CN1106658C - 电子发射装置及其制造方法和使用该装置的图象形成装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种由电子发射器件和用于吸引电子的电极构成的电子发射装置，该器件具有包括电子发射部分的导电膜。在导电膜中形成电绝缘的细长区，把导电膜分成高电位侧和低电位侧。绝缘区具有由向高电位侧突出的部分和向低电位侧突出的部分形成的实质上周期循环的形状。在绝缘区的一个周期内，连续的电子发射部分存在于向高电位侧突出的部分的至少一部分中。

Description

电子发射装置及其制造方法 和使用该装置的图象形成装置

本发明涉及电子源和作为电子源应用的图象形成装置(例如显示装置)，更具体地讲，涉及具有新型结构的表面传导电子发射器件，使用该表面传导电子发射器件的电子发射装置或电子源，和作为电子源应用的图象形成装置(如显示装置)。

使用表面传导电子发射器件的电子发射装置具有简单的结构，易于制造并由几伏至几十伏的驱动电压来驱动。近来，对作为平面式显示装置的电子发射装置进行了开发和研究。

例如在日本专利申请公报第7-235255号中，对表面传导电子发射器件和使用该器件的电子发射装置的结构和制造方法已有具体描述。以下将简要说明该已有技术。

图1A和1B是传统的表面传导电子发射器件的示意图。图1A是该器件的平面图，图1B是该器件的侧视图。该器件包括基片1、器件正电极2和器件负电极3，并与电源连接(未示出)。导电膜5004和5005分别与器件正电极2和器件负电极3电气连接。电极2和3的厚度为几十nm至几个μm。导电膜5004和5005的厚度约为1nm至几十nm。裂缝5006几乎使导电膜5004与导电膜5005电气断路。裂缝的性能特征将与制造工艺一起说明。形成器件之后，电子从靠近裂缝5006的器件正电极一侧上的导电膜的末端部分散射及发射。

以下结合图2说明使用表面传导电子发射器件的电子发射装置。

图2是使用具有图1A和1B所示结构的表面传导电子发射器件的电子发射装置的示意图。

该装置包括为器件提供器件电压V_f的电源10，测量流过器件电极2和3的器件电流I_f的安培计11，俘获由器件的电子发射部分发射的电子的收集电极12，为收集电极12提供电压V_a的高压电源13，和对由发射自表面传导电子发射器件并到达收集电极的电子所产生的发射电流I_e进行测量的安培计14。另外，如果需要的话在收集电极12上可安装网状电极或者磷板，用于测量电子到达位置的分布。为了发射电子，电源10与器件电极2和3连接，电源13与电子发射器件和收集电极12连接。为了测量器件电流I_f和发射电流I_e，连接安培计11和14，如图2所示。

表面传导电子发射器件和收集电极设置在真空容器16中，如图2所示，以使加在器件和电极上的电压可在真空容器外部控制。抽真空泵15由通常的高真空抽排系统构成，包括轮泵和旋转泵，超高真空度抽排系统包括离子泵。可用加热器(未示出)对整个真空容器16和电子发射器件基片加热。

器件电压V_f可在接近零到几十伏的范围内变化，收集电极的电压V_a可在零到几千伏的范围内变化。收集电极与电子发射器件之间的距离H设置为几个毫米的数量级。

以下结合图3A-3C说明表面传导电子发射器件的制造方法。(步骤a)

通过溅射在清洁的钠钙玻璃上形成厚约0.5μm的氧化硅膜，在基比1上形成器件电极2和3的光刻胶图形(负性图形))。通过真空淀积，在所得结构上依次淀积厚为5nm的Ti膜和厚为100nm的Ni膜。用有机溶剂溶解光刻胶图形。露出Ni和Ti淀积膜，形成器件电极2和3(图3A)。(步骤b)

通过真空淀积，淀积厚约100nm的Cr膜，通过光刻法刻成与导电膜相适应的开口。利用旋涂机旋转地施加有机Pd化合物(ccp4230，由日本Okuno制药株式会社销售)，进行加热和烘焙处理，形成由主要成份为氧化钯的细颗粒组成的导电膜7。细颗粒膜是由大量的细颗粒构成的膜。至于细微结构，细颗粒并不限于分散的颗粒。该膜也可以是包含的颗粒相互接近或者相互搭接地布置(也包括岛状结构)(步骤c)

使用酸性腐蚀剂腐蚀Cr膜，剥离形成导电膜7的期望图形(图3B)。(步骤d)

把器件放入图2所示设备。用真空泵把该设备抽至约为2.7×10^-3Pa(2×10^-5Torr)的真空度。为器件提供器件电压V_f的电源10在器件电极2和3之间施加电压，进行称为激励形成的带电处理。通过施加带有恒定或者缓慢升高的脉冲高度的脉冲电压进行此激励形成处理。通过此激励形成处理，导电膜7局部地损坏、变形或改变特性，因而形成裂缝5006(图3C)。同时，在激励形成期间，在激励形成脉冲之间插入不会局部地损坏导电膜7或使其变形的电压为0.1V的电阻测量脉冲，由此测量电阻。当导电膜7的所测电阻成为约1MΩ以上时，停止向器件施加电压，结束激励形成。(步骤e)

完成了激励形成的器件最好做称为激活的处理。通过激活处理，器件电流I_f和发射电流I_e大幅度变化。可以在激励形成时在含有如有机物气体的气氛中重复施加脉冲来进行激活处理。可以利用在由油扩散泵或旋转泵对真空容器排气的气氛中保留有机气体来获得此气氛，或者向通过用离子泵等足够地抽真空而获得的真空中提供适当的有机物质气体来获得此气氛。根据应用形式、真空容器形状或者有机物类型来改变有机物的优选气压，根据情况适当地设定。适合的有机气体的例子有脂族烃例如烷烃、烯烃和炔，芳香烃，醇，醛，酮，胺，酚，有机酸例如羧酸和磺酸。更具体地讲，可使用由C_nH_2n+2代表的饱和烃，例如甲烷、乙烷或丙烷，由C_nH_2n代表的不饱和烃，例如乙烯或丙烯，苯，甲苯，甲醇，乙醇，甲醛，乙醛，丙酮，丁酮，甲胺，乙胺，苯酚，甲酸，乙酸或丙酸，或者它们的混和物。通过此处理，由存在于气氛中的有机物所产生的碳和/或碳化合物淀积在器件上，以致器件电流I_f和/或发射电流Ie大幅度变化。在测量器件电流I_f和发射电流I_e的同时，适当地确定激活处理的结束。适当地设定脉冲宽度、脉冲间隔和脉冲高度。碳和/或化合物意味着例如石墨(石墨包括所谓的HOPG，PG，或GC；HOPG是几乎完美的石墨结晶结构，PG是稍有杂乱的结晶结构，其晶粒尺寸约为20nm，而GC含有尺寸小至2nm的晶粒，而且其晶构明显无序)或者非结晶碳(非结晶碳意味着非晶碳或非晶碳和石墨微晶的混合物)。碳和/或碳化合物的厚度以50nm以下为好，30nm以下更好。通过淀积碳化合物，减小了裂缝的有效宽度，以使电子在器件正电极一侧上的导电膜末端散射及发射。当所得器件的电子发射位置以10-100nm的尺度沿裂缝平均时，正如所知那样，电子发射位置沿裂缝连续分布。亦即，电子发射点几乎连续均匀地存在，分辨率为10-100nm。

由上述处理所获得的电子发射器件最好经过稳定化处理。在稳定化处理中，除去真空容器中和器件上的有机物质。作为对真空容器16抽真空的真空泵15，最好使用不用油的泵，避免由设备产生的油影响器件特性。更具体地，可以使用例如吸附泵和离子泵组合的抽真空设备。当采用油扩散泵或旋转泵作为抽真空设备时，由抽真空设备产生的油成份的有机气体被用于激活处理，所以必须使此成份的分压最小。真空容器中有机成份的分压应低到不至新淀积碳和/或碳化合物，例如1.3×10^-6Pa(1×10^-8Torr)以下，在1.3×10^-8Pa(1×10^-10Torr)以下更好。准备对真空容器排气时，应加热整个真空容器，以便容易地去除在真空容器内壁或电子发射器件上吸附的有机物分子。就尽可能长的时间而言，加热至80℃-250℃为好，150℃更好。但是，加热条件并不限于此。可以根据各种条件如真空容器的尺寸和形状、电子发射器件的结构适当地选择加热的条件。真空容器中的压力必须最小，以在1.3×10^-5Pa(1×10^-7Torr)以下为好，在1.3×10^-6Pa(1×10^-8Torr)以下更好。作为激励器件的气氛，最好保持在稳定处理结束时的气氛。但是，气氛并不限于此。只要能彻底地去除有机物质，即使其真空度略有下降，也能保证足够稳定的性能。通过采用这种真空气氛，可以防止碳和/或碳化合物的新淀积，也能去除在真空容器内壁或器件基片上吸附的H₂O或O₂，从而稳定器件电流I_f和发射电流I_e。

以下结合图4说明具有上述器件结构并由上述制造方法制备的电子发射装置的基本特性。图4展示了由图2所示电子发射装置测量的发射电流I_e、器件电流I_f和器件电压V_f之间的典型关系。图4是采用任意单位展示的，因为发射电流I_e比器件电流I_f小很多。图4中所有的轴均是线性标度。

如图4可见，对于发射电流I_e和器件电压V_f之间的关系，电子发射装置具有三个特性。第一，当器件电压等于或大于确定电压(以下称为阈值电压：图4的V_th)并施加在器件上时，发射电流I_e急剧增大。当所加电压小于阈值电压V_th时，几乎检测不到发射电流I_e。亦即，此器件是非线性器件，对于发射电流I_e具有明显确定的阈值电压V_th。第二，由于发射电流I_e取决于器件电压V_f，所以可由器件电压V_f控制发射电流I_e。第三，由收集电极12收集的到达电荷量取决于器件电压V_f的施加时间。亦即，由收集电极12的电俘获的电荷量可由器件电压V_f的施加时间来控制。

根据上述特性，在电压等于或大于阈值电压时，可由加在相对的器件电极之间的脉冲电压的脉冲高度和宽度来控制被收集电极12收集的电子。在电压小于阈值电压时，几乎无电子到达收集电极。即使布置大量的电子发射器件，也可根据输入信号通过适当地向各个器件施加脉冲电压，来选择表面传导电子发射器件，从而可以控制电子发射量。

