專利名稱：電子發(fā)射器件，電子源和圖象形成裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子發(fā)射器件，它不會(huì)由于長(zhǎng)期使用而使性能變差，并且在對(duì)其施加電壓時(shí)不產(chǎn)生不希望的放電現(xiàn)象，可以長(zhǎng)時(shí)間地穩(wěn)定而高效率地發(fā)射電子。本發(fā)明還涉及一種電子源和圖象形成裝置，例如顯示裝置或曝光裝置，它們包括所述的電子發(fā)射器件，本發(fā)明還涉及上述器件和裝置的制造方法。
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(chǎng)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)射器件以及面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(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(jiàn)“Field emission”，Advance in Electron Physics，8，89(1956)，以及C·A·Spindt，“PHYSICAL Properties ofthin-film field emission cathodes with molydenum cones”J·Appl.Phys.，47，5284(1976)。
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)。
面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射器件的例子包括由M·I·Elinson提出的那些，見(jiàn)Radio Eng.Electron Phys.，10(1965)。
面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射器件是利用這樣一種現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)的，即當(dāng)在平行于在基片上形成的小的薄膜的膜面通以電流時(shí)，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(jiàn)〔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(guò)。
圖33示意地說(shuō)明由M·Hartwell提出的典型的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件。在圖33中，標(biāo)號(hào)1是基片，標(biāo)號(hào)4是導(dǎo)電薄膜，一般由借助于濺射生成H形金屬氧化物薄膜來(lái)制備，其中的一部分當(dāng)經(jīng)過(guò)以后要說(shuō)明的稱為“激發(fā)成形”(energization fomimg)的電激發(fā)處理時(shí)，最后形成電子發(fā)射區(qū)5。在圖33中，隔開(kāi)一對(duì)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(zhǎng)度L以及0.1〔mm〕的寬度W。
通常，在面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件中，借助于使導(dǎo)電薄膜4經(jīng)受電激發(fā)預(yù)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(dǎo)電薄膜的相對(duì)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(zhuǎn)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(dǎo)電薄膜4的一部分，它一般含有一個(gè)間隙或幾個(gè)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(jīng)受“激活”(activation)處理，這時(shí)，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(jī)物的環(huán)境中對(duì)器件施加脈沖電壓進(jìn)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(dǎo)電薄膜的陽(yáng)極側(cè)，在陰極側(cè)即使有的話，也極少。在某些情況下，可以對(duì)電子發(fā)射器件進(jìn)行“穩(wěn)定”(stabilization)處理，以便阻止碳與/或一種或多種碳化物過(guò)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(jī)物以及剩余在環(huán)境中的有機(jī)物被除去。
要使面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件在實(shí)際應(yīng)用中滿意地工作，它必須滿足若干要求，其中包括，它應(yīng)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(guò)兩個(gè)器件電極之間的電流，叫作器件電流)，它必須在長(zhǎng)期使用之后，還能穩(wěn)定地發(fā)射電子，當(dāng)電壓加到器件上(兩個(gè)器件電極之間和器件與陽(yáng)極之間)時(shí)，應(yīng)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(jīng)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(jìn)行的條件有關(guān)。
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種電子發(fā)射器件，借助于根據(jù)碳膜的分布、碳膜的性質(zhì)選擇對(duì)于碳膜的最佳條件，并選擇在形成最終產(chǎn)品的器件之前進(jìn)行處理的條件，使所述電子發(fā)射器件具有良好的電子發(fā)射性能。
按照本發(fā)明，上述目的是通過(guò)提供一種電子發(fā)射器件實(shí)現(xiàn)的，所述電子發(fā)射器件包括如

圖1A、1B所示的電子發(fā)射區(qū)的間隙內(nèi)部形成的由石墨制成的碳膜。雖然圖1A、1B的器件在間隙外面實(shí)際上沒(méi)有任何碳膜，但是，碳膜也可以形成在間隙外面。雖然石墨是只含有碳原子的結(jié)晶物質(zhì)，但其結(jié)晶度(crystallinity)在某種程度上伴隨著各種類型的“畸變”(distortion)。然而，為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，在電子發(fā)射區(qū)間隙內(nèi)部，要形成高度結(jié)晶的石墨的碳膜。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種電子發(fā)射器件，它包括一對(duì)電極和位于電極之間的導(dǎo)電膜，還包括電子發(fā)射區(qū)，其特征在于，所述電子發(fā)射區(qū)具有石墨膜，在使用波長(zhǎng)514.5nm，斑點(diǎn)直徑為1μm的激光源進(jìn)行的拉曼光譜分析中，所述石墨膜呈現(xiàn)幾個(gè)散射光峰值，其中1)位于1.580cm-1附近的峰值(P2)大于1.335cm-1附近的峰值(P1)，或2)位于1.335cm-1附近的峰值(P1)的半寬(half-width)不大于150cm-1。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種制造電子發(fā)射器件的方法，所述電子發(fā)射器件包括一對(duì)電極和位于電極之間的并且還包括電子發(fā)射區(qū)的導(dǎo)電膜，其特征在于包括在含有間隙的導(dǎo)電膜上施加電壓的步驟，所述電壓是一種雙極性脈沖電壓。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種制造電子發(fā)射器件的方法，所述電子發(fā)射器件包括一對(duì)電極和位于電極之間的并且還包括電子發(fā)射區(qū)的導(dǎo)電膜，其特征在于包括對(duì)含有間隙的導(dǎo)電膜在含有一種或一種以上有機(jī)物質(zhì)的環(huán)境中施加電壓的步驟，并且對(duì)導(dǎo)電膜在含有氣體的環(huán)境中施加電壓，所述氣體具有用XY(X和Y分別代表氫原子和鹵素原子)表示的成分。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種制造電子發(fā)射器件的方法，所述電子發(fā)射器件包括一對(duì)電極，以及位于電極之間的并且還包括電子發(fā)射區(qū)的導(dǎo)電膜，其特征在于，包括在含有間隙的導(dǎo)電膜上形成石墨膜并除去不是石墨的任何淀積物的步驟。
圖1A、1B是根據(jù)本發(fā)明的平面型面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的示意圖。
圖2是拉曼光譜分析的結(jié)果。
圖3是按照本發(fā)明的臺(tái)階狀面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的示意的側(cè)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面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的示意的側(cè)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(lái)確定電子發(fā)射器件的電子發(fā)射性能的計(jì)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(guān)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(kāi)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(jié)構(gòu)圖。
圖12是可以應(yīng)用本發(fā)明的一種圖象形成裝置的驅(qū)動(dòng)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(kāi)的示意的透視圖。
圖15示意地說(shuō)明通過(guò)TEM觀察到的點(diǎn)陣圖象。
圖16示意地說(shuō)明通過(guò)TEM觀察到的類似石墨的膜片。
圖17是在例1中獲得的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的示意的側(cè)視圖。
圖18是在例2中獲得的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的示意的側(cè)視圖。
圖19是在對(duì)照例1中獲得的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的示意的側(cè)視圖。
圖20是按照本發(fā)明的用來(lái)制造圖象形成裝置的設(shè)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(duì)照例5中獲得的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的示意的側(cè)面圖。
圖23是通過(guò)TEM觀察到的例8到例11的石墨膜的示意圖。
圖24A在例8、9中獲得的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的示意的側(cè)視圖，圖24B是在例10中獲得的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的示意的側(cè)視圖。
圖25是在例11中獲得的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的示意的側(cè)視圖。
圖26是在例21中獲得的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的示意的側(cè)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部截面圖。
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(shuō)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)的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的示意的平面圖。
為了本發(fā)明的目的，石墨晶片(crystallinity)的性質(zhì)和數(shù)量借助于透射電子顯微鏡通過(guò)觀察試樣的晶格并進(jìn)行拉曼光譜分析來(lái)確定。在以后將要說(shuō)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(zhǎng)為514.5nm，在試樣上產(chǎn)生的光點(diǎn)直徑為大約1μm。當(dāng)激光點(diǎn)位于被試驗(yàn)的電子發(fā)射器件的電子發(fā)射區(qū)附近時(shí)，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(Gauss type peak profile)被復(fù)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(guò)比較在峰值處光的強(qiáng)度進(jìn)行估計(jì)，在這些例子中，所估計(jì)的石墨微粒的大小和通過(guò)TEM觀察獲得的結(jié)果很好地吻合。
P2峰值可歸因于石墨結(jié)構(gòu)中發(fā)生的電子躍遷(transition)現(xiàn)象，而P1峰值則是由石墨晶體中的畸變產(chǎn)生的。雖然在理想的石墨單晶中只有P2峰值是應(yīng)該能觀察到的，但當(dāng)石墨的結(jié)晶的微粒很小與/或石墨的晶格有缺損時(shí)，也出現(xiàn)P1峰值并且成為可觀察到的。當(dāng)石墨結(jié)晶度(crystallinity)減少時(shí)，P1峰值增加，并且如果石墨晶體結(jié)構(gòu)的周期性受到干擾峰值的半寬也增加。
因?yàn)橛糜诒景l(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(jì)。如以后要詳細(xì)說(shuō)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(gè)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(shí)間而產(chǎn)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(qū)動(dòng)操作的環(huán)境中除去任何碳化合物來(lái)進(jìn)行抑制。以前被稱為“穩(wěn)定處理”的一種處理主要是為實(shí)現(xiàn)無(wú)碳化合物的環(huán)境而進(jìn)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(dǎo)電薄膜的相對(duì)端逐漸相互回縮而使間隙變寬的影響。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種現(xiàn)象可以借助于在導(dǎo)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(jié)晶度的石墨制成，則抑制間隙變寬的效果相當(dāng)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(yáng)極和陰極側(cè)端部形成石墨膜達(dá)到。注意，石墨必須呈現(xiàn)上述限定的結(jié)晶度的程度。還應(yīng)當(dāng)注意，如果電子發(fā)射器件經(jīng)過(guò)普通的穩(wěn)定處理，則只在間隙的陽(yáng)極側(cè)端部、而不在陰極側(cè)端部形成碳膜。相應(yīng)地，在間隙的陰極側(cè)導(dǎo)電膜膜的端部會(huì)逐漸地回縮，因而電子器件被長(zhǎng)期使用時(shí)，會(huì)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(duì)器件的電性能的影響，會(huì)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(shí)，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(dāng)高的電壓來(lái)增加，因而可以實(shí)現(xiàn)相當(dāng)高的電子發(fā)射效率η＝Ie/If。
現(xiàn)在，當(dāng)在器件電極之間與/或器件和陽(yáng)極之間施加電壓時(shí)，會(huì)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(yīng)該徹底抑制這種現(xiàn)象。雖然當(dāng)器件周圍的氣體分子被離子化時(shí)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(dāng)器件被驅(qū)動(dòng)操作時(shí)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(jīng)產(chǎn)生氣體。在可能的氣體源中，最重要的一個(gè)是在激活時(shí)在器件上淀積的碳膜。當(dāng)然，因?yàn)樘幱谄骷碾娮影l(fā)射區(qū)的間隙內(nèi)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(méi)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(nèi)的氫，并且，如果膜用無(wú)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?xì)錃怏w釋放出來(lái)。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(méi)有完全的解釋，但根據(jù)上述的理解，通過(guò)采用合理的措施，可得到的滿意的抑制。
更具體地說(shuō)，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(jié)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。
如果在面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的導(dǎo)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(shè)置在器件外面的陽(yáng)極的電子可以部分地被器件陽(yáng)極吸引，并進(jìn)入間隙，局部地和間隙內(nèi)剩余的氣體碰撞，從而產(chǎn)生正離子并被器件的陰極吸引。最終的結(jié)果是，碳膜產(chǎn)生氣體，最后發(fā)生電氣放電現(xiàn)象。
因此，如果導(dǎo)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(shí)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)明的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射的器件可以有各種不同的構(gòu)形，從而清除電氣放電現(xiàn)象。更具體地說(shuō)，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(jié)晶性來(lái)有效地抑制電氣放電現(xiàn)象。
