DE19621570A1 - Feldemissions-Elektronenquelle und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenquelle und insbesondere eine Elektronenquelle mit elektrischer Feldemission für eine Kathodenstrahlröhren-Anzeige, eine Vakuumröhre eine Halblei­ ter-Herstellvorrichtung usw. und ein Verfahren zur Herstel­ lung der Elektronenquelle.

Herkömmlicherweise ist hauptsächlich eine Elektronenquelle, die auf dem Prinzip der Thermionen- bzw. Elektronenaussendung aus einem Heizfaden arbeitet, auf dem Gebiet der Bildanzeige­ einrichtungen unter Verwendung einer Kathodenstrahlröhre oder einer Vakuumröhre verwendet worden.

Jedoch ist vor einiger Zeit eine Elektronenquelle entwickelt worden, die auf dem Prinzip der Feldemission unter Verwendung von Feinbearbeitungstechniken auf dem Gebiet der Halbleiter arbeitet, da die Bildanzeigeeinrichtungen dünner und leichter werden.

Fig. 17 zeigt eine Schnittansicht, die einen Teil einer bei­ spielsweise in der US-5 070 282 beschriebenen herkömmlichen Feldemissions-Elektronenquelle darstellt. In Fig. 17 ist ein Emitter 104, von dem Elektronen ausgesendet werden, als eine Einheit in einer konischen Form mit einem eine Kathodenelek­ trode bildenden Substrat 101 ausgebildet. Auf dem Substrat 101 sind aufeinanderfolgend ein Isolationsfilm 105, eine Ex­ traktions- bzw. Entnahmeelektrode 102, ein Isolationsfilm 106, eine Fokussierelektrode 103, ein Isolationsfilm 107 und eine Beschleunigungselektrode 108 angeordnet, wobei die Elek­ troden und die Filme den Emitter 104 umgeben.

Wenn eine Spannung aus einer Spannungsquelle 109 zwischen die Entnahmeelektrode 102 und das Substrat 101 angelegt wird, werden Elektronen von der Spitze des Emitters 104 entnommen bzw. extrahiert und dann durch die an die Fokussierelektrode 103 angelegte Spannung einer Spannungsquelle 110 fokussiert.

Die Elektronen werden außerdem durch die an die Beschleuni­ gungselektrode 108 angelegte Spannung einer Spannungsquelle 111 beschleunigt, bevor die Elektronen schließlich in der Form eines Elektronenstrahls ausgesendet werden. Gemäß dem Beispiel wird ein Dreischichtenaufbau verwendet, der aus der Entnahmeelektrode 102, der Fokussierelektrode 103 und der Be­ schleunigungselektrode 108 besteht, wobei an sämtliche Elek­ troden verschiedene Potentiale angelegt werden. Zum Zweck der Elektronenemission ist jedoch nur die Entnahmeelektrode 102 erforderlich.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der Elektronenquelle be­ schrieben. Das Anlegen einer positiven Spannung von bei­ spielsweise 100 V durch die Spannungsquelle 109 an die Ent­ nahmeelektrode 102 gegenüber der Kathodenelektrode (dem Substrat) 101 erzeugt ein elektrisches Feld von ungefähr 10⁷ V/cm an der Spitze des Emitters 104 und verursacht, daß Elektronen durch den Tunneleffekt von dem Emitter 104 ausge­ sendet werden. Die Größe des durch die ausgesendeten Elektro­ nen erzeugten Stroms liegt in dem Bereich von 25 bis 100 µA pro Emitter. Wenn die Dichte des Emitters 104 zunimmt, nimmt natürlich die Stromdichte zu, aber der Stromverbrauch ist außerordentlich niedrig, weil Ströme kaum durch die Entnahme­ elektrode 102 fließen.

Bei der vorstehend beschriebenen Elektronenquelle mit elek­ trischer Feldemission neigt der ausgesendete Elektronenstrahl 100 dazu, auf Grundlage der Einflüsse der Verteilung des elektrischen Feldes zu divergieren, das die Form der Spitze des Emitters 104 wiedergibt. Aus diesem Grund wird eine Span­ nung, die ungefähr identisch mit der an die Kathodenelektrode 101 angelegten ist, durch die Spannungsquelle 110 an die Fokussierelektrode 103 angelegt, damit die ausgesendeten Elektronen verzögert werden, wodurch eine Fokussierung des Elektronenstrahls 100 gestattet wird.

Der Elektronenstrahl 100 wird dann, bevor er projiziert wird, durch die Beschleunigungselektrode 108 beschleunigt, an die eine positive Spannung durch eine Spannungsquelle 111 ange­ legt wird. Es ist ebenfalls möglich, den Elektronenstrahl 100 unter Verwendung einer externen Anode anstelle der Beschleu­ nigungselektrode 108 zu beschleunigen.

Ungefähr eine Million Emitteranordnungen können gleichzeitig mit einem Abstand von einigen Mikrometern bis zu 10 Mikrome­ tern unter Verwendung von Photogravüre- und Dünnfilmtechniken hergestellt werden, wobei eine Verwirklichung einer Elektro­ nenquelle mit einem Spitzenstrom von 100 A ermöglicht wird. Die auf diese Weise erhaltene Elektronenquelle weist außer des Energieverbrauchs keinen Leistungsverlust infolge des durch die Kathodenelektrode 101 fließenden Stroms auf und ist deshalb durch Elektronenstrahlen mit geringer Emittanz und ohne Divergenz gekennzeichnet.

Das Verfahren zur Herstellung einer derartigen herkömmlichen Elektronenquelle mit elektrischer Feldemission ist beispiels­ weise auf S. 25 bis 28 der Sammlung von Veröffentlichungen der "7th International Vacuum Microelectronics Conference", Juli 1994 offenbart. Fig. 18 (a) bis Fig. 18 (f) zeigen Schnittansichten, die die Schritte des Herstellverfahrens für die auf S. 25 bis 28 der Sammlung der Veröffentlichungen der "7th International Vacuum Microelectronics Conference" vom Juli 1994 beschriebenen Elektronenquelle mit elektrischer Feldemission darstellen.

Gemäß Fig. 18(a) wird ein runder Film 112 aus SiO₂ auf einem aus einem Halbleiter wie Si oder einem Leiter wie Al herge­ stellten Substrat 101 ausgebildet, indem ein Ätzverfahren unter Verwendung eines Photoresistfilms 113a ausgeführt wird. Nach Entfernung des Photoresistfilms 113a wird das Si-Sub­ strat 101 unter Verwendung des runden Films 112 aus SiO₂ als Maske isotopisch geätzt und dann die Oberfläche des Substrats 101 thermisch oxidiert. Dies führt zur Ausbildung eines Oxid­ films 101a über die gesamte Oberfläche des Substrats 101 wie in Fig. 18(b) dargestellt. In dem nächsten Schritt werden aufeinanderfolgend ein Isolationsfilm 105 aus SiO₂ und eine beispielsweise aus Niob (Nb) hergestellte Elektrode 102 auf dem Oxidfilm 101a gemäß Fig. 18(c) aufgebracht. Ein anderes Photoresist 113b wird auf die Elektrode 102 zur Herstellung eines Verbindungsanschlusses gemäß Fig. 18(d) aufgebracht, und ein Isolationsfilm 106 aus SiO₂ und einer Elektrode 103 werden aufeinanderfolgend auf dem Photoresist 113b und der Elektrode 102 gemäß Fig. 18(e) aufgebracht.