当根据此原理构成大量电子发射装置时，可以形成平面式图象显示装置。在日本专利公报7-235255号中详细公开了此构成方法。以下简要说明。对应于平面式图象显示装置的象素，在同一基片上布置大量表面导电电子发射器件。来自电极2和3的金属线作为行向和列向引线布置成简单的矩阵。使用公共电极作为收集电极。在收集电极相应于电子发射器件的位置上施加荧光膜，从而形成象素。通过被收集电极所吸引的电子可导通象素。驱动时，可选择地在行向引线上施加正电位V(V_th＞V＞V_th/2)，在列向引线上可选择地施加负电位-V(V_th＞V)＞V_th/2)。按此操作，仅在沿行和列被选择的器件施加高于阈值电压V_th的器件电压。基于此事实和采用表面传导电子发射器件的电子发射装置的上述特性，只有沿行和列被选择的器件能被驱动。

除了采用通常的表面传导器件的上述电子发射装置，以下发明也已应用。日本专利公报1-311532、1-311533和1-311534号提出了器件正电极和器件负电极非对称的表面传导电子发射器件。在日本专利公报1-311532、1-311533和1-311534号中，其目的是对到达收集电极的电子整形。本发明是为了解决不同已有技术的问题，如后所述。

在根据已有技术所述的电子发射装置的原理的平面式显示装置中，对应于到达收集电极12的电子的发射电流量I_e与器件电流量I_f之比的效率η(η＝I_e/I_f)应较高。更具体地，可以提高效率时，获得同样的发射电流I_e所需的器件电流I_f  可以减小。可以期望，连接器件的线应易于设计，或者抑制器件的劣化。

本发明所要解决的问题是改善电子发射装置的效率，同时能保持收集电极上为恒定电流量。

为了更具体地说明此问题，以下说明采用表面传导电子发射器件的电子发射装置的机理。

如上所述，通过称为激励形成的处理和称为激活的处理，在表面传导电子发射器件的导电膜中形成裂缝，以使导电膜分为与器件正电极电气连接的部分和与器件负电极电气连接的部分。发现膜中此裂缝存在nm数量级宽度的部分。此外，各种检测实验和计算机模拟表明，电子几乎是从nm数量级裂缝部分相邻的高电位一侧的膜的末端部分各向同性地发射的(准确地讲，假设电子从高电位一侧膜的末端部分各向同性发射，实验结果与模拟结果相符，无任何矛盾)。高电位一侧膜部分是可被称为等电位部分的电连接部分，包括导电膜5004和器件正电极2。同样，包括导电膜5005和器件负电极3在内的可被称为等电位部分的部分以下将归类为低电位一侧膜部分。

通过考察电子在静电场中的运动，发现从高电位一侧部分的末端发射的电子，其呈现的特点不同于作为在场发射电子发射器件中从器件负电极一侧发射的电子。以下考察在采用表面传导电子发射器件的电子发射装置中电子的特性运动。

在实际的表面传导电子发射器件中的裂缝具有不规则的锯齿形状。锯齿裂缝的幅度，尽管取决于器件形成方法等，但常常几乎是器件正电极与器件负电极之间宽度的1/2或以下。因此，理论上必须考虑锯齿状裂缝。为了方便说明，首先说明具有最小幅度的锯齿状裂缝的器件和对应于此器件的理论模型。亦即，将说明对线性裂缝的静电电位分布。图5A-5C是各种数量级的电位分布剖面图(在考察线性裂缝的电子运动之后，将具体考察锯齿状裂缝的电子运动，并说明本发明针对的问题)。

假设裂缝30部位是线性裂缝，器件电极表面和膜部分位于Z＝0的平面，并延伸至具有比给定区域(图6中的区34，以下具体说明)大得多的区域。当电位分布可以称之为在高电位侧膜部分31和低电位侧膜部32上完全二元化了，则高电位侧膜部分31和低电位侧膜部分32可以静电地接近为两个相对电极板。当器件与收集电极12之间的距离H与给定区34相比足够大时，在采用表面传导电子发射器件的电子发射装置中的场分布(E_x，O，E_z)由公式(1)给出，同时(x、y)平面被视为复合平面：

公式(1) $E_x+{\mathrm{iE}}_z=\frac{V_f}{2\mathrm{\π}}\frac{-i}{\sqrt{{(x-\mathrm{iz})}^2-{(D/2)}^2}}+i\frac{V_a}{H}$ 其中 $i=\sqrt{-1},$ π是圆周率。坐标原点设在裂缝中心，D是有效裂缝宽度。V_f是加在器件上的电压，在几伏到几十伏的范围。V_a是加在器件与收集电极之间的电压，在几kV到几十kV的范围。器件与收集电极之间的距离H在几个毫米的数量级。因此，Va/H的量级约在10⁶-10⁷V/m。

有效宽度D表示作为满足公式(1)的参数的宽度，以使该宽度在与裂缝中心相距几十位于裂缝尺寸的距离的位置与实际电场匹配。由实验可知，此宽度在表面传导电子发射器件中为几个nm数量级。

图5A-5C展示了由公式(1)所述各种等级的电场的综合所获得的电位分布。图5A是毫米数量级的电位分布。图5B是微米的数量级的电位分布。图5C是纳米数量级的电位分布。(由公式(1)近似的裂缝、高电位侧膜部分，低电位侧膜部分和收集电极分别由30、31、32和33代表，各对应部分如图5A-5C所示)。

在Z＝0的平面上与裂缝(Y轴)平行的直线上电场为零，其中值X由公式(2)给出：

公式(2) $x_s=\frac{D}{2}\sqrt{1+{\left(\frac{{2V}_{f}H}{V_a\mathrm{D\π}}\right)}^2}$ 当把该电位看作一个复合流动电位的虚拟部分时，流动场停滞的点对应于场零点，因为电位性质为谐波函数。根据流体和静电场之间的类比，电场停滞的线性部分被视为停滞线，或者基于(x、z)平面的剖面形状的停滞点35。从裂缝中心到停滞点35的距离X_s是代表本系统的性能特征的长度。

在电子发射装置的量级上，X_s＞＞D，X_s可足够地近似为公式(3)：

公式(3) $x_s=\frac{V_f}{\mathrm{\π}}\frac{H}{V_a}$ 由公式(3)可见，X_s与有效宽度D无关(X_s＞＞几nm)。当V_a为1kV时，V_f是15V，H是5mm，X_s是23.9μm左右。

公式(3)的近似法对应于由下列公式(4)近似的场分布：

公式(4) $E_x+{\mathrm{iE}}_z=-\frac{V_f}{2\mathrm{\π}}\frac{i}{x-\mathrm{iz}}+i\frac{V_a}{H}$ 当X_s与裂缝宽度的比例足够高时，即在具有从裂缝30中心几倍于裂缝有效宽度D的半径的半圆柱之外的区域内，此近似法是良好的近似。公式(4)右侧第一项代表所谓的旋转场。第二项代表称为纵向场的电场。在采用表面传导电子发射器件的电子发射装置中的特征电场可由旋转场和纵向场的总和来近似。

与公式(4)对应的电位分布可对公式(4)求和通过公式(5)来获得：

公式(5) $V(x+\mathrm{iz})=\mathrm{Im}(\frac{\mathrm{Vf}}{2\mathrm{\π}}\log \left(\frac{x+\mathrm{iz}}{x-\mathrm{iz}}\right)+i\frac{V_a}{H}z)$ 其中Im代表虚数部分。

对公式(1)给出的电场的分析表明，其中电场具有在Z轴方向的矢量分量的区域存在于高电位侧膜部分31。该区域具有沿Y轴平均而得的实体半圆筒形状，半径为1/2X_s的准半圆区域，同时中心轴设在裂缝30的中心和停滞点35的中心。在此区域，电子受到向下的力。以下把此区域视为负梯度区36。在图5B中相应区域表示为阴影部分。当公式(4)的近似法成立时，负梯度区36被期望的半圆包围，而且X轴在z-x平面上。

即使在确定的影响下，电子从高电位侧膜部分31的末端部位发射，在受到向下的力的作用下(在图5B的z轴负向)，电子落入负梯度区36。此外，各种分析表明电子落在高电位侧膜部分31的表面上，某些电子被吸附进入高电位侧膜部分31的表面上，某些电子被吸附进入高电位侧膜部分31，作为器件电流流动，某些其它电子被再次散射进入真空。电子从高电位侧膜部分31的末端发射，然后反复地下落和散射。只有完全通过负梯度区36的电子才到达吸引电极33，并成为发射电流。

当高电位侧膜部分31和低电位侧膜部分32沿x轴方向的长度大于X_s时，按上述近似法而言膜部分可视为相对的电极板。当锯齿状裂缝的尺度比X_s小得多时，裂缝可视为线性裂缝。

接上述观点，在表面传导电子发射器件中的裂缝可看作线性裂缝。上述“给定区域”是沿Y方向延伸的平行圆柱体区，从器件表面在z方向的高度是X_s的几倍到几十倍，其中存在电子，在x方向的尺寸是停滞点的两倍至十倍。亦即，1)当曲折宽度小于X_s时，裂缝部分可看作线性裂缝，2)器件的膜和电极部分的表面不平整度远小于X_s，3)高电位侧膜部分和低电位侧膜部分所延伸模跨的区域远远大于由平面圆柱体所包围的区域，4)当H＞＞X_s成立时，采用通常的表面传导电子发射器件的电子发射装置几乎均可满足上述条件。

在图5A所示的在器件与收集电极33之间的平行场的作用下，穿过由平行圆柱体包围的区域的电子呈现的运动可视为抛物线运动。

由公式(1)或(4)近似的场分布具有的性质不同于下列电子发射装置，其中对应于收集电极33的吸取电极和对应于等电位部分31和32的电极形成在同一基片上。当加在器件上的电压值较大时，如当V_f为200V，V_a为1kV，H为5mm时，X_s为300μm左右。为了形成由公式(1)或(4)所述器件，必须考虑mm数量级的器件。因此，当加在器件上的电压值大时，而且器件尺寸在5毫米以下的数量级，则可容易地估算器件具有的场分布不同于上述表面传导电子发射器件的特征场分布。