應(yīng)當(dāng)注意，上述的任何構(gòu)形也可以改善本發(fā)明的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的電子發(fā)射性能。
現(xiàn)在說(shuō)明按照本發(fā)明的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的制造方法。
圖1A、1B是按照本發(fā)明的平面型面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(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(jiàn)，器件包括基片1，一對(duì)器件電極2、3，導(dǎo)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(zhì)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(duì)設(shè)置的器件電極2、3可以由任何高電導(dǎo)率的材料制成，最好的材料包括Ni，Cr，Au，Mo，W，Pt，Al，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(dǎo)電材料；透明的導(dǎo)電材料如In2O3-SnO2和半導(dǎo)體材料如多晶硅。
器件電極之間的距離L和器件電極的長(zhǎng)度W，導(dǎo)電膜4的外形以及其它的用來(lái)設(shè)計(jì)本發(fā)明的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的因素，可根據(jù)器件應(yīng)用情況確定。分開(kāi)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(chǎng)強(qiáng)度，可設(shè)計(jì)為幾mm和幾十mm之間。
器件電極2、3的長(zhǎng)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)明的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件可以具有不同于圖1A、1B所示的構(gòu)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(duì)相對(duì)放置的器件電極2、3來(lái)制備。
為了提供優(yōu)良的電子發(fā)射特征，導(dǎo)電薄膜4最好是細(xì)微粒膜。導(dǎo)電膜4的厚度根據(jù)導(dǎo)電膜4在器件電極2、3上的臺(tái)階覆蓋要求、器件電極2、3之間的電阻以及后面要說(shuō)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(dǎo)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(zhǎng)度。還要注意，雖然成形處理對(duì)于本發(fā)明的目的以激發(fā)成形處理進(jìn)行說(shuō)明，但并不限于此，可以從若干不同的物理的或化學(xué)的方法中選擇，利用這些方法，可以在薄膜內(nèi)形成間隙，從而形成高電阻區(qū)。
導(dǎo)電薄膜4由從金屬例如Pd，Ru，Ag，Au，Ti，In，Cu，Cr，F(xiàn)e，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(dǎo)體例如Si和Ge以及碳中選取的材料的細(xì)微粒制成。
術(shù)語(yǔ)“細(xì)微粒膜”指的是由大量細(xì)微粒構(gòu)成的薄膜，細(xì)微?？梢运缮⒌胤植贾?，緊密地排列著或相互隨機(jī)地迭放著(在某種條件下形成島結(jié)構(gòu))。
對(duì)于本發(fā)明的目的所用的細(xì)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?yàn)檫@里要經(jīng)常使用術(shù)語(yǔ)“細(xì)微?！?，下面對(duì)它進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
小的微粒被稱作“細(xì)微?！?，比細(xì)微粒更小的微粒叫作“超細(xì)微?！北瘸?xì)微粒更小的且由幾百原子構(gòu)成的微粒叫做“原子團(tuán)”。
不過(guò)，這些定義并不是嚴(yán)格的，每個(gè)術(shù)語(yǔ)的范圍可隨微粒所涉及的具體方面而改變?！俺?xì)微?！笨梢员缓?jiǎn)單地稱作“細(xì)微粒”，象本申請(qǐng)就是如此。
在“The Experimental Physics Course No.14Surface/FineParticle”(ed.Koreo Kinoshita；Kyoritu Publication，September1，1986)中描述道
“此處使用的細(xì)微粒指的是其直徑大約在2至3μm之間的微粒，超細(xì)微粒指的是直徑大約在10nm和2至3nm之間的微粒。不過(guò)，這些定義并不是絕對(duì)的，超細(xì)微粒也可以簡(jiǎn)單地稱為細(xì)微粒。因此，這些定義總之是一種經(jīng)驗(yàn)法則。由兩個(gè)到幾百個(gè)原子構(gòu)成的微粒稱作原子團(tuán)”見(jiàn)(Ibid.，P.195，11.22-26)。
此外，在“the New Technology Development Corporation”的“Hayashi′s Ultrafine Particle Project”對(duì)“超細(xì)微?！弊髁巳缦露x，對(duì)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(xì)微粒為直徑大約在1和100nm之間的微粒。這意味著超細(xì)微粒是一種大約100至108個(gè)原子的團(tuán)塊。從原子的觀點(diǎn)看來(lái)，超細(xì)微粒是一種巨大的或超巨大的微?！币?jiàn)(Ultrafine Particle-Creative Science and Technologyed.，Chikara Hayashi，RyojiUeda，Akira Tazaki；Mita Publication，1988，P.2，11.1-4)“小于超細(xì)微粒的或包括幾個(gè)到幾百個(gè)原子的微粒一般稱為原子團(tuán)”見(jiàn)(Ibid.，P.2，11.12-13)。
考慮上述的一般定義，這里使用的術(shù)語(yǔ)“細(xì)微?！敝傅氖谴罅吭优c/或分子的團(tuán)塊，其直徑的下限在0.1nm和1nm之間，上限為幾個(gè)mm。
電子發(fā)射區(qū)5是導(dǎo)電薄膜4的一部分，并包括高電阻的間隙，其性能取決于導(dǎo)電薄膜4的厚度和材料，以及后面要說(shuō)明的激發(fā)成形處理。電子發(fā)射間隙5的間隙內(nèi)可以含有直徑在1nm的十分之幾到幾十nm之間的導(dǎo)電的細(xì)微粒。這種導(dǎo)電的細(xì)微?？梢园苽浔∧?所用的部分或全部材料。石墨膜6被設(shè)置在電子發(fā)射區(qū)5的間隙內(nèi)。
現(xiàn)在說(shuō)明按照本發(fā)明的具有另一種外形的或臺(tái)階形面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件。
圖3是可以應(yīng)用本發(fā)明的臺(tái)階型面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(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(biāo)號(hào)表示。標(biāo)號(hào)7表示形成臺(tái)階的部分。器件包括基片1，一對(duì)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(dǎo)電薄膜4，它由和上述平面型面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件相同的材料制成，以及形成臺(tái)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?yàn)R射形成，并具有相當(dāng)于上述的分開(kāi)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(tái)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(chǎng)強(qiáng)度而選擇。
因?yàn)榘娮影l(fā)射區(qū)的導(dǎo)電薄膜4在器件電極2、3和形成臺(tái)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(tái)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(guān)條件，并不受圖中所示的限制。
雖然面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(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?qǐng)D1A、1B以及4A到4D說(shuō)明本發(fā)明的制造平面型面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(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(biāo)號(hào)表示。
1)在用洗滌劑和純水對(duì)基片1進(jìn)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(shù)在基片1上淀積上形成一對(duì)電極2、3的材料，然后通過(guò)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(jī)金屬溶液并使其保留一定時(shí)間，形成有機(jī)金屬薄膜。有機(jī)金屬溶液可以含有上述所列的用于導(dǎo)電薄膜4的任何金屬作為其主要成分。然后，有機(jī)金屬薄膜被加熱、烘烤，接著使用合適的技術(shù)例如除去(lift-off)或刻蝕進(jìn)行成形操作，從而形成導(dǎo)電薄膜4(圖4B)。雖然有機(jī)金屬溶液被用來(lái)產(chǎn)生上述的薄膜，但導(dǎo)電薄膜4也可以用真空淀積、濺射、化學(xué)汽相淀積、擴(kuò)散、浸漬、旋轉(zhuǎn)或某些其它技術(shù)形成。
3)此后，器件電極2、3進(jìn)行稱作“成形”(forming)的處理。這里選擇激發(fā)成形進(jìn)行說(shuō)明。更具體地說(shuō)，器件電極2、3借助于電源(未示出)進(jìn)行電激發(fā)，直到具有間隙的電子發(fā)射區(qū)5在導(dǎo)電薄膜4的給定區(qū)域上產(chǎn)生為止，它表現(xiàn)出不同于導(dǎo)電薄膜4的被改變過(guò)的結(jié)構(gòu)(圖4C)。圖5A、5B表示可用來(lái)進(jìn)行激發(fā)成形的兩種不同的脈沖電壓。
被用來(lái)進(jìn)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)面?zhèn)鲗?dǎo)器件的構(gòu)形合適地選擇。該電壓一般施加幾十分鐘。不過(guò)要注意，脈沖波形不限于三角波，也可以使用矩陣或其它波形。
圖5B示出了一種脈沖電壓，其脈沖高度隨時(shí)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(dāng)足夠低的從而不使導(dǎo)電薄膜4發(fā)生局部破壞或變形的電壓施加到器件上時(shí)，在脈沖電壓的間隔T2期間，借助于測(cè)量流過(guò)器件電極的電流來(lái)結(jié)束激發(fā)成形操作。一般地，當(dāng)對(duì)器件電極施加大約0.1V的電壓時(shí)，對(duì)于流過(guò)導(dǎo)電薄膜4的器件電流所觀察到的電阻大于1MΩ時(shí)，則結(jié)束激發(fā)成形操作。
4)在激發(fā)成形操作之后，對(duì)器件進(jìn)行激活(activation)處理。
在激活處理中，可以在真空環(huán)境下對(duì)器件反復(fù)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(jī)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(jìn)行活化處理時(shí)一般觀察著器件電流If和發(fā)射電流Ie，當(dāng)發(fā)射電流Ie達(dá)到飽和值時(shí)則結(jié)束處理。
所述的環(huán)境可利用由油擴(kuò)散泵和旋轉(zhuǎn)泵抽空真空后在真空室內(nèi)剩下的有機(jī)氣體產(chǎn)生，或借助于離子泵把真空室完全抽空之后，再在真空室內(nèi)引入有機(jī)物質(zhì)的氣體產(chǎn)生。有機(jī)物的氣體壓力根據(jù)要處理的電子發(fā)射器件的構(gòu)形、真空室的構(gòu)形、有機(jī)物的類型以及其它因素確定?？捎糜诨罨幚淼挠袡C(jī)物包括脂族的碳?xì)浠衔?，例如烷烴、烯烴和炔，芳香族的碳?xì)浠衔?，醇類，醛類，酮類，胺類，有機(jī)酸例如酚，碳酸和磺酸。具體的例子中包括飽和的碳?xì)浠衔铮湟话惴肿邮?。為CnH2n+2，例如甲烷、乙烷和丙烷，由通式CnH2n表示的非飽和碳?xì)浠衔铮缫蚁?，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?br> 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(lái)在電子發(fā)射區(qū)的間隙內(nèi)形成石墨膜。
第一種方法是，在激活處理結(jié)束后，對(duì)器件進(jìn)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(duì)碳有腐蝕作用的氣體的環(huán)境中，對(duì)器件施電壓來(lái)進(jìn)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(guò)淀積獲得的碳膜，由腐蝕氣體腐蝕，其速率取決于碳的結(jié)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?yàn)樗饕墒w、無(wú)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(nèi)部。即使在間隙內(nèi)部，結(jié)晶差的部分也被腐蝕掉，從而僅使高度結(jié)晶的石墨膜6留下(圖4D)。據(jù)推測(cè)當(dāng)從電子發(fā)射器件發(fā)出的電子碰撞氣體的分子時(shí)腐蝕氣體產(chǎn)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(jìn)行。這可通過(guò)在用于進(jìn)行激活處理的真空室內(nèi)同時(shí)地或交替地引入腐蝕氣體例如氫氣或有機(jī)物質(zhì)來(lái)進(jìn)行。腐蝕操作可以從激活處理一開(kāi)始就開(kāi)始，或在激活處理的中間的某個(gè)時(shí)刻開(kāi)始。在腐蝕處理期間，可以加熱基片。
如果用這第二種方法時(shí)有低結(jié)晶的碳膜形成，它可立即被除去，從而使得只允許生成高結(jié)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(jiàn)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(cè)(見(jiàn)圖24B)。然后，不用任何腐蝕操作，在間隙中的碳膜將形成高結(jié)晶的石墨膜。碳膜不單從陽(yáng)極側(cè)生成而從間隙的兩側(cè)生成的現(xiàn)象可能是由于由所加電壓產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)所致，因?yàn)樵谏鲜鰞煞N方法中都沒(méi)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(fù)的高度和寬度，并可根據(jù)器件的應(yīng)用選取適當(dāng)?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(guò)的電子發(fā)射器件，最好再經(jīng)過(guò)穩(wěn)定處理。這是一種用于除去真空室內(nèi)剩余的有機(jī)物的處理。用于這一處理的抽真空和排空設(shè)備最好不涉及油，這樣便不會(huì)產(chǎn)生在處理期間對(duì)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(kuò)散泵和旋轉(zhuǎn)泵進(jìn)行激活處理，并且由油產(chǎn)生的有機(jī)氣體也被利用的話，則有機(jī)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(nèi)有機(jī)氣體的局部壓力最好低于1×10-6Pa，低于1×10-8Pa更好，如果沒(méi)有碳或碳化物沉積的話。真空室最好被整個(gè)加熱后抽空，從而使由真空室的內(nèi)壁和在室內(nèi)的電子發(fā)射器件中吸收的有機(jī)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(shí)以上，根據(jù)真空室的大小和構(gòu)形以及在室內(nèi)的電子發(fā)射器件的構(gòu)形和其它因素，可以選擇其它加熱條件。真空室內(nèi)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(lái)驅(qū)動(dòng)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(shí)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(nèi)的有機(jī)物質(zhì)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(guò)上述處理制備的可應(yīng)用本發(fā)明的電子發(fā)射器件的性能參照?qǐng)D7和圖8進(jìn)行說(shuō)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(cè)量系統(tǒng)。由圖7可見(jiàn)，測(cè)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(duì)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(cè)量系統(tǒng)具有電源11，用來(lái)向器件提供器件電壓Vf，安培表10，用來(lái)測(cè)量通過(guò)器件電極2、3之間的薄膜4的器件電流If，陽(yáng)極14，用來(lái)捕捉從器件的電子發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子產(chǎn)生的發(fā)射電流Ie，高壓電源13，用來(lái)對(duì)計(jì)量系統(tǒng)的陽(yáng)極提供電壓，以及另一個(gè)安培表12，用來(lái)測(cè)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(duì)陽(yáng)極施加1到10KV之間的電壓，陽(yáng)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(jì)和其它用于測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)備在真空室15內(nèi)這樣設(shè)置，使得可以合理地測(cè)試在室內(nèi)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(zhuǎn)泵或具有無(wú)油的高真空系統(tǒng)，其中包括無(wú)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(cè)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(guān)系曲線。注意，對(duì)于圖8中的電流Ie和If的不同單位是任意選取的，這是因?yàn)镮e的大小比If小得多。還要說(shuō)明的是，縱軸和橫軸的刻度都是線性的。
