DE4310604A1

DE4310604A1 - Mfg. field emission cathode for flat screen use - applying series of processes to form successive solid state layers and cathode tip

Info

Publication number: DE4310604A1
Application number: DE4310604A
Authority: DE
Inventors: Masayuki Nakamoto; Tomio Ono; Tadashi Sakai
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1993-03-31
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2013-04-01
Also published as: JP3253683B2; KR940002892A; KR0133498B1; DE4310604C2; JPH0636682A

Abstract

A field emission cathode is formed in a series of operations that begins with the formation of a pyramid shaped hole in a substrate of silicon. Successive layers of a silicon oxidised isolating layer (13), a gate electrode layer (19), emitter layer (14) and a pyrex substrate (17) are added. The pyramid shaped emitter (18) is formed by removing the actual silicon substrate. The gate electrode layer is formed by coating with a photo resist material followed by etching. ADVANTAGE - Excellent reproducibility of form. Allows precision control of spacing between gates and emitters. Avoids additional thickening of cathode construction while achieving high productivity.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Feldemissions-Katho denaufbau, ein Verfahren zur Herstellung desselben, und eine die Kathode einsetzende Flachtafel- bzw. Flachschirm-Anzeige einrichtung.This invention relates to a field emission Katho construction, a process for producing the same, and a the flat panel or flat screen display inserting the cathode Facility.

In den letzten Jahren hat die fortgeschrittene Technologie der Herstellung von Si-Halbleitern erheblich zur Entwicklung von Kathodenstrukturen bzw. Kathodenaufbauten des Feldemissi onstyps und zum Einsatz dieser Kathoden in ultraschnellen Mi krowellenbauelementen, Leistungsbauelementen, Elektronen strahl-Bauelementen, Flachschirm-Anzeigeeinrichtungen usw. beigetragen. Ein typisches Beispiel einer Kathode ist in "Journal of Applied Physics", Vol. 47, Nr. 12, Dezember 1976, Seiten 5248 bis 5263, Verfasser C.A. Spindt u. a., beschrie ben.In recent years, advanced technology the production of Si semiconductors significantly for development of cathode structures or cathode structures of the Feldemissi type and for the use of these cathodes in ultra-fast Mi Crown components, power components, electrons beam components, flat screen display devices etc. contributed. A typical example of a cathode is in "Journal of Applied Physics", Vol. 47, No. 12, December 1976, Pages 5248 to 5263, author C.A. Spindt u. a., described ben.

Der dort beschriebene Feldemissions-Kathodenaufbau, wie er in den Fig. 9(a), 9(b) und 9(c) vorliegender Anmeldungsunter lagen gezeigt ist, wird dadurch hergestellt, daß auf einem Si-Einkristall-Substrat 1 eine SiO₂-Schicht 2 als isolierende Schicht mit Hilfe eines Abscheidungsverfahrens wie etwa eines chemischen Dampfabscheidungsverfahren (CVD) ausgebildet wird, danach auf dieser eine Mo-Schicht 3, die dazu bestimmt ist, als Gateelektrodenschicht zu dienen, beispielsweise mit Hilfe eines Elektronenstrahl-Vakuum-Abscheidungsverfahrens herge stellt wird, ein kleines Loch (Pinhole) 5 mit einem Durchmes ser von ungefähr 1,5 µm durch die Schichten 2 und 3 hindurch mit Hilfe eines Ätzvorgangs gebohrt wird, dann mit Hilfe ei ner Vakuum-Abscheidung eine Al-Schicht 4, die dazu bestimmt ist, als eine Trennschicht zu wirken, ausgebildet wird (Fig. 9(a)), darauf ein Metall wie etwa Mo, das zur Bildung eines Emitters bestimmt ist, beispielsweise mit Hilfe einer Elek tronenstrahl-Vakuum-Abscheidung, vakuum-abgeschieden wird, während das Si-Einkristall-Substrat 1 in Drehung gehalten wird, um hierdurch eine konische Anhäufung von Mo innerhalb des kleinen Lochs 5 unter Ausnutzung der Erscheinung hervor zurufen, daß der Durchmesser des kleinen Lochs 5 proportional konvergiert bzw. kleiner wird, während die Abscheidung von Mo fortschreitet (Fig. 9(b)), und schließlich ein konischer Emitter 7 dadurch endbearbeitet wird, daß die Al-Trennschicht 4 abgeschält und die Mo-Schicht 6 entfernt wird (Fig. 9(c)). . The described there field emission cathode structure as present in the Figure 9 (a), 9 (b) and 9 (c) application is shown were, is produced by the fact that on a Si single crystal substrate 1, a SiO ₂ - Layer 2 is formed as an insulating layer by means of a deposition process such as a chemical vapor deposition (CVD) process, after which an Mo layer 3 , which is intended to serve as a gate electrode layer, is produced thereon, for example by means of an electron beam vacuum deposition process a small hole (pinhole) 5 with a diameter of approximately 1.5 μm is drilled through the layers 2 and 3 with the aid of an etching process, then with the aid of a vacuum deposition an Al layer 4 , which is intended for this purpose is to act as a separation layer is formed ( Fig. 9 (a)), thereon a metal such as Mo, which is intended to form an emitter, for example by means of an electron beam vacuum Abs separation, is vacuum-deposited while the Si single crystal substrate 1 is kept rotating, thereby causing a conical accumulation of Mo inside the small hole 5 by taking advantage of the phenomenon that the diameter of the small hole 5 converges proportionally becomes smaller as the deposition of Mo proceeds ( Fig. 9 (b)), and finally a conical emitter 7 is finished by peeling the Al separation layer 4 and removing the Mo layer 6 ( Fig. 9 (c) ).

Ein mit einem Kathodenaufbau arbeitendes elektronisches Ge rät, wie etwa eine Anzeigeeinrichtung mit flachem Bildschirm (Flachschirm-Anzeigeeinrichtung), wird dadurch hergestellt, daß ein Si-Einkristall-Substrat 1 mit einer Mehrzahl von der artigen, ihm überlagerten Kathoden mit vorbestimmtem Abstand gegenüber einer Glas-Schirmträger 8 angeordnet wird, auf dem sich eine fluoreszierende Schicht befindet, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. In dieser Darstellung bezeichnet A einen Bereich für die Ausbildung von Kathoden. Diese mit Feldemis sions-Kathoden arbeitende Flachschirm-Anzeigeeinrichtung un terscheidet sich von einer mit Flüssigkristallen arbeitenden Anzeigeeinrichtung dadurch, daß sie selbstleuchtend ist. Hierdurch wird die Notwendigkeit des Einsatzes einer Hinter grundbeleuchtung vermieden, so daß eine Leistungseinsparung zu erwarten ist. Aufgrund dieser Merkmale findet sie starke Beachtung.An electronic device working with a cathode structure, such as a flat panel display (flat panel display), is manufactured by making a Si single crystal substrate 1 having a plurality of the like superimposed cathodes at a predetermined distance from a glass -Shield support 8 is arranged, on which there is a fluorescent layer, as shown in Fig. 10. In this illustration, A denotes an area for the formation of cathodes. This flat screen display device working with field emission cathodes un differs from a display device working with liquid crystals in that it is self-luminous. This avoids the need to use backlighting, so that a performance saving can be expected. Because of these characteristics, it is very well received.

Das herkömmliche Verfahren zum Herstellen des Feldemissions- Kathodensystems, der durch dieses verfahren erhaltene Feld emissions-Kathodenaufbau und die mit derartigen Kathoden strukturen arbeitenden elektronischen Geräte besitzen jedoch die nachstehenden bedeutsamen Probleme.The conventional method of manufacturing the field emission Cathode system, the field obtained by this method Emission cathode structure and those with such cathodes However, electronic devices with structures work the significant problems below.

Erstens unterliegen die Höhe des Emitters und die Gestalt der Spitze des Emitters bei dem vorstehend beschriebenen, her kömmlichen Verfahren mit drehender Vakuum-Abscheidung der Ge fahr des Beständigkeits- bzw. Festigkeitsverlusts, da die Ausbildung des Emitters 7 innerhalb des kleinen Lochs (Nadel lochs) 5 unter Ausnutzung der Erscheinung der allmählichen Verringerung des Durchmessers des in die Mo-Schicht 3 einge bohrten kleinen Lochs 5 erzielt wird. Bei der durch dieses Verfahren erhaltenen Kathodengestalt wird damit eine Feld emission mit schlechter Gleichförmigkeit erzielt und keine scharfe Spitze des Emitters, die zur Verbesserung der Wirk samkeit bzw. des Wirkungsgrads der Feldemission notwendig ist, erzielt, so daß sich als Ergebnis Probleme, wie etwa die Verschlechterung der Wirksamkeit der Feldemission und des An wachsens der Leistungsaufnahme ergeben. Weiterhin führt die Tatsache, daß sowohl die Reproduzierbarkeit der Gestalt als auch die Ausbeutungsrate zu wünschen übrig lassen, zum Pro blem extrem hoher Herstellungskosten bei der Fertigung einer Vielzahl von Feldemissions-Kathodenstrukturen auf ein- und demselben Substrat.First, the height of the emitter and the shape of the tip of the emitter in the above-described conventional method with rotating vacuum deposition are subject to the risk of resistance or strength loss, since the formation of the emitter 7 within the small hole (pinhole) 5 taking advantage of the phenomenon of gradually reducing the diameter of the small hole 5 drilled into the Mo layer 3 . In the cathode shape obtained by this method, a field emission with poor uniformity is achieved and no sharp tip of the emitter, which is necessary to improve the effectiveness or the efficiency of the field emission, is achieved, so that problems such as the result Deterioration in the effectiveness of the field emission and the increase in power consumption. Furthermore, the fact that both the reproducibility of the shape and the rate of exploitation leave something to be desired leads to the problem of extremely high manufacturing costs in the production of a large number of field emission cathode structures on one and the same substrate.

Da die SiO₂-Isolierschicht durch ein CVD-Verfahren ausgebil det wird, steht zweitens der Abstand zwischen dem Gate und dem Emitter, von dem die Wirksamkeit der Feldemission in starkem Maße abhängt, einer genauen Steuerung entgegen und es fehlt der Größe der Feldemissionen, die die Vielzahl von Kathodenstrukturen jeweils erzeugen, an Gleichförmigkeit. Bei der Herstellung beispielweise einer Flachschirm-Anzeigeein richtung leiden die den einzelnen Kathodenstrukturen ent sprechenden Bildelemente an ungleichförmiger Leuchtkraft bzw. Helligkeit. Bei einer Flachschirm-Anzeigeeinrichtung ergibt sich aufgrund des geringen Verlusts an Beständigkeit bzw. Gleichförmigkeit des Abstands zwischen dem Gate und dem Emit ter sowie der Gestalt der Spitze des Emitters oftmals, daß sich das Verhältnis des Elektronenstroms zwischen dem Gate und dem Emitter bezüglich des Elektronenstroms zwischen der Anode und dem Emitter vergrößert. Per Elektronenstrom zwi schen dem Gate und dem Emitter erreicht zu Zeiten sogar bis zu 60% des gesamten elektrischen Stroms. Somit ergibt sich das Problem, daß der Wirkungsgrad der Lichtaussendung der den einzelnen Kathodenstrukturen entsprechenden Bildelemente (fluoreszierende Elemente) abnimmt und die Bildelemente gleichzeitig stark ungleichmäßige Helligkeit zeigen.Secondly, since the SiO ₂ insulating layer is formed by a CVD method, the distance between the gate and the emitter, on which the effectiveness of the field emission depends to a large extent, stands in the way of precise control and the size of the field emissions is lacking the plurality of cathode structures each produce uniformity. In the production of, for example, a flat screen display device, the picture elements corresponding to the individual cathode structures suffer from non-uniform luminosity or brightness. In a flat panel display device, due to the small loss in durability or uniformity of the distance between the gate and the emitter and the shape of the tip of the emitter, it often results that the ratio of the electron current between the gate and the emitter with respect to the electron current between the anode and the emitter enlarged. Electrons between the gate and the emitter sometimes even reach up to 60% of the total electrical current. The problem thus arises that the efficiency of the light emission of the picture elements (fluorescent elements) corresponding to the individual cathode structures decreases and the picture elements simultaneously show very uneven brightness.

Drittens erlegt die Größe des Si-Einkristall-Substrats Be schränkungen hinsichtlich der für die Erzeugung von Feld emissions-Kathodenstrukturen zu verwendenden Bereiche oder der Anzahl derartiger herzustellender Kathodenstrukturen auf und verschlechtert gleichzeitig die Ergiebigkeit der Katho denstrukturen. Dieser Umstand bedeutet, daß eine mit einer Mehrzahl von Kathodenstrukturen arbeitende Flachschirm-Anzei geeinrichtung hinsichtlich ihrer Größe beschränkt ist. Wei terhin ist die Flachschirm-Anzeigeeinrichtung aufgrund ihrer Natur auf den Einsatz des Si-Einkristall-Substrats als Teil des Gehäuses der Einrichtung angewiesen. Als Vakuum-Behälter ist das Gehäuse hinsichtlich seiner Stärke deutlich beein trächtigt. Insbesondere wenn die Größe des Bildschirms an wächst, läßt sich die geforderte Stärke des Gehäuses ledig lich mit zunehmenden Schwierigkeiten erreichen.Third, the size of the Si single crystal substrate Be Restrictions on field creation Areas to be used for emission cathode structures or the number of such cathode structures to be produced and at the same time worsens the productivity of the Katho the structures. This means that one with a A plurality of flat screen displays operating from cathode structures device is limited in size. Wei terhin is the flat screen display device due to their Nature on the use of the Si single crystal substrate as part the housing of the facility. As a vacuum container the thickness of the case is clearly affected is pregnant. Especially when the size of the screen is on grows, the required thickness of the housing can be single with increasing difficulties.

