CN1495822A - 电子发射元件 - Google Patents

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Abstract

根据本发明所述的一种电子发射元件，包括：基板、以及由金刚石制成的并从该基板突出的多个凸起。每个凸起包括柱形部分，所述柱形部分的侧面相对于基板表面倾斜大约90度，而且设置在具有末端部分的柱形部分上。导电层设置在每一柱形部分的上部，而且与导电层电连接的阴极薄膜形成在柱形部分的侧面。

Description

电子发射元件
技术领域
本发明涉及由金刚石制成的电子发射元件。
背景技术
在日本专利申请公开平2001-266736中公开了一种传统的电子发射元件，其中在呈四棱锥形的金刚石凸起周围设有金属层。
发明内容
但是，根据上述现有技术，把来自于阴极薄膜的电子提供到电子发射部分，其效率很不理想。
针对这种问题，本发明的目的就是提供一种电子发射元件，其可将来自于阴极薄膜的电子有效地提供到电子发射部分。
本发明所述的电子发射元件的特征在于，包括：基板、以及由金刚石制成的、从基板突出的多个凸起，其中，每个凸起包括：具有尖部的末端部分，所述末端部分设置在凸起的顶端；以及柱形部分，所述柱形部分的侧面相对于基板表面向上延伸，而且位于所述末端部分的下部；其中，凸起的每个柱形部分的侧面设有阴极薄膜，所述阴极薄膜与包括在凸起中的导电层电连接。
由于形成在柱形部分(可以是想象得到的诸如圆柱、棱柱、截锥形或者棱锥之类的各种柱状形)侧面上的阴极薄膜也可以相对于基板表面向上延伸，因此可把阴极薄膜中的自由电子沿电场方向吸引到末端部分。于是，可把电子从阴极薄膜提供到凸起的靠近电子发射点(末端部分的尖部或者多个针尖部件)的部分。因此，可有效地将来自于阴极薄膜的电子提供到电子发射点。
对于本发明所述的电子发射元件来说，由基板表面和柱形部分的侧面形成的角度基本上为直角。
当阴极薄膜在相对于基板表面成基本上直角的方向上延伸，即基本上平行于电场的方向，可获得把自由电子吸引到末端部分的最显著的效果。
对于本发明所述的电子发射元件来说，最好是，阴极薄膜覆盖住凸起和基板表面，而且覆盖基板表面的面积大于覆盖凸起的面积。
通过这样构成的阴极薄膜，可最大限度的获得从末端部分有效地发射电子的结构形式。
对于本发明所述的电子发射元件来说，最好是阴极薄膜覆盖住柱形部分的整个侧面。
由于增加了凸起接触阴极薄膜的面积，因此可进一步提高把来自于阴极薄膜的电子提供到电子发射元件的效率。
对于本发明所述的电子发射元件来说，最好是，至少有部分导电层包括在末端部分内。
采用这种结构，可把电子移动到末端部分中的电子发射部分。因此，可进一步提高把电子从阴极薄膜提供到电子发射部分的效率。
对于本发明所述的电子发射元件来说，导电层由其中溅射金属离子的金刚石构成。
通过溅射金属离子，可在金刚石内部很容易地形成所需形状的导电层。
对于本发明所述的电子发射元件来说，导电层由其内包含杂质的金刚石构成。
通过把杂质形成在金刚石中，可形成各种类型的导电层，而且可形成具有所需形状的导电层的发射器(凸起)。
对于本发明所述的电子发射元件来说，阴极薄膜最好包括：接触导电层的第一阴极层；以及设置在第一阴极层上而且其厚度大于第一阴极层的第二阴极层。
通过减少第一阴极层的薄膜厚度，可采用蚀刻方法很容易地制出所需的形状。另一方面，由于薄膜较薄，在第一阴极层中可能发生断开。但是，厚的第二阴极层可电连接断开的部分。
对于本发明所述的电子发射元件来说，最好是在阴极薄膜上形成绝缘膜，而且在绝缘膜上形成第二电极薄膜。
可把第二电极薄膜用作用于控制电子发射部分中的耗散层厚度的门电极。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例所述电子发射元件1的垂直横向剖视图(为简化起见只示出了一个凸起)；
图2是根据本发明的第二实施例所述电子发射元件2的垂直横向剖视图(为简化起见只示出了一个凸起)；
图3是根据本发明的第三实施例所述电子发射元件3的垂直横向剖视图(为简化起见只示出了一个凸起)；
图4是根据本发明的第四实施例所述电子发射元件4的垂直横向剖视图(为简化起见只示出了一个凸起)；
