CN1123037C - 电子源、采用它的成象器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有以阵列形式排列的表面传导型电子发射元件和与之串联的非线型元件的电子源，具有该电子源的成像器，以及它们的制造方法和所述电子源的驱动方法。所述制造方法中表面传导型电子元件的激发形成处理步骤用经由与薄膜串联并具有非线性电压-电流特性的非线性元件对形成电子发射部分的薄膜加一电压的方法来进行。

Description

电子源、采用它的成象器及其制造方法
本发明涉及到一种电子源，它包含一个表面传导型电子发射元件和一个作为电子源一种应用的诸如显示器的成象器，更确切地说涉及一种制造电子源的方法和一种驱动它的方法。
已知有两种常规的发射元件，即热阴极元件和冷阴极元件。其中的冷阴极元件已知有场发射元件(以下缩写为FE型)、金属—绝缘层—金属型发射元件(以下缩写为MIM型)、表面传导型发射元件等等。
FE型的例子有W.P.Dyke和W.W.Dolan所述的(“场发射”，Advance in Electron Physics， 8，89(1956))，C.A.Spindt所述的“带有钼锥的薄膜场发射阴极的物理特性”(J.Appl.Phys.， 47，52488(1976))等等。
MIN型的例子有C.A.Mead所述的“隧道发射器件的运行”(J.Appl.Phys.， 32，646(1981))等等。
表面传导型元件的例子有M.I. Elinson所述的(RadioEng.Electron Phys.， 10 1290(1965))及下面将要描述的另一种。
表面传导型发射元件利用这样一种现象：当对形成在衬底上的小面积薄膜沿平行于薄膜表面的方向加一电流时，即发生电子发射。表面传导型发射元件的例子除了上述采用Elinson的SnO2薄膜的元件之外，还报道过采用Au薄膜的元件〔G.Dittmer：“ThinSolid Films”， 9，317(1972)〕、采用In2O3/SnO2薄膜的元件〔M.Hartwell和C.G.Fonstad：“IEEE Trans.ED Conf.”，519(1975)〕、采用碳薄膜的元件〔Hisashi Araki等，Vacuum， 26，No.1，22(1983)〕等等。
图39示出了作为这种表面传导型发射元件典型元件结构的上述M.Hartwell等人的元件的平面图。参照图39，参考号3001表示衬底，3004表示由溅射形成的金属氧化物组成的导电薄膜。如图39所示，导电薄膜3004有一个H字的平面形状。当导电薄膜3004经受称之为“激发形成”的激发处理时(稍后将描述)，就形成一个电子发射部分3005。图39中的间隔L设定为0.5-1mm，W设定为0.1mm。注意，为了图示的方便，电子发射部分3005表示为导电薄膜3004中央的一个矩形图形，但这仅仅是一个示范性表示，并不是真实地表示实际电子发射部分的位置和形状。
在上诸如H.Hartwell等人的表面传导型发射元件中，通常的做法是在电子发射之前，在导电薄膜3004上进行称之为激发形成的激发处理，从而形成电子发射部分3005。更确切地说，是在激发形成过程中于导电薄膜3004两端加一恒定直流电压或一极慢速增加(例如约1V/min)的直流电压来激发导电薄膜3004，以便使导电薄膜3004发生局部破坏、变形或变性，从而形成高电阻态的电子发射部分3005。应注意，在局部破坏、变形或变性了的导电薄膜3004的部分内形成了裂缝。在激发形成之后，当向导电薄膜3004加以适当的电压时，在裂缝附近就发生电子发射。
上述表面传导型发射元件由于其结构简单且制造容易而具有可在大面积上形成大量元件的优点。例如，如本发明者在日本专利公开64-31332所公开的，已研究了驱动大量元件的阵列的方法。EPA0312007也公开了一种电子束发射器件。该器件具有一对电极、一层薄膜和一个电子发射区。
作为表面传导型发射元件的一种应用，已研究过诸如图象显示器、图象纪录器之类的成象器、带电束源等等。
特别是作为图象显示器应用，如美国专利5066883本申请人的日本专利公开2-257551中所公开的，已研究出了采用结合表面传导型发射元件和荧光物质及在电子照射时发射光的类似物质的图象显示器。采用表面传导型发射元件和荧光物质等相结合的图象显示器，比之采用其它系统的常规图象显示器，可望具有更好的特性。例如比之近年来已普遍采用的液晶显示器，这种器件由于是自发射类型而不要求背面照明，而且有更大的视角。
本发明人在实验基础上除制造了上述现有技术元件外，还已制造了具有各种材料、各种制造方法和结构的表面传导型发射元件。而且，本发明人还研究了包括由大量表面传导型发射元件组成的一个阵列的多电子束源以及采用多电子束源的图象显示器。
本发明人已在如图40所示的电学布线方法的基础上实验制造了多电子束源。更确切地说，多电子束源包括大量的表面传导型发射元件，它们二维地排列并通过布线连接成矩阵图形，如图40所示。
参照图40，参考号4001表示表面传导型发射元件(示意)；4002表示行方向布线；4003表示列方向布线。实际上行和列方向布线4002和4003都有一定的电阻，图40将这些电阻表示为电阻器4004和4005。上述布线方法称为简单矩阵布线法。
为简便起见，图40表示了一个6×6矩阵。矩阵的大小当然不限于此。例如在图象显示器的多电子束源情况下，对所要求的图象显示器要多少元件就可安排多少元件并通过布线连接起来。
在由用简单矩阵布线法连接表面传导型发射元件而构成的多电子束源中，在行和列方向布线4002和4003上加以适当的电信号以输出所希望的电子束。例如，为了驱动矩阵中任意行上的表面传导型发射元件，在待选取行的行向布线4002上加一选取电压Vs，同时在不要选取的行的行向布线上加一非选取电压Vns。与这些电压同步，在列向布线4003上加一驱动电压Ve以输出一个电子束。用这种方法，若忽略布线电阻器4004和4005上的电压降，则待选取行中每一表面传导型发射元件上加有电压Ve-Vs，而非选取行中每一表面传导型发射元件上则加有电压Ve-Vns。当电压Ve、Vs和Vns都设定为适当的值时，具有所希望强度的电子束就可以只从待选取行中的表面传导型发射元件输出。而且，当不同的驱动电压Ve被加于列向布线时，待选行中的元件能够输出强度不同的电子束。由于表面传导型发射元件具有高的响应速度，若驱动电压Ve的作用时间改变，则电子束的输出时间也可改变。
因此，用简单矩阵布线法连接表面传导型发射元件而构成的多电子束源有各种应用可能。例如，当适当地加以对应于图象信息的电信号时，多电子束源能够很好地用作图象显示器的电子源。
然而在实用中，用简单矩阵布线法连接表面传导型发射元件而构成的多电子束源有下面将要描述的二个问题。
更确切地说，第一个问题是激发形成处理会引起元件单元在处理工序中发生变化，这一处理工序是在表面传导型发射元件制造工序的中间阶段进行的。
第二个问题是在制造之后用驱动表面传导型发射元件的方法来执行电子发射时，叠加在待加至元件上的驱动信号上的噪音分量使元件的特性变坏并缩短其使用寿命。
下面将更详细地描述第一和第二个问题。
(第一个问题)
在各种采用表面传导型发射元件的成象板中，例如上述平板阴极射线管中，当然要求高质量、高分辨的图象。为实现这一点，例如可使用简单矩阵布线法连接的大量表面传导型电子发射元件。因此，要求由几百到几千个行和列组成的极大量元件阵列，而且要求表面传导电子发射元件具有均匀的元件特性。
然而，表面传导型电子发射元件的电子发射特性可能随激发形成条件而改变。而且，在简单矩阵布线法情况下，当只对一个特定的元件进行激发形成处理时，电流会不希望地漏到另一个表面传导型电子发射元件。因此，靠将电流集中到每一个元件的方法，很难进行激发形成而不影响尚未进行激发形成的其它表面传导型电子发射元件。此时，全部表面传导型电子发射元件不能在相同条件下经受激发形成，并造成不希望有的表面传导型电子发射元件特性的变化。
(第二个问题)
参照图41，参考号ES表示表面传导型发射元件；EC1-ECM表示列向布线电极；ER1-ERN表示行向布线电极。在这一多电子束源中，M×N个电子发射元件排列成矩阵图形，并用行向和列向布线电极进行电连接，从而组成矩阵布线。在图41中，排列在平行于X方向上的每一元件组以下都视为一个元件列，而排列在平行于Y方向上的每一元件组以下都视为一个元件行。因此，矩阵包括第一到第M元件列和第一到第N元件行。
当具有上述排列的多电子束源被驱动时，通常的方法是用逐一相继选取元件列的方法来驱动各元件。在图41所示的多电子束源的情况下，有可能使被选取元件列中所希望的表面传导型发射元件发射电子束。这点将参照图42-45在下面加以描述。
图42示出了用作ES的表面传导型发射元件的一般特性。在图42中，横坐标代表要加到元件上去的电压，而纵坐标代表从元件发射的电子束电流。通常，在加于表面传导型发射元件的电压超过某一给定阀值电压Vth之前，没有电子束从元件发射，而当电压超过阀值电压Vth时，发射的电子束强度随外加电压增加而增加。因此，容易设定一个电压VE，使电压为VE/2时不发射电子束而在电压为VE时发射电子束。下面将描述利用这样设定的电压VE的驱动方法。
