專利名稱：制造電子發(fā)射器件及含該器件的電子源和成象裝置的方法
本申請是申請日1995年8月29日、申請?zhí)?5116828.2、發(fā)明名稱為“電子發(fā)射器件、電子源和圖象形成裝置及其制造方法”申請的分案申請。
本發(fā)明涉及一種制造電子發(fā)射器件的方法及制造包括所述電子發(fā)射器件的電子源和圖象形成裝置例如顯示裝置或曝光裝置的方法。
已知的電子發(fā)射器件有兩類熱陰極型和冷陰極型。其中，冷陰極發(fā)射型包括場發(fā)射型(以后稱為FE型)器件，金屬/絕緣層/金屬型(以后稱為MIM型)電子發(fā)射器件以及表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件。FE型器件的例子包括由W·P·Dyke &W·W·Dolan提出的那些，參見“Field emission”,Advancein Electron Physics,8,89(1956)，以及C·A·Spindt,“PHYSICAL Properties of thin-film field emission cathodes withmolydenum cones”J·Appl.Phys.,47,5284(1976)。
歐洲專利申請EP0609532 A1是FE型器件的一個例子。它具有金鋼石狀的炭層，在該層發(fā)射側中形成有電有效狹縫，起微小電子發(fā)射器作用。有缺點是工藝復雜，效率不高。
MIM器件的例子在一些論文中披露了，其中包括C·A·Mead,“The tunnel-emission amplifier”,J·APPL.Phys.,32,646(1961)。
表面?zhèn)鲗碗娮影l(fā)射器件的例子包括由M·I·Elinson提出的那些，見Radio Eng.Electron Phys.,10(1965)。
表面?zhèn)鲗碗娮影l(fā)射器件是利用這樣一種現(xiàn)象實現(xiàn)的，即當在平行于在基片上形成的小的薄膜的膜面通以電流時，則有電子從膜中發(fā)出。雖然Elinson提出使用SnO2薄膜制造這類器件，但也有人提出了使用Au薄膜，見〔G·Dittmer:“Thin Solid Film”,9,137(1972)〕。而使用In2O3/SnO2以及碳薄膜也分別在〔M·Hartwell and C·G·Fonstad:“IEEE Trans.SD conf.”,519(1975)〕以及〔H·Araki et al.:“Vacuum”,Vol.26,NO.1,P.22(1983)〕中分別討論過。
圖33示意地說明由M·Hartwell提出的典型的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件。在圖33中，標號1是基片，標號4是導電薄膜，一般由借助于濺射生成H形金屬氧化物薄膜來制備，其中的一部分當經過以后要說明的稱為“激發(fā)成形”(energization foming)的電激發(fā)處理時，最后形成電子發(fā)射區(qū)5。在圖33中，隔開一對器件電極的金屬氧化膜的薄的平面區(qū)域具有0.5至1〔mm〕的長度L以及0.1〔mm〕的寬度W。
通常，在表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件中，借助于使導電薄膜4經受電激發(fā)預處理形成電子發(fā)射區(qū)5，這稱為“激發(fā)成形”。在激發(fā)成形處理中，在給定的導電薄膜的相對端，施加恒定的直流電壓或一般以1V/分的速率緩慢上升的直流電壓，從而使膜局部破壞、變形或轉化，因而形成電子發(fā)射區(qū)5，它具有高電阻。這樣，電子發(fā)射區(qū)5就是導電薄膜4的一部分，它一般含有一個間隙或幾個間隙，從而可以從間隙中發(fā)射電子。
在激發(fā)成形處理之后，電子發(fā)射器件經受“激活”處理，這時，碳與/或一種或多種碳化物的膜(碳膜)被形成在電子源的間隙附近，以便改善器件的電子發(fā)射性能。這種處理一般借助于在含有一種或多種有機物的環(huán)境中對器件施加脈沖電壓進行，使碳與/或一種或多種碳化物可以淀積在電子發(fā)射區(qū)附近。注意，淀積的碳膜主要在導電薄膜的陽極側，在陰極側即使有的話，也極少。在某些情況下，可以對電子發(fā)射器件進行“穩(wěn)定”處理，以便阻止碳與/或一種或多種碳化物過量地淀積，使器件在電子發(fā)射操作中表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能。在穩(wěn)定處理中，任何已被器件的邊緣區(qū)域吸收的有機物以及剩余在環(huán)境中的有機物被除去。
要使表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件在實際應用中滿意地工作，它必須滿足若干要求，其中包括，它應呈現(xiàn)大的發(fā)射電流Ie，以及高的發(fā)射效率η(=Ie/If，其中If是流過兩個器件電極之間的電流。叫作器件電流)，它必須在長期使用之后，還能穩(wěn)定地發(fā)射電子，當電壓加到器件上(兩個器件電極之間和器件與陽極之間)時，應該觀察不到電氣放電現(xiàn)象。
雖然電子發(fā)射器件的性能受若干因素的影響，但本發(fā)明人已經發(fā)現(xiàn)，電子發(fā)射器件的性能極大程度上和在激活處理中在電子發(fā)射間隙及其附近形成的碳膜的形狀和分布以及激活處理進行的條件有關。
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種制造電子發(fā)射器件的方法，使所述電子發(fā)射器件具有良好的電子發(fā)射性能。
本發(fā)明電子發(fā)射器件的方法包括，電子發(fā)射器件包括一對電極和位于電極之間并含有電子發(fā)射區(qū)的導電膜，其特征在于包括對含有間隙的導電膜在含有一種或一種以上有機物以及具有由通式XY(其中X和Y分別表示氫原子和鹵素原子)表示的成分的氣體的環(huán)境中施加電壓的步驟。


圖1A、1B是根據(jù)本發(fā)明的平面型表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的示意圖。
圖2是拉曼光譜分析的結果。
圖3是按照本發(fā)明的臺階狀表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的示意側視圖。
圖4A至4D是按照本發(fā)明在不同制造步驟中的平面型表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的示意側面圖。
圖5A、5B示意地表示可用于本發(fā)明的三角脈沖電壓波形。
圖5A、5B示意地表示可用于本發(fā)明的三角脈沖電壓波形。
圖6A、6B示意地表示可用于本發(fā)明的矩形脈沖電壓波形。
圖7是用來確定電子發(fā)射器件的電子發(fā)射性能的計量系統(tǒng)的方塊圖。
圖8是電子發(fā)射器件或電子源的器件電壓和器件電流之間以及器件電壓和發(fā)射電流之間關系的曲線。
圖9是矩陣連線型電子源的示意的局部平面圖。
圖10是按照本發(fā)明的并且包括矩陣連線型電子源的圖象形成裝置的示意的局部剖開透視圖。
圖11A、11B是按照本發(fā)明的圖象形成裝置的面板的熒光膜的兩種可能的結構圖。
圖12是可以應用本發(fā)明的一種圖象形成裝置的驅動電路方塊圖。
圖13是梯形連線型電子源的示意的平面圖。
圖14是按照本發(fā)明的包括梯形連線型電子源的圖象形成裝置的局部剖開的示意的透視圖。
圖15示意地說明通過TEM觀察到的點陣圖象。
圖16示意地說明通過TEM觀察到的類似石墨的膜片。
圖17是在例1中獲得的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的示意的側視圖。
圖18是在例2中獲得的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的示意的側視圖。
圖19是在對照例1中獲得的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的示意的側視圖。
圖20是按照本發(fā)明的用來制造圖象形成裝置的設備的示意的方塊圖。
圖21是用拉曼激光光譜分析儀獲得的石墨膜的晶體分布圖。
圖22是對照例5中獲得的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的示意的側面圖。
圖23是通過TEM觀察到的例8到例11的石墨膜的示意圖。
圖24A在例8、9中獲得的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的示意的側視圖，圖24B是在例10中獲得的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的示意的側視圖。
圖25是在例11中獲得的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的示意的側視圖。
圖26是在例21中獲得的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的示意的側視圖。
圖27是矩陣連線型電子源的示意的局部平面圖。
圖28是沿圖27中線28-28取的電子源的局部示意的截面圖。
圖29A到29H是按照本發(fā)明在不同制造步驟中的矩陣連線型電子源的示意的局剖截面圖。
圖30是按照本發(fā)明的矩陣連線型電子源的示意的平面圖，說明其“公共”連接的用于“激發(fā)成形”的Y方向引線。
圖31是按照本發(fā)明的圖象形成裝置的方塊圖。
圖32A至32C是按照本發(fā)明在不同制造步驟中的梯形連線型電子源的示意的局部平面圖。
圖33是常規(guī)的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的示意的平面圖。
圖了本發(fā)明的目的，石墨結晶的性質和數(shù)量借助于透射電子顯微鏡通過觀察試樣的晶格并進行拉曼光譜分析來確定。在以后將要說明的例子中，使用激光拉曼光譜儀，它配備有Ar激光的激光源，其波長為514.5nm，在試樣上產生的光點直徑為大約1μm。當激光點位于被試驗的電子發(fā)射器件的電子發(fā)射區(qū)附近時，觀察到了散射光，獲得的光譜在1.335cm-1(P1)附近和在1.580cm-1(P2)附近具有峰值。從而證明碳膜的存在。所獲得的光譜采用高斯型峰值分布曲線被復制。在1.490cm-1附近存在第三峰值。每種試樣的石墨的微粒大小可通過比較在峰值處光的強度進行估計，在這些例子中，所估計的石墨微粒的大小和通過TEM觀察獲得的結果很好地吻合。
P2峰值可歸因于石墨結構中發(fā)生的電子躍遷現(xiàn)象，而P1峰值則是由石墨晶體中的畸變產生的。雖然在理想的石墨單晶中只有P2峰值是應該能觀察到的，但當石墨的結晶的微粒很小與/或石墨的晶格有缺損時，也出現(xiàn)P1峰值并且成為可觀察到的。當石墨結晶度(crystallinity)減少時，P1峰值增加，并且如果石墨晶體結構的周期性受到干擾峰值的半寬也增加。
因為用于本發(fā)明目的的石墨膜不一定由理想的單晶石墨制成，一般可以觀察到P1峰值，并且峰值的半寬可有效地用于石墨晶體的定量估計。如以后要詳細說明的，大約150cm-1的值似乎是本發(fā)明電子發(fā)射器件的電子發(fā)射穩(wěn)定性的一個限制。為使按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件合適地操作，必須或者使半寬小于150cm-1或者P1峰值必須足夠低。
滿足上述要求的電子發(fā)射器件具有如下的效果。
電子發(fā)射器件隨時間而產生的電子發(fā)射性能的降低主要是由于不希望的碳膜的淀積物的增加或減少而引起的。
這種不希望的淀積物的增加可借助于從器件被驅動操作的環(huán)境中除去任何碳化合物來進行抑制。以前被稱為“穩(wěn)定處理”的一種處理主要是為實現(xiàn)無碳化合物的環(huán)境而進行的。
雖然有許多理由都可引起碳淀積物的減少，但其中的主要原因是碳膜逐漸被剩留在器件周圍環(huán)境中的O2與/或H2O所腐蝕。因此，也需要從環(huán)境中除去這些氣體。
電子發(fā)射器件的電子發(fā)射性能也受由于限定電子發(fā)射區(qū)的間隙的導電薄膜的相對端逐漸相互回縮而使間隙變寬的影響。已經發(fā)現(xiàn)，這種現(xiàn)象可以借助于在導電薄膜的所述端的每一端形成碳膜而在某種程度上得到抑制，并且，如果碳膜由高結晶度的石墨制成，則抑制間隙變寬的效果相當顯著。
上述效果也可以借助于在電子發(fā)射器件的間隙的陽極和陰極側端部形成石墨膜達到。注意，石墨必須呈現(xiàn)上述限定的結晶度的程度。還應當注意，如果電子發(fā)射器件經過普通的穩(wěn)定處理，則只在間隙的陽極側端部、而不在陰極側端部形成碳膜。相應地，在間隙的陰極側導電膜膜的端部會逐漸地回縮，因而電子器件被長期使用時，會出現(xiàn)變寬的間隙。除非在間隙的每一端部都形成石墨膜，這種現(xiàn)象才能完全抑制。至于對器件的電性能的影響，會使漏電流因而也使器件的器件電器流If可能被減小。與此同時，器件的電子發(fā)射電流Ie可以借助于在激活處理中施以相當高的電壓來增加，因而可以實現(xiàn)相當高的電子發(fā)射效率η=Ie/If。
現(xiàn)在，當在器件電極之間與/或器件和陽極之間施加電壓時，會出現(xiàn)電氣放電現(xiàn)象，這可以使電子發(fā)射器件被破壞。因此，應該徹底抑制這種現(xiàn)象。雖然當器件周圍的氣體分子被離子化時可以發(fā)生電氣放電，但正常情況下器件周圍的氣體壓力太低也不能發(fā)生電氣放電。因此，如果當器件被驅動操作時發(fā)生電氣放電，就意味著在器件周圍某處由于某種原因已經產生氣體。在可能的氣體源中，最重要的一個是在激活時在器件上淀積的碳膜。當然，因為處于器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙內的碳膜總是暴露在焦耳熱中，并可被電子碰撞，但在正常情況下沒有電離的氣體。
在另一方面，器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙外邊的碳膜可能含有逗留在石墨晶粒周圍空間內的氫，并且，如果膜用無定形碳或碳化物制成，就可能含有氫為其一種成分，這最終要作為碳氫氣體釋放出來。雖然在電子發(fā)射器件上可能發(fā)生的電氣放電現(xiàn)象至今還沒有完全的解釋，但根據(jù)上述的理解，通過采用合理的措施，可得到的滿意的抑制。
更具體地說，按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件，在間隙中可以包括具有所要求的結晶度的石墨膜，并且在間隙外部，基本上不包括碳膜，以便避免電氣放電現(xiàn)象。
如果在表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的導電薄膜的電子發(fā)射區(qū)的間隙的外面存在可能的氣體源，從器件發(fā)出的并朝向設置在器件外面的陽極的電子可以部分地被器件陽極吸引，并進入間隙，局部地和間隙內剩余的氣體碰撞，從而產生正離子并被器件的陰極吸引。最終的結果是，碳膜產生氣體，最后發(fā)生電氣放電現(xiàn)象。
因此，如果導電薄膜除去間隙外面的任何碳膜，則可以有效地抑制氣體發(fā)生從而抑制電氣放電的發(fā)生。事實上，本發(fā)明人采取的除去電子發(fā)射區(qū)間隙外面的碳膜的措施已被證明非常有效，這在后面詳述。