以上说明了几乎所有的静电系统的特性特征。以下将说明本系统的电子运动与静电结构之间的关系。

由于能量守恒定律，从器件发射(进入真空)的电子能量由(eV_f-W_f)给出，其中e是电子电荷，W_f是在高电位侧膜部分31的表面上的平均逸出功。由于V_f是几伏至几十伏，逸出功是5eV左右，对于普通材料而言，所以电子能量是几至几十eV。具有几至几十eV能量的电子，其性质不同于目前所知的高能电子，尽管还不清楚性质细节。正如从各种考察所知，在高电位侧膜部分31的表面上发生弹性散射。当弹性散射成份的整个比例由β代表时，值β约为0.1-0.5。此外，由于电子能量较低，根据量子理论其呈现波状特性，而膜表面具有三维图形(不平整)，所以存在各向同性散射成份。因此，按照经典解释，沿确定方向散射的成份之比例是随机地给出的。

由于这种散射机理，可以了解必须对电子运动做统计处理。此外，由于β值小于1，发现真空中的电子在每次重复散射时接β值的幂减少。

这种多次散射被认为是降低效率η(＝I_e/I_f)。因此，作为改进效率的方式，电子落在高电位侧膜部分31表面上的次数必须减少。

如上所述，具有线性裂缝30的表面传导电子发射器件确实具有几乎是半圆形的负梯度区36，而且此负梯度区36有助于电子落在高电位侧膜部分31的表面。因此，对负梯度区36的控制是最重要的课题。

但是，在上述说明中，负梯度区36的减小程度及负梯度区36的尺寸相对减小的对比靶是难以理解的。由电子能量决定的此系统的特征长度以下将说明。此长度由电子运动确定。

在负梯度区36和靠近裂缝30处，通过第一级近似，电场可视为旋转场。在V_a＝0与旋转场相关的电子运动z由公式(4)分析了。结果，发现从高电位侧膜部份31上的点(x₀，0，0)各向同性地发射的电子在高电位侧膜部份31上的各点在Y方向的分布被求和，该分布几乎可用以下模型函数来代表：

公式(6)

其中N是归一化常数，g₀是正的单调增函数，c是由下列公式(7)代表的倍率参数：

公式(7) $C=\exp (-5.6{\left(\frac{{\mathrm{eV}}_f}{W_f+{\mathrm{eV}}_f}\right)}^2+27.3\left(\frac{{\mathrm{eV}}_f}{W_f+{\mathrm{eV}}_f}\right)-12.2)$ 电子轨道仅由发射点的倍率来决定是指，当V_a为0时，本系统不存在特征长度。最大到达位置也由从裂缝的中心部位的发射位置的倍数来决定。因此，可以考虑发射的或散射的电子最高上升至如下数量级的高度(在z轴的正向)：

公式(8)

Cx₀当V_f为14V，W_f为5.0eV，则c为130。当X₀为5nm，c约为650nm。

当由电子运动所选定的长度已知时，负梯度区36的相对尺寸必须决定的对比靶是明显的。亦即，与Cx₀相比，负梯度区36不是如此之大。

以下将考察锯齿状裂缝的效应。从上述考察来看，当简化的电场(1)被进一步近化时，公式(1)可重新设置为公式(4)。由于电子经过随机处理即散射处理，电子轨道的设置所具有的分布，其密度几乎与由公式(1)和在公式(4)的电场中获得的相同。(在公式(6)，取决于有效裂缝宽度D的存在/不存在等的效应被计算。正如所知，当裂缝宽度远小于X_s时，电子轨道由受裂缝宽度D的存在/不存在的影响不大。在传统的电子发射装置中满足此条件)。可以知道，用于足够小的有效裂缝宽度D(D＝0)的公式(4)的电场是采用表面传导电子发射器件的特征电场。因此，对于足够小的有效裂缝宽度D(D＝0)，对高电位侧膜部分31和低电位侧膜部分32和收集电极33构成的器件部份所形成的电场的考察是重要的。

即使对锯齿状裂缝，X_s的最大值与收集电极23和器件之间的距离之比(X_s/H)可以为足够小(H＞＞X_s)。此比例可近似为由高电位侧膜部分31和低电位侧膜部分32构成的器件部分形成的电场和由收集电极33形成的电场在不存在有效裂缝宽度时的线性之和(叠加)。

即使实际裂缝具有非零宽度，锯齿状裂缝的电场的实际部分也被期望为有效裂缝宽度足够小(D＝0)时的器件部分的场分布。

假设低电位侧膜部分32的电位为零，计算表明，由在二维平面上存在锯齿裂缝而且宽度足够小(D＝0)的器件部分所形成的电位分布，由于在半空间上的Green函数的特性，正比于与高电位侧膜部分31相对的立体角。当高电位侧膜部分31的形状表示为∧，从z＞0的半空间上的点(x，y，z)相对于高电位侧膜部分31的立体角表示为Ω_∧(x，y，z)时，在该点电位由下列公式(9)给出：

公式(9) $V(x,y,z)=\frac{V_f}{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\Ω}}_{\mathrm{\Λ}}(x,y,z)+\frac{V_a}{H}z$ (V_a为0时，由电子检测的电位对应于与高电位侧膜部分相关的立体角，如图7所示)。通过方向区分此电位获得电场。即使对于非零裂缝宽度，正如从上述考察所知，当有效裂缝宽度D足够小于X_s时，公式(9)具有良好的近似。

假设裂缝形成在z＝0的X-Y平面，并沿(x，y，z)＝(0，y，0)的Y轴，可容易地确认公式(9)回复到公式(5)。

从减小负梯度区的观点出发，以下将考察公式(9)与负梯度之间的关系。负梯度区可认为是由电子发射器件形成的旋转场的主区。更具体讲，在负梯度区的边界线上，旋转场的Z向分量对收集电极33形成的纵场起平衡作用，在此区域旋转场是主要的。设低电位侧膜部分32的电位为零，V_f值的等电位线(平面)起始于停滞点(线)，并从足够远离裂缝的位置开始平行于X-Y平面，直到低电位侧膜部分32。把V_f的等电位线(平面)之内的区域(包括裂缝侧上)称为器件电位区时，可以容易地了解负梯度区限制在器件电位区。此性质与裂缝是否线性裂缝无关。

通过减小器件电位区可使负梯度区36较小。图8A-8D展示了实际形成的特征电位。图8A和8C是器件模型的平面图，其中相应的高电位侧膜部分和低电位侧膜部分分别表示为31和32。图8B和8D是沿图8A和8C的虚线的剖面上，对应于图8A和8C分别所示的线性和锯齿裂缝的电位分布。由线包围的负梯度区40变小。

为了减小器件电位区，正如从公式(9)可计算的那样，可以相对于电子轨道增加高电位侧膜部分31。然而，在传统的表面传导电子发射器件中，不控制锯齿状裂缝，也不控制电子发射部分，因而此构思尚未投入实际使用。

以下将更具体地说明。为了方便说明，使传统的表面传导电子发射器件中的裂缝模型化。将对图9A所示裂缝作考察，其中周期地布置裂缝的部分线性部分。纵向幅度约为10μm，周期为20μm。用计算机模型计算从高电位侧膜部从的末端发射的电子和到达收集电极的电子比例。图9B中，横轴代表位置，纵轴代表效率。与横轴平行的直线代表对于线性裂缝的计算结果。对于裂缝之上的C_xo，当存在相对于高电位侧膜部分的立体角超过π的部分时，也同时产生立体角小于π的部分。与此因素相关，在某些部分效率超过线性裂缝，在某些其它部分效率低于线性裂缝，如图9B的曲线所示。基于此原因，当电子发射的部分沿横跨器件部分的裂缝分布时，平均电子到达比例几乎与线性裂缝相同。当幅度和周期小于图9A所示锯齿状裂缝的幅度和周期时，与线性裂缝的负梯度区的差别实际地变小。负梯度区的形状更接近图9A所示线性裂缝的。因此，可以估计小的锯齿状裂缝的效应可以忽略。实际上这种效应由根据模拟的数字试验获得。

如上所述，当至少锯齿状裂缝的幅度相当小时，尽管在某些其它部分的负梯度区同时变大，但在某些部分负梯度区变小。基于此原因，对于简单的锯齿状裂缝，整个电子到达比例和效率不能改善。

本发明的目的在于通过对已从器件发射(进入真空)的电子所受到的电场进行控制，改善作为流过表面传导电子发射器件的电流量与到达收集电极的电子流量的比例的效率。此课题的目的不同于对从基片引出电子的电场控制。因此，从构思来讲解决此问题的方式是完全不同的，而且其效果也是完全不同的。

支配效率的因素之一是负梯度区的尺寸。如上所述，负梯度区的尺寸取决于负梯度区的形状。在本发明中，通过控制裂缝形状和电子发射部位的位置来控制负梯度区，用以解决上述问题。

更具体地讲，由于在向裂缝的高电位侧膜部份突出的部分负梯度区较小，所以对电子发射部分的分布加以控制，以使只有突出部分发射电子。

当电子从高的到达比例之部分选择地发射时，可以提高平均电子到达比例，以致效率可以很高，正如以下详述那样。

本发明的构成是为了给出提高效率的设计指数。众所周知，表面传导电子发射器件经受激活处理时，沿裂缝的电子发射部分在沿长度至少为几十nm至100nm的裂缝区域内均分，并且在一个较大尺度上观察到沿裂缝的电子发射部分的平均分布几乎是连续的和均匀的。按上述构思，采用表面传导电子发射器件的新特征，可以把电子发射部分设计构成为连续线段。采用表面传导电子发射器件的此特殊性质构成本发明，以便给出在不降低收集电极处的电流量的条件下提高效率的设计指数。

为了减小负梯度区，可以考虑某些形状变化。为了有效地构成负梯度区，本发明将形状限于循环形状(此循环形状可容易地替换为通常的非循环形状)。

本发明中所说明各种形状，这些形状包括各种形状参数。基本上，各形状具有三个参数，即电子发射部位的周期l_p、幅度l_a和长度(发射长度)l_e，作为共同因素。根据本发明的典型形状解释这三个形状参数的规则。

图10A-10D展示了本发明的典型例子。根据此例子将说明因这些参数效率的改变和收集电极处的电流量Ie的改变。因此，确定用于实现此效果的参数范围，给出设计和控制裂缝形状的指数，以使形状参数落于这些范围。按照以指数控制的裂缝，可以实现本发明的目的，亦即在不降低电流量I_e的条件下提高效率。

