CN1777844A - 电子发射元件及使用其的成像装置 - Google Patents

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Abstract

电子发射元件(11)，由在上部电极(16)和下部电极(13)之间的半导体层(14)构成，其特点在于，上述半导体层(14)的半导体表面上具有吸附有机化合物的有机化合物吸附层(15)。在此，上述半导体层(14)由硅或者多晶硅构成，其可部分或者全部多孔质。另外，被吸附的上述有机化合物，非环烃可以为至少结合醛基的化合物或者具有不饱和键的非环烃。结果，可提供在大气压中或者低真空中均可稳定工作的电子发射元件以及使用其的成像装置。

Description

电子发射元件及使用其的成像装置
技术领域
本发明涉及即使在大气中也可长时间稳定工作的电子发射元件及使用其的成像装置。
背景技术
作为目前的冷阴极型的电子发射元件，已知有Spindt型电极、碳纳米管(CNT)型电极，在FED(场制发射显示器)领域中正在进行应用研究。这些是在尖锐形状部外加电压，形成约1GV/m的强电场，通过隧道效应发射电子。
一直都有这样的希望，即，使这种电子发射元件可在大气中工作，能将其应用到带电装置或者静电潜像形成装置中。例如公开了(参考日本专利特开平06-255168号公报)将spindt型冷阴极置于大气中工作，在大气中发射电子，使气体分子电离，产生作为带电粒子的离子，形成静电潜像的方法。另外也有关于碳纳米管在大气中工作的研究成果(参考山口，他3名，「カ一ポンナノチユ一ブによる图像記録用高効率電子線源の開発」，Japan Hardcopy 97論文集、日本图像学会、1997年7月，p221-224)。这样，就意味着电子发射元件有作为电子照相用的带电器或者形成静电潜像用的电子束源的适用可能性。
但是，如上所述，这2类的电子发射元件，由于在电子发射部表面近旁有强电场，被发射的电子从电场得到大能量使气体分子易电离。这其中存在如下的问题，即，由气体分子电离产生的正离子由于强电场的作用向元件表面方向加速冲击，发生溅射引起的元件破坏。
作为与上述不同类型的冷阴极，已知有金属绝缘体金属(Metal InsulatorMetal，MIM)型或者金属绝缘体半导体(Metal Insulator Semiconductor，MIS)型。这些是利用元件内部的量子尺寸效应以及强电场使电子加速，自平面状的元件表面发射电子的面发射型电子发射元件。这些由于是发射在元件内部加速的电子，因此在元件外部并不必需有强电场。因而，MIM型或者MIS型的电子发射元件，克服了上述スピント型和CNT型的电子发射元件所存在的被由气体分子的电离造成的溅射破坏的问题。
例如，作为利用经半导体的阳极氧化处理形成的多孔半导体(例如多孔硅)的量子尺寸效应的属于上述MIS型的电子发射元件，提出过如下的这种，它是注入多孔半导体中的电子在电场中加速，利用隧道效应穿过表面金属薄膜向真空中发射(参考日本专利特开平08-250766号公报。)。由该多孔半导体制成的冷阴极，有很大的优点，即可通过被称为阳极氧化的极简单低成本的制造方法制造元件。
但是，在大气中工作时，又出现了心得问题，即，各种各样的气体分子吸附在元件表面，使半导体的电特性等发生变化，电子发射电流减少。
这些在元件内部加速电子的MIM型或者MIS型的冷阴极的表面，具有在元件内部施加电场的上部电极的作用，一般由金属膜形成。但是，由于在元件内部被加速的电子，是穿过该表面金属膜发射到真空中，因此膜厚越薄隧穿几率越高，电子发射量越多。具备这两个作用的金属薄膜的厚度，适宜为数nm到数十nm。例如，在专利文献2中，公开了金属薄膜的厚度为15nm的示例。
这样的MIM型或者MIS型的冷阴极，由于难形成膜厚非常薄而且致密的表面的金属被膜，几乎没有气体分子的阻挡效果。因此电子发射元件在大气中工作时，会发生如下问题，即，气体分子侵入内部的半导体层，使半导体的电特性变质、电子发射电流减少。
发明的揭示
本发明的目的是通过解决电子发射元件在大气压中或者在低真空中工作时的上述课题，提供可稳定工作的电子发射元件及使用其的成像装置。