Viertens ist der kontinuierliche Verlauf zwischen dem Emitter und der Kathode entlang ihrer Grenzfläche unabhängig davon, ob dasselbe oder unterschiedliches Material für den Emitter und für die Kathode eingesetzt wird, unterbrochen, da der Emitter durch Beschichtung des Si-Einkristall-Substrats oder eines leitenden Substrats, das gleichzeitig als eine Kathode dient, hergestellt wird. Folglich tritt der Nachteil auf, daß sich der Emitter abschält und ein Verlust an Widerstandswert auftritt, und demzufolge Hitze möglicherweise bis zu einem Ausmaß erzeugt wird, bei dem der Emitter selbst beschädigt wird.Fourth, is the continuous course between the emitter and the cathode along its interface regardless whether the same or different material for the emitter and used for the cathode, because the Emitter by coating the Si single crystal substrate or of a conductive substrate that doubles as a cathode serves, is produced. Consequently, there is a disadvantage that the emitter peels off and a loss of resistance occurs, and consequently heat may reach up to one Extent is generated at which the emitter itself is damaged becomes.

Zur Beseitigung der Größenbeschränkungen und der Verbesserung der Festigkeit des Gehäuses könnte überlegt werden, das Si- Einkristall-Substrat fest auf einem Trägersubstrat wie etwa einem Glassubstrat aufzubringen. Die bloße Überlagerung bzw. Aufbringung führt aber zu einer größeren Dicke des Kathoden teils und ist bei elektronischen Bauelementen, die beispiels weise auf verringertes Gewicht und verringerte Dicke gerich tet sind, nicht angemessen. Der Ersatz des Si-Einkristalls- Substrats durch ein Glassubstrat beseitigt tatsächlich die vorstehend erwähnten Größenprobleme. Allerdings wird hierbei die Ausbildung einer leitenden Schicht auf dem Glassubstrat zur Sicherstellung der Aufrechterhaltung der Leitfähigkeit des Emitters benötigt. Somit kann bei der Ausbildung der SiO₂-Isolierschicht kein CVD-Verfahren eingesetzt werden, sondern es ist der Einsatz des Elektronenstrahl-Vakuum-Ab scheidungsverfahrens oder des Spratzverfahrens (spattering) notwendig. Allerdings nimmt die durch ein solches Verfahren erhaltene SiO₂-Isolierschicht eine porösere Struktur an und besitzt mehr kleine Löcher (Nadellöcher) als eine durch ein CVD-Verfahren erhaltene Schicht. Weiterhin leidet eine solche SiO₂-Isolierschicht an verstärkter fehlender Beständigkeit bzw. Genauigkeit im Abstand zwischen dem Gate und dem Emit ter, die die Wirksamkeit der Feldemission entscheidend be stimmt.To remove the size restrictions and improve the strength of the package, consideration could be given to firmly mounting the Si single crystal substrate on a support substrate such as a glass substrate. However, the mere superposition or application leads to a greater thickness of the cathode and is inadequate in electronic components, which are, for example, reduced weight and reduced thickness. Replacing the Si single crystal substrate with a glass substrate actually eliminates the size problems mentioned above. However, the formation of a conductive layer on the glass substrate is required to ensure that the conductivity of the emitter is maintained. Thus, no CVD process can be used in the formation of the SiO ₂ insulating layer, but the use of the electron beam vacuum deposition process or the spattering process is necessary. However, the SiO ₂ insulating layer obtained by such a process takes on a more porous structure and has more small holes (pinholes) than a layer obtained by a CVD process. Furthermore, such an SiO ₂ insulating layer suffers from an increased lack of resistance or accuracy in the distance between the gate and the emitter, which decisively determines the effectiveness of the field emission.

Weiterhin haften der mit den herkömmlichen Feldemissions-Ka thodengestaltungen arbeitenden Flachschirm-Anzeigeeinrichtung zusätzlich zu den vorstehend genannten Problemen im Zusammen hang mit der Herstellung der Kathodengestaltungen auch die nachstehenden Probleme an. Wenn Feldemissions-Kathodengestal tungen eingesetzt werden, ist die Energie des Elektronen strahl s trotz einer Erhöhung der zwischen die Kathode und die Anode angelegte Spannung auf ein Niveau auf ungefähr 100 V klein, verglichen mit derjenigen einer herkömmlichen C-Katho denstrahlröhre, und die fluoreszierenden Elemente sammeln elektrische Ladung an ihren Oberflächen möglicherweise bis zu einem solchen Ausmaß an, daß der Elektronenstrahl abgestoßen wird. Folglich tritt das Problem auf, daß Elektronen in die fluoreszierenden Elemente lediglich bis zu mehreren nm von ihren Oberflächen infiltrieren bzw. eindringen und die fluo reszierenden Elemente schlechten Emissionswirkungsgrad besit zen. Wenn die angelegte Spannung erhöht wird, verstärkt sich die Energie des Elektronenstrahls und die Wirksamkeit der Emission wird gefördert und es wird gleichzeitig in der Pra xis möglich, fluoreszierende Elemente einzusetzen, bei denen das Auftreten einer Helligkeitssättigung vermieden ist und die hervorragend hinsichtlich des Emissionswirkungsgrads sind. Die erhöhte Spannung bringt jedoch Probleme, wie etwa eine Ioni sierung von Verunreinigungsgas und ein hieraus folgendes Spratzen bzw. Spattern der Oberfläche der Kathode sowie einen Durchbruch der Isolierung zwischen dem Gate und der Kathode. Diese Umstände erzwingen das Anlegen einer Spannung, die nie driger ist als diejenige, die normalerweise bei einer C-Ka thodenstrahlröhre benutzt wird, so daß der tatsächlich er zielte Emissionswirkungsgrad niedriger ist als derjenige, der inhärent erzielbar wäre.Furthermore, the stick with the conventional field emission Ka flat screen display device in addition to the above problems together hang with the manufacture of the cathode designs problems below. When field emission cathode shape is used is the energy of the electron beam s despite an increase in between the cathode and the Anode applied voltage to a level around 100V small compared to that of a conventional C-Katho the ray tube, and collect the fluorescent elements electrical charge on their surfaces may be up to to such an extent that the electron beam is repelled becomes. As a result, there arises a problem that electrons enter the fluorescent elements only up to several nm from infiltrate or penetrate their surfaces and the fluo resisting elements have poor emission efficiency Zen. As the applied voltage is increased, it increases the energy of the electron beam and the effectiveness of the Emission is promoted and it is simultaneously in the Pra xis possible to use fluorescent elements in which the occurrence of brightness saturation is avoided and the are excellent in terms of emissions efficiency. The however, increased tension creates problems such as an ioni sation of contaminant gas and a consequent Spattering or spattering the surface of the cathode and a Breakthrough insulation between the gate and the cathode. These circumstances force the application of a voltage that never triger than the one that is normally used for a C-Ka test tube is used, so that he actually targeted emission efficiency is lower than that inherently achievable.

Als ein Weg zur Kompensation, sei es auch nur nominell, die ses Abfalls der Leuchtwirksamkeit kann ein Verfahren genannt werden, das in der Beschichtung der Oberfläche der fluores zierenden Plattenseite, die der für Beobachtung gedachten Plattenoberfläche gegenüberliegt, d. h. der fluoreszierenden Rückseite, mit Aluminium besteht, um hierdurch eine sogenann te metallische Rückseite zu erzeugen und eine Reflexion des auf die fluoreszierende Rückflächenseite auftreffenden Lichts durch die metallische Rückseite in Richtung zur Beobachtungs- Oberflächenseite zu ermöglichen. Dieses Verfahren hat breiten Einsatz bei den herkömmlichen C-Kathodenstrahlröhrengeräten gefunden. Der Einsatz dieser metallischen Rückseite erfordert jedoch das Anlegen einer hohen Spannung bis in den Bereich von 6000 V bis 8000 V hinein, um ein Hindurchdringen des Elektronenstrahls durch die Al-Schicht zu ermöglichen, und bringt demzufolge die vorstehend erwähnten Probleme des Sprat zens und des Durchbruchs der Kathode mit sich, und macht es weiterhin extrem schwierig, eine gegenseitige Isolation zwi schen der Anode und der Kathode aufrecht zu erhalten, da der zwischen ihnen befindliche Spalt so klein ist, daß er im Be reich von mehreren µm bis 1 mm liegt. As a way to compensate, even nominally, that This drop in luminosity can be called a process be that in the coating of the surface of the fluores decorative side of the plate, the one intended for observation Plate surface is opposite, d. H. the fluorescent Back, with aluminum, to create a so-called te metallic back and create a reflection of the light hitting the fluorescent back surface through the metallic back towards the observation Allow surface side. This procedure has wide Use with conventional C-cathode ray tube devices found. The use of this metallic back requires however, applying a high voltage to the range from 6000 V to 8000 V in order to penetrate the To allow electron beam through the Al layer, and consequently brings the problems of the Sprat mentioned above zens and the breakthrough of the cathode with it, and makes it continues to be extremely difficult, a mutual isolation between to maintain the anode and cathode since the gap between them is so small that it is in the loading ranges from several µm to 1 mm.

Wie vorstehend beschrieben, ergeben sich bei dem Verfahren zur Herstellung der herkömmlichen Feldemissions-Kathodenge staltung verschiedene Probleme, wie etwa eine Verschlechte rung und Ungleichmäßigkeit der Effizienz der Feldemission und eine geringe Ausbeutungsrate aufgrund der deutlichen Mängel hinsichtlich der Gestalt des Emitters, und zwar sowohl im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit als auch die Gleichför migkeit. Weiterhin ergeben sich gleichzeitig auch Probleme wie etwa die durch die Größe des Si-Einkristall-Substrats be gründete Beschränkung des Bereichs zur Erzeugung der Feld emissions-Kathodengestaltung und die unvermeidliche Benutzung des Si-Einkristall-Substrats als Teil des Gehäuses der Ein richtung.As described above, the process results in: for the production of the conventional field emission cathode cone design various problems, such as a deterioration and uneven efficiency of field emission and a low rate of exploitation due to the clear shortcomings regarding the shape of the emitter, both in Regarding the reproducibility as well as the equiv moderation. Problems also arise at the same time such as those by the size of the Si single crystal substrate established restriction of the area to generate the field Emission cathode design and the inevitable use of the Si single crystal substrate as part of the case of the one direction.

Im Hinblick auf die Verbesserung der Reproduzierbarkeit und Gleichförmigkeit der Gestalt des Emitters wurde von Sokolich u. a., (IEDM 90, Seiten 159 bis 162) ein Verfahren zum Anord nen gleichförmiger Spitzen auf einem Polysilizium-Substrat entwickelt, bei dem ein pyramidenförmiges Loch mit einer scharfen Bodenspitze in einem <100< Si-Einkristall-Substrat durch Ätzen ausgebildet wird, auf der Oberfläche des Lochs ein dünner Oxidfilm als Ätzbarriere hergestellt wird, nach folgend Polysilizium in dem Si-Schmelz- bzw. Gießwafer auf gebracht wird und ferner der Gießform-Wafer durch Ätzen ent fernt wird. Die auf diese Weise hergestellten Polysilizium- Spitzen werden beispielsweise mit Mo beschichtet, mit einem SiO₂-Film durch ein CVD-Verfahren überlagert, weiterhin mit einer Schicht aus Gittermetall beschichtet und schließlich als Feldemissionskathoden endbearbeitet.With a view to improving the reproducibility and uniformity of the shape of the emitter, Sokolich et al. (IEDM 90, pages 159 to 162) developed a method for arranging uniform tips on a polysilicon substrate in which a pyramid-shaped hole with a sharp bottom tip was developed is formed in a <100 <Si single-crystal substrate by etching, a thin oxide film is produced as an etching barrier on the surface of the hole, after which polysilicon is subsequently applied to the Si melting or casting wafer and further the casting mold wafer Etching is removed. The polysilicon tips produced in this way are coated with Mo, for example, overlaid with an SiO ₂ film by a CVD process, further coated with a layer of grid metal and finally finished as field emission cathodes.

Das von Sokolich u. a. vorgeschlagene Herstellungsverfahren besitzt jedoch die nachstehenden Probleme. Wenn die Form schicht eingesetzt wird, sind die Spitzen hinsichtlich Repro duzierbarkeit und Gleichförmigkeit deutlich verbessert, ver glichen mit denjenigen, die durch das vorstehend beschriebene Dreh-Dampfabscheidungsverfahren erhalten wurden. Jedoch ist die Schärfe der Spitzen noch nicht notwendigerweise als aus reichend zu bezeichnen. Da weiterhin der SiO₂-Film durch ein CVD-Verfahren hergestellt wird, trotzen die zwischen den Ga tes und den Emittern liegenden Spalte bzw. Spaltabstände ei ner Steuerung und erlauben keine einfache Verringerung. Somit ist es schwierig, diesen Film mit hoher Qualität herzustel len.However, the manufacturing method proposed by Sokolich et al has the following problems. When the molding layer is used, the tips are significantly improved in terms of reproducibility and uniformity compared with those obtained by the rotary vapor deposition method described above. However, the sharpness of the tips is not necessarily sufficient. Furthermore, since the SiO ₂ film is produced by a CVD process, the gaps or gap distances between the gates and the emitters defy a controller and do not allow easy reduction. It is therefore difficult to produce this film with high quality.

