CN1126367A - 电子发射器件，电子源及成象装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种电子发射器件的制造方法，其中在基片上设置的电极之间提供有具有电子发射区的导电膜，包括：在导电膜中形成结构潜象的步骤，和使所述结构潜象显影的步骤。电子源包括多个电子发射器件排列在基片上，结合有电子源和图象形成部件的图象形成设备用上述方法制作的电子发射器件制成。电子发射区位置和形状可以被控制，以便取得一致的器件特性。

Description

电子发射器件，电子源及成象装置 的制造方法

本发明涉及电子发射器件的制造方法，以及基于该电子发射器件的制造方法的电子源与成象装置的制造方法。

迄今已知有两类主要的电子发射器件，即热离子阴型电子发射器件与冷阴极型电子发件。冷阴极型电子发射器件包括场发射型(以下简称为FE)，金属/绝缘层/金属型(以下简称为MIM)，表面电导型等。FE电子发射器的例子，例如，在W.P.Dyke&W.W.Dolan，“Field emission，”，Advance in Electron Physics，8，89(1956)与C.A.Spindt，“PHYSICAL Properties of thin film fieldemission cathodes vith molybdenium cones”，.J.Appl Phy5.，47，5248(1976)中有所陈述。

MIM电子发射器件的一个例子，例如，在C.A.Mead，“Op-eration of Tunnel—Emission Devices，”J.Appl.Phys.，32，646(1961)中有所陈述。

表面电导电子发射器件的一个例子，例如在M.I.Elinson，Radio Eng.Electron Phys.，10，1290(1965)中有陈述。

表面电导电子发射器件是基于这样的现象工作的：当在基片上形成小面积薄膜并加以电流平行于该膜表面流过时，则有电子从其发射出。关于这种表面电导电子发射器件，例如有报道，一个是应用了以上引证的由Elin nson提出的SnO₂薄膜，一个是应用了Au薄膜〔G.Dittmer：Thin Solid Films，9，317(1972)〕，一个是应用了In₂O₃/SnO₂薄膜(M.Hartwell and C.G.Fonstad：“IEEETrans.EDConf.”，519(1975)〕，以及一个是应用了碳薄膜〔(Hisashi Araki，et.al.：Vacuam，Vol.26，No.1，22(1983)〕。

作为这些表面电导电子发射器件的典型例子，图27简略示出了由M.Hartwell，et.al在以上引证的文章中所提出的器件的结构。图27中，标号1表示的是一基片。4是一由例如金属氧化物薄膜所形成的导电薄膜，该薄膜是通过溅涂成H—形模式而制造的，其中电子发射区5是通过被为激励形成的激励处理(以下将说明)所形成的。顺便来说，相对的器件电极之间距L设定为0.5—1.0mm，以及导电薄膜的宽度W’设定为0.1mm。

表面电导电子发射器件的结构不限于以上所述的H—模式。例如，表面电导电子发射器件可以构造为：H—模式相对的部分形成为电极，并且形成导电薄膜将电极互连。这种结构中，电极与导电薄膜彼此地材质和厚度可能不同。

在这些表面电导电子发射器件，迄今贯常的作法是在开始发射电子之前，该导电薄膜4要经过所谓激励形成的激励处理，以便形成电子发射区5。具体而言，“激励形成”这一术语是指：例如横跨导电薄膜4施加DC电压或以大约1V/min(1伏/分钟)的低速率缓慢渐增的电压以便局部地使该薄膜破坏变形或改变性质从而形成电子发射区5，该发射区已转变为高电阻状态。在电子发射区5中，一个裂缝或一些裂缝在导电薄膜4的部分产生，并且当电压加到导电薄膜4所有电流流过该器件时刚从该裂缝(或多个裂缝)的邻域发射出。

表面电导电子发射器件构造简单易于制造，因而其优点是一定数目的器件可形成大面积的阵列。因而进行了旨在应用表面电导电子发射器件的这些优点的各种应用研究。典型的应用场合包括，例如带电子束源与显示器件。作为一定数目的表面电导电子发射器件形成为阵列的应用的一例，提出了以下将详述的电子源，其表面电导电子发射器件平行排列，各器件相反的末端由两条导线(称为共用导线)互连而形成一排装，设数排而形成一矩阵模式。(见，例如，日本专利申请的公开No.64一031332，No.1—283749与No.2—257552)。在诸如显示器件等成象装置领域中，应用液晶的平面型显示器件近来日益比CRT普遍，但是它们不自发光并有要求背照射等问题。因而需要发展自发光的显示器件。本发明提出了一种成象装置，其中表面电导电子发射器件与在电子源发射的电子冲击时放射可见光的荧光膜相互结合而形成显示器件。(例如，见USP No.5,066,883)。

在已知的制造方法中，形成电子发射区的形成步骤如上所说是通过向导电薄膜施加电压而进行的。由于所加电压所产生的Joule热(焦尔热)，导电薄膜部分地改变性质和被变形而成为高电阻状态。然而该方法有以下的问题。

(1)电子发射区的位置与形状控制的问题

导电薄膜的变性与变形位置依赖于各种因素，但重要的因素在于由于生热在导电薄膜的哪部分温度最显著地升高。

如果导电薄膜是均匀的，而且器件电极具有良好的对称性，则可认为恰会在电极的中央有最显著的温升。但实际上，有各种因素引起起导电薄膜的不均匀性，并且电极形状的对称性在以印刷等方法形成时也常不令人满意。而且确信，作为电子发射区的高电阻部分是通过复杂的过程形成的，其中当一个高电阻部分在导电薄膜部分形成时，电流的分布发生相应的改变，这时下一个高电阻部分在电流新集中的部分形成。在而由于轻轻的扰动电子发射区的形状会具有与各部分相关的不同宽度，或可能以曲折的方向延伸。这给在控制器件的特性使之均匀造成困难。特别是当制造包括大量电子发射器件的一个阵列的电子源以及应用这种电子源的图象显示器件时，所发射的电子的量及画面的亮度会有变化。

例如，当电子源用于具有大面积的图象显示器件时，一般从生产技术的观点看希望通过网板印刷形成导线和电极。但这种情形下，器件电极之间的彼此相对的间隔比起基于通过真空蒸镀或溅镀的成膜以及通过光刻的图案成形则要宽得多。这可导至电子发射区更倾向于在曲折方向延伸这样的问题。

(2)由于大的形成电流所引起的导线电流电流容量的问题

激励形成的步骤需要比作为电子发射器件正常工作时的电流大得多的电流。特别是当制造包括大量电子发射器件的一个阵列的电子源时，形成处理一般要在多个器件上同时进行(例如，对于器件的矩阵模式的每一排)。这种情形下，要流过比电子发射器件被正常驱动时大得多的电流，因而要求导线具有耐受所加电流的电流容量。但是一旦形成处理完成，正常工作中实际所需要的电流容量减小到低得多的程度。因而如果消除电流容量这样大的差别，从生产技术的观上来看是所希望的，例如好处在于可使导线宽度变窄并增加装置的设计中的自由度。

而且，因为大电流流过导线，增加的压降使得形成处理所得到的状态会在导线的方向上有变化，从而产生电子发射特性方面的系统的分布。

为了解决上述问题，要求形成电子发射器件的新的制造方法。

本发明的目的是使得电子发射器件的电子发射区的位置和形状可被控制并实现均匀的器件特性。对于包括多个电子发射器件的电子源和应用该电子源的成象装置，本发明的目的是限制电子发射器件之间所发射电子量上的变化，减小画面亮度的变化，并实现高质量的图象显示。

本发明的另一目的是消除形成电子发射区所需流过的大电流，从而由于导线电流量可被减小而产生了从生产技术的观点而言那样的优点，装置设计中的自由度可增加，而生产成本可降低。

本发明的又一目的是提供电子发射器件，电子源以及满足上述要求的成象设备的制造方法。

就实现以上目的而言本发明已被完成。

根据本发明的一方面，提供了电子发射器件的制造方法，这种器件具有电子发射区的导电膜装设在置于基片上的电极之间，其中形成电子发射区的步骤包括在导电膜中形成结构潜象的步骤，以及该结构潜象显象的步骤。

根据本发明的另一方面，提供了包括在基片上排布的多个电子发射器件的电子源的制造方法，其中各电子发射器件是按以上提出的方法所制造的。

根据本发明的又一方面，提供了组合包括电子发射器件阵列的电子源与成象组件的成象装置的制造方法，其中电子发射器件每个是以上面所提出的方法制造的。

图1A与1B是表示按本发明所制造的表面电导电子发射器件的构造的第一例的示意图。

图2A与2B是表示按本发明所制造的表面电导电子发射器件的构造的第二例的示意图。

图3A与3B是表示按本发明所制造的表面电导电子发射器件的构造的第三例的示意图。

图4A到4C是说明按本发明所制造的表面电导电子发射器件的结构的发射的第一例的制造过程的示意图。

图5A与5B的图示表示激活步骤等中所加的脉冲的波形；图5A表示具有固定峰值的三角波脉冲，图5A表示具有固定峰值的三角波脉冲，图5B表示具有渐增地增峰值的三角波脉冲。

图6为一示意图，简略一表示出用于本发明的真空处理设备的一例。

图7为一曲线图，表示按本发明制造的表面电导电子发射器件的电流对电压的特性。

图8为一示意图，表示根据本发明制造的矩阵布线式电子源。

图9为一局部剖开的透视图，简要示出根据本发明所制造的成象设备的一例，其中矩阵布线式电子源，图象显示组件等彼此组合在一起。

图10A与10B为示意图，说明荧光膜的设置。

图11是一框图，简要表示了驱动电路的一例，该电路是用于使得应用矩阵布线式的电子源的显示器件(屏面)显示基于NTSC制式的TV信号的TV画面。

图12为一简略视图，表示根据本发明所制造的梯形布线式的电子源的配置。

图13为一透视图，局部剖开，简要示出根据本发明所制造的成象装置的一例，其中矩阵布线式的电子源，图象显示组件和被此组合。

图14A与14B是一简略视图，表示按照本发明例1的方法所制造的表面电导电子发射器件的构造。

图15A到15C是简视图，说明实施例1的制造过程。

图16A与16B是略视图，表示应用场发射型，扫描电子显微镜(FESEM)观查电子发射器件的电子发射区的形状的结果，该器件是按例1与比较例1制造的。

图17A与17B为简略视图，表示按本发明的例2的方法制造的表面电导电子发射器件的构造。

图18A与18B为简略视图，表示按本发明的例3的方法所制造的表面电导电子发射器件的构造。

图19A与19B为简略视图，表示应用发射型扫描电子显和微镜(FESEM)观查电子发射器件的电子发射区的形状的结果，该器件是按本发明的例3与比较例3制造的。

图20A与20B是简略视图，表示按本发明的例7的方法制造的表面电导电子发射器件的构造。

图21A到21C为简略视图，表示按本发明制造的梯形布线式电子源的制造过程。

图22是一示意图，表示用于按本发明制造成象装置的真空处理设备的配置。

图23为一简要平面图，表示矩阵布线式电子源的配置的部分。

图24是沿图23中所示的线24—24所取的剖视图。

图25A到25H是简略图，表示矩阵布线式电子源的制造过程。

图26为一框图，表示成象装置配置的一例。

图27为一简略视图，表示先有技术的表面电导电子发射器件的构造。

首先，本申请所有用的术语“结构潜象”是指导电薄膜(作为电子发射区)的一部分，其中该导电薄膜本身成其局部环境具有与周围不同的结构，并且在用任何显象方法处理时在结构上比起周围它更不稳定，并更倾向于变性和变形为高电阻状态。