Schließlich wird das Photoresist 113b entfernt und der runde Film 112 aus SiO₂ unter Verwendung von Flurwasserstoffsäure ebenfalls entfernt. Infolgedessen wird ein Teil des Oxidfilms 101a daraufhin von dem Substrat 101 entfernt, wodurch ein ko­ nisch geformter Emitter 104 mit einer scharfen Spitze in ei­ ner Öffnung 120 wie in Fig. 18(f) dargestellt erzeugt wird.

Hinsichtlich der Abmessungen beträgt beispielsweise der Durchmesser der Öffnung 120, an der sich der Emitter 104 be­ findet, 2 bis 3 µm, die Höhe des konischen Emitters 104 1 µm und der Durchmesser der Spitze des Emitters 104 0,06 µm. Es ist nicht erforderlich, die Dicke der Elektroden 102 und 103 zu erhöhen, solange sie dick genug sind, der daran angelegten Spannung zu widerstehen, weshalb die Dicke der Elektroden typischerweise in einem Bereich von 0,1 bis 0,3 µm liegt.

Die Dicke des Isolationsfilms 105 wird gewöhnlich derart ein­ gestellt, daß sie fast der Höhe des Emitters entspricht, da­ mit eine ausreichende Elektronenemission von der Spitze des Emitters 104 sichergestellt ist. Außerdem wird die Dicke der Isolationsschicht 106 auch auf dieselbe Dicke von 1 µm wie die des Isolationsfilms 105 eingestellt, damit eine geeignete Durchschlagfestigkeit zwischen der Elektrode 102 und der Elektrode 103 erzeugt wird.

Die Elektronenkanone einer Kathodenstrahlröhre ist eines der Beispiele, bei der die vorstehend beschriebene Elektronen­ quelle angewandt wird. Fig. 19 zeigt den Aufbau einer derar­ tigen Elektronenkanone.

Gemäß Fig. 19 geht ein aus einer Elektronenquelle (einer aus einem Feldemitter bestehenden Elektronenquelle) 121 ausgesen­ deter Elektronenstrahl zu seiner Beschleunigung durch eine erste Anodenelektrode 122 und eine zweite Anodenelektrode 123 sowie einen Kreuzungspunkt 127 von Elektronenlinsen 124, 125 hindurch. Der Elektronenstrahl wird dann durch eine Konver­ genzelektrode 126 fokussiert, und die Elektronen-Flugbahnen werden durch einen Ablenkmagneten 128 gesteuert, bevor der Elektronenstrahl durch eine Lochmaske 129 hindurchtritt, da­ mit er auf einer Fluoreszenzplatte 131 mit einem Aluminium­ rücken 130 fokussiert wird.

Bei der wie vorstehend beschrieben aufgebauten, herkömmlichen Feldemissions-Elektronenquelle muß an die Fokussierelektrode 103 eine Spannung angelegt werden, die zum Erhalt einer her­ vorragenden Fokussiereigenschaft (bzw. -Kennlinie) erforder­ lich ist. Falls eine höhere Spannung als die der Entnahme­ elektrode angelegt wird, ist eine Hochspannung von mehreren kV erforderlich, was insofern ein Problem darstellt, daß die Dicke des Isolationsfilms zwischen der Entnahmeelektrode und der Fokussierelektrode erhöht werden muß, damit eine geeig­ nete Haltespannungs-Kennlinie erzeugt wird, was dazu führt, daß der Stromverbrauch dementsprechend zunimmt. Aus diesem Grund wird gewöhnlich eine geringere Spannung als die der Entnahmeelektrode an die Fokussierelektrode angelegt, bei­ spielsweise wird ein Potential von 0 V an die Fokussierelek­ trode und ein Potential von 100 V an die Entnahmeelektrode angelegt.

Jedoch führt ein Anlegen einer Spannung an die Fokussierelek­ trode, die niedriger als die an die Entnahmeelektrode ange­ legte ist, insofern zu einem Problem, daß das elektrische Feld an der Spitze des Emitters wegen des Einflusses der an die Fokussierelektrode angelegten Spannung abnimmt und die Menge der durch den Tunneleffekt ausgesandten Elektronen we­ sentlich verringert wird.

Fig. 20 zeigt die Ergebnisse von Untersuchungen, die zur Er­ mittlung der Veränderungen des Anodenstroms und des Diver­ genzwinkels des Elektronenstrahls bezüglich der an die Fokus­ sierelektrode angelegten Spannung durchgeführt wurden. In Fig. 20 ist die an die Entnahmeelektrode angelegte Spannung auf den Wert von 100 V normalisiert. Aus dem in Fig. 20 dar­ gestellten Diagramm ist ersichtlich, daß, wenn die an die Fo­ kussierelektrode angelegte Spannung zunimmt, der Anodenstrom zum Erhalt einer ausreichenden Intensität des Elektronen­ strahls zunimmt, wohingegen Elektronenstrahlen abgelenkt wer­ den. Demgegenüber würden, falls die an die Fokussierelektrode angelegte Spannung abnimmt, Elektronenstrahlen fokussiert werden, aber dies verursacht eine wesentliche Abnahme des Stromwertes. Dies bedeutet, daß die an die Fokussierelektrode angelegte Spannung so gering ist, daß das elektrische Feld um die Spitze des Emitters herum gestört ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Probleme der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Elektronenquelle zu lösen. Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neu­ artige Elektronenquelle zu schaffen, die durch eine hohe Stromdichte und eine gute Fokussierungsleistung gekennzeich­ net ist.

Die Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine neuar­ tige Elektronenquelle zu schaffen, bei der ein Anodenstrom selbst dann nicht abnimmt, wenn eine niedrigere Spannung als die der Entnahmeelektrode an die Fokussierelektrode angelegt wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neuar­ tige Elektronenquelle zu schaffen, die einen Einfluß einer an die Fokussierelektrode angelegten Spannung auf einen Emitter verhindert.

Die Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Stö­ rung zu beseitigen, die die an die Fokussierelektrode ange­ legte Spannung für das elektrische Feld um die Spitze des Emitters herum verursacht.