Ferner besitzt die mit einer herkömmlichen Feldemissions-Ka thodengestaltung arbeitende Flachschirm-Anzeigeeinrichtung selbst dann, wenn die mit dem Emitter zusammenhängenden Pro bleme gelöst werden, noch strukturelle Probleme, wie etwa schlechte Wirksamkeit der Emission (Helligkeit) der Bild elemente und erhebliche Ungleichmäßigkeit der Helligkeit.It also has a conventional field emission Ka Flat panel display device working on methodology even if the Pro related to the emitter bleme, structural problems, such as poor effectiveness of the emission (brightness) of the image elements and considerable unevenness in brightness.

Vorliegende Erfindung wurde zum Zwecke der Lösung der vorste hend beschriebenen, dem Stand der Technik anhaftenden Proble me geschaffen.The present invention was made the previous one for the purpose of solving it described problems which adhere to the prior art me created.

Eine Aufgabe vorliegender Erfindung besteht in der Bereit stellung eines Verfahrens zur Erzeugung eines Feldemissions- Kathodenaufbaus, das eine leichte Herstellung von Emittern mit hervorragender Reproduzierbarkeit und gestaltmäßiger Gleichförmigkeit erlaubt, eine genaue Steuerung der Abstände zwischen Gates und Emittern ermöglicht, eine einfache flä chenmäßige Vergrößerung des Bereichs zur Ausbildung von Emit tern ohne irgendeine zusätzliche Verdickung des Kathodenauf baus erlaubt und sehr große Produktivität bzw. Ergiebigkeit zeigt.It is an object of the present invention to be ready provision of a method for generating a field emission Cathode structure, which is an easy manufacture of emitters with excellent reproducibility and design Uniformity allows precise control of the distances between gates and emitters allows a simple flä Enlarged area for the formation of emit without any additional thickening of the cathode construction allowed and very high productivity or productivity shows.

Eine weitere Aufgabe vorliegender Erfindung besteht in der Schaffung eines Feldemissions-Kathodenaufbaus, der überlegene Effizienz und Gleichförmigkeit der Elektronenemission besitzt und weitaus ausreichende Stärke bzw. Festigkeit in dem Fall zeigt, daß er als Teil des Gehäuses der Einrichtung benutzt wird. Another object of the present invention is Creation of a field emission cathode assembly, the superior one Efficiency and uniformity of electron emission possesses and far sufficient strength in the case shows that it is used as part of the body of the device becomes.

Eine weitere Aufgabe vorliegender Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Feldemissions-Kathodenaufbaus, bei dem nachteilige Erscheinungen, wie etwa eine Abtrennung oder eine Verschlechterung nur geringfügig auftreten.Another object of the present invention is Providing a field emission cathode assembly in which adverse phenomena such as separation or Deterioration occurs only slightly.

Weiterhin besteht eine Aufgabe vorliegender Erfindung in der Schaffung einer Flachschirm-Anzeigeeinrichtung (Anzeigeein richtung mit flachem Bildschirm), die zur Verbesserung der Qualität des angezeigten Bilds durch Vergrößerung der Emissi onshelligkeit der Bildelemente bei gleichzeitiger Unterdrückung von Helligkeitsungleichmäßigkeiten zwischen den Bild elementen ausgelegt ist.Furthermore, it is an object of the present invention in Creation of a flat screen display device flat screen direction) to improve the Quality of the displayed image by enlarging the emissi brightness of the picture elements with simultaneous suppression of brightness unevenness between the images elements.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Feld emissions-Kathodenaufbaus ist dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt der Bereitstellung eines ersten Substrats mit einer scharfe Spitzen aufweisenden Löchern, einen Schritt der Ausbildung einer isolierenden Schicht auf der Oberfläche des Substrats einschließlich der Innenseiten der Löcher, einen Schritt der Ausbildung einer Emitter-Materialschicht auf der isolierenden Schicht unter Auffüllung des Inneren der Löcher mit der Emitter-Materialschicht, einen Schritt der Verbindung des ersten Substrats mit einem zweiten, durch ein strukturel les bzw. tragendes Substrat gebildeten Substrat derart, daß die Emitter-Materialschicht zwischen diesen liegt, einen Schritt der Entfernung des ersten Substrats mittels Ätzens, wodurch die isolierende Schicht freigelegt wird und gleich zeitig Vorsprünge, die mit dem das Innere der Löcher füllen den Teil des Emitter-Materials übereinstimmen, herausragen bzw. vorstehen können, einen Schritt der Ausbildung einer Ga te-Elektrodenschicht auf der freigelegten isolierenden Schicht und einen Schritt des Entfernens eines Teils der iso lierenden Schicht und der Gate-Elektrodenschicht für die Aus bildung eines Emitters aufweist.The inventive method for producing a field Emission cathode structure is characterized in that it a step of providing a first substrate of sharp pointed holes, a step of Formation of an insulating layer on the surface of the Substrate including the inside of the holes, one Step of forming an emitter material layer on the insulating layer filling the inside of the holes with the emitter material layer, a step of connection of the first substrate with a second, by a structure les or supporting substrate formed substrate such that the emitter material layer lies between them, one Step of removing the first substrate by means of etching, whereby the insulating layer is exposed and the same early projections that fill the inside of the holes the part of the emitter material match, protrude or can preside a step of the formation of a Ga te electrode layer on the exposed insulating Layer and a step of removing part of the iso layer and the gate electrode layer for the Aus has formation of an emitter.

Das erfindungsgemäße Feldemissions-Kathodensystem wird durch das vorstehend angegebene Herstellungsverfahren erhalten und ist dadurch gekennzeichnet, daß es ein strukturelles Substrat bzw. Trägersubstrat, eine Emitter-Materialschicht, die fest auf dem Trägersubstrat überlagert und mit vorspringenden Emittern mit einer scharfen Spitze versehen ist, eine isolie rende Schicht, die auf der Emitter-Materialschicht derart ausgebildet ist, daß die Spitzen der Emitter freiliegen, und eine Gate-Elektrodenschicht aufweist, die entlang bzw. über einstimmend mit der Gestalt der Emitter durch das Medium bzw. unter Zwischenlage der isolierenden Schicht ausgebildet und gleichzeitig mit Öffnungsbereichen versehen ist, die die Spitzen der Emitter umgeben.The field emission cathode system according to the invention is achieved by obtained the manufacturing process given above and is characterized in that it is a structural substrate or carrier substrate, an emitter material layer that solid overlaid on the carrier substrate and with projecting Emitter is provided with a sharp tip, an isolie rende layer that on the emitter material layer such is formed so that the tips of the emitters are exposed, and has a gate electrode layer running along or over in tune with the shape of the emitter through the medium or formed with the interposition of the insulating layer and is simultaneously provided with opening areas that the Surround the tips of the emitters.

Die Flachschirm-Anzeigeeinrichtung gemäß vorliegender Erfin dung ist mit einem Schirmträger mit einer fluoreszierenden Schicht und einer Anoden-Elektrodenschicht, die aufeinander folgend überlagert sind, sowie einer Feldemissions-Kathoden platte, die der fluoreszierenden Schicht gegenüberliegt und an eine Kathodenelektrodenschicht angepaßt ist, auf der Ka thoden-Elektrodenschicht ausgebildeten Emittern und einer Gate-Elektrodenschicht versehen, die zur Steuerung des Flus ses der von den Emittern abgegebenen Elektronen ausgelegt ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zweite fluoreszierende Schicht besitzt, die auf der Gate-Elektro denschicht um die Emitter herum und/oder in den Emitteröff nungsteilen der Gate-Elektrodenschicht ausgebildet ist.The flat screen display device according to the present invention is with a faceplate with a fluorescent Layer and an anode electrode layer that are on top of each other are superimposed below, and a field emission cathode plate opposite the fluorescent layer and is matched to a cathode electrode layer on the Ka thoden electrode layer trained emitters and one Gate electrode layer provided to control the flow ses of the electrons emitted by the emitters and is characterized in that it is a second has fluorescent layer on the gate electro layer around the emitter and / or in the emitter opening voltage parts of the gate electrode layer is formed.

Da die Isolierschicht beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Feldemissions-Kathodenaufbaus zunächst auf dem ersten, mit den Löchern versehenen Substrat ausgebildet und die Emitter-Materialschicht nachfolgend gebildet wird, können die Spalte bzw. Abstände zwischen den Gates und den Emittern mit hoher Genauigkeit gesteuert werden. Die Emitter entsprechen den Teilen des Emitter-Materials, die das Innere der im ersten Substrat ausgebildeten Löcher füllen. Wenn die Löcher vorab genau gebildet werden, können daher Emitter mit einer scharfen Spitze und überragender Höhe mit idealer Re produzierbarkeit erhalten werden. Wenn die isolierende Schicht aus einer thermisch oxidierten SiO₂-Schicht herge stellt wird, besitzen die Spitzen der erzeugten Emitter grö ßere Schärfe, da die SiO₂-Schicht in aufgequollenem bzw. ge triebenem Zustand auf den Innenwänden der Löcher ausgebildet ist. Diese Emitter sind hinsichtlich Wirksamkeit und Gleich förmigkeit der Feldemission deutlich verbessert. Da die Emit ter-Materialschicht auf dem ersten Substrat ausgebildet und mit der Trägerschicht verbunden wird und danach das erste, nicht länger benötigte Substrat aufgelöst und entfernt wird, kann eine Vielzahl von ersten Substraten mit darauf ausge bildeten Emittern integral auf einem Trägersubstrat herge stellt werden. Als Ergebnis kann die Fläche für die Erzeugung der Kathoden leicht vergrößert und gleichzeitig die Produk tivität des Kathodenaufbaus gefördert werden. Weiterhin kann die Dicke des Trägersubstrats klein gehalten werden.Since the insulating layer in the method according to the invention for producing the field emission cathode structure is first formed on the first substrate provided with the holes and the emitter material layer is subsequently formed, the gaps or distances between the gates and the emitters can be controlled with high accuracy. The emitters correspond to the parts of the emitter material that fill the interior of the holes formed in the first substrate. Therefore, if the holes are formed precisely beforehand, emitters with a sharp tip and a superior height with ideal reproducibility can be obtained. If the insulating layer is made of a thermally oxidized SiO ₂ layer, the tips of the emitters produced have greater sharpness, since the SiO ₂ layer is formed on the inner walls of the holes in a swollen or exaggerated state. These emitters are significantly improved in terms of effectiveness and uniformity of field emissions. Since the emitter material layer is formed on the first substrate and bonded to the carrier layer and then the first substrate that is no longer required is dissolved and removed, a multiplicity of first substrates with emitters formed thereon can be produced integrally on a carrier substrate. As a result, the area for producing the cathodes can be increased slightly and at the same time the productivity of the cathode structure can be promoted. Furthermore, the thickness of the carrier substrate can be kept small.

Da die zweite fluoreszierende Schicht bei der erfindungsgemä ßen Flachschirm-Anzeigeeinrichtung auf der Gate-Elektroden schicht um die Emitter herum und/oder in den Emitter-Öff nungsteilen der Gate-Elektrodenschicht ausgebildet wird, er möglichen die zwischen den Gates und den Kathoden fließenden Elektronenströme, die allgemein keinen Beitrag zur Lichtaus sendung leisten, eine effiziente Lichtaussendung durch die zweiten fluoreszierenden Schichten. Das auf diese Weise aus gesandte Licht wird durch die aus einer metallischen Substanz bestehenden Gates reflektiert. Die Gates erfüllen daher die Funktion einer metallischen Rückseite. Somit verbessert die ses Licht, das mit dem vom fluoreszierenden Material auf der Gate-Elektrodenschicht emittierten Licht und dem vom fluores zierenden Material auf dem Schirmträger emittierten Licht ge koppelt wird, die Wirksamkeit bzw. den Wirkungsgrad der Emis sion und die Helligkeit des emittierten Lichts. Wenn die zwi schen den Anoden und den Kathoden fließenden elektrischen Ströme ihrer Gleichförmigkeit aufgrund von Veränderungen der Abstände zwischen den Gates und den Kathoden und der Abstände zwischen den Kathoden und den Anoden beraubt werden, kann der mögliche Verlust an Gleichförmigkeit der gesamten Lichtmenge (Ungleichförmigkeit der Helligkeit der Bildelemente) durch das Licht verhindert bzw. kompensiert werden, das von der auf der Gate-Elektrodenschicht ausgebildeten fluoreszierenden Schicht ausgesandt wird.Since the second fluorescent layer in the invention ß flat screen display device on the gate electrodes layer around the emitter and / or in the emitter opening voltage parts of the gate electrode layer is formed, he possible those flowing between the gates and the cathodes Electron currents that generally make no contribution to light out provide efficient light emission by the second fluorescent layers. That way light is emitted by a metallic substance existing gates reflected. The gates therefore meet that Function of a metallic back. Thus, the This light, which with the fluorescent material on the Gate electrode layer emits light and that of fluores decorative material on the faceplate emitted light is coupled, the effectiveness or efficiency of the Emis sion and the brightness of the emitted light. If the two between the anodes and the cathodes flowing electrical Currents of their uniformity due to changes in the Distances between the gates and the cathodes and the distances between the cathodes and the anodes, the possible loss of uniformity in the total amount of light (Nonuniformity of the brightness of the picture elements) the light can be prevented or compensated by the on formed of the gate electrode layer fluorescent Layer is sent out.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:The invention is described below with reference to exemplary embodiments len described with reference to the drawings. Show it:

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung, die ein Verfahren zur Herstellung eines Feldemissions-Kathodenaufbaus gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung ver anschaulicht, Fig. 1 is a cross sectional view anschaulicht a method for producing a field emission cathode structure according to an embodiment of the present invention ver,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstel lung eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemä ßen Feldemissions-Kathodenaufbaus, Fig. 2 is a partially sectioned perspective illustration development of an embodiment of the inventive SEN field emission cathode structure,

