DE69026353T2

DE69026353T2 - Feldemissionsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE69026353T2
Application number: DE69026353T
Authority: DE
Inventors: Akira Kaneko; Toru Kanno; Kaoru Tomii
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-12-19
Filing date: 1990-12-18
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2010-12-19
Also published as: EP0434001A2; DE69026353D1; US5243252A; EP0434001A3; EP0434001B1

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenemissionsvorrichtung zur Verwendung als eine Quelle für Elektronen in einem Elektronenmikroskop, einem Elektronenstrahlbelichtungsgerät, einer Planarbildanzeige oder irgendeiner von verschiedenen anderen Anwendungen, die einen Elektronenstrahl verwenden, und auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektronenemissionsvorrichtung.

2. Stand der Technik

Aus der WO-A-8 909 479 sind ein Verfahren zur Herstellung von Feldemissionstyp-Quellen und Anwendungen derselben bekannt. In dieser Druckschrift ist ein Verfahren zur Herstellung von Feldemissionsspitzen unter Verwendung eines monokristallinen Substrats mit geeigneter Orientierung beschrieben, die mit einer Isolationsschicht beschichtet sind, wo qudratförmige Elementarzonen mit einer geeigneten Orientierung bezüglich des Substrats entfernt wurden. Durch selektive Epitaxie wird Silikon in diesen Zonen abgelagert. Das epitaxale Wachsen von Silikon mit hoher Geschwindigkeit parallel zum Substrat und mit geringer Geschwindigkeit längs Flächen des Substrats mit einem Winkel von 45º zum Substrat ermöglicht es, pyramidenartige Spitzen herzustellen, die, nachdem sie mit Wolfram beschichtet sind, Emissionspitzen bilden.
Heiße Kathoden für die Emission von Elektronen durch thermische Emission werden in verschiedenen Elektronenstrahlvorrichtungen wie einem Elektronenmikroskop, einem Elektronenstrahlbelichtungsgerät, einer Planarbildanzeige als Elektronenquelle verwendet. Die heiße Kathode erfordert einen Heizer zum Heizen der Kathode selbst, und verursacht somit wegen des Heizens der Kathode einen Energieverlust.
In den vergangenen Jahren wurde ein als Kaltkathode bekannter Elektronenemitter bekannt, welcher keine Hitze für die Elektronenemission benötigt. Es wurden verschiedene Elektronenemissionsvorrichtungen vorgeschlagen, die die Kaltkathode enthalten. Bei einer Elektronenemissionsvorrichtung wird ein pn-Übergang in Sperrichtung vorgespannt, um einen Elektronen-Avalanche-Zusammenbruch für die Elektronenemission hervorzubringen. Eine weitere Elektronenemissionsvorrichtung ist vom MIM-Typ, der einen aus einer Metallschicht, einer Isolationsschicht und einer Metallschicht zusammengesetzten dreilagigen Aufbau aufweist. Wenn zwischen den Metallschichten eine Spannung angelegt wird, werden Elektronen dazu gezwungen, infolge des Tunneleffektes die Isolationsschicht zu passieren, und werden von einer Metallschichtoberfläche emittiert. Eine weitere Elektronenemissionsvorrichtung, die nach dem Prinzip der Feldemission arbeitet, hat eine speziell geformte Metalloberfläche, an welche eine Spannung angelegt wird, um ein lokales sehr intensives elektrisches Feld zu entwickeln, welches Elektronen aus der Metalloberfläche emittiert.
Eine Feldemissionstyp-Elektronenemissionsvorrichtung hat einen Kathodenemitter, dessen Ende als eine scharf gespitze Nadelspitze mit einer Krümmung von einigen hundert nm oder weniger hergestellt ist, so daß sich an der gespitzten Nadelspitze ein konzentriertes elektrisches Feld von ungefähr 10&sup7; V/cm ausbildet.
Die Feldemissionstyp-Elektronenemissionsvorrichtung dieses Typs weist die folgenden Vorteile auf:
(1) Sie hat eine hohe Stromdichte.
(2) Da der Kathodenemitter keine Heizung benötigt, ist der Verbrauch an elektrischer Energie sehr gering.
(3) Die Vorrichtung kann als Punktquelle und als lineare Quelle für Elektronenstrahlen verwendet werden.