由圖8可見(jiàn)，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(gè)顯著的特征，現(xiàn)分別說(shuō)明如下。
(i)首先，按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件，當(dāng)施加在其上的電壓超過(guò)某一值時(shí)(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(dāng)施加的電壓低于電壓Vth時(shí)，則實(shí)際上檢測(cè)不到發(fā)射電流Ie。換句話說(shuō)，按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件是一種對(duì)于發(fā)射電流Ie有明顯的門限電壓Vth的百線性器件。
(ii)第二，因?yàn)榘l(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(jìn)行控制。
(iii)第三，由陽(yáng)極35捕捉到的所發(fā)出的電氣電荷取決于器件電壓Vf施加時(shí)間的長(zhǎng)短。換句話說(shuō)，由陽(yáng)極14捕捉到的電荷量可借助于器件電壓Vf施加時(shí)間的長(zhǎng)短有效地進(jìn)行控制。
因?yàn)樯鲜鲲@著的特征，便可以理解，包括多個(gè)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(hào)進(jìn)行控制。因此，這種電子源和圖象形成裝置可以得到廣泛應(yīng)用。
在另一方面，器件電流If相對(duì)于器件電壓Vf單調(diào)地增加(如圖8中實(shí)線所示，以后稱為“MI特性”)或呈現(xiàn)一種受電壓控制的免阻特性(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(cè)量條件以及操作器件的環(huán)境。
現(xiàn)在，對(duì)于可應(yīng)用本發(fā)明的電子發(fā)射器件的某些用途的例子進(jìn)行說(shuō)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(gè)電子發(fā)射器件可沿一個(gè)方向并排地排列(以后叫作行方向)，每個(gè)器件被在其相對(duì)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(shè)置在電子發(fā)射器件上方的空間內(nèi)的控制電極(以后稱為柵極)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)操作，從而形成一種梯形排列。另外，多個(gè)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(guò)每個(gè)器件電極中的一個(gè)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(guò)每個(gè)器件電極的另一個(gè)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。現(xiàn)在詳細(xì)說(shuō)明單矩陣排列。
根據(jù)上述可應(yīng)用本發(fā)明的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的三個(gè)基本特征(i)到(iii)來(lái)看，可以借助于控制加于器件相對(duì)電極上的大于門限電壓的脈沖電壓的高度和寬度來(lái)控制電子發(fā)射。另一方面，在低于門限電壓時(shí)，器件實(shí)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，所需的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件可以被選擇，并通過(guò)對(duì)每個(gè)所選的器件施加脈沖電壓，響應(yīng)輸入信號(hào)控制電子發(fā)射。
圖9是為了說(shuō)明上述特征的借助于把可應(yīng)用本發(fā)明的多個(gè)電子發(fā)射器件排列在基片上而實(shí)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，面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件24，和連線25。面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件可以是上述的平面型的或臺(tái)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(guò)真空淀積、印刷或?yàn)R射生成的導(dǎo)電金屬制成。這些引線根據(jù)材料、厚度和寬度如此設(shè)計(jì)，使得在面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(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?cè)诓牧?、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(shè)置內(nèi)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(nèi)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?yàn)R射呈現(xiàn)所需的形狀。內(nèi)部絕緣層的厚度、材料和制造方法被如此選擇，使其經(jīng)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(gè)面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件24的相對(duì)設(shè)置的電極(未示出)借助于用導(dǎo)電金屬制成的各自的連線25連接到相關(guān)的一條X向引線和相關(guān)的一條Y向引線上。
器件電極的導(dǎo)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(dǎo)電金屬材料可以相同或含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(jìn)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(wú)須再識(shí)別所述的連線。
X向引線22被電氣地連接在掃描信號(hào)施加裝置上(未示出)，以便對(duì)所選行的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件24施加掃描信號(hào)。另一方面，Y向引線23被電氣地連接到調(diào)制信號(hào)發(fā)生裝置上(未示出)，以便對(duì)所選列的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件24提供調(diào)制信號(hào)，并按照輸入信號(hào)調(diào)制所選的列。注意，被施加到每個(gè)面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是掃描信號(hào)和施加于器件的調(diào)制信號(hào)之間的電壓差。
利用這種設(shè)置，借助于單矩陣連線布置，可以選擇并驅(qū)動(dòng)每個(gè)器件，進(jìn)行獨(dú)立地操作。
現(xiàn)在，參照?qǐng)D10，11A，11B和12說(shuō)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(kāi)的透視圖，圖11A、11B是說(shuō)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(gòu)形的示意圖，而圖12是操作NTSC電視信號(hào)的圖10的圖象形成裝置的驅(qū)動(dòng)電路的方塊圖。
參照?qǐng)D10說(shuō)明圖象形成裝置顯示屏的基本構(gòu)形，它包括上述類型的電子源基片21，其上具有多個(gè)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(nèi)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(jié)在其上。標(biāo)號(hào)37代表殼體，它在空氣中或氮?dú)庵屑訜岬?00至500℃10分鐘以上，然后被氣密性地密封。
在圖10中，標(biāo)號(hào)24代表電子發(fā)射器件，標(biāo)號(hào)22、23分別代表與每個(gè)電子發(fā)射器件的各個(gè)器件電極相連的X向引線和Y向引線。
雖然在上述實(shí)施例中殼體37由面板36、支撐框加32和后板31構(gòu)成，但是如果基片21本身的強(qiáng)度足夠大，則可以把后板取消，因?yàn)楹蟀?1主要用來(lái)加固基片21。在這種情況下，就不需要單獨(dú)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(gòu)成。在面板36和后板31之間，可以設(shè)置若干個(gè)稱為襯墊的支撐件(未示出)，來(lái)增加殼體37的總體強(qiáng)度。
圖11A、11B示意性地說(shuō)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(lái)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(dǎo)電的構(gòu)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(gòu)件是為彩色顯示屏而設(shè)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(duì)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(shù)在玻璃基片上施以熒光材料。在熒光膜34的內(nèi)表面，設(shè)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(nèi)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(hù)熒光體當(dāng)由殼體內(nèi)產(chǎn)生的負(fù)離子碰撞時(shí)不致引起破壞。借助于把熒光膜的內(nèi)表面弄平(在一般稱為“成膜”處理)中，并在形成熒光膜后，通過(guò)真空淀積在其上形成Al膜來(lái)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(dǎo)性。
如果涉及彩色顯示在上述的殼體部件連接之前應(yīng)小心，以便保證每組顏色的熒光體和電子發(fā)射器件準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)。
在圖10中說(shuō)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(shí)象在穩(wěn)定處理的情況中一樣將殼體加熱，直到其內(nèi)部環(huán)境減少到10-5Pa的真空度，并含有足夠低的量的有機(jī)物時(shí)，將其氣密性密封。在密封之后，可以進(jìn)行吸氣劑處理，以便維持殼體37內(nèi)所達(dá)到的真空度。在吸氣處理中，設(shè)置在殼體37預(yù)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(guò)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面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件的方法可以合適地進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便滿足特定的應(yīng)用要求。
現(xiàn)在結(jié)合圖12說(shuō)明用來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示屏的驅(qū)動(dòng)電路，顯示屏包括單矩陣排列的電子源，用來(lái)按照NTSC電視信號(hào)顯示電視圖象。在圖12中，標(biāo)號(hào)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(chǔ)器45，同步信號(hào)分離電路46和調(diào)制信號(hào)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(guò)端子D0x1到D0xm、D0y1到Doym連接到外部電路和高壓端子Hv，其中，端子D0x1到D0xm被用來(lái)接收掃描信號(hào)，從而按順序逐行地(N個(gè)器件)驅(qū)動(dòng)裝置中電子源的行，裝置中包括大量面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(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(lái)接收調(diào)制信號(hào)，用來(lái)控制由掃描信號(hào)選擇的行的每個(gè)面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(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)所選的面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(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(gè)開(kāi)關(guān)元件(圖中只示出了S1和Sm)，每個(gè)開(kāi)關(guān)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(gè)端子上。每個(gè)開(kāi)關(guān)元件S1到Sm根據(jù)來(lái)自控制電路43的控制信號(hào)Tscan進(jìn)行操作，并由晶體管例如FET構(gòu)成。
本電路的DC電壓源VX被用來(lái)輸出恒定電壓，使得加于不被掃描的器件上的任何驅(qū)動(dòng)電壓，由于面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(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(diào)相關(guān)元件的操作，使得可以按照外部輸入的電視信號(hào)正確地顯示圖象。它響應(yīng)來(lái)自同步信號(hào)分離電路46的同步信號(hào)Tsync產(chǎn)生控制信號(hào)Tscan、Tsftt和Tmry，對(duì)此在下面進(jìn)行說(shuō)明。
同步信號(hào)分離電路46從外部輸入的NTSC電視信號(hào)中分離出同步信號(hào)和亮度信號(hào)，它可用熟知的頻率分離(濾波器)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。雖然由同步信號(hào)分離電路46從電視信號(hào)中分離出的同步信號(hào)包括垂直同步信號(hào)和水平同步信號(hào)，但為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，這里只簡(jiǎn)單地用Tsync表示，而不管它的分量信號(hào)。在另一方面，從電視信號(hào)中抽出的亮度信號(hào)作為DATA信號(hào)，它被送到移位寄存器44。
移位寄存器44對(duì)每第一行的DATA信號(hào)進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換，DATA信號(hào)是按照來(lái)自控制電路43輸入的控制信號(hào)Tsft串行地輸入移位寄存器的。(換句話說(shuō)，控制信號(hào)Tsft對(duì)移位寄存器44作為移位時(shí)鐘。)對(duì)于經(jīng)過(guò)串/并轉(zhuǎn)換的一行的數(shù)據(jù)(相應(yīng)于一組用于N個(gè)電子發(fā)射器件的驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù))，作為N個(gè)并行信號(hào)Id1到Idn從移位寄存器44輸出。
行存儲(chǔ)器45按照來(lái)自控制電路43的控制信號(hào)Tmry，以所需要的周期用來(lái)存儲(chǔ)用于一行的一組數(shù)據(jù)，即信號(hào)Id1到Idn。被存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)作為信號(hào)I′d1至I′dn輸出，并送至調(diào)制信號(hào)發(fā)生器47。
事實(shí)上，所述調(diào)制信號(hào)發(fā)生器47是一種信號(hào)源，它正確地驅(qū)動(dòng)并調(diào)制每個(gè)面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射器的操作，它的輸出信號(hào)通過(guò)端子D0y1到D0yn輸入到顯示屏41中的面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射器件中。
如上所述，可以應(yīng)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(qū)動(dòng)電壓Vth，只有加在器件上的電壓超過(guò)Vth時(shí)，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(guān)系取決于電子發(fā)射器件的材料、構(gòu)形及制造方法。更具體地說(shuō)，當(dāng)脈沖電壓加到按照本發(fā)明的電子發(fā)射器件上時(shí)，實(shí)際上當(dāng)施加電壓在門限電壓以下時(shí)，沒(méi)有發(fā)射電流產(chǎn)生，而當(dāng)施加電壓一旦超過(guò)門限電壓時(shí)，就發(fā)射電子束。這里應(yīng)當(dāng)注意，輸出電子束的強(qiáng)度可以借助于改變脈沖電壓的峰值Vth進(jìn)行控制。此外，電子束的電荷總量可借助于改變脈寬Pw進(jìn)行控制。
這樣，可以使用電壓調(diào)制方法或脈寬調(diào)制方法來(lái)響應(yīng)輸入信號(hào)對(duì)電子發(fā)射器件進(jìn)行調(diào)制。用電壓調(diào)制方法，對(duì)于調(diào)制信號(hào)發(fā)生器47，使用電壓調(diào)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(jìn)行調(diào)制，這時(shí)脈寬保持恒定。
另一方面，利用脈寬調(diào)制，對(duì)于調(diào)制信號(hào)發(fā)生器47使用脈寬調(diào)制型電路，從而可以按照輸入數(shù)據(jù)調(diào)制施加脈沖電壓的脈寬，這時(shí)施加電壓的峰值保持恒定。
雖然上面沒(méi)有具體地說(shuō)明，但移位寄存器44和行存儲(chǔ)器45可以是數(shù)字或模擬信號(hào)型的，只要串/并轉(zhuǎn)換和電視信號(hào)的存儲(chǔ)以給定速率進(jìn)行即可。