图10A是本发明的最简单形状的平面图。如图10A所示，人为控制裂缝，形成为由90°的线段构成的周期性矩形。图10A中，粗线38代表电子发射部分。在裂缝的部分38处，从高电位侧膜部分沿裂缝的末端部分发射电子。利用一定技术把其余裂缝部分设计成不发射电子。隔离的电子发射部分的线段长度表示为l_e。沿Y方向的幅度表示为l_a，如图10A所示。周期性图形的周期表示为l_p。

首先考察对l_e的相关性。图10B的曲线展示了锯齿状裂缝的效率η的收集电极处的电流量I_e与线性裂缝的比例对l_e的相关性，这是固定其余参数时观测到的。从图10B可知，随着l_e变小，效率提高。但是，在表面传导电子发射器件中，在至少100nm的分辨率下，电子发射点连续存在。由于此原因，当电子发射部分的长度减小时，在高电位侧膜部分的末端的电子发射量因而线性降低。如图10B所示，电流量I_e具有峰值(I_e正比于效率和长度l_e的乘积)。

图10C展示了效率对l_p的相关性，这是在改变裂缝形状的周期l_p同时固定其余参数的条件下观测的。随着l_e变大，效率提高(单调升)。同时，发现效率被集中。固定器件长度W₁时，周期的增加等同于电子发射部分总长度的减少。因此，作为一个实际问题，l_p的增大引起收集电极12处的电流量I_e的下降(I_e几乎正比于η，并几乎反比于l_p)。图10C也展示器件长度W₁固定时的I_e的相关性。因此，同l_e一样，l_p也具有取决于靶效应的最佳范围。

图10D展示了裂缝幅度l_a与效率之间的关系。对于此裂缝形状，幅度与电子发射部分长度无关。I_e对l_a的相关性仅根据效率η而存在，而且I_e正比于效率η。随着l_a的增大，效率单调增大。此相关性也集中于一个确定值。在实际制造器件时，作为一个实际问题，由于各种原因例如象素间距l_e必须是有限长度而且也有一个最佳值。

以上已经考察了某些形状(图10A)。这些结果有时数值变化很大，这是因为相互复杂地纠缠在一起的各种形状参数、收集电极的电位V_a或者器件电压V_f。但是，上述定性性质不变化。

对图11A-11C所示的形状也可作类似的考察。

本发明中，基于正常可考虑的条件的考察表明各参数最好在下列范围内选择：

5μm≤l_p≤80μm

1μm≤l_e≤40μm

1μm≤l_a≤100μm

在此范围内的这些参数使得总效率比具有线性裂缝的器件大1.2倍以上。

最好把锯齿状裂缝的特征长度l_a设定为几乎等于或大于停滞点的尺度X_s。

在传统的锯齿状裂缝中，从向锯齿状裂缝的高电位侧突出的部分发射电子的效率提高抵了从凹进部分发射电子的效率降低。基于此原因，效率与线性裂缝差别不大。

但是，这不适用于幅度l_a足够大的情况。如图12A和12B所示，假设形成了控制裂缝，而且电子从裂缝整个区域发射。把每单位长度的电子发射效率定为效率密度时，可以沿裂缝的线性段定交效率密度分布。幅度l_a变大时，在突出部位的效率密度(对应于图12A中的部分38)相对于l_a非线性增大。在凹进部分(对应于图12A中的部分39)，由于其是非负函数，因而效率密度具有下限值。当l_a变小时，这些效率密度可线性化接近l_a＝0。对于传统的表面传导电子发射器件中的锯齿状裂缝，通过相对于沿裂缝的发射部分对效率密度积分所得的积分值，亦即此系统中的(总)效率几乎与线性裂缝相同。但是，l_a增大时，突出部分的电子发射效率密度增大，以致在整个区域上的积分值(总效率)变得大于在某些情况下的线性裂缝。效率密度很大程度上取决于裂缝形状，并可作为分布函数的积分值而获得(假设在区域内某一部分效率密度非常高。即使在此情形，只要R度较小，而且在另一区域的效率密度远低于线性裂缝，则总效率低于线性裂缝)。但是，数字实验表明，即使形成连续电子发射部分时，对于图11A-11C所示形状也能提高电子发射效率。作为考察的结果，最好在下列范围选择参考。在此情形下，l_e代表向绝缘区的高电位侧突出的部分长度。

5μm≤l_p≤80μm

1μm≤l_e≤20μm

5μm≤l_a≤100μm

V_a/H≤0.5×10⁶(V/m)

对电场V_a/H的限制归因于以下因素，对于V_a/H的较大值，在突出部分的效率密度提高不足，则总效率不大于具有线性裂缝的器件。

因此，本发明的目的是提供使用表面传导电子发射器件的电子发射装置，所述器件具有根据上述设计构思的控制形状的裂缝和控制的电子发射部分。

根据本发明的第一方案，提供一种由电子发射器件构成的电子发射装置，该器件具有包括电子发射部分在内的导电膜和用于吸引电子的电极，该电极的电位比导电膜的电位高V_a，其与导电膜的距离为H，

其中，在导电膜中形成电绝缘的细长区，把导电膜分成高电位一侧和低电位一侧，以使能形成电位差V_f，绝缘区具有由向高电位侧突出的部分和向低电位侧突出的部分形成的实质上周期循环的形状，最好连续的电子发射部分与不发射电子的部分交替，在绝缘区的一个周期内存在于向高电位侧突出部分的至少一部分。在绝缘区的一个周期中包含的电子发射部分的长度l_e、绝缘区的周期l_p/和在绝缘区内向高电位侧突出的部分与向低电位侧突出的部分之间的锯齿状距离l_a最好在以下范围内：

5μm≤l_p≤80μm

1μm≤l_e≤40μm

1μm≤l_a≤100μm

除了上述条件，根据本发明还提供一种电子发射装置，其中，具有含电子发射部分的导电膜的电子发射器件还包括一对相对的器件电极，位于导电膜的高电位侧和部分和低电位侧的部分分别与器件电极电连接，被器件电极夹置的区域具有由向高电位侧突出的部分和向低电位侧突出的部分形成的周期循环形状，导电膜主要存在于被器件电极夹置的区域内的高电位侧突出的部分。

根据本发明，碳和/或碳化合物可以存在于电子发射部分之上和附近。

根据本发明，所述电子发射器件可以是表面传导电子发射器件。

根据本发明的第二方案，提供一种由电子发射器件构成的电子发射装置，该器件具有包括电子发射部分的导电膜和用于收集电子的电极，

其中，在导电膜中形成电绝缘的细长区，把导电膜分成高电位侧和低电位侧，绝缘我具有由向高电位侧突出的部分和向低电位突出的部分形成的实质上周期循环的形状，在绝缘区形成连续的线性电子发射部分，包括在绝缘区的一个周期内向高电位侧突出的部分长度l_e、绝缘区的周期l_p、和在绝缘区内的向高电位侧突出的部分与向低电位侧突出的部分之间的锯齿距离l_a处于以下范围：

5μm≤l_p≤80μm

1μm≤l_e≤20μm

5μm≤l_a≤100μm而且，收集电极与低转位侧的导电膜之间的电位差V_a和收集电极与电子发射器件之间的距离满足以下关系：

Va/H≤0.5×10⁶(V/m)

根据本发明，还提供一种电子发射装置，其中，具有部份地含电子发射部分的导电膜的电子发射器件，还包括一对相对的器件电极，位于导电膜高电位的部分和低电位侧的部分分别与器件电极电连接，被器件电极夹置的区域具有由高电位侧突出的部分和向低电位侧突出的部分形成的周期循环形状，导电膜存在于被器件电极夹置的区域。

根据本发明，碳和/或碳化合物可以存在于电子发射部分上和附近。

根据本发明，电子发射器件可以是表面传导电子发射器件。

根据本发明的第三方案，提供一种电子发射装置，包括：

电子源，其中多个电子发射器件布置在基片上，电子发射器件构成上述电子发射装置；

用于收集电子的电极。

根据本发明，与电子发射器件电连接的金属线以矩阵形式形成在电子源内。

根据本发明，与电子发射器件电连接的金属线以阶梯形成在电子源内。

根据本发明的第四方案，提供一种图象形成装置，布置有上述电子发射装置，

其中，在从电子源发射的电子束的辐射下吸引电极发光，形成图象。

根据本发明的第五方案，提供一种如发明概述起始部分所述的电子发射装置的制造方法，包括如下步骤：

采用任何一种聚焦离子束的细微刻图技术、激光处理和光刻法，除去部分导电膜，在绝缘区形成不是电子发射部分；

对导电膜施加电压使其流过电流，形成电子发射部分。

图1A和1B是传统的表面传导电子发射器件的基本结构的示意图。

图2是使用传统的表面传导电子发射器件的电子发射装置的示意图。

图3A、3B和3C是传统的表面传导电子发射器件的制造方法的示意图。

图4是采用传统的表面传导电子发射器件的电子发射装置的电流特性曲线。

图5A、5B和5C是采用传统的表面传导电子发射器件的电子发射装置特征电位分布图。

图6是采用传统的表面传导电子发射器件的电子发射装置中特征电位分布的透视图。

图7是相对于在平面二维化的电位表示边界的电位分布示意图。

图8A、8B、8C和8D是采用具有线性裂缝和锯齿状裂缝的表面传导电子发射器件的电子发射装置中特征电位分布图。

图9A和9B是传统器件中锯齿状裂缝的效果的示意图。

图10A、10B、10C和10D是受控据齿状裂缝对参数的相关性。

图11A、11B和11C是特殊的锯齿状裂缝的实例的示意图。

图12A和12B是受控锯齿状裂缝对l_a的相关性。

图13A和13B是本发明的表面传导电子发射器件的基本结构的示意图。

图14A、14B和14C是本发明的表面传导电子发射器件的制造方法的剖面示意图。

图15A、15B、15C和15D是本发明的表面传导电子发射器件的实例示意图。

图16是采用本发明的表面传导电子发射器件的电子发射装置的示意图。

图17是具有本发明的矩阵阵列的电子源结构的部分平面图。

图18是沿图17的线18-18的结构剖面图。

图19A、19B、19C、19D、19E、19F、19G和19H是具有本发明的矩阵阵列的电子源的制造方法的剖面示意图。

图20是具有本发明的矩阵阵列的电子源的图象形成装置的结构透视图。

图21是具有本发明的矩阵阵列的电子源和图象形成装置的制造中用于进行激活处理的布线示意图。

图22是采用本发明的图象形成装置的图象显示系统的方框图。

图23A和23B是本发明的表面传导电子发射器件实例示意图。

图24A、24B和24C是本发明的表面传导电子发射器件的制造方法的实例示意图。

图25是采用本发明的表面传导电子发射器件的电子发射装置的电流特线曲线图。

图26和27是本发明的表面传导电子发射器件的制造方法实例的说明图。

图28A和28B是本发明的表面传导电子发射器件实例的示意图。

以下通过实施例更详细地说明本发明。(实施例1)