Eine Feldemissionstyp- Elektronenemissionsvorrichtung ist beispielsweise im Journal of Applied Physics, Vol 39, No. 7, Seiten 3504, 1956 gezeigt. Fig. 1(a) der begleitenden Zeichnungen zeigt eine solche bekannte Feldemissionstyp-Elektronenemissionsvorrichtung im Prozeß der Herstellung. Fig. 1(b) veranschaulicht die Feldemissionstyp-Elektronenemissionsvorrichtung, wenn sie fertig ist.
Die Feldemissionstyp-Elektronenemissionsvorrichtung wird wie folgt hergestellt: Wie in Fig. 1(a) gezeigt ist, werden ein elektrisch leitender Film 102, eine elektrisch isolierende Schicht 103 und ein elektrisch leitender Film 104 aufeinanderfolgend auf ein elektrisch isolierendes Substrat 101 aufgedampft. Der leitende Film 104 und die isolierende Schicht 103 werden durch einen fotolithografischen Prozeß selektiv weggeätzt, um darin ein Feld von Aussparungen 105 zu erzeugen. Danach wird, während die offenen Enden der Aussparungen 105 fortschreitend durch den Rotations-Schrägaufdampfungsprozeß mit einem geeigneten Material 106 geschlossen werden, ein Kathodenmaterial 107 durch die offenen Ender der Vertiefungen 105 auf den leitenden Film 102 aufgedampft, wodurch innerhalb der Aushöhlungen 105 auf dem leitenden Film 102 aufwärts zeigende Kathodenemittervorsprünge 108 gebildet werden. Danach wird das aufgedampfte Material 106 entfernt, wodurch die Elektronenemissionsvorrichtung wie in Fig. 1(b) gezeigt fertiggestellt ist.
An die leitenden Filme 104, 102 wird eine Energieversorgung 109 derart angeschlossen, daß der leitende Film 104 auf positivem Potential und der leitende Film 102 auf negativem Potential gehalten wird. Wenn zwischen den leitenden Filmen 104, 102 eine Spannung angelegt wird, die höher als eine vorbestimmte Spannung ist, die durch das Kathodenmaterial 107 bestimmt wird, entwickelt sich ein konzentriertes elektrisches Feld, das die Kathodenemittervorsprünge 108 veranlaßt, Elektronen zu emittieren.
Man hat sich um eine Planaranzeige bemüht, die ein Feld von solchen Elektronenemissionsvorrichtungen aufweist (siehe Japan Display, 1986, Seite 512).
Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 54(1979)-17551 offenbart eine andere herkömmliche Elektronenemissionsvorrichtung. Fig. 2(a) bis 2(f) der begleitenden Zeichnungen zeigen fortlaufende Schritte eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen herkömmlichen Elektronenemissionsvorrichtung.
Zuerst wird, wie in Fig. 2(a) gezeigt ist, ein dünner Film 122 eines Kathodenmatenais auf eine Oberfläche von jedem einer Vielzahl von rechteckigen elektrisch isolierenden Substraten 121 aufgedampft, wodurch eine Vielzahl von Substraten 123 erzeugt wird. Dann werden die Substrate 123 überlagert, um ein einheitliches Substrat 124 zu schaffen, wonach die Oberfläche des Substrates 124 maschinen-geschliffen wird. Dann wird, wie in Fig. 2(b) gezeigt ist, ein Metallfilm 125 auf eine der breiteren Oberflächen des Substrates 124 aufgedampft. Durch einen Fotoätzungsprozeß werden, wie in Fig. 2(c) gezeigt ist, Elektronenemissionsfenster 126, die so eng wie die dünnen Filme 122 sind, im Metallfilm 125 direkt über den jeweiligen Dünnfilmen 122 definiert. Dann werden die Substrate 123 voneinander getrennt, und, wie in Fig. 2(d) gezeigt ist, der Dünnfilm 122 von jedem Substrat 123 wird zu einem Kathodenemitter 127 geätzt, der, eine gespitze dreieckige Form aufweist. Danach wird, wie in Fig. 2(e) gezeigt ist, jedes Substrat 121 chemisch teilweise ausgehöhlt, um einen derartigen Hohlraum 128 zu erzeugen, daß die spitzen Enden der Kathodenemitter 127 vom Substrat 121 beabstandet sind und daß die Kante des Metallfilms 125 längs des Elektronenemissionsfensters 126 übersteht. Wie in Fig. 2(f) gezeigt ist, werden die Substrate wieder übereinander gebracht und aneinander befestigt, wodurch ein Dünnfilm-Kaltkathodenf eld erzeugt ist.