具体而言，结构潜象是指导电薄膜的一部分，其中的膜厚不同于其周围的膜厚或膜有不同的微观结构(组织形态)，或该膜与沟槽和凸起的结构接触，或与引起与任何导电薄膜反应的物质接触。

术语“显影方法”包括，例如通过从外部基本均匀的加热，局部用扫描激光点加热和用加.Joule热的自加热等的作用的加热方法。此外，显影方法还包括把导电薄膜所需要的部分曝露于适当的气氛中以引反应的方法，以及将导电膜膜所需要的部分浸泡在酸等中以浸蚀它的方法。以上方面的两个或更多可以有以组合的方法应用。

在以下对加热方法进行说明时，举例而言，例如以加Joule热的加热法这是不同于以往的激励形成的。本发明中，所需的加热仅到这样的程度，即使得结构潜象显象，并从而所需的电能量远小于以往的形成处理中所需的电能。

应用任何以上方法都可防止因上述轻微的扰动电子发射区的位置的不稳定和向曲折方向的转移等等。而且认识到用于电子发射区的动态机制是通过结构潜象自身的结构稳定性所支配的，这比通过上述电流的集中分布更强有力地支配该动态机制。因而电子发射区宽度的不均匀性得以抑制，并且其结果是电子发射器件特性的变化被抑制。

以下结合较佳实施例详述本发明的结构与的操作。

图1A与1B简略示出本发明的表面电导电子发射器件的基本结构的一例。

图1A与1B中，以1表示基片，2与3为器件电极，4为导电薄膜，5是电子发射区，6是限高组件，它构成结构潜象形成器的部分。

基片1可由各种玻璃，诸如石英玻璃，含杂质例如Na以减少的含量的玻璃，钠钙玻璃，以及在钠钙玻璃上以例如溅镀法涂SiO₂层的玻璃，诸如氧化铝陶瓷或Si等制成。

相对的器件电极2，3可由任何通常导电材料制成。例如，用于该器件电极的材料可以从诸如以下金属中选择：Ni，Cr，Au，Mo，W，Pt，Ti，Al，Cu，Pd或其合金，包含金属或金属氧化物的印制导体，诸如Pd，Ag，Au，RuO₂，Pd—Ag，玻璃等，透明导体诸如In₂O₃—SnO₂，以及半导体诸如多晶硅。

器件电极之间的间距，每一器件电极的长度W，导电薄膜4的宽度W等等从应用的形式如其它条件考虑设计。器件电极之间的间距最好在几百纳来到几百微米的范围，更好在几微米几十微米的范围。

考虑器件电极之间的阻值，大量的电子发射器件的阵列的限度等的情况下，每一器件电极的长度W可设定在几μm(微米)到几百μm的范围，器件电极2，3和膜厚可设定在几十nm(纳米)到几μm的范围。

在图1A与1B所示的器件配置的一例中，结构潜象形成器是作为由器件电极2与由器件电极2下面的基片1的突起部分所形成的限高件6所构成的一个台阶而的提供的。当器件电极与基片之间的台阶按此方式用于结构潜象形成器时，该台阶也可通过改变器件电极本身而形成。具体来说，通过形成一对器件电极使得器件电极的一个具有比另一个较厚的厚度，较厚的器件电极与基片之间的台阶可作为结构潜象形成器。

作为用于本发明中的结构潜象形成器的另一例，可通过由在器件电极2与3之间所形成的绝缘体例如SiO₂构成的台阶的台阶形成件9而形成，如图2A与2B中所示。

在器件电极与基片之间的台阶用作结构潜象形成器的形情下，台高度的设定既要考虑到与导电薄膜4的制造方法有关膜的组织结构，又要考虑到膜厚。该台阶的高度宜为三或更高倍于导电薄膜的厚度，更好是十倍以至更高倍于膜厚。

如图3A与3B所示，用于本发明的结构潜象形成器的另一例可通过以下形成；形成不同材料的器件电极2，3，并选择材料使得一个电极的材料引起同导电薄膜材料的反应而引起后者在一定的温度之下变形或变性，例如，但不会出现在另一电极与导电薄膜之间在这温度下的明显的任何反应。这种情形下，电极与导电薄膜之间的接触部分作为结构潜象。

为了提供电子发射的良好特性，导电膜4最好由微粒所构成的细微粒膜所形成。导电薄膜4的厚度在考虑了台阶复盖器件电极2，3，器件电极2，3之间的电阻值，形成的处理条件(以下说明)等等之间适当地设定。一般，膜厚宜为几0.1mm到几百nm的范围内，更好是在1nm到50nm的范围内。而且导电薄膜4具有阻值范围是10²到10⁷Ω/□。注意Rs是根据R＝Rs(1/W)确定的，其中R是具有厚度t宽度为W及长度为1的薄膜的电阻。

用于形成导电膜4的材料的实际例子包括以下材料：Pd，Pt，Ru，Ag，Au，Ti，In，Cu，Cr，Fe，Zn，Sn，Ta，W，Pb，氧化物诸如PdO，SnO₂，In₂O₃，PbO与Sb₂O₃，硼化物诸如HfB₂，ErB₂，LaB₆，CeB₆，YB₄与GdB₄，碳化物如Tic，ErC，HfC，TaC，SiC与W，氧化物TiN，EeN与HfN半导体如Si与Ge，与碳。

在这里所用的术语“微粒膜”是指包含一定数目的聚集在一起的微粒的膜，并包括具有微粒不仅是孤立地散布，而且彼此邻接和重叠(包括这样一种微观结构：其中一些微粒成团地聚集而一上形成岛状)的微观结构的膜。微粒的粒度范围在几个0.1nm到几百nm范围，最好是1nm到20nm。

现在说明在本发明书中常出现的“微粒”这一术语的意思。

一个小的颗粒称为“微粒”，而且小于微粒的颗粒称为“超微粒”。习惯上小于超微粒并且是由数百或更少的原子所组成的颗粒称为“簇”。

然而，内各个术语所表示的粒度之间的界限不是严格的，而是依照对小颗粒分类时所地性质而变化的。“微粒”与“超微粒”都常常一起称为“微粒”，并且在本发明书就这样用法。

“实验物理讲义14表面·微粒”，(Koreo Kinushita编写，Ky-omitsu出版，出版日期9月1月，1986年)如下这样说。

“本讲义中用到“微粒”这一术语时假定是指具有直径约为2—3μm到10nm范围的颗粒，而术语“超微粒”是特殊使用的，它是指粒度约为从10bm到2—3bm范围的颗粒。两种颗粒常简单一起表述为“微粒”，上述的范围绝不是严格介定的，而应理解为一种在在概范围。当构成颗粒的原子的数上数量级从2到几十到几百时，颗粒称为“簇”(195页，22—26行)。

此外，基于由“Hayashi·超微粒项目”在日本新技术发展运作小组中所作有“超微粒”定义，其粒的低限是低于上述的，如下所述。

在根据创新科技发展系统的“超微料项目”(198101986中，我们确定称粒度(直径)在大约1到100nm的颗粒为“超微粒”。根据这一定义，一超微粒是数目为100到10⁸的原子的聚集。从原子的尺度来看，超微粒是大的或非常巨大的颗粒(“超微粒—创新科技—”，Chikara Hayashi，Ryoji Ueda，与Akira Tasaki编；Mita出版，1988，页2，行1—4)；以及“小于超微粒的颗粒，即原子数在几个到几百个组成的一个颗粒通常称为“簇”。(Ibid，页2，行12—13)。

就以上一般所用的术语来看，本说明书中所用的“微粒”假定为是指具有一粒度的原子或/和分子的聚集，该粒度下限约为0.1nm到1nm，上限约为几个μm。

电子发射奁5是通过在导电薄膜4的部分形成高电阻的裂缝而构成的，并是与导电薄膜4的厚度，性质与材料形成的处理方式(以下说明)等等相关的。在电子发射区5中，可能存在粒度为几0.1nm到几十nm的范围的导电微粒。这些导电微粒包括部分或全部构成导电薄膜4的材料的成份。电子发射区5与其邻域中的导电薄膜4可能包含碳和碳的化合物。

当作如图1A与1B所示构造的电子发射器件的一例，将按照图4A到4C的以下顺序步骤说明制造方法的一例。

(1)形成结构潜象形成器的步骤

用洗涤剂，清水，有机溶剂待充分洗净基片1。然后在待形成器件电极之一(图1A与1B中是器件电极2)的区域上形成抗蚀剂图形，基片1由带有的抗蚀剂图形作为掩膜通过反应离子蚀刻(RIF)被蚀刻，从而形成限高件6，该件确定了作为结构潜象形成器的台阶设置的位置。器件电极的材料这时通过真空蒸气沉积，溅镀等在基片上沉积。此后，所沉和只的材料通过例如光刻成形而形成基片1上的器件2，3(图4A)。由蚀刻所形成的限高件6及在其上所形成的器件电极2所的台阶7的作用是作为结构潜象形成器。

虽然限高件6在这里所述是通过蚀刻基片形成的，它也可通过在基片上沉积适当的材料而形成。

(2)形成具有结构潜象的导电薄膜的步骤

包括在其上形成器件电极2，3的基片1上，涂敷一种有机金属溶液以形成一有机金属薄膜。作为有机金属溶液，可应用含有与导电薄4相同材料的金属作为主原素的有机金属化合物的溶液。该有机金属薄膜被加热煅烧，然后通过剥离，蚀刻等类似方法成形而形成导电薄膜4。这时，结构潜象8在导电薄膜4中按照作为结构潜象形成器的台阶7形成。

这种情形下，结构潜象8是沿台阶7的下边缘与基片接触形成的，这里由于以下的事实：即该导电薄膜是涂敷在具有良好台阶复盖的小台阶的器件电极3上的，但它涂在器件电极2上，这是一喧有不好的台阶复盖的大台阶。

虽然这里所说的有机金属溶液是通过涂敷加到基片1上的，但导电薄膜4的形成也可不用简单的涂敷法，而是用真空蒸气沉积，溅镀化学蒸汽沉积，弥散涂敷，浸渍，旋转器涂敷等方法。

(3)使结构潜象显象的步骤

虽然结构潜象可通过各种方法显象，但这里作为例子是通过近乎地加热该器件的方法进行显象的。于是该器件被放入加热炉并在那里在适当的温度下加热。其结果是，在导电薄膜4中所一结构潜象在微观结构发生变最报形成高电阻状态。

以下这种现象称为“结构潜象的的显象”。

(4)活化步骤

在形成处理之后，电子发射器件最好经过所谓活化步骤处理。活化步骤是用于显著改变器件电流If和发射电流Ie的步骤。

活化步骤可通过例如如图5A与5B所示的在包含有一种有机物气体的气氛中施加三角波脉冲来进行。脉冲可以具有如图5A中所示保持不变的峰值，或如图5B所示的渐变的峰值。两种脉冲方式可结合使用。视情况所关系的条件和目的可选择适当的脉冲串。

以上气氛的获得例如可通过油扩散泵，旋转泵等抽空容器(壳体)并使应用保留在真空容器空气中的有机气体，或通过一离子泵抽空一容器一次形成足够高的真空度然后引入适当的有机物气体进入该真空。这时有机物适宜的气压取决于应用的形式，真空容器的结构，有机物的种类等，故需视情况设定。适用的有机物的例子包括脂族烃例如烷烃，烯烃，炔烃，芳香烃，乙醇，醛，酮，胺，和有机酸诸如碳酸羧酸，磺酸。更具体而言，可适用的有机物是由CnH_2m＋2表示的饱合烃，诸如：甲烷，乙烷，丙烷由CnH_2m表示的不饮合烃诸如：乙烯，和丙烯、苯、甲苯、甲醇、乙醇、甲醛、乙醛、丙酮、甲基、乙基酮、甲胺、乙胺、酚，甲酸、乙酸、丙酸等等。作为活化步骤的结果，碳或碳的化合物从气氛中存在的有机物沉积到器件上，使得器件电流If与发射电流Ie显著改变。

