DE60115110T2

DE60115110T2 - Elektronen emittierende Vorrichtung, Verfahren zu deren Herstellung und diese Vorrichtung verwendendes Anzeigegerät

Info

Publication number: DE60115110T2
Application number: DE60115110T
Authority: DE
Inventors: Shingo Tsurugashima-shi Iwasaki; Takashi Tsurugashima-shi Yamada; Takuya Tsurugashima-shi Hata; Takashi Tsurugashima-shi Chuman; Nobuyasu Tsurugashima-shi Negishi; Kazuto Tsurugashima-shi Sakemura; Atsushi Tsurugashima-shi Yoshizawa; Hideo Tsurugashima-shi Satoh; Takamasa Tsurugashima-shi Yoshikawa; Kiyohide Tsurugashima-shi Ogasawara
Original assignee: Pioneer Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2001-01-03
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2021-01-04
Also published as: US20010017369A1; DE60115110D1; EP1117118A1; US7095040B2; JP2001195973A; JP3874396B2; EP1117118B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronen emittierende Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronen emittierenden Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 17, sowie eine Anzeigevorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 30.
Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren sind in der GB-A-1,340,353 beschrieben, mit einer Elektronenquellenschicht und einer auf dieser Elektronenquellenschicht gebildeten Isolierschicht mit als Elektronen emittierender Abschnitt dienenden Inselbereichen sowie einer auf der Isolierschicht gebildeten Metalldünnfilmelektrode.
Als Flachbildschirmvorrichtung ist eine Feldemissionsanzeige (FED) mit Feldelektronen emittierenden Vorrichtungen bekannt. Eine der bekannten flachen Licht emittierenden Anzeigen benutzt eine Elektronen emittierende Anordnung des Kaltkathodentyps, bei welcher ein Heizen der Kathoden nicht erforderlich ist. Zum Beispiel wird gemäß dem Prinzip der Lichtemission in einer FED mit einer Kaltkathode des Spindt-Typs die Lichtemission durch Herausziehen von Elektronen in ein Vakuum durch eine von einer Kathode entfernt angeordneten Gatterelektrode und indem diese Elektronen mit einem auf einer transparenten Anode in der gleichen Weise wie bei einer CRT (Kathodenstrahlröhre) aufgebrachten Phosphor kollidieren erreicht, obwohl es einen Unterschied gibt, da die FED die Kaltkathode verwendet.
Diese Feldemissionsquelle hat jedoch ein Problem einer geringen Herstellungsfertigung, da sie eine große Anzahl von komplizierten Herstellungsprozessen für die winzigen Spindt-Kaltkathoden benötigt.
Es gibt auch Elektronen emittierende Vorrichtungen mit Metall-Isolatar-Metall (MIM) – Strukturen als Oberflächenelektronenquellen. Eine solcher Elektronen emittierenden Vorrichtungen des MIM-Typs hat einen Aufbau mit einer Al-Schicht, einer Al₂O₃-Isolierschicht mit einer Dicke von etwa 10 nm und einer Au-Schicht mit einer Dicke von etwa 10 nm, die nacheinander auf einem Substrat als eine Kathode gebildet sind. Wenn dieser Aufbau in einem Vakuum unter einer Gegenelektrode platziert wird und zwischen der unteren Al-Schicht und der oberen Au-Schicht zusammen mit dem Anlegen einer Beschleunigungsspannung an die Gegenelektrode eine Spannung angelegt wird, dann wir ein Teil der Elektronen von der oberen Au-Schicht emittiert und sie werden beschleunigt und kommen mit der Gegenelektrode in Kontakt. Bei dieser Licht emittierenden Vorrichtung wird die Lichtemission ebenfalls durch die auf das auf der Gegenelektrode aufgebrachte Phosphor prallenden Elektronen erzielt.
Die Menge der Elektronenemission ist jedoch selbst bei der Verwendung solcher Elektronen emittierender Vorrichtungen des MIM-Typs nicht ganz ausreichend. Um diese Emission zu verbessern, hatte man angenommen, dass es notwendig ist, die Filmdicke der herkömmlichen Al₂O₃-Isolierschicht um einige Nanometer zu reduzieren und der Filmqualität der ultradünnen Al₂O₃-Isolierschicht und der Zwischenschicht zwischen der Al₂O₃-Isolierschicht und der oberen Au-Schicht eine weitere Gleichmäßigkeit zu geben.
Es gab Versuche, die Elektronenemissionseigenschaften zu verbessern, wie beispielsweise bei einer zum Beispiel in der JP-A-7-65710 beschriebenen Erfindung, die ein Anodisierungsverfahren verwendet, bei welchem der Bildungsstrom so gesteuert wird, dass er die Filmdicke weiter reduziert und die Gleichmäßigkeit der Isolierschicht verbessert. Selbst mit einer solchen Elektronen emittierenden Vorrichtung des MIM-Typs, die gemäß diesem Verfahren hergestellt ist, war es jedoch nur möglich, einen Emissionsstrom von beispielsweise 1 × 10^–5 A/cm² und eine Elektronenemissionsleistung in der Größenordung von etwa 0,1% zu erreichen.
In einer Elektronen emittierenden Vorrichtung des MIM-Typs mit einer Isolierschicht von einigen zehn Nanometern bis einigen Mikrometern Dicke kann im Zweidimensionalen kein gleichmäßiger Ausbildungszustand erzielt werden, und es gibt ein Problem, dass ihre Elektronenemissionscharakteristik instabil ist. Im Allgemeinen ist eine MIM-Vorrichtung oder eine Elektronen emittierende Vorrichtung des MIM-Typs mit einer Isolierschicht von einigen zehn Nanometern bis einigen Mikrometern Dicke, so wie sie hergestellt wird, noch nicht in der Lage, eine Elektronenemission vorzusehen. Ein „Formierung" genannter Prozess ist erforderlich, bei dem eine Spannung zwischen ihr und der ohmschen Elektrode angelegt wird, sodass die Metalldünnfilmelektrode zu einem positiven Pol wird. Der Formierungsprozess unterscheidet sich von einem so genannten elektrischen Durchschlag, und er wurde noch nicht klar erklärt, obwohl es verschiedene Hypothesen gegeben hat, wie jene Versuche, ihn als die Diffusion von Elektrodenmaterial in die Isolierschicht; die Kristallisation innerhalb der Isolierschicht; das Wachstum von elektrisch leitenden Wegen, die als Drähte bezeichnet werden; die stöchiometrische Abweichung der Isolatorzusammensetzung und dergleichen zu erklären. Die Steuerbarkeit dieses Formierungsprozesses ist extrem gering, und es ist schwierig, die Vorrichtungen mit einer hohen Stabilität und einer guten Reproduzierbarkeit herzustellen. Außerdem gibt es eine Tatsache, dass die Wachstumsstellen solcher Formierungsorte über die Elektrodenfläche zufällig sind, sodass Ausgangspunkte einer Elektronenemission (Elektronenemissionsquelle) nicht bestimmt werden können. Mit anderen Worten können die Ausgangspunkte der Elektronenemission nicht homogen über die Oberfläche der Vorrichtung gebildet werden, was in einer schlechten Gleichförmigkeit des Elektronenemissionsmusters resultiert.
Außerdem gibt es als weitere Elektronen emittierende Vorrichtung eine Elektronen emittierende Vorrichtung mit Oberflächenleitung, bei welcher Elektronen emittierende Abschnitte bildende Risse in einem elektrisch leitenden Dünnfilm durch eine Elektrifizierung nach dem Schichten des elektrisch leitenden Dünnfilms zwischen die auf Isoliersubstraten vorgesehenen Gegenelektroden vorgesehen werden. Diese Risse sind die Abschnitte des elektrisch leitenden Dünnfilms, die lokal zerstört, umgewandelt oder verformt worden sind, sodass es Probleme gibt, dass sie eine Unebenheit und eine schlechte geometrische Reproduzierbarkeit hat, die Formen der Elektronen emittierenden Abschnitte auf lineare Formen beschränkt sind und dergleichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der Erfindung, welche in Anbetracht des obigen Hintergrundes entwickelt wurde, eine Elektronen emittierende Vorrichtung vorzusehen, die eine stabile Elektronenemission mit einer niedrigen Spannung vorsehen kann, und eine Anzeigevorrichtung wie beispielsweise eine Flachbildschirmvorrichtung mit solchen Elektronen emittierenden Vorrichtungen vorzusehen.
Eine Elektronen emittierende Vorrichtung der Erfindung weist eine Elektronenquellenschicht aus einem Metall, einer Metallverbindung oder einem Halbleiter, eine auf der Elektronenquellenschicht ausgebildete Isolierschicht sowie eine auf der Isolierschicht ausgebildete Metalldünnfilmelektrode auf, und emittiert Elektronen, wenn ein elektrisches Feld zwischen der Elektronenquellenschicht und der Metalldünnfilmelektrode angelegt wird, wobei die Isolierschicht wenigstens einen Inselbereich aufweist, der einen Elektronen emittierenden Abschnitt bildet, in welchem die Filmdicke der Isolierschicht allmählich reduziert ist, und wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Kohlebereich aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung entweder auf der Oberseite, dem Boden oder der Innenseite des Inselbereichs vorgesehen ist.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung sind die Metalldünnfilmelektrode und der Kohlebereich durch ein Verfahren eines physikalischen Abscheidungsverfahrens und eines chemischen Abscheidungsverfahrens abgeschieden.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung ist der Kohlebereich ein Dünnfilm, der auf dem Inselbereich oder der Metalldünnfilmelektrode abgeschieden ist.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung ist der Kohlebereich ein Dünnfilm, der auf dem Inselbereich abgeschieden wird, während eine Spannung zwischen der Elektronenquellenschicht und der Metalldünnfilmelektrode angelegt ist.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung wird die angelegte Spannung entsprechend einer Spannungsanlegeperiode intermittierend zugeführt, in welcher die Spannung steigt und fällt.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung ist der Kohlebereich in der Metalldünnfilmelektrode verteilt.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung ist der Kohlebereich ein Dünnfilm, der unter der Metalldünnfilmelektrode abgeschieden ist.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung ist der Kohlebereich ein Dünnfilm, der unter der Isolierschicht abgeschieden ist.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung reduziert sich die Dicke des Metalldünnfilms zusammen mit der Isolierschicht allmählich.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung reduziert sich die Dicke des Kohlebereichs zusammen mit der Isolierschicht allmählich.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung ist die Isolierschicht aus einem dielektrischen Material hergestellt und besitzt eine Dicke von zumindest 50 nm in Bereichen außer dem Inselbereich.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung endet die Metalldünnfilmelektrode auf der Isolierschicht innerhalb des Inselbereichs.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung endet die Isolierschicht auf der Elektronenquellenschicht innerhalb des Inselbereichs.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung ist der Inselbereich eine Vertiefung auf einer flachen Oberfläche der Metalldünnfilmelektrode und der Isolierschicht.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung ferner ein feines Partikel innerhalb des Inselbereichs auf.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung ferner innerhalb des Inselbereichs einen umgekehrt konisch zulaufenden Block auf, der in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat und an einem oberen Abschnitt davon herausragt und einen Überhang enthält, welcher in einer Richtung parallel zu dem Substrat herausragt.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronen emittierenden Vorrichtung gemäß der Erfindung weist auf:
einen Elektronenquellenschicht-Bildungsvorgang zum Ausbilden einer Elektronenquellenschicht aus einem Metall, einer Metalllegierung oder einem Halbleiter auf einem Substrat;
einen Maskenbildungsvorgang zum Ausbilden von Masken auf der Elektronenquellenschicht, wobei jede der Masken einen Schutz um einen Bereich herum vorsieht, in welchem die Masken die Elektronenquellenschicht berühren;
einen Isolierschicht-Bildungsvorgang zum Abscheiden einer Isolierschicht über der Elektronenquellenschicht und den Masken, um so die Isolierschicht als einen Dünnfilm eines Isolators vorzusehen, wobei die Isolierschicht Inselbereiche aufweist, in welchen eine Filmdicke der Isolierschicht sich in der Nähe der Berührungsbereiche der Masken allmählich reduziert; und
einen Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgang zum Ausbilden einer Metalldünnfilmelektrode über der Isolierschicht, wodurch die Inselbereiche als Elektronen emittierende Abschnitte ausgebildet werden,
wobei das Herstellungsverfahren gekennzeichnet ist durch einen Vorgang zum Vorsehen eines Kohlebereichs aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung in der Nähe der Inselbereiche.
In dem Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung weist das Verfahren ferner einen Maskenbeseitigungsvorgang zum Beseitigen der Masken unmittelbar nach dem Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgang auf, und wobei der Vorgang zum Vorsehen des Kohlebereichs unmittelbar nach dem Maskenbeseitigungsvorgang ausgeführt wird, wodurch der Kohlebereich als ein Dünnfilm ausgebildet wird, der über der Metalldünnfilmelektrode abgeschieden ist.