例如，以下将举一个例子，选择多电子束源中的第一元件列，电子束只从第二到第五行中的表面传导型发射元件发射。图42示出了为达到上述目的而加于布线电极的电压。如图43所示，在EC1到EC6列布线电极中，电压0(V)加于第一列的布线电极EC1，而电压VE/2(V)加于其它电极EC2-EC6。在行向布线电极ER1到ER6中，电压VE(V)加于第二到第五行的布线电极ER2-ER5，而电压VE/2(V)加于电极ER1和ER6。由于各表面传导型发射元件加有接于其上的行向布线电极和列向布线电极上所加电压之间的差值电压，电压VE(V)就加到了图43中黑色的表面传导型发射元件上，电压VE/2(V)就加到了由斜线和水平线表示的电子发射元件上，而电压0(V)加到由点表示的表面传导型发射元件。更确切地说，将超过电子发射阈值的电压VE(V)加于所希望的电子发射元件，而这些元件输出电子束。然而，其它的表面传导型发射元件不输出任何电子束。
如上述例子所述，电压0(V)加于要被驱动的元件列的列向布线电极，而电压VE/2(V)加于其它元件列的列向布线电极，从而选取了要驱动的元件列。而且，在被选取元件列的电子发射元件中，电压VE(V)加于要输出电子束的那些行的行向布线电极，而电压VE/2(V)加于不输出电子束的那些行的行向布线电极，于是达到预定的目的。在上述方法中，由于加于要输出电子束的那行的行向布线电极的电压被唯一地确定为VE(V)，要输出的电子束的强度也唯一地确定为I1。然而，当幅度合适的待施加电压从相应于图42所示的电子发射特性的范围Vth-VE内选取时，要输出的电子束的强度可以控制在0-I1的范围内。
多电子束源本身组成一个X-Y矩阵型电子束源，并可望应用于诸如平板阴极射线管之类的显示器。
然而，当图41所示的多电子束源实际上由电路驱动时，就提出了将尖峰电压应用于非选取表面传导型发射元件的问题。图14-16解释了这一问题。
图44示出了用来驱动图41所示多电子束源的一个典型的电路。如图41所示，诸如场效应晶体管(FET)之类的开关元件以推拉输出电路形式连接于各布线电极。连接于列向布线电极EC1-ECM的电路是为了选择性地向这些布线电极加以电压VE/2(V)或0(V)，而连接于行向布线电极ER1-ERN的电路是为了选择性地向这些布线电极加以电压VE(V)或VE/2(V)。借助于适当控制场效应晶体管的栅极信号GPC1-GPCM、GNC1-GNCM、GPR1-GPRN以及GNR1-GNRN，可以将所希望的电压选择性地加于布线电极。
图45解释了多电子束源一个任意驱动模式的例子。以下的解释将参照这样一种情况来进行，其中的电子束从多电子束源按E的图形来发射，如图45所示(在图45中用阴影表示)。在多电子束源的通常驱动顺序中，元件列是逐列驱动的，其顺序为：第一列、第二列、第三列、……，以完成图45所示的E图形。图46的46A示出了这一驱动顺序的瞬时过渡。
根据元件列的驱动来向布线电极加电压的方法如上所述。例如，当第一列要驱动时，驱动电压可用参照图43如上所述的那样加到布线电极上。图46的46B-46I示出了加于布线电极EC1-EC4和ER1-ER4的电压的瞬时过渡。
当多电子来源用图44所示电路按上述顺序驱动并且用示波器之类来观察实际加于电子发射元件上的电压时，发现了通常不希望有的尖峰电压。例如，以图44中A、B和C所示的三个元件为例，对这些元件观察到的电压波形如图46中的46A-46L所示。在图46中，不希望有的尖峰电压由SP(-)、SP(+)和SP(n)表示。
这种尖峰电压的起因包括电噪音、布线电极之间相互感应造成的电感应引起的FET的瞬时操作错误、包括外加电压波形在传到电子发射元件之前由布线电路的电感、电容、电阻等引起的畸变，还包括驱动列向布线电极的FET和驱动行向布线电极的FET的操作时间之间的相互偏离。
在这些尖峰电压中，当反向电压SP(-)加于表面传导型发射元件时，元件的电子发射特性在一开始的阶段就可能变坏，或者元件会被瞬间破坏。因此，在上述多电子束源用于如显示器等方面提出了一个严重的问题。
本发明的目的是提供一种能解决现有技术中存在的问题的制造电子源的方法。
本发明的另一个目的是提供一种制造具有电子源的成象器的方法。
本发明的再一个目的是提供一种特性良好的电子源。
本发明还有一个目的是提供一种特性良的成像器。
本发明又一个目的是提供一种驱动电子源的方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种制造电子源的方法。此方法包括步骤：a)提供其上具有行向布线、列向布线和多个以矩阵形式排列的多个电子发射部分形成薄膜元件的衬底，其中，所述矩阵形式的相应行的相应薄膜元件连接在相应列向布线和一个共用的相应行向布线之间，而所述的矩阵形式的相应列中的相应薄膜元件连接在相应行向布线和一个共用的相应列向布线之间；以及b)进行激发形成处理，以在各薄膜元件上形成一个电子发射部分，从而产生相应的表面传导型电子发射元件，通过把电压加到选定的行向和列向布线，从而使形成电压被加在连接在所述选定的布线之间的薄膜元件上；在步骤a)中，提供一相应的非线性元件与位于相应的行向布线和列向布线之间的那个相应的薄膜元件串联；以及在步骤b)中，提供一与连接在所述选定的布线之间的那些薄膜之外的薄膜元件串联的非线性元件，防止形成电压加到与之串联的薄膜元件上。
在本发明提供了一种制造具有电子源的成像器的方法，所述电子源中有多个连接在行向和列向布线之间的表面传导型电子发射元件以阵列形式排列在衬底上，所述图像形成装置还具有一个用于在从上述电子源发射的电子束的照射下成像的成像元件，所述方法包括提供所述成像元件的步骤；其中，所述电子源是由上述方法制造的。
本发明的电子源包括：衬底；多根行向布线；多根列向布线；以及多个以矩阵形式设置在所述衬底之上的表面传导型电子发射元件；其中，所述矩阵形式的各行中的每个表面传导型电子发射元件连接到各列向布线上，并与相应的行向布线和非线性元件相连接，所述各非线性元件与各表面传导型电子发射元件串联；用于在噪声分量被叠加在加于所述行向布线或列向布线的信号上时，通过一个加在与之串联的表面传导型电子发射元件上的极性相反的电压，防止反向电流流过。
本发明提供的一种带有电子源和在从上述电子源发射的电子束的照射下成像的成像元件的成像器，其中所述的电子源为上述本发明的电子源。
本发明提供的驱动电子源的方法包括下列步骤：把一扫描信号加到一选定的行向布线上，以及把相应的调制信号加到选定的列向布线上，其中，如将极性相反的电压加到连接在选定的布线之间的表面传导型电子发射元件上，该反极性电压将在存在着叠加于所述扫描信号和所述调制信号上的噪声分量时被施加到表面传导型电子发射元件上，通过与之相串联的所述非线性元件防止发生反向电流。
结合附图从下面的描述可看到本发明的其它情况和优点，所有附图中相似的参考号表示相同或相似的部件。
图1(a)和1(b)分别是根据本发明最佳构思的平板型表面传导型发射元件的平面图和剖面图；
图2(a)-2(c)是根据最佳构思的平板型表面传导型发射元件的制造方法的剖面图；
图3示出了根据该最佳构思的平板型表面传导型发射元件制造方法的形成处理中加到元件上的电压波形的一个例子；
图4是一个透视图，示出了一个根据本发明另一最佳构思的垂直型表面传导型发射元件；
图5是一个框图，示出了根据本发明的表面传导型发射元件的形成方法以及用于形成的一个器件的例子；
图6是一个根据本发明的实施例的多电子源的电路图；
图7是根据本发明实施例的多电子源的平面图；
图8是根据本发明实施例的多电子源的剖面图；
图9(1)-9(6)是解释根据本发明实施例的制造多电子源中非线性元件部分的工序的剖面图；
图10(7)-10(10)是解释根据本发明实施例的制造多电子源中表面传导型发射元件部分的工序的剖面图；
图11示出了用于本发明实施例制造中的掩模；
图12是一个透视图，示出了使用本发明的成象器的显示板；
图13是本发明一个实施例的剖面图，其中在非线性元件附近形成了一个绝缘层；
图14是本发明一个实施例的剖面图，此实施例使用了一个P型硅衬底；
图15(1)-15(6)是解释根据本发明实施例制造多电子源中非线性元件部分的工序的剖面图，此法使用了一个P型硅衬底；
图16(7)-16(10)是解释根据本发明实施例制造多电子源中表面传导型发射元件的工序的剖面图，此法使用了一个P型硅衬底；
图17是本发明一个实施例的剖面图，其中在非线性元件附近形成了一个绝缘层，使用了一个P型硅衬底；
图18是多电子源的平面图，其中使用一个非晶硅构成的二极管作为非线性元件；
图19是多电子源的剖面图，其中使用一个非晶硅构成的二极管作为非线性元件；
图20(a)-20(j)是解释多电子源制造方法的剖面图，其中使用一个非晶硅构成的二极管作为非线性元件；
图21是一个剖面图，示出了使用多晶硅构成的二极管作为非线性元件的多电子源；
图22(1)-22(9)是解释多电子源制造方法的剖面图，其中用多晶硅构成的二极管作为非线性元件；
图23是解释根据本发明一个实施例的驱动方法和一个器件的电路原理图；