如果使用數(shù)字型的，同步信號(hào)分離電路46的輸出信號(hào)DATA需要被數(shù)字化。不過(guò)，這種轉(zhuǎn)換可借助于在同步信號(hào)分離電路46的輸出端設(shè)置一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。顯然，根據(jù)行存儲(chǔ)器45的輸出信號(hào)是數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)，可以使用不同的電路作為調(diào)制信號(hào)發(fā)生器47。如果使用數(shù)字信號(hào)，則對(duì)于調(diào)制信號(hào)發(fā)生器47可以使用公知類型的D/A轉(zhuǎn)換器，如果需要，可附加放大電路。對(duì)于脈寬調(diào)制，調(diào)制信號(hào)發(fā)生器可以使用由高速振蕩器、對(duì)振蕩器產(chǎn)生的脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器以及用來(lái)比較計(jì)數(shù)器的輸出和存儲(chǔ)器的輸出的比較器組成的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果需要，可增加放大器，用來(lái)放大具有調(diào)制的脈寬的比較器的輸出信號(hào)的電壓電平到按照本發(fā)明的面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射器件所需的驅(qū)動(dòng)電壓電平。
在另一方面，如果對(duì)于電壓調(diào)制使用模擬信號(hào)，包括公知的運(yùn)算放大器的放大電路可適用作為調(diào)制信號(hào)發(fā)生器47，如果需要，可加電平移動(dòng)電路。對(duì)于脈寬調(diào)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(jí)放大器，把電壓放大到面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(fā)射器件的驅(qū)動(dòng)電壓的電平。
具有上述結(jié)構(gòu)的按照本發(fā)明的圖象形成裝置，當(dāng)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(shí)，則發(fā)射電子。然后，產(chǎn)生的電子束借助于高壓端子Hv對(duì)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(gòu)形僅是可以應(yīng)用本發(fā)明的一個(gè)例子，并且可以進(jìn)行各種改變。這種裝置使用的TV信號(hào)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(hào)，因?yàn)樗杀挥糜诎ù罅肯笏氐拇蟮娘@示屏。
現(xiàn)在參照?qǐng)D13、14說(shuō)明包括多個(gè)面?zhèn)鲗?dǎo)型電子發(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(shuō)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是在基片上的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件，26是用來(lái)連接面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(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(gè)器件行的電子源，每行具有若干器件。每個(gè)器件行的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件由一對(duì)公共引線彼此并聯(lián)，從而它們可以借助于在一對(duì)公共引線上施加合適的電壓被獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)。更具體地說(shuō)，把超過(guò)電子發(fā)射門限值的電壓加于要被驅(qū)動(dòng)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(gè)設(shè)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(lái)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(gè)具有若干供電子通過(guò)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(gè)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(biāo)號(hào)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(shè)置，用來(lái)調(diào)制由面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件發(fā)出的電子束，每個(gè)具有相應(yīng)于各個(gè)電子發(fā)射器件的通孔28，供電子束穿過(guò)。但是應(yīng)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(wǎng)狀的孔，位于面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(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(gòu)形的圖象形成裝置可以借助于逐行地執(zhí)行驅(qū)動(dòng)(掃描)電子發(fā)射器件的操作，從而產(chǎn)生電子束，與此同步，對(duì)各行柵極同時(shí)施加調(diào)制信號(hào)，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(gòu)形的顯示裝置可以具有廣泛的工業(yè)和商業(yè)上的應(yīng)用，它可以用作電視廣播的顯示裝置，用作電視會(huì)議的終端裝置，用作運(yùn)動(dòng)與靜止圖象的編輯裝置，用作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的終端裝置、用作包括感光鼓的光學(xué)打印機(jī)以及許多其它方面。
現(xiàn)在借助于舉例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
〔例1，對(duì)照例1〕在這些例子中制備的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件和圖1A、1B所示意地表示的相似，事實(shí)上，在這些例子中，在基片上制備一對(duì)面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件。這些器件的制造方法基本上和前面參照?qǐng)D4A到4D說(shuō)明的方法相同。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1A、1B以及4A到4D說(shuō)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(guò)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(duì)于每個(gè)器件涂上所需形狀的光刻膠(RD-2000N-41Hitachi Chemical Co.，Ltd.)，它具有相應(yīng)于一對(duì)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(jī)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(gè)器形成一對(duì)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(gè)器件的導(dǎo)電薄膜4，形成Cr掩膜。更具體地說(shuō)，在形成有器件電極的基片片上，借助于真空淀積形成厚度為300nm的Cr膜，然后通過(guò)光刻，對(duì)每個(gè)器件形成相應(yīng)于導(dǎo)電薄膜形狀的部分。
此后，用旋轉(zhuǎn)涂器對(duì)Cr膜涂以Pdk胺合成物(Complex)溶液(ccp4230Okuno 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(xì)微粒膜。膜的厚度為7nm。
步c通過(guò)濕劑法除去Cr膜，并除去Pd細(xì)微粒膜，從而對(duì)每個(gè)器件獲得具有所需形狀的導(dǎo)電薄膜4。導(dǎo)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(cè)量系統(tǒng)的真空室內(nèi)，真空室15的內(nèi)部用真空泵抽至2.7×10-3Pa。然后在每個(gè)試樣器件的器件電極2、3之間施加電壓進(jìn)行成形處理。所加電壓為三角波電壓，其峰值隨時(shí)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(nèi)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(dāng)它超過(guò)1MΩ時(shí)，電成形處理結(jié)束。當(dāng)成形處理結(jié)束時(shí)，對(duì)于兩個(gè)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(nèi)部壓力大約為2.0×10-3Pa的條件下對(duì)一對(duì)器件進(jìn)行激活處理。對(duì)每個(gè)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(dá)到飽和狀態(tài)，激活處理結(jié)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(nèi)可能剩余的有機(jī)物質(zhì)。該系統(tǒng)還包括用來(lái)捕捉電子源發(fā)出的電子的陽(yáng)極，由高壓電源把比加于電子源的電壓高+1KV的電壓加到陽(yáng)極上。器件和陽(yáng)極之間的距離H＝4mm。在這測(cè)量期間，真空室15的內(nèi)部壓力為4.2×10-4Pa(有機(jī)物的局部壓力4.2×10-5Pa)。
在測(cè)量時(shí)，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(gè)器件稱作器件A，而另一個(gè)器件稱作器件B。在步f中，只對(duì)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(nèi)產(chǎn)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(shí)，器件電流基本穩(wěn)定。
然后停止供應(yīng)氫氣，并使內(nèi)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(qū)動(dòng)一段長(zhǎng)的時(shí)間，觀察器件性能如何改變。然后，器件被一個(gè)一個(gè)地驅(qū)動(dòng)操作，階躍地升高陽(yáng)極電壓，每步0.5KV，用來(lái)確定被驅(qū)動(dòng)器件的不產(chǎn)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(jié)果。由表可見(jiàn)，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(zhǎng)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面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件和圈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(gè)的相同的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件。
步a在徹底清洗過(guò)的石英玻璃基片1上，形成具有相當(dāng)于每個(gè)器件一對(duì)電極輪廓的部分的所需的光刻膠(RD-2000N-41Hitachi 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(jī)溶劑溶解光刻膠，并除去Ni/Ti膜的不需要的部分，從而對(duì)每個(gè)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(dǎo)電薄膜4。更具體地說(shuō)，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(yīng)于每一器件一對(duì)器件電極2、3的圖形的開(kāi)口部分和電極之間的間隙。
然后，用旋轉(zhuǎn)涂器在Cr膜上涂以Pdk胺合成物(CCP 4230Okuno 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(dǎo)電薄膜4。膜厚為12nm。
步c用濕刻法除去Cr膜，并對(duì)導(dǎo)電薄膜4進(jìn)行處理，使其呈現(xiàn)所需的形狀。導(dǎo)電薄膜呈現(xiàn)的電阻為Rs＝1.5×102Ω/□。
步d然后，把器件移到圖7所示的測(cè)量系統(tǒng)的真空室內(nèi)，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(lái)對(duì)每一器件提供器件電壓Vf的電源11在每個(gè)器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對(duì)器件進(jìn)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(nèi)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(cè)這一電阻，當(dāng)電阻超過(guò)1MΩ時(shí)，結(jié)束成形處理。當(dāng)成形處理結(jié)束時(shí)，對(duì)于所有器件，脈沖電壓(成形電壓)的峰值為7.0V。
步e可調(diào)泄漏閥17被打開(kāi)，從測(cè)量系統(tǒng)的液體容器18內(nèi)引入丙酮，用四線質(zhì)量分析儀(quadrapole mass analyzer)監(jiān)測(cè)真空室15內(nèi)丙酮的局部壓力，并調(diào)節(jié)閥門使局部壓力等于1.3×10-1Pa。
步f對(duì)每個(gè)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(shí)，器件電流If＝1.5mA。
步g停止丙酮供應(yīng)，并把真空室進(jìn)一步抽空，同時(shí)把器件加熱到80℃。
步h然后，通過(guò)操作流量控制器在真空室15內(nèi)引入氫氣，直到氫氣的局部壓力達(dá)1.3×10-2Pa。
步i和步f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(shí)的器件電流If＝1.2mA。
步j(luò)用離子泵把真空室內(nèi)抽空，同時(shí)對(duì)其加熱。與此同時(shí)，借助于設(shè)置在握持器中的加熱器把器件加熱到250℃。然后，真空室的內(nèi)部壓力被減少到1.3×10-6Pa，并對(duì)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(duì)照例2〕對(duì)和例2相似的試樣進(jìn)行例2中步a到步g的處理。省略步h和i，然后進(jìn)行步j(luò)的穩(wěn)定處理。
〔例3〕對(duì)和例2類似的試樣進(jìn)行例2中的步a到步e的處理。然后，在步f和步i對(duì)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，T′1＝T′1＝1msec.以及T2＝T2＝10msec.。在步f結(jié)束時(shí)，器件電流If＝1.8mA，在步i結(jié)束時(shí)，If＝1.4mA。
然后，試樣被經(jīng)受類似于例2中步i的穩(wěn)定性處理。
〔例4〕對(duì)和例2相似的試樣進(jìn)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(jìn)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(zhuǎn)涂器把稀釋后的溶液涂在試樣上，并在300℃的大氣中對(duì)試樣進(jìn)行烘烤。然后，將其放在N2(98％)-H2(2％)的混合物氣流中60分鐘。
當(dāng)器件通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)直徑在3和7nm之間的Pd細(xì)微粒散布在每個(gè)器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙內(nèi)。
然后，對(duì)試樣進(jìn)行類似于例2中步e和i的處理，因?yàn)樵诓絝中開(kāi)始時(shí)器件電流If過(guò)早地增加，所以在開(kāi)始之后把電壓暫停15分鐘。在步f和步i結(jié)束之后，器件電流分別為If＝1.8mA和1.3mA。
然后，對(duì)試樣進(jìn)行例2的步j(luò)的穩(wěn)定性處理。
〔例5〕對(duì)和例2類似的試樣進(jìn)行例2中步a到d的處理。然后進(jìn)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(dǎo)并調(diào)節(jié)甲烷流量，直到真空室的內(nèi)部壓力達(dá)到130Pa。
步f″對(duì)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(jié)束時(shí)，器件電流為If＝1.3mA。
步g″停止甲烷的供應(yīng)，并把真空室15的內(nèi)部抽空。之后，在真空室內(nèi)引入氫氣，直到內(nèi)部壓力達(dá)到1.3×10-2Pa。
步h″對(duì)試樣施加和步f″相同的脈沖電壓5分鐘。在施加脈沖結(jié)束時(shí)器件電流If＝1.1mA。之后，對(duì)試樣進(jìn)行如例2中步j(luò)的穩(wěn)定處理。
取從例2到例5以及對(duì)照例2中的一個(gè)器件，并用圖7的裝置試驗(yàn)其電子發(fā)射性能。在試驗(yàn)期間，真空室的內(nèi)部壓力保持在2.7×10-6Pa以下，在關(guān)斷加熱器件的加熱器并使器人冷卻至室溫之后對(duì)器件進(jìn)行試驗(yàn)。
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(cè)量系統(tǒng)中，器件和陽(yáng)極之間隔開(kāi)距離H＝4mm，電位差保持為1KV。
對(duì)每個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)，以便在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)和連續(xù)操作100小時(shí)之后立即評(píng)價(jià)電子發(fā)射性能。其結(jié)果如下表所示。
從例2到例5以及對(duì)照例2中取出沒(méi)有進(jìn)行過(guò)上述評(píng)價(jià)電子發(fā)射性能試驗(yàn)的另一個(gè)器件，并對(duì)其進(jìn)行承受電氣放電電壓的試驗(yàn)。對(duì)每個(gè)器件施加如圖6B所示的單極矩形脈沖電壓，同時(shí)從1KV起以每步0.5KV階躍地增加陽(yáng)極和器件之間的電位差(陽(yáng)極電壓Va)，并在每個(gè)陽(yáng)極電壓下使器件被驅(qū)動(dòng)操作10分鐘。當(dāng)器件在給定的陽(yáng)極電壓Va下不被電氣放電所破壞時(shí)，就認(rèn)為器件已承受住這一陽(yáng)極電壓值。例2到例5以及對(duì)照例2中的器件的最大承受電壓如下所示。 再?gòu)睦?到例5以及對(duì)照例2中取出另一個(gè)沒(méi)有經(jīng)過(guò)上述的評(píng)價(jià)電子發(fā)射性能和承受電壓試樣的試樣器件。借助于切開(kāi)基片把每個(gè)器件分開(kāi)，用掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行觀察。結(jié)果只在例2和4的器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙的陽(yáng)極側(cè)一端觀察到碳膜，在間隙外面沒(méi)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(yáng)極側(cè)端部和陰極側(cè)端部都發(fā)現(xiàn)了碳膜，而在間隙外面實(shí)際上沒(méi)有觀察到碳膜。