按照本發(fā)明的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射的器件可以有各種不同的構形，從而清除電氣放電現(xiàn)象。更具體地說，可以借助于改善存在于電子發(fā)射器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙外面的碳膜的結晶性來有效地抑制電氣放電現(xiàn)象。
應當注意，上述的任何構形也可以改善本發(fā)明的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的電子發(fā)射性能。
現(xiàn)在說明按照本發(fā)明的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的制造方法。
圖1A、1B是按照本發(fā)明的平面型表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的示意圖。其中圖1A是平面圖，圖1B是截面圖。
由圖1A、1B可見，器件包括基片1，一對器件電極2、3，導電薄膜4，和電子發(fā)射區(qū)5，其上形成有間隙。
可用作基片1的材料包括石英玻璃；含有雜質例如Na的玻璃，以便減小濃度；堿玻璃；借助于濺射在堿玻璃上形成SiO2層的玻璃基片；陶瓷基片，例如氧化鋁。
雖然相對設置的器件電極2、3可以由任何高電導率的材料制成，最好的材料包括Ni,Cr,Au,Mo,W,Pt,Ti,Al,Cu以及Pd和它們的合金；由從Pd,Ag,RuO2,Pd-Ag以及玻璃中選取的金屬或金屬氧化物制成的可印刷的導電材料；透明的導電材料如In2O3-SnO2和半導體材料如多晶硅。
器件電極之間的距離L和器件電極的長度W，導電膜4的外形以及其它的用來設計本發(fā)明的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的因素，可根據(jù)器件應用情況確定。分開器件電極2、3的距離L最好在幾百nm到幾百mm之間，根據(jù)施加在器件電極上的電壓以及可以發(fā)射電子的電場強度，可設計為幾mm和幾十mm之間。
器件電極2、3的長度W，根據(jù)器件的電極電阻以及電子發(fā)射特性，最好在幾mm和幾百mm之間。器件電極2、3的膜厚在幾十nm和幾mm之間。
按照本發(fā)明的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件可以具有不同于圖1A、1B所示的構形，并且可以借助于在基片1上層迭含有電子發(fā)射區(qū)的薄膜4，然后在薄膜上層迭一對相對放置的器件電極2、3來制備。
為了提供優(yōu)良的電子發(fā)射特征，導電薄膜4最好是細微粒膜。導電膜4的厚度根據(jù)導電膜4在器件電極2、3上的臺階覆蓋要求、器件電極2、3之間的電阻以及后面要說明的成形操作的參數(shù)和其它因素確定，最好在十分之一nm和幾百nm之間，更好在1nm到50nm之間。導電膜4一般呈現(xiàn)的每單位表面積的電阻Rs為102和107Ω/cm2之間。注意Rs是由R=Rs(1/W)限定的電阻，這里t,w和1分別是薄膜的厚度，寬度和長度。還要注意，雖然成形處理對于本發(fā)明的目的以激發(fā)成形處理進行說明，但并不限于此，可以從若干不同的物理的或化學的方法中選擇，利用這些方法，可以在薄膜內形成間隙，從而形成高電阻區(qū)。
導電薄膜4由從金屬例如Pd,Ru,Ag,Au,Ti,In,Cu,Cr,Fe,Zn,Sn,Ta,W和Pd，氧化物如PdO3,SnO2,In2O3,PbO,Sb2O3，硼化物如HfB2,ZrB2,LaB6,YB4和GdB4，碳化物如TiC,ZrC,HfC,TaC,SiC，和WC，氮化物如TiN,ZrN和HfN，半導體例如Si和Ge以及碳中選取的材料的細微粒制成。
術語“細微粒膜”指的是由大量細微粒構成的薄膜，細微?？梢运缮⒌胤植贾?，緊密地排列著或相互隨機地迭放著(在某種條件下形成島結構)。
對于本發(fā)明的目的所用的細微粒的直徑在十分之一nm和幾百nm之間，最好在1nm和20nm之間。
因為這里要經常使用術語“細微?！?，下面對它進行詳細說明。
小的微粒被稱作“細微?！保燃毼⒘８〉奈⒘＝凶鳌俺毼⒘！北瘸毼⒘８〉那矣蓭装僭訕嫵傻奈⒘＝凶觥霸訄F”。
不過，這些定義并不是嚴格的，每個術語的范圍可隨微粒所涉及的具體方面而改變?！俺毼⒘！笨梢员缓唵蔚胤Q作“細微?！保蟊旧暾埦褪侨绱?。
在“The Experimental Physics Course No.14:Surface/FineParticle”(ed.Koreo Kinoshita；Kyoritu Publication,September1,1986)中描述道
“此處使用的細微粒指的是其直徑大約在2至3μm之間的微粒，超細微粒指的是直徑大約在10nm和2至3nm之間的微粒。不過，這些定義并不是絕對的，超細微粒也可以簡單地稱為細微粒。因此，這些定義總之是一種經驗法則。由兩個到幾百個原子構成的微粒稱作原子團”見(Ibid.,P.195,11.22-26)。
此外，在“the New Technology Development Corporation”的“Hayashi′s Ultrafine Particle Project”對“超細微?！弊髁巳缦露x，對這種微粒大小使用了更窄的限制。
在“The Creative Science and Technology Promo-tingScheme”,“The Ultrafine Particle Project(1981-1986)中定義超細微粒為直徑大約在1和100nm之間的微粒。這意味著超細微粒是一種大約100至108個原子的團塊。從原子的觀點看來，超細微粒是一種巨大的或超巨大的微?！币?Ultrafine Particle-Creative Science and Technology:ed.,Chikara Hayashi,RyojiUeda,Akira Tazaki；Mita Publication,1988,P.2,11.1-4)“小于超細微粒的或包括幾個到幾百個原子的微粒一般稱為原子團”見(Ibid.,P.2,11.12-13)。
考慮上述的一般定義，這里使用的術語“細微?！敝傅氖谴罅吭优c/或分子的團塊，其直徑的下限在0.1nm和1nm之間，上限為幾個mm。
電子發(fā)射區(qū)5是導電薄膜4的一部分，并包括高電阻的間隙，其性能取決于導電薄膜4的厚度和材料，以及后面要說明的激發(fā)成形處理。電子發(fā)射間隙5的間隙內可以含有直徑在1nm的十分之幾到幾十nm之間的導電的細微粒。這種導電的細微?？梢园苽浔∧?所用的部分或全部材料。石墨膜6被設置在電子發(fā)射區(qū)5的間隙內。
現(xiàn)在說明按照本發(fā)明的具有另一種外形的或臺階形表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件。
圖3是可以應用本發(fā)明的臺階型表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的示意的截面圖。
在圖3中，和圖1A、1B中相同的部分用相同的標號表示。標號7表示形成臺階的部分。器件包括基片1，一對器件電極2、3，以及包含具有間隙的電子發(fā)射區(qū)5的導電薄膜4，它由和上述平面型表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件相同的材料制成，以及形成臺階的部分7，它由絕緣材料例如SiO2制成，采用真空淀積、印刷或濺射形成，并具有相當于上述的分開平面型電子發(fā)射器件的器件電極的距離L的膜厚，或在幾百nm和幾十mm之間的膜厚。最好其膜厚在幾十nm和幾mm之間，雖然這根據(jù)形成臺階部分的制造方法、施加于器件電極以及適合于發(fā)射電子的電場強度而選擇。
因為包括電子發(fā)射區(qū)的導電薄膜4在器件電極2、3和形成臺階部分7之后被形成，它最好迭放在器件電極2、3上。雖然圖3中電子發(fā)射區(qū)5被形成在形成臺階的部分7中，但其位置和形狀取決于它的制備條件、激發(fā)成形條件和其它有關條件，并不受圖中所示的限制。
雖然表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件可以用各種合適的方法制造，但還是在圖4A至4D中給出了一種典型的方法。
現(xiàn)在參照圖1A、1B以及4A到4D說明本發(fā)明的制造平面型表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的制造方法。
在圖4A到4D中，和圖1A、1B中相同的部分用相同的標號表示。
1)在用洗滌劑和純水對基片1進行徹底清洗之后，借助于真空淀積、濺射或某些其它合適的技術在基片1上淀積上形成一對電極2、3的材料，然后通過光刻(Photolithography)形成器件電極2、3(圖4A)。
2)在具有器件電極2、3的基片1上借助于涂敷有機金屬溶液并使其保留一定時間，形成有機金屬薄膜。有機金屬溶液可以含有上述所列的用于導電薄膜4的任何金屬作為其主要成分。然后，有機金屬薄膜被加熱、烘烤，接著使用合適的技術例如除去(lift-off)或刻蝕進行成形操作，從而形成導電薄膜4(圖4B)。雖然有機金屬溶液被用來產生上述的薄膜，但導電薄膜4也可以用真空淀積、濺射、化學汽相淀積、擴散、浸漬、旋轉或某些其它技術形成。
3)此后，器件電極2、3進行稱作“成形”(forming)的處理。這里選擇激發(fā)成形進行說明。更具體地說，器件電極2、3借助于電源(未示出)進行電激發(fā)，直到具有間隙的電子發(fā)射區(qū)5在導電薄膜4的給定區(qū)域上產生為止，它表現(xiàn)出不同于導電薄膜4的被改變過的結構(圖4C)。圖5A、5B表示可用來進行激發(fā)成形的兩種不同的脈沖電壓。
被用來進行成形的電壓最好具有脈沖波形，可以連續(xù)地施加具有恒定高度或恒定峰值的電壓，如圖5A所示，也可施加具有不斷增加的高度或峰值的電壓，如圖5B所示。
在圖5A中，脈沖電壓具有脈寬T1和脈沖間隔T2，它們一般分別在1μsec.和100msec.之間。三角波的高度(用于激發(fā)成形操作的峰值電壓)可根據(jù)表面?zhèn)鲗骷臉嬓魏线m地選擇。該電壓一般施加幾十分鐘。不過要注意，脈沖波形不限于三角波，也可以使用矩形或其它波形。
圖5B示出了一種脈沖電壓，其脈沖高度隨時間增加。在圖6B中，脈沖電壓具有寬度T1和脈沖間隔T2，它們基本上與圖6A的相同。三角形波的高度(用于激發(fā)成形操作的峰值電壓)例如以每步0.1V的速率增中。
當足夠低的從而不使導電薄膜4發(fā)生局部破壞或變形的電壓施加到器件上時，在脈沖電壓的間隔T2期間，借助于測量流過器件電極的電流來結束激發(fā)成形操作。一般地，當對器件電極施加大約0.1V的電壓時，對于流過導電薄膜4的器件電流所觀察到的電阻大于1MΩ時，則結束激發(fā)成形操作。
4)在激發(fā)成形操作之后，對器件進行激活(activation)處理。
在激活處理中，可以在真空環(huán)境下對器件反復施加脈沖電壓。在這處理中，在真空環(huán)境中以非常低的濃度存在的有機物中包含的碳或碳化物被淀積在器件上，從而引起器件電流If和器件的發(fā)射電流Ie的顯著的改變。進行活化處理時一般觀察著器件電流If和發(fā)射電流Ie，當發(fā)射電流Ie達到飽和值時則結束處理。
所述的環(huán)境可利用由油擴散泵和旋轉泵抽空真空后在真空室內剩下的有機氣體產生，或借助于離子泵把真空室完全抽空之后，再在真空室內引入有機物質的氣體產生。有機物的氣體壓力根據(jù)要處理的電子發(fā)射器件的構形、真空室的構形、有機物的類型以及其它因素確定?？捎糜诨罨幚淼挠袡C物包括脂族的碳氫化合物，例如烷烴、烯烴和炔，芳香族的碳氫化合物，醇類，醛類，酮類，胺類，有機酸例如酚，碳酸和磺酸。具體的例子中包括飽和的碳氫化合物，其一般分子式。為CnH2n+2，例如甲烷、乙烷和丙烷，由通式CnH2n表示的非飽和碳氫化合物，如乙烯，丙烯，苯，甲苯，甲醇，乙醇，甲醛，乙醛，丙酮，甲基乙基酮，甲胺，乙胺，酚，甲酸，乙酸和丙酸。
如圖6B所示的矩形脈沖電壓可用作在激活處理中施加到器件上的脈沖電壓。
可以有若干方法用來在電子發(fā)射區(qū)的間隙內形成石墨膜。
第一種方法是，在激活處理結束后，對器件進行刻蝕操作，以便除去碳膜的不需要的部分。
刻蝕操作借助于在含有對碳有腐蝕作用的氣體的環(huán)境中，對器件施加電壓來進行。
具有腐蝕效果的氣體一般由通式XY表示(X和Y代表H原子或鹵素原子)。在激活處理中通過淀積獲得的碳膜，由腐蝕氣體腐蝕，其速率取決于碳的結晶性。在電子發(fā)射區(qū)間隙的外面，碳膜被大部分腐蝕掉，因為它主要由石墨晶體、無定形碳和一種或一種以上含氫的碳化物和其它原子組成，因此，碳膜只留在間隙內部。即使在間隙內部，結晶差的部分也被腐蝕掉，從而僅使高度結晶的石墨膜6留下(圖4D)。據(jù)推測當從電子發(fā)射器件發(fā)出的電子碰撞氣體的分子時腐蝕氣體產生氫基(radical)或其它基。
用第二種方法，腐蝕操作和激活處理并行地進行。這可通過在用于進行激活處理的真空室內同時地或交替地引入腐蝕氣體例如氫氣或有機物質來進行。腐蝕操作可以從激活處理一開始就開始，或在激活處理的中間的某個時刻開始。在腐蝕處理期間，可以加熱基片。
如果用這第二種方法時有低結晶的碳膜形成，它可立即被除去，從而使得只允許生成高結晶的石墨膜生成，雖然，不象第一種方法，石墨也可以在間隙外面形成(見圖24A)。
利用第三種方法，如圖6A所示的雙極性脈沖電壓作為激活脈沖電壓。用這種方法，碳膜被淀積在電子發(fā)射區(qū)的間隙的兩側(見圖24B)。然后，不用任何腐蝕操作，在間隙中的碳膜將形成高結晶的石墨膜。碳膜不單從陽極側生成而從間隙的兩側生成的現(xiàn)象可能是由于由所加電壓產生的強電場所致，因為在上述兩種方法中都沒有觀察到這種現(xiàn)象。注意，在腐蝕操作期間，基片可被加熱，并且脈沖電壓的正的高度和寬度可以等于或不等于負的高度和寬度，并可根據(jù)器件的應用選取適當?shù)闹怠?br> 第三種方法可以和第一或第二種方法一樣被使用。
5)在激發(fā)成形處理和激活處理中處理過的電子發(fā)射器件，最好再經過穩(wěn)定處理。這是一種用于除去真空室內剩余的有機物的處理。用于這一處理的抽真空和排空設備最好不涉及油，這樣便不會產生在處理期間對被處理的器件的性能有不利影響的被蒸發(fā)的油。因而，最好選用吸附泵和離子泵。
如果用油擴散泵和旋轉泵進行激活處理，并且由油產生的有機氣體也被利用的話，則有機氣體的局部壓力必須用任何措施使其減到最小。在真空室內有機氣體的局部壓力最好低于1×10-6Pa，低于1×10-8Pa更好，如果沒有碳或碳化物沉積的話。真空室最好被整個加熱后抽空，從而使由真空室的內壁和在室內的電子發(fā)射器件中吸收的有機分子被容易地除去。雖然在大多數(shù)情況下真空室最好被加熱到80到250℃5小時以上，根據(jù)真空室的大小和構形以及在室內的電子發(fā)射器件的構形和其它因素，可以選擇其它加熱條件。真空室內的壓力需要盡量低，最好低于1至4×10-5Pa，低于1×10-6Pa更好。
在穩(wěn)定處理之后，用來驅動電子源或電子發(fā)射器件的環(huán)境最好和完成穩(wěn)定處理時的一樣，雖然可以使用較低的壓力而不破壞電子發(fā)射器件或電子源操作的穩(wěn)定性，如果在室內的有機物質被充分除去的話。
借助于使用這樣一種環(huán)境，則可以有效地抑制任何碳或碳化物的額外沉積的形成，從而穩(wěn)定器件電流If和發(fā)射電流Ie。
通過上述處理制備的可應用本發(fā)明的電子發(fā)射器件的性能參照圖7和圖8進行說明。
