CN101582358B - 电子发射器件和图像显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电子发射器件和图像显示装置。所述电子发射器件具有：形成在基板上的一对器件电极、和连接到器件电极的导电膜。导电膜在器件电极之间具有第一间隙、并且至少在第一间隙中具有碳膜，所述碳膜具有第二间隙。基板是通过在基体上层叠含氮的激活抑制层和含氮率小于激活抑制层的含氮率的激活促进层形成的，并且沿膜厚度方向在激活抑制层中具有含氮率分布。激活促进层侧的激活抑制层的含氮率小于基体侧的激活抑制层的含氮率。

Description

电子发射器件和图像显示装置

技术领域

本发明涉及电子发射器件和使用该电子发射器件的图像显示装置。

背景技术

作为电子发射器件，存在场发射型、表面传导型等的电子发射器件。

作为形成表面传导电子发射器件的步骤，首先，在绝缘基板上形成一对器件电极。随后，通过导电膜连接该对器件电极。通过在器件电极之间施加电压，执行被称为“通电成形(energizationforming)”的处理，该处理用于在导电膜的一部分中形成第一间隙。通电成形操作是向导电膜提供电流、并通过所述电流产生的焦耳热在导电膜的一部分中形成第一间隙的步骤。通过通电成形操作，形成通过第一间隙相面对的一对导电膜。随后，执行称为“激活”的处理。激活操作是用于在含碳气体的气氛中在该对器件电极之间施加电压的处理。因此，可将导电碳膜形成到第一间隙中的基板上和第一间隙附近的导电膜上。从而，形成电子发射器件。

当从电子发射器件发射电子时，施加于器件电极中的一个的电位被设定为高于施加于另一个器件电极的电位。通过如上所述在器件电极之间施加电压，在第二间隙中引起强电场。因此，认为电子从形成第二间隙的外边缘的部分中的许多部分(多个电子发射区域)隧穿，并且电子中的一部分被发射，所述第二间隙的外边缘对应于连接到低电位侧的器件电极的碳膜的边缘。

关于电子发射器件，需要改善稳定的电子发射特性和电子发射效率，以使使用电子发射器件的图像显示装置可稳定地提供明亮的显示图像。此处使用的效率是通过当在器件电极之间施加电压时在表面传导电子发射器件的一对器件电极之间流动的电流(以下称为“器件电流”)和被发射到真空中的电流(以下称为“电子发射电流”)的比率来评价的。因此，需要器件电流小且发射电流大的电子发射器件。如果例如在使用荧光体作为图像形成部件的图像显示装置中改善了可被稳定控制的电子发射特性和效率，则可实现诸如平板电视机的在低电流下也明亮的高质量图像显示装置。与低电流的实现相关联，构成图像显示装置的驱动电路等的成本也可降低。

当激活时间延长时，表面传导电子发射器件的发射电流量相反地减小。各电子发射器件的初始发射电流不是充分均匀的，并且由于激活期间的气体压力取决于位置等而不同这样的原因，器件显示不同的激活特性。也就是说，当同时执行激活时，器件的效率不相同。因此，在通过使用多个表面传导电子发射器件构成图像显示装置的情况下，存在这样的问题：如果电子发射器件的效率不是均匀的，则电子发射量取决于器件的位置而变化，或者出现亮度(luminance)波动。

在日本专利申请公开No.H09-293448中，已经公开了这样的构造：在绝缘基板上形成激活抑制层，进一步在激活抑制层上层叠激活促进层，并形成电子发射器件，从而抑制了由于过度激活而导致的特性的劣化，并使激活步骤中的激活均匀化。

然而，在日本专利申请公开No.H09-293448中公开的电子发射器件中，存在这样的问题：由于激活抑制层的存在，出现了在基板中流动的器件电流(漏电流)，并且效率劣化。

发明内容

本发明的目的是提供一种其中减少了漏电流的低电力消耗和高效率的电子发射器件。

此外，在使用多个这样的电子发射器件的图像显示装置中，本发明的另一个目的是提供一种图像显示装置，其中各器件的电子发射特性是均匀的，获得均匀亮度，并获得优异的操作稳定性。