Erfindungsgemäß wird eine Elektronenquelle geschaffen mit einer Kathodenelektrode mit einem Emitter mit konischer Form, einem dem Emitter umgebenden ersten Isolationsfilm, einer auf dem ersten Isolationsfilm angeordneten ersten Entnahmeelek­ trode zur Entnahme von Elektronen aus dem Emitter, einem auf der Entnahmeelektrode angeordneten zweiten Isolationsfilm und einer auf dem zweiten Isolationsfilm angeordneten Fokussiere­ lektrode zur Fokussierung der Elektronen. Die Filme und Elek­ troden sind zum Bilden eines den Emitter umgebenen Grabens ausgehöhlt und die Elektroden weisen zur Steuerung des aus dem Emitter ausgesendeten Elektronenstrahls jeweils daran angelegte vorbestimmte Spannungen auf. Die Elektronenquelle ist ebenfalls derart ausgelegt, daß eine Störung beseitigt wird, die die an die Fokussierelektrode angelegte Spannung auf das elektrische Feld um die Spitze des Emitters herum verursacht.

Erfindungsgemäß kann die Elektronenquelle durch ein Verfahren eines Aufbringens eines ersten Isolationsfilms, einer Entnah­ meelektrode zur Entnahme von Elektronen aus einem Emitter einer Kathodenelektrode, eines zweiten Isolationsfilms und einer Fokussierelektrode zur Fokussierung der Elektronen auf einem Substrat hergestellt werden, so daß diese einen Graben zur Anordnung des Emitters in konischer Form bilden. Bei ei­ nem derartigen Verfahren wird die Dicke eines Maskenmaterials derart bestimmt, daß, wenn der konische Emitter gebildet wird, eine durch den auf dem Maskenmaterial in dem Graben aufgebrachten Film belegte Fläche kleiner als der Graben ist, wenn das Aufbringen sämtlicher Filme abgeschlossen ist. Der Emitter mit der konischen Form wird dann in der Kathoden­ elektrode unter Verwendung der Maske mit der bestimmten Dicke ausgebildet. Auf dem Substrat werden dann der erste Isola­ tionsfilm, die Entnahmeelektrode, der zweite Isolationsfilm und die Fokussierelektrode aufeinanderfolgend ausgebildet, nachdem die Maske und die auf der Maske aufeinanderfolgend aufgebrachten Schichten entfernt wurden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht, die einen Aufbau eines Teils ei­ ner Elektronenquelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,

Fig. 2(a) eine Draufsicht, die einen tatsächlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle darstellt,

Fig. 2(b) eine Schnittansicht der Linie A-B von Fig. 2(a),

Fig. 3 ein Diagramm, das ein Analyseergebnis eines elektri­ schen Feldes darstellt, das einen Zusammenhang zwischen der Dicke der Entnahmeelektrode und einem Emissionsstrom zeigt,

Fig. 4 ein Diagramm, das ein Analyseergebnis eines elektri­ schen Feldes darstellt, das einen Zusammenhang zwischen der Dicke der Entnahmeelektrode und einem gesamten Emissionsstrom widergibt,

Fig. 5 ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen einer an die Fokussierelektrode angelegten Spannung und einem gemesse­ nen Anodenstrom darstellt, wenn die Dicke der Entnahmeelek­ trode verändert wird,

Fig. 6 eine Schnittansicht, die einen Aufbau eines Teils einer Elektronenquelle gemäß einem zweiten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung darstellt,

Fig. 7 ein Diagramm, das ein Analyseergebnis eines elektri­ schen Feldes darstellt, das einen Zusammenhang zwischen der Dicke einer zweiten Isolationsschicht und eines ausgesendeten Stroms widergibt,

Fig. 8 ein Diagramm, das ein Analyseergebnis eines elektri­ schen Feldes darstellt, das einen Zusammenhang zwischen der Dicke einer zweiten Isolationsschicht und eines gesamten ausgesendeten Stroms widergibt,

Fig. 9 eine Schnittansicht, die einen Aufbau eines Teils einer Elektronenquelle gemäß einem dritten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung darstellt,

Fig. 10 ein Diagramm, das eine Wirkung des Dreistufen-Elek­ trodenaufbaus darstellt, der eine zweite Entnahmeelektrode aufweist,

Fig. 11 eine Schnittansicht, die einen Aufbau eines Teils einer Elektronenquelle gemäß einem vierten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung darstellt,

Fig. 12(a) bis 12(e) Schnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronenquelle darstellen,

Fig. 13(a) sowie 13(b) schematische Darstellungen, die einen Unterschied eines Aufbaus einer in Abhängigkeit der Dicke einer Maske hergestellten Elektronenquelle darstellen,

Fig. 14 ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen der Höhe von einem Substrat und dem Durchmesser einer Beschich­ tung auf einer Maske und dem inneren Durchmesser eines Gra­ bens oder einer Öffnung darstellt, der bzw. die zur Bestim­ mung der Dicke einer Maske verwendet wird,

Fig. 15 eine Schnittansicht, die einen Aufbau einer Kathoden­ strahlröhre darstellt, die die Elektronenquelle gemäß einem der ersten bis vierten Ausführungsbeispiele der Erfindung aufweist,

Fig. 16 eine Schnittansicht, die einen Aufbau einer Kathoden­ strahlröhre darstellt, die eine Vielzahl der Elektronen­ quellen gemäß einem der ersten bis vierten Ausführungsbei­ spiele der Erfindung aufweist,

Fig. 17 eine Schnittansicht, die einen Aufbau einer herkömm­ lichen Elektronenquelle darstellt

Fig. 18(a) bis 18(f) Schnittansichten, die ein Herstellver­ fahren für die herkömmliche Elektronenquelle darstellen,

Fig. 19 eine Schnittansicht, die einen Aufbau einer herkömm­ lichen Kathodenstrahlröhre darstellt, und

Fig. 20 ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen der an eine Fokussierelektrode angelegten Spannung, einem Anoden­ strom und einem Divergenzwinkel eines Elektronenstrahls bei der herkömmlichen Elektronenquelle darstellt.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der gleiche Bezugszah­ len identische oder entsprechende Teile in mehreren Ansichten bezeichnen, wird nachstehend ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezug auf Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Teils einer erfin­ dungsgemäßen Elektronenquelle. Gemäß Fig. 1 ist ein eine Ka­ thodenelektrode 11 bildendes Siliziumsubstrat auf einem Sub­ strat 14 befestigt, das beispielsweise aus einem Glasmaterial hergestellt ist. Die Oberfläche der Kathodenelektrode 11 ist derart bearbeitet, daß sie einen konisch geformten Feldemit­ ter 15 bildet. Die Elektronenquelle ist durch eine Entnahme­ elektrode 12 zur Entnahme von Elektronen aus dem Emitter 15, einer Fokussierelektrode 13 zur Steuerung der Flugbahnen der ausgesendeten Elektronen, einem zwischen der Elektrode 12 und dem Substrat 14 aufgebrachten ersten Isolationsfilm 17 und einem zwischen den Elektroden 13 und 12 auf dem Substrat 14 aufgebrachten zweiten Isolationsfilm 16 gebildet.