图24是一个电路图，示出了驱动电路的一个实施例；
图25是一个表明本发明实施例作用的电压波形图；
图26是一个电路图，示出了驱动电路的另一个例子；
图27是一个电路图，示出了当本发明用于电视显象器时的电路安排的例子；
图28是电视显示器用多电子源的电路图；
图29示出了显示图形的一个例子；
图30示出了加于多电子源以显示图29所示图形的电压；
图31是加于多电子源以显示图29所示图形的电压图；
图32(1)-32(6)示出了图27所示电视显示器中各单元的操作同步的电路原理图；
图33为解释一个实施例的驱动方法和装置的电路示意图，其中使用MIM元件作为非线性元件；
图34是一个电子图，示出了当MIM元件用作非线性元件时驱动电路的一个例子；
图35示出了用于实施例的MIM元件的电流-电压特性；
图36解释了本实施例的作用，其中用MIM元件作为非线性元件；
图37是电子源实施例的剖面图，其中用MIM元件作为非线性元件；
图38(1)-38(7)是剖面图，示出了电子源实施例的制造工艺，其中用MIM元件作为非线性元件；
图39是常规表面传导型发射元件的平面图(现有技术)；
图40示出了表面传导型发射元件布线方法的一个例子；
图41示出了图40中各部位的称呼方法；
图42示出了表面传导型发射元件的典型电子发射特性；
图43示出了驱动电压使用方式的一个例子；
图44示出了驱动电路的一个例子；
图45示出了驱动方式的一个例子；
图46是一个时间图，示出了一例驱动电压波形。
下面参照附图来详细描述本发明。
首先要描述本发明实施的表面传导型发射元件。
可用于本发明的表面传导型发射元件材料和结构没有特殊的限制，可以是现有技术中描述过的那些。但从电子发射特性和易于制造的观点看，根据下列构思的表面传导型发射元件被用作最佳的表面传导型发射元件。(表面传导型发射元件的最佳实施例)
已知有二种最佳表面传导型电子发射元件的基本结构，即平板型和垂直型。下面讨论平板型表面传导型电子发射元件。
图1(a)和1(b)分别是基本的平板型表面传导型电子发射元件结构的平面图和剖面图。下面参照图1(a)和1(b)描述元件的基本结构。参照图1(a)和1(b)，参考号201表示衬底；205和206表示元件电极；204表示一个包括电子发射部分的薄膜；203表示电子发射部分。注意，参考号202表示电子发射部分形成薄膜，它代表形成电子发射部分203之前的薄膜。
对相对的元件电极205和206的材料没有特殊的限制，只要是导体就行。例如，材料可包括诸如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu、Pd之类的印制导体或由它们组合而成的合金，或诸如Pd、Ag、Au、RuO2、Pd-Ag之类的金属，或者金属氧化物或玻璃等等；诸如In2O3-nO2之类的透明导体；诸如多晶硅之类的半导体材料；等等。
元件电极的间距L1在几百A°到几百μm，根据作为元件电极制造方法基础的光刻工艺来设定，亦即曝光机的性能和腐蚀方法、元件电极间所加电压等等。元件电极间距L1最好在1μm-10μm范围内。元件电极的长度W1和每个元件电极205和206的薄膜厚度d要根据电极的电阻、上述X和Y布线的连接和与安排大量电子源相关的问题，适当地设计。通常，元件电极的长度W1在几μm到几百μm范围内，而每一元件电极205玫206的薄膜厚度最好在几百A°到几μm范围内。
在形成于衬底201上的相对的元件电极205和206之间的部分以及元件电极205和206上形成有包括电子发射部分的薄膜204，它包括电子发射部分203。图1(b)示出了包括电子发射部分的薄膜204形成在元件电极205和206上的情况。然而，在某些情况下，包括电子发射部分的薄膜204不形成在元件电极205和206上。更确切地说，这种结构是在薄膜按下列顺序堆垛时形成的。亦即，在电子发射部分形成薄膜202堆垛在绝缘衬底201上之后，相对的元件电极205和206则堆垛在201上。
相对的元件电极205和206之间的整个部分都可用作电子发射部分，这取决于制造方法。包括电子发射部分的薄膜204的厚度在几A°到几千A°范围内，而最好是在10A°-200A°的范围内。薄膜204的厚度要根据对元件电极205和206的台阶覆盖、元件发射部分203和元件电极205和206之间的电阻、电子发射部分203的导电微粒的粒子尺寸、激发处理条件(稍后描述)等等来适当地设定。薄膜电阻为每单位面积103-107Ω。
组成包括电子发射部分的薄膜204的材料的例子包括诸如Pd、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W、Pb之类的金属；诸如PdO、SnO2、In2O3、PbO、Sb2O3之类的氧化物；诸如HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、GdB4之类的硼化物；碳化物TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、WC等；诸如TiN、ZrN、HfN之类的氮化物；诸如Si、Ge之类的半导体；碳；AgMg；NiCu；Pb；Sn；等等，它们组成微粒膜。
注意，微粒膜是由多种微粒集合组成的膜，并相应于精细结构膜的微粒分散状态和微粒相邻或彼此相叠的状态(包括岛状)。
电子发射部分203由大量导电微粒组成，微粒的大小在几A°到几千A°范围内，而最好在几十A°到200A°的范围内，该电子发射部分203依赖于包括电子发射部分的薄膜204的厚度以及诸如激发形成条件(稍后描述)之类的制造方法。膜厚度和上述条件要适当设定。电子发射部分203的材料部分或全部与构成包括电子发射部分的薄膜204的材料相同。
<基本制造方法>
制造带有电子发射部分203的表面传导型发射元件的方法很多。图2(a)-2(c)给出了一例制造方法。参考号202表示一个包含微粒膜的电子发射部分形成薄膜。
参照图1(a)和1(b)以及图2(a)-2(c)来描述制造方法。
1)用清洁剂、纯水和有机溶剂对衬底201进行充分清洗之后，用真空淀积技术、溅射之类的方法沉积元件电极材料，之后用光刻方法在衬底201表面上形成元件电极205和206(图2(a))。
2)在形成于衬底201上的元件电极205和206之间的部分上，以及在形成元件电极205和206的衬底上，涂覆并留下一个有机金属化合物溶液，从而形成一个有机金属化合物薄膜。有机金属化合物溶液是一种有机化合物溶液，它包含上述诸如Pd、Ru、Ag、Au、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、Ta、W、Pb之类的金属等作为主要成分。然后对有机金属化合物薄膜进行锻烧热处理，并用剥离、腐蚀等方法进行图形化，从而构成电子发射部分形成薄膜202(图2(b))。
注意，此处用到了涂覆有机金属化合物溶液的方法。但本发明并不限于此法。例如可用真空淀积法、溅射法、化学气相淀积法、分散涂覆法、浸入法、旋转涂层法等等构成电子发射部分形成薄膜。
3)接下来进行称之为形成的激发处理。在利用从电源(未绘出)向元件电极205和206之间加以脉冲电压的方法来进行激发形成处理时，结构相对于薄膜其余部分发生了改变的电子发射部分203就形成在一部分电子发射部分形成薄膜202中(图2(c))。
用这一激发形成处理，电子发射部分形成薄膜202被局部破坏、变形或变性。用这种方法，结构已被激发形成处理改变了的那一部分就称为电子发射部分203。如上所述，本申请人观察到在电子发射部分203附近有导电微粒出现。
图3示出一激发形成处理过程中的电压波形。
参照图3，参考号T1和T2分别表示电压波形的脉冲宽度和脉冲间隔。脉冲宽度T1适当地选取在1μsec-10msec范围内，脉冲间隔T2选在10μsec-100msec范围内，三角形波的峰值(形成时峰值)适当地选取在约4V-10V范围内，激发形成处理在真空下进行约数十秒钟。
在上述电子发射部分形成时，激发形成处理是由在元件电极之间加以三解形波脉冲来进行的。但加于元件电极间的电压的波形并不限于三角波，诸如矩形波之类的所希望的波形也可以使用。而且，波形的峰值、脉冲宽度、脉冲间隔等也不限于上述数值，只要电子发射部分得以满意地形成，也可以选取其它数值。
在用预先分散导电微粒的方法构成的表面传导型电子发射元件中，基本的元件结构和基本的制造方法可作部分的修改。
下面描述作为另一种最佳表面传导型电子发射元件结构的垂直型表面传导型电子发射元件。
图4是一个透视图，示出了垂直型表面传导型电子发射元件的基本结构。参照图4，参考号251表示衬底；255和256表示元件电极；254表示包括电子发射部分的薄膜；253表示电子发射部分；257表示台阶形成部分。注意，电子发射部分253的位置随台阶形成分257的厚度和制造方法、包括电子发射部分的薄膜254的厚度和制造方法等因素而改变，且不限于图4所示的情况。
衬底51、元件电极255和256、包括电子发射部分的薄膜254以及电子发射部分253的组成材料，同平板型表面传导型电子发射元件的组成材料相同。因此作为垂直型表面传导型电子发射元件的特征，以下将详细描述台阶形成部分257和包括电子发射部分的薄膜254。