为完成上述目的，本发明涉及的电子发射元件，是在上部电极和下部电极之间形成半导体层的电子发射元件，其特征在于，在半导体层的半导体表面，使有机化合物吸附，形成有机化合物吸附层。在此，上述半导体层是由硅或者多晶硅形成，其可部分或者全部为多孔质。上述有机化合物可以是，碳原子数7以上的直链状或者支链状的非环烃，非环烃至少与醛基结合形成的化合物，或者至少具有1个不饱和键的非环烃等。
另外，本发明涉及的成像装置是将上述本发明涉及的电子发射元件作为带电装置使用的成像装置，其特征在于，使电子发射元件在大气中发射电子，使静电潜像支持体带电。另外，本发明涉及的成像装置，是将上述本发明涉及的电子发射元件作为电荷供给装置使用的成像装置，其特征在于，使电子发射元件在大气中发射电子，在静电潜像支持体上形成直接潜像。
如上述，通过本发明可提供电子发射元件及使用其的成像装置，这种电子发射元件通过在上部电极和下部电极之间形成半导体层，在上述半导体层的半导体表面吸附有机化合物，在大气压中也可稳定工作。
附图的简单说明
图1是表示本发明涉及的一个电子发射元件的模式图。
图2是表示本发明涉及的其它电子发射元件的模式图。
图3是本发明涉及的一个电子发射元件的驱动方法的说明图。
图4是本发明涉及的一个电子发射元件的电流-电压特性的说明图。
图5是现有电子发射元件在连续驱动时特性劣化的示意图。
图6是本发明涉及的一个电子发射元件及现有电子发射元件在连续驱动时特性劣化的示意图。
图7是本发明涉及的其它电子发射元件及现有电子发射元件在连续驱动时特性劣化的示意图。
图8是本发明的一个有机化合物吸附于半导体表面的说明图。
图9是本发明的其它有机化合物吸附于半导体表面的说明图。
图10是显示使用本发明涉及的一个电子发射元件的带电装置的模式图。
图11是显示将本发明涉及的一个电子发射元件作为带电装置使用的成像装置的模式图。
图12是显示将本发明涉及的一个电子发射元件作为电荷供给装置使用的成像装置的模式图。
图13是显示使用本发明涉及的一个电子发射元件的电荷供给装置的模式图。
实施发明的最佳方式
本发明涉及的电子发射元件是，参见考图1或者图2，在上部电极16、26和下部电极13、23之间形成有半导体层14、24的电子发射元件11、21，其特征在于，在上述半导体层的半导体表面吸附有机化合物形成有机化合物吸附层15、25。通过在半导体表面吸附有有机化合物，使半导体表面稳定，防止大气中的气体分子吸附在半导体表面，可抑制电子发射元件中由上述气体分子引起的电特性的变化以及电子发射电流的减少。在此，上述有机化合物吸附层的厚度只要是不违反本发明的目的无特别的限制，如是1分子层程度，从电子发射元件的电子放电特性考虑以越薄者为好。另外，通过有机化合物吸附在半导体表面中的具有吸附活性的部分(例如，多晶硅半导体表面的氢末端部分等)形成有机化合物吸附层可稳定半导体表面，因此本发明中，有机化合物吸附层至少在半导体表面中具有吸附活性的部分形成即可，不必完全覆盖整个半导体表面。
另外，本发明涉及的电子发射元件中，上述半导体层可以采用硅或者多晶硅(polysilicon)的部分或者全部形成多孔质的多孔质半导体层或者多孔质多晶硅半导体层。成为多孔质硅半导体层可得到较大的电子发射电流，成为多孔质多晶硅半导体层可使热稳定性显著改善。另外，多孔质的半导体层中由有机化合物的吸附产生的半导体表面稳定化效果大。在此多晶硅是多结晶硅的意思。
在此，半导体层为多孔质时，半导体表面，不仅是作为半导体层的表面，也包含经过在半导体层内形成的孔有机化合物可吸附的在半导体层内部的半导体表面。即半导体是多孔质时，通过在半导体层上吸附有机化合物，在图1和图2所示的半导体层14、24的表面形成有机化合物吸附层15、25，同时在半导体层内部的半导体表面也形成有机化合物吸附层(图中未示出)。
另外，本发明涉及的电子发射元件中，上述有机化合物可以是非环烃。通过使非环烃吸附在半导体层的半导体表面，可发挥疏水性。由此可防止大气中的水分子侵入半导体层，防止水分子引起的半导体层的氧化反应等，所以可抑制电子发射元件的电特性的变化和电子发射电流的减少。在此，由于非环烃与环状烃比较位阻较小，因此可较高密度的在半导体表面吸附，可提高半导体表面的疏水性。
