11被設(shè)置為在基板1的設(shè) 置絕緣部件3的一側(cè)與基板1相對(duì)。參照?qǐng)D9，Vf是在器件的柵極5和陰極6之間施加的電壓，If是此時(shí)流動(dòng)的電流， Va是在陰極6和陽(yáng)極11之間施加的電壓，Ie是電子發(fā)射電流。這里，使用在向器件施加電壓時(shí)檢測(cè)的電流If和提取到真空中的電流Ie，典型地 由表達(dá)式η = Ie/(If+Ie)給出電子發(fā)射效率η。使用圖9的布置來(lái)評(píng)價(jià)本例子的器件的特性，并且，評(píng)價(jià)結(jié)果表明，在26V的驅(qū)動(dòng) 電壓下電子發(fā)射電流Ie為1.5 μ Α，并且，電子發(fā)射效率平均為14%。比較例1 下面，除了不對(duì)于柵極5設(shè)置凹陷部分9并且不去除絕緣部件3的與凹陷部分9對(duì) 應(yīng)的區(qū)域以外，以與例子1相同的方式制造電子發(fā)射器件。與例子1類似，像條帶(stripes) 那樣形成陰極6。對(duì)由此獲得的電子發(fā)射器件進(jìn)行與例子1相同的特性評(píng)價(jià)，并且，評(píng)價(jià)結(jié)果表明， 在26V的驅(qū)動(dòng)電壓下電子發(fā)射電流Ie約為0. 8 μ A，并且，電子發(fā)射效率平均約為9%。例子2除了 Τ8被改變以外，以與例子1相同的方式制造電子發(fā)射器件，并且，觀察電子發(fā) 射效率對(duì)于Τ8的依賴性。觀察結(jié)果表明，隨著Τ8增大，電子發(fā)射效率增大，但是，增大的Τ8的影響逐漸變 弱，從而示出在一定的值處達(dá)到其飽和點(diǎn)的趨勢(shì)。在圖10中圖示了該結(jié)果。Τ8 = 0的情況下的電子發(fā)射效率約為8%，并且隨著Τ8增大到20nm、40nm、60nm 等而示出逐漸的增大，從而在T8 = SOnm處達(dá)到約14%;但是，即使當(dāng)T8進(jìn)一步增大時(shí)，效 率也不表現(xiàn)出任何的進(jìn)一步的增大。隨后，觀察相同的T8下的電子發(fā)射器件的驅(qū)動(dòng)電壓依賴性。如圖11所示，觀察結(jié) 果表明，驅(qū)動(dòng)電壓越低，則獲得越低的電子發(fā)射效率；但是，電子發(fā)射效率在較低的T8值處 達(dá)到其飽和點(diǎn)。另一方面，驅(qū)動(dòng)電壓越高，則獲得越高的電子發(fā)射效率；但是，電子發(fā)射效率 在較高的T8值處達(dá)到其飽和點(diǎn)?；谀M的檢查通過(guò)模擬來(lái)計(jì)算用例子1和2和比較例獲得的結(jié)果，以確認(rèn)本發(fā)明的效果。在以下的計(jì)算中，除非另外指定，否則使用以下的數(shù)值T1 = 30nm, T2 = 30nm, T3 =500nm，T4 = T5 = 5ym,T6 = 70nm且T7 = 3 μ m。并且，使用以下的值驅(qū)動(dòng)電壓Vf = 24V，陽(yáng)極施加電壓Va = 11.8kV，功函數(shù)Wf = 4. 6eV。T8改變的情況在圖4中圖示了在Onm至120nm的范圍中改變T8時(shí)的計(jì)算結(jié)果。從圖4可以看出，隨著凹陷距離T8增大，電子發(fā)射效率逐漸增大；但是，電子發(fā)射 效率在一定的較高值處變得基本上恒定。如果假定效率變得基本上恒定的凹陷距離T8為 Lsat，那么，如從圖4可以看出的那樣，Lsat約為65nm。在圖4所示的計(jì)算結(jié)果中，在表1中概括了對(duì)于每次的電子散射到達(dá)陽(yáng)極的電子 的數(shù)量。
