CN100452274C - 电子发射器件、电子源、图像显示设备以及电视设备 - Google Patents

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Abstract

电子发射器件，包括包含卤素的第一二氧化硅主体和所述主体上的一对导电膜。

Description

电子发射器件、电子源、图像显示设备以及电视设备
技术领域
本发明涉及用在电视系统、计算机显示器以及电子束平版印刷术系统中的电子发射器件、电子源、图像显示设备以及电视设备。
背景技术
电子发射器件包括场发射类型的电子发射器件和表面传导电子发射器件。
场发射类型的电子发射器件和表面传导电子发射器件包括具有一对彼此相对形成在衬底上的相对导电膜的横向型电子发射器件。
在横向型电子发射器件中，取决于外加电压，不仅当器件处于运转中而且当其处于未运转中时，泄漏电流有时也会在这对导电膜之间流动。泄漏电流可为在这对导电膜之间的衬底表面上流动的电流分量、在这对导电膜之间的衬底中流动的电流分量、或由于这对导电膜之间的轻微接触而产生的电流分量。
日本专利No.03147267披露了一种用于在一对导电膜之间的衬底中提供凹入部分以减少泄漏电流的方法。日本专利未审定公开号No.2000-21300披露了一种用于在将一对导电膜淀积在衬底上之前吸附衬底表面上的氟以防止这对导电膜之间接触的方法。
发明内容
然而，在日本专利No.03147267中所涉及的用于在一对导电膜之间的衬底中提供凹入部分的方法中，在将这对导电膜用作掩模的同时，将这对导电膜之间的衬底表面蚀刻。这可损坏导电膜。
另一方面，在日本专利未审定公开号No.2000-21300中所涉及的用于吸附衬底表面上的氟的方法中，可避免一对导电膜之间的接触，从而可减少泄漏电流。然而，减少在衬底中流动的泄漏电流的效果不大。因此，需要泄漏电流上的进一步减少。
而且，尽管细节是未知的，但是当横向型电子发射器件连续运转时，导电膜之间的泄漏电流有时增加。
本发明进一步减小了在导电膜之间流动的泄漏电流并且防止在器件连续运转期间泄漏电流增加。本发明提供了可通过减少泄漏电流而减小功耗和驱动电路成本的电子发射器件、电子源、图像显示设备、以及电视设备。
依照一个方面，本发明提供了一种电子发射器件，所述电子发射器件包括包含卤素的二氧化硅主体以及形成在所述主体上的一对导电膜。
依照本发明的另一个方面，提供了一种电子源，所述电子源包括：包含卤素的二氧化硅主体；多个电子发射器件，其中每个电子发射器件都包括布置在所述主体上的一对导电膜；以及连接所述多个电子发射器件的布线。在一个实施例中，所述电子源被并入到图像显示设备中。因此，图像显示设备包括这样一种电子源，所述电子源包括：包含卤素的二氧化硅主体；多个电子发射器件，其中每个电子发射器件都包括布置在所述主体上的一对导电膜；以及连接所述多个电子发射器件的布线。另外，所述图像显示设备还包括发光元件，所述发光元件在被从所述电子源发射出的电子照射时发出光线。在另一个实施例中，所述电子源被并入到电视设备中。因此，所述电视设备包括图像显示设备、被构成得用于通过选择图像信息而接收图像信号的电路、以及被构成得用于向图像显示设备施加电压以使得图像显示设备根据图像信号显示图像的电路。所述图像显示设备还包括电子源和发光元件，所述发光元件在被从所述电子源发射出的电子照射时发出光线。所述电子源包括：包含卤素的二氧化硅主体；多个电子发射器件，其中每个电子发射器件都包括布置在所述主体上的一对导电膜；以及连接所述多个电子发射器件的布线。
依照本发明的另一个方面，本发明提供了一种电子发射器件，所述电子发射器件包括包含卤素的第一绝缘体、第一绝缘体上的第二绝缘体、以及形成在第二绝缘体上的一对导电膜。第二绝缘体包含二氧化硅并且在这对导电膜之间具有凹入部分。另外，第一绝缘体中卤素的浓度高于第二绝缘体中卤素的浓度。
本发明的另一个方面涉及一种电子源，所述电子源包括：第一绝缘体；第一绝缘体上的第二绝缘体；多个电子发射器件，其中每个电子发射器件都包括形成在第二绝缘体上的一对导电膜；以及连接所述多个电子发射器件的布线。第一绝缘体是由包含卤素的二氧化硅制成的，而第二绝缘体包含二氧化硅并且在这对导电膜之间具有凹入部分，并且第一绝缘体中卤素的浓度高于第二绝缘体中卤素的浓度。在一个实施例中，所述电子源被并入到图像显示设备中。因此，图像显示设备包括电子源和发光元件，所述发光元件在被从所述电子源发射出的电子照射时发出光线。所述电子源包括：第一绝缘体；第一绝缘体上的第二绝缘体；多个电子发射器件，其中每个电子发射器件都包括形成在第二绝缘体上的一对导电膜；以及连接所述多个电子发射器件的布线。第一绝缘体是由包含卤素的二氧化硅制成的，而第二绝缘体包含二氧化硅并且在这对导电膜之间具有凹入部分，并且第一绝缘体中卤素的浓度高于第二绝缘体中卤素的浓度。在另一个实施例中，所述电子源被并入到电视设备中。因此，所述电视设备包括图像显示设备、被构成得用于通过选择图像信息而接收图像信号的电路、以及被构成得用于向图像显示设备施加电压以使得图像显示设备根据图像信号显示图像的电路。所述图像显示设备包括包含多个电子发射器件的电子源。所述显示设备还包括连接所述多个电子发射器件的布线和发光元件，所述发光元件在被从所述电子源发射出的电子照射时发出光线。所述电子源还包括第一绝缘体和第一绝缘体上的第二绝缘体。所述多个电子发射器件中的每个都包括第二绝缘体上的一对导电膜。第一绝缘体是由包含卤素的二氧化硅制成的，而第二绝缘体包含二氧化硅并且在这对导电膜之间具有凹入部分，并且第一绝缘体中卤素的浓度高于第二绝缘体中卤素的浓度。
从以下参照附图所给出的示范性实施例的描述中可明白本发明的其他特征和优点。
附图说明
图1A是本发明一个实施例所涉及的电子发射器件的示意性平面图而图1B是其示意性截面图。