台阶形成部分257由采用真空淀积法、印制法、溅射法形成的诸如SiO2之类的绝缘材料组成。台阶形成部分257的厚度相当于平板型表面传导型电子发射元件的元件电极间距L1，其范围为几百A°到几十μm。台阶形成部分257的厚度根据其制造方法及加于元件电极之间的电压来选取，最好在1000A°-10μm范围内。
包括电子发射部分的薄膜254，由于是在元件电极255和256以及台阶形成部分257形成之后形成的，故堆垛在元件电极255和256之上。包括电子发射部分的薄膜254的台阶部分的薄膜厚度通常不同于各个堆垛在元件电极255和256上那些部分的薄膜厚度。通常台阶部分的薄膜厚度小于堆垛在元件电极上的那部分薄膜厚度。结果，薄膜254比之上述平板型表面传导型电子发射元件，可以更容易地进行激发形成处理而形成电子发射区253。
表面传导型电子发射元件的最佳情况已经加以描述。在下列第一到第六实施例中将描述解决了上述“第一问题”的本发明的实施例。
这些实施例每个都涉及到制造其中有很多表面传导型电子发射元件被安排成矩阵的电子源的方法，更确切地说是涉及到激发形成处理方法。在各个实施例中，每个元件都有这样一种结构，其中具有非线性电压—电流特性的非线性元件与电子发射部分形成薄膜串联连接，而所有元件都与行和列方向的布线相连接，并用向要进行激发形成处理的电子发射部分形成薄膜经由行向和列向布线以及非线性元件加以形成电压的方法使表面传导型电子发射元件得以获得均匀的电子发射特性。此时，由于连接的非线性元件用来切断形成电压，故在其它元件的表面传导型电子发射元件上没有加形成电压。
〔第一实施例〕
图5是一框图，示出了本实施例中用来进行激发形成处理的电路的布局。
参照图5，参考号14表示表面传导型电子发射元件，其上用对电子发射部分形成薄膜(在元件14内部)执行激发形成处理的方法形成了电子发射部分。表面传导型电子发射元件排列成M×N矩阵。参考号18表示一个二极管元件，它与表面传导型电子发射元件14串联。表面传导型电子发射元件14和二极管元件18组成一个电子源元件1。电子源元件1排列成M×N矩阵而组成带有大量表面传导型电子发射元件14的电子源3(以下称之为电子源3)。参考号4表示产生形成脉冲的脉冲发生电源。
参考号5和6表示开关电路；7表示控制电路。开关电路5包含用来使用自脉冲发生电源4的形成脉冲加到行向引线DY1-DYn或使引线处于浮置状态的开关元件。开关电路6包含用来使列向引线DX1-DXn接地或使引线处于浮置状态的开关元件。开关电路5和6能够同时选择多个引线。控制电路7控制开关电路5和6的开关动作以及脉冲发生电源4的脉冲产生时间。
下面参照图5和6来描述选择待激发形成处理的表面传导型电子发射元件14的方法。
图6示出了一个从整个电子源3的矩阵抽出的一个6×6矩阵。
为简单起见，用D(X，Y)坐标来表示各表面传导型电子发射元件，如D(1，1)、D(1，2)……，D(6，6)以彼此区分。
例如，当对图6中表面传导型电子发射元件D(3，2)进行激发形成处理时，开关电路6在控制电路7的控制下将DX3引线接地并使其它引线处于浮置状态。而且，开关电路5将引线DY2接到脉冲发生电源4。用此法形成电压被加到引线DY2和DX3之间。此时，由于被串联连接于表面传导型电子发射元件1的二极管18反偏置或者被加于浮置态的引线上，故没有电流漏向其它的元件。因此，由于形成脉冲可以单独地加于每一个电子发射部分形成薄膜(元件14中)，故对每个元件可进行均匀的激发形成处理。
而且，激发形成的范围在一定程度上可自由地改变，从而允许在一个电流容量允许的范围内在一行或数行中形成元件单元，并在一定范围内形成。因此，用不同的形成条件也可在各位置或元件单元中形成元件。
以下将更详细地描述本实施例的电子源3。
图7是电子源3的部分平面图。图8是沿图7中A-A′的剖面图。而且，图9(1)-9(6)以及图10-(7)-10(10)示出了本实施例制造电子源3的工序。
参照图7，参考号12表示包括DX1-DXn条布线的列向布线。参考号13表示包括DY1-DYm的m条布线的行向布线。
图8是一个剖面示意图，示出了一例电子源衬底，其中表面传导型电子发射元件作为电子发射元件与二极管一起形成在n型硅衬底上。
参照图8，参考号101表示一个n型衬底；12表示列向布线；13表示行向布线。在表面传导型电子发射元件14中，用对电子发射部分形成薄膜进行激发形成处理的方法来形成电子发射部分。
在一部分n型衬底101中形成了一个p型的扩散阱层102。电连接于二极管阳极110的p+型层103形成在p型阱层102周围。还形成了电连接于二极管阴极111的n+型层105和n型层104。
这些二极管结构部分的上部用SiO2组成的绝缘层106覆盖，阳极和阴极分别连接到铝布线113和114。
在阳极和阴极110和111之间形成二极管，阳极110经由铝布线113连接到表面传导型电子发射元件14的116电极。表面传导型电子发射元件14的另一电极117经由铝布线120电连接到行向布线13。二极管的阴极111经由铝布线114电连接到列向布线12。
以下参照图9(1)-9(6)来解释带有图8所示结构的功能元件的一例制造步骤。图9(1)-9(6)是解释本发明制造工艺的一个例子的剖面图。
在第一工序中(见图9(1))，制备一个n型硅衬底101。
在第二工序中(见图9(2))，在n型硅衬底101上涂覆一个SiO2绝缘层118并用光致抗蚀剂图形化。
在第三工序中(见图9(3))，在硅衬底101的所希望的范围内掺入P型杂质(导电类型控制材料)以形成p型阱层102。
在第四工序(见图9(4)，在型阱层中形成p+层103、n型层104和n+层105以形成二极管元件。
在第五工序中(见图9(5))，在上述各工序中形成的半导体结构上涂覆一个由无机氧化物组成的SiO2绝缘层108，并进行图形化。
在第六工序中(见图9(6))，在SiO2层的图形化区域上形成阳极110、阴极111和行向布线13。
在第七工序(见图19(7))，在如此得到的结构上涂覆一个由无机氧化物组成的SiO2绝缘层119并进行图形化。SiO2绝缘层119起二极管各部分的绝缘层的作用，并用作表面传导型电子发射元件和布线电极形成时的下涂层。
在第八工序(见图10(8))，形成了用于电连接二极管阳极110和表面传导型电子发射元件电极116的铝布线113、用于电连接阴极111和列向布线的铝布线114以及用来电连接行向布线13和表面传导型电子发射元件电极117的铝布线120。
在第九工序(见图10(9))，形成列向布线12以电连接到铝布线114。
在上述各工序中，硅衬底被用来形成二极管。但衬底不限于此例，GaAs衬底也可使用。
在第十工序(见图10(10))，形成了表面传导型电子发射元件14。以下参照图11来详细描述表面传导型电子发射元件14的形成方法。
图11是电子发射部分形成薄膜的掩模的部分平面图，根据本实施例，其中的掩模用来形成表面传导型电子发射元件14。此掩模有一元件间隙G并在G附近有一开口，使用这一掩模由真空淀积来淀积10A°厚度的铬膜(未示出)并使其图形化。然后用旋转喷涂机在铬膜上旋涂上有机钯化合物，再将得到的结构在300℃下热锻烧处理10分钟，从而形成由Pd组成的电子发射部分形成薄膜。如上述所形成的电子发射部分形成薄膜由主要含Pd的微粒组成，薄膜厚度为100A°，单位面积的薄层电阻为5×104Ω。参考号15b和15c分别表示元件电极。
微粒膜是一种由许多微粒的集合构成的薄膜。如前所述作为一种精细结构，它对应于一种既有微粒分散态也有微粒相邻接或彼此重叠状态(包括岛状)的薄膜。此外，粒子的尺寸是微粒的大小，其粒子开关可在上述状态中加以确认。
铬膜(未示出)和锻烧过的电子发射部分形成薄膜由酸腐蚀剂进行湿法腐蚀，以形成所需的图形。当如上所述形成的电子发射部分形成薄膜经激发形成处理(稍后描述)时，就形成表面传导型电子发射元件14。
利用上述工序，就在同一个衬底上形成了列向布线12、层间绝缘层106、行向布线13、元件电极116和117、电子发射部分形成薄膜14、二极管元件18等等，从而形成一个用于表面传导型电子发射元件的简单矩阵布线衬底(见图8)。
上述工序采用了光刻、腐蚀等技术。但本发明不局限于这些技术。例如，可以用印刷技术来形成布线，很多其它的技术也可以采用。
各组成部件的材料也有一定的自由度。例如布线材料可以是通常用作电极的那些材料，包括Au、Ag、Cu、Al、Ni、W、Ti、Cr等等。层间绝缘层106除氧化硅膜，还可由MgO、TiO2、Ta2O5和Al2O3、它们的多层结构、混合物等等组成。除上述布线材料外，元件电极也可由其它具有导电性的材料组成。
下面将描述一个例子，其中采用上述的制造方法来制作图像形成装置。
参照图12，在将其上形成了大量电子发射部分形成薄膜和二极管元件的电子源3(相应于图12中的衬底271)被固定在后板281上之后，利用支架282将采用在玻璃衬底283的内表面上形成一个荧光膜284和一个金属底285的方法构成的面板286安置在衬底271上方5mm处。在面板286、支架282、后板281之间的接合部分涂覆烧结玻璃，并在空气或氮气氛中加热使这些部分密封。衬底271也用烧结玻璃固定到后板281上。参考号274表示由表面传导型电子发射元件和二极管元件构成的电子源元件。参考号272和273分别表示列向和行向布线。
