CN1183851A - 场发射显示单元结构及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

一种横向场发射器件包括薄膜发射阴极(50),其厚度小于几百埃,且具有小曲率半径的边或尖(110)。在此显示单元结构中,阴极发光荧光阳极(60)能够使荧光阳极的上表面的较大部分在所需要的方向上发光。阳极接触层从下部接触荧光阳极(60),形成不干扰光发射的掩埋阳极接触(90)。阳极荧光粉与阴极边或尖精确地间隔开,在加较小偏压时,接收从横向发射阴极的边或尖的场发射发射的电子。该器件可以构形为二极管、三极管或四极管等,具有定位成允许由加到控制极上的电信号控制发射极到荧光阳极的电流的一个或多个控制极(140)和/或(170)。

Description

场发射显示单元结构及其制造工艺
本发明一般涉及使用集成微电子器件的显示器，特别涉及引入具有场发射阴极的器件的新型显示单元结构及制造该显示单元结构的方法。
1992年Heinz H.Busta在“Journal of Micromechanicsand Microengineering”的第2卷第二期(1992年六月)上发表了题为“Vacuum Microelectronics-1992”的关于真空微电子的一般性综述文章。Katherine Derbyshire在“Solid StateTechnology”第37卷11期(1994年11月)的55-65页的文章“Beyond AML CDs：Field Emission Displays？”中，概括了场发射器件的一些好的设计的制造方法和工作原理，并讨论了其在平板显示器中的一些应用。有很多教科书和专著，如Robert Gomer的“场发射和场电离”(Harvard大学印刷，Cambridge，MA，1961)的第一章，讨论了电子从金属的冷场发射理论。由于场发射显示器制造成本低、工艺简单、功耗低、亮度高、且能改善视角，所以被认为是液晶显示器的很好替代品。
本说明书中使用的荧光粉是指阴极发光的材料物质。在本说明书中发射极和阴极可以互换，都指场发射阴极。这里所用术语“控制极”是指和真空三极管中控制栅极的功能类似的电极。在已有技术的场发射器件中，这种电极还被称为“栅”。
为了开发利用其高速开关、对温度变化和辐射不敏感、低功耗等许多优点，已经研制了各种不同应用的微电子器件，这些器件使用冷阴极发射极发射电子的场发射。在已有技术中，多数微电子场发射器件的发射极垂直指向基片，通常离开基片，但有时朝向基片发射。这些器件有：如Spindt等的美国专利3789471、Brodie的美国专利4721885、Pribat等的美国专利5127990、Zimmerman的美国专利5141459和5203731、以及前面提到的Derbyshire的文章。在这些结构中，阳极通常是平行于基片的透明平板并且带有荧光粉，荧光粉通过阴极发光产生显示光输出。有些冷阴极微电子器件的场发射极在基本平行于基片的平面内取向，如Lambe的美国专利4728851、Lee等的美国专利4827177、Cronin等的美国专利5233263和5308439。这里使用Cronin的两个专利中的术语“横向场发射”和“横向阴极”，代表场发射边和尖在横向方向即基本平行基片方向的结构。在已有技术的这种横向阴极结构中，阳极基本垂直于基片和发射极(如Cronin等的美国专利5233263和5308439)、或与发射极共面(如Lee等的美国专利4827177)、或需要透明基片(如Lambe的美国专利4728851)。已经发现用横向阴极结构的器件中，其结构和制造工艺有明显优点，如阴极边缘或尖极好，能精确控制内部元素的尺寸、对准、电容和所需偏压。
但将横向场发射器件用于荧光粉覆盖阳极的显示单元中时，有很多问题。在一些已有结构中，阴极发光只在面对横向发射极的阳极边缘的非常狭小的区域发生。另外，从荧光粉发射的光由于不透明电极的缘故而变暗淡、或被荧光粉本身或在平面内被吸收。在一些已有结构中必须用非常高的阳极电压。对低压电子场发射显示元件(如相对于发射极阳极电势小于约10伏)，电子实际仅穿透1nm数量级的荧光粉。因此，在用已有横向电子场发射器件显示元件的显示器中，由于阴极发光导致的光发射沿面对发射极元件的荧光粉的边缘产生。而且，如Spindt型(Spindt等的专利中和H.H.Busta的回顾文章中说明的)等其他电子场发射显示器，通常在面对观察者的反方向的荧光粉表面发光。
这里说明的器件结构具有置于阳极荧光粉上一定距离的横向电子发射极。加合适的偏压时，和用其他横向电子场发射器件显示元件相比，发射的电子在荧光粉的上表面展开，在更大面积上碰撞荧光粉元素。因此，使用这种新结构，光直接向观察者发射，并且不会向已有结构那样由于通过荧光粉而变弱。而且，和已有结构相比，在更大单元面积上产生光。
横向场发射显示元件的已有说明中，没有显示如何给阳极元件的荧光粉提供偏压接触。这里说明的新结构有置于荧光粉下(掩埋)的金属阳极接触，还有从表面连接到掩埋接触的装置用于提供偏压。因此本发明解决了已有技术的问题。
本发明的一个重要目的是提供一种显示器，带有改进了的各显示单元的光发射。相应目的是提供特别适用于显示单元的场发射器件结构。另一相应目的是提供使从荧光粉发射的光更直接朝向显示器观察者的场发射显示器。还一相应目的是提供和已有横向发射型器件相比光发射面积占单元面积的更大部分的场发射显示单元结构。本发明的另一目的是提供一种金属化结构，使改进的横向发射场发射显示器件的其它特性和优点得以实现。特别是不使显示单元的荧光粉表面的任何部分变暗的阳极电接触结构。一个相应目的是提供阳极接触，它起将发射光反射到显示器观察者的镜面作用。另一目的是能提供改进性能的显示单元阳极结构，由此减少或消除荧光粉的库仑老化。另一特别目的是提供显示单元，该显示单元通过用一步金属化步骤来制成控制极，从而得到简化。本发明的根本目的是提供改进了的显示器，它仍然保持横向场发射器件的所有已知优点，：如极好的阴极边缘或尖；阴极与阳极间距离的精确控制(以降低工作电压和器件与器件间的偏差)、阴极与控制极距离的精确控制(以控制阴极与控制极的重叠，从而控制内电极电容，使所需偏压得到更精确控制)；控制极与阴极结构的自动对准、阳极结构与控制极和阴极的自对准；及改进了的布局密度。本发明的另一目的是保持横向反射场发射器件的已有优点，这对于集成结构的设计灵活性非常重要，该集成结构可以减少器件间的互联数目，由此降低成本并增加器件的可靠性和性能。本发明的另一重要目的是提供使用已有微电子制造技术和装置的工艺，制造集成横向场发射显示器件单元结构，生产成品率高，且能精确控制器件的尺寸和对准，重复性好。