另外，本发明涉及的电子发射元件中，上述非环烃可以是碳原子数为7以上的直链状或者支链状的非环烃。通过该非环烃在半导体表面附着形成饱和烃，可形成与氧化剂、还原剂、酸或者碱的反应性均极低的化学性质稳定的半导体表面。在此，支链状的非环烃是至少具有1个分支的非环烃。
另外，本发明涉及的电子发射元件中，上述有机化合物可以是在上述非环烃至少结合有醛基的化合物，非环烃，特别是非环烃是饱和烃时，缺乏与硅等半导体的表面的反应性，化学吸附困难。这种情况时，在烷基结合有作为官能团的醛基的化合物一旦作用于硅等半导体表面，反应性高的醛基反应·吸附，可实现烷基包围半导体表面的结构。另外，对于该所述的化合物，非环烃的碳原子数如果超过17，则上述化合物中醛基所占的比例下降，对半导体表面的化学吸附力下降。
作为上述非环烃结合有醛基的化合物，可例举，正辛醛(CH3(CH2)6CHO)、正癸醛(CH3(CH2)8CHO)、正月桂醛(CH3(CH2)10CHP)、6-甲基庚醛((CH3)2CH(CH2)4CHO)、11-甲基月桂醛((CH3)2CH(CH2)10CHO)。
另外，本发明涉及的电子发射元件中，上述非环烃可以是至少具有1个不饱和键的非环烃。特别是，非环烃是饱和烃时，缺乏与硅等半导体的表面的反应性，化学吸附困难。这种情况时，在非环烃中至少具有1个反应性高的双键或者三键等不饱和键的非环烃一旦作用在硅等半导体的表面，反应性高的双键或者三键的部分反应·吸附，可实现烷基包围半导体表面的结构。另外，对于上述具有不饱和键的非环烃，碳原子数如果超过17，则上述非环烃中不饱和键所占的比例下降，对半导体表面的化学吸附力下降。
作为上述具有不饱和键的非环烃，可例举1-辛烯(CH3(CH2)5CH＝CH2)、1-癸烯(CH3(CH2)7CH＝CH2)、1-十二碳烯(CH3(CH2)9CH＝CH2)、1-十五碳烯(CH3(CH2)13CH＝CH2)、6-甲基-1-庚烯((CH3)2CH(CH2)4CH＝CH2)、2-甲基-1-壬烯(CH3(CH2)6C(CH3)＝CH2)、11-甲基-1-十三碳烯((CH3)2CH(CH2)8CH＝CH2)、2，4-二甲基-1-庚烯(CH3(CH2)2CH(CH3)CH2C(CH3)＝CH2、1，7-辛二烯(CH2＝CH(CH2)4CH＝CH2)、1，3-癸二烯(CH3(CH2)5CH＝CH-CH＝CH2)等。
另外，对于本发明涉及的电子发射元件，在上述非环烃结合有醛基的化合物可以是用CnH2n-1CHO(n是7～17的整数)表示的直链状或者支链状非环式不饱和醛类化合物。通过具有醛基以及不饱和键，可提高与半导体表面的反应性，可进行更牢固的化学吸附。该化合物，可例举2-辛烯-1-醛(CH3(CH2)4CH＝CHCHO)、2-癸烯-1-醛(CH3(CH2)6CH＝CHCHO)、2-十二碳烯-1-醛(CH3(CH2)8CH＝CHCHO)、2-十六碳烯-1-醛(CH3(CH2)12CH＝CHCHO)、6-甲基-2-庚烯-1-醛((CH3)2CH(CH2)2CH＝CHCHO)、11-甲基-2-十二碳烯-1-醛((CH3)2CH(CH2)7CH＝CHCHO)、2，6-二甲基-5-庚烯-1-醛((CH3)2C＝CH(CH2)2CH(CH3)CHO)等。
本发明涉及的成像装置是，将上述本发明涉及的电子发射元件作为带电装置使用的成像装置，其特征在于，使上述电子发射元件在大气中发射电子，使静电潜像支持体带电。上述本发明涉及的电子发射元件，通过在半导体层的半导体表面吸附有机化合物，可稳定半导体表面，防止在半导体表面吸附大气中的气体分子，可抑制电子发射元件中由上述气体分子引起的电特性的变化以及电子发射电流的减少，因此将其作为带电装置使用，可使静电潜像支持体带电。
另外，本发明涉及的成像装置是，将上述本发明涉及的电子发射元件作为电荷供给装置使用的成像装置，其特征在于，使上述电子发射元件在大气中发射电子，在静电潜像支持体上形成直接潜像。上述本发明涉及的电子发射元件，通过在半导体的半导体表面吸附有机化合物，可稳定半导体表面，防止在半导体表面吸附大气中的气体分子，可抑制电子发射元件中由上述气体分子引起的电特性的变化以及电子发射电流的减少，因此将其作为电荷供给装置使用，可在静电潜像支持体上形成直接潜像。