In dem Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung wird der Vorgang zum Vorsehen des Kohlebereichs durch Abscheiden des Kohlebereichs als ein Dünnfilm durchgeführt, während eine Spannung zwischen der Elektronenquellenschicht und der Metalldünnfilmelektrode angelegt wird.
In dem Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung wird die angelegte Spannung entsprechend einer Spannungsanlegeperiode, in welcher die Spannung steigt und fällt, intermittierend zugeführt.
In dem Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung weist das Verfahren ferner einen Maskenbeseitigungsvorgang zum Beseitigen der Masken unmittelbar nach dem Isolierschicht-Bildungsvorgang auf, und wobei der Vorgang zum Vorsehen des Kohlebereichs während des Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgangs durchgeführt wird, wodurch der Kohlebereich innerhalb der Metalldünnfilmelektrode verteilt wird.
In dem Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung wird der Vorgang zum Vorsehen des Kohlebereichs unmittelbar nach dem Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgang durchgeführt, wodurch der Kohlebereich als ein Dünnfilm ausgebildet wird, welcher über der Metalldünnfilmelektrode abgeschieden ist.
In dem Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung wird der Vorgang zum Vorsehen des Kohlebereichs unmittelbar vor dem Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgang durchgeführt, wodurch der Kohlebereich als ein Dünnfilm ausgebildet wird, welcher unter der Metalldünnfilmelektrode abgeschieden ist.
In dem Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung wird der Vorgang zum Vorsehen des Kohlebereichs unmittelbar vor dem Isolierschicht-Bildungsvorgang ausgeführt, wodurch der Kohlebereich als ein Dünnfilm ausgebildet wird, welcher unter der Isolierschicht abgeschieden ist.
In dem Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung weist das Verfahren ferner einen Maskenbeseitigungsvorgang zum Beseitigen der Masken unmittelbar nach dem Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgang auf, und wobei der Vorgang zum Vorsehen des Kohlebereichs unmittelbar nach dem Maskenbeseitigungsvorgang aus geführt wird, wodurch der Kohlebereich als ein Dünnfilm ausgebildet wird, welcher über der Metalldünnfilmelektrode abgeschieden ist.
In dem Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Spannung zwischen der Elektronenquellenschicht und der Metalldünnfilmelektrode unmittelbar nach zumindest einem des Vorgangs zum Vorsehen des Kohlebereichs, des Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgangs und des Maskenbeseitigungsvorgangs angelegt.
In dem Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung sind die Masken feine Partikel und der Maskenbildungsvorgang weist einen Schritt des Sprühens der feinen Partikel auf die Elektronenquellenschicht auf.
In dem Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung ist jede der Masken ein elektrisch isolierender, umgekehrt konisch zulaufender Block, welcher in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat nach außen ragt und einen Überhang in einem oberen Abschnitt davon aufweist, welcher in einer Richtung parallel zu dem Substrat herausragt, und wobei der Maskenbildungsvorgang die Schritte enthält:
Ausbilden einer Materialschicht für einen umgekehrt konisch zulaufenden Block auf dem Substrat;
Ausbilden einer Resistmaske darauf, welche es ermöglicht, dass zumindest ein Teil der Elektronenquellenschicht durch ein photolithographisches Verfahren belichtet wird; und
Ansätzen des umgekehrt konisch zulaufenden Blocks mit dem Überhang durch ein Trockenätzverfahren oder ein Nassätzverfahren.
In dem Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung werden die Isolierschicht, die Metalldünnfilmelektrode und der Kohlebereich durch ein physikalisches Abscheidungsverfahren oder ein chemisches Abscheidungsverfahren abgeschieden.
Eine Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf:
ein erstes Substrat und ein zweites Substrat, welche mit einem Vakuumraum dazwischen einander zugewandt sind;
mehrere Elektronen emittierende Vorrichtungen, welche auf dem ersten Substrat vorgesehen sind;
eine Kollektorelektrode, welche auf einer Innenseite des zweiten Substrats vorgesehen ist; und
eine Phosphorschicht, welche auf der Kollektorelektrode ausgebildet ist, wobei jede der Elektronen emittierenden Vorrichtungen eine Elektronenquellenschicht aus einem Metall, einer Metalllegierung oder einem Halbleiter, welche auf einer ohmschen Elektrode ausgebildet ist, eine Isolierschicht, welche auf der Elektronenquellenschicht ausgebildet ist, und eine Metalldünnfilmelektrode, welche auf der Isolierschicht ausgebildet ist, aufweist, wobei die Isolierschicht zumindest einen Inselbereich aufweist, welcher einen Elektronen emittierenden Abschnitt bildet, in dem die Filmdicke der Isolierschicht sich allmählich reduziert,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Kohlebereich aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung auf wenigstens einer Seite der Oberseite, des Bodens und der Innenseite des Inselbereichs vorgesehen ist.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung sind die Isolierschicht, die Metalldünnfilmelektrode und der Kohlebereich durch ein physikalisches Abscheidungsverfahren oder ein chemisches Abscheidungsverfahren abgeschieden.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung ist der Kohlebereich ein Dünnfilm, welcher auf dem Inselbereich oder der Metalldünnfilmelektrode abgeschieden ist.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung ist der Kohlebereich ein Dünnfilm, welcher auf dem Inselbereich abgeschieden wird, während eine Spannung zwischen der Elektronenquellenschicht und der Metalldünnfilmelektrode angelegt ist.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung wird die angelegte Spannung entsprechend einer Spannungsanlegeperiode, in welcher die Spannung steigt und fällt, intermittierend zugeführt.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung ist der Kohlebereich innerhalb der Metalldünnfilmelektrode verteilt.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung ist der Kohlebereich ein Dünnfilm, welcher unter der Metalldünnfilmelektrode abgeschieden ist.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung ist der Kohlebereich ein Dünnfilm, welcher unter der Isolierschicht abgeschieden ist.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung reduziert sich die Dicke der Metalldünnfilmelektrode allmählich zusammen mit der Isolierschicht.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung reduziert sich die Dicke des Kohlebereichs allmählich zusammen mit der Isolierschicht.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung ist die Isolierschicht aus einem dielektrischen Material hergestellt und besitzt eine Filmdicke von zumindest 50 nm in Bereichen außer dem Inselbereich.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung endet die Metalldünnfilmelektrode auf der Isolierschicht innerhalb des Inselbereichs.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung endet die Isolierschicht auf der Elektronenquellenschicht innerhalb des Inselbereichs.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung ist der Inselbereich eine Vertiefung auf einer flachen Oberfläche der Metalldünnfilmelektrode und der Isolierschicht.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung weist die Anzeigevorrichtung weiter ein feines Partikel innerhalb des Inselbereichs auf.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung weist die Anzeigevorrichtung ferner einen umgekehrt konisch zulaufenden Block innerhalb des Inselbereichs auf, welcher in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat nach außen ragt und einen Überhang in einem oberen Abschnitt davon aufweist, welcher in einer Richtung parallel zu dem Substrat herausragt.
In der Anzeigevorrichtung nach einem Aspekt der Erfindung sind Busleitungen über mehrere der Metalldünnfilmelektroden ausgebildet, und wobei die ohmschen Elektroden und die Busleitungen Elektroden sind, die jeweils eine Form eines Streifens haben und orthogonal zueinander angeordnet sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem obigen Aufbau ist in der Richtung, in welcher die Grenzfläche zwischen der Isolierschicht und der Metalldünnfilmschicht verläuft, ein Kohlebereich aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung entweder auf der Oberseite, dem Boden oder der Innenseite jeder von mehreren Inseln, in welchen die Filmdicken der Isolierschicht und der Metalldünnfilmelektrode jeweils allmählich reduziert sind, vorgesehen, sodass eine Elektronen emittierende Vorrichtung erzielt werden kann, bei welcher die Menge der von diesen Inselbereichen emittierten Elektronen vergrößert ist.
Außerdem treten gemäß der Elektronen emittierenden Vorrichtung der Erfindung, da die Isolierschicht eine große Filmdicke in dem Bereich außer den Inselbereichen besitzt, unwahrscheinlich Durchgangslöcher auf, was wiederum die Herstellungsleistung verbessert. Ferner kann die Elektronen emittierende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung als eine Hochgeschwindigkeitsvorrichtung wie beispielsweise eine Licht emittierende Quelle eines Pixelventils, eine Licht emittierende Quelle eines Elektronenmikroskops und ein mikroelektronisches Vakuumelement, usw. realisiert werden, und sie ist auch als Elektronen emittierende Diode des Oberflächentyps oder des Punkttyps, eine Elektronen emittierende Diode oder eine elektromagnetische Wellen im Millimeterbereich oder Untermillimeterbereich emittierende Laserdiode sowie ein Hochgeschwindigkeits-Schaltelement funktionsfähig.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Elektronen emittierenden Vorrichtung der Erfindung.
2 bis 8 sind vergrößerte Darstellungen eines Teils eines Vorrichtungssubstrats während der Fertigung gemäß einem Herstellungsverfahren der Elektronen emittierenden Vorrichtung der Erfindung.
9 ist eine vergrößerte Darstellungen eines Teils eines Vorrichtungssubstrats während einer Fertigung gemäß einem Herstellungsverfahren einer weiteren Elektronen emittierenden Vorrichtung der Erfindung.
10 bis 18 sind vergrößerte Darstellungen eines Teils von alternativen Elektronen emittierenden Vorrichtungen der Erfindung.
19 und 20 sind vergrößerte Perspektivdarstellungen eines Teils eines Vorrichtungssubstrats während einer Fertigung gemäß einem Herstellungsverfahren einer weiteren Elektronen emittierenden Vorrichtung der Erfindung.
21 ist eine vergrößerte Perspektivdarstellung einer weiteren Elektronen emittierenden Vorrichtung der Erfindung.
22 und 23 sind vergrößerte Perspektivdarstellungen des Vorrichtungssubstrats während einer Fertigung gemäß einem Herstellungsverfahren einer weiteren Elektronen emittierenden Vorrichtung der Erfindung.
24 ist eine vergrößerte Perspektivdarstellungen einer weiteren Elektronen emittierenden Vorrichtung der Erfindung.
25 ist eine grafische Darstellung der Veränderung des Diodenstroms Id, des Emissionsstroms Ie und des Wirkungsgrades der Elektronen emittierenden Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, aufgetragen gegen die Nummer der Wiederholung der Kohlefilmbildungsvorgänge.
26 ist eine grafische Darstellung der Veränderung des Diodenstroms Id, des Emissionsstroms Ie und des Wirkungsgrades einer Elektronen emittierenden Vergleichsvorrichtung, aufgetragen gegen die Nummer der Wiederholung der Elektrifizierungsvorgänge.
27 ist eine grafische Darstellung der Veränderung des Diodenstroms Id, des Emissionsstroms Ie und des Wirkungsgrades einer Elektronen emittierenden Vorrichtung des Ausführungsbeispiels, aufgetragen gegen die Dicke des Kohlefilms.
28 ist eine vergrößerte Perspektivdarstellung eines Teils eines Vorrichtungssubstrats während der Fertigung einer weiteren Elektronen emittierenden Vorrichtung der Erfindung.
29 ist eine vergrößerte Perspektivdarstellung des Teils einer weiteren Elektronen emittierenden Vorrichtung der Erfindung.
30 und 31 sind vergrößerte Perspektivdarstellungen eines Teils eines Vorrichtungssubstrats während der Fertigung gemäß einem noch weiteren Herstellungsverfahren einer Elektronen emittierenden Vorrichtung der Erfindung.
32 ist eine vergrößerte Perspektivdarstellung des Teils einer weiteren Elektronen emittierenden Vorrichtung der Erfindung.
33 ist eine schematische Perspektivdarstellung eines Teils eines Ausführungsbeispiels einer Flachbildschirmvorrichtung mit Elektronen emittierenden Vorrichtungen gemäß der Erfindung.
34 ist eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Teils des Ausführungsbeispiels einer Flachbildschirmvorrichtung mit Elektronen emittierenden Vorrichtungen entlang der Linie A-A von 33.
35 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Elektronen emittierenden Lichtemissionsvorrichtung gemäß der Erfindung.
36 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Elektronen emittierenden Lichtemissionsvorrichtung gemäß der Erfindung.
DETAlLLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
(Elektronen emittierende Vorrichtung)
Wie in 1 dargestellt, weist eine Elektronen emittierende Vorrichtung S der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel eine ohmsche Elektrode 11 aus Aluminium (Al), Wolfram (W), Titannitrid (TiN), Kupfer (Cu) oder Chrom (Cr), die über z.B. einem Glassubstrat 10 ausgebildet ist, eine darauf ausgebildete Elektronenquellenschicht aus einem Metall, einer Metallverbindung oder Silizium (Si), usw., eine darauf ausgebildete Isolierschicht 13 aus SiO_x (x = 0,1–2,0), usw., eine darauf ausgebildete Metalldünnfilmelektrode 15 aus z.B. Weißgold (Pt) oder Gold (Au), usw., und einen wenigstens über einen vertieften Abschnitt 14 ausgebildeten Kohlebereich aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung auf. Bezüglich des Materials des Kohlebereichs 40 sind Formen von Kohlenstoff, wie beispielsweise amorpher Kohlenstoff, Graphit, Carbin, Fulleren (C_2n), diamantartiger Kohlenstoff, Kohlenstoff-Nanorohr und Diamant, usw. oder Kohlenstoffverbindungen wie beispielsweise ZrC, SiC, WC und MoC, usw., effektiv.