在本发明的基本实施例中，提供了新型横向发射整流器件，其中按预定距离将荧光粉阳极置于发射极平面下，并用掩埋阳极接触连接。和其他已有技术中的横向发射器件一样，本发明的器件包括其厚度不大于几百埃的阴极，它平行于基片上表面延伸，并具有通过场发射来发射电子的边缘或尖。阳极按预定距离和阴极边缘或尖隔开，接收通过场发射从阴极边缘或尖发射的电子。对一定阳极间隔使用小的阴极边缘或尖，场发射器件可以在低电压下工作。在本发明的一个简单实施例中，阳极荧光粉上表面基本平行基片上表面。和以前的低压横向发射器件不同，当利用发射极的电子激发阴极发光时，大部分荧光粉阳极被激发发光，很容易被显示器的观察者看见。
整流器件可以构成为二极管，或构成为具有一个或多个控制极的三极管、四极管等，这些控制极可以通过加到控制极上的电信号来控制发射极到荧光粉的电流。提供改进了的金属化装置来向阴极、控制极(如果有)、和阳极加电压。和早期横向发射器件一样，阳极最好与发射极和控制极(如果有)自对准。在三极管构形中，发射极和控制极最好终止于同一平面，即基本垂直于基片上表面的平面，由此进行自对准。在三极管构形的具体简单实施例中，单个控制极置于发射边缘或尖的平面下的平面中。在另一实施例中，两个控制极元件一个置于发射边缘或尖上面、另一个置于下面。
在本发明的整流器件的所有构形中，阴极与阳极间的间隔和阳极上面的空间可以是真空，也可以包含气体。和一些已有横向发射器件一样，可以相对与支撑基片垂直设置(堆叠)多个隔开的阴极。此时，每个阴极在一端有一个边缘或尖以通过场发射来发射电子，所有阴极边缘或尖在同一方向基本对准。同样，每个器件中可以包括多个控制极。多个控制极可以堆叠设置，具体可以置于堆叠阴极之间。通过导电金属化层实现各电极的电连接，在不同实施例中，至少一些控制极电互联，和/或至少一些阴极部件电互联。在本发明的另一方案中，多个横向发射场发射器件可以集成为阵列以形成不同设置的显示结构，用已有互联方案使根据本发明制造的分立器件的荧光粉选择地发光。但是，根据本发明制造的分立场发射器件的新构形可以形成超越已有技术的新互联方案，以制备下面要详细说明的优选实施例中的阵列。一个这样的阵列有按第一方向延伸的长的平行阳极，并有沿面对各阳极两边缘的第二方向对准的发射边缘或尖，具有三极管结构和互联，使每个发射极边附近的光发射可以通过相应控制极来单独控制。
在另一方案中，本发明包括制造场发射显示器件的改进方法。在一基本实施例中，二极管器件的制造方法包括下面步骤：提供平面基片；在基片上表面设置第一金属层以形成掩埋阳极接触；在第一金属层上覆盖第一绝缘层；在第一绝缘层上设置超薄第二金属层，以形成发射层；提供穿通第二金属层和第一绝缘层的开口；在开口中放设置预定厚度的保形材料层；定向腐蚀保形材料层以在开口中形成间隔层；用荧光粉层至少部分地填充开口，使保形层的间隔层将荧光粉层与第二金属层精确地隔开，以形成从掩埋阳极层向发射层下面的平面延伸的荧光粉层；提供向掩埋阳极层和发射层加偏压的金属化层，应按合适的极性加偏压，并加足够的偏压，以便从超薄发射层向荧光粉层发射冷阴极电子。这里还将说明制造方法的各实施例，包括用导电基片代替绝缘基片，给多个集成场发射器件作公用阳极，由此使基片起掩埋阳极接触层的作用，并且使二极管或三极管结构不再需要在基片的上表面淀积第一金属层。
图1a-1c是已有技术中各种场发射微电子器件的示意图。
图2a、2b和2c是本发明制造的横向发射整流器件的示意图。
图3是本发明显示单元结构的剖面正视图。
图4是显示单元结构的优选实施例的平面图。
图5是具有一个以上控制极的显示单元结构的剖面正视图。
图6是显示单元阵列的实施例的平面图。
图7是图6阵列实施例的剖面正视图。
图8a和图8b是本发明制造工艺优选实施例的流程示意图。
图9a和图9b是图8a与8b中的制造工艺不同阶段的显示单元的一系列剖面图。
为了清楚说明本发明的优选实施例，有必要将本发明与已有技术各构形进行比较。图1a-1c是已有技术中各种场发射微电子器件的示意图。(这些图对应于Cronin等的美国专利5233263和5308439中的图19a-19c，将其元件用本说明书的术语表示。)在图1a-1c中，字母A代表阳极元件，E代表场发射阴极发射极，C代表控制极，O代表显示器的观察者的眼睛，表示观察显示的方向。图1a中，具有朝向观察者方向的发射点的称为“上发射”构形。图1b中，具有离开观察者方向的发射极，称为“下发射”构形。这里代表方向的“上”和“下”没有任何重力方向的内涵，仅为了图1c中表示方向的方便起见，对观察者的视线来说发射极为横向，称为横阴极构形，这和已有技术一样。
图2a、2b和2c是本发明的横向发射整流器件的示意图。和上面一样的符号代表相应的元件，但按新的构形排列。和图1c一样，图2a和2b中的发射极E是横向发射极，但图2a和2b中的阳极A设置在发射极E平面下面，电子可以从横向发射极E发射并通过电场吸引到阳极A，撞击阳极A的整个上表面或至少大部分上表面。而且，图2a和2b中的阳极A取向成使阳极A的上主表面基本和观察者O的视线垂直，同时保留横向发射极E的所有优点。图2a和2b的不同在于，和图1c类似，图2a的控制极C的元件基本对称排列，而图2b有一个新构形，在具有简单、制造成本低、容易用于场发射器件的横向发射结构等优点的对称结构中，单元件控制极C通常平行于横向发射极E设置。对于二极管结构，显然可以从图1a-1c的任一结构或从图2a和2b的任一结构中省略控制极C。这一结构示于图2c中。
在下面优选实施例的说明中，各图中相同符号表示相同或类似部件。应该注意各附图不是按比例画的。具体地，为了清楚起见，剖面的垂直比例被大大地放大了，且各薄膜的厚度也未按统一比例。图3是本发明制造的显示单元结构优选实施例的剖面正视图，图4是显示单元结构的优选实施例的平面图。