Die Gräben oder Öffnungen 10 und die Feldemitter 15 sind bei­ spielsweise in einem Abstand von 7,5 µm in einer Fläche mit einem Durchmesser von 200 µm wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 1 dargestellt angeordnet, und zumindest 600 davon können in der Fläche vorgesehen sein, obwohl Fig. 1 nur einen Teil davon darstellt. Die Spitze der Feldemitter 15 ist fast so hoch wie die untere Oberfläche der Entnahmeelektrode 12.

Fig. 2(a) zeigt eine Draufsicht, die einen tatsächlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Elektronenquelle darstellt. Fig. 2(b) zeigt eine Schnittansicht gemäß der Linie A-B von Fig. 2(a).

Gemäß Fig. 2(a) weist eine Fokussierelektrode 13 eine kreis­ förmige Fläche mit einem Durchmesser von ungefähr 300 µm auf, die eine Vielzahl von Öffnungen 10 in dessen mittlerem Teil, d. h. der Elektronen-Emissionsfläche, und eine linear ver­ laufende Leitung 21 aufweist, die zum Anschluß an einen sich auf dem anderen Teil der Isolationsschicht 16 befindenden Bond-Anschluß 22 zu der linken Seite von Fig. 2 verläuft. Dementsprechend verläuft die Entnahmeelektrode 12 zum An­ schluß an einen freiliegenden Bond-Anschluß 24 über eine linear verlaufende Leitung 23 zu der rechten Seite von Fig. 2. Die Kathodenelektrode 11 verläuft ebenfalls zum Anschluß an einen freiliegenden Bond-Anschluß 26 über eine linear ver­ laufende Leitung 25 nach außen. Leitungen 27, 28 sowie 29 sind jeweils zum Anlegen von Spannungen daran an die Bond-Anschlüsse 22, 24 und 26 angeschlossen.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der Elektronenquelle gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Fig. 3 bis Fig. 5 beschrieben. Eine Spannung von +60 bis +110 V wird an die Entnahmeelektrode 12 relativ zu der an die Kathoden­ elektrode 11 angelegten Spannung und eine Spannung von 0 bis +20 V an die Fokussierelektrode 13 relativ zu der an die Ka­ thodenelektrode 11 angelegten Spannung angelegt. Die Ent­ nahmeelektrode 12 ist dick genug, um die Störung zu unter­ drücken, die die an die Fokussierelektrode 13 angelegte Span­ nung auf das elektrische Feld um die Spitze der Emitter 15 herum verursacht, weshalb der Einfluß des um die Spitze der Emitter 15 von der Fokussierelektrode 13 verursachten elek­ trischen Feldes verringert werden kann. Fig. 3 stellt ein Ergebnis dar, das das elektrische Feld unter Verwendung der Methode von finiten Differenzen zum Zweck der Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Verhältnis der Dicke der Entnahme­ elektrode 12 zu der Höhe der Emitter 15 und der aus den Spitzen der Emitter 15 ausgesendeten Ströme darstellt. Die Abszisse zeigt das Verhältnis der Dicke der Entnahmeelektrode 12 zu der Höhe der Emitter 15 und die Ordinate die Werte des Stroms, der aus den Spitzen der Emitter 15 ausgesendet wird, wobei mit 100% der Wert des Stroms zu dem Zeitpunkt be­ zeichnet ist, wenn die Fokussierelektrode 13 nicht verwendet wird.

Punkt A in Fig. 3 bezeichnet den Prozentsatz des Emissions­ stroms, wenn die Fokussierelektrode 13 mit einer herkömm­ lichen Filmdicke verwendet wird, d. h. die Höhe der Emitter 15 beträgt 1 µm und die Dicke der Entnahmeelektrode 12 0,3 µm, was bedeutet, daß der aus den Spitzen der Emitter 15 ausge­ sendete Strom sich entsprechend der Zunahme der Dicke der Entnahmeelektrode 12 erhöht. Gemäß Fig. 3 hat die Anmelderin der vorliegenden Erfindung herausgefunden, daß 80% und mehr des Emissionsstroms sichergestellt werden kann, wenn das Verhältnis der Dicke der Entnahmeelektrode 12 zu der Höhe der Emitter 15 zwei oder mehr beträgt, und daß 100% des Emis­ sionsstroms sichergestellt werden kann, wenn das Verhältnis der Dicke der Entnahmeelektrode 12 zu der Höhe der Emitter 15 vier beträgt.

Auf diese Weise kann ein Elektronenstrahl erhalten werden, der eine hohe Stromdichte und hervorragende Fokussiereigen­ schaften aufweist, indem die Dicke der Entnahmeelektrode 12 erhöht wird.

Demgegenüber erhöht sich, wenn die Entnahmeelektrode 12 dicker gemacht wird, ein Abstand p zwischen benachbarten Emittern 15 gemäß Fig. 1 durch die nachstehend beschriebenen Gründe, weshalb die Anzahl der Emitter 15 pro Flächeneinheit abnimmt. Aus diesem Grund nimmt, wenn eine Vielzahl von Emittern 15 zum Bilden einer Elektronenquelle ausgebildet ist, der Gesamtwert der aus sämtlichen Emittern 15 ausgesen­ deten Ströme ab, weil er von dem Wert des aus einem Emitter ausgesendeten Stroms und der Anzahl der Emitter abhängt. Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis der Dicke der Entnahmeelektrode 12 zu der Höhe der Emitter 15 und den Gesamt-Emissionsströmen, wenn der Gesamtwert der aus einer Gruppe von Emittern ausgesendeten Ströme mit 100% angenommen wird, der eine Fokussierung erzeugt und nicht zu einer Abnah­ me der Emissionsströme führt.

Gemäß Fig. 4 hat die Anmelderin der vorliegenden Erfindung herausgefunden, daß ein Gesamtemissionsstrom von ungefähr gleich oder mehr als dem der herkömmlichen Elektronenquelle erhalten werden kann, wenn das Verhältnis der Dicke der Entnahmeelektrode 12 zu der Höhe der Emitter 15 zwischen eins und vier liegt.

Ein anderes Verfahren zur Erhöhung des Gesamtemissionsstroms besteht darin, das für die Elektroden verwendete Material und die anzulegende Spannung zu optimieren. Beispielsweise be­ richtet ein Schriftstück, nämlich die Sammlung der Veröffent­ lichungen der "7th International Vacuum Microelectronics Conference", Juli 1994, S. 405 bis 407 von einer Zunahme des Gesamtemissionsstroms, der durch Herstellung von Emittern mit Anodenbehandlung erreicht wurde.

Genauer kann die Abnahme des Gesamtemissionsstroms durch die Erhöhung der Dicke der Entnahmeelektrode 12 durch Optimierung anderer Parameter wie des für die Elektroden verwendeten Ma­ terials und der anzulegenden Spannung kompensiert werden. Gemäß Fig. 4 kann, falls das Verhältnis des Gesamtemissionss­ troms zumindest 40% beträgt, der Gesamtemissionsstrom um bis zu 100% (das 2,5fache) kompensiert werden. Dies bedeutet, daß ein Gesamtemissionsstrom von ungefähr gleich oder mehr als der herkömmliche Pegel erhalten werden kann, wenn das Verhältnis der Dicke der Entnahmeelektrode 12 zu der Höhe der Emitter 15 mehr als 0,5 beträgt.