Die in den Fig. 1(a) und 1(b) gezeigte Herstellung der Elektronenemissionsvorrichtung ist insofern nachteilig, als es sehr schwierig ist, die zwei gleichzeitigen Aufdampfungsprozesse, d.h. zum gleichzeitigen Aufbringen des Materials 106 und der Kathodenemittervorsprünge 108 zu steuern.
Bei der in den Fig. 2(a) bis 2(f) gezeigten Elektronenemissionsvorrichtung muß die Dicke der isolierenden Substrate 121 und der Dünnfilme 122 äußerst genau sein, um die Elektronenemissionsfenster 126 und die Kathodenemitter 127 in genauer Ausrichtung zueinander positionieren zu können. Ferner stieß man auf die Schwierigkeit, die Substrate 123 mit dem selben Grad an Genauigkeit zu fixieren, wenn sie zuerst zu dem Substrat 124 zusammengesetzt und danach zum endgültigen Produkt zusammengefügt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektronenemissionsvorrichtung zu schaffen, die einfach im Aufbau ist, leicht und mit hoher Ausbeute hergestellt werden kann und sehr zuverlässig im Betrieb ist, und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektronenemissionsvorrichtung zu schaffen.
Ein weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Elektronenemissionsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, einen hoch aufgelösten Elektronenstrahl von hoher Qualität zu emittieren, und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektronenemissionsvorrichtung zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Elektronenemissionsvorrichtung zu schaffen, die Elektronen mit hoher Effizienz emittieren kann, und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektronenemissionsvorrichtung zu schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Elektronenemissionsvorrichtung mit einer Kathodenschicht mit einer Kante und mit einer von der Kathodenschicht beabstandeten und elektrisch isolierten Steuerelektrode zum Ziehen von Elektronen aus der Kante der Kathodenschicht geschaffen.
Die Elektronenemissionsvorrichtung enthält ferner ein isolierendes Substrat, wobei die Kathodenschicht zumindest einen Abschnitt mit rechteckiger Form hat und auf dem isolierenden Substrat angeordnet ist, und eine auf dem isolierenden Substrat auf jeder oder einer Seite der Kathodenschicht angeordnete isolierende Schicht, wobei die Steuerelektrode auf der isolierenden Schicht angeordnet ist. Die isolierende Schicht ist so dick wie oder dicker als die Kathodenschicht.
Die Elektronenemissionsvorrichtung enthält auch eine Vielzahl von parallelen Kathodenschichten, die einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind, und eine Vielzahl von parallelen Steuerelektroden, die einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind und sich rechtwinklig zu den Kathodenschichten erstrecken. Die Kathodenschichten und die Steuerelektroden schaffen gemeinsam eine Vielzahl von Elektronenemissionsbereichen, wo die Kathodenschichten und die Steuerelektroden einander kreuzen, wobei jeder der Elektronenemissionsbereiche eine Zickzack-Form aufweist.
Alternativ enthält die Elektronenemissionsvorrichtung ferner ein isolierendes Substrat, wobei die Kathodenschicht auf dem isolierenden Substrat angeordnet ist, und eine auf dem isolierenden Substrat innerhalb der Kathodenschicht angeordnete isolierende Schicht, wobei die Steuerelektrode auf der isolierenden Schicht angeordnet ist.
Die Elektronenemissionsvorrichtung enthält ferner eine leitende Schicht, die sich durch die isolierende Schicht erstreckt und die mit der Steuerelektrode auf der isolierenden Schicht elektrisch verbunden ist. Die Steuerelektrode hat eine untere Fläche, die so hoch oder höher als die Oberfläche der vom isolierenden Substrat entfernten Kathodenschicht.
Alternativ enthält die Elektronenemissionsvorrichtung ein isolierendes Substrat, wobei die Kathodenschicht auf dem isolierenden Substrat angeordnet ist, wobei die Steuerelektrode erste und zweite Steuerelektroden aufweist, eine auf der Kathodenschicht ausgebildete erste isolierende Schicht, wobei die erste Steuerelektrode auf der ersten isolierenden Schicht angeordnet ist, und eine auf dem isolierenden Substrat angeordnete zweite isolierende Schicht, wobei die zweite Steuerelektrode auf der zweiten isolierenden Schicht außerhalb der Kathodenschicht, der ersten isolierenden Schicht und der ersten Steuerelektrode angeordnet ist, und wobei die erste und die zweite Steuerelektrode elektrisch miteinander verbunden sind.