從表l可以看出，由于當(dāng)凹陷距離T8增大時(shí)在第一次散射之后到達(dá)陽(yáng)極的電子的數(shù)量增大，因此，第一次散射的電子的增大的數(shù)量有助于效率的增大。也就是說(shuō)，可以確認(rèn)，在從陰極6發(fā)射的電子已與柵極5碰撞一次之后，它們中的大多數(shù)在不進(jìn)行任何進(jìn)一步的碰撞的情況下通過(guò)凹陷部分9到達(dá)陽(yáng)極。從以上可以斷定，當(dāng)對(duì)于柵極5設(shè)置凹陷部分9時(shí)，電子發(fā)射效率增大。隨后，關(guān)于當(dāng)通過(guò)其發(fā)射電子的陰極6和柵極5之間的間隙8的形狀、驅(qū)動(dòng)電壓和 陰極6的材料改變時(shí)電子發(fā)射效率的增大飽和的最小凹陷距離Lsat的值將如何改變，進(jìn)行 檢查。具體地，通過(guò)模擬關(guān)于當(dāng)T1、T2、T3、T4和T5的值、驅(qū)動(dòng)電壓Vf、陰極6的功函數(shù)Wf、 陽(yáng)極施加電壓Va獨(dú)立改變時(shí)Lsat的值將如何改變，來(lái)進(jìn)行檢查。T8和Vf之間的關(guān)系在圖12中圖示了驅(qū)動(dòng)電壓Vf在12V至48V的范圍中改變時(shí)的計(jì)算結(jié)果。在圖12 中，水平軸代表凹陷距離T8，垂直軸代表電子發(fā)射效率。從圖12可以看出，電子發(fā)射效率變 得恒定的凹陷距離Lsat取決于驅(qū)動(dòng)電壓Vf的值而不同。如從圖12可以看出的那樣，Lsat 對(duì)于 Vf = 12V 為 40nm，對(duì)于 Vf = 24V 為 65nm，對(duì)于 Vf = 48V 為 lOOnm。T8和T2之間的關(guān)系在圖13中圖示了凹口 7的高度T2在20nm至35nm的范圍中改變時(shí)的計(jì)算結(jié)果。 在圖13中，水平軸代表凹陷距離T8，垂直軸代表電子發(fā)射效率。從圖13可以看出，電子發(fā) 射效率變得恒定的凹陷距離Lsat取決于凹口 7的高度T2的值而不同。如從圖13可以看 出的那樣，Lsat對(duì)于T2 = 20nm為90nm，并且對(duì)于T2 = 35nm為120nm。T8和Wf之間的關(guān)系在圖14中圖示了陰極6的構(gòu)成材料的功函數(shù)Wf在3. OeV至6. OeV的范圍中改變 時(shí)的計(jì)算結(jié)果。在圖14中，水平軸代表凹陷距離T8，垂直軸代表電子發(fā)射效率。在圖14 所示的計(jì)算結(jié)果中，驅(qū)動(dòng)電壓Vf被設(shè)為12V。從圖14可以看出，電子發(fā)射效率變得恒定的 凹陷距離Lsat取決于功函數(shù)Wf的值而不同。如從圖14可以看出的那樣，Lsat對(duì)于Wf = 3. OeV 為 70nm，對(duì)于 Wf = 4. 5eV 為 50nm，對(duì)于 Wf = 6. OeV 為 30nm。T8和Tl之間的關(guān)系在圖15中圖示了柵極5的高度Tl在IOnm至50nm的范圍中改變時(shí)的計(jì)算結(jié)果。 在圖15中，水平軸代表凹陷距離T8，垂直軸代表電子發(fā)射效率。從圖15可以看出，電子發(fā) 射效率變得恒定的凹陷距離Lsat并不取決于柵極5的高度Tl的值而改變很多。T8和T3之間的關(guān)系在圖16中圖示了凹口 7和基板1之間的距離T3 (即，絕緣層3a的高度)在130nm 至Ιμπι的范圍中改變時(shí)的計(jì)算結(jié)果。在圖16中，水平軸代表凹陷距離Τ8，垂直軸代表電 子發(fā)射效率。從圖16可以看出，電子發(fā)射效率變得恒定的凹陷距離Lsat并不取決于凹口 7和基板1之間的距離Τ3而改變很多。Τ8和Τ7之間的關(guān)系在圖17中圖示了陰極6之間的距離Τ7在750nm至5μπι的范圍中改變時(shí)的計(jì)算 結(jié)果。在圖17中，水平軸代表凹陷距離Τ8，垂直軸代表電子發(fā)射效率。從圖17可以看出， 電子發(fā)射效率變得恒定的凹陷距離Lsat并不取決于Τ7的值而改變很多。Τ8和Va之間的關(guān)系在圖18中圖示了陽(yáng)極施加電壓Va在IkV至11. SkV的范圍中改變時(shí)的計(jì)算結(jié)果。 在圖18中，水平軸代表凹陷距離Τ8，垂直軸代表電子發(fā)射效率。