Fig. 5 zeigt zum Vergleich die Veränderung des Anodenstroms, wenn die Filmdicke der Entnahmeelektrode 12 von der herkömm­ lichen Dicke, nämlich 0,3 µm, auf beispielsweise 3 µm erhöht wird, d. h. um das zehnfache (in diesem Fall beträgt die Höhe des Emitters 1 µm). Wie aus Fig. 5 ersichtlich kann durch Erhöhung der Dicke der Entnahmeelektrode 12 gemäß dem bevor­ zugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die abrupte Abnahme des Anodenstroms selbst dann gesteuert werden, wenn die an die Fokussierelektrode 13 angelegte Spannung abnimmt, wodurch die Sicherstellung einer ausreichenden Stromdichte für die Elektronenquelle ermöglicht wird.

Mit anderen Worten kann erfindungsgemäß eine Elektronenquelle geschaffen werden, die eine hohe Stromdichte durch Fokus­ sierung des Elektronenstrahls selbst dann aufweist, wenn eine geringe Spannung an die Fokussierelektrode 13 angelegt wird.

Die aus den Spitzen der Feldemitter 15 ausgesendeten Elektro­ nen werden verzögert und durch das durch die Fokussierelek­ trode 13 erzeugte elektrische Feld fokussiert, bevor sie in Richtung der Anode ausgesendet werden, die außerhalb der Elektronenquelle vorgesehen ist.

Nachstehend wird ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung unter Bezug auf Fig. 6 bis Fig. 8 beschrieben. Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht, die ein Teil einer Elektronen­ quelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt. Die Elektronenquelle gemäß Fig. 6 unterscheidet sich von der herkömmlichen darin, daß der zweite Isolationsfilm 16, der sich zwischen der Entnahmeelektrode 12 und der Fokussier­ elektrode 13 befindet, ausreichend dick gemacht wird. Nach­ stehend wird die Arbeitsweise der derart aufgebauten Elek­ tronenquelle beschrieben.

Die an die Entnahmeelektrode 12 angelegte Spannung beträgt +60 bis +110 V relativ zu der an die Kathodenelektrode 11 angelegten Spannung und die an die Fokussierelektrode 13 angelegte Spannung 0 bis +20 V relativ zu der an die Katho­ denelektrode 11 angelegten Spannung.

Fig. 7 stellt ein Ergebnis dar, das das elektrische Feld unter Verwendung der Methode der finiten Differenzen zum Zweck der Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen dem Verhältnis der Dicke des zweiten Isolationsfilms 16 zu der Höhe der Emitter 15 sowie der aus den Spitzen der Emitter 15 ausgesendeten Ströme darstellt. Die Abszisse stellt das Ver­ hältnis der Dicke des zweiten Isolationsfilms 16 zu der Höhe der Emitter 15 und die Ordinate die Werte des Stroms dar, der aus den Spitzen der Emitter 15 ausgesendet wird, wobei mit 100% der Wert des Stroms zu dem Zeitpunkt bezeichnet ist, wenn die Fokussierelektrode 13 nicht verwendet wird. Ein Punkt B in Fig. 7 bezeichnet den Prozentsatz des ausgesen­ deten Stroms, wenn die Fokussierelektrode 13 mit einer her­ kömmlichen Filmdicke verwendet wird, d. h. die Höhe der Emit­ ter 15 1 µm und die Dicke des zweiten Isolationsfilms 16 1 µm beträgt.

Wie aus Fig. 7 hervorgeht, hat die Anmelderin der vorliegen­ den Erfindung herausgefunden, daß der aus den Spitzen der Emitter 15 ausgesendete Strom sich entsprechend der Zunahme der Dicke des zweiten Isolationsfilms 16 erhöht. Insbesondere können 30% und mehr des Emissionsstroms sichergestellt wer­ den, wenn das Verhältnis der Dicke des zweiten Isolations­ films 16 zu der Höhe der Emitter 15 drei oder mehr beträgt, verglichen mit weniger als 10% bei der herkömmlichen Vor­ richtung.

Deswegen kann gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, gemäß dem die Dicke des zweiten Isolationsfilms 16 anstelle der der Entnahmeelektrode 12 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erhöht wird, ebenfalls eine Elektronenquelle geschaffen werden, die eine hohe Stromdichte durch Fokussierung des Elektronenstrahls selbst dann aufweist, wenn eine geringe Spannung an die Fokussierelektrode 13 angelegt wird.

Fig. 8 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis der Dicke des zweiten Isolationsfilms 16 zu der Höhe der Emitter 15 sowie den Gesamt-Emissionsströmen, wenn der Gesamtwert der aus einer Gruppe von Emittern ausgesendeten Emissionsströme, die eine Fokussierung erzeugen und nicht zu einer Abnahme der Emissionsströme führen, mit 100% angenommen wird. Gemäß Fig. 8 erreicht der Gesamtstrom der Gruppe von Emittern einen Sättigungspunkt von ungefähr 40%, wenn das Verhältnis der Dicke des zweiten Isolationsfilms 16 zu der Höhe der Emitter 15 2,5 oder mehr beträgt. Wie bei dem ersten Ausführungsbei­ spiel beschrieben kann, wenn der gesamte Strom der Gruppe von Emittern ungefähr 40% beträgt, der gesamte Strom für bis zu 100% durch Optimierung anderer Parameter kompensiert werden. Wenn die Höhe der Emitter 15 1 µm beträgt, kann die Dicke des zweiten Isolationsfilms 16 dementsprechend 2,5 µm betragen. Die obere Grenze der Dicke sollte ungefähr 10 µm betragen, d. h. das zehnfache unter Berücksichtigung der Dickfilmtech­ nik.

Nachstehend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung unter Bezug auf Fig. 9 und Fig. 10 beschrieben. Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht, die einen Teil einer Elektronen­ quelle gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel darstellt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine zweite Entnahmeelektrode 12a zwischen der ersten Entnahmeelektrode 12 und der Fokus­ sierelektrode 13 durch den ersten Isolationsfilm 17, den zweiten Isolationsfilm 16 und einen dritten Isolationsfilm 36 vorgesehen.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der derart aufgebauten Elektronenquelle beschrieben. Eine an die erste Entnahmeelek­ trode 12 angelegte Spannung beträgt +60 bis +110 V relativ zu einer an die Kathodenelektrode 11 angelegten Spannung und eine an die Fokussierelektrode 13 angelegte Spannung 0 bis +20 V relativ zu einer an die Kathodenelektrode 11 angelegten Spannung. An die zweite Entnahmeelektrode 12a wird ein Poten­ tial von beispielsweise +50 V angelegt, das höher als das der Fokussierelektrode 13 und niedriger als das der ersten Ent­ nahmeelektrode 12 ist. Die zweite Entnahmeelektrode 12a dient zur Blockierung der Einflüsse der Intensität des elektrischen Feldes bei der Fokussierelektrode 13, so daß ein ausreichen­ des elektrisches Feld in der Umgebung der Spitzen der Emitter 15 erhalten werden kann. Dementsprechend ist es wie bei den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen gemäß diesem Ausfüh­ rungsbeispiel möglich, eine Elektronenquelle zu schaffen, die Elektronenstrahlen mit einer hohen Stromdichte selbst dann erzeugen kann, falls die an die Fokussierelektrode 13 ange­ legte Spannung zur Fokussierung von Elektronenstrahlen ab­ nimmt. Außerdem beseitigt der Mehrschichtenaufbau gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Erfordernis der Erhöhung der Dicke der einzelnen Schichten ungewöhnlich mehr als gemäß den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen, was die Möglichkeit des Auftretens von inneren Spannungen in den einzelnen Schichten vermindert.