从参照附图对示例性实施例的下述描述，本发明的进一步的特征将变得明显。

附图说明

图1A和1B是示出本发明的电子发射器件的实施例的构造的示意图。

图2A、2B、2C和2D是示出图1A和1B中的电子发射器件的制备步骤的示意图。

图3是示出本发明的电子发射器件的通电成形操作中使用的电压波形的例子的示意图。

图4是示出本发明的电子发射器件的激活步骤中施加的脉冲电压的例子的示意图。

图5是示出使用本发明的电子发射器件的图像显示装置的显示板的例子的示意图。

图6A、6B、6C、6D和6E是示出实施例的图像显示装置的制备步骤的示意图。

图7A、7B、7C和7D是示出实施例的图像显示装置的制备步骤的示意图。

具体实施方式

现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。

根据第一发明，提供一种电子发射器件，其至少包括：形成在基板上的一对器件电极；以及形成为连接器件电极的导电膜，其中，导电膜在器件电极之间具有第一间隙，并且至少在第一间隙中具有碳膜，所述碳膜具有第二间隙，基板是通过在基体上层叠含氮的激活抑制层和其含氮率小于激活抑制层的含氮率的激活促进层而构建的，并且沿膜厚度方向在激活抑制层中具有含氮率的分布，并且激活促进层侧的激活抑制层的含氮率小于基体侧的激活抑制层的含氮率。

作为示例性实施例，本发明的电子发射器件包括这样的构造：激活抑制层包含氮化硅、氮化铝和氮化钽中的一种，且激活促进层是由SiO₂或含有SiO₂作为主要成分的玻璃制成的。

根据第二发明，提供一种图像显示装置，其中，第一基板和第二基板被布置为彼此面对，在第一基板上布置有多个本发明的电子发射器件，在第二基板上与所述电子发射器件相对地布置有图像显示部件，从电子发射器件发射的电子照射到图像显示部件上。

根据本发明，通过允许激活抑制层的含氮率具有沿膜厚度方向的分布，在激活抑制层中抑制激活的进行(progress)，并减小了漏电流，从而激活变得均匀，并获得高效率的电子发射器件。因此，在本发明的图像显示装置中，能够以低电力消耗执行具有优异的操作稳定性的均匀亮度的显示。

根据本发明的电子发射器件，其中在基体上层叠有激活抑制层和激活促进层的构造被用作基板，此外，激活抑制层包含氮，并且激活促进层侧的激活抑制层的含氮率小于基体侧的激活抑制层的含氮率。

以下将参照附图描述本发明的实施例。

图1A和1B是示出可对其应用本发明的电子发射器件的实施例的示图。图1A是示意性平面图。图1B是沿图1A中的线1B-1B取得的示意性横截面图。图2A至2D是示出电子发射器件的制备步骤的示意性横截面图。在图1A和1B以及2A至2D中，示出了基体1。在基体1上形成激活抑制层2。在激活抑制层2上形成激活促进层3。在激活促进层3上形成器件电极4和5。导电膜6a和6b被布置为通过间隙9(第一间隙)彼此面对。碳膜7a和7b被布置为通过间隙8(第二间隙)彼此面对。绝缘基板10是通过在基体1上层叠激活抑制层2和激活促进层3构建的。

在本发明中，诸如石英玻璃、其中降低了Na等杂质的含量的玻璃、钠钙玻璃、诸如氧化铝的陶瓷、Si基板等的绝缘材料可用作基体1。

尽管本发明中使用的激活抑制层2为含氮的绝缘层，但是可以理想地使用通过将诸如氮化硅、氮化铝和氮化钽的至少一种氮化物混合到SiO₂中而获得的绝缘材料。

根据本发明的激活抑制层2沿膜厚度方向具有含氮率的分布。具体地讲，层2可具有其中含氮率从基体1侧向激活抑制层2侧连续降低的构造，或者其中含氮率逐步(step by step)降低的两个或更多层的层叠构造。

激活促进层3是其含氮率小于激活抑制层2的含氮率的绝缘层，并且理想地是不含氮的绝缘层。具体地讲，SiO₂或含有SiO₂作为主要成分的玻璃(含有50质量％或更多的SiO₂)是理想的。

可采用普通的薄膜形成方法作为激活抑制层2和激活促进层3的形成方法。也就是说，使用真空蒸发沉积法、溅射法、CVD法、溶胶-凝胶(sol-gel)法等。

认为激活抑制层2的厚度没有上限。然而，如果激活促进层3太厚，那么由于下层的激活抑制层2的效果被隐藏，所以希望激活促进层3的厚度设定为0.2μm或更小，更希望为0.1μm或更小。