Die Isolierschicht 13 ist aus dem dielektrischen Material gemacht, und ihre Dicke im flachen Abschnitt beträgt 50 nm oder mehr, was extrem groß ist. Diese Schicht wird durch ein Sputterverfahren unter der Verwendung von Ar-, Kr- oder Xe-Gas oder einer Kombination daraus oder einem gemischten Gas mit diesen Edelgasen als Hauptkomponente, der O₂ oder N₂ zugemischt ist, unter einer Sputterbedingung gebildet: Gasdruck = 0,1–100 mTorr, vorzugsweise 0,1–20 mTorr, und Wachstumsrate = 0,1–1000 nm/min, vorzugsweise 0,5–100 nm/min.
In der Isolierschicht 13 und der Metalldünnfilmelektrode 15 ist eine Vertiefung 14, d.h. ein Inselbereich 14, in dem die Filmdicke beider Filme zur Mittel allmählich reduziert ist, ausgebildet. Wie in 1 dargestellt, ist der Inselbereich 14 als ein kreisförmiger konkaver Bereich in der flachen Oberfläche der Metalldünnfilmelektrode 15 ausgebildet, und auf diesem Inselbereich 14 ist der Kohlebereich abgeschieden. Im Inselbereich 14 endet die Metalldünnfilmelektrode 15 auf der Isolierschicht 13 an einer Randposition A. Die Isolierschicht 13 endet ebenfalls innerhalb des Inselbereichs 14 auf der Elektronenquellenschicht 12 an einer Randposition B. Der Kohlebereich überdeckt die Metalldünnfilmelektrode 15, die Isolierschicht 13 und die Elektronenquellenschicht 12.
Bezüglich des Materials der Elektronenquellenschicht 12 der Elektronen emittierenden Vorrichtung ist Si besonders effektiv, es ist jedoch auch möglich, amorphes Silizium (a-Si), hydriertes amorphes Silizium (a-Si:H), in welchem die freien Bindungen des a-Si mit Wasserstoff (H) abgeschlossen sind, oder einen Verbindungshalbleiter wie beispielsweise hydriertes amorphes Siliziumcarbid (a-SiC:H), in dem ein Teil des Si durch Kohlestoff (C) ersetzt ist, oder hydriertes amorphes Siliziumnitrid (a-SiN:H), in dem ein Teil des Si durch Stickstoff (N) ersetzt ist, oder mit Bor, Gallium, Phosphor, Indium, Arsen oder Antimon dotiertes Silizium zu verwenden. Statt der Verwendung von Si können auch ein einzelner Halbleiter oder ein Verbindungshalbleiter aus der Gruppe IV, III-V oder II-VI, wie beispielsweise Germanium (Ge), Ge-Si, Siliziumcarbid (SiC), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP), Cadmiumselenid oder CuInTe₂, usw. für die Elektronenquellenschicht verwendet werden.
Metalle wie zum Beispiel Al, Au, Ag und Cu, usw. sind ebenfalls für das Material der Elektronenquellenschicht effektiv, aber es ist auch möglich Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Cd, Ln, Sn, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Tl, Pb, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu oder dergleichen zu verwenden.
Hinsichtlich des dielektrischen Materials der Isolierschicht 13 kann es, obwohl Siliziumoxid (SiO_x) (x stellt ein Atomverhältnis dar) besonders effektiv ist, ein Metalloxid oder ein Metallnitrid wie beispielsweise LiO_x, LiN_x, NaO_x, KO_x, RbO_x, CsO_x, BeO_x, MgO_x, MgN_x, CaO_x, CaN_x, SrO_x, BaO_x, ScO_x, YO_x, YN_x, LaO_x, LaN_x, CeO_x, PrO_x, NdO_x, SmO_x, EuO_x, GdO_x, TbO_x, DyO_x, HoO_x, ErO_x, TmO_x, YbO_x, LuO_x, TiO_x, ZrO_x, ZrN_x, HfO_x, HfN_x, ThO_x, VO_x, VN_x, NbO_x, NbN_x, TaO_x, TaN_x, CrO_x, CrN_x, MoO_x, MoN_x, WO_x, WN_x, MnO_x, ReO_x, FeO_x, FeN_x, RuO_x, OsO_x, CoO_x, RhO_x, IrO_x, NiO_x, PdO_x, PtO_x, CuO_x, CuN_x, AgO_x, AuO_x, ZnO_x, CdO_x, HgO_x, BO_x, BN_x, AlO_x, AlN_x, GaO_x, GaN_x, InO_x, SiN_x, GeO_x, SnO_x, PbO_x, PO_x, PN_x, AsO_x, SbO_x, SeO_x, TeO_x oder dergleichen sein.
Es ist für das dielektrische Material des Isolierfilms 13 auch effektiv, ein komplexes Metalloxid wie beispielsweise LiAlO₂, Li₂SiO₃, Li₂TiO₃, Na₂Al₂₂O₃₄, NaFeO₂, Na₄SiO₄, K₂SiO₃, K₂TiO₃, K₂WO₄, Rb₂CrO₄, Cs₂CrO₄, MgAl₂O₄, MgFe₂O₄, MgTiO₃, CaTiO₃, CaWO₄, CaZrO₃, SrFe₁₂O₁₉, SrTiO₃, SrZrO₃, BaAl₂O₄, BaFe₁₂O₁₉, BaTiO₃, Y₃Al₅O₁₂, Y₃Fe₅O₁₂, LaFeO₃, La₃Fe₂O₁₂, La₂Ti₂O₇, CeSnO₄, CeTiO₄, Sm₃Fe₅O₁₂, EuFeO₃, Eu₃Fe₅O₁₂, GdFeO₃, Gf₃Fe₅O₁₂, DyFeO₃, Dy₃Fe₅O₁₂, HoFeO₃, Ho₃Fe₅O₁₂, ErFeO₃, Er₃Fe₅O₁₂, Tm₃Fe₅O₁₂, LuFeO₃, Lu₃Fe₅O₁₂, NiTiO₃, At₂TiO₃, FeTiO₃, BaZrO₃, LiZrO₃, MgZrO₃, HfTiO₄, NH₄VO₃, AgVO₃, LiVO₃, BaNb₂O₆, NaNbO₃, SrNb₂O₆, KTaO₃, NaTaO₃, SrTa₂O₆, CuCr₂O₄, Ag₂CrO₄, BaCrO₄, K₂MoO₄, Na₂MoO₄, NiMoO₄, BaWO₄, NaWO₄, SrWO₄, MnCr₂O₄, MnFe₂O₄, MnTiO₃, MnWO₄, CoFe₂O₄, ZnFe₂O₄, FeWO₄, CoMoO₄, CoTiO₃, CoWO₄, NiFe₂O₄, NiWO₄, CuFe₂O₄, CuMoO₄, CuTiO₃, CuWO₄, Ag₂MoO₄, Ag₂WO₄, ZnAl₂O₄, ZnMoO₄, ZnWO₄, CdSnO₃, CdTiO₃, CdMoO₄, CdWO₄, NaAlO₂, MgAl₂O₄, SrAl₂O₄, Gd₃Ga₅O₁₂, InFeO₃, MgIn₂O₄, AlTiO₅, FeTiO₃, MgTiO₃, Na₂SiO₃, CaSiO₃, ZrSiO₄, K₂GeO₃, Li₂GeO₃, Na₂GeO₃, Bi₂Sn₃O₉, MgSnO₃, SrSnO₃, PbSiO₃, PbMoO₄, PbTiO₃, SnO₂-Sb₂O₃, CuSeO₄, Na₂SeO₃, ZnSeO₃, K₂TeO₃, K₂TeO₄, Na₂TeO₃, Na₂TeO₄ oder dergleichen oder ein Sulfid wie beispielsweise FeS, Al₂S₃, MgS oder ZnS, usw., ein Fluorid wie beispielsweise LiF; MgF₂ oder SmF₃, usw., ein Chlorid wie beispielsweise HgCl; FeCl₂ oder CrCl₃, usw., ein Bromid wie beispielsweise AgBr, CuBr oder MnBr₂, usw., ein Iodid wie beispielsweise PbI₂, CuI oder FeI₂, usw., oder ein Metalloxidnitrid wie beispielsweise SiAlON oder dergleichen zu verwenden.
Außerdem ist auch Kohlenstoff wie beispielsweise Diamant oder Fulleren (C_2n) oder ein Metallcarbid wie Al₄C₃, B₄C, CaC₂, Cr₃C₂, Mo₂C, MoC, NbC, SiC, TaC, TiC, VC, W₂C, WC oder ZrC, usw. effektiv. Fulleren (C_2n) ist ein kugelschalenartiges Molekül, das nur aus Kohlenstoffatomen aufgebaut ist, im Bereich von C₃₂ bis C₉₆₀, von denen C₆₀ das bekannteste ist. Das Suffix „x" an den obigen Termen wie beispielsweise „O_x" oder „N_x" stellt ein Atomverhältnis dar.
Die Dicke der Isolierschicht in dem flachen Abschnitt außer den Inselbereichen ist 50 nm oder größer, vorzugsweise von 100 nm bis 1000 nm.
Hinsichtlich des Materials der Metalldünnfilmelektrode 15 auf der Elektronen emittierenden Seite sind Metalle wie beispielsweise Pt, Au, W, Ru oder Ir effektiv, aber Be, C, Al, Si, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Ta, Re, Os, Tl, Pb, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb oder Lu, usw. können ebenso verwendet werden.
(Herstellungsverfahren der Elektronen emittierenden Vorrichtung)
Hinsichtlich des Filmbildungsverfahrens bei der Herstellung solcher Elektronen emittierender Vorrichtungen wird ein physikalisches oder chemisches Verfahren verwendet. Die physikalischen Verfahren sind als physikalische Dampfabscheidung (PVD) bekannt und enthalten ein Vakuumabscheidungsverfahren, ein Molekularstrahlepitaxieverfahren, ein Sputterverfahren, ein Ionendampfabscheidungsverfahren und ein Laserabriebverfahren. Die chemischen Verfahren sind als chemische Dampfabscheidung (CVD) bekannt und enthalten thermische CVD, Plasma-CVD und MOCVD (metall-organische chemische Dampfabscheidung), usw.. Von diesen Verfahren ist das Sputterverfahren besonders effektiv.
Der Inselbereich 14 von 1, welcher der durch den Kohlebereich 14 überdeckte konkave Abschnitt ist, wird in der folgenden Weise gebildet. Zuerst wird, wie in 2 dargestellt, die Elektronenquellenschicht 12 durch Sputtern auf dem Substrat 10 mit der darauf gebildeten ohmschen Elektrode 11 gebildet. Als nächstes werden mehrere sphärische feine Partikel 20 homogen auf die Elektronenquellenschicht gesprüht, wie in 3 dargestellt. Obwohl auch nicht-sphärische Formen der feinen Partikel, die als Masken dienen, die Erzielung der Elektronenemission erlauben, sind sphärische Partikel wie beispielsweise Abstandhalter für Flüssigkristallanzeigen oder Kugelmühlen mit einer isotropen Geometrie in Anbetracht ihrer Gleichmäßigkeit in Korngrenzen und ihrer homogenen Verteilung über den Film und ihrer fehlenden Aggregation bevorzugt. Außerdem ist eine kleinere Korngröße bevorzugt. Das Material der feinen Partikel kann ein Isolator, ein Halbleiter oder ein Metall sein. Wenn metallische feine Partikel verwendet werden, gibt es für die Partikel eine Möglichkeit, Kurzschlüsse in der Vorrichtung zu verursachen, sodass es bevorzugt ist, die Partikel nach der Ausbildung der Metalldünnfilmelektrode 15 zu entfernen.
Danach wird, wie in 4 dargestellt, ein Isolator 13, 13a auf der Elektronenquellenschicht 12 und auf den feinen Partikeln 20 gebildet, um eine Isolierschicht 13 aus einem Dünnfilm des Isolators zu bilden. An diesem Punkt wird der Isolator auch auf dem Bereich um den Kontakt zwischen der Elektronenquellenschicht 12 und dem Partikel 20 abgeschieden, wodurch der Teil der Isolierschicht gebildet wird, in dem die Filmdicke von der gegebenen Dicke der Isolierschicht 13 allmählich reduziert ist. Der Teil der Isolierschicht, in dem die Filmdicke allmählich reduziert ist, endet auf der Elektronenquellenschicht 12 an der Randposition B innerhalb des Inselbereichs 14.