Gemäß dem vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispi­ el wird das Potential der an die zweite Entnahmeelektrode 12a angelegten Spannung auf einen Pegel eingestellt, der etwa zwischen dem an die erste Entnahmeelektrode 12 angelegten Po­ tential und dem an die Fokussierelektrode 13 angelegten Po­ tential liegt; jedoch kann das Potential auf denselben Pegel der ersten Entnahmeelektrode 12 eingestellt werden, indem die erste Entnahmeelektrode 12 und die zweite Entnahmeelektrode 12a über eine externe Schaltung elektrisch miteinander ver­ bunden werden. Dies führt zu einer Abnahme der Anzahl von Spannungsquellen, was ermöglicht, eine Hochleistungs-Elek­ tronenquelle mit einem einfachen Aufbau zu erzielen.

Fig. 10 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis der Filmdicke der Entnahmeelektrode zu der Höhe der Emitter 15 und der Intensität des elektrischen Feldes an den Spitzen der Emitter 15 zum Zweck des Vergleichs der Wirkungen zwischen dem dritten Ausführungsbeispiel und dem ersten Ausführungs­ beispiel. In Fig. 10 bezeichnet X die Intensität des elektri­ schen Feldes gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, wenn das Verhältnis der Filmdicke der Entnahmeelektrode zu der Höhe der Emitter 15 zwei beträgt. Es ist bestätigt worden, daß fast dieselbe Wirkung wie die gemäß dem ersten Ausführungs­ beispiel erhalten wird, die mit Y bezeichnet ist. Die Dicke der Entnahmeelektrode gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist die Summe der Dicke der ersten und zweiten Entnahmeelek­ troden 12, 12a und der Dicke des zweiten Isolationsfilms 16, weshalb die entsprechenden Schichten dünner als die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gemacht werden können. Außerdem ist es durch Einstellung des an die ersten und zweiten Ent­ nahmelektroden 12, 12a angelegten Potentials möglich, das Erfordernis der Erhöhung der Dicke der ersten und zweiten Entnahmeelektroden 12, 12a zu beseitigen.

Nachstehend wird unter Bezug auf Fig. 11 ein weiteres Aus­ führungsbeispiel der Erfindung beschrieben, die eine Schnitt­ ansicht darstellt, die einen Teil einer Elektronenquelle ge­ mäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Gemäß Fig. 11 ist die zweite Entnahmeelektrode 12a zwischen der ersten Entnahmeelektrode 12 und der Fokussierelektrode 13 durch die Isolationsfilme 16 sowie 36 vorgesehen, und eine Elektrodenverbindung 37 ist zur Verbindung der ersten Ent­ nahmeelektrode 12 und der zweiten Entnahmeelektrode 12a über die Innenwand des Grabens 10 vorgesehen.

Gemäß diesem vierten Ausführungsbeispiel wird das Erfordernis des äußeren Anschlusses der ersten Entnahmeelektrode 12 an die zweite Entnahmeelektrode 12a gemäß dem dritten Ausfüh­ rungsbeispiel beseitigt. Außerdem beseitigt der Mehrschich­ tenaufbau gemäß diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 das Erfordernis der Erhöhung der Dicke der einzelnen Schichten ungewöhnlich mehr als gemäß den ersten und zweiten Ausfüh­ rungsbeispielen, was die Möglichkeit des Auftretens von inneren Spannungen in den einzelnen Schichten verringert.

Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung der Elektro­ nenquelle gemäß Fig. 1 unter Bezug auf Fig. 12(a) bis 12(e) beschrieben.

Gemäß Fig. 12(a) werden auf einem aus einem Glasmaterial her­ gestellten Substrat 14 ein beispielsweise aus Si bestehendes Emittermaterial 28 und ein kreisförmiges Maskenmaterial 30 aufeinanderfolgend durch irgendein hinreichend bekanntes Ver­ fahren aufgebracht. Danach wird das kreisförmige Maskenmate­ rial 30 zur Erzeugung der kreisförmigen Maske 29 bearbeitet, damit ein Emitter 15 wie in Fig. 12(b) dargestellt ausge­ bildet wird. Die Maske 29 besteht aus Si₃N₄ oder SiO₂ und dient als Photoresistmaske zum Ätzen. Dies wird gefolgt von einem chemischen Ätzen zum Ausbilden des Emitters wie in Fig. 12(c) dargestellt.

Danach werden gemäß Fig. 12(d) auf dem Substrat 14 der aus SiO bestehende erste Isolationsfilm 17, die aus einem Metall wie Nb, Au und Pt bestehende Entnahmeelektrode 12, der aus SiO₂ bestehende zweite Isolationsfilm 16 und die Fokussiere­ lektrode 13 durch das Aufdampfverfahren aufeinanderfolgend auf einer Fläche aufgebracht, an der die kreisförmige Maske 29 und der Emitter 17 nicht ausgebildet sind. Bei diesem Schritt verhindert die kreisförmige Maske 29, daß das Isola­ tionsmaterial oder das Elektrodenmaterial an dem Emitter 15 haftet. Gemäß Fig. 12(e) werden die kreisförmige Maske 29 und eine unnötige Beschichtung 31, die die Isolationsfilme 17, 16 und die Elektroden 12, 13 aufweist, durch Ätzen unter Ver­ wendung einer Lösung aus Fluorwasserstoffsäure entfernt.