從圖18可以看出，電子發(fā)射效率變得恒定的凹陷距離Lsat并不取決于陽(yáng)極施加電壓Va的值而改變很多。T4和T5之間的關(guān)系已對(duì)于陰極6的寬度T4與和陰極6相對(duì)的柵極5的突出區(qū)域的寬度T5相同的情 況即圖6中的T12 = 0的情況，討論了計(jì)算結(jié)果。在T4彡T5的情況下，從以上的結(jié)果可以 說(shuō)，設(shè)置凹陷部分9具有增大電子發(fā)射效率的效果。將對(duì)于T5 > T4即T12 > 0的情況進(jìn) 行檢查。在圖19中圖示了凹陷距離T8為115nm、陰極6和柵極5之間的最短距離T13為 12nm、并且T12的值在Onm至35nm的范圍中改變時(shí)的計(jì)算結(jié)果。在圖19中，水平軸代表 T12，垂直軸代表電子發(fā)射效率。從圖19可以看出，隨著T12的值增大，電子發(fā)射效率減小。 因此，可以斷定，為了通過(guò)設(shè)置凹陷部分9來(lái)獲得增大電子發(fā)射效率的效果，優(yōu)選滿足表達(dá) 式 T12 < T13。對(duì)于圖2A和圖20的配置的檢查 已對(duì)于圖2A所示的配置討論了計(jì)算結(jié)果，在圖2A所示的配置中，與柵極5的凹陷 部分9對(duì)應(yīng)的絕緣部件3的側(cè)表面也凹陷。但是，凹陷區(qū)域可增大工藝步驟的數(shù)量。因此，通過(guò)模擬對(duì)圖IA所示的配置和圖20所示的配置進(jìn)行檢查，在圖IA所示的 配置中，絕緣部件3的側(cè)表面不凹陷并且僅對(duì)于柵極5設(shè)置凹陷部分9，在圖20所示的配置 中，第一絕緣層3a在距基板平面的一定高度處的一部分不被去除。在圖21中圖示了當(dāng)凹陷距離T8為115nm、并且圖20中的第一絕緣層3a的側(cè)表面 凹陷以與凹陷部分9對(duì)應(yīng)的部分的高度Tll在Onm至500nm的范圍中改變時(shí)的對(duì)于圖20 的配置的計(jì)算結(jié)果。在圖21中，水平軸代表凹陷距離T8，垂直軸代表電子發(fā)射效率。在圖 中，Tll = 0的情況指的是圖20中的第二絕緣層3b的側(cè)表面凹陷、并且第一絕緣層3a的 側(cè)表面不凹陷的情況。Tll = 500nm的情況指的是如圖2A所示第一絕緣層3a的側(cè)表面整 個(gè)(entirely)凹陷的情況。僅使柵極凹陷且Tll = 0的情況指的是第二絕緣層3b也不凹 陷的情況。從圖21可以看出，在第一絕緣層3a的側(cè)表面整個(gè)不凹陷的Tll = 0的情況下，通 過(guò)使第二絕緣層3b的側(cè)表面凹陷，可望增大電子發(fā)射效率。并且，可以看出，在第二絕緣層 3b也不凹陷、但只有柵極5被提供有凹陷部分的配置中，可望增大電子發(fā)射效率。并且，與 只使柵極5凹陷的情況和Tll > 0的情況相比，電子發(fā)射效率變得恒定的凹陷距離Lsat對(duì) 于Tll = 0的情況稍小。但是，Lsat的值在Tll彡IOnm的范圍中并不改變很多。通過(guò)表達(dá)式和模擬結(jié)果計(jì)算的Lsat值的比較從以上的計(jì)算結(jié)果可以看出，在滿足關(guān)系T4彡T5或(T5>T4和T12<T13)的 條件下，影響充分增大電子發(fā)射效率所需要的凹陷距離Lsat的參數(shù)是功函數(shù)Wf、驅(qū)動(dòng)電壓 Vf和凹口 7的高度Τ2。如上所述，通過(guò)以下的表達(dá)式(13)給出使用Wf、Vf和T2來(lái)表達(dá)凹陷距離Lsat的 表達(dá)式。Lsat = 6XT2X {1-(fff/EVf)} · · · (13)在圖22、圖23和圖24中圖示了通過(guò)表達(dá)式(13)獲得的凹陷距離Lsat和通過(guò)模 擬計(jì)算的凹陷距離Lsatsim之間的關(guān)系。在圖22中，水平軸代表Vf，垂直軸代表凹陷距離Lsat，功函數(shù)Wf被設(shè)為4. 6eV,并且，凹口 7的高度T2被設(shè)為20歷。