如图3所示，在平板起始基片20上形成显示单元结构，通常用10表示。平面硅晶片适于作起始基片，但起始基片也可以是玻璃、Al2O3(特别是兰宝石)、氮化硅等平板绝缘材料。如果起始基片20不是绝缘体，可以淀积氧化硅等绝缘材料薄膜30以形成绝缘基片。另外，在一些实施例中也可以用导电基片作公用阳极。如果起始基片20是绝缘体，就不需要单独的绝缘材料薄膜30，起始基片20的上表面就等同绝缘材料30的上表面。在任一情况下，绝缘材料30的上表面定义为参考平面40，通过它可以参照或测量结构中其他元件的位置。该结构还有发射极50和阳极60。发射极50是横向场发射阴极，下面要详细说明的超薄金属层置于参考平面40上一定距离的平面内。阳极60包括在掩埋阳极接触层90的上表面上的一层荧光粉80。掩埋阳极接触层90与阳极60欧姆接触，最好基本平行于参考平面40，让任一上表面、或下表面、或上下表面间的平面与参考平面40基本共面。在图3的优选实施例中，掩埋阳极接触层90凹进绝缘表面30中，其上表面基本与参考平面40共面。在形成掩埋阳极接触层90的优选工艺中(下面详细说明)，凹槽形成在绝缘表面30中，并用金属化层填充以形成阳极接触90。有时(如为了作为荧光粉80发射出的光的反射镜)，掩埋阳极接触层可以延伸到部分阳极60下面，如图3所示，或延伸到整个阳极60的下面。第一绝缘层100选择地置于掩埋阳极接触层90的平面与发射极50的平面之间，将掩埋阳极接触层90与电子发射极50绝缘。
发射极50有发射边或尖110，当显示单元结构以合适的偏压(阳极为正)工作时，电子通过场发射从其上发射。阳极60按第一预定横向距离与电子发射极的边或尖110横向隔开，并从掩埋阳极接触层90向上延伸到小于参考平面40与发射极50之间距离的高度。这使阳极60的上表面低于横向发射极50的平面。当显示单元结构用作显示功能时，阳极60包含荧光粉层80，并且它是荧光粉层80的上表面，荧光粉层80低于发射极50的平面。已发现在用相对薄的荧光粉薄膜作荧光粉层80时，通过降低或消除荧光粉的库仑老化而使阳极的性能得到改善。
如图3和图4所示，通过间隔200的宽度来决定发射边或尖110与阳极60之间的预定间隔距离。阴极与阳极之间的间隔200和阳极60上面的空间可以是真空也可以含有气体。下面说明制备包围间隔200的结构的工艺。
如图3和图4所示的显示单元结构还有连接到电子发射极50的导电接触120，以提供阴极接触。同样，导电接触130连接到掩埋阳极接触层90以提供阳极接触。通过插入不同绝缘层部分将这些导电接触120和130彼此隔开并绝缘。导电接触120和130用来给相应电极加偏压。显示单元结构还可以有常规接触焊盘(图中未示出)，连接到阳极和阴极导电接触作为外部电连接。显示单元可以有常规的绝缘钝化层，除了接触焊盘外选择性地覆盖单元上表面。
最好通过淀积具有低功函数的超薄导电薄膜来形成发射极50，用于电子发射，厚度最好为100-200埃。优选的发射材料为钛、钨、钛钨合金、钽或钼，也可以用其他导体如铝、金、银、铜、掺铜的铝、铂、钯、多晶硅等。一些应用中，如氧化锡或氧化铟锡(ITO)等透明薄膜导体特别有用。在这些应用中，甚至可以用基本上透明的材料制备整个器件。本发明的设计特别适合这种目的，其荧光粉层很薄以致基本透明。这一结构可以用来例如通过器件放大视场，将图象、图形或文字叠加到视场上。
在对图3和图4的显示单元结构的说明中，上述具有横向场发射阴极50和阳极60的器件适于二极管工作。这是形成在显示单元结构中的最简单的整流器件。为了由这种二极管结构形成三极管，在靠近发射极50和阳极60的区域设置导电控制极140以控制流到阳极60的电流。在图3和图4的优选实施例中，控制极140是置于参考平面40与其上形成发射极50的平面之间的平面中的金属薄膜，设置低于发射平面。控制极140最好直接制备在参考平面40上，并构图为与掩埋阳极接触90隔开，如图3和4所示。用发射极50和阳极60将控制极140与电接触绝缘。在显示单元结构中，它按预定距离与阳极60横向隔开。在制备显示单元结构的优选工艺中，控制极140与也按预定距离与阳极60横向隔开的发射边缘或尖110自对准。第一绝缘层100将控制极140与发射极50绝缘。第三导电接触160(与导电接触120和130隔开)连接到控制极140。当给发射极50和阳极60加偏压以从发射边缘或尖110向阳极60吸取电子时，而且当有合适的电信号加到控制极140上时，器件作为三极管工作。有足够的相对于发射极50的正压加到控制极140上，可以在发射极50的发射边或尖110上产生足够高的电场以产生场发射电流，使控制极140作为吸取电极工作。针对控制极设置的具体方案，上述三极管整流器件由于其构形中控制极平行于横向发射极，所以可以称为“对称控制极”器件或“横向控制极”器件。该三极管整流器件对应于图2b的示意图。为了清楚说明，图3剖面图中示出了按平行于发射极50方向延伸的控制极140。然而，优选设计示于图4的平面图中，其中控制极140基本垂直平面图中的发射极50而延伸，且平面图中控制极140的导电接触160不需要与发射极50的导电接触120对准。图4清楚表明，阳极60与发射极50和控制极140之间的空隙200，与发射极50和控制极140有一公用边，由此通过空隙200的形成，使后面各元件自动对准。
也可以制造图2a所示的显示单元结构，在垂直方向它有和横向发射极基本对称的控制极。图5示出的这种构形在发射极50上面并与之间隔地设有第二控制极元件170。绝缘层180将第二控制极170与发射极50绝缘。图5所示的控制极元件170在发射极50上并与之间隔，其间隔等于发射极50与控制极140之间的间隔，在一些实施例中这些几何对称构形可以改变为不等间隔，以补偿阳极60与发射极50的轴的垂直不对称关系。最简单的构形是两控制极140和170电公用。但是，与两控制极的几何对称一样，在一些实施例中也可以在控制元件140和170上加分别的电控制信号。这样，即使控制极几何地对称设置，也会简化图5结构的制造工艺，控制极140和170的分别电控制也可以用来调节发射极/阳极几何对称。重复图3和图4的实施例与图5所示的实施例之间的关系，图3和图4的实施例和图5的实施例相比，只是省略了第二控制极170。同样，图3和图5的三极管构形与对应的二极管构形(未示出)间的关系为二极管构形省略了两控制极140和170。这样，通过包括或省略具体元件可以用同样的基本横向发射显示单元结构来制备不同功能的器件。