在单色显示情况下，荧光膜284只由荧光粉组成。但在本实施例中，荧光粉有带状图形，以便先形成黑色的带，再在相邻黑带之间的部分上涂覆红、绿、蓝色的荧光粉，从而形成荧光膜284。以石墨为主要成份的普通材料被用作黑色带的材料。
本实施例采用粉浆方法来将荧光物质涂覆到玻璃衬底283上。通常金属底285是形成在荧光膜284的内表面侧上。金属底285采用荧光膜制造之后对其内表面进行整平处理(通常称为镀膜)来形成，然后真空淀积铝。
在面板286中，通常在荧光膜284的外表面侧形成一个透明电极(未示出)以改善荧光膜284的导电性。但在本实施例中，由于仅仅由金属底就能获得足够的电导率，就略去了透明电极。
而且，在进行上述密封操作时，由于在彩色显示中彼此必须对应彩色荧光物质与电子发射元件要进行充分的对准。
如上所述，玻璃盒用真空泵通过抽气管(未示出)被抽空以保持足够的真空度，然后通过盒外的引线DOX1-DOXm和DOY1-DOPYn将电压加于电子发射元件14的电极之间以便对电子发射部分形成薄膜(14)进行上述激发形成处理，从而形成带有电子发射部分的电子发射元件。更确切地说，利用将上述图5中的开关电路5和6连接到盒外引线的方法来执行激发形成处理。
形成处理中的电压波形如上面图3所示。在本实施例中，激发形成处理是在下列条件下进行的。
参照图3，T1和T2分别代表电压波形的脉冲宽度和脉冲间隔。脉冲宽度T1设定为1msec，脉冲间隔设定为10msec，三角波的峰值(形成时的峰值电压)设定为5V，激发形成处理在大约1×10-6乇的真空下进行60sec。此法形成的电子发射部分的状态是其中以Pd为主要成份的微粒是分散的且平均粒度为30A°。
在全部表面导电型电子发射元件都结束了激发形成处理之后，在大约1×10-6乇的真空中用喷灯加热将抽气管焊住，从而封成一个密封泡。
最后，为保持封装后的真空度，进行吸气处理。在这一处理中，在临封装之前，将放在图像形成装置中预定位置上的吸气剂(未示出)用诸如高频加热之类的方法进行加热以形成一个沉积膜。吸气剂含有Ba作为主要成份。
在本实施例带有上术装置的图像形成装置中，经由盒外的引线DX1-DXm和DY1-DYn从信号发生器(未示出)将描述信号和调制信号加于电子发射元件以引起元件发射电子，而数KV或更高的高电压经由高压引线HV加到金属基底285或透明电极(未示出)以便对电子束加速。被加速过的电子束撞击荧光膜284以致激发荧光膜并发光，从而形成图象。
上述的概略工序在图像形成装置制造中是需要的。但诸如各部分的材料这类的细节并不局限于以上的描述而可作适当的选择以适应图像形成装置的应用，这是不言而喻的。
如上所述，根据本实施例，非线性元件都有非线性的电压-电流特性，如二极管特性、MIM特性等，它们与由简单矩阵布线方法连接的电子发射部分形成薄膜串联连接。由于非线性元件的特性，在加以反电压或低电压时几乎不向电子发射部分形成薄膜提供电流，故在激发一个特定的电子发射部分形成薄膜时可防止电流漏向其它的电子发射部分形成薄膜。亦即，在进行制造由用简单矩阵布线法连接表面导电型电子发射元件的方法构成的多电子源中所要求的激发形成处理过程中，只有指定的元件才被激发形成处理。
如上所述，根据本实施例的激发形成处理，在对大量由简单矩阵布线法连接的表面传导型电子发射元件执行激发形成处理时，可望有下列效果：
(1)选择一个要执行激发形成的元件就可进行激发形成。
(2)能够进行诸如线形成、选组形成等等之类的局部激发形成，而不必向布线供以大电流。
(3)由于能进行局部激发形成，故对整个源来说，激发形成可以不均匀地进行或均匀地进行(即可在所需的形成条件下对所需的元件进行激发形成)。
〔第二实施例〕
在第二实施例中，下面将描述一个能够更稳定地实施第一实施例所述方法(见图8)的方法。
图13是一个剖面图，示出了一例电子源衬底，其中一个表面传导型电子发射元件作为电子发射元件形成在形成有一个二极管的n型硅衬底上。与第一实施例的差别是形成了一个绝缘层130。
参照图13，参考号101表示一个n型硅衬底；12表示列向布线；13表示行向布线。表面传导型电子发射元件14包含一个用对电子发射部分形成薄膜进行激发形成处理而形成的电子发射部分薄膜。
在n型硅衬底101的一部分中，形成一个p型阱扩散层102。在p型阱层102的周围形成与二极管阴极111电连接的n+层105和n型层104。此外，在二极管周围形成一个隔离层130。
这些二极管结构部分的上部由SiO2绝缘层106覆盖，而铝布线113和114分别连接到阳极110和阴极111。
二极管形成在阳极和阴极电极110和111之间，而阳极110经由铝布线113电连接于表面传导型电子发射元件14的电极116。表面传导型电子发射元件14的另一电极117经由铝布线120电连接于行向布线13。二极管的阴极电极111经由铝布线114电连接于列向布线12。
制造工序可作如下修改。亦即，在第一实施例所述的第三工序中，在硅衬底101的预定区域中掺入p型杂质(电导控制材料)以形成p型阱层102，然后在p型阱层周围形成一个作为隔离层的n+层130用来将二极管同其它部分隔离开来。
由于如上所述隔离层130的形成能使二极管同其它单元电隔离开来，故能够确保更稳定的二极管运行。
〔第三实施例〕
在第一和第二实施例中，在n型硅衬底上形成了一个电子源集成电路，其上形成了表面传导型电子发射元件。在第三实施例中，以下面的情况为例，其中集成电路形成在p型硅衬底上。
图14是一个剖面图，示出了一例电子源衬底，其中表面传导型电子发射元件作为电子发射元件形成在形成有二极管的p型硅衬底上。
参照图14，参考号301表示p型硅衬底；12表示列向布线；13表示行向布线。表面传导型电子发射元件14包含一个电子发射部分薄膜，它是用对电子发射部分形成薄膜进行激发形成处理的方法形成的。在一部分的p型硅衬底301上形成一个n型阱扩散层302。在n型阱层周围形成电连接于二极管阳极310的n+层303。还形成电连接于二极管阴极311的p+层305和p层304。
这些二极管结构部分的上部用SiO2绝缘层306覆盖，而阳极和阴极310和311分别连接于铝布线313和314。
二极管形成在阳极和阴极310和311之间，而阳极310经由铝布线313电连接于表面传导型电子发射元件14的电极316。表面传导型电子发射元件14的另一电极317经由铝布线320电连接到行向布线13。
图15(1)-图15(6)和图16(7)-16(10)是一些剖面图，用以举例说明具有图14所示结构的功能元件的制造工序。
以下将参照图15(1)-15(6)和图16(7)-16(10)来描述按第三实施例制作其上形成了表面传导型电子发射元件的电子源集成电路的方法。
在第一工序中(见图15(1))，制备一个p型硅衬底301。
在第二工序(见图15(2))，在p型硅衬底301上涂覆一个SiO2绝缘层118并用光刻胶图形化。
在第三工序(见图15(3))，在硅衬底301中所希望的区域掺入n型杂质(导电类型控制材料)以形成一个n型阱层302。
在第四工序(见图15(4))，在n型阱层中制作n+层303和p+层305以形成一个二极管元件。
在第五工序(见图15(5))，在上述工序形成的半导体结构上涂覆一个由无机氧化物组成的SiO2绝缘层308并图形化。
在第六工序(见图15(6))，在SiO2层的图形化的区域中制作一个阳极电极310、一个阴极电极311和一个行向布线13。
在第七工序(见图16(7))，在如此得到的结构上涂覆由无机氧化物组成的SiO2绝缘层319并图形化。SiO2绝缘层319有对二极管各部分实行隔离的功能，同时用作表面传导型电子发射元件和布线电极制作时的下镀层。
在第八工序(见图16(8))，制作一个用来使二极管的阳极310和表面传导型电子发射元件的电极316实行电连接的铝布线313、一个用来使阴极电极311和列向布线12实行电连接的铝布线314和一个用来使行向布线13和表面传导型电子发射元件的电极317实行电连接的铝布线320。
在第九工序(见图16(9))，制作一个待连接到铝布线314的列向布线12。
在上述各工序中，硅衬底被用来制作二极管。但并不局限于这种衬底。例如可以使用GaAs衬底。
在第10工序(见图16(10))，制作一个表面传导型电子发射元件14。
〔第四实施例〕
在第四实施例中，下面将描述一种可使第三实施例(见图14)所述的其上制作了表面传导型电子发射元件的电子源集成电路更稳定地工作的方法。
图17是一个剖面图，示出了一例电子源衬底，其中在制作有二极管的p型硅衬底上形成了一个表面传导型电子发射元件。同第三实施例的差别是制作了一个隔离层330。
参照图17，参考号301表示一个p型硅衬底；12表示列向布线，13表示行向布线。表面传导型电子发射元件14包含一个由对电子发射部分形成薄膜实行形成处理而制作并包括电子发射部分的薄膜。