在本发明中，激活促进层3是其中可由于其存在而执行激活的层，并且激活抑制层2是其中由于这样的层而减小激活速度的层。尽管不清楚通过哪些物理性能来确定能容易地执行激活或者不能容易地执行激活这样的现象，但是存在这样的趋势：在具有大的含氮率的材料中难以激活。

可使用一般的导电材料作为彼此面对的器件电极4和5的材料。例如，可使用由诸如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu或Pd的金属或其合金，以及诸如Pd、Ag、Au、RuO₂或Pd-Ag的金属或其金属氧化物，以及玻璃等构成的印刷导体(print conductor)。也可使用诸如In₂O₃-SnO₂的透明导体、诸如多晶硅的半导体材料等。

考虑应用的形式等来设计器件电极4和5之间的间隔L、以及它们中的每一个的长度W和厚度d。器件电极之间的间隔L可被理想地设定为从500nm到500μm的范围内的值，考虑到在器件电极之间施加的电压等更理想地从5μm到50μm的范围内的值。考虑到电极的电阻值和电子发射特性，每一个器件电极的长度W可被设定为从5μm到500μm的范围内的值。器件电极4和5中的每一个的厚度d可被设定为从50nm到5μm的范围内的值。

理想地使用由微(fine)粒子制成的微粒子膜作为导电膜6a和6b中的每一个，以便获得良好的电子发射特性。考虑到对器件电极4和5的台阶覆盖性(step coverage)、器件电极4和5之间的电阻值、以下将描述的成形条件等，适当地设定导电膜6a和6b中的每一个的厚度。通常，膜厚度理想地被设定为从1nm到几百nm的范围内的值，并且更理想地，从1nm到50nm的范围内的值。电阻值Rs等于从10²到10⁷Ω/□的范围内的值。Rs表示当通过沿长度方向测量厚度为t、宽度为w且长度为1的薄膜获得的电阻R被设定为R＝Rs(1/w)时出现的值。

作为构建导电膜6a和6b的材料，可提到诸如Pd、Pt、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W或Pb的金属，或诸如PdO、SnO₂、In₂O₃、PbO或Sb₂O₃的氧化物。也可提到诸如HfB₂、ZrB₂、LaB₆、CeB₆、YB₄或GdB₄的硼化物，诸如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC或WC的碳化物，诸如TiN、ZrN或HfN的氮化物，诸如Si或Ge的半导体，碳等。

此处提到的微粒子膜是通过集合多个微粒子获得的膜，并且其微细结构具有其中微粒子被各自分散和布置的状态、或者其中微粒子相互邻接或重叠的状态(还包括其中几个微粒子被集合并整体形成岛状结构的情况)。微粒子的粒子尺寸在从1nm到500nm的范围内，并且理想地，在从1nm到20nm的范围内。

导电膜6a和6b之间的间隙9如以下将描述的那样是在连续导电膜6的一部分中形成的具有高电阻的裂缝，并且取决于导电膜6的膜厚度、膜质量和材料，以及以下将描述的通电成形等的方法等。也存在其中其粒子尺寸在从0.5nm到50nm的范围内的导电微粒子存在于间隙9中的情况。导电微粒子包含构成导电膜6a和6b的材料的一部分或所有元素。

碳膜7a和7b中的每一个都是由碳和/或碳化合物制成的沉积膜，其在激活步骤中沉积在导电膜6a和6b之间的间隙9周围的部分中。也存在其中导电膜6a和6b通过极小区域连接的情况。

随后，将参照图2A到2D描述本实施例的电子发射器件的制备方法。

通过使用清洁剂、纯水、有机溶剂等充分地清洁基体1，并且通过真空蒸发沉积方法、溅射方法等将激活抑制层2和激活促进层3沉积到基体1的表面上(图2A)。随后，通过真空蒸发沉积方法、溅射方法等沉积器件电极的材料，此后，通过使用例如光刻技术在基板上形成器件电极4和5(图2B)。

用有机金属溶液涂敷形成有器件电极4和5的基板10，从而形成薄有机金属膜。作为有机金属溶液，可使用含有上述导电膜6的材料的金属作为主要元素的有机金属化合物的溶液。薄有机金属膜被加热烘培处理，并且通过剥离、蚀刻等图案化，从而形成导电膜6(图2C)。