圖7是包括用于上述處理的真空室的一種裝置的示意的方塊圖。它可以用作確定所考慮類型的電子發(fā)射器件的性能的測量系統(tǒng)。由圖7可見，測量系統(tǒng)包括真空室15和真空泵16。電子發(fā)射器件被放在真空室15中。器件包括基片1，一對器件電極2、3，薄膜4和具有間隙的電子發(fā)射區(qū)5。此外，測量系統(tǒng)具有電源11，用來向器件提供器件電壓Vf，安培表10，用來測量通過器件電極2、3之間的薄膜4的器件電流If，陽極14，用來捕捉從器件的電子發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子產生的發(fā)射電流Ie，高壓電源13，用來對計量系統(tǒng)的陽極提供電壓，以及另一個安培表12，用來測量由從器件的電子發(fā)射區(qū)5發(fā)出的電子形成的發(fā)射電流Ie。為了確定電子發(fā)射器件的性能，對陽極施加1到10KV之間的電壓，陽極距離電子發(fā)射器件的距離H在2和8mm之間。
包括真空計和其它用于測量系統(tǒng)的設備在真空室15內這樣設置，使得可以合理地測試在室內的電子發(fā)射器件或電子源的性能。真空泵16具有普通的高真空系統(tǒng)，其中包括渦輪泵和旋轉泵或具有無油的高真空系統(tǒng)，其中包括無油泵如磁懸浮渦輪泵和干泵，以及包括離子泵的超高真空系統(tǒng)。
圖8所示為借助于圖7的測量系統(tǒng)觀察到的器件電壓Vf和器件電流If之間的示意的關系曲線。注意，對于圖8中的電流Ie和If的不同單位是任意選取的，這是因為Ie的大小比If小得多。還要說明的是，縱軸和橫軸的刻度都是線性的。
由圖8可見，按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件，根據(jù)發(fā)射電流Ie具有三個顯著的特征，現(xiàn)分別說明如下。
(ⅰ)首先，按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件，當施加在其上的電壓超過某一值時(該值以后叫做門限電壓，在圖8中用Vth表示)，發(fā)射電流Ie急劇增加，而當施加的電壓低于電壓Vth時，則實際上檢測不到發(fā)射電流Ie。換句話說，按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件是一種對于發(fā)射電流Ie有明顯的門限電壓Vth的非線性器件。
(ⅱ)第二，因為發(fā)射電流Ie極大地依賴器件電壓Vf，則前者可以被后者有效地進行控制。
(ⅲ)第三，由陽極14捕捉到的所發(fā)出的電氣電荷取決于器件電壓Vf施加時間的長短。換句話說，由陽極14捕捉到的電荷量可借助于器件電壓Vf施加時間的長短有效地進行控制。
因為上述顯著的特征，便可以理解，包括多個按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件的電子源的電子發(fā)射行為，因而也是含有這種電子源的圖象形成裝置的電子發(fā)射行為，可以容易地根據(jù)輸入信號進行控制。因此，這種電子源和圖象形成裝置可以得到廣泛應用。
在另一方面，器件電流If相對于器件電壓Vf單調地增加(如圖8中實線所示，以后稱為“MI特性”)或呈現(xiàn)一種受電壓控制的負阻特性(以后稱為“VCNR特性”)。器件電流的這些特性，取決于若干因素，其中包括制造方法，測量條件以及操作器件的環(huán)境。
現(xiàn)在，對于可應用本發(fā)明的電子發(fā)射器件的某些用途的例子進行說明。
借助于在基片上排列多外按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件可以形成電子源并因而形成圖象形成裝置。
可以用若干不同的方式把電子發(fā)射器件排列在基片上。
例如，若干個電子發(fā)射器件可沿一個方向并排地排列(以后叫作行方向)，每個器件被在其相對端的引線連接著，并借助于沿垂直于行方向(以后稱為列方向)設置在電子發(fā)射器件上方的空間內的控制電極(以后稱為柵極)進行驅動操作，從而形成一種梯形排列。另外，多個電子發(fā)射器件可以沿X方向排列成行，并且沿Y方向排列成列，從而形成矩陣，其中X和Y方向相互垂直，在同一行上的電子發(fā)射器件通過每個器件電極中的一個連到公共的X方向引線上，而在同一列的電子發(fā)射器件通過每個器件電極的另一個電極被連到公共的Y向引線上。這后一種排列叫作單矩陣排列?，F(xiàn)在詳細說明單矩陣排列。
根據(jù)上述可應用本發(fā)明的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的三個基本特征(ⅰ)到(ⅲ)來看，可以借助于控制加于器件相對電極上的大于門限電壓的脈沖電壓的高度和寬度來控制電子發(fā)射。另一方面，在低于門限電壓時，器件實際上不發(fā)射電子。因此，不管在裝置中所排列的電子發(fā)射器件的數(shù)量，所需的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件可以被選擇，并通過對每個所選的器件施加脈沖電壓，響應輸入信號控制電子發(fā)射。
圖9是為了說明上述特征的借助于把可應用本發(fā)明的多個電子發(fā)射器件排列在基片上而實現(xiàn)的電子源的示意的平面圖。在圖9中，電子源包括基片21,X向引線22,Y向引線23，表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件24，和連線25。表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件可以是上述的平面型的或臺階型的。
其中有總共為m條X向引線22，用DX1,DX2,……,DXm表示，它們通過真空淀積、印刷或濺射生成的導電金屬制成。這些引線根據(jù)材料、厚度和寬度如此設計，使得在表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件上可以施加基本上相等的電壓。還具有總數(shù)為n的Y向引線，用DY1,DY2,……DYn表示，它們在材料、厚度和寬度上和X向引線相同。在m條X向引線和n條Y向引線之間設置內部絕緣層(未示出)，從而使它們相互電氣絕緣。(m和n是整數(shù))。
內部絕緣層(未示出)一般由SiO2制成，并且形成在絕緣基片21的局部或全部上，借助于真空淀積、印刷或濺射呈現(xiàn)所需的形狀。內部絕緣層的厚度、材料和制造方法被如此選擇，使其經受得住任何一根X向引線和任何一根Y向引線交叉處其間的電位差。每條X向引線和每條Y向引線被引出，從而形成外部端子。
每個表面?zhèn)鲗ё影l(fā)射器件24的相對設置的電極(未示出)借助于用導電金屬制成的各自的連線25連接到相關的一條X向引線和相關的一條Y向引線上。
器件電極的導電的金屬材料以及從m條X向引線22和從n條Y向引線23伸出的連線25的導電金屬材料可以相同或合有共同元素作為一種成分。此外，它們也可以互不相同。這些材料一般可從上述用于器件電極的材料中合適地進行選擇。如果器件電極和連線由同一種材料制成，它們可以統(tǒng)稱為器件電極而無須再識別所述的連線。
X向引線22被電氣地連接在掃描信號施加裝置上(未示出)，以便對所選行的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件24施加掃描信號。另一方面，Y向引線23被電氣地連接到調制信號發(fā)生裝置上(未示出)，以便對所選列的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件24提供調制信號，并按照輸入信號調制所選的列。注意，被施加到每個表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件上的驅動信號是掃描信號和施加于器件的調制信號之間的電壓差。
利用這種設置，借助于單矩陣連線布置，可以選擇并驅動每個器件，進行獨立地操作。
現(xiàn)在，參照圖10,11A,11B和12說明包括具有上述單矩陣布置的電子源的圖象形成裝置。
圖10是圖象形成裝置的示意的局部剖開的透視圖，圖11A、11B是說明可以用于圖10的圖象形成裝置中的兩種可能的熒光膜的構形的示意圖，而圖12是操作NTSC電視信號的圖10的圖象形成裝置的驅動電路的方塊圖。
參照圖10說明圖象形成裝置顯示屏的基本構形，它包括上述類型的電子源基片21，其上具有多個電子發(fā)射器件；剛性地保持電子源基片21的后板31；面板36，它借助于在玻璃基片33的內表面上迭放熒光膜34和金屬墊層35制成；以及支撐框架32，借助于熔融玻璃把后板31和面板36連結在其上。標號37代表殼體，它在空氣中或氮氣中加熱到400至500℃10分鐘以上，然后被氣密性地密封。
在圖10中，標號24代表電子發(fā)射器件，標號22、23分別代表與每個電子發(fā)射器件的各個器件電極相連的X向引線和Y向引線。
雖然在上述實施例中殼體37由面板36、支撐框加32和后板31構成，但是如果基片21本身的強度足夠大，則可以把后板取消，因為后板31主要用來加固基片21。在這種情況下，就不需要單獨的后板31，并且基片21可以直接地連接在支撐框架32上，這樣，殼體37就由面板36、支撐框架32和基片21構成。在面板36和后板31之間，可以設置若干個稱為襯墊的支撐件(未示出)，來增加殼體37的總體強度。
圖11A、11B示意性地說明熒光膜的兩種可能的布置。雖然熒光膜34只包括一種熒光體，如果顯示屏被用來顯示黑白圖象的話。但為了顯示彩色圖象，它需要包括黑的導電的構件38以及幾種熒光體39，其中前者被稱作黑條或黑色陣列，根據(jù)熒光體的布置而定。黑條或黑色陣列構件是為彩色顯示屏而設置的，使得三種不同原色的熒光體39具有較小的可分辨性，并且借助于把背景區(qū)域變黑，使得減少外部光使顯示圖象的對比度減少的不利影響。雖然一般使用石墨作為黑條的主要成分，但也可以使用其它具有低的光透射性和反射性的材料。
不管黑白或彩色顯示，通常用淀積或印刷技術在玻璃基片上施以熒光材料。在熒光膜34的內表面，設置有普通金屬墊層35。提供金屬墊層35是為了借助于使從熒光體發(fā)出的并向著殼體內部的光線朝向面板返回，從而增加顯示屏的亮度，它被用作施加加速電子束的加速電壓的電極，并保護熒光體當由殼體內產生的負離子碰撞時不致引起破壞。借助于把熒光膜的內表面弄平(在一般稱為“成膜”處理)中，并在形成熒光膜后，通過真空淀積在其上形成Al膜來制備所述金屬墊層。
在面向熒光膜34的外表面的面板36上，可以形成透明電極(未示出)，以便增加熒光膜34的傳導性。
如果涉及彩色顯示在上述的殼體部件連接之前應小心，以便保證每組顏色的熒光體和電子發(fā)射器件準確地對準。
在圖10中說明的圖象形成裝置可用下述的方法制造。
殼體37借助于合適的真空泵例如離子泵或不涉及用油的吸附泵被抽空，同時象在穩(wěn)定處理的情況中一樣將殼體加熱，直到其內部環(huán)境減少到10-5Pa的真空度，并含有足夠低的量的有機物時，將其氣密性密封。在密封之后，可以進行吸氣劑處理，以便維持殼體37內所達到的真空度。在吸氣處理中，設置在殼體37預定位置的吸氣劑借助于電阻加熱器或高頻加熱器加熱，從而通過真空淀積，在殼體37密封前后形成膜，吸氣劑一般含有鋇為其主要成份，借助于蒸汽淀積膜的吸收作用，可以維持10-4到10-5Pa之間的真空度。在成形處理之后，制造圖象形成裝置的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的方法可以合適地進行設計，以便滿足特定的應用要求。
現(xiàn)在結合圖12說明用來驅動顯示屏的驅動電路，顯示屏包括單矩陣排列的電子源，用來按照NTSC電視信號顯示電視圖象。在圖12中，標號41代表顯示屏，另外，該電路包括掃描電路42，控制電路43，移位寄存器44，行存儲器45，同步信號分離電路46和調制信號發(fā)生器47。圖12中的Vx和Va代表直流電壓源。
顯示屏41通過端子D0x1到D0xm、D0y1到D0ym連接到外部電路和高壓端子Hv，其中，端子D0x1到D0xm被用來接收掃描信號，從而按順序逐行地(N個器件)驅動裝置中電子源的行，裝置中包括大量表面?zhèn)鲗碗娮影l(fā)射器件，它們以M行和N列的形式排列。
另一方面，端子D0y1到D0yn被用來接收調制信號，用來控制由掃描信號選擇的行的每個表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的輸出電子束。高壓端Hv由直流電壓源Va供給一般為10KV的直流電壓，它是以激發(fā)所選的表面?zhèn)鲗碗娮影l(fā)射器件的熒光體。
掃描電路42以如下方式操作。電路中包括M個開關元件(圖中只示出了S1和Sm)，每個開關元件或者輸出直流電壓源Vx的電壓，或者輸出O〔V〕(地電位)，并被連接到顯示屏41的D0x1到D0xm端子中的一個端子上。每個開關元件S1到Sm根據(jù)來自控制電路43的控制信號Tscan進行操作，并由晶體管例如FET構成。
本電路的DC電壓源VX被用來輸出恒定電壓，使得加于不被掃描的器件上的任何驅動電壓，由于表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的性能(或發(fā)射電子的門限電壓)要求而減少到小于門限電壓的值。
控制電路43協(xié)調相關元件的操作，使得可以按照外部輸入的電視信號正確地顯示圖象。它響應來自同步信號分離電路46的同步信號Tsync產生控制信號Tscan、Tsftt和Tmry，對此在下面進行說明。
同步信號分離電路46從外部輸入的NTSC電視信號中分離出同步信號和亮度信號，它可用熟知的頻率分離(濾波器)電路來實現(xiàn)。雖然由同步信號分離電路46從電視信號中分離出的同步信號包括垂直同步信號和水平同步信號，但為簡單起見，這里只簡單地用Tsync表示，而不管它的分量信號。在另一方面，從電視信號中抽出的亮度信號作為DATA信號，它被送到移位寄存器44。
移位寄存器44對每第一行的DATA信號進行串/并轉換，DATA信號是按照來自控制電路43輸入的控制信號Tsft串行地輸入移位寄存器的。(換句話說，控制信號Tsft對移位寄存器44作為移位時鐘。)對于經過串/并轉換的一行的數(shù)據(jù)(相應于一組用于N個電子發(fā)射器件的驅動數(shù)據(jù))，作為N個并行信號Id1到Idn從移位寄存器44輸出。
行存儲器45按照來自控制電路43的控制信號Tmry，以所需要的周期用來存儲用于一行的一組數(shù)據(jù)，即信號Id1到Idn。被存儲的數(shù)據(jù)作為信號I′d1至I′dn輸出，并送至調制信號發(fā)生器47。
事實上，所述調制信號發(fā)生器47是一種信號源，它正確地驅動并調制每個表面?zhèn)鲗碗娮影l(fā)射器的操作，它的輸出信號通過端子D0y1到D0yn輸入到顯示屏41中的表面?zhèn)鲗碗娮影l(fā)射器件中。
如上所述，可以應用本發(fā)明的電子發(fā)射器件，根據(jù)發(fā)射電流Ie具有下列特征。第一，存在明顯的驅動電壓Vth，只有加在器件上的電壓超過Vth時，器件才發(fā)射電子。第二，發(fā)射電流Ie的值根據(jù)大于門限電壓Vth的施加電壓的改變而改變，雖然Vth值以及施加電壓和發(fā)射電流之間的關系取決于電子發(fā)射器件的材料、構形及制造方法。更具體地說，當脈沖電壓加到按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件上時，實際上當施加電壓在門限電壓以下時，沒有發(fā)射電流產生，而當施加電壓一旦超過門限電壓時，就發(fā)射電子束。這里應當注意，輸出電子束的強度可以借助于改變脈沖電壓的峰值Vm進行控制。此外，電子束的電荷總量可借助于改變脈寬Pw進行控制。