Die Elektronenemissionsvorrichtung enthält auch eine dritte isolierende Schicht, die auf Abschnitten der Kathodenschicht und des isolierenden Substrats angeordnet ist, und einen elektrischen Verbinder, der auf der dritten isolierenden Schicht angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten Steuerelektroden durch den elektrischen Verbinder elektrisch miteinander verbunden sind.
Alternativ enthält die Elektronenemissionsvorrichtung ferner eine dritte isolierende Schicht, die auf dem isolierenden Substrat angeordnet ist, und einen elektrischen Verbinder, der sich durch die Kathodenschicht, die erste isolierende Schicht, die dritte isolierende Schicht und die zweite isolierende Schicht ertreckt, wobei die ersten und zweiten Steuerelektroden durch den elektrischen Verbinder elektrisch miteinander verbunden sind.
Die Elektronenemissionsvorrichtung enthält ferner eine vierte isolierende Schicht, die auf der zweiten Steuerelektrode angeordnet ist, und eine dritte Steuerelektrode, die auf der vierten isolierenden Schicht angeordnet ist.
Alternativ enthält die Elektronenemissionsvorrichtung ferner ein isolierendes Substrat, die Kathodenschicht mit einem keilförmigen Abschnitt mit einer fortlaufend variierenden Breite, und eine isolierende Schicht, die auf dem isolierenden Substrat außerhalb der Kathodenschicht angeordnet ist, wobei die Steuerelektrode auf der isolierenden Schicht angeordnet ist.
Die Elektronenemissionsvorrichtung enthält ferner eine auf dem isolierenden Substrat angeordnete Basiselektrode, wobei die Kathodenschicht auf der Basiselektrode angeordnet ist. Die Elektronenemissionsvorrichtung hat auch eine zweite isolierende Schicht, die auf zumindest einer Oberfläche des Basiselektrode angeordnet ist, die frei von der Kathodenschicht ist, wobei die zuerst erwähnte isolierende Schicht auf der zweiten isolierenden Schicht angeordnet ist. Die zuerst erwähnte isolierende Schicht ist so dick wie oder dicker als die Kathodenschicht.
Die Elektronenemissionsvorrichtung enthält eine Vielzahl von parallel gestreiften Basiselektroden, die um einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind, und eine Vielzahl von parallelen Steuerelektroden, die um einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind und sich rechtwinklig zu den Basiselektroden erstrecken, wodurch die Basis- und Steuerelektroden gemeinsam einen Matrixaufbau schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung geschaffen, mit den Schritten Ablagern einer Kathodenschicht mit einer Kante auf ein isolierendes Substrat, Ablagern eines Materials, das vom Material der Kathodenschicht verschieden ist, auf die Kathodenschicht, danach aufeinanderfolgend Ablagern einer isolierenden Schicht und eines Metallfilms auf dem isolierenden Substrat und dem abgelagerten Material, Entfernen des abgelagerten Materials zusammen mit der isolierenden Schicht und dem Metallfilm darauf, und Ätzen des isolierenden Materials und des Metallfilms, um eine Steuerelektrode, die aus dem geätzten Metallfilm besteht, auf dem isolierenden Material auf jeder oder einer Seite der Kathodenschicht zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung geschaffen, mit den Schritten Ablagern einer Kathodenschicht mit einer Kante auf einem isolierenden Substrat, Ablagern eines Metallmaterials, das verschieden vom Material der Kathodenschicht ist, über die gesamte Kathodenschicht durch Plattieren, danach aufeinanderfolgend Ablagern einer isolierenden Schicht und eines Metallfilms auf dem isolierenden Substrat und dem Metallmaterial, und Entfernen des Metallmaterials zusammen mit der isolierenden Schicht und dem Metallfilm dar auf, von der Kathodenschicht zur Ausbildung einer Steuerelektrode, welche aus dem Metallfilm besteht, auf dem isolierenden Material auf jeder oder einer Seite der Kathodenschicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung geschaffen, mit den Schritten Ablagern einer Basiselektrode auf ein isolierendes Substrat, aufeinanderfolgend Ablagern einer Kathodenschicht und einer Deckschicht aus einem Material, das verschieden von dem Material der Kathodenschicht ist, auf die Basiselektrode, Ätzen der Deckschicht und der Kathodenschicht zu einer Keilform mit allmählich varuerender Breite, Bearbeitung zumindest einer Oberfläche der Basiselektr, ode, die frei von der Kathodenschicht ist, zu einer ersten isolierenden Schicht durch Eloxieren oder thermische Oxidation, aufeinanderfolgend Ablagern einer zweiten isolierenden Schicht und einer Steuerelektrode auf die erste isolierende Schicht und die Deckschicht, und danach Entfernen der Deckschicht mit der zweiten isolierenden Schicht und der Steuerelektrode darauf. Das Verfahren enthält ferner den Schritt des Ätzens der Kathodenschicht zu einem Muster, das kleiner ist als die Deckschicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung geschaffen, mit den Schritten Ablagern einer Basiselektrode auf einem