尽管此处已经描述了有机金属溶液的涂敷方法，但导电膜6的形成方法不限于此，而是也可使用真空蒸发沉积方法、溅射方法、化学气相沉积方法、分散涂敷方法、浸渍方法、旋涂器(spinner)方法等。

随后，执行用于在导电膜6中形成间隙9的成形步骤。

通过在器件电极4和5之间施加预定电压并执行通电成形操作，在导电膜6中形成间隙9(图2D)。图3示出通电成形的电压波形。脉冲波形作为电压波形是理想的。

对成形操作之后获得的器件执行被称为激活步骤的处理。激活步骤是例如在含有有机物质气体的气氛下向器件反复地施加脉冲电压的处理。通过该处理，从气氛中存在的有机物质将由碳和/或碳化合物制成的碳膜7a和7b沉积到器件上，从而显著地改变器件电流If和发射电流Ie。

可例如通过以与通电成形类似的方式，在含有有机物质气体的气氛下反复地施加脉冲，来执行激活步骤。作为合适的有机物质，可提到烷烃、烯烃或炔烃的脂肪族烃类；芳族烃类；醇类；醛类；酮类；胺类；诸如酚、香芹酮或磺酸(sulfonic acid)的有机酸类等。具体地讲，可使用诸如甲烷、乙烷或丙烷的由组成式C_nH_2n+2表示的饱和烃，或诸如乙烯或丙烯的由组成式C_nH_2n等表示的不饱和烃。也可使用苯、甲苯、甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、丙酮、甲基乙基酮、甲胺、乙胺、酚、甲酸、乙酸、丙酸等。

理想地，碳和/或碳化合物是类石墨(graphite-like)碳。本发明中的类石墨碳包含下述碳：具有完美石墨的晶体结构的碳(称为HOPG)；其中晶体粒子尺寸等于约20nm并且晶体结构稍微畸变(distort)的碳(PG)；其中晶体粒子尺寸等于约2nm并且晶体结构进一步畸变的碳(GC)；或非晶碳(其表示非晶碳和/或非晶碳与石墨的微晶体的混合物)。

也就是说，即使存在诸如石墨粒子之间的晶界等的层畸变，也可理想地使用碳化合物。理想地，其膜厚度被设定为50nm或更小的范围内的值，更理想地，30nm或更小的范围内的值。

理想地，在激活步骤中使用的脉冲电压波形是这样的波形，其适于在预定的定时或在预定的周期反转器件电极4或导电膜6a的电位与器件电极5或导电膜6b的电位之间的关系(参照图4)。

理想地对通过那些步骤获得的电子发射器件执行稳定化步骤。该步骤是抽空(evacuate)真空室中的有机物质的步骤。作为用于抽空真空室内部的抽真空装置，理想地使用不使用油的装置，从而从该装置产生的油不对器件的特性施加影响。具体地讲，可提到诸如吸收泵、离子泵或低温吸着泵(cryosorption pump)的抽真空装置。

真空室中的有机成分的分压被理想地设定为1×10^-5Pa或更小，并且特别理想地1×10^-7Pa或更小，作为在其下几乎不新沉积上述碳或碳化合物的分压。此外，当抽空真空室的内部时，理想地加热整个真空室，从而允许吸附到真空室内壁或电子发射器件上的有机物质分子被容易地抽空。作为此时的加热条件，理想地在从80到400℃的范围内的温度下执行该处理尽可能长的时间。然而，本发明不限于那些条件，而是上述处理是在基于诸如真空室的尺寸和形状、电子发射器件的构造等的各种条件适当地选择的条件下执行的。必须减小真空室中的压力尽可能低地到，理想地1×10^-5Pa或更小，特别理想地1×10^-6Pa或更小。

作为在执行稳定化步骤之后驱动时的气氛，维持稳定化操作的结束时的气氛是理想的。然而，本发明不限于此。当已充分地去除了有机物质时，即使真空度本身稍微降低，也可维持足够稳定的特性。

通过采用这样的真空气氛，可抑制新的碳和/或碳化合物的沉积，从而稳定器件电流If和发射电流Ie。

根据对其应用本发明的表面传导电子发射器件，可根据输入信号容易地控制电子发射特性。通过使用这样的性质，本发明可应用于诸如通过布置多个电子发射器件构成的电子源、图像显示装置等的多种领域。