這樣，可以使用電壓調制方法或脈寬調制方法來響應輸入信號對電子發(fā)射器件進行調制。用電壓調制方法，對于調制信號發(fā)生器47，使用電壓調制型電路，從而使得脈沖狀電壓的峰值按照輸入數(shù)據(jù)進行調制，這時脈寬保持恒定。
另一方面，利用脈寬調制，對于調制信號發(fā)生器47使用脈寬調制型電路，從而可以按照輸入數(shù)據(jù)調制施加脈沖電壓的脈寬，這時施加電壓的峰值保持恒定。
雖然上面沒有具體地說明，但移位寄存器44和行存儲器45可以是數(shù)字或模擬信號型的，只要串/并轉換和電視信號的存儲以給定速率進行即可。
如果使用數(shù)字型的，同步信號分離電路46的輸出信號DATA需要被數(shù)字化。不過，這種轉換可借助于在同步信號分離電路46的輸出端設置一個A/D轉換器。顯然，根據(jù)行存儲器45的輸出信號是數(shù)字信號或模擬信號，可以使用不同的電路作為調制信號發(fā)生器47。如果使用數(shù)字信號，則對于調制信號發(fā)生器47可以使用公知類型的D/A轉換器，如果需要，可附加放大電路。對于脈寬調制，調制信號發(fā)生器可以使用由高速振蕩器、對振蕩器產生的脈沖數(shù)進行計數(shù)的計數(shù)器以及用來比較計數(shù)器的輸出和存儲器的輸出的比較器組成的電路來實現(xiàn)。如果需要，可增加放大器，用來放大具有調制的脈寬的比較器的輸出信號的電壓電平到按照本發(fā)明的表面?zhèn)鲗碗娮影l(fā)射器件所需的驅動電壓電平。
在另一方面，如果對于電壓調制使用模擬信號，包括公知的運算放大器的放大電路可適用作為調制信號發(fā)生器47，如果需要，可加電平移動電路。對于脈寬調制，可利用公知的電壓控制型振蕩電路(VCO)，如果需要，可加一級放大器，把電壓放大到表面?zhèn)鲗碗娮影l(fā)射器件的驅動電壓的電平。
具有上述結構的按照本發(fā)明的圖象形成裝置，當借助于外部端子D0x1至D0xm以及D0y1至D0yn在電子發(fā)射器件上施加電壓時，則發(fā)射電子。然后，產生的電子束借助于高壓端子Hv對金屬墊層35或透明電極(未示出)施加高壓被加速。被加速的電子最后和熒光膜34碰撞，從而熒光膜34發(fā)光形成圖象。
上述的圖象形成裝置的構形僅是可以應用本發(fā)明的一個例子，并且可以進行各種改變。這種裝置使用的TV信號制式不限于具體的一種，任何制式例如NTSC,PAL或SECAM都可容易地利用。它尤其適用于涉及大量掃描行(典型的是高清晰度TV系統(tǒng)，例如MUSE系統(tǒng))的TV信號，因為它可被用于包括大量象素的大的顯示屏。
現(xiàn)在參照圖13、14說明包括多個表面?zhèn)鲗碗娮影l(fā)射器件的電子源，所述電子發(fā)射器件在基片上以梯形方式排列，并說明包括這種電子源的圖象形成裝置。
首先參看圖13，其中21是電子源基片，24是在基片上的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件，26是用來連接表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件的公共引線Dx1至Dx10。電子發(fā)射器件24沿X方向排成行(以后稱為器件行)，從而形成包括多個器件行的電子源，每行具有若干器件。每個器件行的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件由一對公共引線彼此并聯(lián)，從而它們可以借助于在一對公共引線上施加合適的電壓被獨立地驅動。更具體地說，把超過電子發(fā)射門限值的電壓加于要被驅動發(fā)射電子的器件行上，而把低于電子發(fā)射門限的電壓加于其余的器件行上。此外，任何兩個設置在兩相鄰器件行之間的外部端子可以共用一條公共引線。這樣，公共引線Dx2至Dx9中，Dx2和Dx3可以共用一根公共引線來代替兩根引線。
圖14是示意的透視圖，表示含有包括梯形排列的電子發(fā)射器件的電子源的圖象形成裝置。在圖14中，顯示屏包括柵極27，每個具有若干供電子通過的孔28；以及一組外部端子D0x1,D0x2,……,D0xm，用29表示；還有另一組外部端子G1,G2,……Gn，用30表示，并被連到各個柵極27上，以及電子源基片21。注意，在圖14中，和圖10、13中相同的部分用相同的標號表示。這種圖象形成裝置和圖10的單矩陣排列的圖象形成裝置的不同之處主要在于，圖14的裝置具有位于電子源基片21和面板36之間的柵極27。
在圖14中，條狀的柵極27垂直于梯形器件行設置，用來調制由表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件發(fā)出的電子束，每個具有相應于各個電子發(fā)射器件的通孔28，供電子束穿過。但是應注意，雖然圖14中所示為條狀柵極，但其形狀和位置并不限于此。例如，它們可以具有網狀的孔，位于表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件周圍或接近電子發(fā)射器件處。
外部端子29以及作為柵極30的外部端子與控制電路(未示出)電氣相連。
具有上述構形的圖象形成裝置可以借助于逐行地執(zhí)行驅動(掃描)電子發(fā)射器件的操作，從而產生電子束，與此同步，對各行柵極同時施加調制信號，以便形成圖象的行，從而使圖象逐行地被顯示。
這樣，按照本發(fā)明的具有上述構形的顯示裝置可以具有廣泛的工業(yè)和商業(yè)上的應用，它可以用作電視廣播的顯示裝置，用作電視會議的終端裝置，用作運動與靜止圖象的編輯裝置，用作計算機系統(tǒng)的終端裝置、用作包括感光鼓的光學打印機以及許多其它方面。
現(xiàn)在借助于舉例對本發(fā)明進行說明。
〔例1，對照例1〕在這些例子中制備的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件和圖1A、1B所示意地表示的相似，事實上，在這些例子中，在基片上制備一對表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件。這些器件的制造方法基本上和前面參照圖4A到4D說明的方法相同。
現(xiàn)在參照圖1A、1B以及4A到4D說明這些例子以及例子中試樣的制造方法。
步a在徹底清洗堿玻璃板之后，通過濺射在其上形成厚度為0.5μm的氧化硅膜，以便制成基片1，在基片1上，對于每個器件涂上所需形狀的光刻膠(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd.)，它具有相應于一對器件電極形狀的空缺部分。然后，借助于真空淀積，按順序形成厚度分別為5nm和100nm的Ti膜和Ni膜。之后，借助于有機容劑使光刻膠溶解，除去Ni/Ti膜的不需要的部分，從而為每個器件形成一對器件電極2、3。器件電極之間的距離L為3μm，厚度W=300μm。(圖4A)步b制備為了每個器件的導電薄膜4，形成Cr掩膜。更具體地說，在形成有器件電板的基片上，借助于真空淀積形成厚度為300nm的Cr膜，然后通過光刻，對每個器件形成相應于導電薄膜形狀的部分。
此后，用旋轉涂器對Cr膜涂以Pdk胺合成物(Complex)溶液(ccp4230:Okuno Pharmaceutical Co.,Ltd.)，并在大氣中在300℃下烘烤12分鐘，從而形成含有PdO為主要成分的細微粒膜。膜的厚度為7nm。
步c通過濕劑法除去Cr膜，并除去Pd細微粒膜，從而對每個器件獲得具有所需形狀的導電薄膜4。導電薄膜呈現(xiàn)出Rs=2×104Ω/□的電阻。(圖4B)步d然后把器件放到圖7所示的測量系統(tǒng)的真空室內，真空室15的內部用真空泵抽至2.7×10-3Pa。然后在每個試樣器件的器件電極2、3之間施加電壓進行成形處理。所加電壓為三角波電壓，其峰值隨時間逐漸增加，如圖5B所示。所用的脈寬為T1=1msec，脈沖間隔為T2=10msec。在成形處理期間，在成形脈沖電壓的間隔內插入0.1V的附加的脈沖電壓(未示出)，以便確定電子發(fā)射區(qū)的電阻，一直監(jiān)視著這電阻，當它超過1MΩ時，電成形處理結束。當成形處理結束時，對于兩個器件的脈沖電壓(成形電壓)的峰值分別為5.0V和5.1V。
步e接著，在維持真空室15的內部壓力大約為2.0×10-3Pa的條件下對一對器件進行激活處理。對每個器件施加如圖6B所示的高度為Vph=18V的矩形脈沖電壓，監(jiān)視電流If和Ie，直到30分鐘Ie達到飽和狀態(tài)，激活處理結束。
然后，確定器件的電子發(fā)射性能。真空泵裝置采用離子泵，以便消除真空室15內可能剩余的有機物質。該系統(tǒng)還包括用來捕捉電子源發(fā)出的電子的陽極，由高壓電源把比加于電子源的電壓高+1KV的電壓加到陽極上。器件和陽極之間的距離H=4mm。在這測量期間，真空室15的內部壓力為4.2×10-4Pa(有機物的局部壓力4.2×10-5Pa)。
在測量時，觀察到If=2.0mA,Ie=4.0μA，或電子發(fā)射效率η=Ie/If=0.2％。
步f把一個器件稱作器件A，而另一個器件稱作器件B。在步f中，只對器件A施加步e的脈沖電壓。
把氫氣引入真空室，從而在室內產生1.3×10-2Pa的壓力。然后，器件A的器件電流If被逐漸減少，直到觀察到If=1mA為止，此時，器件電流基本穩(wěn)定。
然后停止供應氫氣，并使內部壓力減少到1.3×10-4Pa在此條件下，在器件A、B上加上18V的矩形脈沖電壓，以便確定各自的電子發(fā)射率。此后，器件被連續(xù)驅動一段長的時間，觀察器件性能如何改變。然后，器件被一個一個地驅動操作，階躍地升高陽極電壓，每步0.5KV，用來確定被驅動器件的不產生任何電氣放電現(xiàn)象的電壓上限，或承受電氣放電電壓的上限。下表表示這些例子中所獲得的結果。由表可見，器件A呈現(xiàn)比器件B較好的電子發(fā)射效率，并維持其長期承受放電電壓上限值的優(yōu)良性能。
〔例2〕在這些例子中制備的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件和圖1A、1B所示意地表示的相似。在這些例子中的基片上制造總數(shù)為4個的相同的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件。
步a在徹底清洗過的石英玻璃基片1上，形成具有相當于每個器件一對電極輪廓的部分的所需的光刻膠(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd)圖形，然后，借助真空淀積順序形成Ti膜和Ni膜，其厚度分別為5nm和100nm。之后，用有機溶劑溶解光刻膠，并除去Ni/Ti膜的不需要的部分，從而對每個器件形成器件電極2、3。器件電極之間的距離L=10μm，寬度W=300μm。
步b借助于圖案形成處理形成具有所需形狀的用于制備電子發(fā)射區(qū)5的導電薄膜4。更具體地說，在形成有器件電極的基片上，用真空淀積形成厚度為50nm的Cr膜，然后形成相應于每一器件一對器件電極2、3的圖形的開口部分和電極之間的間隙。
然后，用旋轉涂器在Cr膜上涂以Pdk胺合成物(CCP 4230:Okuno Pharmaceutical Co.,Ltd.)，并在300℃的大氣中烘烤10分鐘，從而形成以PdO為主要成分的導電薄膜4。膜厚為12nm。
步c用濕刻法除去Cr膜，并對導電薄膜4進行處理，使其呈現(xiàn)所需的形狀。導電薄膜呈現(xiàn)的電阻為Rs=1.5×104Ω/□。
步d然后，把器件移到圖7所示的測量系統(tǒng)的真空室內，并有真空泵(離子泵)把真空室15排空到2.6×10-6Pa的壓力。以后，借助于用來對每一器件提供器件電壓Vf的電源11在每個器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對器件進行激發(fā)成形處理。用于成形處理的電壓的脈沖波形如圖5B所示。
在本例中，脈沖電壓的脈寬T1=1msec，脈沖間隔T2=10msec.,并且峰值電壓(用于成形處理)以每步0.1V階躍上升。在成形處理期間，在成形脈沖電壓的間隔內插入0.1V的附加脈沖電壓(未示出)，以便確定電子發(fā)射區(qū)的電阻。不斷地檢測這一電阻，當電阻超過1MΩ時，結束成形處理。當成形處理結束時，對于所有器件，脈沖電壓(成形電壓)的峰值為7.0V。
步e可調泄漏閥17被打開，從測量系統(tǒng)的液體容器18內引入丙酮，用四線質量分析儀(quadrapole mass analyzer)監(jiān)測真空室15內丙酮的局部壓力，并調節(jié)閥門使局部壓力等于1.3×10-1Pa。
步f對每個器件施加圖6B所示的波形的單極矩形脈沖電壓。脈沖高度、脈寬以及脈沖間隔分別為Vph=18V,T1=1msec.以及T2=10msec。脈沖電壓連續(xù)施加30分鐘，然后終止施加電壓。在電壓終止施加時，器件電流If=1.5mA。
步g停止丙酮供應，并把真空室進一步抽空，同時把器件加熱到80℃。
步h然后，通過操作流量控制器在真空室15內引入氫氣，直到氫氣的局部壓力達1.3×10-2Pa。
步i和步，中相同的脈沖電壓施加5分鐘，然后停止施加。之后，從真空室除去氫。在停止施加電壓時的器件電流If=1.2mA。
步j用離子泵把真空室內抽空，同時對其加熱。與此同時，借助于設置在握持器中的加熱器把器件加熱到250℃。然后，真空室的內部壓力被減少到1.3×10-6Pa，并對器件施加脈寬為100μsec．的18V的矩形脈沖電壓，以確保被操作的器件穩(wěn)定地發(fā)射電子。
〔對照例2〕對和例2相似的試樣進行例2中步a到步g的處理。省略步h和i，然后進行步j的穩(wěn)定處理。
〔例3〕對和例2類似的試樣進行例2中的步a到步e的處理。然后，在步f和步i對試樣施加具有如圖6A所示波形的雙極性脈沖電壓。在這些步中的脈沖電壓是相同的，其高度、脈寬和間隔分別為Vph=V′ph=18V,T1=T′1=lmsec.以及T2=T′2=10msec.。在步f結束時，器件電流If=1.8mA，在步i結束時，If=1.4mA。
然后，試樣被經受類似于例2中步i的穩(wěn)定性處理。
〔例4〕對和例2相似的試樣進行例2中步a到步d的處理。然后把試樣取出真空室，并接著進行下述步驟步d′在例2中步b使用的Pd胺合成物溶液用醋酸丁酯稀釋到原濃度的三分之一。用旋轉涂器把稀釋后的溶液涂在試樣上，并在300℃的大氣中對試樣進行烘烤。然后，將其放在N2(98％)-H2(2％)的混合物氣流中60分鐘。
當器件通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察時，發(fā)現(xiàn)直徑在3和7nm之間的Pd細微粒散布在每個器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙內。
然后，對試樣進行類似于例2中步e和i的處理，因為在步f中開始時器件電流If，過早地增加，所以在開始之后把電壓暫停15分鐘。在步和f步i結束之后，器件電流分別為If=1.8mA和1.3mA。
然后，對試樣進行例2的步j的穩(wěn)定性處理。
〔例5〕對和例2類似的試樣進行例2中步d到d的處理。然后進行下述步驟。
步e″在真空室15中引入甲烷。真空泵裝置16的主閥(未示出)被擰緊，以減少傳導并調節(jié)甲烷流量，直到真空室的內部壓力達到130Pa。
步f″對試樣連續(xù)施加單極性矩形脈沖電壓(圖6B)60分鐘。脈沖電壓的高度為18V，脈寬為1msec.脈沖間隔為10msec.在施加脈沖結束時，器件電流為If=1.3mA。
步g″停止甲烷的供應，并把真空室15的內部抽空。之后，在真空室內引入氫氣，直到內部壓力達到1.3×10-2Pa。