图2A是本发明另一个实施例所涉及的电子发射器件的示意性平面图而图2B是其示意性截面图。
图3是本发明另一个实施例所涉及的电子发射器件的示意性截面图。
图4A到4E是示出了用于制造本发明一个实施例所涉及的电子发射器件的一种方法的示意性截面图。
图5是本发明一个实施例所涉及的电子源的示意性顶视图。
图6是本发明一个实施例所涉及的图像显示设备的示意性透视图。
图7是本发明一个实施例所涉及的包含电子发射器件的电视设备示意性框图。
图8A和图8B是在用于制造本发明一个实施例所涉及的电子发射器件的工艺中所施加的电压的波形图。
图9是用于测量本发明一个实施例所涉及的电子发射器件的电特性的设备的示意性局部截面图。
图10A是本发明另一个实施例所涉及的电子发射器件的示意性平面图而图10B是其示意性截面图。
具体实施方式
第一实施例
图1A和1B是本发明一个基本实施例所涉及的电子发射器件的示意图。图1A是所述电子发射器件的平面图而图1B是其截面图。所述电子发射器件包括用作第一绝缘体1的衬底、第一导电膜2、第二导电膜3、第一导电膜2与第二导电膜3之间的间隙6、以及形成在第一绝缘体1的表面中的凹入部分9。
在该电子发射器件中，通过在第一导电膜2和第二导电膜3之间施加电压而形成了电场。在形成了电场的基础上，从第一导电膜2或第二导电膜3中发射出电子。第一导电膜2和第二导电膜3之间的电压可从10V到100V或者可从10V到30V。
至少第一绝缘体1的表面由包含卤素的二氧化硅构成。这可减少在第一导电膜2和第二导电膜3之间的衬底中流动的电流。另外，这可防止电流在电子发射器件的连续运转期间增加。
虽然不很清楚减少泄漏电流的原因和抑制泄漏电流的增加的原因，但是我们认为二氧化硅中的卤素与硅的不饱和键形成了键或者取代Si-H键中的氢以防止不饱和键的形成。这可防止在衬底中形成泄漏电流路径。本发明中所使用的卤素包括(但不局限于)氟、氯和溴。特别是，氟是最有效的。
用在第一导电膜2和第二导电膜3中的导电材料的示例包括：金属，诸如Pd、Pt、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W、或Pb；氧化物，诸如PdO、SnO2、In2O3、PbO、或Sb2O3；硼化物，诸如HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、或GdB4；碳化物，诸如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、或WC；氮化物，诸如TiN、ZrN、或HfN；半导体，诸如Si或Ge；以及碳形式，诸如石墨或无定形碳。所述碳可为碳纤维，诸如纳米碳管、无定形碳纤维、或石墨纳米纤维。这些导电材料可被单独使用或组合使用。
第一导电膜2和第二导电膜3之间的距离可在1nm到100μm的范围内，较好的是在1nm到1μm的范围内，更好的是在1nm到10nm的范围内，最好的是在3nm到10nm的范围内。第一导电膜2和第二导电膜3的厚度可在1nm到10μm的范围内。
第一绝缘体1中的卤素含量可在5.0×1018到5.0×1021原子(atoms)/cm3的范围内，最好可在1.0×1019到1.0×1021原子/cm3的范围内。在卤素含量为1.0×1019原子/cm3或更高的情况下，减小泄漏电流的效果较大。然而，在卤素含量为5.0×1021原子/cm3或更高的情况下，泄漏电流可明显增加。而且，过多的卤素含量可不利地阻碍以下所述的激活处理中的激活。
如图1B中所示的，凹入部分9可被形成在第一导电膜2和第二导电膜3之间的间隙6中的第一绝缘体1的表面中。由于第一导电膜2和第二导电膜3之间的衬底的表面上的距离被凹入部分9延长了，因此可进一步减小泄漏电流。
第二实施例
应该理解的是，第一和第二实施例中所使用的相同的附图标记表示相同或相似的元件。一般地说，当相同的附图标记用在关于不同实施例的不同附图中时，它们是指相同或相似的元件。在本发明另一个实施例所涉及的电子发射器件中，如图2A和图2B中所示的，可提供第三导电膜4、第四导电膜5、第五导电膜7和第六导电膜8，以作为用于向图1A和图1B中所示的第一导电膜2和第二导电膜3中的每个供应电压的电极。在图2A和图2B中所示的该示例中，与第一导电膜2相连接的电极由第三导电膜4和第五导电膜7构成，而与第二导电膜3相连接的电极由第四导电膜5和第六导电膜8构成。然而，与第一导电膜2和第二导电膜3相连接的每个电极都可由如上所述的一个导电膜构成或者由两个或多个导电膜构成。图2A是本发明该实施例所涉及的电子发射器件的平面图。图1B是所述电子发射器件的截面图。所述电子发射器件包括第三导电膜4与第四导电膜5之间的第一间隙10和第一导电膜2与第二导电膜3之间的第二间隙6。如上所述的，凹入部分9可被形成在第二间隙6中的第一绝缘体1的表面中。
第三实施例
如图3中示意性地示出的，当2A和图2B中所示的电子发射器件是通过以下所述的激活处理构成时，第一导电膜2和第二导电膜3可被设置在第二绝缘体11上，所述第二绝缘体11被设置在第一绝缘体1上并且包含比第一绝缘体1少的卤素。在这种情况下，凹入部分9可被形成在第二间隙6中的第二绝缘体11的表面中。
在执行激活处理的情况下，如果第一导电膜2和第二导电膜3之间的绝缘体的卤素含量太高的话，可能会抑制激活。因此，可将包含比第一绝缘体1少的卤素的第二绝缘体11设置在第一绝缘体1上。在使用第二绝缘体11的情况下，可通过第二间隙6中的第二绝缘体11中形成凹入部分9而减少在衬底中流动的泄漏电流。
图4A到4E示出了用于制造图2中所示的本发明实施例所涉及的电子发射器件的一种方法。可依照以下所述的处理a到e制造电子发射器件。
(处理a)
制备由包含卤素的二氧化硅制成的第一绝缘体1(图4A)。