图5示出使用通过以矩阵形式布置本发明的多个电子发射器件34而构建的电子源的图像显示装置的显示板的例子。图5是示意性地示出一部分被切除了的显示板的构造的示图。电子源基板(第一基板)31被固定到后板41上。通过在玻璃基板43的内表面上形成荧光体膜(图像显示部件)44、金属背(back)45等构成前板(faceplate)(第二基板)46。通过使用烧结玻璃(frit glass)等将后板41和前板46连接到支承框架42。外壳(envelope)48通过如下方式被构建：在例如大气或氮气中在从400到500℃的温度范围内被烘培10分钟或更久，并且被密封接合。

外壳48由上述前板46、支承框架42和后板41构成。因为设置后板41主要是为了增强基板31的强度，所以如果基板31本身具有足够的强度，则可使作为单独的部件的后板41变得不必要。也就是说，可通过将支承框架42直接密封接合到基板31，由前板46、支承框架42和基板31构成外壳48。也可通过在前板46和后板41之间布置称为间隔件的支承部件(未示出)，来构建对于大气压力具有足够强度的外壳48。

例如，如下制造图5所示的图像显示装置。以与前述稳定化步骤类似的方式，在适当地被加热的同时，由诸如离子泵、吸收泵、涡轮泵(turbo pump)或低温吸着泵的不使用任何油的抽空装置，通过排出(exhaust)管(未示出)抽空外壳48。在外壳48的内部被设定成真空度等于约10^-5Pa并且有机物质的量足够小的气氛之后，密封外壳。也可执行吸气(getter)处理，以便在密封外壳48之后维持真空度。吸气处理是这样的处理：正好在外壳48被密封之前或之后，通过使用电阻加热、高频加热等的加热，来加热布置在外壳48中的预定位置处的吸气剂(未示出)，从而形成蒸发沉积膜。吸气剂通常由Ba等作为主要成分制成，并通过蒸发沉积膜的吸附操作将真空度维持在例如从1×10^-5到1×10^-6Pa的范围中。

在可采用这样的构造的本发明的图像显示装置中，通过经由连接至X方向布线32的端子(在该室外)Dx1到Dxm、以及连接至Y方向布线33的端子(在该室外)Dy1到Dyn向每一个电子发射器件施加电压，产生电子发射。通过经由高电压端子47向金属背45施加高电压，电子束被加速。被加速的电子撞击荧光体膜44，从而产生光发射，并形成图像。

本发明的图像显示装置可用作电视广播的显示装置，或电视会议系统、计算机等的显示装置。

例子

以下将通过说明具体例子详细描述本发明。然而，本发明不限于那些例子，而是还包括在本发明的范围之内通过替换每一个组成要素或改变设计而获得的、实现了本发明的目的的例子。

(例子1)

将具有图1A和1B中作为例子示出的构造的48个电子发射器件沿一列布置到一个基板上。现在将参照图2A至2D描述电子发射器件的制备过程。

步骤-a

通过溅射方法在清洁过的钠钙玻璃上形成通过混合氮化硅和氧化硅获得的厚度为0.4μm的膜作为激活抑制层2。当使厚度为0.4μm的激活抑制层2成膜时，在每0.1μm的厚度改变含氮率的同时，分四次形成该膜。按照层叠顺序，激活抑制层的四个层中的氮和氧的摩尔比分别被设定为4∶1、3∶2、2∶3和1∶4。此外，通过溅射方法形成厚度为0.05μm的氧化硅膜作为激活促进层3(图2A)。

步骤-b

在其上已形成激活促进层3等的基板上形成具有对应于电极图案的开口部分的光致抗蚀剂(RD-2000N-41；由Hitachi Chemical Co.，Ltd.制造)的掩模图案。通过真空蒸发沉积方法，顺序层叠厚度为5nm的Ti膜和厚度为100nm的Pt膜。通过有机溶剂来溶解光致抗蚀剂，并且剥离光致抗蚀剂上的Pt/Ti膜，从而形成器件电极4和5。器件电极4和5之间的间隔L等于3μm，且电极宽度W等于300μm(图2B)。

步骤-c

通过真空蒸发沉积方法，在器件上形成厚度为100nm的Cr膜。通过光刻技术形成对应于导电膜6的图案的开口部分，并形成适于形成导电膜的Cr掩模。通过使用旋涂器用有机Pd溶液(ccp4230；由OKUNO CHEMICAL INDUSTRIES CO.，LTD制造)涂敷Cr掩模，并且在大气中在300℃执行烘培处理10分钟，从而形成由含有PdO作为主要成分的微粒子制成的微粒子膜。该膜的厚度等于10nm。