测量器件电流If与发射电流Ie时可确定结束活化步骤的定时。适当地设定所施加的脉冲宽度，间隔和峰值。脉冲波形不限于所示出的三角形，而是可以用其它任何适宜的波形，诸如矩形波。

碳或碳的化合物是以石墨的形式，诸如HOPG(高度定向的热解石墨)，PG(热解石墨)，与GC(玻璃碳)(HOPG是指具有相当完整晶体结构的石墨，PG是指具有晶粒尺度为20nm左右晶结构有些紊乱的石墨，GC是指具有约2nm晶粒尺度晶体结构更紊乱的石墨)，或非晶形碳(包括单纯的非晶形碳及非晶形碳及非晶形碳与以上任何石墨细晶体的混合物)。沉积的碳或碳的化合物的厚度最好不大于50nm，更好不大于30nm。

(5)稳定化步骤

通过以上步骤所得到的电子发射器件最好经过稳定化步骤。这一步骤是从真空容器中抽去有机物的步骤。用来抽真空容器的抽真空设备最好是不用油的那类，使得器件特性将不会受到从抽空设备所产生的油的影响。具体而言，这类抽真空设备的例子包括：吸附泵，离子泵等等。

当前面的活化步骤使用油扩散泵或旋转泵作为抽空设备并应用从泵所产生的油成分所得的有机气体进行时，则油成分的分压要求尽可能被抑制在低水平。在真空容器中有机成分的分压最好在1×10^-6Pa或更低，更好是1×10^-8Pa或更低，这种状态下基本不会有新的碳或碳的化合物沉积到器件上。当真空容器是被抽空时，最好对真空容器整体进行加热，以引起吸附在真空容器内壁上及电子发射器件上的有机物分子更容易被抽掉。这时，希望真空容器被加热到80至250℃达5小时或更长。但是加热条件不限于这些，而是取决于诸如真空容器的大小和形状以及电子发射器件的构形等诸多因素适当选取。真空容器内的压力要求保持尽可能低，因而最好在1×10^-5Pa或更低，更好是1×10^-6Pa或更低。

电子发射器件在稳定化步骤之后被驱动所处的气氛最好保持在稳定化步骤刚刚完之后所达到的相同的气氛中，但这一条件不是严格要求的。如果有机物已被充分地清除，即使真宽度降低一些也可保持满意的特性。

通过建立上述的真空气氛，可防止新的碳或碳化合物沉积。其结果是，器件电流If与发射电流Ie被稳定化。

通过本发明可适用的上述步骤所制造的电子发射器件的基本特性将参见图6，图7进行说明。

图6为一略视图，说明真空处理设备的一例，该设备不仅具有评价器件特性的功能，而且还具有进行上述活化与稳定化步骤的功能。图6中，与图1A及1B相同的部件以同图1A与1B中相同的标号表示。参见图6，一真空器皿以16表示，17是一抽空设备。一电子发射器件置于该真空器皿之中。电子发射器件包括基片1，器件电极2与3，导电薄膜4以及一电子发射区5。又，12是向电子发射器件加器件电压Vf的电源，11是用于测量流过器件电极2与3之间的导电薄膜4的器件电流If的电流计，15是用于捕获发自器件的电子发射区5的发射电流Ie的阳电级。此外，14是用于向阳极15加电压的高压电源，13是用于测量发自器件电子发射区5的发射电流Ie的电流计。该测量例如设定加在阳极的电压在1KV到10KV范围内，阳极与电子发射器件之间的距离在2mm到8mm范围内进行。

18表示在需要时在上述活化步骤中控制引入真空器皿的有机物的量的装置。具体而言，这一进气量控制器18包括各种阀门和流量控制器。19是安产瓿或储气筒形式中的物料源。

进而，真空器皿16装有气氛检测器20，包括真空计，四元组质谱仪(Q—mass)等等，这是测量气氛所必须，使得真空器皿中的气氛能够被检测。通过吸气控制器18与气氛检测器20的联合使用，可在真空器皿中形成需要的气氛。抽真空设备17包括通常的高真空设备系统，这包括涡轮泵和旋转泵，以及包括离子泵之类的超高真空设备系统。21是一样品座，用于夹持电子发射器件或电子源。样品座21可被内置加热器(未示出)加热到500℃。其内放有电子源基片的整个真空处理设备可被加热器加热到400℃。

图7的曲线画出了发射电流Ie与器件电流If同器件电压Vf之间的关系，这是用图6所示真空处理设备测量的。注意，图7的曲线是按任意单位画出的，因为发射电流Ie远小于器件电流If。垂直和水平轴分别代表线性刻度。

从图7明显可见，本发明适用的表面电导电子发射器件具有关于发射电流If的如下三个特征。

(i)电子发射器件中，当器件被施加了大于一定值(称为阈值，图7中的Vth)的电压时发射电流突然增加，但这电流在阈值Vth以下不易测到。于是电子发射器件是对于发射电流Ie具有确定阈值电压Vth的非线性器件。

(ii)发射电流Ie依器件电压Vf单调地增加，于是发射电流Ie可通过器件电压Vf进行控制。

(iii)被阳极15所捕获的发射的电荷取决于器件电压Vf所施加的时间周期。于是，阳极15所捕获的电荷量可以器件电压Vf所施加的时间来控制。

从以上的说明将会明白，本发明适用的表面电导电子发射器件的电子发射特性易于响应输入信号被控制。通过应用这一特性，可实现面向各种领域的应用，包括电子源，成象设备等应用大量电子发射器件阵列的装置。

设备等应用大量电子发射器件陈列的装置。

而且图7中，器件电流If单调地相关于器件电压Vf(以下称为MI特性)而增加。器件电流If能够表现出对于器件电压Vf的压控负阻特性9(以下称为VCNR特性)(未示出)。器件电流的这些特性可通过控制上述的制造步骤中的条件来选择。

本发明所适用的电子发射器件的应用例子将在以下说明。

例如可通过在基片上排布一定数目的本发明所适用的表面电导电子发射器件而的制成电子源或成象设备。

在基片上可通过几种方法排布电子发射器件。

通过一种方法，一定数目的电子发射器件可一个换一个地排布(在行的方向上)，并在其两端以导线并联连接而形成一行电子射器件，这一行电子发射器件是以大量数目排布的。控制电极(又称为栅极)分布在电子发射器件上方，沿垂直于行方向导线的方向分布(称为列方向)，用于控制从电子发射器件发射的电子。这是一个梯形布线式电子源。按另一种方法，一定数目电子发射器件在X—方向与y—方向排布成矩阵。位于同一行的众多的电射器件的相反的电极的一类电极共同连接到X—方向的导线上，位于同一列的一些电子发射器件的相反的电极另一类电极共同接到y—方向导线上。这是单矩阵布线式电子源。先对单矩阵布线式进行详述。

本发明所适用的表面电导电子发射器件具有上述(i)至(iii)的特性。换言之，当所加电压高于阈值时，依照加到彼此相反的器件电极之间脉冲形电压的峰值和宽度控制从每一表面电导电子发射器件发射的电子。另一方面，在低于阈值的电压下几乎没有电子被发射出。基于这些特性，即使电子发射器件是以大数目排布的，也可选择任何所需要的一个电子发射器件并响应输入信号通过对每一相应的器件施加脉冲电压控制从该器件所射的电子量。

以下参见图8说明通过排布一定数目的本发明所适用的电子发射器件按上述原理构选的电子源基片。图8中，31表示一电子源基片，32是X—方向导线，33是y方向导线，34是表面电导电子发射器件，35是一连接导线。该表面电导电子发射器件34可按上述方法任何之一制造。

这时，由DX1，DX2，…，DXm表示的m条X—方向导线32是由导电金属或类似物通过真空沉积，印制，溅镀等方法形成的。导线的材质，膜厚和宽度视情况适当地设计。而且，y—方向导线33是由Dy1，Dy2，…Dyn这几条线构成的并以类似于X—方向导线42类似的方式形成。层间绝缘层(未示出)插在m条X—方向导线32与n条y—方向导线33之间以将导线32、33彼此电绝缘。(注意m，n都是正整数)。

未示出的层间绝缘层是由SiO₂等构成的，这是通过地真空蒸气沉积，印制，溅镀等方法形成的。举例来说，层间绝缘层被形成为所希望的形状，以便复盖整个或部分的基片31的表面，在该基片上已形成了X—方向的导线32。层间绝缘层的厚度，材质和制做过程可适当设定，使之可耐受特别是X—方向导线32与Y—方向导线33彼此相交叉的地方的电位差。X—方向导线32与y—方向导线33被引出基片以便形成外接端子。

如由导电金属等类似物所形成的连接导线35所示那样，表面电导电子发射器件34的各对电极(未示出)是被电连接到m条X—方向导线32与n条Y方向导线33的。

导线32与33的材质，连接导线35的材质，和成对的器件电极的材质可以是部分地或其全部组成件相同，或也可以彼此不同。这些材料例如可从上述与器件电极相关的材料中适当地选取。注意，当器件电极与器件导线由相同材料制成时，术语“器件电极”可以指器件电极与连接它们的导线两者。

X方向导线32电连接到扫描信号施加器件(未示出)用于施加扫描信号以选择每行X方向排布的表面电导电子发射器件34。另一方面，Y方向导线33电连接到调制信号产生器(未示出)，用于响应。

输入的调制信号对排布在y—方向表面电导电子发射器件34的每一列进行调制。如到每一表面电导电子发射器件的驱动电压是作为扫描信号与调制信号两者都加到该器件的差动电压而提供的。

通过以上的配置基于单矩阵布线每一器件都可被选择并彼此独立地被驱动。

现在参见图9，10A，10B与11说明应用以上单矩阵布线式电子源所构造的成象设备。图9是一简略透视图，局部是剖开的，表示成象设备显示板的一例，图10A与10B是用于图9的成象设备的莹光膜的略视图，图11是一框图，表示适于显示根据NTSC制式的TV信号的图象的驱动电路的一例。

图9中，由31表示一电子源基片，其上排布有一定数目的电子发射器件，41是后板，电子发射器件装固于其上，46是面板。由莹光膜44，金属衬45等在玻璃基片43的内表面上层叠形成。42是一支框。后板41与面板46用玻璃料等结合到支框42上，并将其在空气中或氮气中熔烧10分钟或更长。温度在400℃到500℃的范围，由此密封结合部位而形成外壳47。

顺便说来，标号34表示包含如图1A与1B所示的电子发射区的表面电导电子发射器件，32，33分别表示X—与Y—方向导线，连接到表面电导电子发射器件各个成对的电极上。

外壳47是由如上所述这的面板46，支框42与后板41构成的。但是的后板41主要是用来加强基片31的强度，作为分开的部件的后板41如果基片31自身有足够的强度是可以省去的。这种情形下，支框42可以直接同基片31进行密封连接，从而由面板46，支框42和基片31构成壳体47。另外，未示出的称为撑架的支撑特配置在面板46与后板41之间使得壳体47有足够的强度以抵抗大气压力。