isolierenden Substrat, Ablagern einer ersten isolierenden Schicht auf der Basiselektrode, wobei die erste isolierende Schicht das selbe Muster aufweist wie die Kathodenschicht, die eine Keilform mit einer allmählich variierenden Breite aufweist, Bearbeiten von zumindest einer Oberfläche der Basiselektrode, welche frei von der ersten isolierenden Schicht ist, zu einer zweiten isolierenden Schicht durch Eloxieren oder thermische Oxidation, Entfernen der ersten isolierenden Schicht, aufeinanderfolgendes Ablagern einer Kathodenschicht und einer Deckschicht, welche vom Material der Kathodenschicht verschieden ist, auf der Basiselektrode, Ätzen der Deckschicht und der Kathodenschicht zu einem Muster an im wesentlichen der selben Position wie die entfernte erste isolierende Schicht, Ablagern einer dritten isolierenden Schicht und einer Steuerelektrode auf der ersten isolierenden Schicht und einer Deckschicht, und danach Entfernen der Deckschicht mit der dritten isolierenden Schicht und der Steuerelektrode darauf. Die dritte isolierende Schicht ist außerhalb der Kathodenschicht angeordnet und ist so dick wie oder dicker als die Kathodenschicht. Das Verfahren enthält auch den Schritt des Ätzens der Kathodenschicht zu einem Muster, das kleiner ist als die Deckschicht, und auch den Schritt des Isolierens der Basiselektrode mit Ausnahme desjenigen Bereichs derselben, der so groß ist wie oder kleiner als das Muster der Kathodenschicht.
Die obigen und andere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung, wenn mit den begleitenden Zeichnungen studiert, in welchen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mittels illustrierender Beispiele gezeigt sind, verständlicher.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1(a) ist eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Elektronenemissionsvorrichtung wie sie während des Herstellungsprozesses ist;
Fig. 1(b) ist eine Querschnittsansicht der fertiggestellten herkömmlichen Elektronenemissionsvorrichtung;
Fig. 2(a) bis 2(f) sind Ansichten, die ein Verfahren zur Herstellung einer weiteren herkömmlichen Elektronenemissionsvorrichtung zeigen;
Fig. 3(a) und 3(b) sind Perspektiv- bzw. Querschnittansichten einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4(a) bis 4(h) sind Teil-Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen;
Fig. 5(a) bis 5(e) sind Teil-Querschnittsansichten, die ein weiteres Verfahren zur Herstellung der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen;
Fig. 6(a) bis 6(d) sind Teil-Querschnittsansichten, die ein weiteres Verfahren zur Herstellung der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen;
Fig. 7 ist eine Teil-Perspektivansicht einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Elektronenemissionsvorrichtung Bestandteil eines Planaranzeigefeldes ist;
Fig. 8 ist eine Teil-Draufsicht einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Elektronenemissionsvorrichtung Bestandteil einer Matrix-Elektronenemissionsquelle ist;
Fig. 9 und 10 sind Querschnitts- bzw. Perspektivansichten einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11(a) bis 11(e) sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigen;
Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13(a) bis 13(e) sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zeigen;
Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 16(a) bis 16(c) sind jeweils Draufsichten von Elektronenemissionsvorrichtungen gemäß achten bis zehnten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17(a) ist eine Draufsicht einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17(b) ist eine Querschnittsansicht längs einer Linie 17(b) - 17(b) in Fig. 17(a);
Fig. 17(c) ist eine Querschnittsansicht längs einer Linie 17(c) - 17(c) in Fig. 17(a);
Fig. 18(a) ist eine Draufsicht einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 18(b) ist eine Querschnittsansicht längs einer Linie 18(b) - 18(b) in Fig. 18(a);
Fig. 19 ist eine Querschnittsansicht einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 20(a) bis 20(g) sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel zeigen;
Fig. 21(a) ist eine Draufsicht einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 21(b) ist eine Querschnittsansicht längs einer Linie 21(b) - 21(b) in Fig. 21(a);
Fig. 21(c) ist eine Querschnittsansicht längs einer Linie 21(c) - 21(c) in Fig. 21(a);
Fig. 22(a) bis 22(f) sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel zeigen;
Fig. 23(a) bis 23(g) sind Querschnittsansichten, die ein weiteres Verfahren zur Herstellung der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel zeigen;
Fig. 24(a) ist eine Teil-Draufsicht einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem fünfzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Elektronenemissionsvorrichtung Bestandteil eines Planaranzeigefeldes ist;
Fig. 24(b) ist eine Querschnittsansicht längs einer Linie 24(b) - 24(b) in Fig. 24(a).