步h″對試樣施加和步f″相同的脈沖電壓5分鐘。在施加脈沖結束時器件電流If=1.1mA。之后，對試樣進行如例2中步j的穩(wěn)定處理。
取從例2到例5以及對照例2中的一個器件，并用圖7的裝置試驗其電子發(fā)射性能。在試驗期間，真空室的內部壓力保持在2.7×10-6Pa以下，在關斷加熱器件的加熱器并使器人冷卻至室溫之后對器件進行試驗。
施加于器件的電壓是圖6B所示的單極性矩形脈沖電壓，其高度、脈寬和間隔分別為Vph=18V,T1=100μsec.以及T2=10msec.。在測量系統(tǒng)中，器件和陽極之間隔開距離H=4mm，電位差保持為1KV。
對每個試樣進行試驗，以便在試驗開始時和連續(xù)操作100小時之后立即評價電子發(fā)射性能。其結果如下表所示。
從例2到例5以及對照例2中取出沒有進行過上述評價電子發(fā)射性能試驗的另一個器件，并對其進行承受電氣放電電壓的試驗。對每個器件施加如圖6B所示的單極矩形脈沖電壓，同時從1KV起以每步0.5KV階躍地增加陽極和器件之間的電位差(陽極電壓Va)，并在每個陽極電壓下使器件被驅動操作10分鐘。當器件在給定的陽極電壓Va下不被電氣放電所破壞時，就認為器件已承受住這一陽極電壓值。例2到例5以及對照例2中的器件的最大承受電壓如下所示。
再從例2到例5以及對照例2中取出另一個沒有經過上述的評價電子發(fā)射性能和承受電壓試樣的試樣器件。借助于切開基片把每個器件分開，用掃描電子顯微鏡(SEM)進行觀察。結果只在例2和4的器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙的陽極側一端觀察到碳膜，在間隙外面沒有發(fā)現(xiàn)碳膜。在例3的器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙的陽極側端部和陰極側端部都發(fā)現(xiàn)了碳膜，而在間隙外面實際上沒有觀察到碳膜。
對它們進行比較可見，在對照例2的器件中，發(fā)現(xiàn)碳膜主要形成在陽極側的間隙的內部和后部，而陰極側也有少量的碳膜。
在上述例中和對照例中的每個器件的基片上，在碳膜和陰極側導電薄膜之間或在陽極上的碳膜和陰極側端部觀察到了溝槽。
據(jù)推測，在激活處理中產生的原子團(radical)可能和基片起反應而形成溝槽。
對上述例子和對照例中，其中包括例1和對照例1中的器件用拉曼光譜儀檢查了碳膜的結晶性。用Ar激光，其波長為514.5nm作為光源，在試樣表面上產生了直徑大約為1μm的光點。當光點落在電子發(fā)射區(qū)上或其附近時，在1.335cm-1(P1)和1.580cm-1(P2)附近獲得了具有峰值的光譜，從而證明了碳膜的存在。圖2示意地說明了這種光譜。對上述例子和對照例中的器件，假定在1.490cm-1附近存在第三峰值，則可以使這些峰值分開。
在峰值當中，P2是由石墨原子鍵中電子的轉移而產生的，這是石墨這種物質的特征。而P1是由于在石墨晶體中受干擾的周期性引起的。這樣，雖然純凈的石墨單晶只會出現(xiàn)P2，但如果石墨會有大量小的結晶體或具有有缺陷的晶格結構，P1也會成為顯著的。隨著石墨結晶性的減少，P1的高度和寬度會進一步增加。根據(jù)內部的晶體狀態(tài)，P1的位置可能移動。
假設不同于P2的峰值的存在是由于在上述例子和對照例的任何器件中的石墨小晶體尺寸而引起的，這可能是正確的。在下文的討論中，用P1的半寬(half width)指示上述例子和對照例中石墨的結晶性，這是因為在P1處的光強度足夠強。
在對照例2的器件的間隙內部和后部，P1呈現(xiàn)不同的形狀。當激光的光點聚焦在電子發(fā)射區(qū)的間隙上時，P1呈現(xiàn)大約150cm-1的半寬，但當光點離開該間隙大于1μm時，則半寬顯著地減少到300cm-1，這表明在間隙內部石墨的結晶度高，而在間隙后部(bihind the gap)結晶度低。在例2到例5的器件中的間隙外面，沒有觀察到明顯的峰值，并且P1的半寬表明其中已達到比對照例較高的結晶度。
由三個峰值的強度估計的這些例子的器件中石墨晶體直徑在2和3nm之間。
每個上述器件的碳膜用透射電子顯微鏡(TEM)檢查，在例1到例5中，在電子發(fā)射區(qū)的間隙內的碳膜內觀察到了晶格圖象，從而證明碳膜主要由具有大小為2-3nm或以上的微粒大小的石墨晶體構成。這結果和拉曼光譜儀分析的一致。圖15示意地表明在器件電子發(fā)射區(qū)的間隙的一個邊緣上觀察到的晶格圖象。這里表示的是半個間隙。在例4的器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙內部觀察到了在Pd細微粒周圍的囊狀的晶格。圖16示意地表明所觀察到的晶格圖象。也發(fā)現(xiàn)了某些實際不含Pd細微粒的囊。雖然也觀察到了晶格圖象，從而表明在對照例2的器件的間隙內部的碳膜內存在石墨，但是這種晶格僅在位于間隙后面的碳膜的一部分中存在。碳膜主要由無定形碳構成。
如上所述，當離子或電子和間隙后面的碳膜碰撞從而產生氫原子氣體和碳原子氣體時，由于這可能引起電氣放電，則可能出現(xiàn)電氣放電現(xiàn)象。在每個例子中，碳膜被從這一位置上除去，并僅使高度結晶的碳膜留在電子發(fā)射區(qū)的間隙內，因而便沒有氣體產生，從而使器件能夠經受住相當高的陽極電壓。
〔例6〕在這一例子中，在一片基片上形成和圖1A、1B相同構形的多個表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件，并被放在密封的玻璃屏內，從而形成單行型電子源。該試樣用下述方式制備。
(1)在徹底清洗并弄干堿玻璃基片1之后，形成具有相應于每一器件一對電極的形狀的開口的光刻膠(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.，Ltd.)掩膜圖形。然后通過真空淀積按順序形成Ti膜和Pt膜，其厚度分別為5nm和30nm。
(2)光刻膠被有機溶劑溶解，并除去Pt/Ti膜的不需要的部分，從而形成每個器件的器件電極2、3。器件電極被距離L=10μm分開(圖4A)。
(3)在具有器件電極的基片上形成Cr膜，用濺射方法形成，其厚度為30nm。然后使Cr膜借助于光刻形成一相應于導電薄膜形狀的開口。
(4)用旋轉涂器在Cr膜上涂以Pd胺合成物(CCP 4230:Okuno Pharmaceutical Co.,Ltd.)并在大氣中在300℃下以烘干，從而產生含PdO為主要成分的細微粒膜。對Cr進行濕蝕，并從任何不需要的區(qū)域中除去PdO細微粒膜，從而產生導電薄膜4(圖4B)。
(5)把制成的電子源和背板、具有熒光體和金屬墊層的面板、支撐框架和吸氣管組裝起來，然后用熔融玻璃粘合，從而形成電子源屏。
(6)如圖20所示，把電子源屏51連接到驅動電路52、包括離子泵為主要部件的用于超高真空的第一真空泵裝置53、包括渦輪泵和旋轉泵的用于高真空的第二真空泵裝置54、用于監(jiān)視真空室內部環(huán)境的四極質量分析器55、以及用來調節(jié)氫氣流量的流量控制器56，如圖20所示。
(7)用第二真空泵裝置54把電子源屏51的內部抽到大約10-4Pa的真空度。
(8)用驅動電路52對電子源屏中的每個器件進行激發(fā)成形處理，以便產生具有間隙的電子發(fā)射區(qū)5(圖4C)。用來進行成形處理的脈沖電壓是三角波電壓，其中T1=1msec.T2=10msec.具有逐漸增加的高度，如圖5B所示。
(9)通過適當?shù)卣{節(jié)流量控制器56，在電子源屏內引入氫氣，直到氫的局部壓力達到1×10-4Pa。
(10)借助于驅動電路52對每個器件施加14V的矩形脈沖電壓，其脈寬為1msec.脈沖間隔為10msec.器件和作為陽極的金屬墊層之間的電位差為1KV。在施加電壓期間監(jiān)視Ie和If，對每個器件當Ie達到5μA時停止施加電壓。
(11)停止氫氣供應，并用第一真空泵裝置53把電子源屏51抽空，同時電子源用加熱器(未示出)加熱。
(12)用四極(quadrapole)質量分析儀55監(jiān)測電子源屏內的環(huán)境，并加熱吸氣管，當其內部完全沒有任何剩余有機物時進行氣密性密封。
〔對照例3〕對本例中的試樣進行例6中步(1)至步(10)的處理，但是不在屏內引入氫氣。之后，進行步(12)。
〔例7〕對本例中的試樣進行例6中的步(1)到步(5)的處理。然后，(6)試樣以圖20所示的方式被連到驅動電路和第一真空泵裝置上，但不用第二真空泵裝置。該系統(tǒng)被這樣設置，使得被蒸發(fā)的有機溶劑(丙酮)可被引入屏內。
電子源屏的內部由包括吸附泵和離子泵的真空泵裝置53抽空，直到內部壓力大約為10-4Pa。
在屏內引入丙酮和氫氣，直到它們都呈現(xiàn)1×10-3Pa的壓力。借助于合適地操作流量控制器56和閥門控制局部壓力，同時用四極質量分析儀55監(jiān)測局部壓力。
(7)如同例6中的情況一樣，對每個器件施加脈沖電壓，對每一器件當Ie達到5μA時，停止施加電壓。
(8)停止丙酮和氫氣供應，并把電子源屏內部抽空，同時對其加熱。此后，加熱排氣管，當由四極質量分析儀觀察到的氫和丙酮的局部壓力足夠低時，進行氣密性密封。
〔對照例4〕如同例7一樣制備試樣，但只使用丙酮而不使用氫氣。
對例6和例7以及對照例3和4的電子源屏進行關于電子發(fā)射性能的試驗。在器件和金屬墊層間的電位差為1KV。在進行100小時連續(xù)的發(fā)射電子的操作之后，再對每個器件的Ie和If進行觀察。
此后，以上述參照例1至例5的方式試驗每個器件的電氣放電的承受電壓。
所得結果如下。
以相同的方式對例6、例7和對照例3、4的另一組器件進行處理，并用拉曼光譜分析進行測試。
〔例8〕在本例中，在基片上并排地制備如圖1A和1B所示構形的4個電子發(fā)射器件。
步a在徹底清洗過的石英玻璃基片上形成具有相應于每個器件的一對電極形狀的開口的光刻膠(RD-2000N-41:HitachiChemical Co.,Ltd.)圖形，然后用真空淀積先后形成各自厚度為5nm和100nm的Ti膜和Ni膜。之后，用有機溶劑溶解光刻膠，并且去除Ti/Ni膜的不需要的部分，從而對每個器件形成一對器件電極2和3。器件電極之間的距離L=3μm，寬度W=300μm。
步b在具有器件電極2、3的基片1上用真空淀積形成厚度為50nm的Cr膜，然后通過光刻由Cr膜制成具有相應于導電薄膜形狀的開口的Cr掩膜。開口的寬度W′=100μm。之后，Pd胺合成物的溶液(CCCP4230,Okuno Pharmacceutical Co.,Ltd.)用旋轉涂器加于Cr膜上，在300℃的大氣中烘烤12分鐘，從而產生含Pdo為主要成分的導電薄膜4。其膜厚為12nm。
步c用濕刻法除去Cr膜，并對導電薄膜4進行處理，使其顯示出希望的圖形。導電薄膜呈現(xiàn)出的電阻Rs=1.4×104Ω/□。
步d然后，把器件移入圖7所示的測量系統(tǒng)的真空室，并用真空泵裝置16(離子泵)把真空室15抽空到2.6×10-6Pa的壓力。然后，用對每個器件施加器件電壓Vf的電源裝置11在每個器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對試驗試樣進行激發(fā)成形處理。用于成形處理的脈沖電壓波形如圖5B所示。
所述脈沖電壓的脈寬T1=1msec.脈沖間隔T2=10msec.,峰值(用于成形處理)電壓每步上升0.1V。
在成形處理中，在成形脈沖電壓的間隔中插入附加的0.1V的脈沖電壓(未示出)，以便確定電子發(fā)射區(qū)的電阻，一直監(jiān)視著這一電阻，并且當其超過1MΩ時電成形處理結束。當成形處理結束時，所有器件的脈沖電壓(成形電壓)的峰值為7.0V。
步e通過適當調節(jié)可調泄漏閥17和流量控制器(未示出)，使丙酮和氫氣的局部壓力分別達到1.3×10-1Pa和1.3×10-2Pa。丙酮的局部壓力由差動排放型四極質量分析儀(未示出)確定，氫氣的壓力被認為基本等于真空室15的整個內部壓力。
步f對每個器件施加如圖6B的單極性矩形脈沖電壓。脈沖高度、脈寬以及脈沖間隔分別為Vph=18V,T1=1msec.以及T2=10msec.。在連續(xù)施加脈沖電壓120分鐘之后，本步驟結束。此時的器件電流If=1.7mA。
〔例9〕本例中也采用例8中步a到步d的步驟，然后，在步e中，使丙酮的局部壓力等于13Pa，在步f中，施加的單極性矩形脈沖電壓的波高為20V。此外，按和例8相似的方式施加脈沖電壓。因為和例1相比器件電流呈現(xiàn)出急劇升高，所以在開始操作90分鐘之后停止施加脈沖電壓。在停止施加脈沖電壓時，脈沖電壓改變?yōu)?8V，并在此步驟結束時，器件電流If=1.9mA。
〔例10〕對此例也進行例8中步a到步c，然后，在步f中，對每個器件施加雙極性脈沖電壓，其波高、脈寬、和脈沖間隔分別為18V,1msec.和10msec.。此外，器件以和例1中完全相同的方式處理，在停止施加電壓時，器件電流If=2.1mA。
此后，進行類似例2中的步j的穩(wěn)定化處理。
〔例11〕
本例也進行例8中步a到步d的處理。然后把器件從真空室中取出，并進行如下操作步d在例8中步b使用的Pd胺合成物溶液用醋酸丁酯稀釋到原濃度的三分之一。稀釋過的溶液用旋轉涂器施加在試樣上，并把試樣在300℃的大氣中烘烤10分鐘。之后，將其在N2(98％)-H2(2％)的混合物的氣流中放置60分鐘。
當器件通過掃描電子顯微鏡(SEM)觀察時，發(fā)現(xiàn)在每個器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙內分布有直徑在3和7nm之間的Pd細微粒。
此后，對器件進行與例6中步e等步驟的類似處理。因為在步f中器件電流If呈現(xiàn)早期地上長，在開始60分鐘之后，暫停施加電壓。在停止施加脈沖電壓時，器件電流If=1.9mA。
〔對照例5〕本例也進行例8中步a到步d的步驟，但省略用來引入氫氣的步e。丙酮和氫的局部壓力以及所施加的脈沖電壓和其它條件與例8的類似。因為和例6相比，器件電流If呈現(xiàn)早期地上升，所以在開始并且抽空真空室的內部之后30分鐘暫停施加電壓。在停止施加脈沖電壓時，器件電流If=1.5mA。此后，對器件進行穩(wěn)定化處理。
對例8到例10和對照例5的試樣進行電子發(fā)射性能試驗。對于這一實驗，在激活處理結束之后，用離子泵抽空每個源屏，同時對器件進行加熱，直到達到2.7×10-6Pa的低壓，才停止加熱。當器件冷卻到室溫時試驗開始。
對器件施加單極性矩形脈沖電壓，以便驅動器件，其波高、脈寬和脈沖間隔分別等于Vph=18V,T1=100μsec.以及T2=10msec.。器件和陽極之間的距離為H=4mm，并電位差保持在1KV。對每個試件也進行承受電氣放電電壓的試驗。
在試驗開始并進行100個小時之后，每個試件的器件電流Ie和發(fā)射電流If以及電氣放電承受電壓如下表所示。
從例8到例11以及對照例5中取出沒有進行過上述性能實驗的器件。并由拉曼光譜儀檢查碳膜的結晶性。用波長為514.5nm的Ar激光作為光源，在試品的表面上產生直徑大約為1μm的光點。
當光點位于電子發(fā)射區(qū)上或其附近時，得到在1.335cm-1(P1)和1.580cm-1(P2)附近具有峰值的光譜，從而證明碳膜的存在。
在以下的討論中，P1的半寬被用來表明這些例子和對照例的石墨的結晶性，因為在P1處光的強度足夠強。
用上述拉曼光譜儀的Ar激光光點從每個器件的間隙的一端到另一端進行掃描，并把獲得的P1的半寬值描繪成光點位置的函數(shù)。圖21示意地表明了這種測量結果。對于圖21，雖然假定器件在兩個器件電極的中心(刻度為0)具有間隙，但未必總是如此?？潭鹊恼囊粋却砥骷年枠O。