因此，本发明涉及的成像装置，不存在目前在发射型带电装置中成为问题的产生臭氧，成为更加较简略化的成像装置。
实施例
以下，对本发明的实施形态，以图为基础具体说明。
(实施方式1)
参照图1，本发明涉及的一个电子发射元件11是，在背面形成有电阻电极13a的，由n型硅制成的半导体基板13b上，形成作为半导体层14的多孔质多晶硅层，在多孔质多晶硅层的多晶硅表面上吸附有机化合物，形成的有机化合物吸附层15，再在该表面形成上部电极16。在此，多孔质多晶硅层的表面形成在图1中所示的有机化合物吸附层15，同时在图中没有表示出来，在多孔质多晶硅层内部的多晶硅表面也形成有机化合物吸附层。另外，由n型硅形成的半导体基板13b的电导性高，具有与电阻电极13a成为一体作为下部电极13的功能。
上述，多孔质多晶硅层用以下的方法制造。首先，在由n型硅形成的导电性基板13b的表面通过LPCVD法(Low Pressure Chemical Vapor Deposition；低压化学气相沉积法)形成厚度约为1.5μm未掺杂的多晶硅层。接着，在50质量％的氟化氢水溶液与乙醇以质量比1∶1混合而成的混合液中，以多晶硅层作为正极铂电极作为负极实施定电流阳极氧化处理，多晶硅层的部分或者全部将多孔质化，得到多孔质多晶硅。在此多孔质多晶硅层的孔径为约10nm～100nm程度。另外，阳极氧化中使用500W钨灯实施对多晶硅层表面的光照射。最后，对多孔质化的多晶硅层，在约900℃的条件实施RTO(Rapid Thermal Oxidation；快速热氧化)处理，形成氧化膜。
接着，如下述，在上述所得多孔质多晶硅层的表面吸附有机化合物，形成有机化合物吸附层15。例如，将具有上述多孔质多晶硅层的元件投入到经充分脱水处理的保持在90℃的正癸醛(CH3(CH2)8CHO)中。经过约30分钟的处理，如图8所示，在多孔质多晶硅层的多晶硅表面残存的氢末端部分和正癸醛的醛基反应，正癸醛的长链烷基(n＝9)化学吸附在多晶硅表面，形成有机化合物吸附层。
如图1所示，在半导体层14多孔质多晶硅层的多晶硅表面形成的有机化合物吸附层15的表面上，通过蒸镀或者溅射洗形成厚约15nm的作为上部电极16的金电极薄膜层，得到本发明涉及的电子发射元件11。另外，作为该电极薄膜层的材料，除金之外，还可使用铝、钨、镍、铂、铬或钛等金属或者ITO(indium tin oxide，铟锡氧化物)等金属氧化物。
如上述制造的电子发射元件可按照以下方法被驱动。即，参见图3，在与电子发射元件11的上部电极16相对的位置隔开1mm距离配置集电极37，通过在上部电极16(正极)和下部电极13(负极)之间外加直流电压，通过在集电极37和上部电极16之间外加100V的直流电压Vc，驱动电子发射元件，发射电子30。
在此，测定在上部电极16和下部电极13之间流动的二极管电流Ips，以及由自上部电极16发射电子和大气中的负离子引起的在集电极37中流动的发射电流Ie的结果示于在图4。在图4中，横轴是在电子发射元件中外加的直流电压Vps值，纵轴将电流密度用对数标度表示，◆表示二极管电流Ips、□表示发射电流Ie。
如图4所示，尽管是在大气中，元件外加电压Vps为21V时观测到有4.5μA/cm2的发射电流Ie。可以认为在该电流中，通过由本发明涉及的电子发射元件发射的电子附着在大气中的气体分子上，以成为负离子的状态运送至集电极而产生的电流占大半。4.5μA/cm2的电流量是可以应用于激光打印机或者数字复印机中使用的电子照相技术的感光体带电的电流量，可通过将图3中集电极37换成感光体(图中未示出)的结构实现。
在此，为了参考，将连续驱动在半导体表面没有吸附有机化合物的现有的电子发射元件时的电子发射电流量的变化测定结果示于图5。由上述的阳极氧化形成多孔质后采用RTO形成氧化膜的方法制造的电子发射元件，在大气中以及大气压氩气(Ar)中连续驱动时的劣化性，在图5中分别用细线和粗线表示。与在大气压Ar中劣化很少相反，在大气中则造成约3个数量级的大幅度电流劣化。该Ar中的实验结果可知，本发明的电子发射元件，即使在大气压中驱动也不受到气体分子的离子化造成的溅射破坏，可稳定的工作。但是由大气中的实验结果可知，是因为有别于由离子造成的溅射破坏的其他要要因而发生大幅劣化的。即认为，由于在大气中，构成空气的各种气体分子(氮、氧、二氧化碳、水、甲烷、氢、氮氧化物、氨等)吸附，因此在电子发射元件的半导体层的半导体表面，特别是在电子发射元件驱动时与半导体层即多晶硅层的多晶硅表面起化学反应，使电子发射元件变性，使特性劣化。