(处理b)
在第一绝缘体1上形成第五导电膜7和第六导电膜8(图4B)。
(处理c)
将导电膜12形成得与第五导电膜7和第六导电膜8相连接。之后，在导电膜12的一部分中形成第一间隙10以便于提供第三导电膜4和第四导电膜5(图4C和4D)。
(处理d)
第一导电膜2和第二导电膜3被形成在第一间隙10中并且位于第三导电膜4的一部分上和第四导电膜5的一部分上。之后，在第二间隙6中在第一绝缘体1中形成凹入部分9(图4E)。
下面将详细描述每项处理。
(处理a)
在处理a中，例如，通过离子注入方法将卤素加入到预先制备的二氧化硅衬底中而制备由包含卤素的二氧化硅制成的第一绝缘体1。二氧化硅衬底可仅由二氧化硅制成。然而，被杂质污染的二氧化硅基衬底没有被排除在本发明中所使用的二氧化硅衬底以外。本质上，在不会导致任何问题的情况下可使用至少包含70％或最好至少包含80％二氧化硅的衬底。
第一绝缘体1可被设置在以Si、石英玻璃、钠钙玻璃或陶瓷为基础的衬底上。在这种情况下，通过溅射、化学气相淀积(CVD)、涂覆或溶胶凝胶法将二氧化硅层淀积在衬底上。之后根据需要，通过离子注入方法将一种卤素或多种卤素添加到二氧化硅层中，之后进行热处理。
或者，可通过使用与包含期望一种卤素或多种卤素的原材料气体相组合的原料二氧化硅气体的CVD制成包含卤素的二氧化硅，或者通过使用包含一种卤素或多种卤素的二氧化硅气体作为溅射气体或反应性气体的溅射制成包含卤素的二氧化硅。实际上，第一绝缘体1的厚度可在0.02μm到2μm的范围内。
第一绝缘体1沿垂直于表面的方向可具有卤素含量梯度。卤素含量可从第一绝缘体1的底部朝向顶表面增加。
在该处理中，在将要形成图3中所示的电子发射器件的情况下，可将包含具有少于第一绝缘体1的卤素含量的二氧化硅的第二绝缘体11形成在第一绝缘体1上。
可通过用于将第一绝缘体1形成在衬底上相同的方法形成第二绝缘体11的二氧化硅。为了避免抑制以下所述的激活处理，第二绝缘体11中的卤素含量可基本为1.0×1019原子/cm3或更低。
第二绝缘体11的厚度可等于或小于凹入部分9的深度，在以下所述的激活处理中，所述凹入部分9可被形成在第二绝缘体11的表面中。在激活处理之后，为了减少在衬底中流动的电流，凹入部分9可被形成在第二间隙6中的第二绝缘体11中。所述凹入部分9的深度取决于激活或其他条件，并且实际上可在20nm到100nm的范围内。第二绝缘体11的厚度可在10nm到100nm的范围内。凹入部分9的最深点与第二绝缘体11之间的垂直间隔可为20nm或更小。最好可为10nm或更小。
(处理b)
在处理b中，例如通过真空蒸发或溅射与光刻法的组合或通过印刷在第一绝缘体1上形成第五导电膜7和第六导电膜8。第五导电膜7和第六导电膜8中所使用的导电材料的示例包括：金属，诸如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu、或Pd，以及其合金；由金属氧化物、玻璃和其他材料构成的印制导体；以及透明电导体，诸如ITO(氧化铟锡)。
第五导电膜7和第六导电膜8之间的间隔和导电膜的厚度取决于应用。第五导电膜7和第六导电膜8之间的间隔可在1μm到100μm的范围内。第五导电膜7和第六导电膜8的厚度可在10nm到10μm的范围内。
(处理c)
在处理c中，将导电膜12形成得与第五导电膜7和第六导电膜8相连接。之后，在导电膜12的一部分中形成第一间隙10以便于提供第三导电膜4和第四导电膜5。
可通过诸如溅射、真空蒸发、或使用构成导电膜12的材料的CVD等成膜工艺形成导电膜12，或者例如通过浸渍、旋涂、窄缝涂覆或喷墨方法施加包含构成导电膜12的材料的溶液形成导电膜12。
通过结合考虑第五导电膜7和第六导电膜8的涂层性能确定导电膜12的厚度。在形成导电膜12之后执行以下所述的形成工艺的情况下，通过结合考虑形成工艺中的处理条件确定导电膜12的厚度。导电膜12的厚度可在0.1nm到100nm的范围内或在1nm到50nm的范围内。
用在导电膜12中的导电材料的示例包括：金属，诸如Pd、Pt、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W、或Pb；氧化物，诸如PdO、SnO2、In2O3、PbO、或Sb2O3；硼化物，诸如HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、或GdB4；碳化物，诸如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、或WC；氮化物，诸如TiN、ZrN、或HfN；以及半导体，诸如Si或Ge。
在形成导电膜12之后执行以下所述的形成工艺的情况下，通过导电膜12的片电阻确定第一间隙10的形状。因此，片电阻可为1×103Ω/平方到1×107Ω/平方以便于令人满意地提供第一间隙10。
在形成了第一间隙10之后，施加于第五导电膜7和第六导电膜8之间的电压最好被充分地供给到第一间隙10。因此导电膜12的电阻最好可较低。
因此，具有1×103Ω/平方到1×107Ω/平方的片电阻的金属氧化物半导体膜可被形成为导电膜12。在以下所述的形成工艺之后可还原(reducing)金属氧化物以便于进一步减小电阻。
为了在导电膜12的一部分中形成第一间隙10以便于提供第三导电膜4和第四导电膜5，例如，可使用所述形成工艺。可利用通过使得电流在第五导电膜7和第六导电膜8之间流动而产生的焦耳热执行所述形成工艺。因此，第一间隙10可被形成在导电膜12的一部分中以便于提供第三导电膜4和第四导电膜5。
在形成工艺中，施加得用于使得电流在第五导电膜7和第六导电膜8之间流动的电压可为脉冲电压。脉冲电压的脉冲高度可为恒定的或者可随时间而增加。根据导电膜12的材料、厚度、以及电阻确定用于施加脉冲电压的方法、以及电压、脉冲宽度、以及所施加的脉冲电压的脉冲周期。可在真空中或在包含还原气体(诸如氢气)的气体中执行形成工艺。