對(duì)于12V和48V之間的Vf的任何值，Lsat比Lsatsim 大。因此，可以看出，可通過(guò)以由表達(dá)式(13)計(jì)算的量設(shè)置凹陷部分9，獲得足夠的增大電 子發(fā)射效率的效果。類似地，在圖23中，水平軸代表凹口 7的高度T2，垂直軸代表凹陷距離LSat，Vf被 設(shè)為24V，功函數(shù)Wf被設(shè)為4. 6eV。對(duì)于20nm和35nm之間的T2的任何值，Lsat比Lsatsim 大。因此，可以看出，可通過(guò)以由表達(dá)式(13)計(jì)算的量設(shè)置凹陷部分9，獲得足夠的增大電 子發(fā)射效率的效果。并且，在圖24中，水平軸代表功函數(shù)Wf，垂直軸代表凹陷距離Lsat，Vf被設(shè)為 12V,凹口 7的高度T2被設(shè)為20nm。對(duì)于3eV和6eV之間的Wf的任何值，Lsat比Lsatsim 大。因此，可以看出，可通過(guò)以由表達(dá)式(13)計(jì)算的量設(shè)置凹陷部分9，獲得足夠的增大電 子發(fā)射效率的效果。從以上的結(jié)果，通過(guò)模擬確認(rèn)，可通過(guò)表達(dá)式(13)來(lái)表達(dá)充分增大電子發(fā)射效率 所需要的凹陷距離Lsat。
例子3如圖25A至25C所示，制造在柵極5上設(shè)置突出部分30的電子發(fā)射器件。圖25A 是平面圖，圖25B是沿圖25A中的線25B-25B獲取的截面圖，圖25C是圖25A的右側(cè)視圖。在本例子中，在四個(gè)組中設(shè)置陰極6，并且凹陷距離T8為lOOnm?；镜闹圃旆椒ㄅc例子1的相同，并且，僅描述與例子1的不同之處。在本例子中，如圖25A至25C所示，也對(duì)柵極5的上表面沉積被用作陰極材料的鉬 (Mo)。在排除將形成突出部分30的區(qū)域以外的柵極5上形成Ni剝離層。使用EB蒸發(fā)方 法作為Mo的成膜方法，并且，基板的傾度被設(shè)為80°。以此方式，Mo以80°的入射角入射 到柵極5上，并以20°的入射角入射到器件的絕緣層3a的被RIE處理的斜表面(側(cè)表面) 上。在將蒸發(fā)期間精確控制為2分鐘的同時(shí)，以約lOnm/min的恒定蒸發(fā)速度執(zhí)行蒸發(fā)，由 此在斜表面上將Mo膜形成至20nm的厚度。在形成Mo膜之后，使用由碘和碘化鉀構(gòu)成的蝕刻溶液來(lái)去除在柵極5上析出的M 剝離層20，由此從柵極5剝離不必要的Mo膜。在剝離之后，通過(guò)光刻技術(shù)形成抗蝕劑圖案，使得陰極6的寬度T4為3 μ m并且陰 極6之間的距離T7為3μπι。然后，使用干蝕刻方法處理陰極6。并且，由于鉬在被用作陰 極材料時(shí)其形成氟化物，因此使用基于CF4的氣體作為處理氣體。對(duì)于由此獲得的器件的基于截面ΤΕΜ(透鏡電子顯微鏡)的分析的結(jié)果是，陰極6 和柵極5之間的間隙8的最短距離Τ13平均為8. 5nm。通過(guò)上述的方法形成電子發(fā)射器件，并且，對(duì)于電子發(fā)射器件進(jìn)行與例子1相同 的特性評(píng)價(jià)。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，器件展示出如下特性在26V的驅(qū)動(dòng)電壓下電子發(fā)射電流Ie平均 為6. 2 μ A，并且，電子發(fā)射效率平均約為15%?？紤]這樣的特性，可以假設(shè)，通過(guò)增大陰極6的數(shù)量，電子發(fā)射電流以與條帶數(shù)量 對(duì)應(yīng)的量增大。通過(guò)相同的制造方法，在將陰極6的數(shù)量增大為例子3的100倍、并將陰極6的寬 度Τ4和陰極6之間的距離Τ7設(shè)為0.5 μ m時(shí)，制造器件。并且，柵極5的突出區(qū)域的寬度T5和凹陷部分9的寬度相應(yīng)地被設(shè)為0. 5μπι。通過(guò)這種器件，可以獲得是例子3的大約100 倍的電子發(fā)射量。