电子发射元件中的上部电极的金属薄膜的厚度约为15nm，在这样的薄膜的上部电极上很难形成致密无缝隙的膜，结果就使得大气中的各种气体分子通过。另外即使通过对电子发射元件的多晶硅层进行阳极氧化将其多孔质化，经RTO等形成氧化膜，在多晶硅层的表面覆盖SiO2的薄膜，但是由于SiO2膜是薄膜不致密，残留有氢末端等形态的多晶硅表面。因此认为，这种多晶硅层表面的末端氢等吸附大气中存在的氧、氮、水等分子，发生由于元件驱动引起的电流影响而造成的氧化等化学变化，使元件特性劣化。
接着，连续驱动在半导体层的半导体表面吸附着有机化合物的本发明涉及的电子发射元件(图6凡例中的发明品)时的电子发射电流量的变化在图6中用粗线表示。另外，图6中的细线是表示，在半导体层的半导体表面未吸附有机化合物的现有电子发射元件(图6中凡例的现有品)的电子发射电流量的变化。如图6所示，由于在半导体层的半导体表面吸附正癸醛，5分钟之后的电子发射电流量上升0.37数量级，30分钟后电子发射电流量上升0.82数量级。
由于有机化合物在上述半导体层的半导体表面的吸附，形成将存在于半导体表面的多晶硅的氢末端部分换为烷基的有机化合物吸附层，因此能够使电子发射元件的电子发射特性稳定。即，通过吸附长链的醛基基，能够防止大气中的各种气体分子的吸附从而保护半导体层的半导体表面，而且易与气体分子反应的准活性半导体表面(多晶硅半导体表面的氢末端部分等)上由于化学吸附有机化合物而变得稳定，因此可改善在连续驱动时劣化。另为，由于长链的烷基发挥疏水性特别是可防止水分子吸附、防止氧化过度进行，使元件稳定。
如上述，由于半导体层的半导体表面上吸附有机化合物形成有机化合物吸附层，因而可实现长时间在大气中稳定工作的电子发射元件。
(实施方式2)
除在多孔质多晶硅层的多晶硅表面吸附有机化合物时，使用正十二烷醛(CH3(CH2)10CHO)醛外，做法同实施方式1，得到本发明涉及的其他电子发射元件(图7凡例中的发明品)。将该发明品在与实施方式1同样连续驱动时的电子发射电流量变化的在图7中用粗线表示。在此，图7中的细线表示，在半导体层的半导体表面未吸附有机化合物的现有电子发射元件(图7凡例中的现有品)的电子发射电流量的变化。如图7所示，由于在半导体的表面吸附正十二碳醛，5分钟之后的电子发射电流量上升了1.32个数量级。
(实施方式3)
除在多孔质多晶硅层的多晶硅表面吸附有机化合物时，使用1-癸烯(CH3(CH2)7CH＝CH2)外，做法同实施方式1，得到本发明涉及的电子发射元件11。在此，通过1-癸烯在多孔质多晶硅层的多晶硅表面的吸附，如图9所示，多孔质多晶硅表面残存的氢末端部分与1-癸烯的乙烯基反应，在多晶硅表面1-癸烯的长链烷基(n＝9)化学吸附，形成有机化合物吸附层。
另，硅表面的有机化合物的吸附状体即有机化合物吸附层的状态，可用DRIFT(Diffuse Reflectance Infrared Fourier-transform，漫反射红外傅里叶变换)、欧什电子分光或者喇曼分光等分析。
(实施方式4)
参见图2，本发明涉及的其他电子发射元件21的构造是，在由玻璃形成的绝缘性基板22的表面形成下部电极23，在下部电极23表面形成作为半导体层24的多孔质多晶硅层，在多孔质多晶硅层的多晶硅表面吸附有机化合物形成有机化合物吸附层25，再在其上形成上部电极26。在此，在多孔质多晶硅层的表面形成如图2所示的有机化合物吸附层25，同时未在图中表示的是在多孔质多晶硅层的内部的多晶硅表面也形成有机化合物吸附层。另外，作为由玻璃形成的绝缘体基板22上的下部电极23的材料，可使用例如，铝、钨、金、镍、铂、铬、钛等金属或者ITO等金属氧化物。另，下部电极23可通过蒸镀或者溅射洗形成。