图5是根据本发明的第五实施例所述电子发射元件5的垂直横向剖视图(为简化起见只示出了一个凸起)；
图6A至6C的示意图(I)表示制作根据本发明的第五实施例所述电子发射元件5的过程；
图7A至7C的示意图(II)表示制作根据本发明的第五实施例所述电子发射元件5的过程；
图8A至8C的示意图(III)表示制作根据本发明的第五实施例所述电子发射元件5的过程；
图9A至9C的示意图(I)表示制作根据本发明的第六实施例所述电子发射元件6的过程；
图10A至10C的示意图(II)表示制作根据本发明的第六实施例所述电子发射元件6的过程；
图11是根据本发明的第六实施例所述电子发射元件6的垂直横向剖视图(为简化起见只示出了一个凸起)；
图12A至12C示出的图像表示根据本发明的第一实例所述的一种尖端凸起(形成铝覆盖部分之前)；
图13示出的图像表示一种比较实例，其中过度蚀刻了第一实例中的尖端凸起；
图14示出的图像表示根据本发明的第一实例所述的尖端凸起(形成铝覆盖部分之后)；
图15示出的图像表示根据第二实例所述的尖端凸起，包括金属离子溅射层；
图16示出的图像表示根据本发明的第二实例所述的尖端凸起(形成铝覆盖部分之后)；
图17示出的图像表示根据第三实例所述的尖端凸起，包括一含杂质层；
图18示出的图像表示根据本发明的第三实例所述的尖端凸起(形成铝覆盖部分之后)；
图19的曲线图表示根据第二实例所述所施加的电压(电极间隔为200微米)和电子发射元件的发射电流之间的特性；
图20的曲线图表示根据第三实例所述所施加的电压(电极间隔为200微米)和电子发射元件的发射电流之间的特性。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明所述的最佳实施例。而且，全文所使用的相同标号表示相应的同种部件，而且省略了其相同的说明。
〔第一实施例〕
下面说明根据第一实施例所述电子发射元件的结构。图1表示该电子发射元件1的垂直横向剖视图。为简化起见只示出了一个凸起。该电子发射元件1包括一由金刚石制成的基板11，以及从基板11突出的金刚石凸起14。组成凸起14的下部分的柱形部分12呈圆柱形，其侧面基本上与基板11的表面呈直角。凸起14的上部由呈针尖形的末端部分13组成。在第一实施例中，整个凸起14和基板11由掺杂硼的导体制成。
阴极薄膜15由在基板11上形成的铝制成，并延伸至靠近柱形部分12和末端部分13之间的边界。换句话说，阴极薄膜15覆盖住基板11的表面和柱形部分12的整个侧面。另一方面，导电金刚石(P型半导体金刚石)裸露在末端部分13上。由于柱形部分12的侧面与基板11的表面基本上呈直角，使覆盖柱形部分12的部分阴极薄膜15(发射极部分15a)也基本上相对于基板11的表面呈直角。而且，所设置的凸起14的间隔是可调的，从而可使覆盖基板11表面的阴极薄膜15的面积(平坦的凸起部分15c(图1中未示出))大于发射极部分15a的面积。
阳极A(未示出)设置在电极发射元件1的上部，面对末端部分13。当阴极薄膜15上施加负电压时，来自于发射极部分15a的电子就提供到凸起14。到达末端部分13的针尖的电子由于阳极A和末端部分13之间的电场作用而发射到外部。
下面说明电子发射元件1的作用和效果。由于发射极部分15a基本上相对于基板11的表面成直角，使发射极部分15a处的自由电子都集中在靠近阳极A的端部。因此，电子可很容易地从集中电子的部分移动到凸起14，而且被提供到靠近电子发射部分位置处的凸起14。因此，可有效地把电子从发射极部分15a提供到电子发射部分。另外，由于发射极部分15a和柱形部分12的侧面相对于基板11的表面有很大的倾斜，因此阴极和阳极之间的电场不会干扰电子从发射极部分15a到凸起14的移动。为了进一步提高电子从发射极部分15a到凸起14的移动效率，发射极部分15a和柱形部分12相对于基板11表面的倾斜角度最好超过90度(向后弯曲的状态下)。
由于发射极部分15a覆盖柱形部分12的整个侧面，因此提高了发射极部分15a与柱形部分12的接触面积。使已经从靠近阳极A的发射极部分15a的端部移动到柱形部分12的电子很难流向基板11。因此，可进一步提高电子从发射极部分15a提供到电子发射部分的效率。