在設(shè)置多個(gè)陰極6的本例子中，由于可以優(yōu)先從陰極6的端部發(fā)射電子， 因此可以提供比現(xiàn)有的電子發(fā)射器件更加整齊地布置電子束形狀的電子束源。也就是說(shuō)， 可以解決控制電子束形狀的困難，所述困難是由于像現(xiàn)有的電子發(fā)射器件的情況那樣電子 發(fā)射位置不被固定地確定的事實(shí)而導(dǎo)致的，由此提供整齊地布置電子束形狀的電子束源。例子 4在本例子中，通過(guò)在基板上以矩陣的形式布置通過(guò)與在本發(fā)明例子1中制造的電 子發(fā)射器件相同的制造方法制造的大量的電子發(fā)射器件來(lái)形成電子源基板，并且，使用所 述電子源基板來(lái)制造圖26所示的圖像顯示裝置。作為后板41，使用電子源基板31。以下 給出對(duì)本例子的圖像顯示裝置的制造工藝的描述。電極形成工藝 依次在玻璃基板31上形成SiN、Si02、TaN和Mo的膜，通過(guò)與例子1的電子發(fā)射器 件相同的制造方法形成凹口 7，并且，通過(guò)蝕刻來(lái)處理具有凹陷部分9的臺(tái)階(step)。在本 例子中，以每個(gè)器件100個(gè)的數(shù)量來(lái)處理梳齒狀形狀，使得對(duì)于一個(gè)像素設(shè)置100個(gè)陰極6。陰極形成對(duì)柵極5的上表面沉積被用作陰極材料的鉬(Mo)。在本例子中，使用EB蒸發(fā)方法 作為成膜方法，并且，基板31的傾度被設(shè)為60°。以此方式，Mo以60°的入射角入射到柵 極5上，并以40°的入射角入射到器件的絕緣層3a(SiN)的被RIE處理的斜表面上。以約 10nm/min的恒定蒸發(fā)速度執(zhí)行期間為4分鐘的蒸發(fā)。精確控制蒸發(fā)期間，使得在斜表面上 將Mo膜形成至40nm的厚度。之后，通過(guò)光刻和蝕刻來(lái)處理100個(gè)條帶，由此形成電子發(fā)射器件。Y方向布線形成工藝下面，Y方向布線33被布置為與柵極5連接。Y方向布線33用作被施加調(diào)制信號(hào) 的布線。絕緣層形成工藝隨后，為了使在后面的工藝中制造的X方向布線32與Y方向布線33隔離，由硅氧 化物形成的絕緣層被布置在后面描述的X方向布線32下面，以覆蓋前面形成的Y方向布線 33。在絕緣層的一部分中形成接觸孔，使得可實(shí)現(xiàn)X方向布線32和電極2之間的電連接。X方向布線形成工藝隨后，在前面形成的絕緣層上形成主要包含銀的X方向布線32。X方向布線32以 夾著絕緣層的方式與Y方向布線33交叉(intersect)，并且在絕緣層的接觸孔處與電極連 接。X方向布線32用作被施加掃描信號(hào)的布線。以此方式，形成具有矩陣布線的基板。隨后，如圖26所示，經(jīng)由支撐框42在基板31之上2mm的距離處布置面板46，在所 述面板46中，在玻璃基板43的內(nèi)表面上層疊熒光膜44和金屬背45。然后，通過(guò)加熱和冷卻作為低熔點(diǎn)金屬的銦(In)，來(lái)接合面板46、支撐框42和基 板31的接合部分。并且，在該接合工藝中，由于該工藝是在真空室中執(zhí)行的，因此在不使用 排氣管的情況下同時(shí)實(shí)施接合和密封。在本例子中，為了實(shí)現(xiàn)彩色顯示，使用條帶形狀的熒光體來(lái)形成被用作發(fā)光部件 的熒光膜44。首先，形成黑色條帶(未示出)，并且，通過(guò)料漿(slurry)方法在其間隙部分中沉積各顏色的熒光體(未示出)，由此制造熒光膜44。作為用于黑色條帶的材料，使用主 要包含被典型地使用的石墨的材料。并且，在熒光膜44的內(nèi)表面?zhèn)?電子發(fā)射器件側(cè))設(shè)置由鋁形成的金屬背45。通 過(guò)利用真空蒸發(fā)在熒光膜44的內(nèi)表面?zhèn)瘸练eAl來(lái)制造金屬背45。通過(guò)上述的工藝來(lái)制造圖像顯示裝置，并且，所述圖像顯示裝置展現(xiàn)出良好的顯 不質(zhì)量。 例子 5通過(guò)圖8A至8G所示的工藝來(lái)制造具有圖27A至27D所示的配置的電子發(fā)射器件。