除以上所述的形成工艺以外，也可使用蚀刻或聚焦离子束处理在导电膜12的部分中形成第一间隙10。
(处理d)
在处理d中，第一导电膜2和第二导电膜3被形成在第一间隙10中并且位于第三导电膜4的一部分上和第四导电膜5的一部分上。之后，在第二间隙6中在第一绝缘体1的表面中形成凹入部分9。例如可通过激活工艺执行该工艺。例如，在包含碳的气氛中通过在第三导电膜4和第四导电膜5之间(第五导电膜7和第六导电膜8)施加电压而执行激活工艺。例如，在用无油泵充分地抽空真空容器之后，可通过引入含碳气体(诸如有机气体)产生所述气氛。
用在第五导电膜7和第六导电膜8中的导电材料的示例包括：金属，诸如Pd、Pt、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W、或Pb；氧化物，诸如PdO、SnO2、In2O3、PbO、或Sb2O3；硼化物，诸如HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、或GdB4；碳化物，诸如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、或WC；氮化物，诸如TiN、ZrN、或HfN；以及半导体，诸如Si或Ge。当执行激活工艺时，碳和/或碳化合物可用作用于第五导电膜7和第六导电膜8的材料。
碳和/或碳化合物的示例包括石墨和非结晶性碳。石墨包括高定向热解石墨(HOPG)、热解石墨(PG)、以及玻璃状碳(GC)。HOPG具有几乎完美的石墨结晶结构。PG具有大约20nm的晶粒尺寸并且具有略微无序的晶体结构。GC具有大约2nm的晶粒尺寸并且具有更为无序的晶体结构。非结晶性碳包括无定形碳；和无定形碳与微晶石墨的混合物。
可通过足够长的激活工艺将凹入部分9形成在第一绝缘体1的表面中。我们相信引入的碳与激活工艺中构成第一绝缘体的二氧化硅相反应。
在没有激活工艺的情况下，例如，通过蚀刻或聚焦离子束处理形成了第一导电膜2和第二导电膜3之间的间隙6以及第一绝缘体1的表面中的凹入部分9。
激活工艺中所使用的有机物质包括：脂肪族烃，诸如烷烃、烷烃和炔烃；芳族烃；醇类；醛；酮；胺类；以及有机酸，诸如苯酚、羧酸，以及磺酸。特别地，可使用由CnH2n+2表示的饱和烃，诸如甲烷、乙烷以及丙烷；可使用由CnH2n表示的不饱和烃，诸如乙烯和丙烯、苯、甲苯、甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、丙酮、甲基乙基甲酮、甲胺、乙胺、苯酚、蚁酸、乙酸、以及丙酸、或其混合物。
有机物质的分压可根据真空容器的尺寸或所使用的有机物质的种类而改变，并且可依照情况而适当地确定。
可通过这些工艺制造本发明所涉及的电子发射器件。而且，在处理d之后可执行稳定化处理以便于用抽空装置排出真空容器中的有机物质。抽空装置可为无油类型的以便于防止所述抽空装置产生的油导致器件特性的退化。无油抽空装置可为吸气泵或离子泵。
真空容器中的有机成分的分压可处于能够避免上述碳或碳化合物的进一步淀积的范围内。真空容器中的有机成分的分压可基本为1.0×10-6Pa或更低，并且最好可为1.0×10-8Pa或更低。
真空容器中的有机成分的该降低的分压可防止碳或碳化合物的进一步淀积，并且可去除真空容器或衬底上吸附的H2O或O2。这使得在第一导电膜2和第二导电膜3之间的泄漏电流If和发射电流Ie稳定，所述发射电流Ie为油任何导电膜所发射的不在膜2和3之间流动的电子的电流。如稍后描述的，在将阳极布置得面对电子发射器件的情况下，发射电流Ie是在阳极电极与接地端子之间流动的电流分量。
第四实施例
下面将参照图5和图6详细描述电子源和包括多个所述电子发射器件的图像显示装置的示例。
在图5中，电子源包括其上以矩阵模式布置有多个电子发射器件的电子源衬底51、以及水平布线52和垂直线53，所述水平布线52和垂直线53都连接于电子发射器件的一对电极。在图5中，每个电子发射器件都包括图2A和2B、或图3中所示的电子发射器件。在图6中，图像显示装置包括以矩阵模式布置的多个电子发射器件(每个都为图2A和2B、或图3中所示的)、框架61、玻璃衬底62、玻璃衬底62内部的荧光屏63、荧光屏63内部的金属背衬64、与金属背衬64相连接的高压端子65、以及电子源衬底51。电子源衬底51和包括玻璃衬底62、荧光屏63和金属背衬64的面板通过低熔化温度的玻璃烧料附于框架61。
封套66由面板、框架61和电子源衬底51构成。
另外，至少一个被称作隔离物的支撑物(未示出)可被布置在面板与电子源衬底51之间以便于提供对于大气压力具有足够强度的封套66。
这样，图像显示设备至少包括布置在电子源衬底51和荧光屏63上的电子发射器件，所述荧光屏63在接收来自于电子发射器件的电子的基础上发射光线。
第五实施例
以下是包括图像显示设备的电视设备的实施例。
图7是本发明所涉及的包含图像显示设备的电视设备示意图。因此，例如，图7中所示的电视设备的图像显示设备可为图6中所示的图像显示设备。所述电视设备如下所述那样操作。首先，通过调谐图像信息而由图像信息接收器71接收的图像信号被输入到画面信号产生电路72中，所述画面信号产生电路72转而产生画面信号。图像信息接收器71可为类似于调谐器的接收器，所述图像信息接收器71可通过无线电广播、电缆广播或因特网选择和接收图像信息中的画面信号。图像信息接收器71可连接于音响设备。图像信息接收器71、画面信号产生电路72、驱动电路73、以及通过本发明方法所制造的图像显示设备74可构成电视机。画面信号产生电路72产生来自于图像信号的并且与图像显示设备74的每个像素相对应的画面信号，并且将画面信号输送到驱动电路73。驱动电路73根据输入的画面信号控制施加于图像显示设备74的电压以便于将图像显示在图像显示设备74上。