由于阴极薄膜15的平坦电极部分15c的面积大于发射极部分15a的面积，因此对从末端部分13的针尖处提取电子时所需的电场形成了干扰。进一步地，提供到基板11和凸起14的大量电子很难使从发射极部分15a移动到柱形部分12的电子流出。于是，进一步提高了电子从发射极部分15a提供到电子发射部分的效率。
由于导电层延伸到末端部分13，从发射极部分15a移动到柱形部分12的电子可很容易地流动到作为电子发射部分的末端部分13的尖端。因此，进一步提高了电子从发射极部分15a提供到电子发射部分的效率。
尽管凸起部分14的电子发射部分很尖锐，但是由于末端部分13与厚于电子发射部分的柱形部分14连接，由电子发射部分产生的热量很容易流向基板11，因此避免了由于流过大量的电流而受到损害。
〔第二实施例〕
下面说明根据本发明的第二实施例所述的电子发射元件2的结构。图2表示该电子发射元件2的垂直横向剖视图。为简化起见，只示出了一个凸起。该电子发射元件2包括由金刚石制成的基板21，以及从基板21凸起的金刚石凸起24。组成凸起24的下部分的柱形部分22呈圆柱形，其侧面基本上与基板21的表面呈直角。凸起24的上部由呈针尖形的末端部分23组成。
在第二实施例中，末端部分23和柱形部分22的上部通过搀杂硼而导电。也就是说，柱形部分22的上部由导电层22c组成，导电层由P型半导体金刚石制成，而柱形部分22的下部由绝缘层22i组成，该绝缘层由不掺有杂质的金刚石制成。
阴极薄膜15和阳极A的组成和第一实施例的组成相同。发射极部分15a与柱形部分22的导电层22c接触，而电子通过接触部分提供到电子发射部分。
可利用电子发射部件2获得与第一实施例相同的作用和效果。而且，由于下部是绝缘层22i，因此可阻止已进入导电层22c的电子流向基板21。因此，可进一步提高电子从发射极部分15a提供到电子发射部分的效率。
〔第三实施例〕
下面说明根据本发明的第三实施例所述的电子发射元件3的结构。图3表示该电子发射元件3的垂直横向剖视图。为简化起见，只示出了一个凸起。用于该电子发射元件3的基板21和凸起24的结构与第二实施例的结构相同。
由铝制成的阳极薄膜35设置在基板21上，并且延伸到末端部分23的中部。换句话说，阴极薄膜35覆盖基板21的表面、柱形部分22的整个侧面和末端部分23的下侧面。因此，导电金刚石(P型半导体金刚石)裸露在末端部分23的上侧面。由于柱形部分22的侧面基本上相对于基板21的表面呈直角，因此覆盖柱形部分22的部分阴极35(发射极部分35a)也基本上相对于基板21的表面呈直角。位于发射极部分35a上部的部分阴极薄膜35是一种沿末端部分23的形状向内倾斜的倾斜电极端35b。另外，可调整凸起24之间的间隔，使覆盖基板21表面的阴极薄膜25的面积(平坦的电极部分(图3中未示出))大于发射极部分35a和倾斜电极端35b的面积。
阳极A(未示出)设置在面对末端部分23的电极发射元件3的上部。当阴极薄膜35上施加负电压时，就把电子从发射极部分35a(与导电层22c接触的部分)和倾斜电极端35b提供到凸起24。当电子到达末端部分23的尖端时，则由于阳极A和末端部分23之间的电场作用而把电子发射到外部。
可利用电子发射部件3获得与第一和第二实施例相同的作用和效果。而且，由于设置了倾斜电极端35c，凸起24不但从柱形部分22的导电层22c接收电子，而且还从靠近电子发射部分的末端部分23的下部接收电子。因此，可进一步提高电子从电极35提供到电子发射部分的效率。
〔第四实施例〕
下面说明根据本发明的第四实施例所述的电子发射元件4的结构。图4表示该电子发射元件4的垂直横向剖视图。为简化起见，只示出了一个凸起。该电子发射元件4包括由金刚石组制成的基板41、以及从基板41凸起的金刚石凸起44。位于凸起44下部的柱形部分42呈圆柱形，其侧面基本上与基板41的表面成直角。凸起44的上部由设有针尖的末端部分43组成。
在第四实施例中，导电层42c利用溅射金属离子的方法形成在柱形部分42的上部。在离子溅射过程中被加速的金属离子穿过金刚石晶体层的表层，而在动能降低到某种程度时，金属离子在导电层42c的深度与碳原子发生碰撞，并且停止。由于发生了碰撞，导电层42c的金刚石晶体结构产生缺陷。由于金刚石晶体中的缺陷和金属层的形成，使导电层42c可以导电。柱形部分42的下部(绝缘层42i)和末端部分43由绝缘金刚石组成。