對(duì)它們進(jìn)行比較可見(jiàn)，在對(duì)照例2的器件中，發(fā)現(xiàn)碳膜主要形成在陽(yáng)極側(cè)的間隙的內(nèi)部和后部，而陰極側(cè)也有少量的碳膜。
在上述例中和對(duì)照例中的每個(gè)器件的基片上，在碳膜和陰極側(cè)導(dǎo)電薄膜之間或在陽(yáng)極上的碳膜和陰極側(cè)端部觀察到了溝槽。
據(jù)推測(cè)，在激活處理中產(chǎn)生的原子團(tuán)(radical)可能和基片起反應(yīng)而形成溝槽。
對(duì)上述例子和對(duì)照例中，其中包括例1和對(duì)照例1中的器件用拉曼光譜儀檢查了碳膜的結(jié)晶性。用Ar激光，其波長(zhǎng)為514.5nm作為光源，在試樣表面上產(chǎn)生了直徑大約為1μm的光點(diǎn)。當(dāng)光點(diǎn)落在電子發(fā)射區(qū)上或其附近時(shí)，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(shuō)明了這種光譜。對(duì)上述例子和對(duì)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(kāi)。
在峰值當(dāng)中，P2是由石墨原子鍵中電子的轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的，這是石墨這種物質(zhì)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(huì)出現(xiàn)P2，但如果石墨會(huì)有大量小的結(jié)晶體或具有有缺陷的晶格結(jié)構(gòu)，P1也會(huì)成為顯著的。隨著石墨結(jié)晶性的減少，P1的高度和寬度會(huì)進(jìn)一步增加。根據(jù)內(nèi)部的晶體狀態(tài)，P1的位置可能移動(dòng)。
假設(shè)不同于P2的峰值的存在是由于在上述例子和對(duì)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(duì)照例中石墨的結(jié)晶性，這是因?yàn)樵赑1處的光強(qiáng)度足夠強(qiáng)。
在對(duì)照例2的器件的間隙內(nèi)部和后部，P1呈現(xiàn)不同的形狀。當(dāng)激光的光點(diǎn)聚焦在電子發(fā)射區(qū)的間隙上時(shí)，P1呈現(xiàn)大約150cm-1的半寬，但當(dāng)光點(diǎn)離開(kāi)間隙大于1μm時(shí)，則半寬顯著地減少到300cm-1，這表明在間隙內(nèi)部石墨的結(jié)晶度高，而在間隙后部(bihind the gap)結(jié)晶度低。在例2到例5的器件中的間隙外面，沒(méi)有觀察到明顯的峰值，并且P1的半寬表明其中已達(dá)到比對(duì)照例較高的結(jié)晶度。
由三個(gè)峰值的強(qiáng)度估計(jì)的這些例子的器件中石墨晶體直徑在2和3nm之間。
每個(gè)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(nèi)的碳膜內(nèi)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(gòu)成。這結(jié)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(gè)邊緣上觀察到的晶格圖象。這里表示的是半個(gè)間隙。在例4的器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙內(nèi)部觀察到了在Pd細(xì)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(shí)際不含Pd細(xì)微粒的囊。雖然也觀察到了晶格圖象，從而表明在對(duì)照例2的器件的間隙內(nèi)部的碳膜內(nèi)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(wú)定形碳構(gòu)成。
如上所述，當(dāng)離子或電子和間隙后面的碳膜碰撞從而產(chǎn)生氫原子氣體和碳原子氣體時(shí)，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(gè)例子中，碳膜被從這一位置上除去，并僅使高度結(jié)晶的碳膜留在電子發(fā)射區(qū)的間隙內(nèi)，因而便沒(méi)有氣體產(chǎn)生，從而使器件能夠經(jīng)受住相當(dāng)高的陽(yáng)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(gòu)形的多個(gè)面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件，并被放在密封的玻璃屏內(nèi)，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(yīng)于每一器件一對(duì)電極的形狀的開(kāi)口的光刻膠(RD-2000N-41Hitachi Chemical Co.，Ltd.)掩膜圖形。然后通過(guò)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(jī)溶劑溶解，并除去Pt/Ti膜的不需要的部分，從而形成每個(gè)器件的器件電極2、3。器件電極被距離L＝10μm分開(kāi)(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(yīng)于導(dǎo)電薄膜形狀的開(kāi)口。
(4)用旋轉(zhuǎn)涂器在Cr膜上涂以Pd胺合成物(CCP 4230Okuno Pharmaceutical Co.，Ltd.)并在大氣中在300℃下以烘干，從而產(chǎn)生含PdO為主要成分的細(xì)微粒膜。對(duì)Cr進(jìn)行濕蝕，并從任何不需要的區(qū)域中除去PdO細(xì)微粒膜，從而產(chǎn)生導(dǎo)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(lái)，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(qū)動(dòng)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(zhuǎn)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(nèi)部環(huán)境的四極質(zhì)量分析器55、以及用來(lái)調(diào)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(nèi)部抽到大約10-4Pa的真空度。
(8)用驅(qū)動(dòng)電路52對(duì)電子源屏中的每個(gè)器件進(jìn)行激發(fā)成形處理，以便產(chǎn)生具有間隙的電子發(fā)射區(qū)5(圖4C)。用來(lái)進(jìn)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(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)流量控制器56，在電子源屏內(nèi)引入氫氣，直到氫的局部壓力達(dá)到1×10-4Pa。
(10)借助于驅(qū)動(dòng)電路52對(duì)每個(gè)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(yáng)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(duì)每個(gè)器件當(dāng)Ie達(dá)到5μA時(shí)停止施加電壓。
(11)停止氫氣供應(yīng)，并用第一真空泵裝置53把電子源屏51抽空，同時(shí)電子源用加熱器(未示出)加熱。
(12)用四極(quadrapole)質(zhì)量分析儀55監(jiān)測(cè)電子源屏內(nèi)的環(huán)境，并加熱吸氣管，當(dāng)其內(nèi)部完全沒(méi)有任何剩余有機(jī)物時(shí)進(jìn)行氣密性密封。
〔對(duì)照例3〕對(duì)本例中的試樣進(jìn)行例6中步(1)至步(10)的處理，但是不在屏內(nèi)引入氫氣。之后，進(jìn)行步(12)。
〔例7〕對(duì)本例中的試樣進(jìn)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(qū)動(dòng)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(shè)置，使得被蒸發(fā)的有機(jī)溶劑(丙酮)可被引入屏內(nèi)。
電子源屏的內(nèi)部由包括吸附泵和離子泵的真空泵裝置53抽空，直到內(nèi)部壓力大約為10-4Pa。
在屏內(nèi)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(shí)用四極質(zhì)量分析儀55監(jiān)測(cè)局部壓力。
(7)如同例6中的情況一樣，對(duì)每個(gè)器件施加脈沖電壓，對(duì)每一器件當(dāng)Ie達(dá)到5μA時(shí)，停止施加電壓。
(8)停止丙酮和氫氣供應(yīng)，并把電子源屏內(nèi)部抽空，同時(shí)對(duì)其加熱。此后，加熱排氣管，當(dāng)由四極質(zhì)量分析儀觀察到的氫和丙酮的局部壓力足夠低時(shí)，進(jìn)行氣密性密封。
〔對(duì)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(duì)例6和例7以及對(duì)照例3和4的電子源屏進(jìn)行關(guān)于電子發(fā)射性能的試驗(yàn)。在器件和金屬墊層間的電位差為1KV。在進(jìn)行100小時(shí)連續(xù)的發(fā)射電子的操作之后，再對(duì)每個(gè)器件的Ie和If進(jìn)行觀察。
此后，以上述參照例1至例5的方式試驗(yàn)每個(gè)器件的電氣放電的承受電壓。所得結(jié)果如下。
以相同的方式對(duì)例6、例7和對(duì)照例3、4的另一組器件進(jìn)行處理，并用拉曼光譜分析進(jìn)行測(cè)試。
〔例8〕在本例中，在基片上并排地制備如圖1A和1B所示構(gòu)形的4個(gè)電子發(fā)射器件。
步a在徹底清洗過(guò)的石英玻璃基片上形成具有相應(yīng)于每個(gè)器件的一對(duì)電極形狀的開(kāi)口的光刻膠(RD-2000N-41HitachiChemical 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(jī)溶劑溶解光刻膠，并且去除Ti/Ni膜的不需要的部分，從而對(duì)每個(gè)器件形成一對(duì)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(guò)光刻由Cr膜制成具有相應(yīng)于導(dǎo)電薄膜形狀的開(kāi)口的Cr掩膜。開(kāi)口的寬度W′＝100μm。之后，Pd胺合成物的溶液(CCCP4230，Okuno Pharmacceutical Co.，Ltd.)用旋轉(zhuǎn)涂器加于Cr膜上，在300℃的大氣中烘烤12分鐘，從而產(chǎn)生含Pdo為主要成分的導(dǎo)電薄膜4。其膜厚為12nm。
步c用濕刻法除去Cr膜，并對(duì)導(dǎo)電薄膜4進(jìn)行處理，使其顯示出希望的圖形。導(dǎo)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(cè)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(duì)每個(gè)器件施加器件電壓Vf的電源裝置11在每個(gè)器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對(duì)試驗(yàn)試樣進(jìn)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(dāng)其超過(guò)1MΩ時(shí)電成形處理結(jié)束。當(dāng)成形處理結(jié)束時(shí)，所有器件的脈沖電壓(成形電壓)的峰值為7.0V。
步e通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)可調(diào)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(dá)到1.3×10-1Pa和1.3×10-2Pa。丙酮的局部壓力由差動(dòng)排放型四極質(zhì)量分析儀(未示出)確定，氫氣的壓力被認(rèn)為基本等于真空室15的整個(gè)內(nèi)部壓力。
步f對(duì)每個(gè)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(jié)束。此時(shí)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?yàn)楹屠?相比器件電流呈現(xiàn)出急劇升高，所以在開(kāi)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(shí)，脈沖電壓改變?yōu)?8V，并在此步驟結(jié)束時(shí)，器件電流If＝1.9mA。
〔例10〕對(duì)此例也進(jìn)行例8中步a到步c，然后，在步f中，對(duì)每個(gè)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(shí)，器件電流If＝2.1mA。
此后，進(jìn)行類似例2中的步j(luò)的穩(wěn)定化處理。
〔例11〕
本例也進(jìn)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(jìn)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(guò)的溶液用旋轉(zhuǎn)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(dāng)器件通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)在每個(gè)器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙內(nèi)分布有直徑在3和7nm之間的Pd細(xì)微粒。
此后，對(duì)器件進(jìn)行與例6中步e等步驟的類似處理。因?yàn)樵诓絝中器件電流If呈現(xiàn)早期地上長(zhǎng)，在開(kāi)始60分鐘之后，暫停施加電壓。在停止施加脈沖電壓時(shí)，器件電流If＝1.9mA。
〔對(duì)照例5〕本例也進(jìn)行例8中步a到步d的步驟，但省略用來(lái)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?yàn)楹屠?相比，器件電流If呈現(xiàn)早期地上升，所以在開(kāi)始并且抽空真空室的內(nèi)部之后30分鐘暫停施加電壓。在停止施加脈沖電壓時(shí)，器件電流If＝1.5mA。此后，對(duì)器件進(jìn)行穩(wěn)定化處理。
對(duì)例8到例10和對(duì)照例5的試樣進(jìn)行電子發(fā)射性能試驗(yàn)。對(duì)于這一實(shí)驗(yàn)，在激活處理結(jié)束之后，用離子泵抽空每個(gè)源屏，同時(shí)對(duì)器件進(jìn)行加熱，直到達(dá)到2.7×10-6Pa的低壓，才停止加熱。當(dāng)器件冷卻到室溫時(shí)試驗(yàn)開(kāi)始。
對(duì)器件施加單極性矩形脈沖電壓，以便驅(qū)動(dòng)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(yáng)極之間的距離為H＝4mm，并電位差保持在1KV。對(duì)每個(gè)試件也進(jìn)行承受電氣放電電壓的試驗(yàn)。
在試驗(yàn)開(kāi)始并進(jìn)行100個(gè)小時(shí)之后，每個(gè)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(duì)照例5中取出沒(méi)有進(jìn)行過(guò)上述性能實(shí)驗(yàn)的器件。并由拉曼光譜儀檢查碳膜的結(jié)晶性。用波長(zhǎng)為514.5nm的Ar激光作為光源，在試品的表面上產(chǎn)生直徑大約為1μm的光點(diǎn)。
當(dāng)光點(diǎn)位于電子發(fā)射區(qū)上或其附近時(shí)，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(lái)表明這些例子和對(duì)照例的石墨的結(jié)晶性，因?yàn)樵赑1處光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)。
用上述拉曼光譜儀的Ar激光光點(diǎn)從每個(gè)器件的間隙的一端到另一端進(jìn)行掃描，并把獲得的P1的半寬值描繪成光點(diǎn)位置的函數(shù)。圖21示意地表明了這種測(cè)量結(jié)果。對(duì)于圖21，雖然假定器件在兩個(gè)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?cè)代表器件的陽(yáng)極。
對(duì)于除去例10之外的每一器件，當(dāng)使用雙極性電壓脈沖進(jìn)行激活處理時(shí)，在陰極側(cè)形成的碳膜是很小的，并表現(xiàn)為很低的信號(hào)值，而在陽(yáng)極側(cè)則檢測(cè)到足夠的信號(hào)值。在對(duì)照例5中，在間隙附近半寬小至150cm-1，而逐著光點(diǎn)逐漸接近陽(yáng)極而逐漸增加，直到在陽(yáng)極端部達(dá)250cm-1。
在例8到例11中，半寬沒(méi)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?yàn)樵谏鲜雒總€(gè)例子中發(fā)現(xiàn)在碳膜的中心附近碳膜的結(jié)晶性高，借助于透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)碳膜作了進(jìn)一步的檢查。
在對(duì)照例5中，碳膜主要發(fā)現(xiàn)在電子發(fā)射區(qū)間隙的陽(yáng)極側(cè)，而在陰極側(cè)極少。在間隙內(nèi)部的碳膜中觀察到了晶格結(jié)構(gòu)，從而證實(shí)碳膜主要由具有微粒大小為2-3nm或以上的石墨晶體構(gòu)成。在另一方面，在離開(kāi)間隙的位置上沒(méi)有可觀察到的清楚的晶格結(jié)構(gòu)，這意味著此處的碳膜主要由非晶形碳構(gòu)成。
圖22示意地說(shuō)明了對(duì)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(nèi)部碳膜由石墨構(gòu)成，而在間隙外部由非晶形碳構(gòu)成。
在例8到例11的任何一個(gè)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(shí)整個(gè)碳膜由石墨構(gòu)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(gè)器件，而圖24B示意地表示例10的器件。