本实施例的电子发射器件具有与已有技术的图1A和1B所示相同的结构。但是，在已有技术中不被控制的裂缝5006在本发明中予以控制，获得图13A和13B所示裂缝6。将结合图14A-14C说明本发明的电子发射器件的制造方法。

步骤a

在用清洁剂、纯水和有机溶剂清洗后的石英基片1上，通过真空淀积相继形成厚5nm的Ti膜和厚30nm的Pt膜。施加光刻胶(AZ1370，由Hoechst销售)，并烘焙形成抗蚀层。采用掩模进行曝光及显影，形成器件电极2和3的抗蚀图形。通过湿法腐蚀除去不需要的Pt/Ti膜部分。最后，利用有机溶剂除去抗蚀图形，形成器件电极2和3。器件电极间距为20μm，器件电极长度W2为300μm(图14A)。

步骤b

通过真空淀积，淀积厚度为50nm的Cr膜(未示出)。通过传统的光刻法形成与导电膜相对应的开口部份，形成Cr掩模。

施加有机Pd化合物溶液(CCP-4230，由Okuno制药株式会社销售)，在空气中加热至310℃烘焙，形成由其主要成份是氧化钯(PdO)的细颗粒组成的薄膜。通过湿法腐蚀及剥离除去Cr掩模，形成具有期望图形的导电膜7。导电膜的电阻值Rs是4.0×10⁴Ω/口(图14B)。

步骤C

把器件装入聚焦离子束处理设备(FIB)，利用FIB通过溅射除去导电膜的期望部分，从而形成具有图15A所示形状的绝缘区。在此例中，l_e是5μm，l_p是9μm，l_a是10μm。

在向高电位侧突出的部分(图15A中由粗线表示的部分)绝缘区的宽度是40nm，在其它部分(图15A中由细线表示的部分)是1μm，这仅仅是因为向高电位侧突出的部分用作电子发射部分。

步骤d

把器件放入图16所示的真空处理设备，进行激活处理。图16所示结构与已有技术的图2所示结构相同。

用真空泵15把真空单元16临时抽至高真空后，供给n己烷，压力为2.7×10^-2Pa。在器件电极2和3之间施加脉冲电压，进行激活处理。此时，采用矩形脉冲。脉冲宽度T1是500μsec，脉冲间隔是10ms，峰值以0.2V/分的速率从10V缓慢地升至18V。

步骤e

停止供给n己烷。用真空泵15对真空单元16抽真空，同时把整个真空单元16加热至约200℃。24小时之后压力降至4.2×10^-4Pa。用扫描电镜对器件观察时，在步骤d之后的电子发射部分上和周围观察到淀积物。从对传统的表面传导电子发射器件的发现来看，此淀积物似乎是碳和/或碳化合物。

(对比例1)

进行了与实施例1步骤a和步骤b相同的处理之后，进行激励形成处理，形成电子发射部分。

步骤c’

把器件放入图16所示真空处理设备，用真空泵15对真空容器抽真空，使压力降至2.0×10^-3Pa以下。

在器件电极2和3之间施加脉冲电压。脉冲是三角形脉冲。脉冲宽度T1是1ms，脉冲间隔T2是10ms。脉冲峰值以1V/分的速率从0.1V缓慢上升。当峰值达到5V时，由于器件电流突然下降，所以结束激励形成。

之后，进行与实施例1的步骤d和步骤e相同的处理。

用图16所示测量实施例1和对比例1的器件的电子发射特性。对器件施加脉冲宽度T1为100μsec、脉冲间隔T2为10ms、脉冲峰值为17V的矩形脉冲。器件与收集电极之间的距离为4mm，收集电极的电位是1kV。表1给出结果。注意η代表电子发射效率(I_e/I_f)。

                      表1

	If(mA)	Ie(μA)	η(％)
				实施例1	1.2	2.9	0.24
对比例1	2.0	2.2	0.11

(对比例2)

利用如实施例1的步骤a和步骤b形成PdO细颗粒的导电膜。

步骤c

采用聚焦的离子束设备形成线性绝缘区。此时，长度为5μm、宽40nm的各部分与宽1μm的各部份交替而置。间距是9μm。亦即，实施例1的器件的参数l_a为0。

根据与实施例1相同的工序制备器件，只是上述各点不同，测量性能。

结果是I_f＝11mA，I_e＝1.1μA，η＝0.10％。

(实施例2)

按与实施例1相同工艺制备器件，只是把绝缘区形成为图15A所示形状，l_e为5μm，l_p为9μm，l_a为5μm。

(实施例3)

将与实施例1相同工艺制备器件，只是把绝缘区形成为图15A所示形状，l_e为5μm，l_p为9μm，l_a为2μm。

采用与实施例1相同的方法测量器件。表2给出结果。

                              表2

	If(mA)	Ie(μA)	η(％)
				实施例1	1.2	2.9	0.24
实施例2	1.2	2.0	0.17
				实施例3	1.1	1.4	0.13

(实施例4)

按与实施例1相同的工艺制备器件，只是把绝缘区形成为图15A的形状，l_e为10μm，l_p为24μm，l_a为5μm。

(实施例5)

按与实施例1相同的工艺制备器件，只是把绝缘区形成为图15A所示形状，l_e为20μm，l_p为44μm，l_a为5μm。

在与实施例1相同的条件下测量实施例4和5的器件的电子发射特性。表3给出结果。

                         表3

	If(mA)	Ie(μA)	η(％)
				实施例4	1.2	1.8	0.15
对比例5	1.2	1.6	0.13

(实施例6)

按与实施例1相同的工艺制备器件，只是把绝缘区形成为图15A所示形状，l_e为2μm，l_p为7μm，l_a为20μm。

(对比例3)

按与实施例1相同的工艺制备器件，只是实施例6中的参数l_p为4μm。

(实施例7)

在实施例7中同样按与实施例1相同的工艺制备器件，只是在步骤C刻图的绝缘区具有图15B的形状。在向高电位侧突出的部位(由图15B半粗线表示的部分)绝缘区宽度为40nm，在其它部位(由图15B中细线表示的部分)宽度为1μm。这仅因为向高电位侧突出的部位用作电子发射部分。

(实施例8)

按与实施例6相同的工艺制备器件，只是把绝缘区制成图15C所示形状。

(实施例9)

按与实施例6相同的工艺制备器件，只是把绝缘区制成图15D所示形状。

测量上述器件的电子发射性能。施加脉冲电压的峰值是17V。其余条件与实施例1相同。表4给出了结果。

                          表4

	If(mA)	Ie(μA)	η(％)
				实施例6	1.0	6.5	0.65
实施例7	1.0	6.7	0.67
				实施例8	1.2	6.1	0.51
实施例9	1.1	5.1	0.46
				对比例3	1.8	2.0	0.11

(实施例10)

本实施例中，按一简单矩阵布置大量电子发射器件，形成电子源。图17是电子源的部分平面图。图18是沿图17中的线18-18的剖面图。

电子源包括基片1、X方向布线(也称为下布线)72，Y方向布线(也称为上布线)73、器件电极2和3、导电膜4和5、层间绝缘层61和用于连接器件正电极2和下布线72的接触孔62。

以下结合图19A-19H详细说明制造方法。

步骤A(图19A)

通过溅射在清洁的钠钙玻璃上形成厚0.5μm的氧化硅，制备基片1。通过真空淀积在基片1上相继形成厚5μm的Cr膜和厚600nm的Au膜。利用旋涂机旋转地施加光刻胶(AZ1370；由Hoechst销售)并烘焙。之后，对光掩模图形曝光及显影，形成下布线72。对Au/Cr膜进行湿法腐蚀，形成具有期望形状的下布线72。

步骤B(图19B)

通过溅射淀积厚1.0μm的由氧化硅形成的层间绝缘层61。

步骤C(图19C)

在由步骤B淀积的氧化硅膜上形成用于构成接触孔62的光刻胶图形。使用光刻胶为掩模蚀刻层间绝缘层61形成接触孔62。采用CF₄和H₂气体通过RIE(反应离子腐蚀)进行腐蚀。

步骤D(图19D)

用光刻胶(RD-2000N-41；日立化学有限公司销售)形成图型，用来形成器件电极2和器件电极间隙G。通过真空淀积相继淀积厚5nm的Ti膜和厚100nm的Ni膜。用有机溶剂溶解光刻胶。剥离Ni/Ti层，形成器件电极2和3，其器件电极间隔L1为20μm，电极长度W2为300μm。

步骤E(图19E)

在器件电极2和3上形成上布线73的光刻胶图型。通过真空淀积，相继淀积厚5nm的Ti膜和厚500nm的Au膜。通过剥离去除无用部份，形成具有期望形状的上布线73。

步骤F(图19F)

采用真空淀积，淀积厚30nm的Cr膜63，并刻图形成与导电膜7形状对应的开口。利用旋涂器，把Pd有机化合物(CCP-4230；由Okuno制药株式会社销售)溶液旋转地施于Cr膜。在300℃进行12分钟加热和烘焙处理，形成由PdO细颗粒构成的导电膜7。导电膜7的厚度为70nm。

步骤G(图19G)

采用腐蚀剂对Cr膜63做湿法腐蚀，与由PdO细颗粒组成的导电膜7的无用部份一起除去，从而形成具有期望形状的导电膜7。电阻值RS为4×10⁴Ω/口左右。

步骤H(图19H)