Ein Metall 15, 15a wird dann über der Isolierschicht 13 und dem Partikel 20 abgeschieden, wie in 5 dargestellt, um die Metalldünnfilmelektrode 15 zu bilden. An diesem Punkt wird das Metall auch um den Kontaktabschnitt der Elektronenquellenschicht 12 und des Partikels 20 abgeschieden, wodurch der Teil des Metalldünnfilmelektrode gebildet wird, in welchem ihre Filmdicke von der gegebenen Dicke der Metalldünnfilmelektrode 15 allmählich reduziert ist. Der Teil der Metalldünnfilmelektrode 15, in dem die Filmdicke allmählich reduziert ist, endet auf der Isolierschicht 13 an der Randposition A. Das heißt, es gibt eine Grenze zwischen dem Partikel 20 und der Elektronenquellenschicht 12 oder der Metalldünnfilmelektrode 15, und die Filmdicken der Isolierschicht 13 und der Metalldünnfilmelektrode 15 werden von dieser Grenze zum Kontaktpunkt zwischen dem Partikel und der Elektronenquellenschicht 12 fortlaufend reduziert. Auf diese Weise wird der Inselbereich 14, der eine Vertiefung ist, in der Isolierschicht 13 und der Metalldünnfilmelektrode 15 um die Kontaktebene unter dem Partikel 20 gebildet.
Nach diesem Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgang werden die mehreren Partikel durch Ultraschallreinigung entfernt, sodass mehrere Inselbereiche 14 kreisförmiger Vertiefungen gebildet werden, wie in 6 dargestellt.
Wie in 7 und 8 dargestellt, wird ein Kohlebereich 40 als ein Dünnfilm über den Inselbereichen 14 und der Metalldünnfilmelektrode 15 nach dem Maskenentfernungsvorgang (Partikelentfernungsvorgang) ausgebildet.
Für den Bildungsvorgang des Kohlebereichs wird das Substrat, auf dem die vertieften Inselbereiche ausgebildet sind, in eine Vakuumkammer gesetzt, wie in 7 dargestellt, und ein Hydrogencarbidgas, wie beispielsweise Methangas, wird in die Vakuumkammer 39 eingeleitet, und eine Spannung wird zwischen die Elektronenquellenschicht und die Metalldünnfilmelektrode 15 über die ohmsche Elektrode 11 in der Hydrogencarbidatmosphäre, welche auf etwa 0,1 bis 1 × 10^–5 Torr Vakuum gesetzt worden ist, angelegt. Bei diesem Vorgang wird Hydrogencarbid in der Kammer an der gesamten Oberfläche der Metalldünnfilmelektrode 15 und an der Isolierschicht 13 und der Elektronenquellenschicht 12 in den vertieften Inselbereichen 14 adsorbiert oder abgeschieden oder reagiert damit, wodurch ein den Kohlebereich 40 bildender Dünnfilm gebildet wird. Es ist bevorzugt, eine Spannungsanlegeperiode einzustellen und den Spannungsanlegevorgang für mehr als einen Zyklus der Spannungsanlegeperiode zu wiederholen.
Der Kohlebereich 40 kann als ein Dünnfilm auch durch gleichmäßiges Abscheiden über den Inselbereichen und der Metalldünnfilmelektrode 15 durch Sputtern unter Verwendung eines Kohletargets 41 gebildet werden, wie in 8 dargestellt.
Obwohl die feinen Artikel 20 im Fall der obigen Ausführungsbeispiele so erläutert wurden, dass sie in Kontakt mit der Elektronenquellenschicht 12 gesetzt sind, kann alternativ eine vorläufige Isolierschicht 13b unmittelbar vor dem Partikeldispersionsvorgang (3) durch Sputtern gebildet werden, um die feinen Partikel 20 und die Elektronenquellenschicht 12 durch diese vorläufige Isolierschicht 13b zu isolieren, wie in 9 dargestellt. Falls die vorläufige Isolierschicht 13b vorgesehen ist, sollte ihre Filmdicke in einem Bereich von mehreren zehn bis mehreren tausend Angström liegen. Auf diese Weise kann das Risiko des Erzeugens von Kurzschlüssen zwischen der Elektronenquellenschicht 12 und der Metalldünnfilmelektrode 15 vermieden werden.
Außerdem war im Fall der obigen Ausführungsbeispiele der Kohlebereich 40 aus einem Dünnfilm aufgebaut, der so abgeschieden war, dass er die Metalldünnfilmelektrode 15, die Isolierschicht 13 und die Elektronenquellenschicht 12 vollständig überdeckt, jedoch können alternativ die Kohlebereiche 40 auch so gebildet werden, dass sie auf der Isolierschicht 13 oder auf der Metalldünnfilmelektrode 15 innerhalb der Inselbereiche 14 enden, wie in 10 dargestellt. In diesem Fall wird der Bildungsvorgang des Kohlebereichs unmittelbar nach der Ausbildung der Metalldünnfilmelektrode 15 (5) durchgeführt, und der Kohlebereich 40 wird als ein Dünnfilm auf der Metalldünnfilmelektrode 15 vor dem Maskenentfernungsvorgang zum Entfernen der Partikel abgeschieden. Die Partikel werden dann entfernt, um die in 10 gezeigte Struktur zu erhalten.
Ferner können, wie in 11 dargestellt, die Kohlebereiche als eine Metalldünnfilmelektrode 15a vorgesehen sein, indem sie in der Metalldünnfilmelektrode verteilt sind. In diesem Fall wird der Maskenentfernungsvorgang zum Entfernen der Partikel nach dem Bildungsvorgang der Isolierschicht 13 (4) durchgeführt, um die Vertiefungen zu bilden, und der Bildungsvorgang des Kohlebereichs wird dann als der Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgang durchgeführt, in dem die Metalldünnfilmelektrode 15a mit dem Kohlebereich über der Isolierschicht 13 ausgebildet wird, wobei Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung mit dem Metall durch Verwenden z.B. eines gemischten Targets oder durch Sputtern in einer Kohlenstoff- oder Kohlenstoffverbindungsgasatmosphäre vermischt ist. Auf diese Weise erhält man die in 11 gezeigte Struktur.
Alternativ kann der Kohlebereich 40 als ein Dünnfilm gebildet werden, der unter der Metalldünnfilmelektrode 15 innerhalb der Inselbereiche 14 abgeschieden ist, wie in 12 dargestellt. In diesem Fall wird der Bildungsvorgang des Kohlebereichs nach dem Bildungsvorgang der Isolierschicht 13 (4) durchgeführt, gefolgt von dem Bildungsvorgang der Metalldünnfilmelektrode 15 über den Kohlebereich 40. Auf diese Weise wird der Bildungsvorgang des Kohlebereichs unmittelbar vor dem Bildungsvorgang der Metalldünnfilmelektrode 15 durchgeführt. Die Partikel werden dann entfernt, um die in 12 gezeigte Struktur zu erhalten, bei welcher der Kohlebereich 40 zwischen der Metalldünnfilmelektrode 15 und der Isolierschicht 13 ausgebildet ist.
Ferner kann der Kohlebereich 40 auch ein Dünnfilm sein, der zwischen der Elektronenquellenschicht 12 und der Isolierschicht 13 ausgebildet ist, wie in 13 dargestellt. In diesem Fall wird der Kohlebereich 40 nach der Ausbildung der Elektronenquellenschicht (2) gleichmäßig über der Elektronenquellenschicht 12 ausgebildet, die Partikel 20 werden über den Kohlebereicht 30 verteilt, und die Vorgänge von der Isolierschichtbildung (4) bis zur Metalldünnfilmelektrodenbildung (6) werden dann durchgeführt. Auf diese Weise wird der Kohlebereich-Bildungsvorgang unmittelbar vor dem Verteilungsvorgang durchgeführt. Danach werden die Partikel entfernt, um die in 13 gezeigte Struktur zu erhalten, bei welcher der Kohlebereich 40 unter der Isolierschicht 13 ausgebildet ist.
In einem noch weiteren Ausführungsbeispiel kann der Kohlebereich 40 als ein Dünnfilm ausgebildet sein, der eine Dicke besitzt, die zusammen mit der Isolierschicht 13 und der Metalldünnfilmelektrode 15 innerhalb der vertieften Inselbereiche 14 allmählich reduziert ist. In diesem Fall wird der Kohlebereich 40 nach dem Verteilungsvorgang (3) der feinen Partikel 20 auf der Elektronenquellenschicht 12 über der Elektronenquellenschicht 12 und den feinen Partikeln 20 gebildet, und die Vorgänge von der Isolierschichtbildung (4) zur Metalldünnfilmelektrodenbildung (6) werden dann durchgeführt. Auf diese Weise wird der Kohlebereich-Bildungsvorgang unmittelbar vor dem Isolierschicht-Bildungsvorgang durchgeführt. Danach werden die feinen Partikel entfernt, um die in 14 gezeigte Struktur zu erhalten, in welcher der Kohlebereich 40, der durch den Kohledünnfilm gebildet ist, der eine Filmdicke besitzt, die innerhalb der Inselbereiche 15 allmählich reduziert ist, unter der Isolierschicht 13 ausgebildet ist.
Wie bisher erläutert, wird in den obigen Ausführungsbeispielen jeder der Inselbereiche 14 so gebildet, dass er eine Vertiefung an der flachen Oberfläche der Metalldünnfilmelektrode 15 und der Isolierschicht 13 durch das Entfernen eines Partikels 20 bildet, jedoch ist auch eine Elektronen emittierende Vorrichtung möglich, bei welcher die Partikel 20 nicht beseitigt sind. Zum Beispiel ist es durch Weglassen des in 6 gezeigten Vorgangs zum Entfernen der feinen Partikel möglich, Elektronen emittierende Vorrichtungen mit den Partikeln herzustellen, wie in 15 bis 18 dargestellt, welche jeweils den in 10 und 12 bis 14 gezeigten Elektronen emittierenden Vorrichtungen entsprechen. Der Durchmesser eines feinen Partikels sollte von einer Größe sein, die es erlaubt, einen Teil der Partikelgeometrie freizulegen, mit anderen Worten eine Größe, die das Partikel nicht vollständig eingraben lässt. Wenn die Dicke der Isolierschicht in einem Maße so groß ist, dass das Vorhandensein der Partikel nicht beobachtet werden kann, dann sinkt der Emissionsstrom.
Außerdem ist, obwohl die Inselbereiche 14 in den obigen Ausführungsbeispielen als durch die feinen Partikel verursachte kraterartige Vertiefungen 14 erläutert sind, die Form der Inselbereiche nicht auf diese spezielle Form beschränkt, und die Inselbereiche können als grabenartige Vertiefungen 14a, wie in 21 dargestellt, oder kegelförmige Vertiefungen 14b, wie in 24 dargestellt, ausgebildet sein. Beliebige Formen (d.h. eine rechtwinklige Form) und Bildungsverfahren sind für die Inselbereiche anwendbar.
Die Bildungsvorgänge der in 21 und 24 dargestellten Ausführungsbeispiele sind identisch zu den oben erläuterten Bildungsvorgängen für die Inselbereiche, außer dass punktartige oder linienartige konisch zulaufende Blöcke 21a und säulenartige, umgekehrt konisch zulaufende Blöcke 21b, die in 19 bzw. 22 dargestellt sind, anstelle der Partikel verwendet werden. Auch kann bei jeder der in 21 und 24 dargestellten Elektronen emittierende Vorrichtungen eine vorläufige Isolierschicht vorgesehen sein, und die umgekehrt konisch zulaufenden Blöcke 21a, 21b können darauf in der gleichen Weise wie bei dem in 8 dargestellten Fall, bei dem die vorläufige Isolierschicht 13b auf der Elektronenquellenschicht 12 vorgesehen ist, gebildet werden.
Die umgekehrt konisch zulaufenden Blöcke 21a und 21b sind aus einem elektrisch isolierenden Material wie beispielsweise einem Resist hergestellt. Sie ragen in einer Richtung senkrecht zum Substrat 10 heraus und enthalten in ihren oberen Bereichen Überhänge 22a und 22b, die in einer Richtung parallel zum Substrat 10 ragen.
Für den Resist als das Material des umgekehrt konisch zulaufenden Blocks kann ein Photoresist des Novolak-Typs verwendet werden. Ein Schleuderbeschichtungsverfahren wird für das Aufbringen des Resists verwendet. Nach dem Aufbringen des Resists auf die Elektronenquellenschicht 12, der als eine Photomaske verwendet wird, werden die Vorglüh-, Belichtungs-, Nachglüh- und Entwicklungsvorgänge durchgeführt, um ein gewünschtes Resistmuster auf der Elektronenquellenschicht 12 zu bilden. An diesem Punkt kann das Muster irgendeine beliebige Form haben, aber es sollte eine ausreichende Höhe von der Si-Elektronenschicht haben, sodass es nicht vollständig in der Isolierschicht eingegraben wird, welche später gebildet wird. Der umgekehrt konisch zulaufende Block ist der mit einem Querschnitt einer umgekehrt konisch zulaufenden Form, jedoch ist der Konuswinkel beliebig, und auch die Blöcke sind nicht notwendigerweise konisch zulaufende Blöcke.