在p型硅衬底301的一部分中形成一个n型阱扩散层302。在n型阱层302的周围形成一个电连接于二极管阳极310的n+层303。还形成电连接于二极管阴极311的p+层305和n型层304。再在二极管周围形成一个隔离层330。
这些二极管结构部分的上部用SiO2绝缘层306覆盖，铝布线313和314分别连接到阳极和阴极310和311。
在阳极及阴极310和311之间制作二极管，阳极310经由铝布线313电连接到表面传导型电子发射元件14的电极316。表面传导型电子发射元件14的另一电极317经由铝布线320电连接到行向线13。二极管的阴极经由铝布线314电连接到列向布线12。
至于制造工序，在第三实施例描述的第三工序中，在硅衬底301的预定区域内掺入n型杂质(电导控制材料)以形成n型阱层302，然后在n型阱层周围形成一个p+层330作为使二极管同其它部分隔离开来的隔离层。
由于利用形成隔离层330的方法可使二极管单元同其它单元电隔离，如上所述，就可确保更稳定的二极管运行。
在上面的描述中，本实施例的电子源是制作在硅衬底上的。但衬底不局限于硅衬底。例如锗或砷化镓也可用作衬底材料。
在上面的描述中，本实施例的电子源被安排并连接成矩阵。安排不局限于矩阵。例如，即使只有一个本实施例的电子源，激活形成控制可用内部二极管的整流效应来加以简化。
当电子源用制作二极管和表面传导型电子发射元件的方法来制造时，不仅电子源部分而且上述的开关电路和驱动电路，都可以制作在同一个硅衬底上，从而使器件更紧凑。
〔第五实施例〕
下面描述将非晶硅组成的二极管用作非线性元件的实施例。在本实施例中，由于采用玻璃板作为衬底(不同于第一至第四实施例)，可以获得大面积结构和成本下降。
图18是电子源的部分平面图。图19是沿图18中A-A′线的剖面图。图20(a)-20(j)是剖面图，示出了本实施例制造电子源的工序。
参照图18，参考号412表示包括DX1-DXn n个布线的列向布线。参考号413表示包括DY1-DYm的m个布线的行向布线。
参照图19，参考号411表示由玻璃构成的绝缘衬底；412表示列向布线；413表示行向布线。参考号414a表示电子发射部分形成薄膜。当此薄膜经受激发形成处理时，就形成一个电子发射部分，于是获得一个表面传导型电子发射元件414。参考号415a-415c表示元件电极；416表示层间绝缘层；417表示用来在元件电极415a和列向布线412之间得到电连接的接触孔。参考号418表际二极管元件；419和420分别表示用来使二极管元件418和元件电极415b和415c之间得到电连接的接触孔。
本实施例的电子源的制造方法将参照图20(a)-20(j)按工序顺序来加以描述。
〔工序a〕(见图20(a))
用真空淀积方法在由清洁过的钠钙玻璃组成的衬底411上相继堆垛一个厚度为50A°的铬层和一个厚度为6000A°的金属。然后用甩胶机旋转涂覆光刻胶(Hoechst公司可供的AZ1370)并烘焙。接着曝光并显影光掩模以形成列向布线412的光刻胶图形，并用此图形对An/Cr沉积膜进行湿法腐蚀以形成具有所需图形的列向布线412。
〔工序b〕(见图20(b))
用射频溅射法沉积一个由0.8μm厚的氧化硅膜构成的层间绝缘层416。
〔工序c〕(见图20(c))
在工序b所沉积的氧化硅膜(层间绝缘层416)上用等离子CVD法沉积一个厚度为5000A°的非晶硅层，并用离子注入法制作一个二极管元件418。
〔工序d〕(见图20(d))
用射频溅射法沉积另一个由0.8μm厚的氧化硅膜组成的层间绝缘层416。
〔工序e〕(见图20(e))
在工序b和工序d沉积的氧化硅膜(层间绝缘层416)上，形成一个用来制作接触孔417、419和420的光刻胶图形，并用此图形作为掩模对层间绝缘层416进行腐蚀，从而形成接触孔417、419和420。腐蚀是根据RIE(反应离子刻腐)方法用CF4和H2来进行的。
〔工序f〕(见图20(f))
然后用光刻胶(Hitachi Chemical Co.，Ltd.可供的RD-2000N-41)形成用来制作元件电极415a-415c以及元件间电极间隙G的图形，接着用真空淀积法沉积一个50A°厚的Ti层和一个10A°厚的Ni层。用有机溶剂将光刻胶溶解，剥离掉Ni/Ti沉积膜，从而形成元件间电极间隙为G的元件电极415a-415c。元件间电极间隙定为2μm。
〔工序g〕(见图20(g))
在元件电极415c上形成用于行向布线的光刻胶图形之后，相继地真空沉积一个50A°厚的Ti层和一个5000A°厚的Au层，并用剥离法清除不必要的部分，从而形成行向布线413。
〔工序h〕(见图20(h))
采用用于上述第一实施例的电子发射部分形成薄膜414a的掩模(图11)，象第一实施例那样，用真空淀积法沉积一个10A°厚的Cr膜421并将其图形化。用甩胶机在Cr膜上旋转涂覆一个有机钯化合物(Okumo Seiyaku K.K.有售的CCP4230)，在300℃对得到的结构进行10分钟的热锻烧处理，从而制得电子发射部分形成薄膜414a。如上所述形成的电子发射部分形成薄膜414a由主要含Pd的细粒组成，膜厚为100A°，薄层电阻为每单位面积5×104Ω。细粒薄膜是一种由许多细粒集合组成的薄膜，如上所述，作为一种细粒结构，它对应于这样一种薄膜，它有一种状态是其中的细粒分散，但还有一种状态是其中的细粒相邻接或彼此相叠(包括岛状)。另外，微粒具有在上述状态下可辨形状的尺寸。
〔工序i〕(见图20(i))
用酸性腐蚀剂对铬膜421和锻烧过的电子发射部分形成薄膜414a进行湿法腐蚀，从而形成所需图形。用此法形成的电子发射部分形成薄膜414a再经激发形成处理(稍后描述)就制作成表面传导型电子发射元件414。
〔工序j〕(见图20(j))
在除接触孔417之外的部分上形成一个涂覆光刻胶用的图形，并用真空淀积法相继沉积一个50A°厚的Ti层和一层1.1μm厚的金属。用剥离法清除不必要的部分，就埋下接触孔417。
用上述工序，在同一衬底上就制作了列向布线412、层间绝缘层416、行向布线413、元件电极415a-415c、电子发射部分形成薄膜414a、二极管元件418等等，这就制得了表面传导型电子发射元件的简单矩阵布线衬底。注意，上述工序采用了光刻、腐蚀等技术，但工序不局限于这些技术。例如，作为布线制作技术的印制技术等也可以使用。许多其它技术也可使用。
各元件的材料有选择的自由度。例如，布线材料可以是通常的电极材料，包括Au、Ag、Cu、Al、Ni、W、Ti、Cr等。层间绝缘层316除氧化硅膜外，可由MgO、TiO2、Ta2O5、Al2O3、它们的多层结构、混合物等等组成。元件电极415a-415c除了上述布线材料外，也可由其它具有导电性的材料组成。
本实施例的方法可用效地用于如第一实施例的图像显示器，这是理所当然的。
〔第六实施例〕
下面描述将多晶硅组成的二极管用作非线性元件的实施例。此实施例中，由于同第五实施例一样采用玻璃板作为衬底，故可获得大面积结构和降低成本。而且，由于能够制作紧凑的二极管，它比非晶硅组成的二极管可流过更大的电流，从而使二极管能够安排得更密。
由于本实施例的电子源有与第五实施例大体上相同的平面形状，故略去其平面图，图21示出了它的剖面。
图21是一剖面图，示出了一例电子源衬底，其中在形成有二极管的玻璃衬底511上制作了一个表面传导型电子发射元件作为电子发射元件。
参照图21，参考号511表示玻璃衬底；512表示列向布线；513表示行向布线。参考号514a表示电子发射部分形成薄膜。当此膜经受激发形成处理时，就形成一个电子发射部分，这就获得了表面传导型电子发射元件514。
在玻璃衬底上制作一个多晶硅层602作为p型阱扩散层。在p型阱层602周围形成一个电连接于二极管阳极610的p+层603。还制作连接于二极管阴极611的n+层605和n型层604。
这些二极管结构部分的上部用SiO2绝缘层606覆盖，阳极和阴极610和611分别连接到铝布线613和614。
在阳极和阴极610和611之间制作二极管，阳极610经由铝布线613电连接于表面传导型电子发射元件514的电极616。表面传导型电子发射元件514的另一个电极617经由铝布线620电连接于行向布线513。二极管的阴极611经由铝布线614电连接到列向布线512。
图22(1)-22(9)是剖面图，示出了带有本实施例如图21所示结构的功能元件的电子源的制造工序。
在图22(1)工序中，用射频磁控溅射法在清洁过的玻璃衬底511上形成一个非晶硅膜620。在图22(2)工序中，Ar激光器以非熔接的功率照射在室温非晶硅膜620上使其转变为多晶硅，于是形成了多晶硅膜621。在图22(3)工序中，在多晶硅膜621的所需区域中掺入p型杂质(导电类型控制材料)以形成p型阱层602。在图22(4)工序中，于p型阱层中形成p+层603、n型层604和n+层605，这就形成了二极管元件。
再者，在图22(5)工序中，在用真空淀积法把Au/Cu层相继堆叠在玻璃衬底511上之后，用甩胶机旋转涂覆光刻胶(HoechsfCorp有售的AZ1370)并烘焙。之后，曝光并显影光掩模图形以形成行向布线的光刻胶图形。对Au/Cr沉积膜进行湿法腐蚀以形成行向布线513。在图22(6)工序中，用射频溅射法沉积一个由氧化硅膜组成的层间绝缘层606，并用光刻胶图形采用腐蚀(RIE法)的方法形成接触孔。