本发明不局限于上述实施例。每个部件都可由实现本发明目的的替代物或等价物代替。
示例
将结合以下示例详细描述本发明。
示例1
在该示例中，制备在绝缘体的二氧化硅层中具有不同氟含量的六个样品作为图2中所示的电子发射器件。下面将描述用于制造该示例所涉及的这些电子发射器件的方法。
处理(a)
通过CVD将具有0.4μm厚度的二氧化硅层形成在干净的玻璃衬底上。之后，除样品4以外，在50keV的加速电压下将氟离子注入在二氧化硅层的整个表面上。在450℃下热处理30分钟之后，制备出第一绝缘体1(图4A)。注入到样品中的氟离子剂量可在2.0×1014离子(ions)/cm2和2.0×1017离子/cm2之间变化以使得每个样品中的二氧化硅层具有图表1中所示的氟含量。通过二次离子质谱测定法(SIMS)确定二氧化硅层中的氟含量。在确认氟的横向分布基本均匀之后，沿垂直于第一绝缘体1表面的方向的二氧化硅层中的氟浓度的平均值被确定为氟含量。在不包含注入的氟离子的样品4中，通过用于确定该示例中的氟含量的设备在二氧化硅层中未检测到氟。通过化学分析电子光谱法(ESCA)所作出的绝缘体1的表面的分析示出了氟原子被分布在第一绝缘体1的1nm到10nm的深度处。
处理(b)
通过光致抗蚀剂形成第五导电膜7和第六导电膜8的剥离(lift-off)图案。之后，通过真空蒸发顺序地淀积具有5nm厚度的Ti和具有50nm厚度的Pt。
之后，通过有机溶剂溶解光致抗蚀剂图案以便于剥离Pt/Ti淀积膜。以这种方式，形成了第五导电膜7和第六导电膜8(图4B)。第五导电膜7和第六导电膜8之间的间隙为20μm。第五导电膜7和第六导电膜8之间的宽度为200μm。
处理(c)
之后，使用泡沫喷射器将钯多元溶液(溶解在IPA(异丙醇)与水的混合物中的钯醋酸盐单乙醇胺合成物)滴落在第五导电膜7和第六导电膜8之间。在300℃下煅烧15分钟之后，形成了由氧化钯制成的导电膜12(图4C)。导电膜12具有6nm的平均厚度。
处理(d)
在将衬底布置在真空容器中之后，使用真空泵将所述真空容器抽真空。当真空容器中的压力达到2×10-3Pa时，关闭排气阀。之后，通过在将包含2％H2的N2气体(2％H2-containing N2)引入到真空容器中的同时经由外部端子在第五导电膜7和第六导电膜8之间施加脉冲电压而执行形成工艺。
在形成工艺中，电压的波形为图8A中所示的脉冲波形，其中电压的峰值V1为14V、脉冲宽度T1为1msec、脉冲周期T2为50msec。
在施加电压脉冲期间，插入1V的脉冲以测量电阻。当所测量的电阻至少达到约1MΩ时，终止脉冲电压的施加。以这种方式，在导电膜12中形成了提供第三导电膜4和第四导电膜5的第一间隙10(图4D)。
之后，通过将包含2％H2的N2气体(2％H2-containing N2)引入到真空容器中直至2×104Pa的压力并且保持该压力30分钟，将第三导电膜4和第四导电膜5还原。
处理(e)
之后，使用真空泵将真空容器抽真空。当真空容器的压力达到2×10-5Pa时，通过慢漏气阀将间甲苯基氰(tolunitrile)引入到真空容器中并且将真空容器保持在1×10-4Pa下。
之后，通过在第五导电膜7和第六导电膜8之间施加脉冲电压执行激活工艺。都由碳制成的第一导电膜2和第二导电膜3被淀积。同时，在第一导电膜2和第二导电膜3之间的第二间隙6中在第一绝缘体1的表面中形成凹入部分9(图4E)。
这种情况下的脉冲电压为图8E中所示的双极性脉冲形状，其中电压的峰值V1为14V、脉冲宽度T1为1msec、脉冲周期T3为20msec。施加60分钟该脉冲电压。
形成在第一导电膜2和第二导电膜3之间的第二间隙6中的第一绝缘体1的表面中的凹入部分9具有0.06μm的深度。
在图表1中示出了激活结束时的电流If。
处理(f)
如图9中所示的，如此制备的样品被布置在真空容器95中。在用真空泵94对真空容器95抽真空时，分别在300℃和200℃下加热电子发射器件和真空容器10小时。以这种方式，执行稳定化工艺。
之后，在真空容器95中测量该示例中所制备的样品的电特性。
在图9中，真空容器装有用于测量电流If的第一安培计90、用于测量发射电流Ie的第二安培计91、电源92、高压电源93以及阳极96。在该示例中，第一导电膜2或第二导电膜3的表面与阳极96的表面之间的距离H为2mm。通过向阳极96施加6kV而测量电特性。
首先，经由外部端子在电子发射器件的第五导电膜7和第六导电膜8之间施加30秒钟的具有1msec脉冲宽度、16.7msec脉冲周期以及19.5V峰值的脉冲电压。之后，测量电流If。
图表1示出了当第五导电膜7和第六导电膜8之间的电压为16V(相当于当器件被操纵以发射电子时器件的电压)时的电流If。图表1还示出了当第五导电膜7和第六导电膜8之间的电压为6V(相当于当器件未被操纵时器件的电压)时的电流If(泄漏电流)。
虽然也测量了发射电流Ie，但是当第五导电膜7和第六导电膜8之间的电压为16V时，发射电流Ie与电流If的比率Ie/If对于任何样品来说几乎都是恒定的。
随后，在具有0.1msec脉冲宽度、16.7msec脉冲周期以及16V峰值的脉冲电压被连续地施加于电子发射器件预定时间之后，测量电流If。图表1示出了当第五导电膜7和第六导电膜8之间的电压为6V时的电流If。
在该示例中，与样品4到6相比较，在样品1到3中当器件被操作以发射电子时的电流If、当器件未处于操作中时的电流If、以及当在被连续操纵之后器件未处于操作中时的电流If较低。
(图表1)
  样品1   样品2   样品3   样品4   样品5   样品6