Nach dem Ausbilden des umgekehrt konisch zulaufenden Resistmusters werden die Isolierschicht 13 und die Metalldünnfilmelektrode 15 abgeschieden, um so Inselbereiche 14a und 14b zu bilden, in denen die Filmdicken allmählich reduziert sind, wodurch die in 19 und 22 gezeigten Substrate gebildet werden. Die umgekehrt konisch zulaufenden Blöcke 21a und 21b werden durch jeweils gegebene Mittel entfernt, um Substrate zu erhalten, die jeweils mehrere Inselbereiche haben, welche die in 20 und 23 dargestellten Vertiefungen bilden. Danach werden Kohlebereiche 40 aus Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung über der Elektronenquellenschicht 12, der Isolierschicht 13 und der Metalldünnfilmelektrode 15 in der gleichen Weise wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen gebildet, sodass eine Elektronen emittierende Vorrichtung aufgebaut wird. Es ist auch möglich, eine Elektronen emittierende Vorrichtung zu bilden, bei welcher die umgekehrt konisch zulaufenden Blöcke 21a oder 21b nicht entfernt, sondern stattdessen an den Zentren dieser durch die Inselbereiche gebildeten Vertiefungen gehalten werden, wie in 19 oder 22 dargestellt, und die Kohlebereiche 40 darauf ausgebildet werden.
(Wachstum eines elektrisch leitenden Pfades in der Elektronen emittierenden Vorrichtung)
Außerdem kann, obwohl es optional ist, nach dem Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgang oder nach dem Beseitigungsvorgang der feinen Partikel unabhängig vom Vorhandensein oder der Abwesenheit der Partikel ein Vorgang des Wachsens eines elektrisch leitenden Pfades über dem Vorrichtungssubstrat 10 mit den Inselbereichen 14, in denen die Metalldünnfilmelektrode 15 allmählich in der Dicke reduziert ist und auf der Isolierschicht 13 endet, durchgeführt werden. Während dieses Vorgangs des Wachsens eines elektrisch leitenden Pfades wird eine Spannung zwischen der Metalldünnfilmelektrode 15 und der Elektronenquellenschicht 12 angelegt, um ein gegebenes Stromniveau zu bewirken.
Wenn die Elektronenquellenschicht 12 aus Si gebildet ist, bilden die Isolierschicht oder der Kohlebereich, die/der zwischen dem Rand B der Isolierschicht 13 und dem Rand A der Metalldünnfilmelektrode 15 positioniert ist, einen so genannten „Ort", der als ein Strompfad dient, obwohl er einen hohen spezifischen Widerstand hat, sodass der Strom zuerst beginnt, durch diese Ort zu fließen. Dabei wird Joule'sche Wärme erzeugt, und das Wachstum der elektrisch leitenden Pfade wird auf der Oberfläche oder der Innenseite der Isolierschicht gefördert.
Als nächstes wird, obwohl Si der Elektronenquellenschicht 12 ursprünglich einen hohen spezifischen Widerstand hat, der elektrische Widerstand der direkt unter diesen Orten angeordneten Abschnitte aus Si lokal und selektiv verringert, und die Strommenge in diesen Teilen steigt an. Auf diese Weise werden die elektrisch leitenden Pfade gemeinsam und gleichförmig in einer Form eines Rings gewachsen. Durch Hinzufügen des Vorgangs des Wachsens von elektrisch leitenden Pfaden auf diese Weise kann ein unerwünschter elektrischer Durchschlag vermieden werden, da Si zunächst einen hohen spezifischen Widerstand hat. Dieser Prozess trägt auch zur Stabilisierung des Emissionsstroms der so erhaltenen Vorrichtung bei.
In einer Elektronen emittierende Vorrichtung gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind die Inselbereiche 14 ausgebildet, in denen die Isolierschicht lokal allmählich verdünnt ist (mit anderen Worten ist ihre Filmdicke allmählich reduziert), und die Ränder der Metalldünnfilmelektrode 15 sind an den Abschnitten der Isolierschicht 13 positioniert, an denen die Filmdicke allmählich reduziert ist, und diese sind durch den Kohlebereich überdeckt, um die Elektronenemissionsabschnitte zu bilden, sodass selbst bei dieser Elektronen emittierende Vorrichtung ein ausreichendes Niveau an Elektronenemission erreicht werden kann. Jedoch kann ferner der Vorgang zum Wachsen von elektrisch leitenden Pfaden durchgeführt werden. Durch diesen Vorgang werden die elektrisch leitenden winzigen Strukturen, die auf der Oberfläche oder innerhalb der Isolierschicht oder den Kohlebereichen in den Elektronen emittierenden Abschnitten vorhanden sind, gewachsen oder vergrößert. Wenn eine solche Vorrichtung betrieben wird, werden starke Felder an diesen winzigen Strukturen zentriert, und es wird angenommen, dass die Emission durch diese Strukturen gefördert wird, die als Emissionsorte dienen. Da die Elektronen emittierenden Abschnitte mit gleichmäßiger/m Größe, Form und Zustand gleich mäßig über die gesamte Oberfläche der Vorrichtung unter der Verwendung der gleichmäßig bemessenen und geformten Partikel, usw. gebildet werden können, kann man ein günstiges Elektronenemissionsmuster erhalten.
Bezüglich des Elektronenemissionswirkungsgrades glaubt man, da nur die Inselbereiche 14 in der Oberfläche der Vorrichtung als Elektronen emittierende Quellen und auch als die elektrisch leitenden Pfade dienen, dass die Elektronenemission mit einem extrem hohen Wirkungsgrad ohne Leckstrom erzielt werden kann.
(Lichtemissionsvorrichtung mit der Elektronen emittierenden Vorrichtung)
Falls die Elektronen emittierende Vorrichtung S als eine Lichtemissionsvorrichtung verwendet wird, wird das Vorrichtungssubstrat 10 der Elektronen emittierenden Vorrichtung S als das erste Substrat auf der Rückseite verwendet, und ein lichtdurchlässiges zweites Substrat 1 beispielsweise aus Glas wird als Vorderseitensubstrat über einen Vakuumraum 4 gehalten, wie in 1 dargestellt. An der Innenseite des zweiten Substrats 1 sind eine lichtdurchlässige Kollektorelektrode 2 aus Indiumzinnoxid (auch als ITO bezeichnet), Zinnoxid (SnO) oder Zinkoxid (ZnO), usw. und eine Phosphorschicht 3R, G, B ausgebildet. Als Material des Vorrichtungssubstrats 10 kann auch eine Keramik wie beispielsweise Al₂O₃, Si₃N₄ oder BN, usw. sowie Glas verwendet werden.
Wie in 1 dargestellt, ist die Elektronen emittierende Vorrichtung eine Diode mit der Metalldünnfilmelektrode 15 an der Oberfläche auf dem positiven Potential Vd und der ohmschen Elektrode 11 auf der Rückseite auf dem Massepotential. Wenn eine Spannung Vd von zum Beispiel etwa 50 V zwischen der ohmschen Elektrode 11 und der Metalldünnfilmelektrode 15 angelegt wird, um Elektronen in die Elektronenquellenschicht 12 innerhalb eines Inselbereichs 14 zu injizieren, bewegen sich die Elektronen vom Rand B durch die Isolierschicht 13 oder den Kohlebereich 40 zum Rand A. Es wird angenommen, dass die die Metalldünnfilmelektrode 15 in dem Inselbereich 14 erreichenden Elektronen durch ein starkes elektrisches Feld Vc durch die Metalldünnfilmelektrode 15 und den angrenzenden Kohlebereich 40 teilweise in das Vakuum emittiert werden.
Die von der durch die Inselbereiche 14 gebildeten Vertiefung emittierten Elektronen e (Emissionsstrom Ie) werden durch die an die gegenüber liegende Kollektorelektrode (transparente Elektrode) 2 angelegte hohe Beschleunigungsspannung Vc (z.B. etwa 5 kV) beschleunigt und an der Kollektorelektrode 2 gesammelt. Falls der Phosphor 3 auf der Kollektorelektrode beschichtet ist, wird ein entsprechendes sichtbares Licht emittiert.
Die Elektronen emittierenden Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung wurden mittels einer Elektronenquellenschicht 12 aus mit Bor (B) dotiertem Si hergestellt und die Eigenschaften wurden untersucht.
(Ausführungsbeispiel 1)
Zuerst wurde ein flaches Glassubstrat zur Verwendung als Rückseitensubstrat gereinigt und ausreichend getrocknet, und auf seiner einen Oberfläche wurde durch reaktives Sputtern mit der Einleitung von Stickstoff eine ohmsche Elektrode aus TiN bis zu einer Dicke von 200 nm gebildet. Darauf wurde eine Elektronenquellenschicht 12 aus Si, das mit B bis zu 0,15 Atm.-% dotiert war, in einer Dicke von 500 nm gebildet. Auf diese Weise wurden mehrere Elektronenquellenschichtsubstrate hergestellt.
Wie in 5 dargestellt, wurden durch Sprühen feiner Partikel auf die Elektronenquellenschicht der Elektronenquellenschichtsubstrate Substrate mit aufgesprühten Partikeln hergestellt. In diesem Ausführungsbeispiel wurden sphärische Partikel (auch einfach als Abstandhalter bezeichnet) mit einem Durchmesser von 1,0 μm verwendet. Das Material der Partikel war SiO₂, und der Streuungsbereich der Durchmesser der Partikel war extrem klein. Für die Verteilung der Partikel wurde ein bekanntes Abstandhaltersprühverfahren verwendet, das bei der Herstellung von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen eingesetzt wird. Von den zur Verfügung stehenden Verfahren einschließlich Trockensprühverfahren und Nasssprühverfahren wurde für diese Vorrichtung ein Nasssprühverfahren verwendet.
Die sphärischen Partikel wurden in Ethylalkohol dispergiert und ausreichend gerührt, sodass sie nicht aneinander haften. Diese Sprühlösung wurde dann durch eine Schleuderbeschichtung auf die Elektronenquellenschicht aus Si aufgebracht, und der Ethylalkohol wurde entfernt. Auf diese Weise wurden die sphärischen Partikel homogen auf der Si-Elektronenquellenschicht beschichtet. Die Verteilungsdichte der Partikel auf der Si-Elektronenquellenschicht betrug etwa 1000 Stück/mm². Auf diese Weise wurden mehrere solcher mit Partikeln besprühter Substrate gebildet, die jeweils Partikel in den durch Inselbereiche gebildeten Vertiefungen haben.
Eine Isolierschicht aus SiO₂ wurde mit einer Dicke von 330 nm über ein reaktives Sputtern mit der Zufuhr von Sauerstoff ausgebildet. An diesem Punkt wurden die Partikel auf der Oberfläche freigelegt. SiO₂ wurde natürlich auch auf den Oberflächen der Partikeln gebildet. Die Abschnitte nahe den Kontaktpunkten (Korngrenzen) zwischen den Partikeln und der Elektronenquellenschicht wurden die Bereiche unter den Überhängen, sodass die Schicht in diesen Abschnitten durch ein „Herumgehen" des Sputtergases abgeschieden wurde, und die Filmdicke der Isolierschicht war zu den Kontaktpunkten allmählich reduziert.
Anschließend wurde eine Maske mit einem Muster einer Metalldünnfilmelektrode auf der SiO₂-Isolierschicht platziert, und die Metalldünnfilmelektrode aus Pt oder Au wurde in einer Dicke von 10 nm gebildet. Auf diese Weise wurden mehrere Vorrichtungssubstrate der Elektronen emittierenden Vorrichtungen vorgesehen. Hierbei kann, obwohl eine Oberflächenbehandlung für die Isolierschicht vor der Bildung der Metalldünnfilmelektrode nicht erforderlich ist, ein Sputterätzen über die Isolierschicht vor dem Ausbilden der Metalldünnfilmelektrode durchgeführt werden. Es ist bevorzugt, weil die Grenzflächen zwischen den Partikeln und der Isolierschicht geätzt und durch dieses Sputterätzen umgeformt würden, und dies würde es erlauben, dass das Elektrodenmaterial während der Metalldünnfilmbildung effektiver herumgeht, um die Grenzflächen zu erreichen, sodass eine effektivere Elektronenemission gefördert werden kann. Wenn das Sputterätzen durchgeführt wurde, blieben ringartige Spuren, die die Form der Partikel reflektieren, auf der Vorrichtungsoberfläche. Für alle Vorrichtungen des vorliegenden Ausführungsbeispiels wurde das Sputterätzen vor der Ausbildung der oberen Metalldünnfilmelektrode durchgeführt.
Die aufgesprühten Partikel wurden dann von den Substraten entfernt, wodurch mehrere der Vorrichtungssubstrate als die Elektronen emittierenden Vorrichtungen mit den vertieften Inselbereichen ohne die Partikel gebildet wurden. Das Entfernen der Partikel von den Elektronen emittierenden Vorrichtungssubstraten wurde durch Ultraschallreinigen unter der Verwendung von Isopropylalkohol durchgeführt. Hinsichtlich der Reinigungslösung kann auch Wasser, Aceton, Ethanol oder Methanol verwendet werden.