在图22(7)工序中，用光刻胶形成用来制作用于电连接二极管的阳极610和表面传导型电子发射元件的电极616的铝布线613、用于电连接阴极611和列向布线512的铝布线614、以及用于电连接行向布线513和表面传导型电子发射元件的电极617的铝布线620的图形。用真空沉积法沉积一个铝层，从而用剥离法形成这些布线。与此相似，在图22(8)工序中使用待连接到铝布线614的Au/Ti膜来形成列向布线512。
在图22(9)工序中，制作一个表面传导型电子发射元件514。由于表面传导型电子发射元件514的制作方法同第一实施例相同，故略去其详细描述。本实施例中在二极管制作之后，表面传导型发射元件通过二极管而经受激发形成，这就使大量表面传导型发射元件的特性变得均匀了。
本实施例的方法可非常有效地用来制造图象显示器，而且可改善显示发光的均匀性。
至此已描述了可解决上述“第一问题”的本发明的最佳实施例。
在以下的第七和第八实施例中将描述解决上述“第二问题”的本发明的最佳实施例。
〔第七实施例〕
图23是一个电路图，示出了一例电子源的驱动方法。在图23的衬底(SUB)上，表面传导型发射元件(ES)和二极管(D)制作成矩阵。注意此种电子源可以用上述第五和第六实施例描述的任一种方法容易地制作。
在本发明的驱动方法中，每一个二极管元件(D)都这样安排，使加于表面传导型发射元件的驱动电压相对于二极管元件(D)的整流特性来说起到正向的作用。更确切地说，本实施例中如图23所示，每一个与表面传导型发射元件串联的二极管元件(D)都这样地连接，使阴极指向行向布线侧而阳极指向列向布线一侧。
参考号701表示一个扫描电路；702表示调制电路。扫描电路701经由DX1-DXm引线连接于电子源的行向布线，而调制电路702经由DY1-DYn引线连接到电子源的列向布线。注意扫描电路701和调制电路702的输出级使用了借助于将开关元件(FET)连接成推拉输出电路形式而组成的电路，如图24所示，而且只需要向栅极(GPC1-GPCM、GNCI-GNCM、GPR1-GPRN、GNR1-GNRN)加以适当的信号。参考号712表示行向布线；713表示列向布线。
利用上述装置，当加以图43所列举的驱动电压时，对表面传导型发射元件的驱动电压相对于二极管元件(D)来说处于正向，而相对于尖峰噪音SP(-)来说处于反向。因此，在二极管元件(D)工作时，加于表面传导型发射元件的电压的波形如图25中的25A、25B和25C所示(这些图分别相当于图46中46J、46K和46L的电压波形)。
更确切地说，根据本发明，由于没有尖峰噪音SP(-)加于每一表面传导型发射元件，就可以防止表面传导型发射元件的特性变坏和破坏这类常规问题，而且可大大提高电子源的使用寿命。
注意，具有图26所示安排的电路可用于图24所示的扫描电路中。更确切地说，用来控制行向布线是否接地的开关元件被安排成与行向布线相对应。由于与表面传导型发射元件串联的二极管元件可防止电流漏向其它的元件，即使在只有一个扫描行接地而其它多行都处于浮置态时，也可以进行预定的扫描操作。因此，上述电路可以使用。用这种电路当然也可以防止噪音。根据这种安排，开关元件的数目比之图24所示的扫描电路可以减半。
下面解释一个例子，其中上述可防止噪音的驱动方法用到了图像形成装置上。当本发明的驱动方法用于图像形成装置时，显示屏是用第一实施例所述的方法制造的，并将下面被举例的电路加至显示屏。
图27是用于根据NTSC电视信号获取电视显示的驱动电路的设计框图。参照图27，参考号901表示上述的显示屏；902表示扫描电路；903表示控制电路；904表示移位寄存器；905表示行存储器；906表示同步信号分离电路；907表示调制信号发生器；Vx和Va表示直流电压流。
下面描述各单元的功能。显示屏901经由引线DX1-DXm、引线DY1-DYmn以及高压引线Hv而连接到外电路。在这些引线中，引线DX1-DXm加有扫描信号，用来相继地驱动安装在显示屏内的多电子束，亦即在行单元中(N个元件)连接成M(行)×N(列)矩阵的表面传导型发射元件。另一方面，引线DY1-DYn加有调制信号，用来控制从由扫描信号选定的行中的表面传导型发射元件输出的电子束。高压引线Hv由直流电压源Va供以10KV的直流电压。此电压用来对从表面传导型发射元件输出的电子束进行加速使其有足够的能量去撞击荧光物质。
下面描述扫描电路902。扫描电路902包括M个开关元件(图27中由S1-Sm表示)。每一开关元件从直流电压源中选取一个输出电压Vx或0V(地电平)，并将选取的电压电连接到显示屏901的引线DX1-DXm中相应的一个引线上。开关元件S1-Sm根据控制电路903输出的控制信号Tscan而工作，而且在实际上可容易地由诸如FET之类的开关元件组合而成。
注意，直流电压源根据实施例中表面传导型发射元件的特性被设定为7V恒定的电压。
控制电路903用来匹配各单元的工作，以便根据外部输入的图象信号来获得适当的显示。控制电路903根据同步信号分离电路906(下面将描述)提供的同步信号Tsync而向各个单元产生控制信号Tscan、Tsft和Tmry。注意，这些信号的同步将参照图32(1)-32(6)稍后加以详细的描述。
同步信号分离电路906是用来从外部输入的NTSC电视信号中分离同步信号分量和亮度信号分量的电路，可容易地用已知的频率分离电路(滤波器)来构成。众所周知，由同步信号分离电路906分离出来的同步信号由垂直和水平信号组成。但为简单起见，图27将这些同步信号表示为一个信号Tsync。另一方面，为简化起见，图27中将从电视信号分离出来的亮度信号分量表示为一个信号DATA，此信号输入到移位寄存器904。
移位寄存器904对图象的行单元中的时序输入信号DATA进行串/并转换，并根据控制电路903提供的控制信号Tsft而工作。(换言之，控制信号Tsft是移位寄存器904的移位时钟信号)。经串/并转换过的一行图象数据(相当于N个电子发射元件的驱动数据)从移位寄存器904输出为N个并行信号Id1-Idn。
行存储器905是用来存储所需时间内一行图象的数据、并根据控制电路903提供的控制信号Tmry来储存信号Id1-Idn的内容的存储器件。储存的内容作为信号I′d1-I′dn输出，并输入到调制信号发生器907。
调制信号发生器907是用来根据图象数据I′d1-I′dn而对表面传导型发射元件的驱动操作进行调制的一种信号源，其输出信号经由引线DY1-DYn加到显示屏901中的表面传导型发射元件上。采用脉冲宽度调制系统来产生恒压脉冲并根据输入数据适当地调制脉冲宽度的装置，或许是采用电压调制系统来产生一个有预定宽度的电压脉冲并根据输入数据适当地调制电压脉冲的峰值的装置，都可以用作调制信号发生器907。
至此已描述了图27所示各单元的功能。在描述整个电路的工作之前，下面将参照图28-31更详细地描述一下显示屏901的工作。
为方便起见，在下面描述中，显示屏的象素数目为6×6(即M＝N＝6)。但实际的显示屏901当然有比6×6象素多得多的象素。
图28所示了一个多电子束源，由连接与二极管串联的表面传导型发射元件成6(行)×6(列)矩阵的方法构成。为简单起见，元件的位置用(X，Y)坐标来表示，如D(1，1)、D(1，2)……D(6，6)以彼此区分。
当多电子束源被驱动以显示一个图象时，采用图象平行于X轴的行单元中逐行成象的方法。为驱动对应一行图象的电子发射元件，将0V电压加到对应于引线DX1-DX6的显示行的那行的引线上，而7V电压加到其它行上。同这些信号同步，调制信号加到对应于显示行图形的引线DY1-DY6上。
例如，下面将讨论待显示图29所示图形的情况。为简单起见，图形的光发射部分的亮度彼此相等，例如100fL或相近。在显示屏901中，熟知的“P-22”被用作荧光物质，加速电压定为10KV，图象显示的重复频率定为60Hz，将具有上述特性的表面传导型发射元件用作电子发射元件。此时，为得到100fL的亮度，向对应于光发射象素的元件加一个14V的电压持继10msec是适合的。(注意，若各参数发生改变，则这一数值当然要变化)。
下面将举例说明图29所示第三行图象发射时的工作。图30示出了当第三行图象进行光发射时经由DX1-DX6引线和DY1-DY6引线加于多电子束源的电压值。从图30可见，14V的电压被加于表面传导型发射元件D(2，3)、D(3，3)和D(4，3)以输出电子束，同时7V电压(图30中阴影所示元件)或0V电压(图30中黑色元件)被加到三个元件以外的元件上。由于这些电压等于或低于电子发射的阈值电压，故从这些元件没有电子束输出。
多电子束源的其它行根据图29所示显示图形用同样的方法驱动。图31是一个时间图，时序地示出了多电子束源的驱动状态。如图31所示当多电子束源以行单元形式从第一行起被相继驱动时，就得到一帧显示。此操作以每秒60帧的速率重复时，就可实现无闪烁的图象显示。
由于二极管元件同每个表面传导型发射元件串联，可以消除具有与二极管整流方向相反的特性的噪音分量以及叠加在扫描信号或调制信号上的噪音分量。