形成有下部电极23的绝缘体基板22的表面上的多孔质多晶硅层是通过以下方法制造的。首先，在由玻璃形成的绝缘体基板22的表面形成的下部电极23的表面上，利用LPCDV法，形成厚度约为1.5μm未掺杂的多晶硅层。接着，在50质量％的氟化氢水溶液与乙醇以质量比1∶1混合的混合液中，以多晶硅层作为正极铂电极作为负极实施定电流阳极氧化处理，将多晶硅层的部分或者全部多孔质化，得到多孔质多晶硅。在此，多孔质多晶硅层的孔径为约10nm～100nm程度。另外，阳极氧化中使用500W钨灯实施对多晶硅层表面的光照射。最后，在约10％的稀硫酸中以硅基板作为正极以铂电极作为负极通定电流，实施ECO(ElectrochemicalOxidation，电化学氧化)处理，形成氧化膜。在该经ECO处理的制造工序中，由于工序温度为低温，对基板材料的限制较小，可将玻璃等作为基板材料使用。由于可通过紧接于阳极氧化处理的湿处理氧化多孔质多晶硅层，因而与由快速热氧化的氧化相比可简化工序。
上述在多孔质多晶硅层的多晶硅表面形成的有机化合物吸附层以及其后的上部电极的形成，与实施方式1同样进行。
(实施方式5)
参见图10，使用本发明涉及电子发射元件的带电装置52是，在与电子发射元件11的上部电极16相对的位置上配置由电极48和感光体层49形成的感光体47。电子发射元件11的上部电极16和感光体47的距离为1mm，在集电极电压Vc为800V、元件外加电压Vps为20V的条件下进行感光体的带电。进行该带电操作时，由于在上部电极16的上部空间中形成离子搬运电场，被发射的电子40被高效运至感光体。由于在大气中发射电子，被发射的电子大部分附着在到大气中的气体分子上，作为负离子被搬运。通过驱动有如此构成的半导体层的表面上吸附着有机化合物的本发明涉及的电子发射元件，即使在大气中也可稳定的使感光体表面带电至800V。
(实施方式6)
对将本发明涉及的电子发射元件作为带电装置使用的一个成像装置，进行具体说明。
首先，参照图11，说明成像装置的大概构成。感光体51被配置在成像装置主体的近中央部，是构成支持静电潜像的潜像支持体的感光体，被形成为在成像工作时沿箭头方向以一定的速度被旋转驱动的转鼓形状圆筒型。该感光体51的周围相对配置进行各种成像工序的装置。
作为进行构成上述成像工序的方法的装置，将使在感光体51表面均一带电的带电装置52、照射对图中未示图像曝光53所得像的光学系统、通过由上述光学系统的曝光使形成于感光体51表面的静电潜像可视像化的显影装置54、将被显影的像(即，色剂-60的像)复印至被适宜输送来的片状用纸61的复印装置55、在复印后除去在感光体51的表面未被复印的残留显影剂(残留色剂)的清洁装置56以及除去在感光体51表面残留的带电电荷的除电装置51按顺序沿感光体51的旋转方向配置。
用纸61，例如在圆筒或者盒子中大量收放，上述被收放的用纸由给纸构件给纸1张，向与配置上述复印装置55的感光体51对向的复印区域输送，与在感光体51的表面形成的色剂像的前端一致。该复印后的用纸61自感光体51剥离后，送至定影装置58。
定影装置58是将复印在用纸上的未定影的色剂像定影为永久图像的装置，与色剂像相对的面由可熔融色剂的并被加热到定影温度热辊构成，并设置对该热辊加压使用纸61与热辊侧贴合的压辊等。通过该定影装置58的用纸61，通过通向成像装置外的排出辊从图中未示的出纸槽进行排出。
对于上述图中未示的光学系统，由于本发明的成像装置是打印机或者数字复印机，光学系统是对应于图像数据将半导体激光进行ON-OFF驱动光像的照射。特别是对于数字复印机，对复印原稿的反射光以CCD元件等图像读取传感器读取的图像数据输入到含有上述半导体激光的光学系统中，输出对应于图像数据的光像。另外，打印机中，其他的处理装置，例如，根据来自文字处理器或者个人电脑等的图像数据变换光像，再照射这些光像。向该光像的变换，不仅可以用是半导体激光，也可利用LED元件、液晶光栅等。
如上述，成像装置中如开始成像过程，则感光体51沿箭头方向被旋转驱动，用带电装置52使感光体51表面均一带有特定极性的电位。带电后，通过由上述图中未示的光学系统形成的曝光53照射光像，按照该光像在感光体51表面形成静电潜像。为将该静电潜像可视化，通过以下的显影装置54显影。该显影是，在本发明涉及的一个成像装置中一成分色剂产生的显影，上述色剂，，例如通过静电力选择性的吸附在形成于感光体51表面的静电潜像上，进行显影。