Fig. 3 einen Querschnitt, in dem ein wesentlicher Teil eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Flach schirm-Anzeigeeinrichtung dargestellt ist, Fig. 3 shows a cross-section in which a substantial portion of screen display device is shown an embodiment of flat according to the invention,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Aufbaus eines wesent lichen Teils der in Fig. 3 gezeigten Flachschirm-An zeigeeinrichtung, Fig. 4 is a perspective view showing the construction of a pointing device Wesent effected portion shown in Fig. 3 Flat Screen An,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Aufbaus des wesentli chen Teils eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Flachschirm-Anzeigeeinrichtung, Fig. 5 is a perspective view showing the structure of the wesentli chen part of a further embodiment of the inventive flat panel display device,

Fig. 6 einen Querschnitt, in dem ein wesentlicher Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Flachschirm-Anzeigeeinrichtung dargestellt ist, Fig. 6 shows a cross-section in which an essential part is shown a further embodiment of the flat panel display device according to the invention,

Fig. 7 Querschnittsansichten zur Veranschaulichung eines Ver fahrens zur Herstellung einer Flachschirm-Anzeigeein richtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel vor liegender Erfindung, Fig. 7 are cross-sectional views for illustrating a driving Ver for manufacturing a flat panel Anzeigeein direction in accordance with another embodiment before opposed invention,

Fig. 8 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Elek tronenstrahl-Zeicheneinrichtung, bei der ein Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Feldemis sions-Kathodenaufbaus eingesetzt wird, Is a schematic representation of the structure of a Elek tronenstrahl-drawing device in which an off operation example is a Feldemis sions-cathode structure according to the invention employed. 8,

Fig. 9 Querschnittsansichten zur Veranschaulichung eines Ver fahrens zur Herstellung eines herkömmlichen Feldemis sions-Kathodenaufbaus, und Fig. 9 cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a conventional field emission cathode structure, and

Fig. 10 eine Darstellung, die zur Erläuterung des Aufbaus der herkömmlichen Flachschirm-Anzeigeeinrichtung dienlich ist. Fig. 10 is an illustration useful for explaining the structure of the conventional flat panel display device.

In Fig. 1 ist eine Darstellung gezeigt, die ein Verfahren zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsge mäßen Feldemissions-Kathodenaufbaus (bzw. Feldemissions-Ka thodengestaltung oder -struktur) veranschaulicht. Das Verfah ren zur Herstellung dieses Ausführungsbeispiels des Feldemis sions-Kathodenaufbaus wird nachstehend unter Bezugnahme auf diese Darstellung erläutert.In Fig. 1, a representation is shown which illustrates a method for producing an embodiment of a field emission cathode structure according to the invention (or field emission cathode design or structure). The method for producing this embodiment of the field emission cathode structure is explained below with reference to this illustration.

Zunächst wird ein Loch 12 mit einem spitz zulaufenden Boden in einem ersten Substrat 11 ausgebildet. Als ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Lochs kommt eine Methode, bei der ein anisotropes Ätzen eines Si-Einkristall-Substrats eingesetzt und die nachfolgend beschrieben wird in Betracht. Zuerst wird ein thermisch oxidierter Film aus SiO₂ mit einer Dicke von ungefähr 0,1 µm durch Trockenoxidation eines p-Si- Einkristall-Substrats mit einer (100)-Kristallebenenorientie rung ausgebildet und ein Abdecklack (Resist) wird mittels ei nes Schleuderbeschichtungsverfahrens auf diesen aufgebracht. Danach werden die resultierenden über lagerten Schichten Mu sterungsvorgängen wie etwa einer Belichtung und einer Ent wicklung mit Hilfe eines Schrittbearbeitungsgeräts oder Schrittbelichtungsgeräts derart unterzogen, daß Öffnungsteile mit jeweils einer quadratischen Fläche bzw. einer Seitenlänge von 1 µm ausgebildet werden. Der SiO₂-Film wird durch eine gemischte NH₄F·HF-Lösung geätzt. Durch anisotropes Ätzen mit einer wäßrigen Lösung mit 30 Gew.-% KOH nach Entfernung des Resists wird das Loch 12 mit der Gestalt einer umgekehrten Pyramide 12 mit einer Tiefe von 0,71 µm im Si-Einkristall- Substrat 11 ausgebildet, wie in Fig. 1(a) gezeigt ist.First, a hole 12 with a tapered bottom is formed in a first substrate 11 . As a method for producing such a hole, there is a method using anisotropic etching of a Si single crystal substrate, which will be described below. First, a thermally oxidized SiO _{2 film} having a thickness of about 0.1 µm is formed by dry oxidation of a p-Si single crystal substrate having a (100) crystal plane orientation, and a resist is applied thereon by means of a spin coating method upset. Thereafter, the resulting superimposed layers are subjected to patterning operations such as exposure and development using a step processing device or step exposure device such that opening parts each having a square area or a side length of 1 μm are formed. The SiO ₂ film is etched through a mixed NH ₄ F · HF solution. By anisotropic etching with an aqueous solution with 30% by weight KOH after removal of the resist, the hole 12 with the shape of an inverted pyramid 12 with a depth of 0.71 μm is formed in the Si single-crystal substrate 11 , as shown in FIG. 1 (a).

Danach wird der SiO₂-Film provisorisch unter Einsatz einer gemischen NH₄F)·HF-Lösung entfernt und eine thermisch oxi dierte Isolierschicht 13 aus SiO₂ wird auf dem Si-Einkri stall-Substrat 11 einschießlich des Inneren des Lochs 12 überlagert, wie in Fig. 1(b) veranschaulicht ist. Beim vor liegenden Beispiel wurde die thermisch oxidierte Isolier schicht 13 aus SiO₂ mit einer Dicke von 0,5 µm mit Hilfe ei nes Naßoxidationsverfahrens hergestellt. Wahlweise kann diese Isolierschicht 13 durch Abscheidung von SiO₂ mit Hilfe eines CVD-Verfahrens ausgebildet werden. Da die thermisch oxidierte Schicht aus SiO₂ eine dichte Beschaffenheit besitzt und eine leichte Steuerung ihrer Dicke erlaubt, und da weiterhin der Umstand, daß die thermisch oxidierte Schicht in einem aufge quollenen Zustand auf der Innenwand der Löcher ausgebildet wird, den Effekt der verbesserten Schärfe der Spitzen der Löcher mit sich bringt, wurde beim vorliegenden Ausführungs beispiel ein thermisch oxidierter Film als Isolierschicht eingesetzt und die Dicke dieses thermisch oxidierten Films im Bereich von 0,03 µm bis 0,8 µm unter gebührender Berücksich tigung der von der Isolierschicht auszuübenden Rolle und un ter der Bedingung, daß die Öffnungsteile eine Größe von 1 mm besitzen, gewählt. Selbstverständlich unterliegt diese Dicke Abänderungen in Abhängigkeit von der Größe der Öffnungsteile und der Größe der anzulegenden Spannung. Nachfolgend wird beispielsweise eine W-Schicht oder eine Mo-Schicht als Emit ter-Materialschicht 14 auf der vorstehend erwähnten thermisch oxidierten Schicht 13 aus SiO₂ ausgebildet. Die Emitter-Ma terialschicht 14 wird derart hergestellt, daß sie die Löcher 12 gründlich bzw. vollständig auffüllt und gleichzeitig eine Kontinuität bzw. kontinuierliche Verbindung der Löcher 12 mit den anderen Teilen erlaubt. Beim vorliegenden Ausführungsbei spiel wurde die Emitter-Materialschicht 14 mit einer Dicke von 2 µm mit Hilfe der Sputter-Technik (Spattering) herge stellt. Die Emitter-Materialschicht gemäß dieser Erfindung muß nicht stets die Rolle einer strukturellen Schicht bzw. Trägerschicht spielen. Im allgemeinen genügt daher eine Dicke der Emitter-Materialschicht 14 im Bereich von ungefähr 0,1 bis 5 µm. Weiterhin wurde eine leitende Schicht 15 aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) mit einer Dicke von beispielsweise 1 µm gleichfalls mit Hilfe der Sputter-Technik hergestellt. Abhängig von der Art der Substanz der Emitter-Materialschicht 14 kann diese leitende Schicht 15 auch entfallen. Wenn diese Schicht weggelassen wird, dient die Emitter-Materialschicht 14 zugleich auch als Kathodenelektrodenschicht.The SiO ₂ film is then provisionally removed using a mixed NH ₄ F). HF solution and a thermally oxidized insulating layer 13 made of SiO ₂ is superimposed on the Si single-crystal substrate 11 , including the interior of the hole 12 , as is illustrated in Fig. 1 (b). In the present example, the thermally oxidized insulating layer 13 was made of SiO ₂ with a thickness of 0.5 μm using a wet oxidation process. Optionally, this insulating layer 13 can be formed by the deposition of SiO ₂ using a CVD process. Since the thermally oxidized layer of SiO _{2 has} a dense nature and allows easy control of its thickness, and since the fact that the thermally oxidized layer is formed in a swollen state on the inner wall of the holes, the effect of the improved sharpness of Peaks of the holes brings with it, for example, a thermally oxidized film was used as the insulating layer in the present embodiment and the thickness of this thermally oxidized film in the range from 0.03 μm to 0.8 μm, taking due account of the role to be exercised by the insulating layer and un ter the condition that the opening parts have a size of 1 mm, selected. Of course, this thickness is subject to changes depending on the size of the opening parts and the size of the voltage to be applied. Subsequently, for example, a W layer or a Mo layer is formed as an emitter material layer 14 on the aforementioned thermally oxidized layer 13 made of SiO ₂ . The emitter material layer 14 is made in such a way that it fills the holes 12 thoroughly or completely and at the same time allows a continuity or continuous connection of the holes 12 with the other parts. In the present exemplary embodiment, the emitter material layer 14 with a thickness of 2 μm was produced using the sputtering technique (spattering). The emitter material layer according to this invention does not always have to play the role of a structural layer or carrier layer. A thickness of the emitter material layer 14 in the range of approximately 0.1 to 5 μm is therefore generally sufficient. Furthermore, a conductive layer 15 made of indium tin oxide (ITO) with a thickness of, for example, 1 μm was also produced using the sputtering technique. Depending on the type of substance of the emitter material layer 14 , this conductive layer 15 can also be omitted. If this layer is omitted, the emitter material layer 14 also serves as a cathode electrode layer.

Wenn in diesem Fall die Emitter-Materialschicht 14 und die Kathodenelektrode aus demselben einzigen Material gebildet werden, leidet der hierbei erhältliche Feldemissions-Katho denaufbau nur sehr gering unter Abtrennung und Verschlechte rung und besitzt ideale Qualität, da sie eine gemeinsame bzw. durchgehende Beschaffenheit teilen bzw. besitzen können.In this case, if the emitter material layer 14 and the cathode electrode are formed from the same single material, the field emission cathode structure available here suffers only very slightly from separation and deterioration and has ideal quality, since they share or have a common or continuous quality can own.

In der Zwischenzeit wird ein Pyrex-Glassubstrat 17 (1 mm stark), dessen Rückseite mit einer Aluminiumschicht 16 mit einer Dicke von 0,3 µm beschichtet ist, als strukturelles Substrat bzw. Trägersubstrat vorbereitet, das dazu bestimmt ist, ein zweites Substrat zu bilden. Das Glassubstrat 17 und das vorstehend erwähnte Si-Einkristall-Substrat 11 werden miteinander mit Hilfe bzw. unter Zwischenlage der Emitter- Materialschicht 14 verbunden, wie in Fig. 1(c) dargestellt ist. Für diese Verbindung kann die Technik der elektrosta tischen Adhäsion eingesetzt werden. Diese elektrostatische Adhäsionsmethode wird durch Anlegen eines elektrischen Felds mit einer Stärke von 50 bis 500 V bewirkt, wobei die Emitter- Seite als Pluspol und die Glassubstrat-Seite als Minuspol eingesetzt wird. Diese Methode trägt zur Verringerung des Ge wichts und der Dicke der herzustellenden Kathodeneinrichtung bei.In the meantime, a Pyrex glass substrate 17 (1 mm thick), the back of which is coated with an aluminum layer 16 with a thickness of 0.3 μm, is prepared as a structural substrate or carrier substrate, which is intended to form a second substrate . The glass substrate 17 and the above-mentioned Si single crystal substrate 11 are bonded to each other by means of the emitter material layer 14 , as shown in Fig. 1 (c). The technique of electrostatic adhesion can be used for this connection. This electrostatic adhesion method is brought about by applying an electrical field with a strength of 50 to 500 V, the emitter side being used as the positive pole and the glass substrate side as the negative pole. This method contributes to reducing the weight and the thickness of the cathode device to be manufactured.