當(dāng)觀察例11的器件間隙的內(nèi)部時(shí)，尤其注意了Pd細(xì)微粒及其周圍，發(fā)現(xiàn)細(xì)微粒被如例4中一樣的晶格圖象包圍著。換句話說(shuō)，在例11的器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙內(nèi)觀察到了圍著看Pd細(xì)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(shí)說(shuō)明，在激活處理期間，If的快速增加可能是由于在間隙內(nèi)Pd細(xì)微粒周圍生成碳晶體所致。每個(gè)Pd微粒起了晶體生成的核心作用。
在上述例子和對(duì)照例中的每個(gè)器件的基片上的碳膜和陰極側(cè)導(dǎo)電薄膜之間或陽(yáng)極上的碳膜和陰極側(cè)端部之間觀察到了溝槽。
〔例12〕在本例中制備的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件和圖1A和1B所示的相似。
步a在徹底清洗過(guò)的石英玻璃基片1上，形成具有相應(yīng)于每個(gè)器件的一對(duì)器件電極形狀的開(kāi)口的所需圖形的光刻膠(RD-2000N-41Hitachi 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(jī)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(gè)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(guò)光刻由Cr膜制備具有相應(yīng)于導(dǎo)電薄膜形狀的開(kāi)口的Cr掩膜。開(kāi)口的寬度W′＝300μm。此后，用旋轉(zhuǎn)涂器在Cr膜上涂以Pd胺合成物(CCCP 4230Okuno 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(dǎo)電薄膜。膜的細(xì)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(duì)導(dǎo)電薄膜4進(jìn)行處理，使其呈現(xiàn)所需形狀。導(dǎo)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(cè)量系統(tǒng)的真空室內(nèi)，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(duì)每個(gè)器件施加器件電壓Vf的電源11在每個(gè)器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對(duì)器件進(jìn)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(nèi)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(cè)這一電阻，當(dāng)其超過(guò)1MΩ時(shí)結(jié)束電成形處理。當(dāng)成形處理結(jié)束時(shí)，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(nèi)引入丙酮，直到丙酮的局部壓力為1.3×10-3Pa為止。對(duì)器件施加如圖6B所示的三角波脈沖電壓，進(jìn)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(jìn)行第二激活處理，總的處理時(shí)間為120分鐘。之后，停止供給丙酮和氫氣，并把真空室的內(nèi)部抽空，直到1.3×10-6Pa為止。
〔對(duì)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(jīng)過(guò)例12中步a到步d的處理。之后，步f在真空室內(nèi)引入甲烷和氫氣，使甲烷的局部壓力達(dá)6.7Pa，氫的局部壓力達(dá)130Pa。然后施加同例12中的脈沖電壓進(jìn)行第二激活處理120分鐘。此后，從真空室內(nèi)除去甲烷和丙酮，使真空室的內(nèi)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(duì)于例12到14以及對(duì)照例6各制造兩個(gè)器件。在每例中的器件當(dāng)中，一個(gè)用來(lái)通過(guò)施加同激活處理一樣的脈沖電壓進(jìn)行電子發(fā)射性能的估計(jì)，該器件和陽(yáng)極彼此隔開(kāi)4mm，之間的電位差為1KV。在器件開(kāi)始時(shí)、開(kāi)始后1小時(shí)以及開(kāi)始后100小時(shí)測(cè)量每個(gè)器件電流和發(fā)射電流。還測(cè)量電氣放電的承受電壓。
上述例子中的沒(méi)有用來(lái)進(jìn)行測(cè)試電子發(fā)射性能的每另一個(gè)器件用TEM進(jìn)行晶格圖象觀察。雖然對(duì)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(jié)構(gòu)，但僅在對(duì)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(cè)在間隙外面的碳膜大部分由非晶形碳構(gòu)成。
對(duì)器件進(jìn)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(gè)具有圖1A、1B所示構(gòu)形的電子發(fā)射器件。
步a在徹底清洗過(guò)的石英玻璃基片1上形成具有相應(yīng)于每個(gè)器件的一對(duì)電極形狀的開(kāi)口的所需形狀的光刻膠(RD-2000N-41Hitachi 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(jī)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(gè)器件的電極2、3。器件電極之間的距離為L(zhǎng)＝10μm，寬度為W＝300μm。
步b對(duì)于每一器件，對(duì)導(dǎo)電薄膜4進(jìn)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(shuō)，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(yīng)于器件電極2、3形狀的開(kāi)口以及將器件電極分開(kāi)的間隔的Cr掩膜。開(kāi)口寬度W′＝100μm。此后，用旋轉(zhuǎn)涂器把Pd胺合成物(CCCP 4230Okuno 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(dǎo)電薄膜4。其膜厚為12nm。
步c用濕刻法除去Cr膜，導(dǎo)電薄膜4被處理成所需的形狀。導(dǎo)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(cè)量系統(tǒng)的真空室內(nèi)，并用真空泵裝置16(吸附泵和離子泵)把真空室15內(nèi)抽空到2.7×10-6Pa。此后，借助于對(duì)每個(gè)器件施加器件電壓Vf的電源11在每個(gè)器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對(duì)被試器件進(jìn)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(nèi)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(cè)這電阻值，當(dāng)其超過(guò)1MΩ時(shí)電成形處理結(jié)束。在成形處理結(jié)束時(shí)，脈沖電壓的峰值(成形電壓)對(duì)所有器件都是7.0V。
步e在真空室內(nèi)引入丙酮，通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)可調(diào)泄漏閥17，使丙酮的局部壓力達(dá)1.3×10-1Pa。
步f對(duì)每個(gè)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(jié)束。暫停丙酮的供給，并把真空室內(nèi)部抽空。
步g然后，通過(guò)操作流量控制器(未示出)使真空室25內(nèi)的甲烷和氫氣的局部壓力分別達(dá)到130Pa和1.3Pa。對(duì)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(jié)束時(shí)器件電流If＝2.5mA。以后，真空室內(nèi)部被抽空到2.7×10-6Pa以下。
此后，對(duì)器件進(jìn)行例2中步j(luò)的激活處理。
〔例16〕在本例中也進(jìn)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(shí)把器件加熱到200℃。在此步結(jié)束時(shí)器件電流If＝2.2mA。
此后，對(duì)器件進(jìn)行激活處理。
對(duì)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(yáng)極彼此相隔4mm，其間電位差為1KV。在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)和開(kāi)始100小時(shí)之后立即測(cè)量每個(gè)器件的器件電流和發(fā)射電流。同時(shí)測(cè)量電氣放電承受電壓。
對(duì)上述每個(gè)例子中沒(méi)有用來(lái)進(jìn)行電子發(fā)射性能評(píng)價(jià)的器件借助于TEM檢查其晶格圖象。對(duì)例15和16的每個(gè)所觀察到的晶體結(jié)構(gòu)類似于圖23所示。
借助于拉曼光譜儀對(duì)器件進(jìn)行檢查，從而對(duì)每個(gè)器件找出如前述例子中的兩個(gè)峰值。器件的P1的半寬如下所示。在接近每個(gè)器件的間隙處觀察到較高的結(jié)晶性。
〔例17〕在本例中，在基片上制造具有如圖1A、1B所示構(gòu)形的4個(gè)電子發(fā)射器件。
步a在0.5μm厚的徹底清洗過(guò)的堿玻璃基片1上形成具有相應(yīng)于每個(gè)器件的一對(duì)電極形狀的開(kāi)口的所需的光刻膠(RD-2000 N-41Hitachi Chemical Co.，Lta.)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(jī)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(gè)器件的一對(duì)器件電極2、3。器件電極之間距離L＝3μm，寬度W＝300μm。
步b對(duì)于每個(gè)器件，導(dǎo)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(shuō)，在具有器件電極對(duì)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(yīng)于器件電極2、3的形狀的開(kāi)口的Cr掩膜。開(kāi)口的寬度W′＝100μm。此后，用旋轉(zhuǎn)涂器把Pd胺合成物(CCCP 4230OkunoPharmaceuticl Co.，Ltd.)涂去Cr膜上，并在300℃下在大氣中烘烤10分鐘，從而產(chǎn)生以PdO為主要成分的導(dǎo)電薄膜4。膜厚為10nm。
步c用濕刻法除去Cr膜，并把導(dǎo)電薄膜4處理成所需的形狀。導(dǎo)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(cè)量的系統(tǒng)中真空室內(nèi)，并用真空泵裝置16(吸附泵和離子泵)把真空室15的內(nèi)部抽空為2.7×10-6Pa。此后，借助于對(duì)每個(gè)器件施加器件電壓Vf的電源11在每個(gè)器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對(duì)受試器件進(jìn)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(nèi)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(cè)這一電阻值，當(dāng)其超過(guò)1MΩ時(shí)電成形處理結(jié)束。當(dāng)盛開(kāi)有處理結(jié)束時(shí)，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(nèi)抽空到1.3×10-4Pa。此后，在真空室內(nèi)交替地引入甲烷和氫氣，并連續(xù)地對(duì)器件施加脈沖電壓進(jìn)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(gòu)形的4個(gè)電子發(fā)射器件。
步a在厚度為0.5μm的被徹底清洗過(guò)的堿玻璃基片1上對(duì)每個(gè)器件形成具有相應(yīng)于一對(duì)器件電極形狀的開(kāi)口的所需形狀的光刻膠(RD-2000 N-41Hitachi 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(jī)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(gè)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(duì)每個(gè)器件，導(dǎo)電薄膜4被進(jìn)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(shuō)，用真空淀積在含有器件電極對(duì)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(yīng)于器件電極2、3形狀的開(kāi)口的并具有將其分開(kāi)的間隔的Cr掩膜。開(kāi)口的寬度為W′＝100μm。此后，用旋轉(zhuǎn)涂器把Pa胺合成物(CCCP 4230Okuno 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(dǎo)電薄膜4。其厚度為10nm。
步c用濕刻法除去Cr膜，并對(duì)導(dǎo)電薄膜4進(jìn)行處理，使其成為所需的形狀。導(dǎo)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(cè)量系統(tǒng)的真空室內(nèi)，并用真空泵裝置(吸附泵和離子泵)把真空室15的內(nèi)部抽空到2.7×10-6Pa。此后，借助于用來(lái)給每個(gè)器件施加器件電壓Vf的電源11在每個(gè)器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對(duì)器件進(jìn)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(nèi)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(cè)這電阻，當(dāng)其超過(guò)1MΩ時(shí)，成形處理結(jié)束。當(dāng)成形處理結(jié)束時(shí)，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(nèi)部被抽空到1.3×10-4Pa。此后，在真空室內(nèi)交替地引入甲烷和氫氣。同時(shí)對(duì)器件連續(xù)地施加脈沖電壓，以便進(jìn)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(jìn)行例18中的步a到步d，然后，步e真空室的內(nèi)部被抽空為1.3×10-4Pa。然后，在真空室內(nèi)引入氫氣，同時(shí)連續(xù)地施加脈沖電壓對(duì)器件進(jìn)行激活處理。在整個(gè)這一步中在真空室內(nèi)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(shí)，在真空室內(nèi)斷續(xù)地引入乙烯，直到其局部壓力達(dá)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(nèi)的內(nèi)部壓力被減少到1.3×10-4Pa，并測(cè)量例17到19中每個(gè)器件的If和Ie，此時(shí)連續(xù)地施加著14V的矩形電壓。器件和陽(yáng)極彼此分開(kāi)4mm，并且其間的電位差為1KV。在開(kāi)始時(shí)和開(kāi)始100小時(shí)之后立即測(cè)量每個(gè)器件的器件電流和發(fā)射電流，同時(shí)還測(cè)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(méi)有用來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)電子發(fā)射性能的每個(gè)器件。觀察結(jié)果如下
〔例20，對(duì)照例7〕在本例中，在基片上制造如圖1A、1B所示構(gòu)成的一對(duì)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(duì)每個(gè)器件形成具有相應(yīng)于一對(duì)器件電極形狀的開(kāi)口的所需形狀的光刻膠(RD-2000 N-41Hitachi 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(jī)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(gè)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(duì)每個(gè)器件，導(dǎo)電薄膜4被進(jìn)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(shuō)，用真空淀積在含有器件電極對(duì)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(yīng)于器件電極2、3形狀的開(kāi)口的并具有將其分開(kāi)的間隔的Cr掩膜。開(kāi)口的寬度W′＝100μm。此后，用旋轉(zhuǎn)涂器把Pa胺合成物(CCCP 4230Okuno 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(dǎo)電薄膜，其厚度為12nm。
步c用濕刻法除去Cr膜，并對(duì)導(dǎo)電薄膜4進(jìn)行處理，使其成為所需的形狀。導(dǎo)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(cè)量系統(tǒng)的真空室內(nèi)，并用真空泵裝置(離子泵)把真空室15的內(nèi)部抽到2.7×10-3Pa。此后，借助于用來(lái)給每個(gè)器件施加器件電壓Vf的電源11在每個(gè)器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對(duì)器件進(jìn)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(nèi)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(cè)這電阻，當(dāng)其超過(guò)1MΩ時(shí)，成形處理結(jié)束。當(dāng)成形處理結(jié)束時(shí)，所有器件的脈沖電壓(成形電壓)的數(shù)值為7V。