当要改变显示图象的光发射亮度时，如果增加(减小)亮度，则加于引线DY1-DY6的调制信号要定为大(小)于10msec，或将脉冲峰值电压定为大(小)于14V，使调制成为可能。
参照6×6多电子束源已描述了显示屏901的驱动方法。下面将参照图32(1)-32(6)中的时间图来描述图27所示整个装置的工作。
图32(1)示出了由同步信号分离电路906从外部输入的NTSC信号中分离出来的亮度信号DATA的时间图。如图32(1)所示，数据是按第一行、第二行、第三行、……的顺序相继提供的，而且与这些数据同步，控制电路903将移位时钟Tsft输出到移位寄存器904，如图32(2)所示。
当一行数据储存在移位寄存器904中时，控制电路903在图32(3)所示的时刻输出一个存储器写信号Tmry到行存储器905，并使一行(N个元件)的驱动数据写入存储器。结果图32(4)所示时刻行存储器905输出信号I′d1-I′dn的内容就改变了。
另一方面，用来控制扫描电路902工作的控制信号Tscan的内容如图32(5)所示。更确切地说，扫描电路902的工作被控制如下。亦即，为了驱动第一线，0V电压只加于扫描电路902中的开关元件S1上，而7V电压加到其它的开关元件上；为了驱动第二线，0V电压只加于开关元件S2，而7V电压加于其它开关元件，等等。
与这一控制信号同步，调制信号发生器907在图32(6)所示的时刻输出调制信号到显示屏901。
利用上述操作，用显示屏901就可实现电视显示。
在上述描述中未作特别的说明，不过，移位寄存器904和行存储器905可以是数字信号式，也可以是逻辑信号式，只要串/并转换和图象信号的存储能够以预定速度进行就可以。当使用数字信号式器件时，从同步信号分离电路906输出的信号DATA必须转换成数字信号，在电路906的输出级接一个A/D转换器就可容易地实现这一操作。
在本实施例的描述中，电视显示是根据NTSC电视信号进行的。但本发明的显示屏并不局限于此。例如，本发明的显示屏可广泛地用于其它的电视信号系统或者直接地或间接地连接于诸如计算机、图象存储器、通讯网络之类的各种图象信号源的显示器，特别适用于显示大容量图象的大屏幕显示。
〔第八实施例〕
图33和34部分地显出了当MIM元件连接到第七实施例中二极管处时的示意驱动装置。图34中的行向布线EC1-ECm、列向布线ER1-ERn以及驱动电压用开关元件(FET)同上述相同。在图34中，MIM元件同每一个电子发射元件串联。MIM具有在阈值电压Vmin处电压突然改变的电流—电压特性，如图35所示。
因此，在MIM动行时，加于电子发射元件的电压的波形如图36中的36A、36B和36C所示(这些图分别相当于图46中46J、46K和46L的电压波形)。
更确切地说，MIM元件可防止等于或小于阈值电压Vmin的叠加在扫描信号或调制电压上的噪音分量加到多电子发射元件上去。
下面将详细描述本实施例的电子源。
图37是电子源的部分剖面图。图38(1)-38(7)示出了本实施例的电子源的制造工序。图37-38(7)中相同的参考号表示相同的部分。
图37是一个剖面图，示出了一例电子源衬底，其中在玻璃衬底721上制作了一个表面传导型电子发射元件作为电子发射元件和一个MIM元件。
参照图37，参考号721表示玻璃衬底；721表示行向布线电极；723表示列向布线电极。参考号724a表示电子发射部分形成薄膜。当此薄膜经受形成处理时，就形成一个包括电子发射部分的薄膜，于是得到表面传导型电子发射元件724。
图38(1)-38(7)是剖面图，示出了带有根据本实施例具有图37所示结构的MIM元件的电子源的制造工序。
在图38(2)工序中，用真空淀积方法在玻璃衬底721上相继堆叠Au/Cr层，然后用甩胶机旋转涂覆光刻胶(AZ1370，HoechstCorp有售)并烘焙。之后曝光并显影光掩模图象以形成用于列向布线电极的光刻胶图形。然后对Au/Cr淀积膜进行湿法腐蚀以形成列向布线电极723。在图38(3)工序中，用射频溅射法沉积一个由氧化硅组成的层间绝缘层806，并采用光刻胶由腐蚀(RIE方法)形成接触孔。在图38(4)工序中，用真空淀积和光刻技术制作一个用于电连接列布线电极723和表面传导型发射元件的电极817的铝布线电极812和一个用来电连接MIM元件800和表面传导型发射元件的电极816的铝布线电极813。
在工序(5)中，用溅射法制作一个Ta薄膜801，并进行阳极氧化以形成Ta2O2热氧化膜802。再连续溅射Cr薄膜和ITO薄膜以形成Cr/ITO电极803，从而形成MIM元件。在图38(6)工序中，用真空淀积法和光刻技术制作一个用来连接MIM元件800的电极803和行向布线电极722的铝布线电极814，然后制造行向布线电极722。在图38(7)工序，制作了表面传导型发射元件。其制作方法与第一实施例相同。
正如可提出很多明显不同的本发明的实施例而不超越本发明的构思和范围一样，应该理解本发明除权利要求书所限定的以外并不局限于具体的实施例。

Claims (18)

1.一种制造电子源的方法，所述方法包括下列步骤：
a)提供一其上具有行向布线、列向布线的衬底、多个薄膜元件，和多个具有二极管特性的非线性元件，其中，多个非线性元件中的每一个与多个薄膜元件中的每一个串联，以及所述多个各与所述非线性元件串联的薄膜元件以矩阵形式排列在所述衬底上，所述矩阵形式的各行中与非线性元件连接的各薄膜元件连接在各个列向布线和一个行向布线之间，而所述矩阵形式的各列中与非线性元件连接的各薄膜元件连接在各行向布线和一个共用的列向布线之间；以及
b)通过选定的行向布线、列向布线以及连接在所述选定的行向和列向布线之间的非线性元件施加电压，进行激发形成处理，以在各薄膜元件上形成一个电子发射部分，从而产生一个表面传导型电子发射元件；
其中，在步骤b)中，与连接在所述选定的布线之间的薄膜元件以外的薄膜元件串联的非线性元件防止形成电压加到与之串联的薄膜元件上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中的非线性元件是一种防反向电流的元件。
3.根据权利要求1所述的方法，其中的非线性元件是一种整流元件。
4.根据权利要求1所述的方法，其中的非线性元件是一种二极管元件。
5.根据权利要求4所述的方法，其中的二极管元件是一种非晶硅二极管。
6.根据权利要求4所述的方法，其中的二极管元件是一种多晶硅二极管。
7.根据权利要求4所述的方法，其中二极管元件是一种单晶硅二极管。
8.根据权利要求1所述的方法，其中非线性元件是一种MIM元件。
9.一种制造具有一电子源的成像器的方法，所述电子源中的多个连接在行向和列向布线之间的表面传导型电子发射元件以阵列形式排列在衬底上，所述成像器还具有一个用于在从上述电子源发射的电子束的照射下成像的成像元件，
所述方法包括提供所述成像元件的步骤；
其中，所述电子源是由权利要求1～8中任一项所述的方法制造的。
10.一种电子源，包括：
一衬底；
多根行向布线；
多根列向布线；以及
多个以矩阵形式设置在所述衬底之上的表面传导型电子发射元件；
其中，所述矩阵形式的各行中的每个表面传导型电子发射元件连接到各列向布线上，并与相应的行向布线和具有二极管特性的非线性元件相连接，所述各非线性元件与相应的行向布线和各列向布线之间的各表面传导型电子发射元件串联，用于在噪声分量被叠加在加于所述行向布线或列向布线的信号上时，通过一个加在所述非线性元件上的、极性与二极管的方向相反的电压，防止反向电流流过所述表面传导型电子发射元件。
11.根据权利要求10所述的电子源，其中所述的非线性元件是一种二极管元件。
12.根据权利要求11所述的电子源，其中所述的二极管元件是一种非晶硅二极管。
13.根据权利要求11所述的电子源，其中所述的二极管元件是一种多晶硅二极管。
14.根据权利要求11所述的电子源，其中所述的二极管元件是一种单晶硅二极管。
15.根据权利要求10所述的电子源，其中所述的各非线性元件是MIM元件。
16.根据权利要求10所述的电子源，其中所述的表面传导型电子发射元件是一种在排列于电极之间的导电膜中具有局部高电阻部分的元件。
17.一种成像器，具有电子源和通过由上述电子源发射的电子束的照射而成像的成像元件，
其中所述的电子源是根据权利要求10～16中任一项所述的电子源。
18.一种电子源，包括：
一衬底；
多根行向布线；
多根列向布线，
多个电子发射元件，其中各元件具有一阈值电压，当待加于电子发射元件上的电压超过所述阈值电压时，从该电子发射元件发射一电子束；
其中，多个电子发射元件以矩阵形式设置在所述衬底上，且所述矩阵形式的各行中的各电子发射元件连接到各列向布线和一相应的行向布线上，以及
具有二极管特性的非线性元件，其中各非线性元件与相应的行向布线和各列向布线之间的各电子发射元件相串联，用于在噪声分量被叠加到加在所述行向布线或列向布线的信号上时防止因加在所述非线性元件上的、极性与二极管方向相反的电压而产生的电流流过所述表面传导型电子发射元件。
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