對于除去例10之外的每一器件，當使用雙極性電壓脈沖進行激活處理時，在陰極側形成的碳膜是很小的，并表現(xiàn)為很低的信號值，而在陽極側則檢測到足夠的信號值。在對照例5中，在間隙附近半寬小至150cm-1，而隨著光點逐漸接近陽極而逐漸增加，直到在陽極端部達250cm-1。
在例8到例11中，半寬沒有明顯的變化。但在例8,9,10和11中，發(fā)現(xiàn)半寬分別在100和130cm-1,85和120cm-1,90和130cm-1以及100和130cm-1之間。
因為在上述每個例子中發(fā)現(xiàn)在碳膜的中心附近碳膜的結晶性高，借助于透射電子顯微鏡(TEM)對碳膜作了進一步的檢查。
在對照例5中，碳膜主要發(fā)現(xiàn)在電子發(fā)射區(qū)間隙的陽極側，而在陰極側極少。在間隙內部的碳膜中觀察到了晶格結構，從而證實碳膜主要由具有微粒大小為2-3nm或以上的石墨晶體構成。在另一方面，在離開間隙的位置上沒有可觀察到的清楚的晶格結構，這意味著此處的碳膜主要由非晶形碳構成。
圖22示意地說明了對照例5中器件的碳膜中觀察到的石墨的晶格圖象。在間隙內部碳膜由石墨構成，而在間隙外部由非晶形碳構成。
在例8到例11的任何一個例子中，在器件的碳膜中的任何處都觀察到了晶格圖象，如圖23所示，從而證實整個碳膜由石墨構成。許多晶粒的大小不小于10nm。圖24A示意地表示例8和例9的每個器件，而圖24B示意地表示例10的器件。
當觀察例11的器件間隙的內部時，尤其注意了Pd細微粒及其周圍，發(fā)現(xiàn)細微粒被如例4中一樣的晶格圖象包圍著。換句話說，在例11的器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙內觀察到了圍著看Pd細微粒的囊狀晶格。圖25示意地表示觀察到的晶格的圖象。
上述事實說明，在激活處理期間，If的快速增加可能是由于在間隙內Pd細微粒周圍生成碳晶體所致。每個Pd微粒起了晶體生成的核心作用。
在上述例子和對照例中的每個器件的基片上的碳膜和陰極側導電薄膜之間或陽極上的碳膜和陰極側端部之間觀察到了溝槽。
〔例12〕在本例中制備的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件和圖1A和1B所示的相似。
步a在徹底清洗過的石英玻璃基片1上，形成具有相應于每個器件的一對器件電極形狀的開口的所需圖形的光刻膠(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd.)。然后形成用真空淀積生成的厚度為100nm的Ni膜，然后，用有機溶劑溶解光刻膠，并除去Ni膜的不需要的部分，從而形成每個器件的器件電極2、3。器件電極之間的距離L=2μm，寬度W=500μm。
步b用真空淀積在具有器件電極2、3的基片1上形成厚度為50nm的Cr膜，然后通過光刻由Cr膜制備具有相應于導電薄膜形狀的開口的Cr掩膜。開口的寬度W′=300μm。此后，用旋轉涂器在Cr膜上涂以Pd胺合成物(CCCP 4230:Okuno PharmaceuticalCo.,Ltd.)，并在300℃下在大氣中烘烤10分鐘，從而生成以PdO為主要成分的導電薄膜。膜的細微粒的平均直徑和膜厚大約為7nm。
步c用濕刻法除去Cr膜，并對導電薄膜4進行處理，使其呈現(xiàn)所需形狀。導電薄膜呈現(xiàn)的電阻為Rs=5.0×104Ω/□。
步d然后把基片移至圖7所示的測量系統(tǒng)的真空室內，并用真空裝置16(離子泵)把真空室15抽空到2.7×10-6Pa的壓力。此后，借助于對每個器件施加器件電壓Vf的電源11在每個器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對器件進行激發(fā)成形處理。用于激發(fā)成形處理的施加的電壓的脈沖波形如圖5B所示。
三角脈沖電子的脈寬T1=1msec.脈沖間隔T2=10msec.并且峰值電壓(用于成形處理)以每步0.1V逐步地上升。在成形處理期間，在成形脈沖電壓的間隔內插入額外的0.1V的脈沖電壓(未示出)，以便確定電子發(fā)射區(qū)的電阻，不停地監(jiān)測這一電阻，當其超過1MΩ時結束電成形處理。當成形處理結束時，用于器件的脈沖電壓(成形電壓)的峰值為5.0V。
步e在真空室15內引入丙酮，直到丙酮的局部壓力為1.3×10-3Pa為止。對器件施加如圖6B所示的三角波脈沖電壓，進行第一激活處理10分鐘。脈沖的高度為8V,T1=100μmsec.T2=10msec.。
步f使丙酮的局部壓力為1.3×10-1Pa，并引入氫，使其呈現(xiàn)13Pa的局部壓力為止。以3.3mv/sec.的速率增加脈沖電壓的高度，逐步地從8V上升到14V，以便進行第二激活處理，總的處理時間為120分鐘。之后，停止供給丙酮和氫氣，并把真空室的內部抽空，直到1.3×10-6Pa為止。
〔對照例6〕和例12類似制造和例12相類似的器件，只是在步f中不引入氫。
〔例13〕和例12類似的試樣經過例12中步a到步d的處理。之后，步f在真空室內引入甲烷和氫氣，使甲烷的局部壓力達6.7Pa，氫的局部壓力達130Pa。然后施加同例12中的脈沖電壓進行第二激活處理120分鐘。此后，從真空室內除去甲烷和丙酮，使真空室的內部壓力降到1.3×10-6Pa以下。
〔例14〕如同例13一樣制備試樣，只是在第二激活處理步f中器件被加熱到200℃。
對于例12到14以及對照例6各制造兩個器件。在每例中的器件當中，一個用來通過施加同激活處理一樣的脈沖電壓進行電子發(fā)射性能的估計，該器件和陽極彼此隔開4mm，之間的電位差為1KV。在器件開始時、開始后1小時以及開始后100小時測量每個器件電流和發(fā)射電流。還測量電氣放電的承受電壓。
上述例子中的沒有用來進行測試電子發(fā)射性能的每另一個器件用TEM進行晶格圖象觀察。雖然對于例12到14中的每一例觀察到了類似于圖23表示的晶體結構，但僅在對照例6的器件的間隙的外面的碳膜的部分上發(fā)現(xiàn)了晶格圖象。推測在間隙外面的碳膜大部分由非晶形碳構成。
對器件進行拉曼光譜分析，器件的P1的半寬如下所示
>〔例15〕在本例中，在基片上制備4個具有圖1A、1B所示構形的電子發(fā)射器件。
步a在徹底清洗過的石英玻璃基片1上形成具有相應于每個器件的一對電極形狀的開口的所需形狀的光刻膠(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd.)。然后用真空淀積順序形成Ti膜和Ni膜，其厚度分別為5nm和10nm。然后，用有機溶劑溶解光刻膠，并除去Ni/Ti膜的不需要的部分，從而形成每個器件的電極2、3。器件電極之間的距離為L=10μm，寬度為W=300μm。
步b對于每一器件，對導電薄膜4進行處理，使其呈現(xiàn)給定的形狀，以便形成電子發(fā)射區(qū)5。更具體地說，在具有器件電極2、3的基片1上用真空淀積形成厚度為50nm的Cr膜。然后由Cr膜制備具有相應于器件電極2、3形狀的開口以及將器件電極分開的間隔的Cr掩膜。開口寬度W′=100μm。此后，用旋轉涂器把Pd胺合成物(CCCP 4230:Okuno Pharmaceutical Co.,Ltd.)涂在Cr膜上，并在300℃下在大氣中烘烤10分鐘，從而形成以Pdo為主要成份的導電薄膜4。其膜厚為12nm。
步c用濕刻法除去Cr膜，導電薄膜4被處理成所需的形狀。導電薄膜呈現(xiàn)的電阻Rs=1.4×104Ω/□。
步d然后把器件移到圖7所示測量系統(tǒng)的真空室內，并用真空泵裝置16(吸附泵和離子泵)把真空室15內抽空到2.7×10-6Pa。此后，借助于對每個器件施加器件電壓Vf的電源11在每個器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對被試器件進行激發(fā)成形處理。用于成形處理的施加電壓脈沖波形如圖5B所示。
三角波脈沖電壓的脈寬T1=1msec.脈沖間隔T2=10msec.峰值電壓(用于成形處理)以每步0.1V逐步上升。在成形處理期間，在成形脈沖電壓的間隔內插入0.1V的額外脈沖電壓，以便確定電子發(fā)射區(qū)的電阻。不斷地監(jiān)測這電阻值，當其超過1MΩ時電成形處理結束。在成形處理結束時，脈沖電壓的峰值(成形電壓)對所有器件都是7.0V。
步e在真空室內引入丙酮，通過適當調節(jié)可調泄漏閥17，使丙酮的局部壓力達1.3×10-1Pa。
步f對每個器件施加如圖6B所示的單極性矩形脈沖電壓。其脈沖高度、脈寬和脈沖間隔分別為Vph=18V,T1=100μsec.以及T2=10msec.。在連續(xù)施加脈沖電壓10分鐘后此步結束。暫停丙酮的供給，并把真空室內部抽空。
步g然后，通過操作流量控制器(未示出)使真空室25內的甲烷和氫氣的局部壓力分別達到130Pa和1.3Pa。對器件再施加相同的脈沖電壓120分鐘，然后停止施加電壓。在此步結束時器件電流If=2.5mA。以后，真空室內部被抽空到2.7×10-6Pa以下。
此后，對器件進行例2中步j的激活處理。
〔例16〕在本例中也進行例15的步a到步f，然后，在步g中施加和上例中步g相同的脈沖電壓，同時把器件加熱到200℃。在此步結束時器件電流If=2.2mA。
此后，對器件進行激活處理。
對例15和例16所選的器件施加的用于激活處理的相同的脈沖電壓，從而確定Ie和If。器件和陽極彼此相隔4mm，其間電位差為1KV。在試驗開始時和開始100小時之后立即測量每個器件的器件電流和發(fā)射電流。同時測量電氣放電承受電壓。<
對上述每個例子中沒有用來進行電子發(fā)射性能評價的器件借助于TEM檢查其晶格圖象。對例15和16的每個所觀察到的晶體結構類似于圖23所示。
借助于拉曼光譜儀對器件進行檢查，從而對每個器件找出如前述例子中的兩個峰值。器件的P1的半寬如下所示。在接近每個器件的間隙處觀察到較高的結晶性。<
在本例中，在基片上制造具有如圖1A、1B所示構形的4個電子發(fā)射器件。
步a在0.5μm厚的徹底清洗過的堿玻璃基片1上形成具有相應于每個器件的一對電極形狀的開口的所需的光刻膠(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd.)圖形。然后用真空淀積順序地形成厚度分別為5nm和100nm的Ti膜和Ni膜。此后，用有機溶劑溶解光刻膠，并除去Ti/Ni膜的不需要的部分，從而形成每個器件的一對器件電極2、3。器件電極之間距離L=3μm，寬度W=300μm。
步b對于每個器件，導電薄膜4被處理成給定的形狀，以便形成電子發(fā)射區(qū)5。更具體地說，在具有器件電極對2、3的基片1上用真空淀積形成厚度為50nm的Cr膜，然后由Cr膜制成具有相應于器件電極2、3的形狀的開口的Cr掩膜。開口的寬度W′=100μm。此后，用旋轉涂器把Pd胺合成物(CCCP 4230:OkunoPharmaceuticl Co.,Ltd.)涂去Cr膜上，并在300℃下在大氣中烘烤10分鐘，從而產生以PdO為主要成分的導電薄膜4。膜厚為10nm。
步c用濕刻法除去Cr膜，并把導電薄膜4處理成所需的形狀。導電薄膜呈現(xiàn)的電阻Rs=2.0×104Ω/□。
步d然后，把器件移到圖7所示的用于測量的系統(tǒng)中真空室內，并用真空泵裝置16(吸附泵和離子泵)把真空室15的內部抽空為2.7×10-6Pa。此后，借助于對每個器件施加器件電壓Vf的電源11在每個器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對受試器件進行激發(fā)成形處理。用于成形處理的脈沖波形如圖5B所示。
三角波脈沖電壓的脈寬T1=1msec.脈沖間隔T2=10msec.峰值電壓(用于成形處理)以每步0.1V逐步增加。在成形處理期間，在成形脈沖電壓的間隔內插入0.1V的額外電壓脈沖，以便確定電子發(fā)射區(qū)的電阻，不斷地監(jiān)測這一電阻值，當其超過1MΩ時電成形處理結束。當盛開有處理結束時，所有器件的脈沖電壓的峰值(成形電壓)為5.0-5.1V。
步e用加熱器(未示出)把器件加熱到400℃，并把真空室內抽空到1.3×10-4Pa。此后，在真空室內交替地引入甲烷和氫氣，并連續(xù)地對器件施加脈沖電壓進行激活處理。甲烷和氫氣的局部壓力相同且等于1.3Pa。甲烷和氫氣以20秒為周期被引入。在激活處理30分鐘之后形成厚度為50nm的石墨膜。
〔例18〕在本例中，在基片上制造具有圖1A、1B所示構形的4個電子發(fā)射器件。
步a在厚度為0.5μm的被徹底清洗過的堿玻璃基片1上對每個器件形成具有相應于一對器件電極形狀的開口的所需形狀的光刻膠(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd.)圖形。然后借助真空淀積順序地形成有厚度分別為5nm和100nm的Ti膜和Ni膜。此后，用有機溶劑溶解光刻膠，并除去Ni/Ti膜的不需要的部分。從而形成每個器件的器件電極2、3。器件電極之間的距離L=3μm，寬度W=300μm。
步b對每個器件，導電薄膜4被進行處理，使其呈現(xiàn)給定的形狀，以便形成電子發(fā)射區(qū)5。更具體地說，用真空淀積在含有器件電極對2、3的基片1上形成厚度為50nm的Cr膜，然后由Cr膜制成具有相應于器件電極2、3形狀的開口的并具有將其分開的間隔的Cr掩膜。開口的寬度為W′=100μm。此后，用旋轉涂器把Pa胺合成物(CCCP 4230:Okuno Pharmaceutical Co.,Ltd.)涂在Cr膜上，并在大氣中在300℃下烘烤10分鐘，從而形成以PdO為主要成分的導電薄膜4。其厚度為10nm。
步c用濕刻法除去Cr膜，并對導電薄膜4進行處理，使其成為所需的形狀。導電薄膜4呈現(xiàn)的電阻Rs=2.0×104Ω/□。
步d然后，把器件移入圖7所示的測量系統(tǒng)的真空室內，并用真空泵裝置(吸附泵和離子泵)把真空室15的內部抽空到2.7×10-6Pa。此后，借助于用來給每個器件施加器件電壓Vf的電源11在每個器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對器件進行激發(fā)成形處理。用于成形處理的施加的脈沖電壓的波形如圖5B所示。
三角波脈沖電壓的脈寬T1=1msec.脈沖間隔T2=10msec.并且峰值電壓(用于成形處理)以每步0.1V逐步上升。在成形處理期間，在成形脈沖電壓的間隔內插入0.1V的額外脈沖電壓，以便確定電子發(fā)射區(qū)的電阻，不斷地監(jiān)測這電阻，當其超過1MΩ時，成形處理結束。當成形處理結束時，所有器件的脈沖電壓的峰值(成形電壓)為5.0V-5.3V。
步e真空室內部被抽空到1.3×10-4Pa。此后，在真空室內交替地引入甲烷和氫氣。同時對器件連續(xù)地施加脈沖電壓，以便進行激活處理。甲烷和氫氣的局部壓力分別為0.13Pa和13Pa。甲烷和氫氣以20秒為周期被引入。在激活處理13分鐘之后，形成了厚度為30nm的石墨膜。
〔例19〕本例中也進行例18中的步a到步d，然后，步e真空室的內部被抽空為1.3×10-4Pa。然后，在真空室內引入氫氣，同時連續(xù)地施加脈沖電壓對器件進行激活處理。在整個這一步中在真空室內部的環(huán)境中始終存在氫氣。氫的局部壓力保持為13Pa。與此同時，在真空室內斷續(xù)地引入乙烯，直到其局部壓力達到0.13Pa。乙烯以20秒為周期被斷續(xù)地引入。在激活處理30分鐘之后，形成了厚度為50nm的石墨膜。
真空室內的內部壓力被減少到1.3×10-4Pa，并測量例17到19中每個器件的If和Ie，此時連續(xù)地施加著14V的矩形電壓。器件和陽極彼此分開4mm，并且其間的電位差為1KV。在開始時和開始100小時之后立即測量每個器件的器件電流和發(fā)射電流，同時還測量電氣放電承受電壓。
如同例15和16中的情況一樣，用激光拉曼光譜儀觀察例17到例19中的沒有用來進行評價電子發(fā)射性能的每個器件。觀察結果如下。