Die Substrate, auf denen mehrere vertiefte Inselbereiche durch das Entfernen der Partikel vorgesehen wurde, wurden in eine Vakuumkammer gesetzt, und eine Spannung wurde zwischen der Elektronenquellenschicht 12 und der Metalldünnfilmelektrode 15 auf dem Substrat über die ohmsche Elektrode unter einer Vakuumatmosphäre von 2 × 10^–4 Torr zusammen mit der Einleitung von Methangas angelegt. Das Anlegen der Spannung wurde intermittierend über 1 bis 15 Zyklen wiederholt, wobei ein Zyklus ein Anstieg und ein Abfall der angelegten Spannung zwischen 0 V und 35 V mit einem Ein-Volt-Schritt alle drei Sekunden ist. Durch Verändern der Zyklen und der Dauer wurde Methan auf den Inselbereichen der Vorrichtungen adsorbiert oder abgeschieden oder reagierte damit, wodurch dünne Filme mit Dicken im Bereich von 0 nm bis 50 nm gebildet wurden.
Bezüglich Vergleichsproben wurden mehrere Vorrichtungssubstrate der Elektronen emittierenden Vorrichtungen in der gleichen Weise wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel hergestellt, aber ohne das Einleiten von Methangas in die Vakuumkammer, mit anderen Worten wurde der den Kohlebereich bildende Film nicht vorgesehen. Für diese Vergleichsproben wurde nur die gleiche Spannung wie im Ausführungsbeispiel zwischen die Elektronenquellenschichten und die Metalldünnfilmelektroden angelegt, um so wiederholt eine Elektrifizierung durchzuführen.
Separat wurden ein transparentes Substrat 1 aus einem transparenten Glas mit einer ITO-Kollektorelektrode und eine auf ihrer Innenfläche vorgesehenen Phosphorschicht hergestellt.
Die obigen verschiedenen Vorrichtungssubstrate und das transparente Substrat wurden parallel, unter Verwendung von Abstandhaltern einander zugewandt, sodass sie 5 mm voneinander gehalten wurden, platziert und der Raum dazwischen wurde auf ein Vakuum von 10^–7 Torr oder 10^–5 Pa gesetzt, um die Elektronen emittierenden Vorrichtungen die Lichtemissionselemente bilden zu lassen.
Für jedes der hergestellten Lichtemissionselemente aus den Elektronen emittierenden Vorrichtungen und jener Vergleichsproben wurden der Diodenstrom Id, der Emissionsstrom Ie und der Wirkungsgrad (Ie/Id) gemessen, während 35 V als Vorrichtungsspannung Vps zwischen die Metalldünnfilmelektrode und die ohmsche Elektrode angelegt wurde. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in 25 und 26 gezeigt. In diesen Diagrammen stellt die waagerechte Achse die Wiederholungszyklen des Kohlefilmbildungsvorgangs oder des Elektrifizierungsvorgangs dar, und die senkrechte Achse stellt die Größe des Stroms und des Wirkungsgrades dar. Wie man aus 25 und 26 sehen kann, haben jene Elektronen emittierenden Vorrichtungen gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit den vertieften Inselbereichen, die durch die Kohlefilme überdeckt sind, um zwei Größenordnungen bessere Eigenschaften als die Vergleichsproben bezüglich des Emissionsstroms Ie, sodass die Mengen des Emissionsstroms signifikant erhöht sind. In diesem ersten Ausführungsbeispiel wurden die Vorrichtungen erzielt, die einen Emissionsstrom über 2 × 10^–2 A/cm² und einen Emissionswirkungsgrad über 2% vorsehen können.
(Ausführungsbeispiel 2)
Durch ein Sputterverfahren mit einem Kohletarget wurden Kohlefilme in verschiedenen Dicken von 0 nm bis 50 nm auf jeweilige Substrate abgeschieden, die in der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel hergestellt worden sind (Substrate mit mehreren vertieften Inselbereichen durch das Entfernen der feinen Partikel). Als Vergleichsproben wurden mehrere Vorrichtungssubstrate von Elektronen emittierenden Vorrichtungen durch die gleichen Prozesse wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel hergestellt, außer dass die Dünnfilmbildung der Kohlebereiche bei diesen Proben nicht vorgesehen wurde. Anders als beim ersten Ausführungsbeispiel wurde das Anlegen der Spannung in diesem Ausführungsbeispiel während des Abscheidens des Kohlenstoffes nicht durchgeführt.
In der gleichen Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel wurde ein transparentes Glassubstrat 1 hergestellt, in dem eine ITO-Kollektorelektrode und eine Phosphorschicht an ihrer Innenfläche ausgebildet sind, und es wird zusammengebaut, um Lichtemissionselemente der Elektronen emittierenden Vorrichtungen zu bilden.
Eine Vorrichtungsspannung von 35 V wurde zwischen den Metalldünnfilmelektroden und den ohmschen Elektroden der hergestellten Lichtemissionselemente der Elektronen emittierenden Vorrichtungen und der Vergleichsproben angelegt, und Messungen wurden für den Diodenstrom Id, den Emissionsstrom Ie und den Wirkungsgrad (Ie/Id) der Elemente mit den Kohlefilmschichten in verschiedenen Dicken durchgeführt. 27 zeigt die Beziehung zwischen den Dicken der Kohlefilmschichten und den Strommengen und dem Wirkungsgrad der jeweiligen Vorrichtungen.
Diese Elektronen emittierenden Vorrichtungen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel mit vertieften Inselbereichen, die durch Sputtern durch Kohlefilme überdeckt sind, hatten um zwei Größenordnungen bessere Eigenschaften als die Vergleichsproben, was einen signifikanten Anstieg in ihrem Emissionsstrom anzeigt. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel erhielt man Vorrichtungen, die einen Emissionsstrom über 4 × 10^–2 A/cm² und Emissionswirkungsgrade über 6% vorsehen können.
Ferner wurden unter der Bedingung eines der obigen Ausführungsbeispiele Vorrichtungen hergestellt, um Filmdicken im Bereich von 50 nm bis 1000 nm zu haben, wobei die gesamten Dicken ihrer Isolierschichten 50 nm oder größer sind, und durch das Anlegen einer Spannung von 200 V oder weniger wurden ihre Emissionswirkungsgrade gemessen, um die Veränderung der Elektronenemissionswirkungsgrade Ie/(Ie + Id) × 100% relativ zu den Dicken der Isolierschichten zu sehen. Die Ergebnisse der Messungen gaben an, dass die Emissionswirkungsgrade von 0,1% oder größer mit Vorrichtungen mit Filmdicken zwischen 50 nm und 1000 nm, wobei die Dicken ihrer Isolierschichten 50 nm oder mehr betragen, erzielt werden können.
Außerdem wurde bestätigt, dass Vorrichtungen mit einer Si-Elektronenquellenschicht, die nicht mit B dotiert ist, den gleichen Effekt haben würde.
(Weitere Strukturen der Elektronen emittierenden Vorrichtung) In den obigen Ausführungsbeispielen wurde die Elektronen emittierende Vorrichtung mit Vertiefungen oder grabenartigen Bereichen erläutert, in denen die Filmdicke zur Mitte der Inselbereiche 14 allmählich reduziert ist, jedoch kann die Vorrichtung auch Inselbereiche haben, in denen sich die Isolierschicht und die Metalldünnfilmelektrode gemeinsam zur Mitte der Inselbereiche allmählich reduzieren oder sich allmählich asymmetrisch reduzieren oder sich als ein flacher Abschnitt reduzieren.
Zum Beispiel kann als weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Inselbereich 14, in dem Filmdicken der Isolierschicht 13 und der Metalldünnfilmelektrode 15 zusammen zu einer Maskenwand 20a allmählich reduziert sind, auf einer Seite einer grabenartigen Vertiefung vorgesehen sein, wie in 28 dargestellt.
Der in 28 dargestellte Inselbereich 14, der einen Teil der grabenartigen Vertiefung bildet, kann wie folgt ausgebildet werden. Zuerst wird eine Maskierungswand 20a aus einem Resist und dergleichen in der gleichen Weise wie der in 19 dargestellte linienartige konisch zulaufende Block 21a auf einem Substrat 10 mit einer ohmschen Elektrode 11 und einer anschließend darauf ausgebildeten Elektronenquellenschicht 12 gebildet. Eine Isolierschicht 13 wird dann durch Sputtern ausgebildet. Bei diesem Sputterprozess wird die Oberfläche der Elektronenquellenschicht 12 auf dem Substrat 10 so angeordnet, dass sie eine Neigung bezüglich der Strömungsrichtung des gesputterten Isoliermaterials hat, sodass die resultierende Isolierschicht 13 auf einer Seite der Maskierungswand 20a einen Abschnitt, in dem eine kleinere Menge Isoliermaterial abgeschieden ist, oder einen Abschnitt, in dem die Dicke der Isolierschicht allmählich zur Maskierungswand 20a reduziert ist, haben wird. Dann wird im nächsten Vorgang die Oberfläche der Isolierschicht 13 auf dem Substrat 10 so angeordnet, dass sie eine Neigung relativ zur Strömungsrichtung eines gesputterten Metalldünnfilmelektrodenmaterials hat, sodass die resultierten Metalldünnfilmelektrode 15 auf einer Seite der Maskierungswand 20a einen Abschnitt, in dem eine kleinere Menge des Metalldünnfilmelektrodenmaterials abgeschieden ist, oder einen Abschnitt, in dem die Dicke der Metalldünnfilmelektrode allmählich reduziert ist, haben wird.
Wie in 28 angegeben, wird bei diesen „geneigten" Sputtervorgängen der Isolierschicht und der Metalldünnfilmelektrode, wenn die Winkel des Substrats 10 in einer Sputtervorrichtung so ausgewählt werden, dass sie den Einfallswinkel θ' des Stroms des gesputterten Metalldünnfilmelektrodenmaterials größer als den Einfallswinkel θ des Stroms des gesputterten Isoliermaterials sein lassen, der resultierende Inselbereich 14 dann eine Struktur haben, bei welcher die Metalldünnfilmelektrode 15 an einer auf der Isolierschicht 13 positionierten Kante A endet. Die Isolierschicht 13 in dem Inselbereich 14 endet an einem Rand B, der auf der Elektronenquellenschicht 12 angeordnet ist.
Danach wird über die freiliegenden Abschnitte der Maskierungswand 20a und der Isolierschicht 13 und über die Metalldünnfilmelektrode 15 ein Kohlebereich 40 aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung durch Sputtern eines Kohlenstoff- oder Kohlenstoffverbindungsmaterials in der ähnlichen Weise wie bei den obigen Vorgängen ausgebildet, wodurch eine Elektronen emittierende Vorrichtung fertig gestellt wird, wie in 29 dargestellt. Die Maskierungswand 20a und die Abscheidungen darauf können durch Ätzen und dergleichen entfernt werden, um den Kohlebereich 40 über einer Struktur zu bilden, in welcher die Elektronenquellenschicht 12 freiliegt.
In dem obigen Ausführungsbeispiel wurde der Inselbereich so erläutert, dass er als eine Vertiefung ausgebildet ist, jedoch kann der Inselbereich auch als eine flache oder konvexe Struktur ausgebildet werden, bei welcher die Dicken der Isolierschicht 13 und der Metalldünnfilmelektrode 15 allmählich reduziert sind. Zum Beispiel ist als weiteres Ausführungsbeispiel in 30 ein flacher oder konvexer Inselbereich 14 gezeigt, in dem die Filmdicken der Isolierschicht 13 und der Metalldünnfilmelektrode 15 allmählich zu einer Spitze eines spitzen Abschnitts 12a der Elektronenquellenschicht 12 reduziert sind. Dieser flache oder konvexe Inselbereich 14 wird durch Techniken, wie beispielsweise Photolithographie und Ätzen usw. unter Verwendung einer punktartigen oder Linearen Maske gebildet. Die spitzen Abschnitte 12a der Elektronenquellenschicht 12 können als Rippen, wie in 30 dargestellt, oder als einzelne konvexe Merkmale, die über die Oberfläche verteilt sind, wie in 31 dargestellt, ausgebildet sein. Auch in diesen Fällen endet die Metalldünnfilmelektrode 15 an der auf der Isolierschicht 13 positionierten Kante A, und die Isolierschicht 13 endet an dem auf der Elektronenquellenschicht 12 positionierten Rand B. Es ist auch möglich, eine Vorrichtung mit einer Struktur zu bilden, bei welcher die Elektronenquellenschicht 12 durch Legen der Isolierschicht 13 über die Spitzen 12a der Elektronenquellenschicht 12 vollständig überdeckt ist.
Danach wird, wie in 32 dargestellt, ein Kohlebereich 40 aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung über den freiliegenden Abschnitten der Isolierschicht 13 und der Elektronenquellenschicht 12 und der Metalldünnfilmelektrode 15 in der gleichen Weise wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen ausgebildet, wodurch eine Elektronen emittierende Vorrichtung fertig gestellt wird.