如此被显影的感光体51表面的色剂像是通过配置在复印领域的复印装置55静电复印在，与感光体51的旋转同步被输送来的用纸61上，。该复印是通过复印装置55以与色剂的带电极性相反的极性使用纸61的背面带电，使色剂像向用纸61侧转移而进行的。复印后，在感光体51表面残留未被转印的色剂像的一部分，该残留色剂被清洁装置56自感光体51的表面除去，为了再利用感光体51使用除电装置57将感光体51表面除电至均一电位，例如除至约0电位。
另一方面，复印后的用纸61，自感光体51剥离，输送至定影装置58。通过该定影装置58，用纸61上的色剂像被熔融，由辊间所加的压力在用纸61上压接熔固。通过该定影装置58的用纸61，作为形成了图像的纸，通过在图像形成装置外部设置的出纸槽等送出。
这种电子照相方式的成像装置的带电装置52，是目前一般的利用电晕放电原理的带电装置。具体的讲已知有以下方式，在φ60μm规格的钨丝上外加高压的引线充电器方式、在具有锐利尖端形状的多个手钩齿上外加高压的手钩齿充电器方式、使感光体接触辊外加高压的辊带电方式等。但是无论利用那一种放电原理的带电装置，都存在产生大量臭氧的问题。如将本发明涉及的电子发射元件11作为图11中的带电装置52使用的话，由于不是运用放电原理而是运用电子发射原理，就可提供可避免臭氧产生的成像装置。
(实施方式7)
以下，将对将本发明涉及的电子发射元件作为电荷供给装置使用的成像装置进行具体地说明。如上所述一般为，对感光体进行带电使之均一带电，光束曝光形成静电潜像的方法。由如离子印刷技术(Ino Printing Technology)的电荷供给装置，可在绝缘体或者感光体上直接供给离子形成静电潜像。由于这种直接潜像形成方式可将目前的带电和曝光两个过程简化为一个过程，可有利于成像装置的小型化。另外静电潜像支持体如为感光体时，由于存在对材料的限制或磨损或膜的绝缘破坏的问题，就不能对膜厚或介电常数等设计事项进行大的改动，通过电荷供给装置的直接潜像形成的方式中，作为静电潜像支持体感光体不是必需的，使用一般的绝缘体即可。因此材料的选择范围可以更广。由此，可改善静电潜像支持体的耐磨损性及析像度。
参照图12，说明使用可直接潜像形成的电荷供给装置时的图像形成过程的概略。与图11中所示的目前使用感光体的图像形成过程不同的是，静电潜像支持体由感光体51形成介质转鼓71，带电装置52、曝光53、除电装置57三者构成电荷供给装置。由于静电潜像形成方法使用感光体和光，仅改变了离子或者电子的直接供给方法，其他过程相同。另外，静电潜像支持体不必须一定要使用介质转鼓，也可使用现有的感光体。
另外，图13显示了上述电荷供给装置72的大致构成图。基板81，由含有在多晶硅表面有吸附有机化合物的多孔质多晶硅层的硅基板或者玻璃基板构成。在基板81上配列多个电子发射元件部83。电子发射元件部83的最表面由上述的薄膜状上部电极构成，并通过布线84与为了选择性抑制驱动多个元件的驱动器IC82相连。通过这样构造的电荷供给装置，图12的介质转鼓71的上面直接供给离子或者电子，可描画任意的静电潜像。由于图13是大致构造图只描绘了20个电子的发射元件部，实际上在跨300mm的长度上以600DPI(Dot per Inch)的密度配列多个元件，从而可形成大小至A3纸尺寸的可能对应的打印机·复印机等的静电潜像。
目前的电荷供给装置与目前的带电装置相同，利用放电原理产生离子，存在产生大量臭氧的问题。如将本发明的电子发射元件作为图13的电荷供给装置72使用，由于不是运用发电原理而是电子发射原理就可避免产生臭氧，同时可提供由电荷供给装置直接潜像形成的简略化的成像装置。
实施例
(实施例1～实施例9)
在与实施方式1相同的条件下，研究将在表1所示的有机化合物吸附在半导体层的半导体表面时电子发射量提高的数量级。在此，实施例1、实施例2、实施例4分别对应于上述实施方式1、实施方式2、实施方式3。
        表1
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   实施例7   实施例8   实施例9