图10A与10B简略示出莹光膜44的例子。莹光膜44可由仅由一种莹光物质形成以进行单显。对于彩显，莹光膜44是由黑色导体48和莹光物质49结合而形成的，黑色导体48称为黑色条纹或黑色矩阵，这取决于莹光物质的模式。设置黑色条纹或黑色矩阵的目的是为了在彩显所必须的三元色中的莹光物质之间形成黑色区域，使得色混变得不那么刺眼并抑制由于外部光线反射在莹光膜44上所引起的对比度的降低。黑色条纹或类似物的可由不仅包含石碳这种常用的材料作为主要成份的材做成，而且也可由任何其它可导电并具有对光线小的透射率及反光率的材料制成。

不论显示器是单色的或是彩色的莹光物质可用沉淀法，印刷法等涂敷在玻璃基片43上。在莹光膜44的内表面，通常装有一金属衬45。该金属衬的作用是增加镜反射光射向面板36的亮度，这光是从莹光物质向内表面发射的，该金属衬还作为电极施加电压以便使电子束加速，并防护莹光物质免受壳体内产生的负离子撞击所造成的损坏。该金属衬可在莹光膜形成之后通过磨光莹光膜的内表面这一步骤通常称为成膜)然后例如在其上面通过真空蒸汽沉积Al而制成。

为了增加莹光膜44的导电性，面板46可包含装在莹光膜44外表面上的一个透明电极(未示出)。

在如上所述密封壳体之前，在彩显的情况下必须仔细找正校准，使得各色的莹光物质与电子发射器件彼此相互对应精确就位。

在表面电导电子发射器件形成电子源时在那一时间点上进行‘形成’步骤，活化步骤等这取决于潜象的形成方法，显象方法和其它条件视情况而适当确定。

作为例子，图9所示的成象设备的制造如下。

正如上述的稳定化步骤那样，壳体47通过抽气管(未示出)由无油型抽地真空设备诸如离子泵，吸附泵等抽空，同时加热到一适当温度，以此建立起真空度约为10^-5Pa的气氛，其中余留的有机物的量是足够小的。然后壳体47被密封。为了保持在密封的壳体47内的密封度，可使该壳体经吸气剂处理。这一处理是在密封了壳体47之后立即加热置于壳体47内部预定位置(未示出)的吸气剂而进行的，加热是由电阻加热或高频加热以形成吸气剂的蒸气沉积模。该吸气剂通常包含Ba作为主要成份。壳体内部空间的压强通过蒸汽沉积膜的吸附作用可保持在1×10^-4到1×10^-5Pa范围的真空度。顺便指出，表面电导电子发射器件的‘形成’处理的后继步骤可视情况而适当设定。

以下参见图11说明用于在用单矩阵布线式电子源所构造的显示屏板上显示按NTSC制式的TV信号显示一TV图象的驱动电路的示例性结构。图11中，由51表示图象显示屏板，52是扫描电路，53是控制电路，54移位寄存器，55是行存储器，56是同步信号分离电路，57是调制信号产生器，Vx与Va是DC电源。

显示屏板51通过端子Dox1到Doxm，端子Doy1到Doyn，以及高压端子Hv接到外部电路。加到端子Dox1到Doxm的是扫描信号用于顺序地驱动装在显示屏板内的电子源，即以行(即以N个器件为单位)为基础的连接成一M行N列矩阵的一组表面电导电子发射器件。

另一方面，加到Doy1到Doyn是调制信号，用于控制由扫描信号所选择的一行中的表面电导电子发射器件发出的电子束。高压端ZHV例如从DC电源Va提供DC10KV的电压。该DC电压是用作为向从表面电导电子发射器件所发射的电子束供给足够的能量以便激发相应莹光物质。

现对扫描电路52进行说明。扫描电路52包括M个数的开关器件(图11中符号上以S1到Sm表示)。每一开关器件选择DC电源的一输出电压Vx或0V(接地电平)，并与显示屏板51的Dox1到Doxm端子的相应的一个电连接。开关器件S1到Sm按照由控制电路53所输出的控制信号Tscan被操作，并易于由典型的开关器件诸如F ET等的组合构成。

DC电源在本实施例中输出根据表面电导电子发射器件的特性设定的恒定电压(即电子发射阈值电压)，使得加于不在扫描下的器件的驱动电压保持在低于电子发射阈值电压。

控制电路53的功能在于使得各组件彼此协调地工作，以便根据从外部输入的视频信号正确地显示图象。于是，根据来自同步信号分离电路56的同步信号Tsync，控制电路53产生用于相关组件的控制信号Tscan，Tsft和Tmry。

同步信号分离电路56是用于从外部所加的NTSC制式TV信号中分离出扫描信号成份和亮度信号成份，并可用普通的频率分离器(滤波器)等构成。由同步信号分离电路56所分离的出的同步信号包括垂直同步信号和水平同步信号。但这里为了陈述的方便用信号Tsync来表示。而且，为了述叙的方便，从n信号分离出的视频亮度信号成份由信号DATA表示。

移位寄存器54对每一图象行进行时间串行输入到该寄存器的信号DATA的中行/并行转换。移位寄存器54的操作根据由控制电路53所提供的控制信号Tsft进行(因而控制信号Tsft可称为移位寄存器54的移位时钟)。从串行/并行转换所得的图象一行的数据(对应于用于驱动N个数目的电子发射器件的数据)是从移位寄存器54作为N个数目的并行信号Id1到Idn输出的。

行存储器55用于存储图象的一行的数据达所希望长度的时间周期的存储器。行存储器55根据从控制电路53所提供的控制信号Tmry存储并行信号Id1到Idn的内容。所存储的内容作为I’d1到I’dn输出并加到调制信号产生器57。

调制信号产生器57是一信号源，用于根据被调制的方式中的各视频数据I’d1到I’dn正确地驱动表面电导电子发射器件。从调制信号产生器57所输出的信号通过端子Doy1到Doyn加到显示屏板51中对应的表面电导电子发射器件。

如上所述，本发明所适用的每一电子发射器件关于发射电流Ie具有以下基本特性。具体而言，电子发射器件对于电子的发射具有确定的阈值电压Vth，并只有当施加超过Vth的电压时才发射电子。此外，对于超过超过电子发射阈值的电压，发射电流也是随加到器件上的电压的变化而变化的。因而当脉冲状的电压加到器件上时，如果施加的电压低于电子发射阈值，则没有电子发射出，但如果所加电压超过电子发射阈值，则产生电子束。这时，所产生的电子束的强度可通过改变脉冲的峰值Vm来控制。而且所产生的电子束的电荷总量可通过改变脉冲的宽度PW来控制。

于是，该电子发射器件可按照电压调制法，脉宽调制等等根据输入信号进行调制，在使用电压调制法的情形下，调节信号产生器57可应用电压调制型电路来实现，这种电路产生具有固定持续时间的电压脉冲，并按照输入的数据调制电压脉冲的峰值。

在应用脉宽调制方法的情形下，可使用脉冲调制型电路来实现调制信号产生器57，这种电路产具有固定峰值的脉冲并按输入的数据调制脉冲的宽度。

移位寄存器54与行存储器55可设计得即适合数字信号又适合模拟信号。总之，主要的在于视频信号的串行/并行转换与存储按预定的速度实现。

对于数字信号，要求把从同步信号分离电路56输出的信号DATA转换为数字信号，但这只要简单地把一个A/D转换器接入电路56的输出部分即可实现。而且，根据行存储器55的输出信号是数字的还是模拟的，用于调制信号产生器57的电路必须设计得有所不同。具体而言，当使用数字信号的电压调制方法被应用时，则调制信号产生器57是由例如一D/A转换器构成的，并且如必要可额外包含一放大器类。当应用的是使用数字信号的脉宽调制方法时，则调制信号产生器57例如可由一高速振荡器，一用于计数振荡器输出波数目的计数器，和用于比较计数器的输出值与行存储器的输出值的比较器的组合的电路构成。这种情况下，如必要也可增加一放大器用于放大调制信号的电压至用于表面电导电子发射器件的驱动电压，该调制信号是从比较输出的并具有被调制的脉宽。

另一方面，当使用应用模拟信号的电压调制方法时，调制信号产生器57例如可由使用运算放大器的放大电路构成，并如必要还可包含一电平移动电路。当使用应用模拟信号的脉宽调制方法时，调制信号产生器57例如可由压控振荡器(VCO)构成。这种情况下，如必要也可增加一放大器，用于放大调制信号电压至用于表面电导电子发射器件的驱动电压。

在这样配置的本发明适用的成象装置中，通过延伸到壳体外部的端子Dox1到Doxm与Doy1到Doyn向电子发射器件施加电压而从其发射电子。通过高压端子HV向金属衬45或透明电极(未示出)施加一高压而加速电子束。被加速的电子撞击莹光膜44，该膜产生莹光而成象。

上述配置的成象装置是本发明适用的成象装置的一例，并根据本发明的技术概念可以各种方式进行修改。输入信号不限于上述的NTSCTV信号，而是可以为PAL—和SECAM—制式的任何其它TV信号，包括具有大于上述类型的扫描行数的其它类型的TV信号(例如，所谓MUSE—制式的高清晰度TV信号)。

现参见阅12与13说明梯形布线式的电子源和应用这种电子源的成象装置。

图12是一简略视图，表示梯形布线式电子源的一例。在图12中，以31表示一电子源的基片，34是电子发射器件，61或Dx1到Dx10是用于把电子发射器件34互连的共用导线。多个电子器件34逐个排布在其片32上在X方向成一行(电子发射器件所成的排称为器件排)。这器件排多个排布而形成一电子源。通过向每一器件排的共用导线之间施加驱动电压，各器件排可彼此独立地被驱动。具体来说，超过电子发射阈电压加到从其要发射出电子束的器件的排，反之低于电子发射阈值的电压加到不从其发射电子束的器件排。顺便来说，那些位于相邻的两个器件排之间的共用导线Dx2到Dx9的导线对，例如Dx2与DX3，可以各形成单独一个导线。

图13是一略视图，表示包含梯形布线式电子源的成象装置的屏板的结构的一例。62表示栅极，63为一让电子穿过的孔。64表示由Dox1，Dox2，…，Doxm所示伸出壳体的端子，65表示由G1，G2，…，Gn所示的伸出壳体并连接到对应的栅极62的端子，31表示电子源基片，其中位于两相邻的器件排之间的共用导线可各作为单独一导线形成。图13所示的成象装置与图9所示的单矩阵布线式成象装置主要不同在于栅极62插在电子源基片31与面板46之间。

图13所示的成象装置包括栅极62，它置于电子源基片31与面板46之间。栅极62用来调制从表面电导电子发射器件所发射的电子束。栅极62条形电极，沿垂直于梯形布线中的器件排的方向延伸，并具在在其中所形成的圆孔63用于通过电子束，孔是与电子发射器件一对一的关系。栅极的形状的位置不限于图13所示。例如，孔可以是大量的筛状小开口，或可位于表面电导电子发射器件的四周或邻近。

外部端子64与栅极外部端子65都伸到壳体之外，与控制电路(未示出)电连接。

在实施例的成象装置中，对于图象一行的调制信号，与顺序地逐行为基础的器件排的驱动(扫描)同步地同时加到栅极的每一排。其结果是，到莹光物质上的电子束发射可被控制，使得显示图象是以逐行为基础。

本发明的成象装置不仅可用作显示TV广播，而且可用作TV会议系统显示，计算机等，包括用于由感光鼓所形成的光学印刷机的成象装置等等。

〔例1〕

图14A与14B简略示出通过这个例子1的方法所制造的表面电导电子发射器件的构造。

对这例子的制造过程将参见图15A到15C进行说明。

虽然为了简单起见图中仅示出一个器件的结构，但这例中在一个基片制成了四个相同的器件。

步骤a

基片1通过以洗涤剂，清水和有机溶剂清洗一在晶玻璃而制备。然后作为器件电极材料的Pt通过应用掩膜的溅镀沉积30nm的厚度，，该掩膜有对应于器件电极图形的开口。然后在只封闭了对应于一个器件电极的开口之后，Pt再度沉积80nm的厚度。于是形成器件电极2是110nm厚，而器件电极3为30nm厚(见图15A)。