阴极薄膜35和阳极A的结构与第三实施例的结构相同。发射极部分35a与柱形部分42的导电层42c接触，并且把电子通过这些接触部分提供到电子发射部分。
可利用电子发射部件4获得与第三实施例类似的作用和效果。
〔第五实施例〕
下面说明根据本发明的第五实施例所述的电子发射元件5的结构。图5表示该电子发射元件5的垂直横向剖视图。为简化起见，只示出了一个凸起。用于电子发射元件5的基板21和凸起24的结构与第二实施例的结构相同。
第一阴极薄膜55由金组成，其设置在基板21上的薄膜厚度为500埃()，并且延伸到末端部分23的中部。换句话说，阴极薄膜55覆盖基板21的表面、柱形部分22的整个侧面和末端部分23的下侧面。进一步地，第二阴极薄膜57由钨制成，其设置在第一阴极薄膜55上的厚度为4000埃()，并且延伸到靠近柱形部分22和末端部分23之间的边界。因此，导电金刚石(P型半导体金刚石)裸露在末端部分23的上侧面。由于柱形部分22的侧面基本上与基板21的表面成直角，覆盖柱形部分22的部分第一阴极薄膜(发射极部分55a)55也基本上相对于基板21的表面成直角。位于发射极部分55a之上的部分第一阴极薄膜55是沿末端部分23的形状向内倾斜的倾斜电极端55b。另外，可调整凸起24之间的间隔，使覆盖基板21表面的第一阴极薄膜55的面积(平坦的电极部分55c(图5中未示出))大于发射极部分55a和倾斜电极端部55c的面积。
阳极A(未示出)设置在电子发射元件5的上部，面对末端部分23。当阴极薄膜上施加负电压时，就把电子从发射极部分55a(与导电层22c接触的部分)和倾斜电极端55c提供到凸起24。当电子到达末端部分23的尖端时，就利用阳极A和末端部分23之间的电场把电子发射到外部。
下面说明电子发射元件5的作用和效果。利用电子发射元件5可获得与第三实施例相同的作用和效果。而且，由于第一阴极薄膜55的厚度为500埃()，因此很容易蚀刻成所需的形状。另一方面，由于薄膜很薄，可能会在第一阴极薄膜55中发生断开，但是，很厚的第二阴极薄膜57会与断开部分电连接。
下面说明电子发射元件5的制造方法。本文中，这种制造方法也可应用于电子发射元件1至4的制造方法。
对于制造由金刚石制成的电子发射元件，重要的是所形成的用于接收所提供的电子的导电层靠近电子发射部分，而且形成用于有效提供电子发射的尖锐点。作为一种形成导电层的方法，例如把金刚石与钨或者硅合成非常尖的端部。但是，采用这种方法会降低尖锐度。把金刚石合成尖锐的金刚石也会是这样。另一方面，当通过把离子溅射到尖锐的金刚石凸起而形成导电层时，在这种处理期间也会降低尖锐程度。
为了克服上述问题，本发明人发现采用下述制造方法，就可在获得带有尖锐端部的金刚石凸起的同时形成导电层。具体地说，通过在金刚石基板中掺杂P型杂质或者N型杂质，或者通过把金属离子溅射到金刚石基板中，就可在金刚石基板表面形成导电层。之后，蚀刻金刚石基板，形成包括导电层的金刚石凸起。过度地掺杂半导体杂质或者金属离子会在金刚石晶体结构中产生许多缺陷，这些缺陷会使尖锐结构的形成很困难。本发明人发现，当掺杂浓度为2％甚至更少的杂质和浓度为10％甚至更少的金属元素时，就可避免形成尖锐结构时出现的问题。
图6A至6C、7A至7C以及8A至8C表示制作电子发射元件5的过程。下面具体说明该制作方法。制备好通过掺杂硼而在金刚石基板表面形成的导电层，在该表面上形成点状分布的铝。可利用多晶金刚石形成金刚石基板。在此情况下，最好是铝与基板垂直对齐，更好是也与基板的平面内部对齐。金刚石基板与导电层一起进行蚀刻。之后将铝清除。采用这种方法可在基板上形成很小的圆柱。对于该小圆柱，可进行等离子处理，包括处理导电层，而且末端很尖。图6A表示形成在金刚石基板上带有尖端的小圆柱。
利用带有尖端的小圆柱在金刚石基板上形成厚度为500埃(A)的铝膜。而且，在小圆柱的侧面相对于基板的平坦部分倾斜90度甚至更大的情况下，形成金属膜时溅射方法比汽化沉积方法更合适。图6B不出了其上形成金膜的的基板。