(Anzeigevorrichtung mit den Elektronen emittierenden Vorrichtungen)
33 zeigt eine Flachbildschirmvorrichtung mit den Elektronen emittierenden Vorrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 34 zeigt eine Teilquerschnittsansicht der Flachbildschirmvorrichtung.
An der Innenfläche (auf der Seite eines Vakuumraums 4) eines rückseitigen Substrats 10 sind mehrere parallel zueinander verlaufende ohmsche Elektroden ausgebildet. Jeweils drei ohmsche Elektroden sind als ein Satz gruppiert, entsprechend roten, grünen und blauen Farbsignalen R, G und B, um so die Vorrichtung als einen Farbbildschirm funktionieren zu lassen, sodass an jede von ihnen ein spezielles Signal angelegt wird. Mehrere Elektronen emittierende Vorrichtungen S sind entlang einer gemeinsamen ohmschen Elektrode 11 angeordnet. Mehrere Busleitungen 16 verlaufen parallel zueinander, wobei jede von ihnen auf den Abschnitten der auf Metalldünnfilmelektroden 15 benachbarter Vorrichtungen vorgesehenen Kohlebereiche zum Vorsehen elektrischer Verbindungen ausgebildet ist, und sie verlaufen vertikal zu den ohmschen Elektroden 11. Ein Schnitt einer Buselektrode 16 und einer ohmschen Elektrode 11 entspricht einer Elektronen emittierenden Vorrichtung S. Demgemäß ist entweder das einfache Matrixverfahren oder das aktive Matrixverfahren als Antriebsverfahren der Anzeigevorrichtung der Erfindung anwendbar.
Eine Elektronen emittierende Vorrichtung S, wie sie in 34 dargestellt ist, weist eine Elektronenquellenschicht 12, eine Isolierschicht 13, eine Metalldünnfilmelektrode 15 und einen Inselbereiche überdeckenden Kohlebereich 40 auf, die der Reihe nach auf der ohmschen Elektrode 11 ausgebildet sind. Der Kohlebereich 40 kann dem inneren Vakuumraum zugewandt sein, wie in 1 dargestellt. Die Vorrichtung hat mehrere homogen verteilte Inselbereiche, in denen die Filmdicken in der gleichen Richtung wie die Grenzfläche mit dem Kohlebereich 40 allmählich reduziert sind, wie beispielsweise in 10–18, 21, 24, 29 und 32 gezeigt. In 33 und 34 ist die Angabe der mehreren Inselbereiche als Vertiefungen weggelassen, es wird hier jedoch angenommen, dass mehrere Inselbereiche homogen in der Isolierschicht 13 und der Metalldünnfilmelektrode 15 vorgesehen worden sind.
Es sollte beachtet werden, dass isolierende Stützelemente 17 vorgesehen sind, die einzelne Elektronen emittierende Vorrichtungen S umschließen, um sie in mehrere Elektronen emittierende Bereiche zu trennen. Die isolierenden Stützelemente 17 halten die Buselektroden 16 und verhindern ihr Brechen. Das heißt, die Stützelemente 17 sollten im Voraus mit einem Material mit einer hohen Isolierleistung oder einem hohen elektrischen Widerstand an den Umfangsabschnitten außerhalb der Bereiche, wo die Elektronen emittierenden Vorrichtungen S gebildet werden sollen, ausgebildet sein. Diese Stützelemente 17 sollten in einer Dicke etwa gleich der Enddicke der Elektronen emittierenden Vorrichtungen, die in den folgenden Vorgängen gebildet werden, ausgebildet sein.
In diesem Ausführungsbeispiel sind Trennwände RR an dem rückseitigen Substrat an den isolierenden Stützelementen 17 so ausgebildet, dass sie von dem rückseitigen Substrat 10 in den Vakuumraum 4 ragen. Die Trennwände RR sind in einem gegebenen Abstand angeordnet. In 33 ist eine Trennwand RR für jede Spalte der Elektronen emittierenden Vorrichtungen S an einer Stelle zwischen bei benachbarten Spalten ausgebildet, sie kann jedoch auch intermittierend ausgebildet sein, indem sie nur einen Teil ihrer oberen Fläche mit den Abschnitten zum Stoßen gegen eine zweite an dem vorderen Substrat 1 ausgebildete Trennwand FR belässt.
Ferner ist es bevorzugt, dass der obere Oberflächenbereich dieser Trennwand RR größer als der untere Oberflächenbereich ausgebildet ist, mit anderen Worten ist es bevorzugt, die Trennwand RR so auszubilden, dass sie in ihrem oberen Abschnitt Überhänge enthält, die in einer Richtung im Wesentlichen parallel zum rückseitigen Substrat ragen.
Die auf den Metalldünnfilmelektroden 15 an dem rückseitigen Substrat vorgesehenen Buselektroden 16 sind in 33 so veranschaulicht, dass sie eine einfache lineare Form haben, die Buselektroden 16 sind jedoch, anstelle in der einfachen linearen Form, bevorzugt in einer Form mit weiteren Querschnitten an den Bereichen zwischen den Metalldünnfilmelektroden 15 der Elektronen emittierenden Vorrichtungen und engeren Abschnitten an den Metalldünnfilmelektroden 15, mit anderen Worten einer größeren Breite über die Bereiche zwischen Elektronen emittierenden Vorrichtungen und einer kleineren Breite über die Vorrichtungen ausgebildet. Auf diese Weise kann der spezifische Widerstand der Buselektroden reduziert werden.
Bezüglich der Materialien der ohmschen Elektrode 11 kann ein Material verwendet werden, das typischerweise bei einer IC-Verdrahtung benutzt wird, wie beispielsweise Au, Pt, Al, W oder dergleichen, aber eine 3-schichtige Struktur aus Chrom-Nickel-Chrom, eine Legierung aus Al und Nd, eine Legierung aus Al und Mo oder eine Legierung aus Ti und N kann ebenso verwendet werden. Ihre Dicke sollte gleichmäßig sein, um in der Lage zu sein, im Wesentlichen die gleiche Strommenge zuzuführen. Obwohl es in 33 nicht speziell angezeigt ist, kann eine Isolierschicht aus einem Isolator wie beispielsweise SiO_x, SiN_x, Al₂O₃, AlN oder dergleichen zwischen dem rückseitigen Substrat 10 und den ohmschen Elektroden vorgesehen sein. Die Isolierschicht dient dem Verhindern des negativen Effekts von dem rückseitigen Glassubstrat 10 (Elution von Verunreinigungen in alkalische Komponenten, usw. oder Unebenheit in der Substratoberfläche) über die Vorrichtungen.
Das Material der Metalldünnfilmelektrode 15 ist angesichts des Prinzips der Elektronenemission vorzugsweise eines mit einer kleinen Austrittsarbeit ϕ. Um den Wirkungsgrad der Elektronenemission zu maximieren, ist das Material der Metalldünnfilmelektrode 15 vorzugsweise aus den Metallen der Gruppe I und II, zum Beispiel, Cs, Rb, Li, Sr, Mg, Ba und Ca, usw. oder einer Legierung davon ausgewählt. Ferner ist auch ein chemisch stabiles Metall mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit als Material der Metalldünnfilmelektrode 15 bevorzugt. Zum Beispiel ist Au, Pt, Lu, Ag oder Cu oder eine Legierung davon günstig. Diese Metalle, die mit irgendeinem der obigen Metalle beschichtet oder dotiert sind und als eine kleine Austrittsarbeit aufweisend erläutert sind, sind ähnlich effektiv.
Bezüglich des Materials der Buselektrode 16 kann ein Material verwendet werden, das typischerweise für eine IC-Verdrahtung benutzt wird, wie beispielsweise Au, Pt, Al, Cu oder dergleichen. Eine ausreichende Dicke sollte zum Vorsehen im Wesentlichen der gleichen Strommenge für alle Vorrichtungen ausgewählt werden, und die geeignete Dicke liegt zwischen 0,1 μm und 50 μm. Falls jedoch der spezifische Widerstand tolerierbar ist, kann anstelle der Buselektrode auch das für die Metalldünnfilmelektrode verwendete Material verwendet werden.
An der Innenseite (der dem rückseitigen Substrat 10 zugewandten Seite) des lichtdurchlässigen vorderen Substrats 1, wie beispielsweise eines transparenten Glassubstrats, das als ein Bildschirm dient, ist integral eine transparente Kollektorelektrode 2 ausgebildet, und eine hohe Spannung ist an ihr angelegt. Bei der Verwendung von schwarzen Streifen oder einem hinteren Metall kann es als Kollektorelektrode benutzt werden, sodass in diesem Fall die Bildung des ITO unnötig ist.
Über der Kollektorelektrode 2 sind vordere Rippen (zweite Trennwände) FR zu mehreren parallel zu den ohmschen Elektroden 11 ausgebildet. Über der Kollektorelektrode 2 sind zwischen den lang gestreckten vorderen Rippen Phosphorschichten 3R, 3G und 3B aus jeweiligem Phosphor entsprechend R, G und B jeweils so ausgebildet, dass sie dem Vakuumraum 4 zugewandt sind. Auf diese Weise sind an den Grenzen zwischen jeder der Phosphorschichten die vorderen Rippen (zweite Trennwände) FR zum Halten eines konstanten Abstandes (z.B. 1 mm) zwischen dem rückseitigen Substrat und dem vorderen Substrat vorgesehen, wodurch die Trennung der Phosphore auf dem vorderseitigen Substrat, die den drei Grundfarben des Lichts R, G und B entsprechen, gewährleistet ist.
Wie oben erläutert, besitzt die Flachbildschirmvorrichtung mit den Elektronen emittierenden Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung die Bildanzeigeanordnung mit mehreren Licht emittierenden Pixeln entsprechend den Elektronen emittierenden Vorrichtungen, die in einer Matrix angeordnet sind und jeweils als entweder ein roter R, ein grüner G oder ein blauer B Lichtemissionsabschnitt aufgebaut sind. Es ist natürlich auch möglich, durch Ersetzen der RGB-Lichtemissionsabschnitte durch monochrome Lichtemissionsabschnitte eine einfarbige Anzeigetafel zu bilden.
Gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie es in 35 dargestellt ist, kann man eine Elektronen emittierende Lichtemissionsvorrichtung 30 erhalten. Eine Elektronen emittierende Vorrichtung S, wie sie in der Elektronen emittierenden Lichtemissionsvorrichtung 30 realisiert ist, ist in einer ähnlichen Weise wie bei den obigen Ausführungsbeispielen aufgebaut, bei welcher eine Elektronenquellenschicht 12 auf einem Glasvorrichtungssubstrat 10 als das rückseitige Substrat mit einer darauf ausgebildeten ohmschen Elektrode 11 ausgebildet ist; mehrere sphärische Partikel aufgesprüht sind oder mehrere lineare oder säulenartige umgekehrt konisch zulaufende Blöcke darauf ausgebildet sind; eine Isolierschicht 13 und eine Metalldünnfilmelektrode 15 darauf abgeschieden sind; die Partikel usw. entfernt werden; und ein Kohlebereich 40 aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung über den vertieften Inselbereichen 14 und der Metalldünnfilmelektrode 15 ausgebildet ist.
Über diesem Kohlebereich 40 in der Elektronen emittierenden Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist direkt eine Phosphorschicht 3 ausgebildet, wodurch die Elektronen emittierende Lichtemissionsvorrichtung fertig gestellt ist. Die Phosphorschicht 3 empfängt direkt die aus den Inselbereichen 14 der Elektronen emittierenden Vorrichtung erzeugten Elektronen und emittiert ein sichtbares Licht entsprechend der Art des Phosphors. Die Elektronen emittierenden Lichtemissionsvorrichtung 30 kann eine sein, bei welcher die Partikel 20 (oder die umgekehrt konisch zulaufenden Blöcke) zurückbehalten werden und der Kohlebereich 40 über diesen aufgebracht ist, wie in 36 dargestellt.
Die Phosphorschicht 3 kann durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren mit einer Lösung aus Phosphor für die Emission einer gewünschten Farbe des Lichts ausgebildet werden, jedoch ist das Aufbringungsverfahren nicht beschränkt.
Es ist auch möglich, über die Phosphorschicht ein lichtdurchlässiges vorderes Oberflächensubstrat, wie beispielsweise ein Glassubstrat mit einer an seiner Innenfläche vorgesehenen transparenten Kollektorelektrode, hauptsächlich für den Schutz der Vorrichtung vorzusehen. Dies würde das Einsammeln der aus der Elektronen emittierende Lichtemissionsvorrichtung austretenden Elektronen erlauben. Diese gegenüber liegenden vorderen und rückseitigen Substrate dieser Elektronen emittierenden Lichtemissionsvorrichtung können über einen transparenten Klebstoff mit Hilfe von Abstandhaltern, usw. an ihren Umfängen verbunden werden.