在除了接触孔62之外的区域内形成光刻胶图型。通过真空淀积相继淀积厚5nm的Ti膜和厚500nm的Au膜。通过剥离除去无用部份，填埋接触孔62。

步骤I

把电子源基片放入FIB处理设备，在基片上各电子发射器件的导电膜上形成绝缘区，如同实施例1。

以下结合图20说明采用电子源的图象形成装置。

在背板81上固定电子源基片71。通过支承框架82把面板86(面板86是通过在玻璃基片83的内表面上形成荧光膜84和金属敷层85而构成的)布置在基片1上方5mm处。在面板86、支承框架82和背板81之间的接合处施以熔接玻璃。在空气中对所得结构于400℃烘焙约10分钟以有效地密封。基片71也由熔接玻璃固定于背板81。参看图20，电子源包括电子发射器件74和X、Y方向器件布线72和73。

在单色显示的情形，荧光膜84只由荧光体构成。在本实施例，采用荧光条。首先，形成黑色条，在黑色条之间的间隙部分施加各种色彩的荧光体，形成荧光膜84。有通常的石墨作为其基本成份的材料用做墨色条。向玻璃基片83施加荧光体的方法是采用浆料法。

金属敷层85通常形成于荧光膜84的内表面侧。在荧光膜制成并对荧光膜内表面进行平滑处理(通常称为“成膜”处理)之后淀积Al形成金属敷层。

为了提高荧光膜84的导电率，可以在面板86的荧光膜84的外表面侧形成透明电极(未示出)。但是在本实施例中，由于仅用金属敷层即可获得足够的导电率，所以省略了透明电极。

在上述密封处理中，由于必须使各种色彩的荧光体与彩色显示中的各电子发射器件对应，所以应被足够地对准。

利用真空泵通过抽气管(未示出)把按上述方式制成的图象形成装置的玻璃容器抽至约10^-4Pa的真空。之后，提供n己烷，容器压力定为2.7×10^-2Pa。如图21所示，Y方向布线公共连接，按行单元进行激活处理。该装置包括公共电极68，Y方向布线73与其公共连接；电源65；电流测量电阻66；和用于监测电流的示波器。

所加脉冲电压与实施例1相同。完成激活处理之后，停止供应n己烷。排气单元转换至离子泵，把玻璃容器抽至4.2×10^-5Pa的压力，同时由加热器件对整个玻璃容器加热。

本实施例中按矩阵布置布线。但是，即使采用梯形阵列，布置用于调制的栅电极，也可以形成功能与上述相同的装置。

驱动矩阵保证显示功能正常，性能稳定。之后，用气体喷枪对排气管(未示出)加热，密封排气管，从而完成真空容器的密封。最后，为了保持密封后的真空度，通过高频加热法进行吸气剂处理。

在所得的本发明的图象形成装置中，通过外接线端Doy1-Doyn，从信号发生器(未示出)向各个电子发射器件，施加扫描信号和调制信号，以使电子发射器件发射电子。通过高电压接线端Hv，向金属敷层85或透明电极(未示出)施加5.0kV的高电压，对电子束加速并由此电子束轰击荧光膜84，从而激发荧光膜84，引起荧光膜84发光。按此操作，可以显示图象。

图22是显示装置的一个例子的方框图，它可以在实施例10的图象形成装置(显示屏)上显示来自各种图象信息源如电视广播的图象信息。显示装置包括显示屏130，用于显示屏的驱动器131，显示屏控制器132，多路调制器133，译码器134，输入/输出接口175，CPU136，图象发生器137，图象存储器接口138、139和140，图象输入接口141，TV信号接收器142和143和输入单元144。(当显示装置接收例如包括视频信息和音频信息的TV信号的信号时，当然可同时重放视频图象和声音。对与音频信息的接收、分离、处理和存储相关的电路和扬声器的说明将省略，这是因为这些部分不与本发明的特征直接相关)。

根据图象信号的流程以下将说明各部分的功能。

TV信号接收机143是用于接收通过无线传输系统如电波传输或空间光通信传输的TV信号的电路。被接收的TV信号的标准并无特别限制，可以采用NTSC、PAL和SECAM标准中的任一种。此外，包含大量扫描线(和由MUSE标准代表的所谓高清晰度TV)的TV信号，对于使用大显示屏和许多象素所适用的显示屏的有利特征来说，是优选的信号源。由TV信号接收机143接收的TV信号输出至译码器134。

TV信号接收器142是用于接收通过电缆传输系统如同轴电缆系统或光纤系统传输的TV信号的电路。与TV信号接收器143类似，接收的TV信号标准并无特别限制。由TV信号接收器142接收的TV信号也输出至译码器134。

图象输入接口141是用于接收由图象输入器件如TV摄像机或图象读出扫描仪提供的图象信号的电路。接收的图象信号输出至译码器134。

图象存储器接口140是用于接收存储在磁带录象机(以下简写为VTR)的图象信号的电路。接收的图象信号输出至译码器134。

图象存储器接口139是用于接收存储在视频盘中的图象信号的电路。接收的图象信号输出至译码器134。

图象存储器接口138是用于接收来自如存储静止图象数据的静止图象盘的器件的图象信号的电路。接收的静止图象数据输出至译码器134。

输入/输出接口135是用于把显示装置连接至外部计算机、计算机网络或输出装置如打印机的电路。输入/输出接口135和仅输入/输出图象数据或字符/图形信息，而且能根据需要在显示装置的CPU136与外部装置之间输入/输出控制信号或数字数据。

图象发生器137是用于根据通过输入/输出接口135从外部输入的图象数据或字符/图形信息、或者从CPU136输出的图象数据或字符/图形信息产生显示图象数据的电路。图象发生器137内置了产生图象数据所需电路，包括用于存储图象数据或者字符/图形信息的可编程存储器，存储与字符码对应的图象图型的只读存储器和用于进行图象处理的处理器。

由图象发生器137产生的显示图象数据输出至译码器134。但是，根据需要，显示图象数据可以通过输入/输出接口135输出至外部计算机网络或打印机。

CPU136主要进行与显示装置的运行控制和显示图象的发生、选择和编程相关的操作。

例如，控制信号输出至多路调制器133，从而在显示屏上对待显示的图象信号进行适当的选择或组合。此时，根据待显示的图象信号向显示屏控制器132发生控制信号，从而对显示装置的操作作适当控制，包括帧显示频率、扫描方法(如隔行扫描或非隔行扫描)和一帧的扫描线的数量。

此外，CPU136向图象发生器137直接输出图象数据或字符/图形信息，或者通过输入/输出接口135对外部计算机或存储器存取，输入图象数据或字符/图形信息。

CPU136可以为其它目的运行。例如，CPU136可以直接与产生或处理信息的功能相关，类似于个人计算机或字处理器。另外，如上所述，CPU136可以通过输入/输出接口135与外部计算机网络与例如数字计算中的外部器件配合。

由用户使用输入单元144向CPU136输入指令、程序或数据。除了键盘和鼠标，可以使用各种输入装置例如游戏摇杆、条形码读出器或者语言识别装置。

译码器134是用于把来自电路137～143的各种图象信号译码成为三基色信号或者亮度信号与I、Q信号的电路。正如图22中的虚线所表示的，译码器134最好内置图象存储器，以使可以处理需要用于译码的图象存储器的TV信号如MUSE信号。图象存储器有助于静止图象的显示。此外，图象存储器可以有助于与图象发生器137和CPU136共同的图象处理，包括淡化、插入、放大、减小和合成。

多路调制器133根据从CPU136输入的控制信号适当地选择显示图象。更具体讲，多路调制器133从译码器134输入的译码后的图象信号中选择期望的图象信息，并向驱动器131输出选择的图象信号。在此情形，多路调制器133可实现所谓的多画面电视，其中屏幕分成多个区，在各区内显示多个图象，这是通过在一帧的显示周期内选择地开关图象信号。

显示屏控制器132是用于根据从CPU136输入的控制信号对驱动器171的操作予以控制的电路。

对于显示屏的基本操作，显示屏控制器132向驱动器131输出用于控制驱动电源(未图示)的工作顺序的信号。

对于显示屏的驱动方法，显示屏控制器132向驱动器131输出用于控制帧显示频率或扫描方法(如隔行扫描或非隔行扫描)的信号。

根据需要，显示屏控制器132向驱动器131输出与调节图象质量相关的控制信号，包括显示图象亮度、对比度、色调和锐度。

驱动器131是用于产生供给显示屏130的驱动信号的电路。显示屏130根据由多路调制器133输入的图象信号和由显示屏控制器132输入的控制信号来工作。

以上说明了各部分的功能。具有图22所示结构的显示装置可以在显示屏130上显示由各种图象信息源输入的图象信息。更具体地讲，包括电视广播信号的各种图象信号由译码器134译码、由多路调制器133适当选择并输入驱动器131。显示屏根据待显示的图象信号产生用于控制驱动器131的运行的控制信号。驱动器131根据图象信号和控制信号向显示屏130提供驱动信号。按此操作，在显示屏130上显示图象。由CPU136整体控制一系列操作。

此显示装置不仅可以显示从来自内置于译码器134的图象存储器或者图象发生器137的图象信息中选择的图象数据，而且还可以对待显示的图象信息进行图象处理：包括放大、缩小、旋转、移动、边缘加重、淡化、插入、彩色转换和纵横尺寸比转换，和图象编辑：包括合成、删除、组合、替换和粘帖。尽管在此实施例的说明中未特别涉及，但可以布置用于处理和编辑音频信息的电路，如同图象处理和图象编辑一样。

显示装置可以实现各种器件的功能，如电视广播显示装置，电话终端装置、对静止和运动图象的图象编辑装置、办公终端装置如计算机终端或字处理器、游戏机等。因此，对于工业和家用，该显示装置具有较宽的应用范围。

图22仅展示了采用显示屏的显示装置的设置例子，其中电子发射器件用作电子束源，当然，显示装置的设置并不限于此。例如，在图22所示构成单元中，对于应用目的不需要的功能所涉及的电路可以省略。相反，根据应用目的可以添加构成单元。当此显示装置准备用作可视电话时，最好添加TV摄象机、话筒、发光器件、传输/接收电路包括调制解调器。

(实施例11)

按与实施例10相同的工艺制备图象形成装置，只是在步骤I形成的绝缘区具有与实施例7相同的形状。

结果，与实施例10相同，可获得满意的图象显示装置。

(实施例12)