步e把一個(gè)器件稱為器件A，而另一個(gè)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(jìn)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(duì)照例7)，以進(jìn)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(shí)器件和陽(yáng)極之間的距離為4mm，電位差為1KV，同時(shí)監(jiān)測(cè)著電流If和Ie。在這些條件下，真空室的內(nèi)部壓力為2.0×10-3Pa。激活處理大約經(jīng)過(guò)30分鐘，當(dāng)Ie達(dá)到飽和值時(shí)結(jié)束。
真空泵裝置改為離子泵，并對(duì)真空室及其內(nèi)部的器件進(jìn)行加熱。同時(shí)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(kāi)始時(shí)以及開(kāi)始100小時(shí)之后立即測(cè)量例20和對(duì)照例7中每個(gè)器件的If和Ie。<
>借助于激光拉曼光譜儀檢查例20和對(duì)照例7的每個(gè)器件，從而觀察每個(gè)器件間隙外面以及間隙附近P1的半寬。所得結(jié)果如下。<
>由上可以看出，例20的器件A比對(duì)照例7的器件B在間隙附近具有較高的結(jié)晶性。這可能是因?yàn)樵诓荒L(zhǎng)顯著的位置上產(chǎn)生了較強(qiáng)的電場(chǎng)的緣故。事實(shí)上，石墨尤其生成在電子發(fā)射器件間隙的兩端。
下例和對(duì)照中的每個(gè)器件具有圖1A、1B所示的構(gòu)形。每個(gè)例子在一個(gè)基片上并排地制備總數(shù)為4個(gè)的器件。
〔例21〕步a在厚度為0.5mm的并被徹底清洗過(guò)的石英玻璃基片1上對(duì)每個(gè)器件形成具有相應(yīng)于一對(duì)電極形狀的開(kāi)口的所需形狀的光刻膠(RD-2000 N-41Hitachi 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(jī)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(gè)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(duì)每個(gè)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(yīng)于器件電極2、3形狀的開(kāi)口的并具有將其分開(kāi)的距離的Cr掩膜。開(kāi)口寬度W′＝100μm。此后，用旋轉(zhuǎn)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(dǎo)電薄膜4。其厚度為12nm。
步C用濕刻法除去Cr膜，并對(duì)導(dǎo)電薄膜4進(jìn)行處理，使其呈現(xiàn)需要的形狀。導(dǎo)電薄膜4呈現(xiàn)出的電阻Rs＝1.5×104Ω/□。
步d然后，把經(jīng)過(guò)處理的基片移到圖7所示的測(cè)量系統(tǒng)的真空室內(nèi)，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(lái)對(duì)每個(gè)器件施加器件電壓Vf的電源61在每個(gè)器件的器件電極2、3之間施加脈沖電壓對(duì)器件進(jìn)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(nèi)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(cè)這電阻，當(dāng)其超過(guò)1MΩ時(shí)成形處理結(jié)束。成形處理結(jié)束時(shí)每個(gè)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(kāi)可調(diào)泄漏閥17從容器18中把丙酮引入真空室。調(diào)節(jié)閥門使真空室15內(nèi)丙酮的局部壓力為1.3×10-1Pa，這借助于四極質(zhì)量分析儀(未示出)進(jìn)行觀察。
步f對(duì)器件施加如圖6A所示的雙極性矩形脈沖電壓進(jìn)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(dāng)施加脈沖電壓時(shí)，器件電流If＝1.8mA。
步g暫停丙酮供應(yīng)，并除去真空室內(nèi)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?yàn)镮f比例1中上升得更快，施加脈沖電壓在15分鐘內(nèi)停止，并除去真空室內(nèi)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(shí)，器件電流If＝2.1mA。
〔對(duì)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(jìn)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(shí)，器件電流If＝1.5mA。
〔對(duì)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(jìn)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(shí)，器件電流If＝3.0mA。
此后，進(jìn)行穩(wěn)定化處理。
從例21以及例22和對(duì)照例8、9中取出一個(gè)器件借助于圖7的裝置試驗(yàn)其電子發(fā)射性能。在試驗(yàn)期間，真空室的內(nèi)部壓力維持在2.7×10-5Pa以下，并關(guān)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(jìn)行試驗(yàn)每個(gè)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(cè)量系統(tǒng)中，器件和陽(yáng)極間的距離H＝4mm，電位差保持為1KV。
在試驗(yàn)開(kāi)始之后以及在連續(xù)操作100小時(shí)之后立即測(cè)量每個(gè)器件的電子發(fā)射性能。注意當(dāng)停止施加激活脈沖電壓時(shí)以及試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，對(duì)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(lái)對(duì)它們沒(méi)有再作試驗(yàn)。結(jié)果如下表所示。
從例21和22以及對(duì)照例8和9中取出沒(méi)有用來(lái)進(jìn)行上述性能試驗(yàn)的器件并用拉曼光譜儀檢查碳膜的結(jié)晶性。波長(zhǎng)為514.5nm的Ar激光作為光源，它在試品表面上產(chǎn)生大約直徑為1μm的光點(diǎn)。
使上述拉曼光譜儀的Ar激光點(diǎn)從每個(gè)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(diǎn)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(shí)對(duì)照例8的器件獲得了相似的觀察結(jié)果，在電極之間的間隙的陽(yáng)極側(cè)，器件呈現(xiàn)在P1的中心處半寬減少，雖然信號(hào)值很小，這是因?yàn)樵陉?yáng)極側(cè)只發(fā)現(xiàn)極少的碳膜。結(jié)果列于下表
因?yàn)樵谏鲜雒坷械闹行募爸行母浇幇l(fā)現(xiàn)碳的結(jié)晶度高，所以用透射電子顯微鏡(TEM)作進(jìn)一步觀察。
就例21和22的每個(gè)器件而言，雖然在電子發(fā)射區(qū)的間隙的兩側(cè)都發(fā)現(xiàn)了碳膜。但在位于間隙內(nèi)部的碳膜中，沿導(dǎo)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(gè)nm。在另一方面，在離開(kāi)間隙的區(qū)域內(nèi)沒(méi)有觀察到晶格圖像，這表明那里的碳膜主要由無(wú)定形碳構(gòu)成。
圖26示意地說(shuō)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(dǎo)電薄膜的間隙5內(nèi)部的石墨6和間隙外部的無(wú)定形碳構(gòu)成。雖然在圖26中分開(kāi)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(kāi)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(gòu)成。
就對(duì)照例8而言，在陰極側(cè)碳膜的量比在陽(yáng)極側(cè)的小，雖然在間隙內(nèi)部的陽(yáng)極的碳膜中觀察到了和例21中相同的晶格圖像。在對(duì)照例9中，在整個(gè)碳膜中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)晶格圖像，從而表明整個(gè)碳膜由無(wú)定形碳構(gòu)成。
在上述例子和對(duì)照例的每個(gè)器件的基片上，在相對(duì)電極碳膜的碳膜之間觀察到了槽8(相當(dāng)于對(duì)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(tuán)和基片已經(jīng)起了反應(yīng)，因?yàn)檫@里的器件在訪該區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)比其它器件的較強(qiáng)，并且在該器件中產(chǎn)生的器件電極相對(duì)較大的緣故。比較例21和22可見(jiàn)，例22的η＝Ie/If大于例21，原因之一可能是例22的深槽斷開(kāi)了，在相對(duì)電極之間可能產(chǎn)生漏電流的路徑的緣故。換句話說(shuō)，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面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(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(kāi)的示意的截面圖。圖29A到29H示意地說(shuō)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(gè)器件由一對(duì)器件電極2、3和包含電子發(fā)射區(qū)的導(dǎo)電薄膜4構(gòu)成。此外，電子源還具有層間絕緣層61和接觸孔62，每個(gè)接觸孔連接相應(yīng)的器件電極22和相應(yīng)的下引線22。
現(xiàn)在參照?qǐng)D29A到29H說(shuō)明電子源的試造步驟。這些圖分別和制造步驟對(duì)應(yīng)。
步A在對(duì)堿玻璃板進(jìn)行徹底清洗之后，通過(guò)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(zhuǎn)涂器在膜上形成光刻膠(AZ1370Hoechst Corpration)，同時(shí)使膜轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)淀積的Au/Cr膜進(jìn)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(lái)在步B淀積的氧化硅膜中產(chǎn)生接觸孔62，使用作為掩膜的光刻膠圖形。通過(guò)對(duì)中間絕緣層61進(jìn)行刻蝕來(lái)形成接觸孔62。對(duì)于刻蝕操作，利用使用CF4和H2氣的RIE(反應(yīng)離子刻蝕Reactive Ion Etching)技術(shù)。
步D然后，形成用于每對(duì)器件電極2、3和分開(kāi)電極的間隙G的光刻膠(RD-2000 N-41Hitachi 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(jī)溶劑溶解光刻膠圖形，并使用去除(lift-off)技術(shù)處理Ni/Ti淀積膜，從而形成一對(duì)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(shù)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(duì)其進(jìn)行處理，使其呈現(xiàn)具有開(kāi)口的導(dǎo)電薄膜4的形狀。此后，用旋轉(zhuǎn)涂器在Cr膜上涂上Pd胺合成物(CCP4230)溶液，同時(shí)使膜旋轉(zhuǎn)，并在300℃下烘烤12分鐘。所形成的導(dǎo)電薄膜64由以PdO為主要成分的細(xì)微粒構(gòu)成，其厚度為70nm。
步G使用刻蝕劑對(duì)Cr膜63進(jìn)行濕刻，并除去導(dǎo)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(lái)對(duì)除接觸孔62之外的整個(gè)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(shù)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?qǐng)D10、11A和11B來(lái)說(shuō)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(shè)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?dú)庵泻婵?0分鐘以上，從而對(duì)殼體進(jìn)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(dāng)該裝置用于黑白圖像時(shí)，熒光膜34只由熒光體本身構(gòu)成，但本例中的熒光膜34通過(guò)形成黑條并用紅、綠、蘭色條狀熒光體填充間隙構(gòu)成。黑條用以石墨為主要成分的通用材料構(gòu)成，使用粘合液技術(shù)在玻璃基片33上施加熒光材料。
在熒光膜34的內(nèi)表面上設(shè)置金屬墊層35。在制備熒光膜之后，通過(guò)在熒光膜的內(nèi)表面進(jìn)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(lái)制造金屬墊層。
雖然在熒光膜34的外表面可以設(shè)置透明電極(未示出)以便增加其導(dǎo)電性。但在本例中沒(méi)有使用，因?yàn)闊晒饽ぶ挥媒饘賶|層就已經(jīng)呈現(xiàn)出足夠的導(dǎo)電性(Electro Conductivity)。
對(duì)于上述的組裝操作，各元件被小心地對(duì)準(zhǔn)，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(duì)應(yīng)關(guān)系。
制成的玻璃殼體的內(nèi)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(duì)器件通過(guò)公共連接的Y方向引線逐行地進(jìn)行成形處理。在圖30中，標(biāo)號(hào)64是公共電極，它與Y方向引線相連，65是電源，而標(biāo)號(hào)66和67分別表示測(cè)量電流的電阻和監(jiān)視電流的示波器。
然后，當(dāng)屏的內(nèi)部被再次抽空為內(nèi)部壓力1.3×10-4Pa時(shí)，當(dāng)對(duì)器件再一次施加相似的脈沖電壓之前在屏內(nèi)引入氫氣。
然后，真空裝置改用離子泵，把屏內(nèi)進(jìn)一步抽空為4.2×10-5Pa，用時(shí)利用加熱器對(duì)整個(gè)屏加熱。
接著，矩陣引線被驅(qū)動(dòng)，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(jìn)行密封，從而氣密性地密封整個(gè)殼體。
最后，對(duì)顯示屏進(jìn)行吸氣劑操作，以便維持其內(nèi)部的高真空度。
為了驅(qū)動(dòng)制備的包括顯示屏的圖像形成裝置，通過(guò)外部端子DX1到DXm以及DY1到DYn把掃描信號(hào)和調(diào)制信號(hào)施加到電子發(fā)射器件上，從而按各個(gè)信號(hào)發(fā)生裝置發(fā)射電子，同時(shí)由高壓端子Hv對(duì)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機(jī)熒光膜54，從而激發(fā)熒光膜發(fā)光并產(chǎn)生圖像。
雖然例22的電子源包括若干如同例1中制造的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(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(guò)排列例2到例21任何一例中制備的電子發(fā)射器件來(lái)制備，并且，相應(yīng)于例22的圖像形成裝置可用這種電子源來(lái)制備。
圖31是借助于使用例22的圖像形成裝置(顯示屏)實(shí)現(xiàn)的顯示裝置方塊圖，用來(lái)提供來(lái)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(qū)動(dòng)器，72是顯示屏控制器，73是多路復(fù)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(chǔ)接口，81是圖像輸入接口，82和83是TV信號(hào)接收器，84是輸入單元。(如果顯示裝置用來(lái)接收由視頻信號(hào)和音頻信號(hào)組成的電視信號(hào)，在圖中還需要用來(lái)接收、分離、復(fù)制、處理以及存儲(chǔ)音頻信號(hào)的電路、揚(yáng)聲器及其它裝置，不過(guò)，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?qǐng)D像信號(hào)的流程說(shuō)明該裝置中的各個(gè)部分。
首先，TV信號(hào)接收器83是一種用來(lái)接收通過(guò)使用電磁波的無(wú)線電傳輸系統(tǒng)與/或空間光遙訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腡V圖像信號(hào)的電路。要被使用的TV信號(hào)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(hào)(典型的如高清晰度TV系統(tǒng)如MUSE系統(tǒng))。因?yàn)樗捎糜诖蟮陌ù罅肯笏氐娘@示屏70，由TV信號(hào)接收器73級(jí)到的TV信號(hào)向前傳給譯碼器74。
第二，TV信號(hào)接收器82是一種用來(lái)接收通過(guò)使用同軸電纜與/或光導(dǎo)纖維的有線傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)腡V圖像信號(hào)和TV信號(hào)接收器83一樣，要被使用的TV信號(hào)系統(tǒng)不限于具體的一種，并且由該電路收到的TV信號(hào)向前傳送給譯碼器74。
圖像輸入接口81是一種用來(lái)接收來(lái)圖像輸入裝置。例如TV攝像機(jī)或圖像輸入掃描器輸出的圖像信號(hào)，它也把接收到的圖像信號(hào)輸入給譯碼器74。
圖像輸入存儲(chǔ)接口80是一種用來(lái)恢復(fù)存儲(chǔ)在電視磁帶錄象機(jī)(以后稱VTR)中的圖像信號(hào)的電路，被恢復(fù)的圖像信號(hào)也被輸入給譯碼器74。
圖像輸入存儲(chǔ)接口79是一種用來(lái)恢復(fù)存儲(chǔ)在視盤中的圖像信號(hào)的電路，被恢復(fù)的圖像信號(hào)也被輸出給譯碼器74。
圖像輸入存儲(chǔ)接口78是一種用來(lái)恢復(fù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)靜止圖像數(shù)據(jù)如所謂的靜止盤中的圖像信號(hào)的電路，并把恢復(fù)的圖像信號(hào)也輸出給譯碼器74。