Gemäß dem Aufbau dieses alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, da die Vorrichtung eine direkt auf der Metalldünnfilmelektrode oder dem Kohlebereich der Elektronen emittierenden Vorrichtung vorgesehene Phosphorschicht haben würde, das Anlegen einer Beschleunigungsenergie unnötig, das Antriebssystem der Vorrichtung kann vereinfacht werden, und ein Vakuumraum ist nicht länger erforderlich, weshalb man eine leichtgewichtige und ultradünne Flachbildschirmvorrichtung erhalten kann. Da sie keine zusätzlichen Abstandhalter benötigen würde, kann außerdem der Sichtbereich verbessert werden.

Claims

Elektronen emittierende Vorrichtung (S), mit einer Elektronenquellenschicht (12) aus einem Metall, einer Metalllegierung oder einem Halbleiter; einer Isolierschicht (13), welche auf der Elektronenquellenschicht ausgebildet ist, wobei die Isolierschicht zumindest einen Inselbereich (14) aufweist, der als ein Elektronen emittierender Abschnitt dient, in welchem eine Filmdicke der Isolierschicht allmählich reduziert ist; einer Metalldünnfilmelektrode (15), die auf der Isolierschicht ausgebildet ist, wobei die Elektronen beim Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der Elektronenquellenschicht und der Metalldünnfilmelektrode emittiert werden; gekennzeichnet durch einen Kohlebereich (40) aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung, der auf wenigstens einer Seite der Oberseite, des Bodens oder der Innenseite des Inselbereichs vorgesehen ist.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Metalldünnfilmelektrode (15) und der Kohlebereich (40) durch ein Verfahren eines physikalischen Abscheidungsverfahrens und eines chemischen Abscheidungsverfahrens abgeschieden sind.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kohlebereich (40) ein Dünnfilm ist, der auf dem Inselbereich (14) oder der Metalldünnfilmelektrode (15) abgeschieden ist.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kohlebereich (40) ein Dünnfilm ist, der auf dem Inselbereich (14) abgeschieden wird, während eine Spannung zwischen der Elektronenquellenschicht (12) und der Metalldünnfilmelektrode (15) angelegt ist.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die angelegte Spannung entsprechend einer Spannungsanlegeperiode, in welcher die Spannung steigt und fällt, intermittierend zugeführt wird.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kohlebereich (40) in der Metalldünnfilmelektrode (15) verteilt ist.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kohlebereich (40) ein Dünnfilm ist, der unter der Metalldünnfilmelektrode (15) abgeschieden ist.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kohlebereich (40) ein Dünnfilm ist, der unter der Isolierschicht (13) abgeschieden ist.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Dicke des Metalldünnfilms zusammen mit der Isolierschicht (13) allmählich reduziert.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die Dicke des Kohlebereichs (40) zusammen mit der Isolierschicht (13) allmählich reduziert.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Isolierschicht (13) aus einem dielektrischen Material hergestellt ist und eine Dicke von zumindest 50 nm in Bereichen außer dem Inselbereich (14) besitzt.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Metalldünnfilmelektrode (15) auf der Isolierschicht (13) innerhalb des Inselbereichs (14) endet.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Isolierschicht (13) auf der Elektronenquellenschicht (12) innerhalb des Inselbereichs (14) endet.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Inselbereich (14) eine Vertiefung auf einer flachen Oberfläche der Metalldünnfilmelektrode (15) und der Isolierschicht (13) ist.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem feinen Partikel (20) innerhalb des Inselbereichs 114).
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem umgekehrt konisch zulaufenden Block innerhalb des Inselbereichs (14), welcher in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat und an einem oberen Abschnitt davon herausragt und einen Überhang enthält, welcher in einer Richtung parallel zu dem Substrat herausragt.
Verfahren zur Herstellung einer Elektronen emittierenden Vorrichtung (S), mit einem Elektronenquellenschicht-Bildungsvorgang zum Ausbilden einer Elektronenquellenschicht (12) aus einem Metall, einer Metalllegierung oder einem Halbleiter auf einem Substrat; einem Maskenbildungsvorgang zum Ausbilden von Masken auf der Elektronenquellenschicht (12), wobei jede der Masken einen Schutz um einen Bereich herum vorsieht, in welchem die Masken die Elektronenquellenschicht berühren; einem Isolierschicht-Bildungsvorgang zum Abscheiden einer Isolierschicht 113) über der Elektronenquellenschicht (12) und den Masken, um so die Isolierschicht als einen Dünnfilm eines Isolators vorzusehen, wobei die Isolierschicht Inselbereiche (14) aufweist, in welchen eine Filmdicke der Isolierschicht sich in der Nähe der Berührungsbereiche der Masken allmählich reduziert; und einem Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgang zum Ausbilden einer Metalldünnfilmelektrode (15) über der Isolierschicht (13), wodurch die Inselbereiche (14) als Elektronen emittierende Abschnitte ausgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren ferner einen Vorgang zum Vorsehen eines Kohlebereichs (40) aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung in der Nähe der Inselbereiche (14) aufweist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 17, ferner mit einem Maskenbeseitigungsvorgang zum Beseitigen der Masken unmittelbar nach dem Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgang, und wobei der Vorgang zum Vorsehen des Kohlebereichs (40) unmittelbar nach dem Maskenbeseitigungsvorgang ausgeführt wird, wodurch der Kohlebereich als ein Dünnfilm ausgebildet wird, der über der Metalldünnfilmelektrode (15) abgeschieden ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 18, wobei der Vorgang zum Vorsehen des Kohlebereichs (40) durch Abscheiden des Kohlebereichs als ein Dünnfilm durchgeführt wird, während eine Spannung zwischen der Elektronenquellenschicht (12) und der Metalldünnfilmelektrode (15) angelegt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 19, wobei die angelegte Spannung entsprechend einer Spannungsanlegeperiode, in welcher die Spannung steigt und fällt, intermittierend zugeführt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 17, ferner mit einem Maskenbeseitigungsvorgang zum Beseitigen der Masken unmittelbar nach dem Isolierschicht-Bildungsvorgang, und wobei der Vorgang zum Vorsehen des Kohlebereichs (40) während des Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgangs durchgeführt wird, wodurch der Kohlebereich innerhalb der Metalldünnfilmelektrode (15) verteilt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 17, wobei der Vorgang zum Vorsehen des Kohlebereichs (40) unmittelbar nach dem Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgang durchgeführt wird, wodurch der Kohlebereich als ein Dünnfilm ausgebildet wird, welcher über der Metalldünnfilmelektrode (15) abgeschieden ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 17, wobei der Vorgang zum Vorsehen des Kohlebereichs (40) unmittelbar vor dem Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgang durchgeführt wird, wodurch der Kohlebereich als ein Dünnfilm ausgebildet wird, welcher unter der Metalldünnfilmelektrode (15) abgeschieden ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 17, wobei der Vorgang zum Vorsehen des Kohlebereichs (40) unmittelbar vor dem Isolierschicht-Bildungsvorgang ausgeführt wird, wodurch der Kohlebereich als ein Dünnfilm ausgebildet wird, welcher unter der Isolierschicht abgeschieden ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 22, ferner mit einem Maskenbeseitigungsvorgang zum Beseitigen der Masken unmittelbar nach dem Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgang, und wobei der Vorgang zum Vorsehen des Kohlebereichs (40) unmittelbar nach dem Maskenbeseitigungsvorgang ausgeführt wird, wodurch der Kohlebereich als ein Dünnfilm ausgebildet wird, welcher über der Metalldünnfilmelektrode (15) abgeschieden ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 17, wobei eine Spannung zwischen der Elektronenquellenschicht (12) und der Metalldünnfilmelektrode (15) unmittelbar nach zumindest einem des Vorgangs zum Vorsehen des Kohlebereichs (40), des Metalldünnfilmelektroden-Bildungsvorgangs und des Maskenbeseitigungsvorgangs angelegt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 17, wobei die Masken feine Partikel (20) sind und der Maskenbildungsvorgang einen Schritt des Sprühens der feinen Partikel auf die Elektronenquellenschicht (12) aufweist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 17, wobei jede der Masken ein elektrisch isolierender, umgekehrt konisch zulaufender Block (21a, 21b) ist, welcher in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat nach außen ragt und einen Überhang (22a, 22b) in einem oberen Abschnitt davon aufweist, welcher in einer Richtung parallel zu dem Substrat herausragt, und wobei der Maskenbildungsvorgang die Schritte enthält: Ausbilden einer Materialschicht für einen umgekehrt konisch zulaufenden Block auf dem Substrat; Ausbilden einer Resistmaske darauf, welche es ermöglicht, dass zumindest ein Teil der Elektronenquellenschicht (12) durch ein photolithographisches Verfahren belichtet wird; und Ansätzen des umgekehrt konisch zulaufenden Blocks (21a, 21b) mit dem Überhang (22a, 22b) durch ein Trockenätzverfahren oder ein Nassätzverfahren.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 17, wobei die Isolierschicht (13), die Metalldünnfilmelektrode (15) und der Kohlebereich (40) durch ein physikalisches Abscheidungsverfahren oder ein chemisches Abscheidungsverfahren abgeschieden werden.
Anzeigevorrichtung, mit: einem ersten Substrat (10) und einem zweiten Substrat (1), welche mit einem Vakuumraum (4) dazwischen einander zugewandt sind; mehreren Elektronen emittierenden Vorrichtungen (S), welche auf dem ersten Substrat 110) vorgesehen sind; einer Kollektorelektrode, welche auf einer Innenseite des zweiten Substrats (1) vorgesehen ist; und einer Phosphorschicht, welche auf der Kollektorelektrode ausgebildet ist, wobei jede der Elektronen emittierenden Vorrichtungen (S) eine Elektronenquellenschicht (12) aus einem Metall, einer Metalllegierung oder einem Halbleiter, welche auf einer ohmschen Elektrode ausgebildet ist, eine Isolierschicht (13), welche auf der Elektronenquellenschicht ausgebildet ist, und eine Metalldünnfilmelektrode (15), welche auf der Isolierschicht ausgebildet ist, aufweist, wobei die Isolierschicht zumindest einen Inselbereich (14) aufweist, welcher einen Elektronen emittierenden Abschnitt bildet, in welchem die Filmdicke der Isolierschicht sich allmählich reduziert, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kohlebereich (40) aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung auf wenigstens einer Seite der Oberseite, des Bodens und der Innenseite des Inselbereichs vorgesehen ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 30, wobei die Isolierschicht (13), die Metalldünnfilmelektrode (15) und der Kohlebereich (40) durch ein physikalisches Abscheidungsverfahren oder ein chemisches Abscheidungsverfahren abgeschieden sind.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 30, wobei der Kohlebereich (40) ein Dünnfilm ist, welcher auf dem Inselbereich (14) oder der Metalldünnfilmelektrode (15) abgeschieden ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 30, wobei der Kohlebereich (40) ein Dünnfilm ist, welcher auf dem Inselbereich (14) abgeschieden wird, während eine Spannung zwischen der Elektronenquellenschicht (12) und der Metalldünnfilmelektrode (15) angelegt ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 33, wobei die angelegte Spannung entsprechend einer Spannungsanlegeperiode, in welcher die Spannung steigt und fällt, intermittierend zugeführt wird.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 30, wobei der Kohlebereich (40) innerhalb der Metalldünnfilmelektrode (15) verteilt ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 30, wobei der Kohlebereich (40) ein Dünnfilm ist, welcher unter der Metalldünnfilmelektrode (15) abgeschieden ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 30, wobei der Kohlebereich (40) ein Dünnfilm ist, welcher unter der Isolierschicht (13) abgeschieden ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 30, wobei sich die Dicke der Metalldünnfilmelektrode (15) zusammen mit der Isolierschicht (13) allmählich reduziert.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 30, wobei sich die Dicke des Kohlebereichs (40) zusammen mit der Isolierschicht (13) allmählich reduziert.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 30, wobei die Isolierschicht (13) aus einem dielektrischen Material hergestellt ist und eine Filmdicke von zumindest 50 nm in Bereichen außer dem Inselbereich besitzt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 30, wobei die Metalldünnfilmelektrode (15) auf der Isolierschicht (13) innerhalb des Inselbereichs (14) endet.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 30, wobei die Isolierschicht (13) auf der Elektronenquellenschicht (12) innerhalb des Inselbereichs (14) endet.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 30, wobei der Inselbereich (14) eine Vertiefung auf einer flachen Oberfläche der Metalldünnfilmelektrode (15) und der Isolierschicht (13) ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 30, weiter mit einem feinen Partikel (20) innerhalb des Inselbereichs.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 30, ferner mit einem umgekehrt konisch zulaufenden Block innerhalb des Inselbereichs (14), welcher in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat nach außen ragt und einen Überhang in einem oberen Abschnitt davon aufweist, welcher in einer Richtung parallel zu dem Substrat herausragt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 30, wobei Busleitungen (16) über mehrere der Metalldünnfilmelektroden (15) ausgebildet sind, und wobei die ohmschen Elektroden (11) und die Busleitungen (16) Elektroden sind, die jeweils eine Form eines Streifens haben und orthogonal zueinander angeordnet sind.