Die Aluminiumschicht 16 auf der Rückseite des Glassubstrats 17 wird mit einer gemischten acidischen Lösung aus HNO₃·CH₃COOH·HF entfernt und es wird dann allein das Si-Ein kristall-Substrat 11 durch Ätzen mit einer gemischten wäßrigen Lösung aus Äthylendiamin, Pyrocatechin und Pyrazin (pyra zine) entfernt (Äthylendiamin : Pyrocatchin : Pyrazin Wasser = 75 cc : 12 g : 3 mg : 10 cc), um die thermisch oxidierte isolierende Schicht 13 aus SiO₂ freizulegen und gleichzeitig zu erreichen, daß die pyramidenförmigen Vor sprünge 18 des durch die thermisch oxidierte isolierende Schicht 13 aus SiO₂ abgedeckten Emitter-Materials hervor stehen, wie in Fig. 1(d) dargestellt ist. Die pyramiden förmigen Vorsprünge 18 entsprechen den Teilen des Emitter- Materials, die das Innere der Löcher 12 im Si-Einkristall- Substrat 11 füllen. Dann wird als Gate-Elektrodenschicht 19 beispielsweise eine W-Schicht auf der thermisch oxidierten isolierenden Schicht 13 aus SiO₂ entlang den Konturen der Vorsprünge 18 ausgebildet, die durch die thermisch oxidierte isolierende Schicht aus SiO₂ abgedeckt sind, wie dies in Fig. 1(e) dargestellt ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde die W-Schicht 19 mit einer Dicke von 0,5 µm durch ein Spratz- bzw. Sputterverfahren hergestellt. Ferner wird ein Photoresist 20 bis zu einem solchen Ausmaß ausgebildet, daß die Spitzen der durch die Gate-Elektrodenschicht 19 und die thermisch oxidierte isolierende Schicht 13 aus SiO₂ abgedeck ten Vorsprünge 18 geringfügig verdeckt sind. Beim vorliegen den Ausführungsbeispiel wurde der Photoresist 20 mit einer Dicke von ungefähr 0,9 µm mit Hilfe der Schleuderbeschich tungstechnik aufgebracht.The aluminum layer 16 on the back of the glass substrate 17 is removed with a mixed acidic solution of HNO ₃ .CH ₃ COOH. HF and the Si-Ein crystal substrate 11 is then removed by etching with a mixed aqueous solution of ethylenediamine, pyrocatechol and Pyrazine (pyra zine) removed (ethylenediamine: pyrocatchin: pyrazine water = 75 cc: 12 g: 3 mg: 10 cc) to expose the thermally oxidized insulating layer 13 made of SiO ₂ and at the same time to achieve that the pyramidal projections 18 des protrude through the thermally oxidized insulating layer 13 of SiO ₂ covered emitter material, as shown in Fig. 1 (d). The pyramid-shaped projections 18 correspond to the parts of the emitter material that fill the inside of the holes 12 in the Si single-crystal substrate 11 . Then, for example, a W layer is formed as the gate electrode layer 19 on the thermally oxidized insulating layer 13 made of SiO ₂ along the contours of the projections 18 , which are covered by the thermally oxidized insulating layer made of SiO ₂ , as is shown in FIG. e) is shown. In the present exemplary embodiment, the W layer 19 with a thickness of 0.5 μm was produced by an injection or sputtering process. Furthermore, a photoresist 20 is formed to such an extent that the tips of the projections 18 covered by the gate electrode layer 19 and the thermally oxidized insulating layer 13 made of SiO ₂ are slightly covered. In the present exemplary embodiment, the photoresist 20 was applied with a thickness of approximately 0.9 μm using the spin coating technique.

Der Photoresist 20 wird durch Trockenätzung mit Sauerstoff plasma derart entfernt, daß Spitzen 19a der Gate-Elektroden schicht 19 (einschießlich der Spitzen 13a der thermisch oxi dierten isolierenden Schicht 13 aus SiO₂) entlang bzw. bei den pyramidenförmigen Vorsprüngen 18 bis zu einer Tiefe von ungefähr 0,7 µm freigelegt sein können, wie dies in Fig. 1(f) veranschaulicht ist. Danach werden die Teile der Gate-Elek trodenschicht 19, die über den Spitzen 18a der pyramidenför migen Vorsprünge 18 liegen, durch Reaktions-Ionenätzen ent fernt, um die den Spitzen der pyramidenförmigen Vorsprünge 18 entsprechenden Teile der Gate-Elektrodenschicht 19 zu öffnen, wie es in Fig. 1(g) gezeigt ist.The photoresist 20 is removed by dry etching with oxygen plasma such that tips 19 a of the gate electrode layer 19 (including the tips 13 a of the thermally oxidized insulating layer 13 made of SiO ₂ ) along or in the pyramidal projections 18 to one Depth of about 0.7 µm can be exposed, as illustrated in Fig. 1 (f). Thereafter, the parts of the gate Elek trodenschicht 19 that lie above the tops 18 a of pyramidenför-shaped projections 18, by reaction ion etching ent removed in order to open the tips of the pyramid-shaped protrusions 18 corresponding portions of the gate electrode layer 19, as it is shown in Fig. 1 (g).

Nach der Entfernung des Photoresists 20 werden diejenigen Teile der thermisch oxidierten isolierenden Schicht 13 aus SiO₂, die die Spitzen 18a der pyramidenförmigen Vorsprünge 18 umgeben, selektiv durch Ätzen mit einer gemischen Lösung aus NH₄F·HF entfernt. Als Ergebnis werden Öffnungsteile bzw. -be reiche 19b der Gate-Elektrodenschicht 19 gebildet und gleich zeitig werden die Spitzen 18a der pyramidenförmigen Vorsprün ge 18 des Emitter-Materials freigelegt, um pyramidenförmige Kathoden oder Emitter herauswachsen zu lassen bzw. zu bilden, wie dies in Fig. 1(h) veranschaulicht ist.After removal of the photoresist 20 , those parts of the thermally oxidized insulating layer 13 made of SiO ₂ which surround the tips 18 a of the pyramidal projections 18 are selectively removed by etching with a mixed solution of NH ₄ F · HF. As a result, opening portions or -be-rich 19b of the gate electrode layer 19 is formed and at the same time the peaks 18 a of the pyramidal Vorsprün be ge 18 of the emitter material exposed to grow out by pyramid-shaped cathode or emitter respectively to form, as is illustrated in Fig. 1 (h).

Die Gestaltung des Feldemissions-Kathodenaufbaus, der beim vorstehend beschriebenen Herstellungsbeispiel erhalten wird, ist in Fig. 2 gezeigt. Hierbei ist in Fig. 2 der Fall darge stellt, daß die Ausbildung der leitenden Schicht 15 aus ITO (Indium-Zinn-Oxid) entfallen ist. Bei dem Feldemissions-Ka thodenaufbau wird die Emitter-Materialschicht 14, die zu gleich als eine Kathodenelektrodenschicht dient, so ausgebil det, daß sie in direkter Berührung auf dem Glassubstrat 17 gehalten wird, das als Trägersubstrat dient. Auf der Emitter- Materialschicht 14 sind die pyramidenförmigen Vorsprünge 18 integral als Emitter (beispielsweise als W-Emitter) ausgebil det. Die pyramidenförmigen Emitter 18 entsprechen den Teilen des Emittermaterials, das das Innere der im Si-Einkristall- Substrat 11 ausgebildeten Löcher 12 füllt. The configuration of the field emission cathode structure obtained in the manufacturing example described above is shown in FIG. 2. Here, the case is shown in Fig. 2 Darge assumed that the formation of the conductive layer 15 of ITO (indium tin oxide) is omitted. In the field emission cathode structure, the emitter material layer 14 , which also serves as a cathode electrode layer, is so formed that it is held in direct contact on the glass substrate 17 which serves as a support substrate. On the emitter material layer 14 , the pyramid-shaped projections 18 are integrally formed as an emitter (for example as a W emitter). The pyramid-shaped emitters 18 correspond to the parts of the emitter material that fills the interior of the holes 12 formed in the Si single-crystal substrate 11 .

Die pyramidenförmigen Emitter 18 sind mit der thermisch oxi dierten isolierenden Schicht 13 aus SiO₂ mit Ausnahme der Spitzen 18a abgedeckt, die dazu bestimmt sind, Elektronenaus stoßteile bzw. -entladungsbereiche zu bilden. Die W-Schicht, die dazu bestimmt ist, als Gate-Elektrodenschicht 19 zu die nen, wird durch das Medium bzw. unter Zwischenlage der ther misch oxidierten isolierenden Schicht 13 aus SiO₂ herge stellt. Die Gate-Elektrodenschicht 19 ist entlang der Kontur der pyramidenförmigen Emitter 18 gebildet und mit den Öff nungsteilen 19b versehen, die derart ausgebildet sind, daß sie die Spitzen 18a der Emitter 18 umgeben. Die Spitzen 18a der pyramidenförmigen Emitter 18 sind innerhalb der Öffnungen 19b der Gate-Elektrodenschicht 19 positioniert und dazu aus gelegt, Elektronen durch Feldemission über das Medium bzw. im Bereich der Öffnungsteile 19b abzugeben.The pyramid-shaped emitter 18 are covered with the thermally oxidized insulating layer 13 made of SiO ₂ with the exception of the tips 18 a, which are intended to form electron discharge parts or discharge areas. The W layer, which is intended to serve as the gate electrode layer 19 , is produced by the medium or with the interposition of the thermally oxidized insulating layer 13 made of SiO ₂ . The gate electrode layer 19 is formed along the contour of the pyramid-shaped emitter 18 and provided with the opening parts 19 b, which are designed such that they surround the tips 18 a of the emitter 18 . The tips 18 a of the pyramid-shaped emitter 18 are positioned within the openings 19 b of the gate electrode layer 19 and are designed to emit electrons by field emission via the medium or in the region of the opening parts 19 b.

Da die thermisch oxidierte isolierende Schicht 13 aus SiO₂ beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zunächst auf dem mit den Löchern 12 versehenen Si-Einkristall-Substrat 11 ausgebildet und nachfolgend die Emitter-Materialschicht 14 durch Abscheidung hergestellt wird, ermöglicht der Feldemis sions-Kathodenaufbau demzufolge eine genaue Steuerung der Spalte bzw. Abstände zwischen den Gates und den Emittern, verglichen mit dem herkömmlichen Feldemissions-Kathodenauf bau, bei dem die isolierende Schicht beispielsweise durch ein CVD-Verfahren hergestellt wird. Generell wird Si für die Feldemitter eingesetzt, das von Natur aus einem anisotropen Ätzen unterliegt. Der erfindungsgemäße Feldemissions-Katho denaufbau ist hinsichtlich des Emitter-Materials nicht auf Si beschränkt. Statt dessen ist auch der Einsatz unterschiedli cher Materialien wie etwa W möglich, die niedrige Austritts arbeit besitzen. Da die pyramidenförmigen Emitter 18 durch Auffüllung der im Si-Einkristall-Substrat 11 ausgebildeten Löcher 12 mit dem Emitter-Material hergestellt werden, können die Emitter 18, die an die Gestalt der Löcher 12 angepaßt sind, mit hoher Wiederholbarkeit bzw. Reproduzierbarkeit her gestellt werden. Da die Löcher 12 die Gestalt einer umgekehr ten Pyramide mit einem ideal spitz zulaufenden Boden aufgrund der hohen Wiederholbarkeit der Formgebung mittels anisotropem Ätzen und dem vollen Wachstum der thermisch oxidierten iso lierenden Schicht 13 aus SiO₂ innerhalb der Löcher 12 anneh men können, können die pyramidenförmigen Emitter 18 unfehlbar mit scharf zulaufenden Spitzen 18a hervorragend gleichförmi ger Höhe hergestellt werden.Since the thermally oxidized insulating layer 13 made of SiO ₂ in the exemplary embodiment described above is first formed on the Si single-crystal substrate 11 provided with the holes 12 and subsequently the emitter material layer 14 is produced by deposition, the field emission cathode structure consequently enables an accurate construction Control of the gaps or distances between the gates and the emitters compared to the conventional field emission cathode construction, in which the insulating layer is produced, for example, by a CVD method. Si is generally used for field emitters, which is inherently anisotropic. The field emission cathode construction according to the invention is not limited to Si with regard to the emitter material. Instead, it is also possible to use different materials, such as W, which have low work functions. Since the pyramid-shaped emitters 18 are produced by filling the holes 12 formed in the Si single-crystal substrate 11 with the emitter material, the emitters 18 , which are adapted to the shape of the holes 12 , can be produced with high repeatability or reproducibility . Since the holes 12 can take the shape of an inverted pyramid with an ideally tapering bottom due to the high repeatability of the shape by means of anisotropic etching and the full growth of the thermally oxidized iso lating layer 13 made of SiO ₂ within the holes 12 , the pyramid-shaped can Emitter 18 are infallibly made with sharply tapering tips 18 a outstandingly uniform height.

Die Emitter 18 dieser Qualität zeigen eine erhebliche Verbes serung der Wirksamkeit der Feldemission und deren Gleich förmigkeit und tragen im großen Umfang zur Verbesserung der Wirksamkeit bzw. des Wirkungsgrads und der Gleichförmigkeit unterschiedlicher elektronischer Geräte bei, bei denen ein Feldemissions-Kathodenaufbau eingesetzt wird. Da weiterhin bei dem erfindungsgemäßen Feldemissions-Kathodenaufbau die thermisch oxidierende Schicht 13 aus SiO₂ entlang der pyrami denförmigen Kontur der Emitter 18 ausgebildet wird, sind die Emitterteile mit Ausnahme der zur Elektronenaussendung die nenden Emitterspitzen elektrisch isoliert. Somit wird die Konzentration der elektrischen Felder auf die Spitzen ver größert, die Wirksamkeit der Feldemission verbessert und die Stabilität des Feldemissions-Betriebs gefördert.The emitters 18 of this quality show a significant improvement in the effectiveness of the field emission and their uniformity and contribute to a large extent to the improvement of the effectiveness or the efficiency and uniformity of different electronic devices in which a field emission cathode structure is used. Furthermore, since the thermally oxidizing layer 13 made of SiO _{2 is formed} along the pyramid-shaped contour of the emitters 18 in the field emission cathode structure according to the invention, the emitter parts are electrically insulated, with the exception of the emitter tips used to emit electrons. This increases the concentration of the electric fields on the tips, improves the effectiveness of the field emission and promotes the stability of the field emission operation.