顺便而言，器件电极之间的间距设定为L＝100μm。

步骤—b

通过真空蒸发在具有其上已形成的器件电极的基片上形成100nm厚的Cr膜。然后该Cr膜经光刻成形而确定一对应于导电薄膜形状的开口。开口的宽度设定为100μm。

然后，Dd胺络合物溶液(ccp4230，okwno Phar—maceutrcalCoo，Ltd制)通过应用旋转涂机涂在旋转下的基片上，之后通过加热在开放的空气中以300℃煅烧10分钟。初步由Pdo微粒构成的膜由此形成。这膜厚约为10nm。

此后，通过湿浸法除去Cr膜而以剥离形成导电薄膜4所需要的图形。导电膜4具有电阻值Rs＝5×10⁴Ω/□。

这一阶段的器件以场发射式扫描电子显微镜(FESEM)观察。结果确认，比其它部分膜较薄且在微粒散布状况上不同于其它部分的部分，即结构潜象8，沿由器件电极2所确定的台阶即器件电极2与基片1之间的边界形成。

步骤—c

这样得到的器件应用加热炉在开放的空气中以400℃加热30分。这样，结构潜象8变为具有高电阻电子发射区5(见图15C)。

步骤步骤d

由以上步骤所获得的器件置于如图6所示的真空处理设备中，真空器皿16由抽真空设备17抽空直到达到1.3×10^-3pa的气压。本例中所应用的抽真空设备是包括涡轮泵和旋转泵的高真空抽真空系统。然后，向器件加三角波脉冲进行少在化步骤。脉宽为T1＝1msec，脉冲间距T2＝10msec峰值为Vact＝15V。

在活化步骤之后，气压继续减少到约为1.3×10^-0⁴Pa，器件电流If与发射电流Ie通过施加类似于活化步骤中所用的脉冲进行测量。但峰值设定为14V。阴级15与器件之间的距离为H＝5mm，电位差为1KV。

(比较例1〕

步骤—a

通过以洗涤剂，清水及有机溶剂清洗石英玻璃制备基片1。然后Pt作为器件电极材料通过应用掩膜的溅镀沉积30nm厚，该掩膜有对应于器件电极图形的开口，从而形成了器件电极。

顺便而言，器件电极之间的距离设定为L＝100μm。

步骤—b

以例1.中相同的方式形成导电薄膜。

步骤—c

器件置于如图6所示的真空处理设备中，在抽空真空器皿16之后，对器件加热以便将导电薄膜中的PdO还原为Pd。然后向器件电极之间加三角波脉冲进行激励‘形成’，由此形成电子发射区。

步骤—d

以例1中相同的方式进行活化步骤。

步骤—e

稳定化步骤以例1中相同的方式进行。

此后，在与例1相同的条件下测量电子发射的特性。在例1与比较例1的四个器件上测得的If与Ie的结果如下

	If(mA)		Ie(μA)
						平均值	变化(％)	平均值	变化(％)
例1	0.95	5.0	0.95	4.5
					比较例1	1.0	25	0.9	30

同时，荧光物质布放在阳极15上，并测量通过由电子发射器件所发射的电子束所产生的莹光膜上的每一亮点的形状。结果是，由例1的器件所产生的亮点为35μm，小于由比较例1的器件所产生的亮点。

而且，电子发射区的形状可以使用FESEM观察。结果示于图16A和16B。(如前所述，在一个基片上实际形成了四个器件)。

在例1的四个器件中的任一个当中，如图16A所示，微结构被显著改变的电子发射区被形成于包含在器件电极2附近形成的结构潜象的导电薄膜的一部分。另一方面，如图16的所示，在比较例1的每个器件中的电子发射区都形成于器件电极2，3之间的中心附近，同时以之字走向延伸，宽度为50微米。

例2

图17A和17B示出了用例2方法制作的表面导电电子发射器件的结构。

为了简便起见，只示出了其中一个器件，然而在该例中制作了四个相同的器件。

步骤a

基片1是利用清洁剂，纯水和有机溶剂清洗石英玻璃制备的。然后，通过溅射淀积150nm的SiOx膜，然后涂上抗蚀剂涂层，制成图象形成覆盖器件电极(例如器件电极2)的掩膜。

除了掩膜区的SiOx膜被利用RIE(reactive ion etching)方法除去，并且余下的抗蚀图象也被去掉，从而形成由SiOx构成的高度限制部件6。然后利用掩膜通过溅射形成30nm厚的Pt的器件电极2，3。器件电极之间的间隔被设为50微米。

步骤b

在形成有器件电极的基片上通过真空蒸镀形成100nm厚的Cr膜，然后制成图象，限定一个开口，对应于例1所示的导电薄膜的形状。开口的宽度为100微米。

接下来，通过真空蒸镀，淀积100nm的Pd膜，利用湿蚀刻去除Cr膜，利用剥离Pd墨的图形，形成所需形状的导电薄膜4。导电薄膜4的阻值为Rs＝3.8×10²欧姆/口。

在该阶段，由于高度限制部件6限定的台阶阻止了Pd膜在台阶根部的形成，结构潜象8形成于导电薄膜4的一部分。

步骤c

如此得到的器件被放到图6所示的真空处理设备中，真空室16被抽成真空达到1.3×10^-3Pa。加热样品座21并在300摄氏度下保持30分钟，停止加热并逐渐冷却到室温，结构潜象8制成并形成电子发射器件5。

步骤d

通过向器件施加方波脉冲进行激励步骤。脉冲宽度T1＝1ms，脉冲间隙T2＝10ms，峰值Vact＝15V。

然后，真空室被进＝步真空到1.3×10^-4Pa并测量电子发射特性。加到器件的电压为15V，为方波脉中形式，阳极15和器件之间的间隔为H＝5mm，电势差为1KV。

比较例2

步骤a

如同例2，器件电极2，3通过在清洁的石英玻璃基片上利用掩膜通过溅射淀积30nm的Pt制成。器件电极之间的间隔被设为2微米。

步骤b

在形成有器件电极的基片上通过真空蒸镀形成100nm厚的Cr膜，然后制成图形，限定一个开口，对应于导电薄膜的形状。开口的宽度为100微米。

接下来，通过溅射，淀积3nm的Pd膜，利用湿蚀刻去除Cr膜，利用剥离Pd膜的图形，形成所需形状的导电薄膜4。

步骤c如此得到的器件被放到真空处理设备中，真空室16被抽成真空达到1.3×10^-3Pa。然后加上锯齿波执行加能成型过程，形成电子发射区5。

步骤d

激励步骤与例2中的步骤d相同。

此后，电子发射特性按与例2相同的条件被检测。其结果如下。

	If(mA)		Ie(μA)
						平均值	变化(％)	平均值	变化(％)
例2比较例.2	0.980.95	4.55.0	0.941.02	5.05.0

同时，在阳极15上放置一个荧光膜，从电子发射器件发出的由电子在荧光膜上产生亮点的形状被检测。结果，检测到亮点具有大体相等的尺寸。

而且利用SEM可以观察到电子发射区的形状。可以确定在例2中的四个器件中的任一个之中，大体成直线的电子发射区5形成于具有较高台阶的器件电极2附近，在比较例2中的四个器件中的每个当中，电子发射区5大体成直线，如同例2，被形成于器件电极之间的中心。

通过上述比较，结论是通过本发明的方法形成电子发射区，即使将器件电极间距设置为50微米，也可以得到利用传统方法得到的器件电极为2微米的电子发射区的形状和特性方面的一致性。

例3

在该例中，利用与图2A和2B所示的表面导电电子发射器件的结构相似的结构潜象形成装置，在器件电极之间形成台阶。

该例的制造过程将通过图18A和18B进行描述。

步骤a

基片1通过利用清洁剂，纯水和有机溶剂清洁石英玻璃制备。然后通过RIE形成用作结构潜象形成装置的台阶形成部件9。接下来，利用掩膜通过溅射淀积40nm的Pt形成器件电极。器件电极间隔被设为150微米(参见图18A)。

步骤b

在具有器件电极的基片上利用真空蒸镀形成100nm厚的Cr膜，然后形成限定一个对应于导电薄膜形状的开口的图形。

然后，基片在利用旋转器旋转的条件下被涂敷一种Pd胺复合溶液(ccp4230，由Okuno Pharmaceutical公司制造)，然后加热煅烧，在330摄氏度的空气中持续10分钟。形成主要由PdO精细微粒构成的膜。该膜的厚度为大约6nm。

此后，通过剥离PdO精细微粒膜图形，通过湿蚀刻去除Cr膜，形成所需图形的导电薄膜4。导电薄膜4的阻值为Rs＝2.8×10⁴欧姆/口。

利用FESEM观察该阶段的器件结果，可以确定比其它区具有较厚的膜微粒扩散条件明显与其它区不同的区，例如，结构潜象8，被沿着台阶形成部件9的较低的边形成，与器件电极3相同一侧的基片相接触。

步骤c

如此得到的器件在加热炉中进行热处理，在空气中在400摄氏度持续30分钟。从而形成结构潜象8并形成电子发射区5。

由上述步骤得到的器件被放到图6所示的真空设备中，通过加上与例1相似的脉中，执行激励步骤。此时，真空室16中的压力为2.0×10^-3Pa。

然后，真空室中的压力进一步减少至1.3×10^-4Pa，测量电子发射特性。加到器件的电压为14V，并为矩形波脉冲形式，阳极15和器件的间距为H＝5mm，电势差为1KV。

比较例3

步骤a

如同比较例1，基片1是利用清洗石英玻璃制备的。然后利用掩膜通过溅射形成40nm厚的Pt的器件电极2，3。器件电极之间的间隔被设为150微米。

步骤b

如同例3，通过形成Cr膜并制成图形，形成包括PdO精细微粒膜的导电薄膜4，涂敷Pd胺复合溶液并进行加热煅烧，通过湿蚀刻去除Cr膜。

步骤c

如同比较例1，通过进行加能成型，形成电子发射区5。

步骤d

激励步骤与例3相同。

然后按照与例3相同的条件测量电子发射特性，结果如下。

	If(mA)		Ie(μA)
						平均值	变化(％)	平均值	变化(％)
例3比较例.3	0.971.0	4.525	0.970.9	4.530

然后，利用FESEM，观察电子发射区的形状。形状大体如图19A和19B所示。在例3的四个器件的任一个当中，微结构被显著改变的电子发射区5被形成于靠近台阶形成部件的一端形成有结构潜象8的部分。另一方面，在比较例3的每个器件中的电子发射区都形成于器件电极2，3之间的中心附近，同时以之字走向延伸，宽度为65微米。

例4

步骤a

通过溅射在清洁的钠钙玻璃上形成厚度为0.5微米的氧化硅制备基片1。利用光刻胶(RE—2000N—41，Hitachi Chemical公司生产)在基片1上形成第一器件电极的负图形。5nm厚的Ti膜和50nm厚的Ni膜通过真空蒸镀被淀积在上面。抗蚀图形被有机溶剂溶解通过剥离淀积的Ni/Ti膜图形形成第一器件电极3。

类似地，利用光刻胶形成用于第二器件电极2的负图形。5nm厚的Cr膜和50nm厚的Au膜通过真空蒸镀被淀积在上面。通过剥离淀积的Cr/Au膜图形形成第一器件电极2。