本实施例的电子发射器件具有图23A和23B所示结构。图23A是平面图，图23B是剖面图。电子发射器件包括基片1、器件电极1202和1203、导电膜1204和1205、裂缝1206即电子发射部分。电极间隙宽度G是均匀的。注意l_e、l_p和l_a是沿电极间隙的中心线确定的。本实施例中，通过激励形成来形成裂缝1206。为此原因，裂缝1206不总是沿中心线形成的。此外，各图型的裂缝1206总是具有相同形状。

以下结合图24A-24C和图14A-14C说明本实施例的电子发射器件的制造方法。制造方法基本上与已有技术相同。以下将详细说明与已有技术的不同之处。

步骤a

采用去除法由氧化硅膜(0.5μm)/钠钙玻璃构成的基片1上的Ni(100nm)/Ti(5nm)膜形成形状如图24A所示的器件电极1202和1203。本实施例中，l_e为10μm、l_p为20μm、l_a为50μm、G为5μm。

步骤b和步骤c

采用与已有技术相同的方法，由氧化钯细颗粒膜(10nm)在图24B所示位置形成形状如图24B所示的导电膜7。本实施例中，导电膜7的边缘与器件电极1202的边缘之间的距离P的平均值约为17.5μm。

步骤d

采用与已有技术相同的方法(激励形成)，在导电膜7的部份形成裂缝1206，如图24C所示。

在实施例中，采用三角形脉冲。电压波形的脉冲宽度T1是1ms，脉冲间隔T2是10ms，脉冲高度以每步0.1V地缓慢升高，从而进行激励形成。激励形成结束时的电压为5V。

步骤e

采用与已有技术相同的方法，大幅度地改变及增大器件电流I_f和激活处理前为零的发射电流I_e，以使电子发射部位形成于裂缝1206。

本实施例中采用了矩形波。电压波形的脉冲宽度T1是1ms，脉冲间隔T2是10ms，矩形波的峰值(激活处理中的峰值电压)是15V。激活处理在约为1.3×10^-1Pa的真空气氛中进行，这是利用旋转泵对该装置进行60分钟排气而获得的。

采用具有图16所示设置的测量/评价设备，对由上述工艺制备的器件的电子发射性能进行测量。本实施例中，收集电极与电子发射器件之间的距离是4mm，收集电极的电位是1kV，测量电子发射特性时的真空单元的真空度是1.3×10^-4Pa。

采用此测量/评价设备，在器件电极1202和1203之间施加器件电压，测量此时流动的器件电流I_f和发射电流I_e。所得的电流与电压特性如图25所示。本器件中，在器件电压约为7V时发射电流I_e突然增大。器件电压为14V时，器件电流I_f为1.2mA，发射电流I_e为3.6μA，电子发射效率η即I_z/I_f(％)为0.3％。

此电子发射器件呈现与已有技术相同的电子发射特性。因此，与实施例10相同，按矩阵方式排列大量电子发射器件时，可以构成图象显示装置。

所得图象显示装置具有本发明的电子发射装置的特性，因此，具有高于传统的电子发射装置的效率。

(实施例13)

按与实施例12相同的工艺制备电子发射器件，只是实施例12中的步骤b和步骤c的改变为步骤b’和步骤c’。

步骤b’

制备14wt％的二甲基亚硫水溶液。把醋酸钯溶解于此水溶液中，制成含0.4wt％钯的深红溶液。

步骤c’

采用泡沫喷射式的喷墨设备151向其上形成有器件电极1202和1203的基片1施加深红溶液的微滴152，以使微滴施加在器件电极1202和1203的部份之间(图26)。已经施于基片1的微滴表示为153。在80℃时所得结构干燥两分钟。所得结构在350℃烘焙12分钟形成主要含氧化钯的导电膜7(图27)。本实施例中，导电膜7边缘与器件电极1202边缘之间距离P的平均值是17.5μm。用与实施例12相同的方法评价电子发射特性。器件电压为14V时，器件电流I_f为1.0mA，发射电流I_e为2.8μA，电子发射效率η即I_e/I_f(％)为0.28％。

(实施例14)

按与实施例12相同的工艺制备电子发射器件，只是l_e是5μm，l_p是20μm，l_a是50μm。

采用与实施例12相同的方法评价电子发射特性。器件电压为14V时，器件电流I_f为1.2mA，发射电流I_e是6.0μA，电子发射效率η即I_e/I_f(％)是0.50％。

(实施例15)

按与实施例13相同的工艺制备电子发射器件，只是l_e是5μm，l_p是20μm，l_a是50μm。

采用与实施例12相同的方法评价电子发射特性。器件电压为14V时，器件电流I_f是1.0mA，发射电流I_e是4.5μA，电子发射效率η即I_e/I_f(％)是0.45％。

(实施例16)

本例的电子发射器件具有与图28A相同的形状。电子发射器件包括基片1、器件电极2和3、导电膜7和裂缝1606即电子发射部分。注意如下定义，l_e＝S1-2S2，l_p＝S1+S3，l_a＝T1。本例中，裂缝1606由激励赋能来形成，如以下将说明的那样。因此，裂缝1606不总是形成为线性裂缝，各图型的裂缝1606不总是相同形状。

以下将结合图14A-14C和图28说明本实施例的电子发射器件的制造方法。

步骤(1)

在用中性清洗剂、纯水和有机溶剂清洗后的石英玻璃基片1上，通过真空淀积相继形成厚5nm的Ti膜和厚30nm的Pt膜。施加光刻胶(AZ1370；由Hoechst销售)并烘焙形成抗蚀层。采用光掩模进行曝光显影，形成器件电极2和3的抗蚀图型。通过湿法腐蚀除去Pt/Ti膜的无用部分。最后，采用有机溶剂除去抗蚀剂图型，形成器件电极2和3。器件电极之间的间隔为10μm，电极长度W2是100μm(图14A)。

步骤(2)

通过真空淀积来淀积厚50nm的Cr膜(未示出)。通过传统的光刻法形成与导电膜适应的开口部位，形成Cr掩模。

采用旋涂器旋转地施加醋酸钯单乙醇胺(以下称为PAME)。加热所得结构并在310℃空气中烘焙，形成由主要成份是氧化钯(PdO)的细颗粒构成的薄膜。通过湿法腐蚀及剥离除去Cr掩模，形成期望图型的导电膜7。导电膜的电阻值Rs是4.0×10⁴Ω/口(图14B)。

步骤(3)

把器件置于具有X和Y驱动脉冲马达的工作台上。激励波长为514.5nm的氩离子激光束照射在器件上，以使导电膜上的强度为10mW，移动X-Y工作台除去金属Pd部份，从而形成形状如图28A的绝缘区。就绝缘区宽度而言，S1是5μm，S2是1μm，S3是5μm，T1是7μm，因此，确定l_e是3μm，l_p是10μm，l_a是7μm。

步骤(4)

把器件置于图16所示测量/评价设备。由真空泵把设备抽真空至压力为2.0×10^-3Pa。从电源10施加脉冲电压，用来在器件电极2和3之间向器件施加器件电压V_f，进行带电处理(激励形成)，从而形成裂缝1606。

当器件电流I_f变得极小时，结束施加电压。把器件留在氢气氛中1小时，进行还原处理1以使导电膜7仅含金属钯。

步骤(5)

用真空泵15再次把真空单元16抽至压力为2.0×10^-3Pa。之后，从电源10施加器件电压V_f，用来在器件电极2和3之间向器件施加器件电压V_f，进行激活处理，同时测量器件电流I_f。在激活处理之前基本为零的器件电流I_f大幅度地变化并增大。约30分钟器件电流I_f几乎饱和，结束处理。此时，采用脉冲宽度T1为0.5ms，脉冲间隔T2为10ms和脉冲幅度为16V的矩形脉冲。

步骤(6)

把排气单元转换至离子泵，对真空单元16排气，同时把整个真空单元16加热至约200℃。24小时后压力降至1.3×10^-7Pa。为了了解由上述工艺制造的表面传导电子发射器件的特性，采用图16所示评价设备测量器件的电子发射特性。

(对比例4)

采用与实施例16的步骤(1)和步骤(2)、然后步骤(4)-步骤(6)相同的工艺，但省略步骤(3)，形成电子发射部位。

步骤(7)

为了了解在实施例16和对比例4制造的表面传导电子发射器件的性能，采用图16所示的评价设备测量电子发射特性。把每个电子发射器件和收集电极12放入真空单元16。真空单元具有设备(未示出)例如真空单元所需的排泵和真空系统，用于形成高真空度，以致能在期望的真空气氛中进行器件的测量/评价。在器件电极3一侧施加脉冲峰值为15V的矩形脉冲电压。所加的脉冲具有0.1ms的脉冲宽度T1和25ms的脉冲间隔T2。器件与收集电极之间的距离H为4mm，收集电极的电位是1kV，测量电子发射特性时的压力为2.0×10^-7Pa。表5给出了结果。注意η代表电子发射效率(I_e/I_f)。

                               表5

	If(mA)	Ie(μA)	η(％)
				实施例16	1.1	5.1	0.46
对比例4	2.5	2.5	0.10

根据此实施例，采用本发明可以容易地制造高效率的器件得以证实。

(实施例17)

首先，进行与实施例16的步骤(1)和步骤(2)相同的处理。之后，进行以下处理。

步骤(3)

把器件放入与实施例16的步骤(3)相同的设备，形成绝缘区。绝缘区具有图25B所示形状。

就绝缘区宽度而言，S4是1μm，S5是5μm，S6是10μm，T2是7μm。

步骤(4)

把器件放入图16所示真空处理单元。进行与实施例16的步骤(4)相同的激励形成和再生处理，形成裂缝1606。

用真空泵15把真空单元16暂时排气压高度真空，供给丙酮，压力设为2.5×10^-1Pa。在器件电极2和3之间施加脉冲电压，进行激活处理。此时，采用矩形脉冲。脉冲宽度T1是1ms，脉冲间隔T2是10ms。脉冲幅度以0.2V/分的速率从10V缓慢升至18V。

步骤(5)

停止供给丙酮。用真空单元15对真空单元16排气，同时把整个真空单元16加热至约200℃。24小时后压力降至1.3×10^-7Pa。为了了解本实施例制备的表面传导电子发射器件的特性，如同实施例1，采用图16所示评价设备测量电子发射特性。加在器件上的脉冲电压与实施例1相同。测量电子发射特性的压力是2.0×10^-7Pa。