首先，使用PD 200作為基板1，所述PD 200是為了用于等離子體顯示器中而被開(kāi) 發(fā)的低鈉玻璃，并且，分別使用具有500nm的厚度的SiN(SixNy)和具有30nm的厚度的SiO2 通過(guò)濺射方法來(lái)形成絕緣層23和24。隨后，使用具有30nm的厚度的TaN通過(guò)濺射方法層 疊導(dǎo)電層25(參見(jiàn)圖8A)。隨后，通過(guò)光刻技術(shù)在導(dǎo)電層25上形成包含具有梳齒狀形狀的突出區(qū)域12和 凹陷部分9的抗蝕劑圖案，之后，使用干蝕刻方法依次處理導(dǎo)電層25、絕緣層24和絕緣層 23(參見(jiàn)圖8B)。并且，由于選擇了形成氫氟酸的材料作為用于絕緣層23和24以及導(dǎo)電層25的材 料，因此使用基于CF4的氣體作為處理氣體。使用該氣體的RIE的結(jié)果是，絕緣層3a和3b 以及柵極5的被蝕刻的側(cè)表面相對(duì)于基板1的水平平面處于約80°的角度。在抗蝕劑被剝離之后，使用BHF (其為氟化銨和氫氟酸的溶液)通過(guò)蝕刻方法蝕刻 絕緣層3b的側(cè)表面，使得深度T6約為70nm，由此，在絕緣部件3中形成凹口 7 (參見(jiàn)圖8C)。然后，通過(guò)電鍍?cè)跂艠O5的表面上電解析出Ni，并且，形成剝離層20 (參見(jiàn)圖8D)。隨后，通過(guò)光刻技術(shù)再次在柵極5上形成用于形成凹陷部分9的抗蝕劑圖案，之 后，使用干蝕刻方法依次處理柵極5以及絕緣層3a和3b以形成凹陷部分9，并且，去除絕緣 部件3的一部分。此時(shí)，以6 μ m的節(jié)距來(lái)處理梳齒狀形狀，使得凹陷部分9的凹陷距離T8為5 μ m， 并且凹陷部分9的寬度T7和突出區(qū)域12的寬度T5各為3 μ m。并且，電子發(fā)射器件的Y方 向長(zhǎng)度為100 μ m。在剝離抗蝕劑之后，通過(guò)電鍍?cè)跂艠O5的表面上電解析出Ni，并且，形成剝離層 20(參見(jiàn)圖8D)。隨后，用作陰極材料26的鉬(Mo)被沉積到柵極5的上表面、絕緣部件3的側(cè)表面 和基板1的表面。在本例子中，使用EB蒸發(fā)方法作為成膜方法。在該形成方法中，基板1 相對(duì)于水平平面的傾度被設(shè)為60°。以此方式，Mo以60°的入射角入射到柵極5上，并以 40°的入射角入射到絕緣部件3的被RIE處理的斜表面上。在將蒸發(fā)期間精確控制為2. 5 分鐘的同時(shí)，以約12nm/min的恒定蒸發(fā)速度執(zhí)行蒸發(fā)，由此在斜表面上將Mo膜形成至30nm 的厚度(參見(jiàn)圖8E)。在形成Mo膜之后，使用由碘和碘化鉀構(gòu)成的蝕刻溶液來(lái)去除在柵極5上析出的M 剝離層20，由此剝離柵極5上的Mo膜(參見(jiàn)圖8F)。此時(shí)，由于不在暴露于凹陷部分9的 絕緣部件3的表面上形成剝離層20，因此陰極材料26不被去除。之后，使用BHF再次執(zhí)行蝕刻，以使得在暴露于凹陷部分9的絕緣部件3的表面上形成的陰極材料26的膜與柵極5電隔離，并且使得陰極6與柵極5電隔離。以此方式，在絕緣層3b的側(cè)表面上沉積的陰極材料26被剝除，由此實(shí)現(xiàn)電隔離狀態(tài)?；诮孛鎀EM的分析的結(jié)果是，陰極6和柵極5之間的間隙8的最短距離T13為 9nm。隨后，通過(guò)濺射方法將Cu沉積到500nm的厚度并將其構(gòu)圖，由此形成電極2 (參見(jiàn) 圖 8G)。通過(guò)上述的方法形成電子發(fā)射器件，并且，使用圖9所示的布置來(lái)評(píng)價(jià)電子發(fā)射 器件的特性。這里，使用在向器件施加電壓時(shí)檢測(cè)的電流If和被提取到真空中的電流Ie，典型 地由表達(dá)式η = Ie/(If+Ie)給出電子發(fā)射效率η。在本例子中，由于陰極6和控制電極13相互電連接，因此柵極5和控制電極13之 間的電位差Vc與陰極6和柵極5之間的電位差Vf相同。在Va = 11. 8kV、Vf = Vc = 24V、h = 1. 