Ferner kann eine Vielzahl von Si-Einkristall-Substraten 11 mit darauf ausgebildeten pyramidenförmigen Emittern 18 auf ein- und demselben Trägersubstrat 17 integriert werden, und zwar aufgrund des Verfahrens, das die Ausbildung der Emitter- Materialschicht 14 einschließlich der pyramidenförmigen Emit ter 18 auf dem Si-Einkristall-Substrat (erstes Substrat) 11, das Verbinden dieser Schicht 14 mit dem Trägersubstrat (Glas substrat) 17 und das nachfolgende Auflösen und Entfernen des nicht benötigten Si-Einkristalls umfaßt. Folglich kann die Fläche zur Ausbildung der Kathodenteile leicht vergrößert und es kann die Herstellung eines Feldemissions-Kathodenaufbaus mit großer Oberfläche erreicht werden. Da der nicht benötigte Si-Einkristall aufgelöst und entfernt und als Ergebnis die Emitter-Materialschicht 14 in den Zustand gebracht wird, bei dem sie dem Trägersubstrat 17 direkt (oder unter Zwischenlage der Leiterschicht 15) überlagert ist, leidet der erzeugte Feldemissions-Kathodenaufbau im Gegensatz zum herkömmlichen Kathodenaufbau nicht an einer Vergrößerung der Dicke. Somit können Kathodengestaltungen kleiner Dicke in einfacher Weise innerhalb eines großen Bereichs hergestellt werden, was an zeigt, daß die Produktivität der Feldemissions-Kathodenge staltungen verbessert und deren Anpassung an unterschiedliche elektronische Einrichtungen erreicht werden kann.Furthermore, a plurality of Si single-crystal substrates 11 with pyramid-shaped emitters 18 formed thereon can be integrated on one and the same carrier substrate 17 , due to the method that the formation of the emitter material layer 14 including the pyramid-shaped emitters 18 on the Si Single crystal substrate (first substrate) 11 , the connection of this layer 14 to the carrier substrate (glass substrate) 17 and the subsequent dissolution and removal of the unneeded Si single crystal. As a result, the area for forming the cathode parts can be slightly increased and the production of a field emission cathode structure with a large surface area can be achieved. Since the unneeded Si single crystal is dissolved and removed and, as a result, the emitter material layer 14 is brought into the state in which it is directly superimposed on the carrier substrate 17 (or with the interposition of the conductor layer 15 ), the field emission cathode structure produced in contrast suffers to the conventional cathode structure not due to an increase in thickness. Thus, cathode designs of small thickness can be easily manufactured within a wide range, indicating that the productivity of the field emission cathode designs can be improved and their adaptation to different electronic devices can be achieved.

Darüber hinaus trägt die genaue Steuerung der Spalte zwischen den Gates und den Emittern und die Verbesserung der Reprodu zierbarkeit der Gestalt der Emitter 18 zur Verhinderung der Elektronenströme zwischen den Gates und den Emittern bei. Die Emission von Elektronen kann daher mit hoher Wirksamkeit er reicht werden. Beispielsweise kann bei der Flachschirm-Anzei geeinrichtung die Effizienz der Emission von den den einzel nen Kathodenteilen entsprechenden Bildelementen erhöht und gleichzeitig die Ungleichförmigkeit der Helligkeit der Bilde lemente vermieden werden.In addition, the precise control of the gaps between the gates and the emitters and the improvement of the reproducibility of the shape of the emitters 18 contribute to the prevention of the electron currents between the gates and the emitters. The emission of electrons can therefore be reached with high efficiency. For example, in the case of the flat screen display device, the efficiency of the emission from the picture elements corresponding to the individual cathode parts can be increased and at the same time the non-uniformity of the brightness of the picture elements can be avoided.

Nachstehend wird nun eine Flachschirm-Anzeigeeinrichtung, bei der der gemäß vorstehend beschriebenem Ausführungsbeispiel erhaltene Feldemissions-Kathodenaufbau eingesetzt wird, ge nauer beschrieben.Below is a flat panel display device at that of the embodiment described above field emission cathode structure obtained is used, ge described in more detail.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Flachschirm-An zeigeeinrichtung 30 liegen sich das Glassubstrat 17, das eine Vielzahl von darauf ausgebildeten pyramidenförmigen Feldemis sions-Emittern 18 besitzt (im folgenden als "Kathodenplatte 21" bezeichnet) und ein Glas-Schirmträger 33 mit einer fluo reszierenden Schicht 31 und einer aus ITO (Indium-Zinn-Oxid) bestehenden transparenten Elektrodenschicht (Anoden-Elektro de) 32, die dem Glas-Schirmträger 33 aufeinanderfolgend über lagert sind, einander mit einem vorbestimmten Abstand gegen über, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, und bilden gemein sam ein Vakuum-Gehäuse. In the present embodiment of the flat screen display device 30 there are the glass substrate 17 , which has a plurality of pyramid-shaped field emission emitters 18 formed thereon (hereinafter referred to as "cathode plate 21 ") and a glass faceplate 33 with a fluorescent layer 31 and an ITO (indium tin oxide) consisting of a transparent electrode layer (anode electrode de) 32 , which are successively superimposed on the glass faceplate 33 , at a predetermined distance from one another, as shown in FIG. 3 , and together form a vacuum housing.

Auf der Kathodenplatte 21 sind die gleichzeitig als Kathoden- Elektroden dienenden Emitter-Materialschichten 14 und Gate- Elektrodenschichten 19 nach Art eines sich gegenseitig schneidenden Netzwerks angeordnet, wie dies in Fig. 4 darge stellt ist, und es sind Kathodenausbildungsbereiche 22, die zur Bildung einzelner Bildelemente bestimmt sind, jeweils an den Schnittstellenpunkten des Netzwerks angeordnet. Die Ka thodenausbildungsbereiche 22, die jeweils einem der Bildele mente entsprechen, sind mehrfach bzw. getrennt mit einer Vielzahl (beispielsweise 50) von pyramidenförmigen Emittern 18 versehen. Die auf dem Glas-Schirmträger 33 ausgebildeten fluoreszierenden Schichten 31 sind jeweils aus einer rot emittierenden Fluoreszenzschicht 31a, einer grün emittieren den Fluoreszenzschicht 31b und einer blau emittierenden Fluo reszenzschicht 31c zusammengesetzt, die jedem Bildelement entsprechen. Diese emittierenden Fluoreszenzschichten bzw. Emissions-Fluoreszenzschichten sind entsprechend den Katho denausbildungsbereichen 22 angeordnet. Die gefärbten fluores zierenden Schichten 31a, 31b und 31c sind so angeordnet, daß sie sich aufeinanderfolgend in der Horizontalrichtung wieder holen.On the cathode plate 21 , the emitter material layers 14 and gate electrode layers 19 , which simultaneously serve as cathode electrodes, are arranged in the manner of a mutually intersecting network, as shown in FIG. 4, and there are cathode formation regions 22 which are used to form individual ones Image elements are determined, each arranged at the interface points of the network. The cathode formation regions 22 , each of which corresponds to one of the image elements, are provided multiple or separately with a plurality (for example 50) of pyramidal emitters 18 . The fluorescent layers 31 formed on the glass screen support 33 are each composed of a red-emitting fluorescent layer 31 a, a green-emitting fluorescent layer 31 b and a blue-emitting fluorescent layer 31 c, which correspond to each picture element. These emitting fluorescent layers or emission fluorescent layers are arranged corresponding to the cathode formation areas 22 . The colored fluorescent layers 31 a, 31 b and 31 c are arranged so that they are successively retrieved in the horizontal direction.

Wenn die in vorstehender Weise aufgebaute Flachschirm-Anzei geeinrichtung 30 durch Anlegen einer Spannung von 30 V zwi schen den Gates und den Kathoden und einer Spannung von 200 V zwischen den Anoden und den Kathoden in Übereinstimmung mit einem Bildelementsignal betrieben wird, erzeugt sie ein Bild feiner bzw. hoher Qualität, das hinsichtlich der Lichthellig keit der Bildelemente überlegen ist und nur sehr gering an Ungleichförmigkeit der Helligkeit der Bildelemente leidet.When the flat panel display device 30 constructed as above is operated by applying a voltage of 30 V between the gates and the cathodes and a voltage of 200 V between the anodes and the cathodes in accordance with a picture element signal, it produces an image more finely or high quality, which is superior in terms of the brightness of the picture elements and suffers only very little from the non-uniformity of the brightness of the picture elements.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der Flachschirm-Anzeigeein richtung können unfehlbar Bilder mit überlegener Helligkeit emittierten Lichts und nur sehr geringer Beeinträchtigung durch Helligkeitsungleichmäßigkeit des emittierten Lichts er zeugt werden, da die in der Einrichtung verwendeten pyrami denförmigen Feldemitter 18 hinsichtlich der Formgenauigkeit und Formgleichmäßigkeit überlegen sind und gleichzeitig her vorragende Exaktheit bei der Steuerung der Spalte zwischen den Gates und den Emittern besitzen. Da die bei der Einrich tung verwendeten Feldemissions-Kathoden hinsichtlich der Wirksamkeit der Emission von Elektronen überlegen sind, tra gen sie weiterhin zur Verringerung des Leistungsverbrauchs der Einrichtung bei.In this embodiment of the flat screen display device, images with superior brightness emitted light and only very slight impairment due to brightness unevenness of the emitted light can be generated without fail, since the pyramidal field emitters 18 used in the device are superior in terms of shape accuracy and shape uniformity and at the same time have outstanding accuracy in controlling the gap between the gates and the emitters. Since the field emission cathodes used in the device are superior in the efficiency of electron emission, they further contribute to reducing the power consumption of the device.

Die einen Teil des Vakuum-Gehäuses (evakuiertes Gehäuse) bil dende Kathodenplatte 21 besitzt das Glassubstrat (Trägersub strat) 17 als seine Basis und besitzt daher eine Stärke, die ausreichend ist, einem hohen Grad von Vakuum bzw. Unterdruck zu widerstehen. Weiterhin kann die Flachschirm-Anzeigeein richtung leicht unter Ausbildung mit einem großen Bildschirm hergestellt werden, wenn eine Vielzahl von Si-Einkristall- Substraten 11 mit vorab darauf ausgebildeten Emittern 18 fest auf dem Glassubstrat 17 während der Kathodenherstellung auf gebracht werden. Selbst in diesem Fall kann das Glassubstrat ausreichende Festigkeit beibehalten.The part of the vacuum housing (evacuated housing) forming cathode plate 21 has the glass substrate (carrier substrate) 17 as its base and therefore has a strength sufficient to withstand a high degree of vacuum. Furthermore, the flat panel display device can be easily manufactured with formation with a large screen when a plurality of Si single crystal substrates 11 with emitters 18 formed thereon are fixed on the glass substrate 17 during the cathode production. Even in this case, the glass substrate can maintain sufficient strength.

Im folgenden wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 5 eine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung hergestellte Flachschirm-Anzeigeeinrichtung beschrieben.A flat screen display device produced according to a further exemplary embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG. 5.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der Flachschirm-Anzeigeein richtung 40 sind eine rot emittierende Fluoreszenzschicht 41a, eine grün emittierende Fluoreszenzschicht 41b und eine blau emittierende Fluoreszenzschicht 41c mehrfach bzw. ge trennt als zweite fluoreszierende Schichten auf der Gate- Elektrodenschicht 19 entsprechend einem relevanten Kathoden ausbildungsbereich 22 gebildet. Diese Fluoreszenzschichten 41a, 41b und 41c auf der Seite der Gate-Elektrodenschicht 19 sind jeweils hinsichtlich ihrer Farbe identisch mit den ge genüberliegenden fluoreszierenden Schichten 41a, 41b und 41c auf der Seite des Glas-Schirmträger 33. Die Fluoreszenz schichten 41a, 41b und 41c auf der Seite der Gate-Elektroden schicht 19 können beispielsweise durch die Aufspratz- bzw. Sputter- oder Spattertechnik hergestellt werden. Wenn die Größe jedes Bildelementes groß ist, kann sie durch ein Druck technikverfahren hergestellt werden. Der Aufbau der Flach schirm-Anzeigeeinrichtung 40 wird mit Ausnahme der vorstehen den Beschreibung als identisch mit demjenigen der vorstehend beschriebenen Flachschirm-Anzeigeeinrichtung 30 angenommen.In this exemplary embodiment of the flat screen display device 40 , a red-emitting fluorescent layer 41 a, a green-emitting fluorescent layer 41 b and a blue-emitting fluorescent layer 41 c are separated multiple times or as separate fluorescent layers on the gate electrode layer 19 in accordance with a relevant cathode formation area 22 formed. These fluorescent layers 41 a, 41 b and 41 c on the side of the gate electrode layer 19 are respectively in terms of their color identical to the ge genüberliegenden fluorescent layers 41 a, 41 b and 41 c on the side of the glass faceplate 33rd The fluorescence layers 41 a, 41 b and 41 c on the side of the gate electrode layer 19 can be produced, for example, by the sputtering or sputtering technique. If the size of each picture element is large, it can be produced by a printing technique. The structure of the flat screen display device 40 is assumed to be identical to that of the flat screen display device 30 described above, with the exception of the above description.