尽管上面按用于场发射显示器的构形说明显示单元结构，同样的结构经过小的改动可以简单作为开关功能或放大功能用的二极管和三极管。对于本领域的技术人员来说很显然，这里说明的有荧光粉阳极的相同二极管和三极管结构也可以用没有荧光粉层的导电材料阳极来制备，以简单地实现同一整个显示装置电路中的二极管和/三极管的功能。制备工艺的细节可能不同，以适于不同的阳极材料，有时只省略荧光粉淀积或将不加荧光粉的器件掩盖住。应该认识到，阳极通常在平行于电子从阴极发射的方向上延伸的这种构形和已有技术中阳极垂直发射方向的构形相比会在电子渡越时间内有一些附加发散。但是对于很小尺寸的阳极来说不希望这种效应很严重，希望本发明的显示单元结构在阳极为小尺寸方面发现最大效用。在这些应用中，工作速度取决于内电极电容。
对于一些应用，有时希望阳极60的顶部高于发射平面，和绝缘层180的上表面一样高，或更高。这样的构形保持了掩埋阳极接触90的优点。如果阳极60是非荧光粉导体制备，则场发射器件可以用于上述非光发射二极管、三极管、四极管等。采用较高阳极设计，可以基本消除上述电子渡越时间发散效应。
应该注意到，如图3和图5所示的实施例，发射极50有朝向阳极60的发射边。发射边包括发射极边缘或尖110，它具有很小的曲率半径(较好小于0.05微米，更好小于0.01微米)以实现低偏压场发射。因为发射极50是通过淀积仅几百埃厚的超薄层来制备的，所以曲率半径自然很小。在已有技术中都知道，发射极尖曲率半径取决于很多因素，包括发射极材料的功函数、需要的偏压和电流、场发射器件的物理尺寸。同样，控制极140和/或170都有朝向阳极60的边缘。希望场发射器件在这些边缘有均匀、可重复的、按预定尺寸精确地制备的间隔(发射极到阳极、发射极到控制极、控制极到阳极)。对本发明的器件，这些特性通过使用标准半导体微电子制备技术(下面详述)和装置，并利用显示单元结构的自对准特性来实现。横向阴极场发射微电子器件的已知特性将用于本发明的具体的新单元结构。发射极边缘或尖110到阳极60、和控制极140(和/或170)的边缘到阳极60的横向预定距离基本相同，发射极边缘或尖110基本垂直对准控制极140(和/或170)的边缘，以制备图3和图5的优选器件单元结构。
图6是显示单元阵列的优选实施例的平面图。图7是图6阵列实施例的剖面正视图。图6的阵列具有按新的方式排列本发明的场发射器件。为了清楚起见，图6中仅示出了几个场发射器件。显然，同样的互联可以在X和Y方向无限重复。在图6中，阳极60垂直延伸跨越很多横向发射极50的水平行。控制极140的列垂直延伸(平行于阳极)跨越横向发射极50的相同水平行。在一给定水平行中，两个横向发射极50可以将电流送到每个阳极，发射极在阳极边缘(在图6中垂直)上。图7的剖面图中更清楚，一行横向发射极借助通过发射接触720连接到各发射极50的掩埋发射接触面710互联。可以用两个独立的控制极140来控制相同的两个横向发射极。这样阳极60的两边缘在发射极行的穿过处可以独立寻址。这和二极管阵列构形(和图6类似，但省略控制极140)不同。在二极管阵列构形中，同一阳极两侧被激发而发光。从发射极边缘发射的电子在阳极60上激发阴极发光，图6用数字610、620、630、640来表示这些发光位置(象素)，并按图6的具体尺寸排列，作为矩形的角。
图6没有示出具体的优选设置，优选设置中两个连续发射极行之间的间距和电极60的宽度相同，且两个相邻阳极60按等于阳极宽度的距离隔开。由于每个阳极60的两边缘按阳极宽度隔开，这样就形成了在垂直和水平方向等间距的发光象素规则方形阵列在此优选设置中，象素610、620、630、640形成一个方形。
图6阵列中每个象素都独立寻址。在所示的三极管阵列中，可以通过选择发射极行和控制极列来控制每个象素。在二极管阵列中，可以通过转换行的发射极偏压和列的阳极偏压来对象素寻址，每个地址照明两水平相邻象素。
图8a和8b一起表示本发明的制造工艺的优选实施例的流程图，用S1等表示各步骤。图9a和图9b是图8a与8b中的制造工艺不同阶段的显示单元的一系列剖面图。图9a和9b中的每个剖面表示该工艺步骤的结果，这些剖面由其旁边的符号表示(通过与图5比较，图9a和9b的剖面图中的各元件的同一性和功能将是显而易见的)。所示的详细工艺为有两个控制极的三极管(或四极管)的工艺。本领域的技术人员明白，通过省略图中所示的一些步骤，可以用类似的工艺来制备一个控制极的三极管、或没有控制极的二极管。首先参照详尽工艺中的相应工艺步骤(用S1等表示)，来说明简单二极管器件结构制造工艺的全面概况，接着详细说明复杂器件的工艺。结构元件的参考数字对应于图3-7中的相应元件。表1中列出了S1-S19所表示的步骤。
制备场发射器件的整个方法包括下面步骤：提供基片(步骤S1)；淀积预定厚度的绝缘层(步骤S7)；淀积仅几百埃厚的金属层(步骤S8)，使它平行基片上表面延伸以形成发射层；提供穿通绝缘层和发射层的开口(步骤S14)，由此形成发射极金属层的发射边缘；仅在步骤S14提供的开口侧壁上淀积预定厚度的保形材料层，以制备间隔层(步骤S15和S16)；用荧光粉层至少部分填充开口(步骤S17)，使保形层将荧光粉层与第一金属层的边缘隔开，这里保形层的预定厚度等于发射层的发射边缘与荧光粉层的所需空间间距，并使荧光粉层的厚度小于步骤S7淀积的绝缘层的厚度；提供给发射层和荧光粉层加偏压，以便足以产生从发射边缘到荧光粉层的电子冷阴极发射电流。S1   提供基片S2   淀积绝缘层S3   构图并腐蚀凹槽S4   在凹槽中淀积金属以形成掩埋阳极接触S5   平面化S6   淀积并构图控制极层(如果有)S7   淀积绝缘层S8   淀积并构图发射层S9   在发射层上淀积绝缘层S10  淀积并构图控制极层(如果有)S11  淀积绝缘层并平面化S12  给发射极、控制极(如果有)和阳极接触开接触孔S13  淀积金属接触并平面化S14  提供下至掩埋阳极接触的开口S15  在开口中淀积预定厚度的保形材料S16  定向腐蚀以定义侧壁间隔S17  在开口里将荧光粉淀积到掩埋阳极接触上，