66mm的條件下測(cè)量用本例子的器件獲得 的電子束形狀，并且，測(cè)量結(jié)果表明，沿Y方向的電子束的尺寸為230 μ m，并且，X方向束尺 寸為130 μ m。比較例除了既不給柵極5設(shè)置凹陷部分9并且也不設(shè)置控制電極13以外，制造具有與例 子5類似的配置的電子發(fā)射器件，并且評(píng)價(jià)效果。除了不蝕刻掉凹陷部分9、將柵極5處理成直線形狀并且只有陰極6像條帶那樣被 形成以外，通過(guò)與例子5相同的制造工藝來(lái)制造本例子的器件。對(duì)由此獲得的電子源進(jìn)行與例子5相同的特性評(píng)價(jià)。在Va = 11. 8kV、Vf = Vc = 24V、h= 1.66mm的條件下測(cè)量電子束形狀，并且，測(cè)量結(jié)果表明，沿Y方向的電子束的尺寸 為300 μ m,并且，X方向束尺寸為120 μ m。例子6通過(guò)與例子5相同的制造工藝，以柵極5的突出區(qū)域12的不同寬度T5來(lái)制造具 有圖27A所示的配置的各種器件。在本例子中，在Va= 11. 8kV、Vf = Vc = 24V、h = 1. 66mm 的條件下，xs 約為 1 μ m。 觀察到，當(dāng)T5減小時(shí)，隨著T5變得比一定的值小，沿Y方向的電子束的尺寸減小。在圖31 中圖示了這種趨勢(shì)。在圖31中，水平軸為T5/xs。從圖31可以看出，在T5/xs < 5處出現(xiàn) 沿Y方向的電子束的尺寸的會(huì)聚效果。在T5 = 100 μ m的情況下沿Y方向的電子束的尺寸約為300 μ m，并且，隨著T5減 小到9 μ m、5 μ m、3 μ m等，沿Y方向的電子束的尺寸表現(xiàn)出逐漸的減小。例子7制造具有圖34A所示的配置的電子發(fā)射器件。在本例子中，T5和T5x為5μπι?；镜闹圃旆椒ㄅc例子5的相同，并且，將只描述與例子5的不同之處。在本例子中，在絕緣層3a下設(shè)置用于向柵極5供給電壓的布線(未示出)，并且， 接觸孔被形成為穿過(guò)絕緣層3a和3b以及柵極5。之后，形成陰極形成材料的膜，并且，在陰 極形成工藝中電連接?xùn)艠O5和所述布線。接觸孔沿X方向和Y方向具有Iym的尺度。通過(guò)上述的方法形成器件，并且，對(duì)用該器件獲得的束形狀進(jìn)行與例子5相同的評(píng)價(jià)。在Va = 11. 8kV、Vf = Vc = 24V、h = 1. 66mm的條件下測(cè)量用本例子的器件獲得的電子束形狀，并且，測(cè)量結(jié)果表明，沿Y方向的電子束的尺寸為230 μ m，并且，X方向束尺 寸為70 μ m。從以上的結(jié)果，在本例子的配置中，可以確認(rèn)，可沿X方向以及Y方向獲得通過(guò)圓 形(circular)電場(chǎng)導(dǎo)致的束會(huì)聚效果。通過(guò)與例子4相同的方法使用例子5至7的電子 發(fā)射器件來(lái)制造圖像顯示裝置，并且，該圖像顯示裝置展現(xiàn)出與例子4 一樣好的顯示質(zhì)量。雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開(kāi)的示例性 實(shí)施例。所附的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬的解釋，以包含所有這樣的修改以及等同的 結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