  绝缘体中的F含量(原子/cm<sup>3</sup>)   1×10<sup>19</sup>   1×10<sup>20</sup>   1×10<sup>21</sup>   未注入   5×10<sup>18</sup>   5×10<sup>21</sup>
  激活结束时的电流If(mA)   1.5   1.3   1.2   1.6   1.6   0.7
  16V电压下的电流If(mA)   1.4   1.2   1.1   1.5   1.5   0.6
  6V电压下的电流If(μA)   0.03   0.02   0.01   0.10   0.08   0.04
  在连续施加脉冲电压之后6V电压下的电流If(μA)   0.05   0.03   0.02   0.21   0.15   0.06
示例2
在该示例中，制备在第一绝缘体和第二绝缘体的二氧化硅层中具有不同氟含量的七个样品作为图3中所示的电子发射器件。下面将描述用于制造该示例所涉及的这些电子发射器件的方法。
处理(a)
通过CVD将具有0.4μm厚度的二氧化硅层形成在干净的玻璃衬底上。之后，在50keV的加速电压下将氟离子注入在二氧化硅层的整个表面上。在450℃下热处理30分钟之后，制备出第一绝缘体1。注入到样品中的氟离子剂量可在6.5×1014离子/cm2和6.5×1017离子/cm2之间变化以使得每个样品中的绝缘体1中的二氧化硅层具有图表2中所示的氟含量。
通过CVD将具有0.05μm厚度的二氧化硅层设置在第一绝缘体1上而形成第二绝缘体11。在样品10、11和13中，在10keV的加速电压下将氟离子注入在第二绝缘体11的整个表面上，之后在450℃下热处理所述样品30分钟。注入到样品中的氟离子剂量可在2.5×1012离子/cm2和2.5×1014离子/cm2之间变化以使得每个样品中的第二绝缘体11中的二氧化硅层具有图表2中所示的氟含量。与示例1中一样，执行二氧化硅层中氟含量的测量和二氧化硅层的表面分析。
处理(b)到处理(f)
之后，与示例1中的处理(b)到处理(f)一样制造出电子发射器件。形成在第一导电膜2和第二导电膜3之间的第二间隙6中的第二绝缘体11的表面中的凹入部分9具有0.06μm的深度。在图表2中示出了激活结束时的电流If。
如同示例1中一样测量该示例中电子发射器件的电特性。
如同示例1中一样在施加脉冲电压之后测量电流If。
图表2示出了当第五导电膜7和第六导电膜8之间的电压为16V(相当于当器件被操纵以发射电子时器件的电压)时的电流If。图表2还示出了当第五导电膜7和第六导电膜8之间的电压为6V(相当于当器件未被操纵时器件的电压)时的电流If。
虽然也测量了发射电流Ie，但是当第五导电膜7和第六导电膜8之间的电压为16V时，发射电流Ie与电流If的比率Ie/If对于任何样品来说几乎都是恒定的。
随后，在具有0.1msec脉冲宽度、16.7msec脉冲周期以及16V峰值的脉冲电压被连续地施加于电子发射器件预定时间之后，测量电流If。图表2示出了当第五导电膜7和第六导电膜8之间的电压为6V时的电流If。
在该示例中，与样品12和13相比较，在样品7到11中当器件未处于操作中时的电流If、当器件处于操作中时的电流If、以及当在被连续操纵之后器件未处于操作中时的电流If较低。
(图表2)
  样品7   样品8   样品9   样品10   样品11   样品12   样品13
  第二绝缘体中的F含量(原子/cm<sup>3</sup>)   未注入   未注入   未注入   5×10<sup>17</sup>   1×10<sup>19</sup>   未注入   5×10<sup>19</sup>
  第一绝缘体中的F含量(原子/cm<sup>3</sup>)   1×10<sup>19</sup>   1×10<sup>20</sup>   1×10<sup>21</sup>   1×10<sup>20</sup>   1×10<sup>20</sup>   1×10<sup>18</sup>   1×10<sup>20</sup>
  激活结束时的电流If(mA)   1.6   1.6   1.6   1.6   1.5   1.6   1.3
  16V电压下的电流If(mA)   1.5   1.5   1.5   1.5   1.4   1.5   1.2
  6V电压下的电流If(μA)   0.03   0.02   0.01   0.02   0.02   0.09   0.02
  在连续施加脉冲电压之后6V电压下的电流If(μA)   0.05   0.03   0.02   0.03   0.03   0.18   0.03
示例3
在该示例中，多个与示例2中的样品8相同的电子发射器件和电线矩阵被设置在衬底上以便于制造如图5中所示的电子源。下面将描述制造方法。
处理(a)
以与示例2中相同的方式通过CVD将具有0.4μm厚度的二氧化硅层形成在玻璃衬底上。之后，在50keV的加速电压下将氟离子注入在二氧化硅层的整个表面上。在450℃下热处理30分钟之后，形成了第一绝缘体1。
之后，通过CVD将第二绝缘体11(即，具有0.05μm厚度的二氧化硅层)形成在第一绝缘体1上。在该示例中，电子源衬底51由第一绝缘体1和第二绝缘体11构成。
之后，与示例2相同，形成都由Pt/Ti制成的第五导电膜7和第六导电膜8。
处理(b)
之后，通过丝网印刷使用包含Ag作为金属成分的浆料材料形成竖直布线53的图案。涂覆所述浆料、在110℃下干燥20分钟、并且在480℃的峰值温度以及8分钟的峰值保持时间下在热处理设备中煅烧以便于形成竖直布线53。
处理(c)