类别 醛基 醛基 醛基 不饱和键 不饱和键 不饱和键   不饱和键×2   支状+不饱和键   不饱和键+醛基
  有机化合物名   正癸醛   正月桂醛   正辛醛   1-癸烯   1-十二碳烯   1-十六碳烯   1，7-辛二烯   2，4-二甲基-1-庚烯   2，6-二甲基-5-庚烯-1-醛
化学式   CH3(CH2)8CHO   CH3(CH2)10CHO   CH3(CH2)6CHO   CH3(CH2)7CH＝CH2   CH3(CH2)9CH＝CH2   CH3(CH2)13CH＝CH2   CH2＝CH(CH2)4CH＝CH2   CH3(CH2)2CH(CH3)CH2C(CH3)＝CH2   (CH3)2C＝CH(CH2)2CH(CH3)CHO
  电子发射电流量提高的数量级   发射5分钟后 0.37 1.32 0.53 1.18 0.65 0.46
  发射30分钟后 0.82 0.45 2.02 1.25
如表1所示，通过将至少结合醛基的非环烃化合物或者至少具有一个不饱和键的非环烃吸附到半导体层的半导体表面，电子发射量可提高0.37～2.02个数量级。
本次公开的实施方式以及实施例在所有方面均为限制于所示示例。本发明的范围，不是根据上述说明，而是根据权利要求的范围所示，包括与权利要求的范围相同意义以及范围内的所有变化。
产业利用的可能性
如上述，本发明可使电子发射元件以及使用其的成像装置广泛使用。

Claims (13)

1.电子发射元件，它是在上部电极(16，26)和下部电极(13，23)之间形成半导体层(14，24)的电子发射元件(11，21)，其特征在于，上述半导体层(14，24)的半导体表面上吸附有机化合物，形成有机化合物吸附层(15，25)。
2.如权利要求1所述的电子发射元件，其特征还在于，上述半导体层(14，24)由硅构成，它是其部分或者全部形成为多孔质的多孔质硅半导体层。
3.如权利要求1所述的电子发射元件，其特征还在于，上述半导体层(14，24)由多晶硅构成，它是其部分或者全部形成为多孔质的多孔质多晶硅半导体层。
4.如权利要求1所述的电子发射元件，其特征还在于，上述有机化合物为非环烃。
5.如权利要求4所述的电子发射元件，其特征还在于，上述非环烃是碳原子数为7以上的直链状或者支链状的非环烃。
6.如权利要求4所述的电子发射元件，其特征还在于，上述非环烃至少具有一个不饱和键。
7.如权利要求6所述的电子发射元件，其特征还在于，上述具有不饱和键的非环烃是用CnH2n表示的直链状或者支链状不饱和烃，n为7～17的整数。
8.如权利要求1所述的电子发射元件，其特征还在于，上述有机化合物是在非环烃上至少结合有醛基的化合物。
9.如权利要求8所述的电子发射元件，其特征还在于，上述非环烃是碳原子为7以上的直链状或者支链状的非环烃。
10.如权利要求8所述的电子发射元件，其特征还在于，上述非环烃上结合有醛基的化合物是用CnH2n+1CHO表示的直链状或者支链状饱和醛化合物，n为7～17的整数。
11.如权利要求8所述的电子发射元件，其特征还在于，上述非环烃上结合有醛基的化合物是用CnH2n-1CHO表示的直链状或者支链状的非环式不饱和醛化合物，n为7～17的整数。
12.成像装置，它是将如下的电子发射元件作为带电装置使用的成像装置，该电子发射元件是在上部电极(16，26)和下部电极(13，23)之间形成半导体层(14，24)、在上述半导体层(14，24)的半导体表面吸附有机化合物形成有机化合物吸附层(15，25)的电子发射元件，其特征在于，上述电子发射元件在大气中发射电子使静电潜像支持体带电。
13.成像装置，它是将如下的电子发射元件作为电荷供给装置使用的成像装置，该电子发射元件是在上部电极(16，26)和下部电极(13，23)之间形成半导体层(14，24)、在上述半导体层(14，24)的半导体表面吸附有机化合物形成有机化合物吸附层(15，25)的电子发射元件，其特征在于，上述电子发射元件在大气中发射电子在静电潜像支持体上形成直接潜像。
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