器件电极之间的间距L被设置为L＝30微米器件电极的长度为W＝300微米。

步骤b

通过对基片真空蒸镀，淀积100nm厚的Cr膜，然后，与上述相似的方式制作图形，限定对应于导电薄膜的形状的开口，从而形成Cr掩膜。然后利用旋转器旋转在上面涂敷Pd胺复合溶液(ccp4230，由Okuno Pharmaceutical公司生产)，在空气中加热到300摄氏度持续10分钟进行煅烧。形成由PdO精细微粒构成的膜。然后通过剥离Pdo膜的图形，通过湿蚀刻去除Cr掩膜，形成所需图形的导电薄膜4。

由PdO构成的导电薄膜4的厚度大约为10nm阻值为Rs＝2×10⁴欧姆/口。

步骤c

如此得到的器件被放到图6所示的真空处理设备中，真空室16被真空设备17抽成真空达到1.3×10_-3Pa。由设置在样品座21内的加热器(未示出)加热样品座21并在450℃下保持1小时，加热器关闭器件逐渐冷却到室温。

在进行热处理之前，器件电阻为大约1K。在温度升高的过程中，在250℃时，电阻突然降低到低电阻。这是由于PdO还原成Pd造成的。随着温度进一步上升，器件电阻变化复杂，恢复到室温时，为200欧姆。电阻变化复杂据认为是由于构成导电薄膜的微粒的迁移造成膜形状的变化引起的，以及在第二器件电极2(Au电极)的边缘形成裂缝造成的。

为了更好地形成电子发射区，在真空室16中加有电压。

在该例中，加的是矩形波脉冲，宽度为T1＝1ms，脉冲间隔为T2＝10ms。以0.1V的步长，0.2V/分的速度达到脉冲峰值。在两个成型脉冲之间插入0.1V的测量脉冲，测量器件电阻值。在成型处理的同时，测量电阻值，当阻值超过1M时，停止施加脉冲。在脉冲停止时，峰值高度为1.0V，在电阻突然上升之前的If的最大值为5mA。

步骤d

接下来，在真空室16中进行激励步骤。与上例相同宽度和间隔的矩形脉冲被加到器件，其峰值为14V。第二电极2(Au电极)作为负极加上电压。此时压力为1.3×10^-3pa。执行激励步骤的同时测量器件电流If和发射电流Ie。阳极15和器件之间的间隔为H＝4mm，电势差为1KV。发射电流Ie几乎饱和30分钟，激励步骤完成。

步骤a和步骤b与例4相同的方式完成。

步骤c

通过向真空室16中的器件施加电压执行成型处理。

在该比较例中，加的是矩形波脉冲，宽度为T1＝1ms，脉冲间隔为T2＝10ms。以0.1V的步长，0.2V/分的速度达到脉冲峰值。在两个成型脉冲之间插入0.1V的测量脉冲，测量器件电阻值。在成型处理的同时测量电阻值，当阻值超过1M时，停止施加脉冲。在脉冲停止时，峰值高度为5.0V，在电阻突然上升之前的If的最大值为25mA。

步骤d

稳定步骤按例4相同的方式执行。

例4和比较例4的表面导电电子发射器件通过上述步骤制造10次。制造的器件的每个的特性利用真空处理设备测量。

通过施加T1＝100微秒，T2＝10ms的矩形脉冲，得出测量的电流电压特性，稳定的MI如图7所示。然后通过施加14V的具有与上述相同T1和T2的矩形脉冲，测量出Ie和If。测量结果如下。

	If(mA)		Ie(1A)
						平均值	变化(％)	平均值	变化(％)
例    4	2.0	6.5	1.0	5.0
					比较例.4	2.0	25	1.0	10.0

在测量完特性之后，按例4制造的器件利用扫描电子显微镜(SEM)进行观察。可以确定电子发射区5沿着第二器件电极(Au电极)的边缘线性形成，并在电子发射区的正极侧的导电薄膜上形成涂层。通过利用高解析度的场发射型扫描电子显微镜(FESEM)进行观察，可以确定涂层也形成于构成导电薄膜的Pd精细微粒周围和之间。该涂层通过利用发射电子显微镜(TEM)和罗曼光谱仪测量。根据测量结果，涂层以碳作为主要成分，在某些区域包括石墨，在其它区包括无定型碳。

在比较例4中的每个器件中，形成电子发射区，同时保持较大的之字型走向，宽度为20微米。

根据该例的方法，即使器件电极之间的间隔相对较宽达到30微米的数量级，电子发射器件的位置和形状也可得到很好的控制，电子发射的不一致性也可得到改善。

例5

步骤a

在经过清洁的钠钙玻璃上通过溅射形成0.5微米的氧化硅膜，制备基片1。通过真空蒸镀，在上面淀积5nm厚的Ti和50nm厚的Pt膜，然后利用常规的电子照相制作图形，形成器件电极2，3。器件电极之间的间隔为L＝30微米。与例4相同。

接下来，通过电镀，在器件电极3上淀积Au形成1.1微米厚的Au涂层。

步骤b

如同例4，通过涂敷和煅烧Pd胺复合溶液同时利用Cr膜作为掩膜形成的PdO精细微粒膜通过剥离制成图形，从而形成导电薄膜4。

步骤c

如此得到的器件被方入热处理炉中，进行热处理，在300℃下在98％的N₂—2％的H₂的混合气体中一个大气压下持续20分钟。经过热处理，导电薄膜被还原转换成Pd精细微粒，在与器件电极3接触的的膜部位形成电子发射区。这是因为在Au和Pd之间发生合金反应，使得Pd原子比其它区更易于强烈地由扩散而聚集并移向器件电极。

步骤d

激励步骤与例4相同的方式执行。

例5的表面导电电子器件通过上述方法生产10次。与例4相同的方式测量每个器件的电流电压特性。通过施加14V脉冲，测量的Ie中的变化保持在5％以内，可以得到与例4相似的优点。

例6

如例5中的步骤a和步骤b，在基片1上形成器件电极2，3和导电薄膜4。

步骤c

得到的器件放到真空处理设备中，在真空室16抽空以后引入氢气。

当0.5V的恒压被加到器件上并保持10分钟时，器件电阻超过1M，此时，停止加压。此高电阻是由成型处理时因施加电压造成的焦耳热引起的。

步骤d

在进一步对真空室16抽空后进行稳定步骤，与例4方式相同。

器件电压被设为16V对生产的器件特性进行测量。如同例4，5，该例6的表面导电电子发射器件生产10次，特性这的变化被测出。测量结果如下。

	If(mA)		Ie(μA)
						平均值	变化(％)	平均值	变化(％)
例6	2.0	6.0	1.5	5.0

利用SEM对每个器件的电子发射区的形状进行观察。确定电子发射区沿着器件电极3的边缘线性形成，如同例4，5。

例7

该例7制造的表面导电电子发射器件的结构如图20A和20B所示，器件电极中的一个与导电膜一体形成。

步骤a

经过清洁的钠钙玻璃被作为基片1。通过真空蒸镀，在上面淀积5nm的Cr和50nm的Au，利用常规电子照相制成图形形成器件电极3。

步骤b

涂上抗蚀剂涂层，制成图形，形成限定一个对应于器件电极2和导电薄膜4的的开口。通过真空蒸镀，淀积5nm的Ti膜和30nm的Pt膜，通过剥离形成整体结构的器件电极2和导电薄膜4。器件电极之间的间隔为L＝30微米。

步骤c

如此得到的器件在加热炉中进行热处理，在N2气流中在600摄氏度持续1小时。沿着器件电极3的边缘形成电子发射区5。

步骤d

激励步骤与例4相同的方式执行。

例7的表面导电电子发射器件按照上述步骤生产10次，电流对电压的特性变化按照例4的相同的条件进行测量。得到与例4同样稳定的特性。通过加14V的脉冲造成的Ie，If值和变化如下。

	If(mA)		Ie(μA)
						平均值	变化(％)	平均值	变化(％)
例7	1.8	7.0	0.9	6.0

例8

在例8中，如同比较例1的步骤a和步骤b，制作了4个器件，经过清洁的石英玻璃作为基片，在基片上形成两个Pt的器件电极和由PdO精细微粒构成的导电薄膜。

步骤c

如此得到的器件被放到真空处理设备中，真空室16被抽成真空达到1.3×10^-4Pa或更少。在该例中使用的真空设备包括一个超高真空系统，包括一个吸附泵和一个离子泵。然后将图5所示的峰值逐渐增加的锯齿脉中加到器件上。脉冲宽度为1ms，脉冲间隔为10ms。在锯齿脉冲之间的截止期，插入一个0.1V的矩形脉冲测量器件的阻值。

由于锯齿脉冲的峰值逐渐增加，器件电流If的峰值在开始阶段也成比例地逐渐增加。测量的电阻值也在最初保持恒定。

然后，电阻下降，If值开始偏离线性关系。在电阻值下降10％时停止施加脉冲。

电阻下降，在某些部分，是由于因温度升高PdO电阻率下降，在大部分，是由于部分PdO还原为Pd。PdO在无氧气氛中加热很容易被还原。上述现象是由于PdO膜被加热同时加有脉冲，并且在器件电极之间附近产生PdO到Pd的还原。如果脉冲峰值进一步增加，进行常规激励成型，在该例中，当在导电薄膜中心形成非常窄的还原区，脉冲停止，还原区作为结构潜象。

将如此得到的器件从真空室取出浸入稀释的硝酸中，进行清洗和烘干。还原的Pd与稀释的硝酸反应而溶解。结构潜象显影形成电子发射区。Pt的器件电极是不容意损坏的。然后将器件放回到真空室再次加上相同的脉冲。该处理是为了去除未被彻底地去除的部分，从而完全形成电子发射区。

当脉冲峰值达到1.0V时，阻值超过1M，此时，脉中停止。

在真空室中的压力降低到1.3×10^-4Pa后，在真空室中引入丙酮，压力调整到1.3×10^-1Pa。利用峰值为15V，脉宽为1ms，脉冲间隔为10ms的矩形脉冲进行激励步骤。30分钟后，停止脉冲，进一步抽空真空室，激励步骤完成。

步骤f

将真空室加热到200℃，器件到250℃同时连续对真空室抽空5小时，执行稳定步骤。

加热停止后，器件回到室温，每个器件的电子发射特性按照例1和比较例相同的条件测量。结果如下。

	If(mA)		Ie(μA)
					例9	平均值	变化(％)	平均值	变化(％)
0.85	6.5	0.80	6.0

之后，利用SEM观察每个器件的电子发射区的形状。电子发射区沿着之字走向延伸，之字形图形非常稳定，宽度为5微米。与比较例不同，没有发现电子发射区的宽度随位置变化。

例9

该例涉及梯形布线型电子源及利用电子源的图象形成设备的制造。图21A到21C示出下述步骤的一部分。包括将100个电子发射器件排成一排，以梯形布线使器件互连，然后排列所述的行成一个整体。

电子源基片31是通过在经过清洁的钠钙玻璃上溅射形成0.5微米厚的氧化硅膜制备的。形成光刻抗蚀剂并制成图形，做成开口，每个开口对应于作为器件电极的公共布线的正极的形状。通过真空蒸镀，淀积5nm的Cr和50nm的Au。抗蚀剂图形由有机溶剂溶解，通过剥离，留下淀积的Cr/Au膜，形成布线66，加倍作为正极侧的器件电极。类似，抗蚀剂再次形成，并图形化，形成对应于公共布线的负极的开口。淀积5nm的Ti和50nm的PT。形成布线67，加倍作为负极侧的器件电极。器件之间的间隔为L＝50微米(参见图21A)。