 直到低于发射层的平面为止S18  去除保形材料间隔层S19  提供加合适偏压和信号电压的装置
 表1    制造工艺步骤
为了制备有两个控制极的三极管器件，进行图8a，8b，9a和9b所示的全部工艺。提供基片20(步骤S1)，它可以是硅片。在基片上淀积绝缘层30(步骤S2)。这可以例如在硅基片上生长约一微米厚的氧化硅膜来完成。在绝缘层表面上限定淀积导电材料的图形。在优选工艺中，在绝缘层表面限定并腐蚀凹槽图形(步骤S3)。在步骤S4中，在凹槽中淀积金属以形成掩埋阳极接触90，然后平面化(步骤S5)。这里称为金属淀积，在步骤4中淀积的导电材料可以是例如铝、钨、钛等金属，也可以是例如氧化锡、氧化铟锡等透明导体。(对于基片上所有器件用公用阳极的应用，基片可以是导电的，并起掩埋阳极接触的作用。对于这些应用，步骤S1和S3到S5可以省略，如果有控制极则需要步骤S2来绝缘控制极。)如果器件结构中引入了控制极140，在平面化的绝缘表面上淀积并构图导电材料(步骤S6)，和步骤S4淀积的掩埋阳极接触材料隔开。(和掩埋阳极接触层90一样，可以在凹槽图形中淀积控制极140并平面化。)淀积另一绝缘层100(步骤S7)。例如可以用化学汽相淀积来淀积约0.5到2微米厚的氧化硅。淀积合适低功函数的超薄导电材料层以形成发射层50，并构图(步骤S8)。优选的发射极材料为钛、钨、钛钨合金、钽、或钼，但也可以用其他导体，如铝、金、银、铜、掺铜的铝、铂、钯、多晶硅等，或如氧化锡或氧化铟锡(ITO)等透明薄膜导体。控制在第S8步骤淀积的发射层，形成厚度约为100-200埃的薄膜，以在最终结构中有发射边缘或尖，其曲率半径较好小于0.05微米，最好小于0.01微米。在发射层上淀积绝缘层180(步骤S9)。这也可以利用化学汽相淀积形成约0.5到2微米的氧化硅。如果有两个控制极并需要相对于发射层50的平面对称，则绝缘层180应该和绝缘层100有相同的厚度。如果引入第二控制极170，则淀积导电材料并构图形成控制极170(步骤S10)，如果需要，淀积绝缘层并构图(步骤S11)。(和掩埋阳极接触层90一样，可以在凹槽图形内淀积控制极170并平面化。)
下面根据图8b和图9b接着说明制造工艺，图中示出了其余的制造步骤和对应的器件剖面图。在步骤S12中，从上表面开接触孔，穿过绝缘层直到发射层50、到一个或两个控制极层140和/或170(如果有)、到掩埋阳极接触层90。在步骤S13中，用常规工艺将导电材料填充到这些接触孔中，以形成向上延伸到上表面的导电柱120、130和160。在步骤S14中，给掩埋阳极接触层90提供开口。构图该开口以限定阳极60和间隔200的空间，图形至少与部分发射层50(若有，和控制极140与170)相交，以定义发射层50的发射边缘110(若有，层140的边缘190，和层170的相应边缘)。用常规定向腐蚀工艺，如反应离子刻蚀，在半导体制造中有时称为“沟槽腐蚀”，来完成该步骤。在步骤S15中，淀积预定厚度的保形材料层。该材料可以是几种保形材料中的任意一种，如聚对亚苯基二甲基。在步骤S16中，进行定向腐蚀去除S14中制备的开口侧壁上的保形材料之外的保形材料。这样就在开口的侧壁上留下预定厚度的间隔层。优选的间隔层厚度为0.1到0.4微米。最好的间隔层尺寸取决于很多因素，如发射极功函数、发射极边缘曲率半径、所需要工作偏压范围。在完成的场发射器件结构中，该间隔层决定了隔开场发射极边缘110与阳极荧光粉60的预定间隔宽度。在步骤S17中，在开口里把荧光粉60淀积到掩埋阳极接触层90上，直到低于发射层50的高度为止，并去除(如通过抛光)开口中的多余的荧光粉。合适的荧光粉包括氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)和其他化合物，这里主要荧光粉后的冒号后面为掺杂剂，ZnO：Z、SnO2：Eu、ZnGa2O4：Mn、La2O2S：Tb、Y2O2S：Eu、LaOBr：Tb、ZnS：Zn+In2O3、ZnS：Cu，Al+In2O3、(ZnCd)S：Ag+In2O3、和ZnS：Mn+In2O3。在这些荧光粉中，加号(+)表示混合物。
在步骤S18，用常规等离子刻蚀去除保形层材料，留下前面所述发射边缘110和荧光粉60之间的间隔200中的预定空隙。在步骤S19中，提供加合适偏压和合适信号电压(对引入控制极的器件)的装置。这些装置可以包括例如选择地提供于器件上表面上用以与接触120、130和160电连接的接触焊盘，也可选用引线键合，用来载带自动键合、倒装或C4键合的装置等。在器件使用中，当然必须用常规电源和信号源以提供合适的偏压和控制信号。包括提供足够大小的电压和正确的极性(阳极正)，以产生从发射边缘110到阳极荧光粉60和阳极掩埋接触90的冷阴极场发射电子电流。如果需要，除需要形成电接触的导电柱和/或接触焊盘的区域外，可以在器件的顶部加钝化层。
本领域技术人员明白，可以在同一基片上对多个场发射器件同时进行上述制造工艺的每一步来制备场发射显示单元结构的阵列，同时提供图6和图7所示阵列结构的互联或类似互联。根据本发明制造的场发射器件的集成阵列具有这里说明的器件，且按单元排列，每个单元包括至少一个发射极和至少一个阳极。按行和列排列单元，例如阳极按列互联，而发射极按行互联。
如果希望场发射单元在间隔200中为真空或低压惰性气体时工作，需要将该间隔或腔体包围起来。可以用1989年9月第305期“Research Disclosure”的第30510“适于集成电路器件尺寸和工艺的离子气体器件”中描述的类似工艺来进行该包围工艺。可以通过腐蚀一小辅助开口来开始该工艺，该开口连接到步骤S14提供的开口，但不比那个开口更深(即不超过掩埋阳极接触层90的深度)。该辅助开口可以在与发射边缘区域隔开的腔体部分中制备。可以用牺牲有机材料如聚对亚苯基二甲基来临时填充主腔体开口和连接辅助开口，然后平面化。在包括牺牲材料的整个器件表面上淀积无机绝缘层，以包围腔体。仅在辅助开口上用反应离子刻蚀在无机绝缘层中开孔。用能穿透该孔的等离子腐蚀，如氧等离子刻蚀，从腔体中去除牺牲有机材料。然后抽空器件周围的气体以抽空腔体。如果需要惰性气体，然后在所需压力下引入该气体。然后溅射淀积无机绝缘层，直接填充该孔和辅助开口，以将孔堵住。堵住孔的无机绝缘层密封住腔体，保持其内为真空或所加的惰性气体。图8a，8b，9a和9b未示出制备真空或气体气氛的工艺。