步骤-d

通过湿蚀刻去除Cr掩模，并剥离PdO微粒子膜，从而获得所希望形状的导电膜6。导电膜的电阻值等于Rs＝2×10⁴Ω/□(图2C)。

步骤-e

将基板10设置到真空室中。真空室的内部被抽空，从而压力达到1.3×10^-3Pa。此处使用由涡轮泵和旋转泵构建的高真空用抽空装置作为抽空装置。除了那些泵以外，抽空装置还具有用于超高真空的离子泵，并且它们可被适当地切换和使用。

向每一个器件施加脉冲电压，并执行成形操作，从而形成电子发射区域。在该例子中使用的脉冲电压的波形是三角波脉冲，其峰值如图3中所示增大/减小。脉冲宽度被设定为T1＝1msec，且脉冲间隔被设定为T2＝10msec。在成形操作期间，在成形脉冲的休息时间中插入0.1V的电阻测量脉冲。当电阻值超过1MΩ时，结束成形操作。成形操作结束时的脉冲的峰值等于5.0到5.1V。此时真空室中的压力等于2.7×10^-4Pa(图2D)。

步骤-f

随后，执行激活步骤。在通过离子泵暂时将真空室的内部抽空到约10^-6Pa之后，引入丙酮，并且压力被调整到2.7×10^-1Pa。图4所示脉冲被用作向器件施加的脉冲。在图4中，使用矩形波脉冲，所述矩形波脉冲具有互相相反方向的极性。那些极性的那些脉冲的脉冲宽度等于T1＝1msec，且脉冲之间的间隔等于T2＝10msec。因此，一个周期被设定为20msec，并且频率被设定为50Hz。脉冲峰值Vact在开始等于10V，并且被控制为以0.2V/min的速度上升并达到18V。

步骤-g

最后，在10^-5Pa的真空中，在250℃执行稳定化操作12小时。

在那之后，施加5V的三角波脉冲并测量漏电流，48个电子发射器件的漏电流的平均值等于3.1μA。施加16V的三角波脉冲，并测量电子发射特性。真空室中的压力等于1.3×10^-6Pa，阳极电极和电子发射器件之间的距离被设定为4mm，且电位差被设定为1kV。48个电子发射器件的发射电流的变化等于4％。

(比较例1)

在钠钙玻璃基板上形成厚度为0.4μm的氮化硅膜作为激活抑制层2。此后，在层2上形成厚度为0.05μm的氧化硅膜作为激活促进层3。其它制备步骤与例子1的那些类似，并形成电子发射器件。在该情况下，48个电子发射器件的漏电流的平均值等于14.8μA。通过与例子1的方法类似的方法测量电子发射特性，48个电子发射器件的发射电流的变化等于5％。

(例子2)

除了通过真空蒸发沉积方法沉积通过混合氮化铝和氧化硅获得的膜作为激活抑制层2之外，以与例子1的方法类似的方法制备48个表面传导电子发射器件。在每0.1μm的厚度改变含氮率的同时，分四次形成激活抑制层2的膜，以使厚度达到0.4μm。激活抑制层2的四个层中的氮和氧的摩尔比按照层叠顺序分别被设定为4∶1、3∶2、2∶3和1∶4。在该情况下，48个电子发射器件的漏电流的平均值等于6.3μA。通过与例子1的方法相同的方法测量电子发射特性，48个电子发射器件的发射电流的变化等于5％。

(例子3)

除了通过等离子体CVD方法沉积通过混合氮化硅和氧化硅获得的膜作为激活抑制层2之外，以与例子1的方法类似的方法制备48个表面传导电子发射器件。

在该情况下，48个电子发射器件的漏电流的平均值等于3.4μA。通过与例子1的方法类似的方法测量电子发射特性，48个电子发射器件的发射电流的变化等于5％。如上所述，根据本发明的具有激活抑制层2的含氮率分布的例子1到3的结果，电子发射器件的漏电流与不具有激活抑制层2的含氮率分布的比较例1的结果相比是小的。

尽管关于激活抑制层2中包含氮化硅和氮化铝的例子已经描述了上述例子，但是即使是在其中如实施例的描述中所提到的那样含有氮化钽等的例子的情况下，也可类似地形成其中漏电流小于比较例的漏电流的电子发射器件。