之后，通过丝网印刷使用PbO基浆料材料形成层间绝缘层54。涂覆所述浆料、在110℃下干燥20分钟、并且在480℃的峰值温度以及8分钟的峰值保持时间下在热处理设备中煅烧以便于形成层间绝缘层54。
层间绝缘层54被如此形成，即，使得至少包含水平布线52和竖直布线53之间的交叉部分的区域被覆盖，并且层间绝缘层54被如此形成，即，提供了用于第五导电膜7与水平布线52之间的电连接的接触孔(未示出)。
处理(d)
之后，通过丝网印刷使用与竖直布线53相同的材料在绝缘体54上形成水平布线52的图案。涂覆所述浆料、在110℃下干燥20分钟、并且在480℃的峰值温度以及8分钟的峰值保持时间下在热处理设备中煅烧以便于形成水平布线52。
处理(e)
之后，使用泡沫喷射器将钯多元溶液(溶解在IPA与水的混合物中的钯醋酸盐单乙醇胺合成物)滴落在每个电子发射器件的第五导电膜7和第六导电膜8之间。在300℃下煅烧15分钟之后，形成了由氧化钯制成的导电膜12。导电膜12具有6nm的平均厚度。
处理(f)
以这种方式，将电子发射器件、电线、层间绝缘体形成在衬底上。所述衬底被布置在真空容器中。用真空泵对所述真空容器抽真空。当真空容器的压力达到达到2×10-3Pa时，关闭排气阀。之后，通过在将包含2％H2的N2气体(2％H2-containing N2)引入到真空容器中的同时经由外部端子在水平布线52和竖直布线53之间施加脉冲电压而执行电子发射器件的形成。形成操作期间的电压具有与示例1相同的波形。竖直布线53被一起连接于接地端子。电压被循序地施加于每个水平布线52。
在电压脉冲的施加期间，将1V脉冲插入到脉冲电压波形中以测量电阻。当每个器件所测量的电阻至少达到约1MΩ时，终止脉冲电压。以这种方式，在每个电子发射器件的导电膜12中形成了提供第三导电膜4和第四导电膜5的第一间隙10。
之后，通过将包含2％H2的N2气体(2％H2-containing N2)引入到真空容器中到2×104Pa的压力并且保持该压力30分钟，将第三导电膜4和第四导电膜5还原。
处理(g)
之后，用真空泵对真空容器抽真空。当真空容器的压力达到达到2×10-5Pa时，通过慢漏气阀将间甲苯基氰引入到真空容器中并且将真空容器保持在1×10-4Pa下。
然后，竖直布线53被一起连接于接地端子。脉冲电压被循序地施加于每个水平布线52以便于激活。在激活工艺中电压的波形与施加周期与示例1中的相同。
处理(h)
电子源衬底再次被放置在真空容器中。在真空容器被抽真空时，电子源衬底和真空容器分别在300℃和200℃下被加热10小时以便于执行稳定化工艺。
之后，在真空容器中测量如此制备的电子源的电特性。
在图5中，竖直布线53可由Dx1、Dx2、......Dxn表示，其中n为表示竖直布线数量的正整数，而水平布线52可由Dy1、Dy2、......Dym表示，其中m为表示水平布线数量的正整数。在该处理中，首先，选择一条竖直布线53(Dx1)。具有1msec脉冲宽度和16.6msec脉冲周期的+6V脉冲电压被施加于Dx1布线。与该脉冲电压同步，具有1msec脉冲宽度和16.6msec脉冲周期的-13.5V的另一个脉冲电压被循序地施加于每个水平布线52(Dy1-Dym)，每个施加30秒钟。对于其他竖直布线(Dx2-Dxn)重复相同的程序以便于向所有电子发射器件施加19.5V的脉冲电压。未选择的电线与接地端子相连接。
之后，以相同的方式，选择一条竖直布线53(Dx1)。具有0.1msec脉冲宽度和16.6msec脉冲周期的+6V脉冲电压被施加于Dx1布线。与该脉冲电压同步，具有0.1msec脉冲宽度和16.6msec脉冲周期的-10V的另一个脉冲电压被循序地施加于每个水平布线52(Dy1-Dym)，每个施加30秒钟。对于其他竖直布线(Dx2-Dxn)重复相同的程序以便于向所有电子发射器件施加16V的脉冲电压，驱动电子发射器件。在操作中测量在每个电子发射器件中流动的电流If。
之后，使得所有水平布线52与接地端子相连接。选择一条竖直布线53(Dx1)并且具有0.1msec脉冲宽度和16.6msec脉冲周期的+6V脉冲电压被施加于Dx1布线。测量在连接于所选择的竖直布线(Dx1)的电子发射器件中流动的电流If。之后，对于其他竖直布线(Dx2-Dxn)重复相同的程序，并且测量在每个竖直布线中流动的电流If。
之后，具有0.1msec脉冲宽度和16.6msec脉冲周期的+6V脉冲电压被循序地施加于每个竖直布线53。与该脉冲电压同步，具有0.1msec脉冲宽度和16.6msec脉冲周期的-10V的另一个脉冲电压被循序地施加于每个水平布线52，每个施加预定时间，以便于连续地确定所有电子发射器件。之后，以与上述相同的方式，测量在每个竖直布线中流动的电流If。
其结果示出了在器件操作期间，每个器件的电流If为1.5mA，在与器件未操作时相对应的时间期间内每个器件的电流If为0.02μA，而在与连续操作之后器件未操作时相对应的时间期间内每个器件的电流If为0.03μA(所有这些均为平均值)，示出了与示例2中的示例8相似的特征。
示例4
在该示例中，使用依照本发明制造的电子源制造出图6中所示的图像显示设备。
如示例3中所示的在激活工艺之后制备电子源衬底51。
之后，在真空中面板被附在框架61上距离电子源衬底51有2mm处以便于形成封套66。隔离物(未示出)被设置在电子源衬底51与面板之间以防止遭受大气压力。吸气器(未示出)被放置在封套66中以便于将容器保持在高真空下。铟用于连接电子源衬底51、框架61和面板。
与示例3中一样，脉冲电压被施加于如此制造的图像显示设备，并且测量电流If。其结果示出了在器件的操作期间每个器件的电流If为1.5mA，而在器件未操作时电流If为0.02μA(它们都是平均值)，示出了与示例3中相似的特征。