本发明的场发射显示单元结构和制备工艺有很多不同用途，特别是在制造高清晰度图象显示、文字显示或图形信息显示等的平板显示器方面。可以期望本发明的平板显示器可以替代任何已有的显示器，包括液晶显示器，因为它们制备简单、成本低、功耗低、亮度高、和改善视角范围。根据本发明制造的显示器还可以用在仿真系统的显示器等新用途中。在用基本透明的基片和薄膜的实施例中，引入本发明结构的显示器对改进逼真显示很有用处。
通过这里公开的本发明的说明书或实施，本发明有适于不同用途和条件的本发明的其他实施例对于本领域的技术人员来说是显而易见的。对一个实施例，可以在公开的结构中加入附加电极，如帘栅电极，以实现和帘栅类似的功能，也可以加其他电极，如用于真空管技术中已知的四极管、五极管等的电极。对另一例子，荧光粉和/或阳极的上表面可以为非平面，以变化电场的形状和/或优化荧光粉的发光均匀性。对再一例子，显示单元可以用有不同光发射颜色的多个阳极荧光粉来制备，以实现彩色显示。对RGB显示器可以有红、绿、兰荧光粉。另外，不同制备工艺步骤的顺序可以不同以达到不同的目的，对制备简单结构，有些工艺步骤可以省略。应该注意，本说明书和例子仅仅是示例性，本发明的范围和精神由下面的权利要求书限定。

Claims (58)

1.一种用冷阴极场发射电子源的整流器件，包括：
a)基片，其上表面定义为第一平面；
b)具有上下主表面的掩埋阳极接触层，所述上下主表面之一与所述第一平面接触；
c)置于与所述第一平面隔开的第二平面上的场发射电子发射极；
d)置于所述第一和第二平面之间以绝缘所述掩埋阳极接触层与所述电子发射极的第一绝缘层；
e)阳极，它按第一预定横向距离与所述电子发射极隔开，并从所述掩埋阳极接触层向上延伸到其高度小于所述第一和第二平面之间的距离为止；
f)连接到所述电子发射极以提供阴极接触的第一导电接触；
g)与所述第一导电接触隔开并连接到所述掩埋阳极接触层，以提供阳极接触的第二导电接触，为此所述器件可以加偏压；及
h)加所述偏压的装置。
2.如权利要求1的整流器件，还包括：
j)导电控制极，它与所述阳极隔开第二预定横向距离，并置于与所述第一和第二平面隔开的第三平面中；
k)第二绝缘层，它置于所述第二和第三平面之间以绝缘所述控制极与所述电子发射极；
l)第三导电接触，它与所述第一和第二导电接触隔开并连接到所述控制极；及
m)给所述第三导电接触提供控制信号的装置，由此所述器件可用作为三极管控制。
3.如权利要求1的整流器件，其特征为：所述整流器件有上表面，且所述第一和第二导电接触向上延伸到所述器件的上表面。
4.如权利要求2的整流器件，其特征为：所述整流器件有上表面，且所述第三导电接触向上延伸到所述器件的上表面。
5.如权利要求2的整流器件，其特征为：所述第三平面置于所述第一和第二平面之间。
6.如权利要求2的整流器件，其特征为：所述场发射电子发射极有朝向所述阳极的发射边缘，所述控制极有朝向所述阳极的控制极边缘，所述第二预定横向距离与所述第一预定横向距离相等，所述发射边缘与所述控制极边缘对准。
7.如权利要求1的整流器件，其特征为：所述阳极包括一导体，由此所述器件可以偏置以实现二极管功能。
8.如权利要求1的整流器件，其特征为：所述阳极包括荧光粉，由此所述器件可以偏置以实现二极管功能，且所述阳极可以受激发光。
9.如权利要求2的整流器件，其特征为：所述阳极包括一导体，由此所述器件可以偏置以实现三极管功能。
10.如权利要求2的整流器件，其特征为：所述阳极包括荧光粉，由此所述器件可以偏置以实现三极管功能，且所述阳极可以受激发光。
11.一种用冷阴极场发射电子源的二极管器件，包括：
a)绝缘基片，其上主表面有制备阳极接触的凹槽；
b)第一阳极导体，它基本填充所述凹槽，所述第一阳极导体的上表面基本与所述基片的上主表面共面以形成所述阳极接触；
c)第二导体，它选择地置于所述阳极接触上以形成具有预定厚度和上表面的阳极柱；
d)第二绝缘层，它覆盖所述绝缘基片并有与所述阳极柱上表面基本共面的第二绝缘表面；
e)选择地置于所述第二绝缘表面上并构图的导电发射层，所述导电发射层有发射边缘，且有与所述发射边缘隔开的发射接触部分；
f)选择地覆盖所述导电发射层的第三绝缘层，它具有第三绝缘上表面；
g)有侧壁的沟槽，它从所述第三绝缘上表面开始，穿过所述第三绝缘层、所述导电发射层、所述第二绝缘层，所下延伸到达所述阳极导体上表面，且所述沟槽有与所述发射边缘垂直对准的侧壁；
h)置于所述沟槽内并与所述沟槽侧壁隔开预定横向距离的阳极，所述阳极从所述阳极接触向上垂直延伸到达低于所述发射边缘的高度；
j)第三金属导体，它选择地并分开地覆盖所述阳极柱的上表面和所述发射接触部分，并穿过所述第三绝缘层向上延伸，以提供分开的导电发射极，阳极接触与所述第三绝缘上表面基本共面；
由此，相对所述发射极，阳极可以正偏，以实现二极管功能。
12.一种用单元矩阵阵列型冷阴极场发射电子源的的三极管器件，每个单元包括：
a)绝缘基片，其上主表面有制备阳极接触的凹槽；
b)第一金属阳极导体，它基本填充所述凹槽，所述第一金属阳极导体的上表面基本与所述基片的上主表面共面以形成所述阳极接触；
c)第二金属导体，它选择地置于所述绝缘基片上以形成具有预定厚度、电极上主表面、和控制极边缘的控制极，并选择地置于所述阳极接触上以形成有预定厚度和上表面的阳极柱；
d)第二绝缘层，它覆盖所述电极上主表面和所述绝缘基片，并有与所述阳极柱上表面基本共面的第二绝缘表面；
e)选择地置于所述第二绝缘表面并构图的导电发射层，所述导电发射层有与所述控制极边缘垂直对准的发射边缘，并有与所述发射边缘隔开的发射接触部分；