在金膜上形成厚度为4000埃()的钨。图6C示出了其上形成钨膜的基板。
在钨膜57上覆盖保护膜，并且通过控制保护膜的粘度和转动量，可形成保护膜70，从而使凸起在靠近柱形部分22和末端部分23之间的边界处露出。图7A示出了形成保护膜70的状态。
利用BHF(氢氟酸缓冲液)溶液或者1％的HF稀释溶液蚀刻钨膜，并且清除保护膜70。图7B示出了蚀刻钨膜的这种状态，而图7C示出了清除保护膜70的状态。
采用这种方式裸露出金膜之后，就可在钨膜和金膜上覆盖保护膜了。进一步地，通过控制保护膜的粘度和转动量，就可形成保护膜80，从而从末端部分23的中部裸露出凸起24。图8A示出了形成保护膜80的状态。
利用王水(碳酸与盐酸之比为1∶3)蚀刻金膜，之后清除保护膜80。图8C示出了已蚀刻的金膜的状态。图8C示出了已清除保护膜80而且制作完成的电子发射元件5的状态。
(实例)
下面参照实例更具体地说明本发明。但是，本发明并不局限于这些实例。
(第一实例)
下面说明第一实例所述的用于形成凸起和阴极薄膜的方法。首先，采用光刻技术在单晶金刚石Ib(100)基板上制作带有小铝点的掩膜。之后，采用RIE技术，在压力为2帕，电功率为200瓦的条件下，在CF4/O2气体(CF4浓度为1至3％)中蚀刻绝缘基板0.5至1小时，此时可在金刚石上形成小圆柱。
清除铝之后，在电功率为400瓦、基板温度为1050度、压力为100托(Torr)的条件下，在微波等离子体CO2/H2气体(CO2的浓度为0.5)中处理其上设有小圆柱的金刚石基板。于是，可获得其形状和单晶的晶面取向有关并具有带有尖端的针尖式锥形凸起的基板(相对于基板表面，作为基底的截棱锥的侧面倾斜度为60度甚至更大)。图12A和12B示出了针尖形的凸起。
进一步地，在前面过程中不去除铝的情况下进行RIE直到铝消失，可获得带有尖锐端部的尖蜡烛形凸起。图12C示出了尖蜡烛形的凸起。
之后，采用溅射方法，在其上形成尖锐凸起的基板的整个表面上形成铝膜。使用溅射方法代替真空汽化方法，在凸起的垂直面上形成铝膜，其厚度与在平坦部分上形成的厚度相同。进一步地，甚至在形成铝膜之后，通过在凸起之间保持适当的间隔，就可保持凸起的形状。
之后，旋转涂覆(spincoating)保护膜。可控制保护膜的浓度和旋转速度，从而获得预定厚度的用于将要露出的凸起尖端的保护膜。在对保护膜进行后烘干后，使用碱性溶液清除凸起末端的铝膜。在此情况下，必须控制湿蚀刻，以便获得所需高度的铝膜(金属电极)。图13示出了进行了过度蚀刻的一种比较实例。
也有可能确定利用酸溶液蚀刻由钛、钨或者钼采用同样的方式制成的金属膜。由于在金属膜底层使用的材料是金刚石，因此有可能是一种抗酸和碱的材料。
通过清除带有有机溶剂的保护膜并用纯净水进行处理，就可获得带有尖锐的端部以及在周围形成金属电极的凸起。图14示出所形成的这种凸起。
(第二实施例)
下面说明第二实例所述的用于形成包括金属离子溅射层的凸起的方法。通过向金刚石基板中溅射金属离子可形成导电层。可把金属离子溅射层的厚度调整为0.1至几微米。该表面就变成很薄的金刚石层或者断层晶体金刚石层。
只要溅射到基板的金属离子的数量为10％甚至更少，就可采用如第一实例所使用的相同方法形成尖锐的凸起。图15示出了包括金属离子溅射层的尖锐凸起。
进一步地，采用如第一实例所使用的相同方法在尖锐凸起周围形成铝覆盖部分。图16示出了其上形成铝覆盖部分的尖锐凸起。
图19的曲线图表示用于第二实例的所施加的电压(电极间隔为200微米)和电子发射元件的发射电流之间的特性。可获得非常满意的数值，也就是说，阀值电压值为500伏，换句话说，平均阀值电场强度为2.5伏/微米。
(第三实例)
下面说明第三实例所述的用于形成包括含杂质层的凸起的方法。在金刚石基板上合成包含诸如硼或者磷在内的掺杂成分的金刚石薄膜。利用掺杂成分把表面制成导电层。为控制源于铝覆盖部分的裸露端的高度，掺杂层的厚度为0.1至几微米是很合适的。显然，没有厚度上限，但是，要设定合适的厚度以缩短合成期间。
即使形成了包含杂质材料的金刚石，只要掺杂浓度为10％或者更低，就可采用如第一实例所使用的相同方法形成尖锐的凸起。图17示出了包括含杂质层的尖锐凸起的一种实例。