之后，在信息信号被施加于竖直布线53并且扫描信号被施加于水平布线52时电子发射器件被操作。信息信号2是+6V的脉冲电压。扫描信号为-10V的脉冲电压。6kV的电压通过高压端子65被施加于金属背衬64。当发射电子被指引到荧光屏63以便于激活和发光时，显示出清晰图像。
与示例3中一样，在电子发射器件的连续操作之后，测量电流If。在器件未操作时每个器件的电流If的平均值为0.03μA，与示例3中的相同。
因此，在该示例中的图像显示设备中，在未选择器件中流动的电流If被减少了。这也减少了功率消耗。
示例5
在该示例中，如图10中所示的，制造出在第二导电膜3上包含碳纤维的电子发射器件。下面将描述用于制造该示例中的电子发射器件的方法。
处理(a)
通过与示例1的处理(a)中相同的方法形成包含氟的二氧化硅层。
处理(b)
通过光致抗蚀剂形成第一导电膜2和第二导电膜3的剥离(lift-off)图案。之后，通过真空蒸发顺序地淀积具有5nm厚度的Ti和具有50nm厚度的Pt。之后，通过有机溶剂溶解光致抗蚀剂图案以便于剥离Pt/Ti淀积膜。形成了第一导电膜2和第二导电膜3。第一导电膜2和第二导电膜3之间的间隙为5μm。第一导电膜2和第二导电膜3之间的宽度为200μm。
处理(c)
抗蚀剂被施加于第一导电膜2、第二导电膜3以及在第一导电膜2和第二导电膜3之间的间隙外部的第一绝缘体1。通过蚀刻第一导电膜2和第二导电膜3之间的第一绝缘体1的表面形成凹入部分9。之后，去除抗蚀剂。凹入部分9的深度为0.06μm。
处理(d)
在光刻法工艺中，用随后剥离中所使用的负性光致抗蚀剂形成抗蚀图案。
通过溅射在抗蚀图案上形成微粒Pd-Co合金催化剂。催化剂颗粒中的Pd和Co含量都大约为50atm％。
使用抗蚀剂剥离器将抗蚀剂上的催化剂颗粒与抗蚀剂一起剥离以便于在期望区域上形成催化剂颗粒。
处理(e)
在乙烯流中热处理之后，形成了包括大量碳纤维的元件13。通过扫描电子显微镜的观察显示出形成了许多碳纤维。这些碳纤维为具有层压石墨层(graphenes)的石墨纳米纤维，因此每个石墨层都穿过纤维的轴向方向。
与示例1中一样测量该示例中的电子发射器件的电特性。
在该示例中，电压被施加于第一导电膜2和第二导电膜3之间，而不是如同示例1中那样被施加于第五导电膜7和第六导电膜8之间。第一导电膜2的电势被设定得高于第二导电膜3的电势。所施加的电压与示例1中的相同。
与示例1中一样，其结果示出了在器件的操作期间电流If被减小了。也观察到了连续操作之后当器件未操作时电流If的减小。
虽然已结合示范性示例描述了本发明，应该理解的是，本发明不局限于所描述的实施例。相反，本发明趋向于覆盖包含在所附权利要求的精神和保护范围内的各种修正和等效布置。所附权利要求的保护范围将符合最广义的解释，从而包含所有所述修正和等价结构以及功能。

Claims (13)

1.一种电子发射器件，包括：
绝缘体；以及
一对导电膜，被设置为在所述绝缘体上彼此相对，电子从所述一对导电膜的任何一个被发射，
其中所述绝缘体是二氧化硅层，并且所述二氧化硅层中包含卤素。
2.依照权利要求1所述的电子发射器件，其特征在于，所述二氧化硅层在所述一对导电膜之间具有凹入部分。
3.依照权利要求1所述的电子发射器件，其特征在于，所述卤素为氟。
4.依照权利要求1所述的电子发射器件，其特征在于，卤素的浓度为1.0×1019原子/cm3到1.0×1021原子/cm3。
5.一种电视设备，包括：
图像显示设备，所述图像显示设备包括依照权利要求1-4之任一所述的电子发射器件以及发光元件，所述发光元件在被从所述电子发射器件发射出的电子照射时发出光线；
被配置为通过选择图像信息而接收图像信号的电路；以及
被配置为向所述图像显示设备施加电压以使得所述图像显示设备根据图像信号显示图像的电路。
6.一种电子发射器件，包括：
第一绝缘体；
布置在所述第一绝缘体上的第二绝缘体；以及
一对导电膜，被设置为在所述第二绝缘体上彼此相对，
其中，所述第一绝缘体和所述第二绝缘体均为二氧化硅层并且其中包含卤素；
其中，所述第二绝缘体的二氧化硅层在所述一对导电膜之间具有凹入部分；并且
所述第一绝缘体的二氧化硅层中卤素的浓度高于所述第二绝缘体的二氧化硅层中卤素的浓度。
7.依照权利要求6所述的电子发射器件，其特征在于，所述卤素为氟。
8.依照权利要求6所述的电子发射器件，其特征在于，所述第一绝缘体的二氧化硅层中的卤素的浓度为1.0×1019原子/cm3到1.0×1021原子/cm3。
9.依照权利要求6所述的电子发射器件，其特征在于，所述第二绝缘体的二氧化硅层中的卤素的浓度为1.0×1019原子/cm3或更少。
10.一种电视设备，包括：
图像显示设备，所述图像显示设备包括依照权利要6-9之任一所述的电子发射器件以及发光元件，所述发光元件在被从所述电子发射器件发射出的电子照射时发出光线；
被配置为通过选择图像信息而接收图像信号的电路；以及
被配置为向所述图像显示设备施加电压以使得所述图像显示设备根据图像信号显示图像的电路。
11.一种用于制造电子发射器件的方法，包括以下步骤：
在其中包含卤素的二氧化硅层上形成一对导电膜；以及
在包含含碳气体的气氛中在所述一对导电膜之间施加电压以便在所述导电膜的一部分上形成含碳淀积物。
12.依照权利要求11所述的用于制造电子发射器件的方法，
其中，在所述二氧化硅层上形成所述一对导电膜的步骤包括以下步骤：
在所述二氧化硅层上形成第二二氧化硅层，所述第二二氧化硅层中卤素的浓度低于所述二氧化硅层中卤素的浓度；以及
在第二二氧化硅层的表面上形成所述一对导电膜。
13.依照权利要求11或12所述的用于制造电子发射器件的方法，还包括以下步骤：
在形成所述一对导电膜之前在衬底的表面上形成所述二氧化硅层。
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