f)选择地覆盖所述发射层的第三绝缘层，它具有第三绝缘上表面；
g)有侧壁的沟槽，它从所述第三绝缘上表面开始，穿过所述第三绝缘层、所述导电发射层、所述第二绝缘层和所述控制极层，向下延伸到达所述阳极导体上表面，且所述沟槽有与所述发射边缘和所述控制极边缘垂直对准的侧壁；
h)置于所述沟槽内并与所述沟槽侧壁隔开预定横向距离的阳极，所述阳极从所述阳极接触向上垂直延伸到达高于所述控制极边缘但低于所述发射边缘的高度；及
j)第三导电层，它选择地并分开地覆盖所述阳极柱的上表面和所述发射极接触部分和所述控制极，并穿过所述第三绝缘层向上延伸，以提供分开的导电发射极、控制极，阳极接触与所述第三绝缘层上表面基本共面；
由此，相对所述发射极，阳极可以正偏，所述控制极可以加不同的电压以实现三极管功能。
13.如权利要求11的二极管器件，其特征为：所述阳极包括一导体，由此所述器件可以偏置以实现二极管功能。
14.如权利要求11的二极管器件，其特征为：所述阳极包括荧光粉，由此所述器件可以偏置以实现二极管功能，且所述荧光粉可以受激发光。
15.如权利要求12的三极管器件，其特征为：所述阳极包括一导体，由此所述器件可以实现通过加到所述控制极的信号控制的三极管的功能。
16.如权利要求12的三极管器件，其特征为：所述阳极包括荧光粉，所述器件可以实现三极管的功能，且所述荧光粉可以受激发光，通过加到所述控制极的信号对所述器件进行控制。
17.如权利要求1的器件，还包括：
a)连接到所述第一和第二导电接触用作外部电连接的接触焊盘；
b)选择性覆盖除所述接触焊盘之外的所述单元上表面的绝缘钝化层。
18.如权利要求2的器件，还包括：
a)连接到所述第一、第二和第三导电接触用作外部电连接的接触焊盘；
b)选择性覆盖除所述接触焊盘之外的所述单元上表面的绝缘钝化层。
19.如权利要求11的器件，还包括：
a)连接到所述发射极和阳极接触用作外部电连接的接触焊盘；
b)选择性覆盖除所述接触焊盘之外的所述单元上表面的绝缘钝化层。
20.如权利要求12的器件，还包括：
a)连接到所述发射极、阳极、和控制极接触用作外部电连接的接触焊盘；
b)选择性覆盖除所述接触焊盘之外的所述单元上表面的绝缘钝化层。
21.如权利要求1的器件，其特征为：所述场发射电子发射极仅有几百埃的厚度。
22.如权利要求1的器件，其特征为：所述场发射电子发射极有100到300埃的厚度。
23.如权利要求1的器件，其特征为：所述第一预定横向距离在0.1到0.5微米之间。
24.如权利要求2的器件，其特征为：所述第一预定横向距离和所述第二预定横向距离每个都在0.1到0.5微米之间。
25.如权利要求8的器件，其特征为：所述荧光粉包括选自下面的材料：ZnO：Z，SnO2：Eu，ZnGa2O4：Mn，La2O2S：Tb，Y2O2S：Eu，LaOBr：Tb，ZnS：Zn+In2O3，ZnS：Cu，Al+In2O3，(ZnCd)S：Ag+In2O3和ZnS：Mn+In2O3。
26.如权利要求10的器件，其特征为：所述荧光粉包括选自下面的材料：ZnO：Z，SnO2：Eu，ZnGa2O4：Mn，La2O2S：Tb，Y2O2S：Eu，LaOBr：Tb，ZnS：Zn+In2O3，ZnS：Cu，Al+In2O3，(ZnCd)S：Ag+In2O3和ZnS：Mn+In2O3。
27.如权利要求8的器件，其特征为：所述荧光粉包括多个有不同颜色阴极发光的荧光材料。
28.如权利要求10的器件，其特征为：所述荧光粉包括多个有不同颜色阴极发光的荧光材料。
29.如权利要求8的器件，其特征为：所述荧光粉包括分别有红、绿、兰光谱部分的阴极发光的荧光材料。
30.如权利要求10的器件，其特征为：所述荧光粉包括分别有红、绿、兰光谱部分的阴极发光的荧光材料。
31.如权利要求1的器件，其特征为：所述基片、阳极接触层、电子发射极、第一绝缘层、阳极、第一和第二导电接触还包括基本透明的材料，由此整个器件为透明。
32.如权利要求2的器件，其特征为：所述导电控制极、第二绝缘层、第三导电接触每个还包括基本透明的材料，由此整个器件为透明。
33.如权利要求1的场发射器件的集成阵列中的每一个，其特征为：所述器件按单元排列，每个单元包括至少一个发射极和至少一个阳极，所述单元沿第一和第二方向排列，至少有一些阳极在所述第一方向互连，至少有一些发射极在所述第二方向互连。
34.如权利要求2的场发射器件的集成阵列中的每一个，其特征为：所述器件按单元排列，每个单元包括至少一个发射极和至少一个阳极，所述单元沿第一和第二方向排列，至少有一些阳极在所述第一方向互连，至少有一些发射极在所述第二方向互连。
35.如权利要求33的场发射器件的集成阵列，其特征为：设置每个第二方向的两发射极边缘使它们向每个阳极发射电子流。
36.如权利要求34的场发射器件的集成阵列，其特征为：设置每个第二方向的两发射极边缘使它们向每个阳极发射电子流。
37.如权利要求33的场发射器件的集成阵列，其特征为：每个单元还包括三个独立的阳极，每个所述独立阳极还包括有选自红、绿、兰三颜色的阴极发光的荧光粉。
38.如权利要求34的场发射器件的集成阵列，其特征为：每个单元还包括三个独立的阳极，每个所述独立阳极还包括有选自红、绿、兰三颜色的阴极发光的荧光粉。
39.一种制造场发射器件的方法，包括下面步骤：
(a)提供基片；
(b)在所述基片上设置第一绝缘层，所述第一绝缘层有预定厚度；
(c)在所述基片的上表面设置仅几百埃厚的第一导电层，所述第一导电层设置成平行于所述基片上表面延伸；
(d)提供通过所述第一绝缘层和所述第一导电层的开口，由此形成所述第一导电层的边缘；
(e)在步骤(d)提供的所述开口的侧壁上设置保形材料层，所述保形层有预定厚度；
(f)用荧光粉层填充至少部分开口，使所述保形层将所述荧光粉层与所述第一导电层的所述边缘隔开，所述预定保形层厚度等于所述第一导电层的所述边缘与所述荧光粉层之间所要求的空间距离，所述荧光粉层的厚度小于步骤(b)中所设置的所述第一绝缘层的预定厚度；
(g)提供给所述第一导电层和所述荧光粉层加偏压的装置，要加的偏压足以产生从所述第一导电层的所述边缘到所述荧光粉层的电子冷阴极发射电流。