进一步地，采用如第一实例所使用的相同方法在尖锐凸起周围形成铝覆盖部分。图18示出了其上形成铝覆盖部分的凸起。
图20的曲线图表示用于第三实例的所施加的电压(电极间隔为200微米)和电子发射元件的发射电流之间的特性，其内形成了表面硼(epiboron)掺杂层。可获得非常满意的数值，也就是说，阀值电压值为700伏，换句话说，平均阀值电场强度为3.5伏/微米。
〔第六实施例〕
下面说明根据本发明的第六实施例所述电子发射元件的结构。图11表示该电子发射元件6的垂直横向剖视图。为简化起见只示出了一个凸起。该电子发射元件6的基板21、凸起24(在图9B、9C、10A-10C和11中省略的参考标记)以及阴极薄膜15的结构与第二实施例的结构相同。
阴极薄膜15、绝缘膜96和第二电极薄膜97以上述的顺序层压在基板21上。每个阴极薄膜15、绝缘膜96和第二电极薄膜97都延伸到靠近柱形部分22和末端部分23(在图9B、9C、10A-10C和11中省略的参考标记)之间的边界。
下面说明电子发射元件6的作用和效果。可获得与第二实施例相同的作用和效果。而且，可把第二电极薄膜97用作用于控制末端部分23和导电层22C中的耗散层厚度的门电极。还有，通过把第二电极薄膜97制作成阳极，可把电子发射元件6用作其阴极和阳极都设置地彼此非常靠近的电子发射元件。
下面，解释用于制作电子发射元件6的方法。图9A至9C以及10A至10C示意图表示制作电子发射元件6的过程。
如图9A所示，在带有凸起24的金刚石基板21上以如下的顺序形成第一金属膜、绝缘膜和第二金属膜。图9B示出了以如下顺序形成的第一金属膜、绝缘膜和第二金属膜的状态。
保护膜覆盖在第二金属膜上，并且通过控制保护膜的粘度和转动量，可形成保护膜90，从而使凸起24裸露出来，并靠近柱形部分22和末端部分23之间的边界。图9C示出了其内形成保护膜90的状态。
按照如下的顺序蚀刻第二金属膜、绝缘膜和第一金属膜。图10A至10C示出了已经蚀刻第二金属膜、绝缘膜和第一金属膜的状态。
在清除保护膜90之后，就完成了电子发射元件6的制作。
如上所述，根据本发明，提供了一种电子发射元件，可有效地将电子从阴极薄膜提供到电子发射部分。

Claims (10)

1、一种电子发射元件，包括：基板、以及由金刚石制成的、从该基板突出的多个凸起，
其中，每个凸起包括：
带有尖端的末端部分，所述末端部分位于凸起的顶端；
以及柱形部分，所述柱形部分的侧面相对于基板表面向上延伸，而且处于所述末端部分的下部；
其中，凸起的每个柱形部分的侧面设有阴极薄膜，所述阴极薄膜与包括在凸起中的导电层电连接。
2、如权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于由基板表面和柱形部分的侧面形成的角度不小于78度。
3、如权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于由基板表面和柱形部分的侧面形成的角度基本上是直角。
4、如权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于阴极薄膜覆盖住凸起和基板表面，而且用于覆盖基板表面的阴极薄膜部分的面积大于其用于覆盖凸起的面积。
5、如权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于阴极薄膜覆盖住柱形部分的整个侧面。
6、如权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于至少有部分导电层包括在末端部分内。
7、如权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于通过向金刚石中溅射金属离子而形成导电层。
8、如权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于导电层由包含杂质的金刚石构成。
9、如权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于阴极薄膜包括：
接触导电层的第一阴极层；
以及形成在第一阴极层上而且其厚度大于第一阴极层的第二阴极层。