Wenn die gemäß vorstehender Beschreibung aufgebaute Flach schirm-Anzeigeeinrichtung 40 durch Anlegen einer Spannung von 30 V zwischen den Gates und den Kathoden und einer Spannung von 200 V zwischen den Anoden und den Kathoden in Überein stimmung mit einem Bildelementsignal betrieben wird, erzeugt sie ein Bild hervorragender Qualität, das weiterhin hinsicht lich der Helligkeit der Lichtemission seitens der Bildele mente überlegen ist und eine höchstens nur geringfügige Un gleichmäßigkeit der Helligkeit der Bildelemente besitzt.When the flat panel display device 40 constructed as described above is operated in accordance with a picture element signal by applying a voltage of 30 V between the gates and the cathodes and a voltage of 200 V between the anodes and the cathodes, it produces an image more excellent Quality that is still superior with regard to the brightness of the light emission on the part of the picture elements and has at most only a slight unevenness in the brightness of the picture elements.

Bei dem herkömmlichen Feldemissions-Kathodenaufbau beträgt der Entladestrom (Elektronenstrom) zwischen den Kathoden und den Anoden ungefähr 50% bis 80% des Entladestroms, der bei der herkömmlichen C-Kathodenstrahlröhre erhalten wird (wobei der größte Teil des restlichen Stromanteils zwischen den Gates und den Kathoden fließt. Wenn die gefärbten Fluores zenzschichten 41a, 41b und 41c vorab auch auf der Gate-Elek trodenschicht 19 wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Flachschirm-Anzeigeeinrichtung 40 ausgebildet werden, emittieren diese Schichten Licht effizient und das Licht wird durch die aus einem metallischen Material hergestellte Gate- Elektrodenschicht 19 selbst reflektiert. Folglich übernimmt die Gate-Elektrodenschicht 19 die Funktion einer metallischen bzw. metallisierten Rückseite. Die Einrichtung erreicht damit eine hohe Emissionswirksamkeit, da das von den Fluoreszenz schichten 41 auf der Gate-Elektrodenschicht 19 emittierte Licht und das von den fluoreszierenden Schichten 31 auf dem Schirmträger 33 emittierte Licht zusammenwirken. In the conventional field emission cathode construction, the discharge current (electron current) between the cathodes and the anodes is approximately 50% to 80% of the discharge current obtained in the conventional C-cathode ray tube (with the majority of the remaining current between the gates and the cathodes) flows. When the colored fluorescence zenzschichten 41 a, 41 b and 41c in advance on the gate Elek trodenschicht 19 as display means flat panel 40 are formed in the present embodiment of these layers emit light efficiently and the light is determined by the metal from a material 19 itself reflects gate prepared electrode layer. Consequently, takes over the gate electrode layer 19, the function of a metallic or metallized rear side. so that the apparatus achieves a high emission efficiency, because the layers 41 of the fluorescence on the gate electrode layer 19 emitted light and of the fluorescent ieren layers 31 on the faceplate 33 interact light emitted.

Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel der Flachschirm-Anzei geeinrichtung 40 wurde beschrieben, daß diese pyramidenför mige Kathoden gemäß vorliegender Erfindung benutzt. Die fluo reszierenden Schichten auf der Gate-Elektrodenschicht sind nicht auf diejenigen beschränkt, die bei dieser speziellen Einrichtung 40 eingesetzt werden. Die nach unterschiedlichen Herstellungsverfahren hergestellten Feldemissions-Kathoden können wirksam bei der Herstellung der in Rede stehenden Ein richtung eingesetzt werden. Insbesondere dann, wenn die her kömmlichen Kathoden, die gemäß dem in Fig. 9 veranschaulich ten Dreh-Vakuum-Abscheidungsverfahren hergestellt wurden und bei denen davon auszugehen ist, daß sie große Emissionsströme zwischen den Gates und den Kathoden erzeugen, eingesetzt wer den, zeigen die zweiten Fluoreszenzschichten auf der Gate- Elektrodenschicht ihre Wirkung noch augenfälliger.In the above embodiment of the flat panel display device 40 , it has been described that this pyramid-shaped cathode is used in the present invention. The fluorescent layers on the gate electrode layer are not limited to those used in this particular device 40 . The field emission cathodes produced by different manufacturing processes can be used effectively in the manufacture of the device in question. In particular, if the conventional cathodes which have been produced in accordance with the rotary vacuum deposition method illustrated in FIG. 9 and which are to be assumed to produce large emission currents between the gates and the cathodes, are shown in FIG second fluorescent layers on the gate electrode layer their effect even more striking.

Wenn der Emitter 7, der nach dem Verfahren der Dreh-Vakuum- Schrägabscheidung in dem kleinen Loch 5, das in die dem Si- Einkristall-Substrat 1 über lagerte isolierende Schicht 2 aus SiO₂ eingebracht ist, wie dies in Fig. 6 veranschaulicht ist, hergestellt ist, eingesetzt wird, ist die zweite Fluoreszenz schicht 41 auf der Gate-Elektrodenschicht angeordnet und um gibt das Loch 5. Wenn dieser Aufbau eingesetzt wird, läßt sich eine bevorzugte Emissionswirksamkeit erzielen, und eine Ungleichförmigkeit der Helligkeit der Bildelemente selbst dann vermeiden, wenn der Emitter 7 eingesetzt wird, der nach dem Verfahren der Dreh-Vakuum-Schrägabscheidung hergestellt ist, das starke Ungleichförmigkeiten der Abstände zwischen den Gates und den Emittern und der Formen der Emitter mit sich bringt und zur Vergrößerung der Emissionsströme zwischen den Gates und den Kathoden tendiert.When the emitter 7 , which is introduced into the small hole 5 by the process of rotary vacuum oblique deposition, which is introduced into the insulating layer 2 of SiO ₂ overlaid on the Si single-crystal substrate 1 , as illustrated in FIG. 6 , is produced, is used, the second fluorescence layer 41 is arranged on the gate electrode layer and surrounds the hole 5 . When this structure is used, preferable emission efficiency can be obtained, and nonuniformity in the brightness of the picture elements can be avoided even if the emitter 7 , which is produced by the rotary vacuum oblique deposition method, is used, the large nonuniformity in the distances between the gates and the emitters and the shapes of the emitters and tends to increase the emission currents between the gates and the cathodes.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 ein Verfahren zur Herstellung der Feldemissions-Kathoden zum Einsatz bei einer Flachschirm-Anzeigeeinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung beschrieben, bei der Fluoreszenzschichten auch in den Öffnungsbereichen von Emittern in der Gate-Elektrodenschicht ausgebildet sind.A method for producing the field emission cathodes for use in a flat screen display device according to a further exemplary embodiment of the present invention is described below with reference to FIG. 7, in which fluorescent layers are also formed in the opening regions of emitters in the gate electrode layer.

Zunächst wird auf einem Si-Substrat 51 eine isolierende Schicht 52 aus SiO₂ mit einer Dicke von 1,2 µm nach dem CVD- Verfahren hergestellt. Dann wird eine Mo-Schicht 53 mit einer Dicke von 0,5 µm auf der isolierenden Schicht 52 aus SiO₂ mit Hilfe des Elektrodenstrahl-Vakuum-Abscheidungsverfahrens aus gebildet. Ein Resist (Photolack) wird auf die Mo-Schicht 53 durch Schleuderbeschichtung aufgebracht und einer Musterung durch Belichtung mittels eines Elektronenstrahls unterzogen. Wenn der Resist entfernt ist, wird die Mo-Schicht 53 selektiv geätzt, um einen Öffnungsteil bzw. Öffnungsbereich 54 zu bil den. Nach vollständiger Entfernung des Resists wird die iso lierende Schicht 52 aus SiO₂ mit einer HF-Lösung geätzt, um ein Loch 55 in der isolierenden Schicht 52 aus SiO₂ zu bil den. Dann wird das Si-Substrat 51 parallel zur Oberfläche des Substrats gedreht und Aluminium wird durch Vakuum-Schrägab scheidung als eine trennende Schicht auf der Mo-Schicht 53 ausgebildet, um eine Aluminium-Schicht 56 zu bilden. Das bis lang beschriebene Verfahren ist in Fig. 7(a) veranschaulicht.First, an insulating layer 52 made of SiO ₂ with a thickness of 1.2 μm is produced on a Si substrate 51 by the CVD method. Then, an Mo layer 53 with a thickness of 0.5 μm is formed on the insulating layer 52 made of SiO ₂ by means of the electrode beam vacuum deposition method. A resist (photoresist) is applied to the Mo layer 53 by spin coating and subjected to patterning by exposure by means of an electron beam. When the resist is removed, the Mo layer 53 is selectively etched to form an opening portion 54 . After the resist is completely removed, the insulating layer 52 made of SiO _{2 is} etched with an HF solution in order to form a hole 55 in the insulating layer 52 made of SiO ₂ . Then, the Si substrate 51 is rotated parallel to the surface of the substrate, and aluminum is formed by vacuum oblique deposition as a separating layer on the Mo layer 53 to form an aluminum layer 56 . The process so far described is illustrated in Fig. 7 (a).

Dann wird das Si-Substrat 51 parallel zur Oberfläche des Sub strats gedreht und gleichzeitig Mo auf dem Si-Substrat 51 rechtwinklig hierzu mittels Elektronenstrahl-Vakuum-Abschei dung aufgebracht. Da die Mo-Schicht 57 nicht nur auf der Alu miniumschicht 56 und auf dem Si-Substrat 51, sondern auch auf den seitlichen Oberflächen der Aluminiumschicht 56 aufge bracht ist, nimmt der Durchmesser des Öffnungsbereichs 54 allmählich ab. Da der Bereich der Vakuum-Abscheidung von Mo auf dem Si-Substrat 51 innerhalb eines Lochs 55 kontinuier lich als Folge der Verringerung des Durchmessers abnimmt, wird auf dem Si-Substrat 51 ein konischer Emitter 58 aus Mo gebildet. Das bislang beschriebene Verfahren ist in Fig. 7(b) gezeigt. Then, the Si substrate 51 is rotated parallel to the surface of the substrate and at the same time Mo is applied to the Si substrate 51 at right angles thereto by means of electron beam vacuum deposition. Since the Mo layer 57 is brought up not only on the aluminum layer 56 and on the Si substrate 51 , but also on the side surfaces of the aluminum layer 56 , the diameter of the opening area 54 gradually decreases. Since the area of vacuum deposition of Mo on the Si substrate 51 within a hole 55 continuously decreases as a result of the reduction in diameter, a conical emitter 58 made of Mo is formed on the Si substrate 51 . The method described so far is shown in Fig. 7 (b).

Nachdem die Mo-Schicht 57 und die Aluminiumschicht (Al- Schicht) 56 entfernt sind (Fig. 7(c)), wird das aus Silizium bestehende Substrat 51 parallel zur Substratoberfläche ge dreht und gleichzeitig werden rote, grüne und blaue Fluores zenzschichten 59 in schräger Richtung, wie etwa in einem Win kel von 75° relativ zur Drehachse abgeschieden, und zwar mit tels Vakuum-Schrägabscheidung oder schrägem Sputtern, um den Öffnungsteil 54 anzuheben bzw. zu bilden. Hiermit ist die Ka thode des vorliegenden Ausführungsbeispiels vervollständigt. Das bislang beschriebene Verfahren ist in Fig. 7(d) gezeigt.After the Mo layer 57 and the aluminum layer (Al layer) 56 are removed ( Fig. 7 (c)), the silicon substrate 51 is rotated parallel to the substrate surface and at the same time red, green and blue fluorescent layers 59 in oblique direction, such as deposited in an angle of 75 ° relative to the axis of rotation, by means of vacuum oblique separation or oblique sputtering in order to raise or form the opening part 54 . This completes the method of the present exemplary embodiment. The method described so far is shown in Fig. 7 (d).

Die Flachschirm-Anzeigeeinrichtung, die mit der in vorstehend beschriebener Weise erhaltenen Kathodenplatte ausgestattet ist, ermöglicht eine wirksame Injektion bzw. Einbringung der Elektrodenströme zwischen den Gates und den Kathoden in die Fluoreszenzschichten 59, verglichen mit den vorstehenden Aus führungsbeispielen der Flachschirm-Anzeigeeinrichtung, bei denen die fluoreszierenden Schichten lediglich auf der Gate- Elektrodenschicht ausgebildet sind. Dies liegt darin begrün det, daß beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Fluores zenzschichten zusätzlich in den Öffnungsbereichen 54 der Gate-Elektrodenschicht (Mo-Schicht 53) ausgebildet sind. Wenn diese Flachschirm-Anzeigeeinrichtung durch Anlegen einer Spannung von 30 V zwischen den Gates und den Kathoden und ei ner Spannung von 200 V zwischen den Anoden und den Kathoden betrieben wird, erzeugt sie folglich ein Bild mit noch weiter verbesserter Qualität, das hohe Helligkeit der Bildelemente besitzt und äußerst geringfügige Helligkeitsungleichförmig keit zeigt.The flat screen display device, which is equipped with the cathode plate obtained in the manner described above, enables an effective injection or introduction of the electrode currents between the gates and the cathodes into the fluorescent layers 59 , compared with the above exemplary embodiments of the flat screen display device, in which the fluorescent layers are only formed on the gate electrode layer. This is due to the fact that, in the present exemplary embodiment, the fluorescent layers are additionally formed in the opening regions 54 of the gate electrode layer (Mo layer 53 ). Consequently, when this flat panel display device is operated by applying a voltage of 30 V between the gates and the cathodes and a voltage of 200 V between the anodes and the cathodes, it produces an image of still further improved quality, the high brightness of the picture elements possesses and shows extremely slight brightness non-uniformity.

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird nachstehend ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektronischen Ein richtung in Form einer Elektronenstrahl-Zeicheneinrichtung beschrieben.Another embodiment of the electronic device according to the invention in the form of an electron beam drawing device will be described below with reference to FIG. 8.

Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung der Elektronen strahl-Zeicheneinrichtung, bei der die gemäß der Beschreibung bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen hergestellten Feldemissions-Kathodengestaltungen eingesetzt werden. In der Darstellung bezeichnet das Bezugszeichen 61 eine Feldemissi ons-Kathode, die mit pyramidenförmigen Emittern versehen und gemäß der Beschreibung der vorhergehenden Ausführungsbeispie len hergestellt ist, das Bezugszeichen 62 einen Si-Wafer, 63 eine Stufe und 64 eine schockabsorbierende Basis. Der von der Feldemissions-Kathode 61 in das Innere eines bei hohem Evaku ierungsgrad (ungefähr 7×10^-8 Torr) gehaltenen Behälters 65 abgestrahlte Elektronenstrahl e wird mit Hilfe einer Elektro nenquelle-Treibereinrichtung 66 in Übereinstimmung mit einem Bildinformationssignal moduliert (Ein/Aus-Steuerung) und wei terhin durch eine Ablenkelektrode 67 in Übereinstimmung mit einem Zeicheninformationssignal in derselben Weise wie mit der Elektronenquelle-Treibereinrichtung 66 abgelenkt, um ein Muster auf dem Si-Wafer 62 zu zeichnen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine konvergierende elektromagneti sche Linse 68 eingefügt und wird durch eine Treibereinrich tung 69 für die elektromagnetische Linse gesteuert, um die Konvergenz des in vorstehender Weise ausgesandten Elektronen strahls e zu verbessern. Die Stufe 63 und die Ablenkelektrode 67 werden mittels einer Synchronisations-Steuereinrichtung 70 synchronisiert. Fig. 8 shows a schematic view of the electron beam drawing device, wherein the field emission cathode designs are used prepared as described in the above embodiments. In the illustration, reference numeral 61 denotes a field emission cathode, which is provided with pyramid-shaped emitters and is manufactured in accordance with the description of the preceding exemplary embodiments, reference numeral 62 denotes a Si wafer, 63 a step and 64 a shock-absorbing base. The electron beam e radiated from the field emission cathode 61 into the inside of a container 65 kept at a high degree of evacuation (about 7 × 10 ^-8 Torr) is modulated by an electron source driver 66 in accordance with an image information signal (on / off Control) and further deflected by a deflection electrode 67 in accordance with a drawing information signal in the same manner as with the electron source driver 66 to draw a pattern on the Si wafer 62 . In the present embodiment, a converging electromagnetic lens 68 is inserted and is controlled by a driver device 69 for the electromagnetic lens to improve the convergence of the electron beam e emitted in the above manner. The stage 63 and the deflection electrode 67 are synchronized by means of a synchronization control device 70 .

Bei der in vorstehend beschriebener Weise aufgebauten Elek tronenstrahl-Zeicheneinrichtung wird ein feines Muster auf dem Si-Wafer 62 durch Anlegen einer Spannung von 30 V an die Feldemissions-Kathode 61 gezeichnet, wodurch die Aussendung des Elektronenstrahls e und gleichzeitig die Ablenkung des Elektronenstrahls e und die Bewegung der Stufe 63 in Überein stimmung mit dem Zeicheninformationssignal bewirkt wird.In the electron beam drawing device constructed as described above, a fine pattern is drawn on the Si wafer 62 by applying a voltage of 30 V to the field emission cathode 61 , whereby the emission of the electron beam e and at the same time the deflection of the electron beam e and the movement of stage 63 is effected in accordance with the character information signal.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen Fälle dar, bei denen die erfindungsgemäßen Feldemissions-Ka thodengestaltungen bei einer Flachschirm-Anzeigeeinrichtung und einer Elektronenstrahl-Zeicheneinrichtung eingesetzt wer den. Diese stellen jedoch nicht die einzigen Einrichtungen dar, bei denen die erfindungsgemäßen Feldemissions-Kathoden gestaltungen in der Praxis anwendbar sind. Verschiedene an dere elektronische Einrichtungen, wie etwa ultraschnelle Mi krowelleneinrichtungen, Leistungseinrichtungen und Elektro nenstrahleinrichtungen erlauben in gleicher Weise einen effektiven Einsatz der erfindungsgemäßen Feldemissions-Ka thodengestaltungen.The exemplary embodiments described above represent Cases in which the field emission Ka according to the invention Methodology in a flat screen display device and who used an electron beam drawing device the. However, these are not the only facilities represent in which the field emission cathodes according to the invention designs are applicable in practice. Different ones their electronic devices, such as ultra-fast Mi equipment, power equipment and electrical equipment NEN beam devices allow one in the same way effective use of the field emission Ka according to the invention methodology.

Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht die Methode zur Her stellung der Feldemissions-Kathodengestaltung, die mit vor liegender Erfindung vorgestellt wird, eine stabile Produktion von Emittern, die hinsichtlich der Reproduzierbarkeit der Ge stalt und ihrer Gleichförmigkeit (beispielsweise Schärfe der Spitzen) überlegen sind, und erlaubt eine genaue Steuerung der Abstände zwischen den Gates und den Emittern. Damit kön nen Feldemissions-Kathodengestaltungen hoher Qualität mit hervorragender Wirksamkeit der Feldemission und durchgreifen der Unterdrückung der Ungleichförmigkeit der Wirksamkeit mit hoher Reproduzierbarkeit hergestellt werden. Da die Kathoden gestaltungen vergrößerte Bereiche für ihre Ausbildung einset zen können, ohne daß eine Vergrößerung der Dicke resultiert, tragen sie zur Verbesserung der Produktivität des die Erfin dung verkörpernden Vorgangs und gleichzeitig zur Realisierung einer effektiven Anpassung an unterschiedliche elektronische Einrichtungen bei. Ferner besitzt die erfindungsgemäße Feld emissions-Kathodengestaltung große Festigkeit, wenn sie als Teil des Gehäuses der Einrichtung eingesetzt wird, und kann daher geeignet beispielsweise bei der Flachschirm-Anzeigeein richtung eingesetzt werden. Mit der vorliegenden Erfindung wird die Helligkeit des von den Bildelementen ausgesandten Lichts gefördert und die Ungleichförmigkeit der Helligkeit der einzelnen Bildelementen unterdrückt.As described above, the method of manufacturing position of the field emission cathode design, with before lying invention is presented, stable production of emitters who are responsible for the reproducibility of Ge shape and their uniformity (e.g. sharpness of Tips) are superior, and allows precise control the distances between the gates and the emitters. So that high quality field emission cathode designs excellent effectiveness of field emission and crackdown suppressing the non-uniformity of effectiveness with high reproducibility. Because the cathodes uses larger areas for their training zen without increasing the thickness, they contribute to improving the productivity of the inven process and at the same time for realization an effective adaptation to different electronic Facilities at. The field according to the invention also has Emission cathode design great strength when used as a Part of the housing of the device is used, and can therefore suitable for example in the flat screen display direction. With the present invention the brightness of the emitted by the picture elements Promotes light and the non-uniformity of brightness of the individual picture elements suppressed.

Zusammenfassend werden Emitter dadurch hergestellt, daß eine thermisch oxidierte isolierende Schicht auf einem ersten, mit Löchern mit spitz zulaufendem Boden versehenen Substrat aus gebildet, eine Emitter-Materialschicht auf der thermisch oxi dierten isolierenden Schicht unter Auffüllung des Inneren der Löcher hergestellt, das erste Substrat mit einem durch ein Trägersubstrat gebildeten zweiten Substrat verbunden, das er ste Substrat durch Ätzung und unter Freilegung der thermisch oxidierten isolierenden Schicht und unter gleichzeitiger Er möglichung des Herausragens der Vorsprünge, die den das In nere der Löcher auffüllenden Teilen des Emitter-Materials entsprechen, entfernt, eine Gate-Elektrodenschicht auf der freigelegten thermisch oxidierten isolierenden Schicht ausge bildet und ein Teil der thermisch oxidierten isolierenden Schicht und der Gate-Elektrodenschicht entfernt wird, um die Spitzen der Vorsprünge freizulegen.In summary, emitters are manufactured in that a thermally oxidized insulating layer on a first, with Holes with a tapered bottom formed an emitter material layer on the thermal oxi dated insulating layer filling the interior of the Holes made the first substrate with one through one Carrier substrate formed connected second substrate, which he most substrate by etching and exposing the thermal oxidized insulating layer and with simultaneous Er Possibility of protruding protrusions that the In nere of the hole filling parts of the emitter material correspond, removed, a gate electrode layer on the exposed thermally oxidized insulating layer forms and part of the thermally oxidized insulating Layer and the gate electrode layer is removed to the Exposing tips of the ledges.

Claims

1. A method for producing a field emission cathode structure, comprising the steps:
Providing a first substrate with holes with a sharp tip,
Forming an insulating layer on the surface of the first substrate including the surface of the holes,
Producing an emitter material layer on the insulating layers while filling the inside of the holes with the emitter material,
Connecting the first substrate covered with the emitter material layer to a second substrate consisting of a carrier substrate with the intermediate layer of the emitter material layer,
Removing the first substrate from the interconnected substrates by etching to expose the insulating layer and to allow the protrusions, which consist of the emitter material filling the inside of the holes and carrying the insulating layer as a surface layer, to be possible,
Forming a gate electrode layer on the insulating layer including the protrusions, and removing the part of the insulating layer and the gate electrode layer on the tips of the protrusions, to thereby provide emitters with an exposed tip.

2. The method according to claim 1, characterized records that the insulating layer by thermi obtained oxidation of the surface of the first substrate becomes.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that a conductive layer on the Emitter material layer is formed.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the from the first and the second substrate existing unit by the Method of electrostatic adhesion is formed.

5. Field emission cathode assembly with
a carrier substrate ( 17 )
an emitter material layer ( 14 ) formed on the carrier substrate ( 17 ) and firmly connected to it, which is provided with at least one protruding emitter with a sharp tip,
an insulating layer ( 13 ) which is formed on the emitter material layer ( 14 ) such that the tip ( 18 a) of the emitter is exposed, and
a gate electrode layer ( 19 ) which is formed on the insulating layer along the contour of the emitter and is richly provided with an opening region surrounding the tip of the emitter.

6. Field emission cathode assembly according to claim 5, characterized in that the carrier substrate ( 17 ) is a glass substrate with a thickness of approximately 1 mm.

7. Field emission cathode structure according to claim 5 or 6, that the emitter material layer ( 14 ) and the or a cathodic layer consist of the same one material and have identical properties.

8. Flat screen display device with
a faceplate ( 33 ) on which a fluorescent layer ( 31 a, 31 b, 31 c) and an anode electrode layer are successively applied,
a field emission cathode plate ( 21 ) opposite the fluorescent layer and consisting of a cathode electrode layer,
formed on the cathode electrode layer emitters ( 18 ) and a gate electrode layer ( 19 ) which is designed to control the electrical currents emitted by the emitter (s), and
a second fluorescent layer ( 41 a, 41 b, 41 c) which are formed on the gate electrode layer ( 19 ) and / or in the emitter holes in the gate electrode layer.

9. A method of making a field emission cathode assembly, comprising the steps of:
Preparing a first substrate consisting of a single crystal material,
selective etching of the first substrate to form at least one hole with a sharp tip on the substrate surface,
Forming an oxide layer on the surface of the first substrate provided with the at least one hole, forming an emitter material layer of uniform thickness on the oxide layer while simultaneously filling the at least one hole with emitter material,
Providing a second carrier substrate consisting of a glass material,
Connecting the first substrate provided on its surface with the emitter material layer to the second carrier substrate with the interposition of the emitter material layer,
Etching away the first substrate consisting of the single crystal material from the unit consisting of the first and second substrates, thereby exposing the oxide layer in which at least one protrusion with a sharp tip is arranged,
Forming a gate electrode layer on the oxide layer,
Etching away the oxide layer and the gate electrode layer, whereby the tip of the emitter is exposed in at least one projection covered by the oxide layer and the gate electrode layer and an opening area is formed in the part of the gate electrode layer corresponding to the at least one projection, and
Etching away the oxide layer between the tip of the emitter and the gate electrode layer in the opening region of the gate electrode layer, as a result of which the emitter tip of the jump is exposed.

10. The method according to claim 9, characterized net through the step of training a senior Layer on top of the emitter material layer.

11. The method according to claim 9 or 10, characterized ge indicates that those from the first and the second substrate existing unit by the method of electrostatic adhesion is achieved.

12. A method of making a field emission cathode plate for use with a flat panel display device, comprising the steps of:
Forming an insulating layer consisting of SiO ₂ on a Si substrate,
Vacuum deposition of a gate material layer on the insulating layer,
selectively removing the gate material layer by etching, to thereby form a plurality of opening regions in the gate material layer,
Removing the insulating layer in the opening areas by etching to thereby form holes,
Rotating the Si substrate having the opening areas parallel to its surface and simultaneously vacuum depositing a metal separating layer on the surface of the gate layer in an oblique direction with a predetermined angle relative to the opening areas,
Rotating the substrate with the vacuum-deposited metal separating layer thereon parallel to its surface and simultaneous deposition of an emitter material layer perpendicular to the surface of the substrate by the method of electrode beam vacuum deposition, in order here through an emitter material layer on the surface of the metal separating layer to train and at the same time to form conical emitters in the holes,
Removing the metal separating layer and the emitter material layer from the substrate, and
Rotating the Si substrate with opening areas, which have emitters formed in the holes, about the axis perpendicular to its surface and at the same time depositing a fluorescent layer on it at a predetermined angle relative to the opening areas according to the method of vacuum oblique deposition or of oblique sputtering to thereby produce fluorescent layers such that they protrude concentrically from the peripheral regions of the opening areas.