40.如权利要求39的制备场发射器件的方法，还包括从所述第一导电层和所述荧光层之间去除所述保形层的步骤。
41.如权利要求39的制备场发射器件的方法，其特征为：所述提供基片的步骤(a)还包括提供导电基片。
42.如权利要求41的制备场发射器件的方法，其特征为：所述提供加偏压装置的步骤(g)还包括提供给所述导电基片加偏压的装置。
43.如权利要求39的制备场发射器件的方法，其特征为：所述提供基片的步骤(a)还包括下面步骤：
提供绝缘基片，和
在所述绝缘基片上设置第二导电层。
44.如权利要求43的制备场发射器件的方法，其特征为：所述提供加偏压装置的步骤(g)还包括提供给所述第二导电层加偏压的装置的步骤。
45.如权利要求43的制备场发射器件的方法，其特征为：所述第二导电层设置的步骤还包括构图所述第二导电层以形成掩埋导电阳极。
46.如权利要求43的制备场发射器件的方法，还包括下面步骤：
构图所述绝缘基片并选择性腐蚀所述绝缘基片以便为所述第二导电层形成开口，及
在所述绝缘基片的所述腐蚀开口中设置所述第二导电层，以形成掩埋导电阳极层。
47.如权利要求39的制备场发射器件的方法，还包括下面步骤：
设置与所述第一导电层隔开的第三导电层，
提供给所述第三导电层加电信号的装置，要加的所述电信号足以控制所述电子电流。
48.如权利要求47的制备场发射器件的方法，其特征为：在所述第一绝缘层设置步骤(b)之前，设置所述第三导电层。
49.如权利要求47的制备场发射器件的方法，还包括下面步骤：
在所述第一导电层上设置第二绝缘层，其中，在所述第一导电层设置步骤(c)之后，进行所述第三导电层设置步骤。
50.如权利要求39的制备场发射器件的方法，还包括下面步骤：
在所述第一绝缘层设置步骤(b)之前，设置与所述第一导电层隔开的第三导电层，
在所述第一导电层上设置第二绝缘层，
在所述第二绝缘层上设置第四导电层，
在所述第一导电层设置步骤(c)之后，设置所述第二绝缘层和所述第四导电层，
提供给所述第三导电层和所述第四导电层加电信号的装置，要加的所述电信号的每个都足以控制所述电子电流。
51.如权利要求50的制备场发射器件的方法，其特征为：所述加电信号装置提供步骤包括：提供给所述第三和第四导电层加公用电信号的装置，以使所述第三和第四导电层一起作为单个控制极。
52.如权利要求50的制备场发射器件的方法，其特征为：所述第四导电层设置步骤包括设置透明导电层。
53.一种制造场发射器件的方法，包括下面步骤：
(a)提供绝缘基片；
(b)在所述绝缘基片上设置第一导电层；
(c)在所述基片上设置第一绝缘层，所述第一绝缘层有预定厚度；
(d)在所述基片的上表面设置仅几百埃厚的第二导电层，所述第二导电层设置成平行于所述绝缘基片上表面延伸；
(e)提供通过所述第一绝缘层和所述第二导电层的开口，由此形成所述第二导电层的边缘；
(f)仅在步骤(e)提供的所述开口的侧壁上设置保形材料层，所述保形层有预定厚度；
(g)用第三导电层填充至少部分所述开口，使所述第三导电层与所述第一导电层电接触，并使所述保形层将所述第三导电层与所述第二导电层的所述边缘隔开，所述预定的保形层厚度等于所述第二导电层的所述边缘与所述第三导电层之间所要求的空间距离；
(h)提供给所述第二导电层和所述第一导电层加偏压的装置，要加的偏压足以产生从所述第二导电层的所述边缘到所述第三导电层的电子冷阴极发射电流。
54.如权利要求53的制备场发射器件的方法，还包括从所述第二导电层和所述第三导电层之间去除所述保形层的步骤。
55.如权利要求53的制备场发射器件的方法，还包括下面步骤：
平行于所述第二导电层设置第二绝缘层；
设置第四导电层，以便通过插入绝缘层让所述第四导电层与所述第二导电层隔开；
在进行所述开口的步骤(e)的同时，提供穿过所述第二绝缘层与所述第四导电层的所述开口，由此在所述第四导电层上形成边缘；
提供给所述第四导电层加电信号的装置，要加的所述电信号足以控制所述电子流。
56.一种制造场发射器件的方法，包括下面步骤：
(a)提供平板基片；
(b)在所述平板基片上设置绝缘层，以形成有上表面的第一绝缘层；
(c)构图所述第一绝缘层并腐蚀所述第一绝缘层，以形成导电材料的第一开口；
(d)在所述第一开口中设置所述导电材料以形成掩埋阳极接触层；
(e)在所述第一绝缘层的上表面选择设置导电层，并与所述掩埋阳极接触层隔开，以形成控制极层；
(f)设置绝缘层，以在所述控制极层上形成第二绝缘层；
(g)在所述第二绝缘层上设置仅几百埃厚的第一导电层，以形成薄发射层；
(h)在所述薄发射层上设置第三绝缘层；
(i)提供穿过所述第三绝缘层、所述薄发射层、所述第二绝缘层、和所述控制极层的开口，由此在所述掩埋阳极接触层的上表面上提供开口的同时，形成所述薄发射层的发射边和所述控制极层的控制极边；
(j)仅在所述开口的侧壁上设置保形材料层，所述保形层有预定厚度以形成间隔层；
(k)在步骤(i)提供的开口中将荧光粉层设置在所述掩埋阳极接触层上，所述荧光粉层的预定厚度小于所述掩埋阳极层的上表面到所述薄发射层的底表面的距离；
(l)从所述发射边和所述荧光粉层之间去除所述保形层；
(m)提供给所述发射层和所述掩埋阳极接触层加偏压的装置，要加的所述偏压足以产生从所述发射边到所述荧光粉层的电子冷阴极发射电流。
(n)提供给所述控制极层加信号电压的装置，要加的电信号足以控制所述电子流。
57.如权利要求56的制备场发射器件的方法，还包括下面步骤：
(o)在所述第三绝缘层上设置导电层，以形成第二控制极层；
(p)在进行所述提供开口的步骤(i)的同时，提供穿过所述第二控制极层的开口；
进行所述步骤(o)和(p)以形成第二控制极层，该第二控制极层有与上述所述发射边缘对准的第二控制极边；
(q)提供给所述第二控制极层加信号电压的装置，要加的电信号足以控制所述电子流。
58.如权利要求56的制备场发射器件的方法，其特征为：所述保形层设置步骤(j)还包括下面步骤：
在所述开口内淀积保形层，
直接腐蚀所述保形覆盖层，直到仅在所述开口的所述侧壁上留下所述保形覆盖层且到达预定厚度为止。
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