Fig. 13 zeigt, wie unterschiedliche Dicken der kreisförmigen Masken 29 zu unterschiedlichen Elektronenquellen führen. Fig. 13(a) stellt einen Aufbau dar, der dann erhalten wird, wenn die Dicke der kreisförmigen Maske 29 nicht optimiert ist, wo­ hingegen Fig. 13(b) einen Aufbau darstellt, der dann erhalten wird, wenn die Dicke der kreisförmigen Maske 29 gut optimiert ist. In Fig. 13(a) und 13(b) bezeichnet "de" die Höhe des Emitters 15, "dm" die Dicke der kreisförmigen Maske 29 und "d" die Dicke eines Films (irgendeiner Art), der gemäß Fig. 12(d) hergestellt wird, gemessen von der Oberfläche des Sub­ strats 14, "ro" den Durchmesser des Grabens 10 bei der Höhe von d, "ri" den Durchmesser der Beschichtung auf der kreis­ förmigen Maske 29 bei der Höhe von d und "r" den Durchmesser des Grabens 10 gemessen auf dem Substrat 14. Während des Filmaufbringungsverfahrens wachsen die Filme auf dem Substrat 14, so daß ihr Graben breiter wird, wenn er nach oben zu­ nimmt, und der Durchmesser der Filme auf der kreisförmigen Maske 29 wird größer, beginnend mit dem Durchmesser der kreisförmigen Maske 29.

Zu diesem Zeitpunkt muß die kreisförmige Maske 29 ausreichend dick gemacht werden, weil die Erweiterung der Filme auf der kreisförmigen Maske 29 größer als die Erweiterung der Filme auf dem Substrat 14 ist, andernfalls wird der Graben 10 wie in Fig. 13(a) dargestellt geschlossen, bevor das Aufbringen der Filme abgeschlossen ist. Dies erschwert es, die unnötige Beschichtung zu entfernen, was die Herstellung der Elektro­ nenquelle verhindert. Zur Vermeidung dessen sollte die kreis­ förmige Maske 29 wie in Fig. 13(b) dargestellt ausreichend dick gemacht werden.

Nachstehend wird eine besondere Technik zur Einstellung der Dicke der kreisförmigen Maske 29 unter Bezug auf Fig. 14 beschrieben. Fig. 14 zeigt ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Durchmesser "ro" des Grabens 10 und dem Durch­ messer "ri" der Beschichtung auf der kreisförmigen Maske 29 bei der Höhe "d" darstellt, die von der Oberfläche des Sub­ strats 14 gemessen werden. Bei der herkömmlichen Vorrichtung beträgt die Höhe "de" des Emitters 1 µm, die Dicke "dm1" der Maske gewöhnlich 0,3 µm und der Durchmesser "r" des Grabens 10 1,8 µm. Die Höhe "d" von dem Substrat bei dem Schnittpunkt von "ro" und "ri" beträgt ungefähr 3,2 µm bei einem Graben­ durchmesser von 1,8 µm. Außerdem ist der erste Isolationsfilm 17 ungefähr 1 µm dick, die Entnahmeelektrode 12 0,3 µm dick, der zweite Isolationsfilm 16 ungefähr 1 µm dick und die Fokussierelektrode 13 0,3 µm dick, weshalb die gesamte Film­ dicke 2,6 µm beträgt, was ermöglicht, eine Elektronenquelle zu erhalten, ohne den Graben zu schließen. Demgegenüber be­ trägt in dem Fall, daß der Isolationsfilm wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgelegt ist, falls beispielsweise die Dicke des zweiten Isolationfilm 16 auf 3 µm Dicke eingestellt wird, die gesamte Filmdicke 4,6 µm, was verhindert, daß eine Elektronenquelle erhalten wird, sofern die kreisförmige Maske 29 nicht dicker gemacht wird.

Daher wird auf Grundlage von Fig. 14 "ri" zu "ria" parallel entlang des Pfeils bewegt, so daß der Schnittpunkt von "ro" und "ri" 4,6 und mehr in der Höhe "d" wäre, was dazu führt, daß die Dicke der zu entwerfenden kreisförmigen Maske 29 "dm2" ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ersichtlich, daß eine Einstellung der Dicke der kreisförmigen Maske 29 auf 1 µm oder mehr es ermöglicht, die Elektronenquelle herzu­ stellen, ohne zu verursachen, daß der Graben 10 geschlossen wird.

Außerdem beträgt in einem Fall, in dem die Entnahmeelektrode 12 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf 3 µm eingestellt ist, die gesamte Filmdicke 5,3 µm. Deswegen wird auf Grund­ lage von Fig. 14 "ri" zu "rib" parallel entlang des Pfeils bewegt, so daß der Schnittpunkt von "ro" und "ri" 5,3 und mehr in der Höhe "d" wäre, was dazu führt, daß die Dicke der zu entwerfenden kreisförmigen Maske 29 "dm3" ist. Gemäß die­ sem Ausführungsbeispiel ist ersichtlich, daß eine Einstellung der Dicke der kreisförmigen Maske 29 auf 1,4 µm oder mehr es ermöglicht, die Elektronenquelle herzustellen, ohne zu verur­ sachen, daß der Graben 10 geschlossen wird.

Die Steigungen des Graphen verändern sich leicht entsprechend der Art der verwendeten Dampfaufbringungs-Ausrüstung oder dergleichen, selbst wenn jedoch unterschiedliche Ausrüstung verwendet wird, kann dasselbe Verfahren zum Entwurf der opti­ malen Dicke der kreisförmigen Maske 29 durch Bestimmung des Zusammenhangs zwischen "ro" und "ri" im voraus angewandt werden.

Fig. 15 zeigt eine Schnittansicht, die einen Aufbau einer Kathodenstrahlröhre darstellt, die die gemäß dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschriebene Elek­ tronenquelle verwendet. Gemäß Fig. 15 bildet ein Elektronen­ strahl 53, der aus einer durch einen einzelnen Emitter oder eine Vielzahl von Emittern aufgebauten Elektronenquelle 51 ausgesendet wird, einen Kreuzungspunkt 59 in einer Elektro­ nenkanone 52, die die Einrichtung zur Fokussierung von Elek­ tronenstrahlen darstellt, dann wird der Elektronenstrahl 53 durch einen Ablenkmagneten 54 abgelenkt und durch eine Loch­ maske 55 auf eine gewünschte Position auf einer Phosphor­ platte 56 mit einem Aluminiumfilm 57 geführt. Die die Katho­ denstrahlröhre bildenden Komponenten sind in einem Vakuumbe­ hälter 58 eingeschlossen. Die die vorstehend beschriebene Elektronenquelle 51 beinhaltende Kathodenstrahlröhre ermög­ licht es, ausreichende Fokussierungseigenschaften zu er­ halten, da der aus der Elektronenquelle 51 ausgesendete Elek­ tronenstrahl 53 stets fokussiert ist. Dies führt zu einer verbesserten Auflösung der Kathodenstrahlröhre, was ein Bild hoher Qualität ergibt.

Bei jedem der beschriebenen besonderen Ausführungsbeispiele der Erfindung wurde der aus Si hergestellte Emitter 15 auf dem aus Glas hergestellten Substrat 14 ausgebildet, aber es ist möglich, den Emitter und das Substrat in ein einzelnes Stück Si zu integrieren.