10、如权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于在阴极薄膜上形成绝缘膜，而且在绝缘膜上形成第二电极薄膜。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101471214B (zh) * 2007-12-28 2010-06-16 中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所 一种金刚石薄膜太阳能电池及其制备方法
CN101375363B (zh) * 2006-06-28 2010-09-22 住友电气工业株式会社 金刚石电子发射阴极、电子源、电子显微镜及电子束曝光机
CN101361154B (zh) * 2006-09-19 2010-10-13 住友电气工业株式会社 金刚石电子源及制造其的方法
CN102243968A (zh) * 2011-05-25 2011-11-16 西安交通大学 炮筒结构的立体薄膜场发射平板显示器阴极的制作方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4581363B2 (ja) * 2003-09-30 2010-11-17 住友電気工業株式会社 電子素子
JP4857769B2 (ja) * 2003-09-30 2012-01-18 住友電気工業株式会社 電子放出素子
JP4267496B2 (ja) * 2004-03-31 2009-05-27 株式会社東芝 熱陰極およびその製造方法、ならびに放電灯
KR101065371B1 (ko) * 2004-07-30 2011-09-16 삼성에스디아이 주식회사 전자 방출 소자
WO2006135092A1 (ja) * 2005-06-17 2006-12-21 Sumitomo Electric Industries, Ltd. ダイヤモンド電子放射陰極、電子放射源、電子顕微鏡及び電子ビーム露光機
JP4340776B2 (ja) * 2005-06-28 2009-10-07 独立行政法人産業技術総合研究所 炭素終端構造のダイヤモンド電子源及びその製造方法
JP2008027781A (ja) * 2006-07-24 2008-02-07 Sumitomo Electric Ind Ltd ダイヤモンド電子放出素子およびその製造方法
JP2010020946A (ja) * 2008-07-09 2010-01-28 Sumitomo Electric Ind Ltd ダイヤモンド電子源
JP2010157490A (ja) * 2008-12-02 2010-07-15 Canon Inc 電子放出素子および該電子放出素子を用いた表示パネル

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05234499A (ja) * 1992-02-21 1993-09-10 Nec Corp 冷陰極
JPH08507643A (ja) * 1993-03-11 1996-08-13 フェド．コーポレイション エミッタ先端構造体及び該エミッタ先端構造体を備える電界放出装置並びにその製造方法
JP3269065B2 (ja) * 1993-09-24 2002-03-25 住友電気工業株式会社 電子デバイス
US5583393A (en) * 1994-03-24 1996-12-10 Fed Corporation Selectively shaped field emission electron beam source, and phosphor array for use therewith