本例制备的器件中，器件电压约为10V时发射电流I_e突然增大。器件电压为15V时，器件电流I_f是1.1mA，发射电流I_e是6.4μA，电子发射效率η是0.58％。

(实施例18)

进行与实施例16相同的处理，只是在实施例16的步骤(3)中采用聚焦的离子束。最后，在与实施例16相同的条件下，采用图16所示评价设备，于2.0×10^-7Pa压力测量电子发射特性。器件电压为15V时，器件电流I_f是1.0mA，发射电流I_e是5.1μA，电子发射效率η是0.51％。

(实施例19)

进行与实施例16相同的处理，只是在实施例16的步骤(3)采用Nd：YA激光。最后，在与实施例16相同的条件下，采用图16所示评价设备，于2.0×10^-7Pa的压力测量电子发射特性。器件电压为15V时，器件电流I_f是1.3mA，发射电流I_e是5.1μA，电子发射效率η是0.40％。

(实施例20)

在实施例16的步骤(2)，采用传统的光刻法同时形成导电膜7和绝缘区，在剥离之后获得图15A所示图形。其余处理与实施例16相同。最后，在与实施例16相同的条件下，采用图16所示评价设备，于2.0×10^-7Pa压力测量电子发射特性。器件电压为15V时，器件电流I_f是1.2mA，发射电流I_e是5.0μA，电子发射效率η是0.41％。

根据本实施例，由于同时形成导电膜和绝缘区，所以可以快速地使用本发明的制造方法，而且可以均匀地制造表面传导电子发射器件。

(实施例21)

按与实施例10相同的工艺制备图象形成装置，只是把实施例10的步骤I改变为以下的步骤I’。

步骤I’

把电子源基片放在具有X和Y驱动脉冲马达的工作台上。激励波长为514.5nm的氩离子激光器的振荡线照射在基片上，以使导电膜上的强度为10mW，移动X-Y工作台除去金属Pd部份，从而形成形状与实施例17相同的绝缘区。

把器件放入图16所示的测量/评价设备中。用真空泵把设备抽至压力为2.0×10^-3Pa。从电源10施加脉冲电压，用于在器件电极2和3这间向器件施加器件电压V_f，进行带电处理(激励形成)，从而形成裂缝6。

器件电流I_f完全为零时，结束施加电压。器件留在氢气氛中达一小时，进行还原处理，以使导电膜7仅含金属Pd。

结果，如同实施例10，可以获得满意的图象形成装置。

(实施例22)

本实施例中，在整个绝缘区形成连续的电子发射部分。

本例中，按与实施例1相同的工艺制备电子发射器件，只是在步骤c用聚焦的离子束处理设备形成的绝缘区的形状如图15A所示，而且在所有部分绝缘区宽度调节为40nm(由粗线和细线表示的部分)。注意l_c是5μm，l_p是10μm，l_a是10μm。

采用图16所示设备测量本例的器件的电子发射特性。此时加在器件上的电压是矩形脉冲，脉冲宽度T1为100μs，脉冲间隔T2为10ms，脉冲峰值为15V。器件与收集电极之间的距离H为4mm，收集电极的电位是1kV。结果，器件电流I_f是2.5mA，发射电流I_e是5.2μA，电子发射效率η是0.21％。

如上所述，根据本发明可提供具有高的电子发射效率和稳定可控特性的电子发射器件。此外，由采用其中集成了大量器件的电子源的图象形成装置可以获得高度图象。

Claims (24)

1.一种电子发射装置，包括：电子发射器件和用于收集电子的电极，该器件具有包括电子发射部分在内的导电膜，

其中，在所述导电膜中形成电绝缘的细长区，把所述导电膜分成高电位侧和低电位侧，所述绝缘区具有由向高电位侧突出的部分和向低电位侧突出的部分形成的实质上周期循环的形状，和一系列电子发射部分形成在向高电位侧突出的所述部分的至少一部分。

2.根据权利要求1的电子发射装置，其中包括碳和/或碳化合物的淀积物存在于电子发射部分之上和附近。

3.根据权利要求1的电子发射装置，其中在所述绝缘区的一个周期中包含的所述电子发射部分的长度1e、所述绝缘区的周期1p、和所述在绝缘区内向高电位侧突出的所述部分与向低电位侧突出的所述部分之间的锯齿状距离1a在以下范围内：

5μm≤1p≤80μm

1μm≤1e≤40μm

1μm≤1a≤100μm。

4.根据权利要求1的电子发射装置，其中所述电子发射器件还包括一个第一电极和一个第二电极，其中所述第一电极连接到所述高电位侧，所述第二电极连接到所述低电位侧。

5.根据权利要求4的电子发射装置，其中被所述电极夹置的区域具有由向第一电极突出的部分和向第二电极突出的部分形成的周期循环形状。

6.根据权利要求1的电子发射装置，其中所述电子发射器件是表面传导电子发射器件。

7.一种电子发射装置，包括：电子发射器件和用于收集电子的电极，该器件具有包括电子发射部分的导电膜，

其中，在所述导电膜中形成电绝缘的细长区，把所述导电膜分成高电位侧和低电位侧，所述绝缘区具有由向高电位侧突出的部分和向低电位侧突出的部分形成的实质上周期循环的形状，在所述绝缘区形成一系列电子发射部分，包括在所述绝缘区的一个周期内向高电位侧突出的所述部分长度1e、所述绝缘区的周期1p、和在所述绝缘区内的向高电位侧突出的所述部分与向低电位侧突出的所述部分之间的锯齿距离1a处于以下范围：

5μm≤1p≤80μm

1μm≤1e≤20μm

5μm≤1a≤100μm。而且，收集电极与低电位侧的导电膜之间的电位差Va和收集电极与电子发射器件之间的距离H满足以下关系：

Va/H≤0.5×10⁶    (V/m)。

8.根据权利要求7的电子发射装置，其中，所述电子发射器件还包括一对相对的器件电极，位于所述导电膜高电位侧的部分和低电位侧的部分分别与所述器件电极电连接，被所述器件电极夹置的区域具有由向高电位侧突出的部分和向低电位侧突出的部分形成的周期循环形状，导电膜存在于被所述器件电极夹置的所述区域。

9.根据权利要求7的电子发射装置，其中碳和/或碳化合物存在于所述电子发射部分之上和附近。

10.根据权利要求7的电子发射装置，其中所述电子发射器件是表面传导电子发射器件。

11.一种电子发射装置，包括：

电子源，其中多个电子发射器件布置在基片上和用于收集电子的电极，

其中所述电子发射器件具有包括电子发射部分的导电膜，

以及在所述导电膜中形成电绝缘的细长区，把所述导电膜分成高电位侧和低电位侧，所述绝缘区具有由向高电位侧突出的部分和向低电位侧突出的部分形成的实质上周期循环的形状，和一系列电子发射部分形成在向高电位侧突出的所述部分的至少一部分。

12.根据权利要求11的电子发射装置，其中包括碳和/或碳化合物的淀积物存在于电子发射部分之上和附近。

13.根据权利要求11的电子发射装置，其中在所述绝缘区的一个周期中包含的所述电子发射部分的长度1e、所述绝缘区的周期1p、和所述在绝缘区内向高电位侧突出的所述部分与向低电位侧突出的所述部分之间的锯齿状距离1a在以下范围内：

5μm≤1p≤80μm

1μm≤1e≤40μm

1μm≤1a≤100μm。

14.根据权利要求11的电子发射装置，其中所述电子发射器件还包括一个第一电极和一个第二电极，其中所述第一电极连接到所述高电位侧，所述第二电极连接到所述低电位侧。

15.根据权利要求14的电子发射装置，其中被所述电极夹置的区域具有由向第一电极突出的部分和向第二电极突出的部分形成的周期循环形状。

16.根据权利要求11的电子发射装置，其中所述电子发射器件是表面传导电子发射器件。

17.根据权利要求11的电子发射装置，其中，与所述电子发射器件电连接的布线以矩阵形式形成在电子源内。

18.根据权利要求11的电子发射装置，其中，与所述电子发射器件电连接的布线以阶梯状形成于所述电子源内。

19.一种电子发射装置，包括：电子源，其中多个电子发射器件布置在基片上、和用于收集电子的电极，其中所述器件具有包括电子发射部分的导电膜，

其中，在所述导电膜中形成电绝缘的细长区，把所述导电膜分成高电位侧和低电位侧，所述绝缘区具有由向高电位侧突出的部分和向低电位侧突出的部分形成的实质上周期循环的形状，在所述绝缘区形成一系列电子发射部分，包括在所述绝缘区的一个周期内向高电位侧突出的所述部分长度1e、所述绝缘区的周期1p、和在所述绝缘区内的向高电位侧突出的所述部分与向低电位侧突出的所述部分之间的锯齿距离1a处于以下范围：

5μm≤1p≤80μm

1μm≤1e≤20μm

5μm≤1a≤100μm。而且，收集电极与低电位侧的导电膜之间的电位差Va和收集电极与电子发射器件之间的距离H满足以下关系：

Va/H≤0.5×10⁶    (V/m)。

20.根据权利要求19的电子发射装置，其中，所述电子发射器件还包括一对相对的器件电极，位于所述导电膜高电位侧的部分和低电位侧的部分分别与所述器件电极电连接，被所述器件电极夹置的区域具有由向高电位侧突出的部分和向低电位侧突出的部分形成的周期循环形状，导电膜存在于被所述器件电极夹置的所述区域。

21.根据权利要求19的电子发射装置，其中碳和/或碳化合物存在于所述电子发射部分之上和附近。

22.根据权利要求19的电子发射装置，其中所述电子发射器件是表面传导电子发射器件。

23.一种图象形成装置，具有权利要求11的电子发射装置，

其中，所述收集电极收集从所述电子源发射的电子束，以通过所述电子对图象形成部件的照射来形成图象。

24.制造权利要求1的电子发射装置的方法，包括以下步骤：

通过聚焦离子束的细微刻图技术、激光处理和光刻法之中任何一种，形成导电膜和绝缘部分的图案；

对所述导电膜施加电压使其流过电流，从而形成所述电子发射部分。

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