(例子4)

在钠钙玻璃基板上形成厚度为0.1μm的氮化硅膜作为激活抑制层2。随后，形成通过混合氮化硅和氧化硅以使氮和氧的摩尔比等于1∶1而获得的厚度为0.3μm的层。此外，厚度为0.05μm的氧化硅膜被形成为激活促进层3。其它制备步骤与例子1的那些类似，且形成48个电子发射器件。在该情况下，48个电子发射器件的漏电流的平均值等于8.9μA。通过与例子1的方法类似的方法测量电子发射特性，48个电子发射器件的发射电流的变化等于5％。

(例子5)

在该例子中，通过图6A至6E和7A至7D所示的步骤，制备电子源和使用该电子源的图像显示装置，在该电子源中，多个表面传导电子发射器件被布置到基板上且以矩阵形式布线(wire)。

步骤-A

厚度为5nm的Cr膜和厚度为600nm的Au膜通过真空蒸发沉积方法被顺序层叠到清洁过的钠钙玻璃71上。此后，通过旋涂器用光致抗蚀剂(AZ1370；由Hoechst Japan Ltd.制造)旋转涂敷层叠的层的表面。烘培光致抗蚀剂，随后曝光和显影光掩模图像，从而形成布线图案。Au/Cr沉积膜被湿蚀刻，从而形成所希望形状的X方向布线32(图6A)。

步骤-B

通过RF溅射方法沉积由厚度为1.0μm的氧化硅膜制成的层间绝缘层72(图6B)。

步骤-C

在每0.1μm的厚度改变含氮率的同时，通过RF溅射方法在层间绝缘层72上分四次形成通过混合氮化硅和氧化硅获得的厚度为0.4μm的膜作为激活抑制层2。按照层叠顺序，激活抑制层的四个层中的氮和氧的摩尔比分别被设定为4∶1、3∶2、2∶3和1∶4。此外，通过RF溅射方法形成厚度为0.05μm的氧化硅膜作为激活促进层3(图6C)。

步骤-D

形成光致抗蚀剂图案，该光致抗蚀剂图案用于在步骤-B和步骤-C中沉积的激活促进层3、激活抑制层2和层间绝缘层72中形成接触孔73。通过使用光致抗蚀剂图案作为掩模来蚀刻激活促进层3、激活抑制层2和层间绝缘层72，由此形成接触孔73。通过使用CF₄和H₂气体的RIE(反应离子蚀刻)方法来执行该蚀刻(图6D)。

步骤-E

之后，通过光致抗蚀剂(RD-2000N-41；由Hitachi ChemicalCo.，Ltd.制造)形成用于形成器件电极4和5的图案，并且通过真空蒸发沉积方法依次沉积厚度为5nm的Ti膜和厚度为100nm的Ni膜。通过有机溶剂溶解光致抗蚀剂图案，并且剥离Ni/Ti沉积膜，从而形成器件电极4和5，其中器件电极之间的间隔L等于3μm，且宽度W等于300μm(图6E)。

步骤-F

在除接触孔73的部分以外的部分上形成抗蚀剂图案。通过真空蒸发沉积来依次沉积厚度为5nm的Ti膜和厚度为500nm的Au膜。通过剥离去除不必要的部分，并且接触孔73被埋入(embed)(图7A)。

步骤-G

在器件电极4和5上形成Y方向布线33的光致抗蚀剂图案。之后，通过真空蒸发沉积来依次沉积厚度为5nm的Ti膜和厚度为500nm的Au膜。通过剥离去除不必要的部分，并形成所希望形状的Y方向布线33(图7B)。

步骤-H

通过真空蒸发沉积来沉积厚度为30nm的Cr膜74，并将其图案化，以得到导电膜6的形状的开口部分。随后，通过旋涂器用Pd胺络合物(complex)溶液(ccp4230)旋转涂敷该表面，并且在300℃执行加热烘培处理12分钟，从而形成PdO微粒子膜75。膜75的厚度等于70nm(图7C)。

步骤-I

通过使用蚀刻剂，湿蚀刻Cr膜74，且Cr膜74与PdO微粒子膜75的不必要的部分被一起去除，从而形成所希望形状的导电膜6。电阻值等于约Rs＝4×10⁴Ω/□(图7D)。