〔例20，對照例7〕在本例中，在基片上制造如圖1A、1B所示構成的一對電子發(fā)射器件。
步a在厚度為0.5nm的并被徹底清洗的堿玻璃基片1上對每個器件形成具有相應于一對器件電極形狀的開口的所需形狀的光刻膠(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd)圖形。然后借助于真空淀積順序地形成有厚度分別為5nm和100nm的Ti膜和Ni膜。此后，用有機溶劑溶解光刻膠，并除去Ti/Ni膜的不需要部分，從而形成每個器件的器件電極2、3。器件電極之間的距離L=10μm，寬度W=300μm。
步b對每個器件，導電薄膜4被進行處理，使其呈現(xiàn)給定的形狀，以便形成電子發(fā)射區(qū)5。更具體地說，用真空淀積在含有器件電極對2、3的基片1上形成厚度為50nm的Cr膜，然后由Cr膜制成具有相應于器件電極2、3形狀的開口的并具有將其分開的間隔的Cr掩膜。開口的寬度W′=100μm。此后，用旋轉涂器把Pa胺合成物(CCCP4230:Okuno Pharmaceutical Co.,Ltd.)涂在Cr膜上，并在大氣中在300℃下烘烤10分鐘，從而形成以PdO為主要成分的導電薄膜，其厚度為12nm。
步c用濕刻法除去Cr膜，并對導電薄膜4進行處理，使其成為所需的形狀。導電薄膜4呈現(xiàn)的電阻Rs=1.5×104Ω/□。
步d然后，把器件移到圖7所示的測量系統(tǒng)的真空室內，并用真空泵裝置(離子泵)把真空室15的內部抽到2.7×10-3Pa。此后，借助于用來給每個器件施加器件電壓Vf的電源11在每個器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對器件進行激發(fā)成形處理。用于成形處理的施加的脈沖電壓的波形如圖5B所示。
三角波脈沖電壓的脈寬T1=1msec.脈沖間隔T2=10msec.并且峰值電壓(用于成形處理)以每步0.1V逐步上升。在成形處理期間，在成形脈沖電壓的間隔內插入0.1V的額外脈沖電壓(未示出)，以便確定電子發(fā)射區(qū)的電阻，不斷地監(jiān)測這電阻，當其超過1MΩ時，成形處理結束。當成形處理結束時，所有器件的脈沖電壓(成形電壓)的數(shù)值為7V。
步e把一個器件稱為器件A，而另一個稱為器件B。
把圖6A所示的雙極矩形脈沖電壓加于器件A(例20)上，以進行激活處理。脈沖高度為±18，寬度和脈沖間隔分別為T1=T1′=100μsec.以及T2=10msec.。
把圖6B所示的單極性矩形脈沖電壓施加到器件B上(對照例7)，以進行激活處理。脈沖高度、脈寬和脈沖間隔分別為Vph=18V、T1=100μsec.和T2=10msec.。激活處理時器件和陽極之間的距離為4mm，電位差為1KV，同時監(jiān)測著電流If和Ie。在這些條件下，真空室的內部壓力為2.0×10-3Pa。激活處理大約經過30分鐘，當Ie達到飽和值時結束。
真空泵裝置改為離子泵，并對真空室及其內部的器件進行加熱。同時把真空室的壓力排空到1.3×10-4Pa。在施加18V的矩形脈沖電壓開始時以及開始100小時之后立即測量例20和對照例7中每個器件的If和Ie。<
借助于激光拉曼光譜儀檢查例20和對照例7的每個器件，從而觀察每個器件間隙外面以及間隙附近P1的半寬。所得結果如下。<
由上可以看出，例20的器件A比對照例7的器件B在間隙附近具有較高的結晶性。這可能是因為在不墨生長顯著的位置上產生了較強的電場的緣故。事實上，石墨尤其生成在電子發(fā)射器件間隙的兩端。
下例和對照中的每個器件具有圖1A、1B所示的構形。每個例子在一個基片上并排地制備總數(shù)為4個的器件。
〔例21〕步a在厚度為0.5mm的并被徹底清洗過的石英玻璃基片1上對每個器件形成具有相應于一對電極形狀的開口的所需形狀的光刻膠(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd.)圖形。然后借助真空淀積順序地形成有厚度分別為5nm和100nm的Ti膜和Ni膜。此后，用有機溶劑溶解光刻膠，并除去Ni/Ti膜的不需要的部分，從而形成每個器件的器件電極2、3。器件電極之間的距離L=10μm，寬度W=300μm。
步b對每個器件，借助于真空淀積在含有器件電極2、3的基片1上形成厚度為50nm的Cr膜，然后由Cr膜制成具有相應于器件電極2、3形狀的開口的并具有將其分開的距離的Cr掩膜。開口寬度W′=100μm。此后，用旋轉涂器把Pd胺合成物涂在Cr膜上，并在大氣中在300℃下烘烤10分鐘，從而形成以PdO為主要成分的導電薄膜4。其厚度為12nm。
步C用濕刻法除去Cr膜，并對導電薄膜4進行處理，使其呈現(xiàn)需要的形狀。導電薄膜4呈現(xiàn)出的電阻Rs=1.5×104Ω/□。
步d然后，把經過處理的基片移到圖7所示的測量系統(tǒng)的真空室內，借助于真空泵裝置16(離子泵)把真空室15抽空到2.7×10-6Pa。此后，借助于用來對每個器件施加器件電壓Vf的電源61在每個器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對器件進行激發(fā)成形處理，用于成形處理的施加的脈沖電壓的波形如圖5B所示。
三角波的脈沖電壓其脈寬T1=1msec.脈沖間隔T2=10msec.并且峰值電壓(用于成形處理)以每步0.1V逐步上升。在成形處理期間，在成形脈沖電壓的間隔內插入0.1V的額外脈沖電壓(未示出)，以便確定電子發(fā)射區(qū)的電阻，不斷地監(jiān)測這電阻，當其超過1MΩ時成形處理結束。成形處理結束時每個器件的脈沖電壓(成形電壓)的數(shù)值為7.0V。
步e借助于打開可調泄漏閥17從容器18中把丙酮引入真空室。調節(jié)閥門使真空室15內丙酮的局部壓力為1.3×10-1Pa，這借助于四極質量分析儀(未示出)進行觀察。
步f對器件施加如圖6A所示的雙極性矩形脈沖電壓進行激活處理。脈沖高度、脈寬以及間隔分別為Vph=V′ph=18V,T1=T′1=100μsec.以及T2=100msec.。脈沖電壓施加30分鐘后停止。當施加脈沖電壓時，器件電流If=1.8mA。
步g暫停丙酮供應，并除去真空室內的丙酮，把器件加熱到250℃。真空室本身也用加熱器加熱。
〔例22〕本例中除去丙酮的局部壓力升高到13Pa以及雙極脈沖電壓的高度保持20V之外，其余步驟和例21的相同。因為If比例1中上升得更快，施加脈沖電壓在15分鐘內停止，并除去真空室內的丙酮，把器件加熱到250℃。真空室本身也被加熱。在停止施加脈沖電壓時，器件電流If=2.1mA。
〔對照例8〕在本例中，使丙酮的局部壓力等于例1中的，或等于1.3×10-1Pa，并用圖6B所示的高度為Vph=18V的單極矩形脈沖電壓進行激活處理。此外，執(zhí)行例21的步驟。在停止施加脈沖電壓時，器件電流If=1.5mA。
〔對照例9〕在本例中，丙酮的局部壓力等于例1中的或等于1.3×10-1Pa，并用高度為Vph=6V的雙極脈沖電壓進行激活處理。此外，執(zhí)行例21中的步驟。在停止施加脈沖電壓時，器件電流If=3.0mA。
此后，進行穩(wěn)定化處理。
從例21以及例22和對照例8、9中取出一個器件借助于圖7的裝置試驗其電子發(fā)射性能。在試驗期間，真空室的內部壓力維持在2.7×10-6Pa以下，并關斷加熱器件的加熱器和加熱真空室的加熱器并把器件冷卻至室溫后進行試驗每個器件的性能。
施加于器件的電壓是如圖6B所示的單極矩形脈沖電壓，其高度、脈寬以及間隔分別為Vph=18V,T1=100μsec.以及T2=10msec.。在測量系統(tǒng)中，器件和陽極間的距離H=4mm，電位差保持為1KV。
在試驗開始之后以及在連續(xù)操作100小時之后立即測量每個器件的電子發(fā)射性能。注意當停止施加激活脈沖電壓時以及試驗開始時，對照例的器件電流If顯著下降并且Ie大大低于其它器件，使得后來對它們沒有再作試驗。結果如下表所示。
從例21和22以及對照例8和9中取出沒有用來進行上述性能試驗的器件并用拉曼光譜儀檢查碳膜的結晶性。波長為514.5nm的Ar激光作為光源，它在試品表面上產生大約直徑為1μm的光點。
使上述拉曼光譜儀的Ar激光點從每個器件間隙的一端掃描到另一端。把得到的P1的半寬的值繪成光點位置的函數(shù)。例21和22的器件在P1的中心處呈現(xiàn)出半寬減少，如圖21所示。同時對照例8的器件獲得了相似的觀察結果，在電極之間的間隙的陽極側，器件呈現(xiàn)在P1的中心處半寬減少，雖然信號值很小，這是因為在陽極側只發(fā)現(xiàn)極少的碳膜。結果列于下表
因為在上述每例中的中心及中心附近處發(fā)現(xiàn)碳的結晶度高，所以用透射電子顯微鏡(TEM)作進一步觀察。
就例21和22的每個器件而言，雖然在電子發(fā)射區(qū)的間隙的兩側都發(fā)現(xiàn)了碳膜。但在位于間隙內部的碳膜中，沿導電薄膜的邊緣觀察到了晶格圖像，這證明存在石墨。石墨晶體的微粒大小為幾個nm。在另一方面，在離開間隙的區(qū)域內沒有觀察到晶格圖像，這表明那里的碳膜主要由無定形碳構成。
圖26示意地說明在例21的器件的碳膜中觀察到的石墨的晶格圖像，碳膜由導電薄膜的間隙5內部的石墨6和間隙外部的無定形碳構成。雖然在圖26中分開石墨膜的間隙和電子發(fā)射區(qū)的間隙一致，但它們的位置不一定彼此一致，并且前者可能位于后者邊緣附近。
在例22中，即使在離開間隙的區(qū)域中也觀察到了晶格圖像，從而證明碳膜更廣泛地由石墨構成。
就對照例8而言，在陰極側碳膜的量比在陽極側的小，雖然在間隙內部的陽極的碳膜中觀察到了和例21中相同的晶格圖像。在對照例9中，在整個碳膜中沒有發(fā)現(xiàn)晶格圖像，從而表明整個碳膜由無定形碳構成。
在上述例子和對照例的每個器件的基片上，在相對電極碳膜的碳膜之間觀察到了槽8(相當于對照例1的碳膜和陰極之間的槽)。在例22的器件中的槽比較深。這可能表明原子團和基片已經起了反應，因為這里的器件在該區(qū)域內的電場比其它器件的較強，并且在該器件中產生的器件電極相對較大的緣故。比較例21和22可見，例22的η=Ie/If大于例21，原因之一可能是例22的深槽斷開了，在相對電極之間可能產生漏電流的路徑的緣故。換句話說，深槽可以改善電子發(fā)射器件的電子發(fā)射效率。
〔例23〕在本例中，借助于在基片上排列若干表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件，并連接成矩陣形式制備電子源。
圖27示意地表明這種電子源的局部平面圖。圖28是沿圖27的線28-28剖開的示意的截面圖。圖29A到29H示意地說明這種電子源的制造步驟。
電子源具有基片1、X向引線22和Y向引線23(也稱作上引線)。電子源的每個器件由一對器件電極2、3和包含電子發(fā)射區(qū)的導電薄膜4構成。此外，電子源還具有層間絕緣層61和接觸孔62，每個接觸孔連接相應的器件電極22和相應的下引線22。
現(xiàn)在參照圖29A到29H說明電子源的制造步驟。這些圖分別和制造步驟對應。
步A在對堿玻璃板進行徹底清洗之后，通過濺射在其上形成厚度為0.5μm的氧化硅膜，從而形成基片1，在基片1上順序地形成厚度分別為5nm和600nm的Cr膜和Au膜，然后，用旋轉涂器在膜上形成光刻膠(AZ1370:Hoechst Corpration)，同時使膜轉動并烘烤。此后，光掩膜圖像被曝光并顯影從而形成下引線22的抗蝕劑圖形，然后對淀積的Au/Cr膜進行濕刻，從而形成下引線22。
步B利用RF濺射形成厚度為1.0μm的氧化硅膜作為中間絕緣層61。
步C制備光刻膠圖形，用來在步B淀積的氧化硅膜中產生接觸孔62，使用作為掩膜的光刻膠圖形。通過對中間絕緣層61進行刻蝕來形成接觸孔62。對于刻蝕操作，利用使用CF4和H2氣的RIE(反應離子刻蝕Reactive Ion Etching)技術。
步D然后，形成用于每對器件電極2、3和分開電極的間隙G的光刻膠(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd.)圖形，然后用真空淀積在其上順序地淀積厚度分別為5nm和100nm的Ti和Ni。用有機溶劑溶解光刻膠圖形，并使用去除(lift-off)技術處理Ni/Ti淀積膜，從而形成一對器件電極2、3，其寬度為300μm，之間距離G為3μm。
步E在器件電極2、3上形成用于上引線23的光刻膠圖形之后，利用真空淀積順序地淀積厚度分別為5nm和500nm的Ti和Au，然后利用去除技術除去不需要的部分，從而形成所需形狀的上引線23。
步F然后用真空淀積形成厚度為30nm和Cr膜63，然后對其進行處理，使其呈現(xiàn)具有開口的導電薄膜4的形狀。此后，用旋轉涂器在Cr膜上涂上Pd胺合成物(CCP 4230)溶液，同時使膜旋轉，并在300℃下烘烤12分鐘。所形成的導電薄膜64由以PdO為主要成分的細微粒構成，其厚度為70nm。
步G使用刻蝕劑對Cr膜63進行濕刻，并除去導電薄膜4的不需要的部分，從而形成需要的圖形。其電阻Rs=4×104Ω/□。
步H然后制備用來對除接觸孔62之外的整個表面區(qū)域涂以光刻膠的圖形，并用真空淀積順序形成厚度分別為5nm和500nm的Ti、Au。利用去除技術除去不需要的部分，從而隱藏接觸孔。
使用按上述方式制備的電子源制造圖像形成裝置，這參照圖10、11A和11B來說明。
在把電子源基片21固定在后板31上之后，在基片21的上方5mm用支撐框架32設置面板36(在玻璃基片33表面上含有熒光膜34和金屬墊層35)，然后在面板36，支撐框架32和后板31的接觸部分施加熔融玻璃并在400至500℃下在大氣中或在氮氣中烘烤10分鐘以上，從而對殼體進行氣密性密封。用熔融玻璃把基片21也固定在后板31上，在圖10中，24是電子發(fā)射器件，22和23分別是器件的X向引線和Y向引線。
雖然當該裝置用于黑白圖像時，熒光膜34只由熒光體本身構成，但本例中的熒光膜34通過形成黑條并用紅、綠、蘭色條狀熒光體填充間隙構成。黑條用以石墨為主要成分的通用材料構成，使用粘合液技術在玻璃基片33上施加熒光材料。
在熒光膜34的內表面上設置金屬墊層35。在制備熒光膜之后，通過在熒光膜的內表面進行″平滑″操作(一般稱為″成膜″)并用真空淀積在其上淀積一層鋁層來制造金屬墊層。
雖然在熒光膜34的外表面可以設置透明電極(未示出)以便增加其導電性。但在本例中沒有使用，因為熒光膜只用金屬墊層就已經呈現(xiàn)出足夠的導電性(Electro Conductivity)。
對于上述的組裝操作，各元件被小心地對準，以便確保彩色熒光器件和電子發(fā)射器件之間的精確的位置對應關系。
制成的玻璃殼體的內部(氣密性密封容器)然后用排氣管和真空泵抽到足夠的真空度，此后，對器件通過公共連接的Y方向引線逐行地進行成形處理。在圖30中，標號64是公共電極，它與Y方向引線相連，65是電源，而標號66和67分別表示測量電流的電阻和監(jiān)視電流的示波器。
然后，當屏的內部被再次抽空為內部壓力1.3×10-4Pa時，當對器件再一次施加相似的脈沖電壓之前在屏內引入氫氣。
然后，真空裝置改用離子泵，把屏內進一步抽空為4.2×10-5Pa，用時利用加熱器對整個屏加熱。
接著，矩陣引線被驅動，以確保屏的工作正常和穩(wěn)定地顯示圖像，然后排氣管(未示出)借助于氣體噴燈加熱并溶化進行密封，從而氣密性地密封整個殼體。
最后，對顯示屏進行吸氣劑操作，以便維持其內部的高真空度。
為了驅動制備的包括顯示屏的圖像形成裝置，通過外部端子DX1到DXm以及DY1到DYn把掃描信號和調制信號施加到電子發(fā)射器件上，從而按各個信號發(fā)生裝置發(fā)射電子，同時由高壓端子Hv對金屬墊層19或透明電極(未示出)施加5.0KV的高電壓，使得從冷陰極器件發(fā)出的電子被加速并撞擊熒光膜54，從而激發(fā)熒光膜發(fā)光并產生圖像。