DE69515245T2 (de) * 1994-10-05 2000-07-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd Elektronenemissionskathode; eine Elektronenemissionsvorrichtung, eine flache Anzeigevorrichtung, eine damit versehene thermoelektrische Kühlvorrichtung, und ein Verfahren zur Herstellung dieser Elektronenemissionskathode
WO1997018577A1 (en) * 1995-11-15 1997-05-22 E.I. Du Pont De Nemours And Company Process for making a field emitter cathode using a particulate field emitter material
JPH09204880A (ja) * 1996-01-25 1997-08-05 Hitachi Ltd 電子銃及びそれを用いたブラウン管
DE69834673T2 (de) * 1997-09-30 2006-10-26 Noritake Co., Ltd., Nagoya Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemittierenden Quelle
JPH11154454A (ja) * 1997-11-20 1999-06-08 Nec Corp 電界放出型冷陰極装置
JP2000067739A (ja) * 1998-08-26 2000-03-03 Asahi Chem Ind Co Ltd 金属酸化物を用いた構造体
US6465941B1 (en) * 1998-12-07 2002-10-15 Sony Corporation Cold cathode field emission device and display
JP3601990B2 (ja) * 1999-01-11 2004-12-15 株式会社日立製作所 冷陰極型蛍光表示装置およびその製造方法
JP2000215786A (ja) * 1999-01-20 2000-08-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電子放出素子及びその製造方法
JP2001035424A (ja) * 1999-07-19 2001-02-09 Asahi Chem Ind Co Ltd 発光装置
JP4019568B2 (ja) * 1999-09-07 2007-12-12 ソニー株式会社 電子放出素子の製造方法
JP4750920B2 (ja) * 2000-03-24 2011-08-17 住友電気工業株式会社 電子放出素子

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101375363B (zh) * 2006-06-28 2010-09-22 住友电气工业株式会社 金刚石电子发射阴极、电子源、电子显微镜及电子束曝光机
CN101361154B (zh) * 2006-09-19 2010-10-13 住友电气工业株式会社 金刚石电子源及制造其的方法
CN101471214B (zh) * 2007-12-28 2010-06-16 中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所 一种金刚石薄膜太阳能电池及其制备方法
CN102243968A (zh) * 2011-05-25 2011-11-16 西安交通大学 炮筒结构的立体薄膜场发射平板显示器阴极的制作方法
CN102243968B (zh) * 2011-05-25 2013-03-13 西安交通大学 炮筒结构的立体薄膜场发射平板显示器阴极的制作方法

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Publication number Publication date
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