步骤B

通过真空蒸镀在基片上淀积30nm厚的Cr膜，开口68对应于每个导电薄膜的形状并由传统的电子照相限定，从而形成Cr掩膜69(参见图21B)。

然后，Pd胺复合溶液涂敷到利用旋转器进行旋转的基片上，随着进行加热煅烧，在公开的空气中在300℃持续12分钟。如此形成的膜为导电精细颗粒膜，包括PdO为主要成分，厚度大约为7nm

步骤C

Cr掩膜通过蚀刻被去掉。PdO精细颗粒膜被做成图形，通过剥离形成所需形状的导电薄膜。每个导电薄膜4阻值为Rs＝2×10⁴欧姆/口(参见图21C)。

利用如此得到的电子源生产图象形成设备的过程的例子将结合图12和13进行描述。

在将电子源基片31固定到后板41之后，栅电极62组装就位，外部延伸接线端64和外部延伸栅电极65被连接到封壳。然后，面板46(包括荧光膜44和叠放到玻璃基板43上的金属衬45)置于高于基片31五毫米，支承框42插入其间。在面板46，支持框42后板41之间加入熔结玻璃之后，组件在空气中在400℃下烘烤10分钟或更长，使得结合部分完全气密密封。熔结玻璃也用来固定基片31到后板41。

荧光膜44在单色的情况下只由一种荧光物质构成。在产生彩色图象，该例采用了条状荧光物质。荧光膜44是通过首先形成黑色条，然后在黑色条之间的缝隙中涂敷相应色彩的荧光物质。黑色条由主要含有石墨作为不要成分的物质形成。荧光物质通过悬浮法涂敷在玻璃基板43上。

在荧光膜44的内表面，通常淀积有金属衬45。在形成荧光膜之后，金属衬45通过平滑荧光膜的内表面形成(通常称为膜化)然后通过真空气相淀积，淀积Al。

为了增加荧光膜的电导率，面板46在荧光膜44的外表面可提供透明的电极(未示出)。该透明电极在该例中被省略，因为只用金属衬就可以得到足够的电导率。

在上述完全气密封之前，要对相应的部件进行对准，因为在彩色的情况下，相应色彩的荧光物质要和电子发射器件精确对准。

如此生产的图象形成设备连接到图22所示的真空处理设备。图象形成设备51通过真空管连接到真空室16，真空室16连接到真空设备17。在该例中，真空设备包括超高真空系统，该系统包括吸附泵和离子泵。抽真空能力可以通过调整阀门24调整。连接到真空室16的气体引入/控制装置18，其处于两个系统中，一个用于引入激励物质，另一个用于引入蚀刻气体。该例采用丙酮作为激励气体，氢气为还原气体。

另外，真空室16提供有四相质谱仪(Q—mass)23和压力计23，用于测量真空室中的压力和环境。下面由Q—mass检测的环境作为真空容器或图象形成设备的封壳中的环境，执行下述步骤。

将图象形成设备的内部抽成1×10^-5Pa或更少，引入氢气，压力调整到1.3×10^-2Pa。

用加热板将图象形成设备51加热到大约300℃。每器件行的电阻在保持上述温度同时被测出。在30分钟后，所有器件行的电阻都超过10K，于是停止加热和引入氢气。将图象形成设备51恢复到室温以后，并将真空室16的压力降到1×10^-5Pa，丙酮引入，压力调整到1.3×10^-1Pa。

在该条件下，脉冲电压被加到每个器件行正极和负极之间。

所加的脉冲为矩形脉冲，峰值为15V脉宽为100ms，间隔为10ms。30分钟处理之后，停止引入丙酮。真空室连续抽真空5小时，用加热板加热到250℃。 加14V的矩形脉冲和金属衬和器件之间加1KV电压的同时，

器件电流If和发射电流Ie，确认电子发射特性稳定。接下来，真空管在加热并熔化气密地密封。然后利用吸气剂使得真空室中达到足够低的真空。

比较例5

通过执行上述步骤a到步骤c，如同例9，制造一个电子源。然后，面板，后板，支承框，熔结电极等，被组装并气密密封完成图象形成设备的外部轮廓。图象形成设备被连接到与上述类似的真空处理设备，在真空室中的压力降到1×10^-5Pa或更少。

接下来，通过施加锯齿脉冲进行成型处理，脉冲峰值逐渐增加如图5B所示。脉宽为lms，间隔为10ms。在锯齿脉冲间断期间，插入一个0.1V的巨形脉冲用于测量电阻，同时测量If，测量期间行的电阻值。在电阻值超过10K时，成型处理停止。所有的器件行都以该方式经受成型处理。

通过执行激励步骤和稳定步骤，密封真空管，与例9相同的方式释放吸气剂，完成图象形成设备。

例9和比较例5的图象形成设备的电子发射特性针对每一器件行在器件和金属衬之间为1K的条件下测量。加到器件的电压为矩形波的形式，峰值为14V，脉宽为100微秒，间隔为10ms。对每个器件行(包括100个器件)测量的If和Ie的平均值和偏差如下。

	If(mA)		Ie(μA)
						平均值	变化(％)	平均值	变化(％)
例9	200	3.5	100	2.0
					比较例9	200	15	100	9

例10

该例涉及以简单矩阵布线排列的表面导电电子发射器件的电子源。排列尺寸为60×60。

图23显示了电子源平面图的一部分，图24显示了沿图23中线24—24的部分，图25A到25H显示了生产过程的相继步骤。

在这些图中，31表示基片，32表示Y方向布线(称为上布线)，2，3为器件电极，4为包括电子发射区的薄膜，71为中间绝缘层，72我接触孔，用于电器连接器件电极2和下布线32。

下面参照图25A到25H描述生产步骤。步骤A—H分别对应于图25A—25H。(步骤A)

基片31是通过在经过清洁的钠钙玻璃上溅射形成0.5微米厚的氧化硅膜制备的。通过真空蒸镀，在基片31上淀积5nm的Cr和600nm的Au膜。涂敷抗蚀剂(AZ1370，Hoechst公司生产)然后烘干。通过曝光和显影一个光掩膜图象，形成下布线32的抗蚀图形。淀积的Au/Cr通过湿蚀刻，被有选择地去除，从而形成所需图形的下布线32。

步骤B

然后通过RF溅射在整个基片上淀积由1.0微米氧化硅膜构成的中间绝缘层。

步骤C

用于在步骤B中形成的氧化硅膜中形成孔72的抗蚀剂被涂敷，作为掩膜，中间绝缘层71被有选择地去除，形成接触孔72。蚀刻是利用RIE(反应离子蚀刻)利用CF₄和H₂混合气体进行的。

步骤D

用抗蚀剂(RE—2000N—41，Hitachi Chemical公司生产)形成图形，限定器件电极2，3及其间的间隙G。通过真空蒸镀，在基片31上淀积5nm的期和600nm的Pt膜。抗蚀剂图形由有机溶剂溶解，通过剥离，留下淀积的Pt/Ti膜，

步骤E

在器件2，3上形成用于上布线的抗蚀剂图形。通过真空蒸镀，在基片31上淀积5nm的Ti和500nm的Pt膜。通过剥离，去除不必要的抗蚀剂图形，形成上布线。然后，通过电镀在器件电极3上形成50nm厚的Au涂层73。器件电极之间的间隔为L＝30微米。

步骤F

下面，通过真空蒸镀形成100nm厚的Cr膜，并通过电子照相制成图形，具有一个对应于导电薄膜4的图形的开口。利用旋转器在旋转情况下涂敷Pd胺复合溶液(ccp4230)，然后加热和煅烧在300℃下持续10分钟。形成由PdO精细微粒构成的导电薄膜75。形成所需图形的导电薄膜4，阻值大约为5×10⁴欧姆/口。

步骤G

通过湿蚀刻，使用蚀刻剂沿着由PdO精细微粒构成的导电薄膜75的不必要的部分除去Cr膜74。从而形成所需图形的导电薄膜4，阻值为5×10⁴欧姆/口。

步骤H

除了接触孔72的其它表面涂敷一定图形的抗蚀剂。通过真空蒸镀，淀积5nm的Ti和500nm的Au膜。淀积的Au/Ti膜的不必要部分被去掉，通过剥离使接触孔72充满淀积膜。

步骤I

如此得到的电子源被放置在热处理炉中，在300℃下，在98％氮气—2％氢气混合气流中进行热处理20分钟。在每个导电薄膜4沿着由Au涂层73覆盖的器件电极3的边缘形成电子发射区。

利用这样制作的电子源制造图象形成设备的方法过程将参照图9进行说明。

电子源基片31被固定到后板41。然后，面板36(包括荧光膜44和金属衬445叠加在玻璃基片43的内表面)被设置在基片31上方5mm，其间插入支承框32。在面板46，支承框42和后板41之间加入熔结玻璃后，组件方入空气中在410℃下烘烤10分钟，气密密封接合部分。熔结玻璃也将基片31固定到后板41上。在图9中，34表示电子发射器件32，33分别为X和Y方向布线。

荧光膜，金属衬等的结构与例9相同。面板和电子源之间同样要进行例9中的对准。

在通过玻璃管由真空泵将图象形成设备的玻璃板抽真空后，通过外部接线端Dox1到Doxm和Doy1到Doyn向器件施加电压脉冲，执行激励步骤。

脉冲被加到每个X方向器件行，同时，Y方向布线连接到一起。所加脉冲为矩形波，峰值为14V，脉宽为1ms，间隔为10ms。玻璃板中的压力为1.3×10^-3Pa。

之后，玻璃板被连续抽真空至4.2×10^-5Pa或更少。电子发射器件被按简单矩阵方式驱动，确定电子源工作正常显示图象，特性稳定。之后，真空管被加热并熔化气密密封真空封壳。

最后，在封壳中的吸气剂通过高频加热燃烧，保持在密封后达到所需的真空度。

根据如此得到图象形成设备，通过接线端Dox1到Doxm和Doy1到Doyn向电子发射器件加上扫描信号和调制信号，发射出电子。通过向金属衬45或透明电极(未示出)经过高压端Hv施加5KV高压，电子束被加速，被加速的电子撞击到荧光膜44上，发出荧光形成图象。

例9和例10中制作的电子源是利用了多个与例1相同的表面导电电子发射器件制作的，根据本发明的电子源和图象形成设备并不限于这些例子。可以使用与例2—例8中的相同的电子发射器件构成电子源，及使用例9和例10的电子源构成图象形成设备。

图26为一框图，显示了显示设备的例子，其中例10的图象形成设备(显示板)可以显示来自各种图象信息源的图象信息，例如，包括电视广播。在图26中，81代表显示板，82为显示板驱动器，83为显示控制器，84为多路复用器，85为解码器，86为输入/输出接口，87为CPU，88为图象发生器，89，90和91为图象存储器接口，92为图象输入接口，93，94为电视信号接收机，95为输入单元。(当该例的显示装置接收一个信号，如电视信号，包括视频和音频信号，装置同时显示图象及重放声音。但是，电路，扬声器，等声音信息的接收，分离，重放，处理，存储等所必须的部件因为不是本发明特征，所以不在此进行描述。

下面沿着图象信号描述上述部件。

首先，电视信号接收机94用于接收无线传输系统发出的电波或光通信形式的电视图象信号。电视信号的格式不限，可以是NTSC，PAL和SECAM标准等。其它类型的电视信号)例如包括MUSE标准的所谓高清晰度电视，具有较多扫描行的信号也是适合于该显示板，适合于增加屏幕尺寸和象素个数。电视接收机接收的电视信号输出到解码器85.÷；电视信号接收机93可以接收通过同轴电缆或光缆传输的电视信号。与接收机94相同，接收机93接收的电视信号也不限于特定的一种。其输出也输出到解码器85。