步骤-J

在通过步骤-A到步骤-I获得的电子源基板31在通电成形前被固定到后板41上之后，前板46通过支承框架42被布置到基板31之上5mm的部分处。随后，用烧结玻璃涂敷前板46、支承框架42和后板41的接合部分，并且它们在大气中在400℃被烘培10分钟，由此将它们密封接合。也通过烧结玻璃将基板31固定到后板41上。

在该例子中，带状被用作前板46的荧光体材料的形状。首先，形成黑带(black stripe)。随后，黑带之间的间隙部分被涂敷有彩色荧光体材料，由此形成荧光体膜44。通常常用的含有石墨作为主要成分的材料被用作黑带的材料。料浆(slurry)方法被用作用荧光体材料涂敷玻璃基板43的方法。

在形成荧光体膜44之后，对荧光体膜44的内表面侧执行平滑化处理(其通常被称为成膜(filming))。此后，通过真空蒸发沉积Al膜来形成金属背45。

尽管也存在对于前板46在荧光体膜44的外表面侧设置透明电极(未示出)以便进一步改善荧光体膜44的导电性的情况，但在本实施例中，因为可仅通过金属背45获得足够的导电性，所以省略了这样的透明电极。

当执行上述密封接合时，在彩色显示器的情况下，因为必须使每一颜色的荧光体材料与电子发射器件彼此对应，所以执行充分的位置匹配。

步骤-K

通过真空泵，经由排出管(未示出)，将如上所述完成的玻璃室中的气氛抽空到约10^-4Pa的真空度。Y方向布线33被共同耦接，并每一条线(line)地执行成形操作。在例子1中使用的条件下执行该成形。

步骤-L

随后，执行激活操作。排出管与填充有充当激活物质的丙酮的安瓿(ampoule)相连接。将丙酮引入到板(panel)中。调整压力以使其达到1.3×10^-1Pa。施加18V的矩形波脉冲。将脉冲宽度设定为100μsec，且将脉冲间隔设定为20msec。

逐行地执行激活操作。将其峰值等于Vact＝18V的矩形波脉冲施加到与一行器件相连接的一条X方向布线32。以与步骤-K类似的方式共同耦接Y方向布线33。

每分钟将脉冲变为三角波，并测量If-Vf特性。如果Vf2＝Vact/2＝9V下的If值满足If(Vf2)≥If(Vact)/220，则矩形波脉冲的峰值升高至19V，持续30秒。此后，其返回到18V并继续激活操作。

当每个器件的器件电流都达到If(18V)≥2mA时，完成相关行的激活，执行下一行的激活操作，并重复类似的处理。

步骤-M

当完成所有行的激活时，关闭气体引入装置的阀门，停止引入丙酮，并在将整个玻璃板加热至约200℃的同时继续抽空5小时。随后，通过无源矩阵驱动来发射电子，并允许荧光体膜44从整个表面执行光发射。在确认荧光体膜44正常工作之后，通过加热使排出管密封接合，并将其完全密封。此后，通过高频加热来闪蒸(flash)放在板中的吸气剂(未示出)。

通过上述步骤，可制备具有实践上足够的明亮度(brightness)的图像显示装置，并且将每一个电子发射器件在5V下的漏电流抑制到7μA或更小。亮度变化等于12％或更小。

尽管已参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于公开的示例性实施例。下述权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (4)

1.一种电子发射器件，至少包括：形成在基板上的一对器件电极；以及形成为连接所述器件电极的导电膜，

其中，所述导电膜在所述器件电极之间具有第一间隙，并且至少在所述第一间隙中具有碳膜，所述碳膜具有第二间隙，

所述基板是通过在基体上层叠含氮的激活抑制层和其含氮率小于所述激活抑制层的含氮率的激活促进层而构建的，并且沿膜厚度方向在所述激活抑制层中具有含氮率的分布，并且所述激活促进层侧的激活抑制层的含氮率小于所述基体侧的激活抑制层的含氮率。

2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述激活抑制层包含氮化硅、氮化铝和氮化钽中的一种。

3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述激活促进层是由SiO₂或含有SiO₂作为主要成分的玻璃制成的。

4.一种图像显示装置，在所述图像显示装置中，第一基板和第二基板被布置为彼此面对，在所述第一基板上布置有多个根据权利要求1的电子发射器件，在所述第二基板上与所述电子发射器件相对地布置有图像显示部件，从所述电子发射器件发射的电子照射到所述图像显示部件上。

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