Fig. 16 zeigt eine weitere Abänderung des erfindungsgemäßen Systems. Genauer zeigt Fig. 16 einen Aufbau einer Kathoden­ strahlröhre, die eine Vielzahl von Elektronenquellen 51R, 51G und 51B beinhaltet. Eine derartige Kathodenstrahlröhre kann zur Erzeugung eines Farbbildes aus den einzelnen Elektronen­ strahlen 51R, 51G sowie 51B verwendet werden. Außerdem kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 16 die Platte 75, auf die die Elektronenstrahlen 51R, 51G sowie 51B auftreffen, zum Aufnehmen derartiger mehrerer Elektronenstrahlen dienen.

Eine Elektronenquelle weist eine Kathodenelektrode mit einem Emitter in konischer Form auf. Ein erster Isolationsfilm um­ gibt den Emitter. Eine auf dem ersten Isolationsfilm ange­ ordnete erste Entnahmeelektrode entzieht Elektronen aus dem Emitter. Ein zweiter Isolationsfilm ist auf der Entnahmeelek­ trode und eine Fokussierelektrode auf dem zweiten Isolations­ film zur Fokussierung der Elektronen angeordnet. Die Filme und Elektroden sind zum Bilden eines den Emitter umgebenden Grabens ausgehöhlt, und an die Elektroden werden jeweils vor­ bestimmte Spannungen zur Steuerung der aus dem Emitter ausge­ sendeten Elektronen angelegt. Eine Störung wird beseitigt, die die an die Fokussierelektrode angelegte Spannung auf das elektrische Feld um eine Spitze des Emitters herum verur­ sacht. Die Elektronenquelle kann durch Bestimmung der Dicke eines Maskenmaterials derart hergestellt werden, daß, wenn der konische Emitter ausgebildet wird, eine durch die auf dem Maskenmaterial in dem Graben aufgebrachten Filme belegte Fläche kleiner als der Graben ist, wenn das Aufbringen sämt­ licher Filme abgeschlossen ist. Der Emitter in konischer Form wird in der Kathodenelektrode unter Verwendung der Maske mit der bestimmten Dicke ausgebildet. Der erste Isolationsfilm, die Entnahmeelektrode, der zweite Isolationsfilm und die Fo­ kussierelektrode werden dann aufeinanderfolgend ausgebildet, nachdem die Maske und die auf der Maske aufeinanderfolgend aufgebrachten Schichten entfernt wurden.

Claims (10)

1. Elektronenquelle mit
einer Kathodenelektrode (11), die zumindest einen Emit­ ter (15) mit konischer Form aufweist,
einem den zumindest einen Emitter (15) umgebenden ersten Isolationsfilm (17),
einer ersten Entnahmeelektrode (12), die auf dem ersten Isolationsfilm (17) angeordnet ist und Elektronen aus dem zumindest einen Emitter (15) entnimmt,
einem auf der Entnahmeelektrode (12) angeordneten zwei­ ten Isolationsfilm (16),
einer auf dem zweiten Isolationsfilm (16) angeordneten Fokussierelektrode (13) zur Fokussierung der aus dem zumin­ dest einen Emitter (15) entnommenen Elektronen,
wobei die ersten und zweiten Isolationsfilme (16, 17) und die erste Entnahmeelektrode (12) und die Fokussierelek­ trode (13) zum Bilden eines den zumindest einen Emitter (15) umgebenden Grabens (10) ausgehöhlt sind und die erste Entnah­ meelektrode (12) und die Fokussierelektrode (13) zur Steue­ rung der Elektronenemission aus dem zumindest einen Emitter (15) jeweils daran angelegte vorbestimmte Spannungen aufwei­ sen, und
einer Einrichtung zur Verhinderung einer Störung, die die an die Fokussierelektrode (13) angelegte Spannung auf ein elektrisches Feld um eine Spitze des zumindest einen Emitters (15) herum verursacht.

2. Elektronenquelle nach Anspruch 1, wobei die Verhinderungs­ einrichtung eine Einstellung des Verhältnisses der Dicke der ersten Entnahmeelektrode (12) zu der Höhe des zumindest einen Emitters (15) auf 0,5 oder mehr steuert.

3. Elektronenquelle nach Anspruch 1, wobei die Verhinderungs­ einrichtung eine Einstellung der Dicke der ersten Entnahme­ elektrode (12) auf mehr als die Höhe des zumindest einen Emitters (15) steuert.

4. Elektronenquelle nach Anspruch 1, wobei die Verhinderungs­ einrichtung eine Einstellung des Verhältnisses der Dicke der ersten Entnahmeelektrode (12) zu der Höhe des zumindest einen Emitters (15) zwischen 2 und 10 steuert.

5. Elektronenquelle nach Anspruch 1, wobei die Verhinderungs­ einrichtung eine Einstellung des Verhältnisses der Dicke des zweiten Isolationsfilms (16) zu der Höhe des zumindest einen Emitters (15) auf 2,5 oder mehr steuert.

6. Elektronenquelle nach Anspruch 1, wobei die Verhinderungs­ einrichtung eine zweite Entnahmeelektrode (12a) aufweist, die zwischen der ersten Entnahmeelektrode (12) und der Fokussier­ elektrode (13) eingefügt ist.

7. Elektronenquelle nach Anspruch 6, wobei an die erste und die zweite Entnahmeelektrode (12, 12a) die gleiche Potential­ spannung angelegt wird.

8. Elektronenquelle nach Anspruch 6, wobei die erste und die zweite Entnahmeelektrode (12, 12a) durch eine Elektrodenver­ bindung über eine Innenwand des Grabens (10) verbunden sind.

9. Verfahren zur Herstellung einer Elektronenquelle durch Aufbringen eines ersten Isolationsfilms (17), einer Entnahme­ elektrode (12) zur Entnahme von Elektronen aus einem Emitter (15) einer Kathodenelektrode (11), eines zweiten Isolations­ films (16) und einer Fokussierelektrode (13) zur Fokussierung der Elektronen auf einem Substrat (14) auf eine solche Weise, daß ein Graben (10) zur Ausbildung des Emitters (15) in einer konischen Form gebildet wird, mit den Schritten:
Bestimmen der Dicke eines Maskenmaterials derart, daß, wenn der konische Emitter (15) ausgebildet wird, eine durch die auf dem Maskenmaterial in dem Graben (10) aufgebrachte Filme belegte Fläche kleiner als der Graben (10) ist, wenn sämtliche Schichten aufgebracht worden sind,
Ausbilden des Emitters (15) in konischer Form in der Ka­ thodenelektrode (11) durch Verwendung der Maske mit der bei dem ersten Schritt bestimmten Dicke,
aufeinanderfolgendes Ausbilden des ersten Isolations­ films (17), der Entnahmeelektrode (12), des zweiten Isola­ tionsfilms (16) und der Fokussierelektrode (13) auf dem Sub­ strat (14) und
aufeinanderfolgendes Entfernen der Maske und der auf der Maske aufgebrachten Filme.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Dicke der Maske pro­ portional zu der Gesamtdicke der Filme erhöht wird, die den ersten Isolationsfilm (17), die Entnahmeelektrode (12), den zweiten Isolationsfilm (16) und die Fokussierelektrode (13) aufweisen.