图象输入接口92为用于接受将来自图象输入单元，例如电视摄像机图象阅读扫描仪等的图象信号的电路。其输出信号然后送到解码器85。

图象存储器接口91为用于接受存储在录像机(这里称为VTR)中的图象信号的电路。其输出信号也送到解码器85。

图象存储器接口90为用于接受存储在视盘中的图象信号的电路。其输出信号也送到解码器85。

图象存储器接口89为用于接受存储静止图象信号的装置(称为静止图象盘)中的图象信号的电路。其输出信号也送到解码器85。

输入/输出接口86为用于连接显示装置到外部计算机或计算机网络，或输出设备，如打印机的电路。不仅可以执行输入/输出图象数据和字符图形信息，也可以在显示装置中的计算机87和外界之间进行控制信号和数字数据的输入和输出。

图象发生器88为根据通过输入/输出接口56，或计算机来自外部的图象数据和字符/图形信息，产生显示图象数据的电路。其中设有，可写存储器，用于存储图象数据和字符/图形信息，只读存储器，用于存储对应于字符码的图象模式，处理器，用于图象处理，和其它产生图象所需的电路。

图象发生器88产生的显示图象通常输出到解码器85，在某些情况下，也可以通过输入/输出接口输出到外部计算机网络或打印机。

CPU87主要执行显示装置的操作控制及有关显示图象的产生，选择和编辑等任务。

例如，CPU87向多路复用器84发出控制信号，用于根据所需选择或接合要在显示板上显示的图象信号。CPU87根据要显示的信号也向显示板控制器83输出控制信号，从而正确地控制显示装置的操作，如，图象显示频率，扫描模式(如隔行或非隔行)，每幅图象的扫描行数等。

此外，CPU87直接向图象发生器88输出图象数据和字符/图形信息，或通过输入/输出接口访问外部计算机或存储器，用于输入图象数据和字符/图形信息。当然，可以执行上述以外的其它任务。例如，CPU87可以直接涉及如同个人计算机或字处理机的产生或处理功能。另外，CPU87可以通过输入/输出接口86接于外部的计算机网络，执行数字运算或与其它外部设备配合。

输入单元95用于用户向CPU87输入指令，程序，数据等，可以任何输入设备，如键盘，鼠标，游戏杆，条形码阅读器，声音识别装置等。

解码器85用于将从电路88到94输入的各种图象信号反相转换成三基色，或亮度信号和Q信号。如图中点划线所示，解码器85最好包括图象存储器在内。因为解码器85也处理包括MUSE标准的电视信号，需要图象存储器进行反相转换。此外，可以容易地显示静止画面，或与图象发生器88和CPU87配合执行图象处理和编辑。

多路复用器84根据所需按照从CPU87输入的控制信号选择显示图象。换句话说，多路复用器84从来自解码器85的反向转换的图象信号中选择所需的一个并输出到驱动器82。通过在同一画面的显示时间内选择两个或多个图象信号，可以在一个屏幕上不同的指定区域显示不同的图象，即所谓在多屏幕电视机。

显示板控制器83为用于控制按照CPU87的控制信号控制驱动器82的操作的电路。

至于显示板的基本操作有关的功能，控制器83向驱动器82输出控制信号，控制用于驱动显示板电源操作顺序的操作。与驱动显示板的相关的功能，控制器83向驱动器82输出控制信号，例如控制图象显示频率，扫描模式(例如，隔行或非隔行)。

根据情况，显示板控制器83可向驱动器82输出用于调整图象质量如，亮度，对比度，音色，和显示图象的柔和度的控制信号。

驱动器82为用于产生加到显示板81的驱动信号的电路。驱动器82按照来自多路复用器84的图象信号和来自显示板控制器83的控制信号操作。

利用他26中所示的各种部件和上述的各种功能，该显示装置可以显示从各种图象信息源在显示板81上显示图象信息。更具体地说，各种图象信号，包括电视广播信号由解码器85反向转换，其中至少之一被多路复用器84根据所需选择并输入到驱动器82。另一反面，显示控制器83发出控制信号，按照要显示的图象信号控制驱动器82的操作。驱动器82根据图象信号和控制信号将驱动信号加到显示板81。上述一系列的操作都是在CPU87的监视控制下进行的。

除了利用在解码器85中设置的图象存储器简单地显示从多个项目中选择的图象信息，图象发生器88和CPU87，该例的显示装置，对于要被显示的图象信息，不仅可以执行图象特技处理如放大，缩小，旋转边缘加重等，也可以进行图象编辑，如同步，消除，替代，插入等。尽管在本说明书中未具体说明，也可以提供用于对声音信息进行处理的电路。

因此，甚至该例的显示装置的单元可以具有用于电视广播显示，电视会议终端，处理静止和活动画面的图象编辑器，包括字处理的办公室自动化终端，游戏机等的功能；因此可以用于各种工业和家庭领域。

有必要要说，图26只是显示了使用包括表面导电电子发射器件的的显示板的显示装置的一个例子，本发明并不限于所举的例子。例如，图26中所示的部件中不必要的可以去掉。相反，根据需要，也可以增加其它部件。当该显示装置用于电视电话时，最好提供一个增加的部件，一个电视摄像机，一个话筒，一个照明器，和一个包括调制解调器的传输/接收电路。

例11

步骤A—C与例10相同的方式执行。

步骤D

形成具有与器件电极2，3相对应的开口的抗蚀剂图形。5nm厚的Ti膜和30nm厚的Ni膜通过真空蒸镀被淀积在上面。抗蚀图形被有机溶剂溶解通过剥离淀积的Ni/Ti膜图形，形成器件电极图形。然后，除了对应于器件电极3的区域以外，涂敷抗蚀剂。然后进一步淀积90nm的Ni膜，通过剥离再次形成图形，形成具有厚度为120nm的器件电极3。器件电极之间的间隔为L＝80微米。

步骤E

形成用于上布线(Y方向布线)的抗蚀剂图形。5nm厚Ti膜和500nm厚的Au膜通过真空蒸镀被淀积在上面。通过剥离淀积的Au/Ti膜形成所需图形的上布线。

步骤F

100nm厚的Cr膜通过真空蒸镀被淀积在基片上面并制成图形，提供具有对应于每个导电薄膜之形状的开口的掩膜。

然后，基片在利用旋转器旋转的条件下被涂敷一种Pd胺复合溶液(ccp4230，由Okuno Pharmaceutical公司制造)，然后加热煅烧，在300摄氏度的空气中持续12分钟。

然后，Cr膜通过湿蚀刻，利用剥离去除，形成导电薄膜4。每个导电薄膜4的厚度为7nm阻值为Rs＝2.1×10⁴欧姆/口。此时，在每个导电薄膜沿着器件电极的边缘部分，形成结构潜象，其中，膜厚比其它部分薄，精细微粒的形式也不同。

步骤G

在基片上涂敷抗蚀剂，限定与接触孔对应的开口。5nm厚的Ti膜和500nm厚的Au膜通过真空蒸镀被淀积在上面。通过剥离使接触孔充满Au/Ti膜。

如同例9，电子源被装上面板，后板，支承框等，构成图象形成设备。用于密封的熔结玻璃被加热到400℃并持续比通常更长的时间(40分钟)。利用这种处理，在导电薄膜中的结构潜象显影，发射区形成。然后与图10相同的方式，进行激励步骤，真空管密封，吸气剂燃烧。

制作的图象形成设备被加能从电子发射器件发出电子产生荧光。结果，显示图象在亮度和质量方面偏差很小。

使用本发明的方法，控制电子发射区的位置和形状，可以使器件特性均匀一致。当本发明用于制造具有多个电子发射器件的电子源和利用该电子源的图象形成设备的方法时，在电子发射器件之间的发射的电子量的偏差可以被抑制，在亮度方面的偏差可以被减小，可以实现高质量显示图象。

此外，省去了用大电流进行电子发射区的成型过程，从生产的角度来讲，布线的电流容量可以减少，产品设计的自由度可以增加，成本可以下降。

Claims (22)

1.一种电子发射器件的制造方法，其中在基片上设置的电极之间提供有具有电子发射区的导电膜，包括：

在导电膜中形成结构潜象的步骤，和使所述结构潜象显影的步骤。

2.根据权利要求1所述的电子发射器件的制造方法，其中形成结构潜象的步骤包括形成所述的导电膜，使得所述膜的局部厚度不同。

3.根据权利要求1所述的电子发射器件的制造方法，其中形成结构潜象的步骤包括形成所述的导电膜，使得所述膜的局部结构不同。

4.根据权利要求1所述的电子发射器件的制造方法，其中形成结构潜象的步骤包括形成所述的导电膜，使得所述膜的跨在在所述基片上形成的阶梯上延伸。

5.根据权利要求4所述的电子发射器件的制造方法，其中形成两个阶梯部分，并在所述电极和的每个上表面和所述基片的表面之间具有不同的高度。

6.根据权利要求5所述的电子发射器件的制造方法，其中通过形成一对所述电极，形成两个具有不同高度的阶梯，使得所述的电极的一个比另一个厚。

7.根据权利要求5所述的电子发射器件的制造方法，其中通过在所述基片和所述的一个电极之间形成高度限制部件，形成两个具有不同高度的阶梯。

8.根据权利要求4所述的电子发射器件的制造方法，其中所述的阶梯部分是通过在所述电极之间设置台阶形成部件形成的。

9.根据权利要求1所述的电子发射器件的制造方法，其中形成结构潜象的步骤包括形成一个部件，该部件在所述显影步骤中与所述导电膜接触中，与所述导电膜发生化学反应。

10.根据权利要求9所述的电子发射器件的制造方法，其中所述部件与构成所述电极的一个电极的至少一部分的导电膜发生化学反应。

11.根据权利要求1—10所述的电子发射器件的制造方法，其中所述结构潜象显影的步骤包括加热所述导电膜的步骤。

12.根据权利要求11所述的电子发射器件的制造方法，其中所述的导电膜由外部加热源加热。

13.根据权利要求9或10所述的电子发射器件的制造方法，其中所述结构潜象显影的步骤包括在还原气体，惰性气体，或在降低的压力下的气氛中加热所述导电膜的步骤。

14.根据权利要求9或10所述的电子发射器件的制造方法，其中所述结构潜象显影的步骤包括向所述导电膜加电压的步骤。

15.根据权利要求1所述的电子发射器件的制造方法，其中形成所述结构潜象的步骤包括局部地改变所述导电膜的一部分，使得该部分在随后进行的显影的化学反应中可被去除的步骤。

16.根据权利要求15所述的电子发射器件的制造方法，其中所述的部分由金属氧化物构成的导电膜的一部分中形成的金属构成。

17.根据权利要求16所述的电子发射器件的制造方法，其中所述结构潜象显影的步骤包括通过蚀刻，有选择地去除去除由金属构成的部分的步骤。

18.包括多个电子发射器件排列在基片的电子源的制造方法，其中所述的每个电子发射器件是按照权利要求1的方法制造的。

19.根据权利要求18所述的电子源的制造方法，其中所述的多个电子发射器件相互连接形成多个器件行。

20.根据权利要求18所述的电子源的制造方法，其中所述的多个电子发射器件；排列成矩阵布线形式。

21.结合电子源的图象形成设备的制造方法，图象形成设备包括电子发射器件和图象形成部件的矩阵，其中所述每个电子发射器件是根据权利要求1的方法制造的。

22.根据权利要求18所述的图象形成设备的制造方法，其中所述图象形成部件为荧光膜。

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