雖然例22的電子源包括若干如同例1中制造的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件，但按照本發(fā)明的電子源和圖像形成裝置并不限于使用這種電子發(fā)射器件。此外，電子源可以通過排列例2到例21任何一例中制備的電子發(fā)射器件來制備，并且，相應于例22的圖像形成裝置可用這種電子源來制備。
圖31是借助于使用例22的圖像形成裝置(顯示屏)實現(xiàn)的顯示裝置方塊圖，用來提供來自各種信息源其中包括電視傳輸及其它圖像源的電視信息。在圖31中，70是顯示屏，71是顯示屏驅動器，72是顯示屏控制器，73是多路復用器，74是譯碼器，75是輸入/輸出接口，76是CPU,77是圖象發(fā)生器，78、79和80是圖像輸入存儲接口，81是圖像輸入接口，82和83是TV信號接收器，84是輸入單元。(如果顯示裝置用來接收由視頻信號和音頻信號組成的電視信號，在圖中還需要用來接收、分離、復制、處理以及存儲音頻信號的電路、揚聲器及其它裝置，不過，這種電路和裝置根據(jù)本發(fā)明的范圍被省略了)。
現(xiàn)在按照圖像信號的流程說明該裝置中的各個部分。
首先，TV信號接收器83是一種用來接收通過使用電磁波的無線電傳輸系統(tǒng)與/或空間光通訊網絡傳輸?shù)腡V圖像信號的電路。要被使用的TV信號系統(tǒng)不限于具體的一種，并且任何制式例如NTSC、PAL或SECAM都可以一起使用。尤其適用于涉及大量掃描行的TV信號(典型的如高清晰度TV系統(tǒng)如MUSE系統(tǒng))。因為它可用于大的包括大量象素的顯示屏70，由TV信號接收器73級到的TV信號向前傳給譯碼器74。
第二，TV信號接收器82是一種用來接收通過使用同軸電纜與/或光導纖維的有線傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)腡V圖像信號和TV信號接收器83一樣，要被使用的TV信號系統(tǒng)不限于具體的一種，并且由該電路收到的TV信號向前傳送給譯碼器74。
圖像輸入接口81是一種用來接收來圖像輸入裝置。例如TV攝像機或圖像輸入掃描器輸出的圖像信號，它也把接收到的圖像信號輸入給譯碼器74。
圖像輸入存儲接口80是一種用來恢復存儲在電視磁帶錄象機(以后稱VTR)中的圖像信號的電路，被恢復的圖像信號也被輸入給譯碼器74。
圖像輸入存儲接口79是一種用來恢復存儲在視盤中的圖像信號的電路，被恢復的圖像信號也被輸出給譯碼器74。
圖像輸入存儲接口78是一種用來恢復存儲在存儲靜止圖像數(shù)據(jù)如所謂的靜止盤中的圖像信號的電路，并把恢復的圖像信號也輸出給譯碼器74。
輸入/輸出接口75是一種用來連接顯示裝置和外部輸出信號源。例如計算機、計算機網絡或打印機的電路。它對圖像數(shù)據(jù)以及字符、圖表的數(shù)據(jù)進行輸入/輸出操作，如果合適的話，還用作顯示裝置的CPU76和外部輸出信號源之間的控制信號和數(shù)字數(shù)據(jù)的輸入/輸出的操作。
圖像發(fā)生電路77是一種用來在顯示屏上產生要被顯示的圖像數(shù)據(jù)的電路，它根據(jù)通過輸出/輸出接口75由外部輸出信號源輸入的圖像數(shù)據(jù)或字符數(shù)據(jù)和圖表數(shù)據(jù)或來自CPU76的這些數(shù)據(jù)進行操作。該電路包括可再加載的存儲器，用來存儲圖象數(shù)據(jù)、字符數(shù)據(jù)或圖表數(shù)據(jù)，只讀存儲器，用來根據(jù)給定的符號代碼存儲圖象類型，用來處理圖像數(shù)據(jù)的處理器，以及用來產生屏幕圖像所需的其它電路元件。
由圖像發(fā)生電路77產生的用于顯示的圖像數(shù)據(jù)被輸入給譯碼器74，并且如果合適的話，也通過輸入/輸出接口75輸入給外部電路例如計算機網絡或打印機。
CPU76用來控制顯示裝置，并對在顯示屏上要顯示的圖像進行發(fā)生、選擇和編輯的操作。
例如，CPU76向多路復用器73輸出控制信號并對要在顯示屏上顯示的圖像信號進行合適的選擇和組合。同時它還對顯示屏控制器72發(fā)出控制信號，根據(jù)圖像顯示頻率、掃描方法(如隔行還是非隔行掃描)、每幀的掃描行數(shù)等控制顯示裝置的操作。
CPU76也直接發(fā)出圖像數(shù)據(jù)和字符數(shù)據(jù)圖表數(shù)據(jù)給圖像發(fā)生電路77，并通過輸入/輸出接口75訪問外部計算機和存儲器，從而獲得外部圖像數(shù)據(jù)、字符數(shù)據(jù)和圖表數(shù)據(jù)。
CPU76還可以附帶地參與顯示裝置的其它操作，包括發(fā)生和處理如個人計算機或文字處理機的數(shù)據(jù)。
CPU76還可以通過輸入/輸出接口75和外部計算機網絡相連，從而協(xié)同一道進行計算和其它操作。
輸入裝置84用來向CPU76輸入由操作者給定的程序和數(shù)據(jù)。事實上，可以從不同的輸入裝置中選擇，例如鍵盤、鼠標、游戲棒、棒碼讀出器、聲音識別裝置及它們的任意組合。譯碼器74是用來把通過所述電路77到73輸入各種圖像信號轉換成三種主要顏色信號、亮度信號和I、Q信號的電路。最好譯碼器74包括圖像存儲器，如圖33中虛線所示，用來處理例如MUSE系統(tǒng)的需要圖象存儲器進行信號轉換的電視信號。圖像存儲器還幫助靜止圖像的顯示，以及由譯碼器74結合圖象發(fā)生電路77和CPU76選擇地進行的例如變薄、插入、放大、縮小、同步以及對幀進行編輯的操作。
多路復用器73用來按照CPU76給定的控制信號合適地選擇要在顯示屏上顯示的圖像。換句話說，多路復用器73選擇來自譯碼器74的某一被轉換的圖像信號并將其送入驅動電路71。
它也可以把顯示屏分為幾幀，借助于在顯示一幀的時間間隔內從一組圖像信號轉換為另一組圖像信號來同時顯示不同的圖像。
顯示屏控制器72是用來按照來自CPU76的控制信號控制驅動電路71的操作的電路。
其中，它進行操作使得向驅動電路71傳輸信號，以便控制用來驅動顯示屏的電源(未示出)的操作順序，從而確定顯示屏70的基本操作。它還向驅動電路71傳輸信號，用來控制圖像顯示頻率和掃描方法(例如隔行掃描或非隔行掃描)，從而限定驅動顯示屏70的方式。
如果需要，它還向驅動電路71傳輸信號，用來根據(jù)亮度、對比度、色調和清晰度控制要在顯示屏上顯示的圖像質量。
驅動電路71是用于發(fā)生施加于顯示屏70上的驅動信號的電路。它按照來自多路復用器73的圖像信號和來自顯示屏控制器72的控制信號進行操作。
按照本發(fā)明的并具有如圖31所示的構成的顯示裝置，可以在顯示屏70上顯示由各種圖像數(shù)據(jù)源給定的各種圖像，更具體地說，圖像信號例如電視圖像信號被譯碼器74轉換，然后由多路復用器73選擇，再送入驅動電路71。另一方面，顯示控制器72發(fā)出控制信號用來根據(jù)用于要在顯示屏70上顯示的圖像的圖像信號控制驅動電路71的操作。然后驅動電路71按照圖像信號和控制信號向顯示屏70施加驅動信號。這樣，便在顯示屏70上顯示圖像。所有上述操作都由CPU76以協(xié)調的方式進行控制。
上述顯示裝置不但可以從若干種給定的圖像中進行選擇并顯示。而且還可以進行各種圖像處理操作，包括放大、縮小、旋轉、加重邊緣、變薄、插入、改變顏色以及改變圖像的寬高比，以及編輯操作，包括綜合，抹去，連接，代替和插入圖像，這時譯碼器74中的圖像存儲器，圖像發(fā)生電路77和CPU76參與這些操作。
雖然上述實施例中沒有說明，但可以附加專用于處理音頻信號的電路，進行音頻信號的處理和編輯操作。
這樣，按照本發(fā)明的并具有上述結構的顯示裝置，可以具有廣泛的工業(yè)的和商業(yè)方面的應用，因為它可以用作電視、廣播的顯示裝置，電視會議的終端裝置，靜態(tài)、動態(tài)圖像的編輯裝置、計算機系統(tǒng)的終端設備、OA設備例如文字處理機、游戲機以及其它許多方面。
顯然，圖31只表示了一種顯示裝置可能具有的結構的例子，其中包括通過排列大量表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件制備的電子源，但本發(fā)明并不限于此。例如，圖31的某些電路元件省去或增加某些元件，這視應用而定。例如，如果本發(fā)明的顯示裝置用作電視電話，它就可以包括如電視攝像機、麥克風、燈光設備以及包括調制解調器的發(fā)送/接收電路。
隨然用于上例中的激活處理采用了例1中類型的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件所用的方法。但當合適時可以使用相應于例2到例22中之一的激活處理方法。
〔例24〕在本例中，結合圖32A到32C說明具有梯形連線型的電子源及包括這種電子源的圖像形成裝置的制造方法，圖中說明的是制造步驟的一部分。
步A在對堿玻璃板進行徹底清洗之后，利用濺射在上面形成厚度為0.5μm的氧化硅膜，從而形成基片21，在其上形成相應于一對電極形狀的具有開口的光刻膠(RD-2000N-41:Hitachi ChemicalCo.,Ltd.)圖形。然后，利用真空淀積順序地形成厚度分別為5nm和100nm的Ti膜和Ni膜。此后，由有機溶劑溶解光刻膠，并且除去Ni/Ti膜，從而形成作為器件電極操作的公共引線26，器件電極之間的距離L=10μm(圖32A)。
步B用真空淀積在器件上形成厚度為300nm的Cr膜，然后用光刻形成相應于導電薄膜形狀的開口92。此后，由Cr膜形成Cr掩膜，從而形成導電薄膜(圖32B)。
然后，用旋轉涂器把Pd胺合成物(CCP 4230:OkunoPharmaceutical Co.,Ltd.)涂在Cr膜上，并在300℃下烘烤12分鐘，從而生成含PdO為主要成分的細微粒膜，膜厚為7nm。
步C用濕刻法除去Cr掩膜，并去除PdO細微粒膜，以獲得所需形狀的導電薄膜4。導電薄膜呈現(xiàn)出的電阻大約為Rs=2×104Ω/□(圖32C)。
步D如同例23一樣制備顯示屏，但本例中的屏與例23中的稍有不同，即本例中的屏具有柵極。如圖14所示，電子源基片21、后板31、面板36和柵極27組裝在一起，并把外部端子29和外部柵極端子30連接于其上。
按照例23進行圖像形成裝置的成形激活和穩(wěn)定處理，然后把排氣管(未示出)熔化并進行氣密性密封。最后進行吸氣劑操作，這借助于高頻加熱進行。
本例中的圖像形成裝置可如圖例23一樣被驅動操作。
雖然上例中所用的激活處理采用的是例1中的表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件所用的處理方式，但只要合適，可采用相應于例2到例22中的任何一種。這同例23的情況一樣。
如上面詳細說明的，按照本發(fā)明，通過在電子發(fā)射器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙內設置高結晶度的碳膜，對于電子發(fā)射操作，可有效地防止隨電子發(fā)射器件的使用時間而產生的質量劣化。從而大大改善器件的穩(wěn)定性。當這種石墨膜形成在電子發(fā)射區(qū)的間隙的陽極、陰極側兩端時，電子發(fā)射器件可以在高效率下發(fā)射電子，從而進一步改善了電子發(fā)射效率η=Ie/If。
此外，如果器件在間隙內部除石墨膜之外沒有任何碳膜，或者如果在間隙外面有碳膜，而該碳膜又是由高度結晶的石墨構成的。則器件可以有效地克服在操作中可能出現(xiàn)的電氣放電現(xiàn)象。
最后，通過在電子發(fā)射區(qū)形成槽，可以顯著地減少器件漏電流，從而進一步改善器件的電子發(fā)射效率。
權利要求
1．一種制造電子發(fā)射器件的方法，電子發(fā)射器件包括一對電極和位于電極之間并含有電子發(fā)射區(qū)的導電薄膜，其特征在于包括對含有間隙的導電薄膜在含有一種或一種以上有機物以及具有由通式XY(其中X和Y分別表示氫原子和鹵素原子)表示的成分的氣體的環(huán)境中施加電壓的步驟。
2．一種制造包括一對電極以及位于電極之間的并包括電子發(fā)射區(qū)的導電薄膜的電子發(fā)射器件的制造方法，其特征在于包括對其中含有間隙的導電薄膜施加電壓的步驟，所述電壓是一種雙極性脈沖電壓。
3．一種如權利要求1或2的制造電子發(fā)射器件的方法，其中所述對導電薄膜施加電壓的步驟包括在含有一種或一種以上有機物的第一環(huán)境中施加電壓以及在含有具有由通式XY(其中X和Y分別表示氫原子和鹵素原子)表示的成分的氣體的第二環(huán)境中施加電壓的步驟。
4．如權利要求3的制造電子發(fā)射器件的方法，其中所述在第一環(huán)境中施加電壓的步驟和在第二環(huán)境中施加電壓的步驟被交替地進行。
5．如權利要求1或2的制造電子發(fā)射器件的方法，其中所述對導電薄膜施加電壓的步驟在含有一種或一種以上的有機物以及具有以通式XY(其中X和Y分別表示氫原子和鹵素原子)表示的成分的氣體的環(huán)境中進行。
6．一種制造包括一對電極以及位于電極之間的并含有電子發(fā)射區(qū)的導電薄膜的電子發(fā)射器件的方法，其特征在于在包括電子發(fā)射區(qū)的所述的導電薄膜上形成石墨膜以及除去不同于所述石墨膜的任何淀積物的步驟。
7．如權利要求6的制造電子發(fā)射器件的方法，其中所述形成石墨膜的步驟包括對所述導電薄膜在含有一種或一種以上有機物的環(huán)境中施加電壓的步驟。
8．如權利要求6或7的制造電子發(fā)射器件的方法，其中所述除去任何淀積物的步驟包括對所述導電薄膜在含有具有以通式XY(其中X和Y代表氫或鹵素原子)表示的成分的氣體的環(huán)境中施加電壓的步驟。
9．如權利要求6或7的制造電子發(fā)射器件的方法，其中所述除去任何淀積物的步驟包括對所述導電薄膜在含有具有以通式XY(其中X和Y分別表示氫原子和鹵素原子)表示的成分的氣體以及一種或一種以上有機物的環(huán)境中施加電壓的步驟。
10．如權利要求6的制造電子發(fā)射器件的方法，其中所述形成石墨膜的步驟和除去淀積物的步驟作為同一個步驟進行。
11．如權利要求10的制造電子發(fā)射器件的方法，其中所述形成石墨膜和除去淀積物的步驟包括對所述導電薄膜在含有具有以通式XY(其中X和Y分別表示氫原子和鹵素原子)表示的成分的氣體以及一種或一種以上有機物的環(huán)境中施加電壓的步驟。
12．如權利要求1或2或6的制造電子發(fā)射器件的方法，其中所述電子發(fā)射器件是表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器件。
13．一種制造包括由各自引線共同連接的排列成行的多個電子發(fā)射器件的電子源的方法，其特征在于，所述電子發(fā)射器件是由權利要求1、2或6的方法制造的。
14．一種制造包括由引線連接成矩陣形的多個電子發(fā)射器件的電子源的方法，其特征在于，所述電子發(fā)射器件是由權利要求1、2或6的方法制造的。
15．一種制造包括電子發(fā)射器件和圖像形成構件的圖像形成裝置的方法，其特征在于所述電子發(fā)射器件是由權利要求1、2或6的方法制造的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制造電子發(fā)射器件的方法，電子發(fā)射器件包括一對電極和位于電極之間并含有電子發(fā)射區(qū)的導電薄膜，其特征在于包括對含有間隙的導電薄膜在含有一種或一種以上有機物以及具有由通式XY(其中X和Y分別表示氫原子和鹵素原子)表示的成分的氣體的環(huán)境中施加電壓的步驟。
文檔編號H01J1/316GK1238548SQ9910692
公開日1999年12月15日 申請日期1995年8月29日 優(yōu)先權日1994年8月29日
發(fā)明者岸文夫, 山野邊正人, 冢本健夫, 大西敏一, 山本敬介, 池田外充, 浜元康弘, 宮崎和也 申請人:佳能株式會社