輸入/輸出接口75是一種用來(lái)連接顯示裝置和外部輸出信號(hào)源。例如計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或打印機(jī)的電路。它對(duì)圖像數(shù)據(jù)以及字符、圖表的數(shù)據(jù)進(jìn)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(hào)源之間的控制信號(hào)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的輸入/輸出的操作。
圖像發(fā)生電路77是一種用來(lái)在顯示屏上產(chǎn)生要被顯示的圖像數(shù)據(jù)的電路，它根據(jù)通過(guò)輸出/輸出接口75由外部輸出信號(hào)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(lái)自CPU 76的這些數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。該電路包括可再加載的存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)圖象數(shù)據(jù)、字符數(shù)據(jù)或圖表數(shù)據(jù)，只讀存儲(chǔ)器，用來(lái)根據(jù)給定的符號(hào)代碼存儲(chǔ)圖象類型，用來(lái)處理圖像數(shù)據(jù)的處理器，以及用來(lái)產(chǎn)生屏幕圖像所需的其它電路元件。
由圖像發(fā)生電路77產(chǎn)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(guò)輸入/輸出接口75輸入給外部電路例如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或打印機(jī)。
CPU 76用來(lái)控制顯示裝置，并對(duì)在顯示屏上要顯示的圖像進(jìn)行發(fā)生、選擇和編輯的操作。
例如，CPU 76向多路復(fù)用器73輸出控制信號(hào)并對(duì)要在顯示屏上顯示的圖像信號(hào)進(jìn)行合適的選擇和組合。同時(shí)它還對(duì)顯示屏控制器72發(fā)出控制信號(hào)，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。
CPU 76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(guò)輸入/輸出接口75訪問(wèn)外部計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)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)。
CPU 76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(gè)人計(jì)算機(jī)或文字處理機(jī)的數(shù)據(jù)。
CPU 76還可以通過(guò)輸入/輸出接口75和外部計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連，從而協(xié)同一道進(jìn)行計(jì)算和其它操作。
輸入裝置84用來(lái)向CPU 76輸入由操作者給定的程序和數(shù)據(jù)。事實(shí)上，可以從不同的輸入裝置中選擇，例如鍵盤、鼠標(biāo)、游戲棒、棒碼讀出器、聲音識(shí)別裝置及它們的任意組合。譯碼器74是用來(lái)把通過(guò)所述電路77到73輸入各種圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成三種主要顏色信號(hào)、亮度信號(hào)和I、Q信號(hào)的電路。最好譯碼器74包括圖像存儲(chǔ)器，如圖33中虛線所示，用來(lái)處理例如MUSE系統(tǒng)的需要圖象存儲(chǔ)器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換的電視信號(hào)。圖像存儲(chǔ)器還幫助靜止圖像的顯示，以及由譯碼器74結(jié)合圖象發(fā)生電路77和CPU 76選擇地進(jìn)行的例如變薄、插入、放大、縮小、同步以及對(duì)幀進(jìn)行編輯的操作。
多路復(fù)用器73用來(lái)按照CPU 76給定的控制信號(hào)合適地選擇要在顯示屏上顯示的圖像。換句話說(shuō)，多路復(fù)用器73選擇來(lái)自譯碼器74的某一被轉(zhuǎn)換的圖像信號(hào)并將其送入驅(qū)動(dòng)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(shí)間間隔內(nèi)從一組圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為另一組圖像信號(hào)來(lái)同時(shí)顯示不同的圖像。
顯示屏控制器72是用來(lái)按照來(lái)自CPU 76的控制信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路71的操作的電路。
其中，它進(jìn)行操作使得向驅(qū)動(dòng)電路71傳輸信號(hào)，以便控制用來(lái)驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)電路71傳輸信號(hào)，用來(lái)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(qū)動(dòng)顯示屏70的方式。
如果需要，它還向驅(qū)動(dòng)電路71傳輸信號(hào)，用來(lái)根據(jù)亮度、對(duì)比度、色調(diào)和清晰度控制要在顯示屏上顯示的圖像質(zhì)量。
驅(qū)動(dòng)電路71是用于發(fā)生施加于顯示屏70上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電路。它按照來(lái)自多路復(fù)用器73的圖像信號(hào)和來(lái)自顯示屏控制器72的控制信號(hào)進(jìn)行操作。
按照本發(fā)明的并具有如圖31所示的構(gòu)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(shuō)，圖像信號(hào)例如電視圖像信號(hào)被譯碼器74轉(zhuǎn)換，然后由多路復(fù)用器73選擇，再送入驅(qū)動(dòng)電路71。另一方面，顯示控制器72發(fā)出控制信號(hào)用來(lái)根據(jù)用于要在顯示屏70上顯示的圖像的圖像信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電路71的操作。然后驅(qū)動(dòng)電路71按照?qǐng)D像信號(hào)和控制信號(hào)向顯示屏70施加驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這樣，便在顯示屏70上顯示圖像。所有上述操作都由CPU 76以協(xié)調(diào)的方式進(jìn)行控制。
上述顯示裝置不但可以從若干種給定的圖像中進(jìn)行選擇并顯示。而且還可以進(jìn)行各種圖像處理操作，包括放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、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(shí)譯碼器74中的圖像存儲(chǔ)器，圖像發(fā)生電路77和CPU 76參與這些操作。
雖然上述實(shí)施例中沒(méi)有說(shuō)明，但可以附加專用于處理音頻信號(hào)的電路，進(jìn)行音頻信號(hào)的處理和編輯操作。
這樣，按照本發(fā)明的并具有上述結(jié)構(gòu)的顯示裝置，可以具有廣泛的工業(yè)的和商業(yè)方面的應(yīng)用，因?yàn)樗梢杂米麟娨?、廣播的顯示裝置，電視會(huì)議的終端裝置，靜態(tài)、動(dòng)態(tài)圖像的編輯裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的終端設(shè)備、OA設(shè)備例如文字處理機(jī)、游戲機(jī)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(jié)構(gòu)的例子，其中包括通過(guò)排列大量面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(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(yīng)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(jī)、麥克風(fēng)、燈光設(shè)備以及包括調(diào)制解調(diào)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中類型的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件所用的方法。但當(dāng)合適時(shí)可以使用相應(yīng)于例2到例22中之一的激活處理方法。
〔例24〕在本例中，結(jié)合圖32A到32C說(shuō)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(shuō)明的是制造步驟的一部分。
步A在對(duì)堿玻璃板進(jìn)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(yīng)于一對(duì)電極形狀的具有開(kāi)口的光刻膠(RD-2000 N-41Hitachi 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(jī)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(yīng)于導(dǎo)電薄膜形狀的開(kāi)口92。此后，由Cr膜形成Cr掩膜，從而形成導(dǎo)電薄膜(圖32B)。
然后，用旋轉(zhuǎn)涂器把Pd胺合成物(CCP 4230OkunoPharmaceutical 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(xì)微粒膜，膜厚為7nm。
步C用濕刻法除去Cr掩膜，并去除PdO細(xì)微粒膜，以獲得所需形狀的導(dǎo)電薄膜4。導(dǎo)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(jìn)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(jìn)行氣密性密封。最后進(jìn)行吸氣劑操作，這借助于高頻加熱進(jìn)行。
本例中的圖像形成裝置可如圖例23一樣被驅(qū)動(dòng)操作。
雖然上例中所用的激活處理采用的是例1中的面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件所用的處理方式，但只要合適，可采用相應(yīng)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(xì)說(shuō)明的，按照本發(fā)明，通過(guò)在電子發(fā)射器件的電子發(fā)射區(qū)的間隙內(nèi)設(shè)置高結(jié)晶度的碳膜，對(duì)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(shí)間而產(chǎn)生的質(zhì)量劣化。從而大大改善器件的穩(wěn)定性。當(dāng)這種石墨膜形成在電子發(fā)射區(qū)的間隙的陽(yáng)極、陰極側(cè)兩端時(shí)，電子發(fā)射器件可以在高效率下發(fā)射電子，從而進(jìn)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(nèi)部除石墨膜之外沒(méi)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(jié)晶的石墨構(gòu)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(guò)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(jìn)一步改善器件的電子發(fā)射效率。
權(quán)利要求
1.一種電子發(fā)射器件，包括一對(duì)電極，以及位于電極之間的并包括電子發(fā)射區(qū)的導(dǎo)電薄膜，其特征在于，所述電子發(fā)射區(qū)具有石墨膜，在利用波長(zhǎng)為514.5nm光點(diǎn)直徑為1μm的激光源進(jìn)行拉曼光譜分析時(shí)，所述石墨膜呈現(xiàn)出幾個(gè)散射光的峰值，其中1)位于1.580cm-1附近的峰值(P2)大于位于1.335cm-1附近的峰值(P1)，或2)位于1.335cm-1附近的峰值(P1)的半寬不大于150cm-1。
2.如權(quán)利要求1的電子發(fā)射器件，其中所述導(dǎo)電膜的一部分中具有間隙。
3.如權(quán)利要求2的電子發(fā)射器件，其中的石墨膜形成在所述間隙一側(cè)的端部。
4.如權(quán)利要求2的電子發(fā)射器件，其中的石墨膜形成在所述間隙兩側(cè)的端部。
5.如權(quán)利要求1到4任何一個(gè)的電子發(fā)射器件，其中所述石墨膜含有直徑大于2nm的晶體微粒。
6.如權(quán)利要求1到4中任何一個(gè)的電子發(fā)射器件，其中所述石墨膜會(huì)有囊狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)囊狀結(jié)構(gòu)內(nèi)會(huì)有細(xì)金屬微粒。
7.如權(quán)利要求1到4的任何一個(gè)的電子發(fā)射器件，其中除去在間隔隙內(nèi)部的石墨膜之外，基本上不包括任何碳膜。
8.如權(quán)利要求1到4的任何一個(gè)中的電子發(fā)射器件，其中所述石墨膜延伸到所述導(dǎo)電膜的所述電子發(fā)射區(qū)的外面。
9.如權(quán)利要求1到4的任何一個(gè)中的電子發(fā)射器件，其中電子發(fā)射器件是面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件。
10.一種電子源，包括由各個(gè)引線共同連接的排列成行的多個(gè)電子發(fā)射器件，其特征在于，所述電子發(fā)射器件是權(quán)利要求1到4中的任何一個(gè)的電子發(fā)射器件。
11.一種電子源，包括連接成矩陣的多個(gè)電子發(fā)射器件，其特征在于，所述電子發(fā)射器件是如權(quán)利要求1到4中的任何一個(gè)電子發(fā)射器件。
12.一種圖像形成裝置，包括電子發(fā)射器件和圖像形成構(gòu)件，其特征在于所述電子發(fā)射器件是權(quán)利要求1到4中的任何一個(gè)的電子發(fā)射器件。
13.如權(quán)利要求12的一種圖像形成裝置，其中所述圖像形成構(gòu)件是一種熒光體。
14.一種制造電子發(fā)射器件的方法，電子發(fā)射器件包括一對(duì)電極和位于電極之間并含有電子發(fā)射區(qū)的導(dǎo)電膜，其特征在于包括對(duì)含有間隙的導(dǎo)電膜在含有一種或一種以上有機(jī)物以及具有由通式XY(其中X和Y表示氫或鹵素原子)表示的成分的氣體的環(huán)境中施加電壓的步驟。
15.一種制造包括一對(duì)電極以及位于電極之間的并包括電子發(fā)射區(qū)的導(dǎo)電膜的電子發(fā)射器件的制造方法，其特征在于包括對(duì)其中含有間隙的導(dǎo)電薄膜施加電壓的步驟，所述電壓是一種雙極性脈沖電壓。
16.一種如權(quán)利要求14或15的制造電子發(fā)射器件的方法，其中所述對(duì)導(dǎo)電膜施加電壓的步驟包括在含有一種或一種以上有機(jī)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表示氫或鹵素原子)表示的成分的氣體的第二環(huán)境中施加電壓的步驟。
17.如權(quán)利要求16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(jìn)行。
18.如權(quán)利要求14或15的制造電子發(fā)射器件的方法，其中所述對(duì)導(dǎo)電膜施加電壓的步驟在含有一種或一種以上的有機(jī)物以及具有以通式XY(其中X和Y表示氫或鹵素原子)表示的成分的氣體的環(huán)境中進(jìn)行。
19.一種制造包括一對(duì)電極以及位于電極之間的并含有電子發(fā)射區(qū)的導(dǎo)電膜的電子發(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(dǎo)電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。
20.如權(quán)利要求19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(duì)所述導(dǎo)電膜在含有一種或一種以上有機(jī)物的環(huán)境中施加電壓的步驟。
21.如權(quán)利要求19或20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(duì)所述導(dǎo)電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。
22.如權(quán)利要求19或20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(duì)所述導(dǎo)電膜在含有具有以通式XY(X和Y表示氫或鹵素原子)表示的成分的氣體以及一種或一種以上有機(jī)物的環(huán)境中施加電壓的步驟。
23.如權(quán)利要求19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(gè)步驟進(jìn)行。
24.如權(quán)利要求23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(duì)所述導(dǎo)電膜在含有具有以通式XY(其中X和Y表示氫或鹵素原子)表示的成分的氣體以及一種或一種以上有機(jī)物的環(huán)境中施加電壓的步驟。
25.如權(quán)利要求14或15或19的制造電子發(fā)射器件的方法，其中所述電子發(fā)射器件是面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射器件。
26.一種制造包括由各自引線共同連接的排列成行的多個(gè)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(quán)利要求14、15或19的方法制造的。
27.一種制造包括由引線連接成矩陣形的多個(gè)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(quán)利要求14、15或19的方法制造的。
28.一種制造包括電子發(fā)射器件和圖像形成構(gòu)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(quán)利要求14、15或19的方法制造的。
全文摘要
一種電子發(fā)射器件，包括一對(duì)電極以及位于電極之間的含有電子發(fā)射區(qū)的導(dǎo)電膜，電子發(fā)射區(qū)內(nèi)包括石墨膜。使用波長(zhǎng)為514.5nm光點(diǎn)直徑為1μm的激光源對(duì)石墨膜進(jìn)行拉曼光譜分析表明，石墨膜呈現(xiàn)有幾個(gè)散射光的峰值，其中1)位于1.580cm
文檔編號(hào)H01J1/316GK1126884SQ95116828
公開(kāi)日1996年7月17日 申請(qǐng)日期1995年8月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月29日
發(fā)明者岸文夫, 山野邊正人, 塚本健夫, 大西敏一, 山本敬介, 池田外充, 浜元康弘, 宮崎和也 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社