一種電子束裝置，包括絕緣部件，所述絕緣部件在其表面上具有凹口；柵極，所述柵極位于所述絕緣部件的表面上；至少一個(gè)陰極，所述至少一個(gè)陰極具有從所述凹口的邊緣向所述柵極突起的突起部分，并且位于所述絕緣部件的表面上以使得所述突起部分與所述柵極相對(duì)；和陽(yáng)極，所述陽(yáng)極被布置為經(jīng)由所述柵極與所述突起部分相對(duì)，其中，在所述絕緣部件的表面上形成所述柵極，使得至少與所述陰極相對(duì)的區(qū)域的一部分向外突出，并且設(shè)置其中所述柵極的端部凹陷并且?jiàn)A著突出區(qū)域的凹陷部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束裝置，其中，如果假定所述柵極的所述突出區(qū)域的寬度為 T5、所述陰極的寬度為T4、所述陰極的端部和所述柵極之間的最短距離為T13、并且所述柵 極的所述突出區(qū)域從與所述陰極相對(duì)的區(qū)域突起的部分的長(zhǎng)度為T12，那么滿足表達(dá)式T4 =T5或滿足表達(dá)式T5 > T4和T12 < T13，其中，T5、T4、T13和T12的單位為米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束裝置，其中，如果假定沿所述柵極和所述絕緣部件的層疊 方向的所述凹口的高度為T2、所述凹陷部分的凹陷距離為T8、所述陰極的功函數(shù)為Wf、并 且通過(guò)在所述陰極和所述柵極之間施加的電壓Vf加速一個(gè)電子時(shí)的能量為EVf，那么滿足 表達(dá)式T8彡6 X T2 X {1- (fff/EVf)}，其中，T2和T8的單位為米，Wf和EVf的單位為電子伏 特，Vf 的單位為伏特。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束裝置，其中，兩個(gè)或更多個(gè)陰極被設(shè)置，并且所述柵極在所述絕緣部件的表面上被形成為梳齒狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束裝置，其中，與所述柵極的所述凹陷部分對(duì)應(yīng)的所述絕緣 部件的至少一部分被形成為使得表面像所述凹陷部分那樣也凹陷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束裝置，其中，在經(jīng)由所述凹陷部分與所述陽(yáng)極相對(duì)的所述絕緣部件的表面上布置控制電極，并且如果假定在所述陰極和所述柵極之間施加的電壓為Vf、在所述控制電極和所述柵極之 間施加的電壓為Vc、在所述陽(yáng)極和所述陰極之間施加的電壓為Va、所述絕緣部件的與設(shè)置 所述柵極的一側(cè)相對(duì)的表面與所述陽(yáng)極之間的距離為h、所述柵極的所述突出區(qū)域的寬度 為T5、并且圓周率為Ji，那么滿足表達(dá)式T5 < 5 X (Vc/Va) X (h/ ji )和表達(dá)式Vf彡Vc，其 中，Vf、Vc和Va的單位為伏特，h和T5的單位為米。
7.一種圖像顯示裝置，包括如權(quán)利要求1所述的電子束裝置；和位于所述陽(yáng)極外側(cè)的發(fā)光部件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電子束裝置和使用電子束裝置的圖像顯示裝置。所提供的電子束裝置具有電子發(fā)射器件，所述電子發(fā)射器件具有簡(jiǎn)單的配置、展現(xiàn)出高的電子發(fā)射效率、操作穩(wěn)定并且其中有效會(huì)聚發(fā)射的電子。電子束裝置包括絕緣部件，在其表面上具有凹口；柵極，位于所述絕緣部件的表面上；至少一個(gè)陰極，具有從所述凹口的邊緣向所述柵極突起的突起部分，并且位于所述絕緣部件的表面上使得所述突起部分與所述柵極相對(duì)；和陽(yáng)極，被布置為經(jīng)由所述柵極與所述突起部分相對(duì)，其中，在所述絕緣部件的表面上形成所述柵極，使得至少與所述陰極相對(duì)的區(qū)域的一部分向外突出，并且設(shè)置其中所述柵極的端部凹陷并且?jiàn)A著突出區(qū)域的凹陷部分。
文檔編號(hào)H01J31/12GK101866799SQ20101011588
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者廣木珠代, 武田俊彥, 諏訪高典 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社