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Gleiche oder entsprechende Teile sind überall in den Ansichten durch gleiche oder entsprechende Bezugszeichen bezeichnet.
Fig. 3(a) und 3(b) zeigen eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in Fig. 3(a) und 3(b) gezeigt ist, ist auf einem elektrisch isolierenden Substrat 1 aus Glas oder dergleichen eine Schicht 2 aus Kathodenmaterial angeordnet. Das Kathodenmaterial der Schicht 2 enthält ein Material mit niedriger Austrittsarbeit und einem hohen Schmelzpunkt, wie SiC, ZrC, TiC, Mo, W oder dergleichen. Die Schicht 2 hat eine Dicke von 1000 Å oder mehr und hat einen rechteckigen Querschnitt. Die Schicht 2 hat auf ihrer oberen Oberfläche gegenüberliegende Kanten 2a, 2b. Die Breite W der Schicht 2 bestimmt sich in Abhängigkeit von der Art, in der die Elektronenemissionsvorrichtung verwendet wird, und sollte nicht auf irgendeine bestimmte Dimension beschränkt sein. Auf dem elektrisch isolierenden Substrat 1 werden zwei elektrisch isolierende Schichten 3 angeordnet, eine auf jeder Seite der Schicht 2, in beabstandeter Beziehung hierzu. Jede der isolierenden Schichten 3 besteht aus Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2; oder dergleichen und hat eine Dicke, die zumindest die selbe wie die Dicke der Schicht 2 ist. Es kann nur 1 isolierende Schicht 3 an 1 Seite der Schicht 2 auf dem isolierenden Substrat angeordnet sein. Auf den isolierenden Schichten 3 werden jeweilige Steuerelektroden 4 zum Ziehen von Elektronen aus den Kanten 2a, 2b der Kathodenschicht 2 angeordnet. Jede der Steuerelektroden 4 weist einen Metallfilm aus Mo, Ta, W oder dergleichen auf. Da die Dicke der isolierenden Schichten 3 die gleiche wie oder größer als die Dicke der Schicht 2 ist, sind die unteren Flächen 4a der Steuerelektroden 4 in einer Höhe positioniert, die die selbe ist wie oder höher ist als die Höhe der oberen Fläche 2c der Schicht 2.
Die in Fig. 3(a) und 3(b) gezeigte Elektronenemissionsvorrichtung arbeitet wie folgt:
Die Schicht 2 und die Steuerelektroden 4 sind mit einer (nicht gezeigten) Energieversorgung derart verbunden, daß die Schicht 2 auf einem positivem Potential und die Steuerelektroden 4 auf einem negativen Potential gehalten werden. Wenn zwischen der Schicht 2 und den Steuerelektroden 4 eine Spannung angelegt wird, die höher als eine vorbestimmte Spannung ist, die vom Kathodenmaterial der Schicht 2 abhängt, konzentriert sich ein sich entwickelndes elektrisches Feld an den Kanten 2a, 2b der Schicht 2, um die Kanten 2a, 2b zu veran lassen, Elektronen in den umgebenden evakuierten Raum zu emittieren. Die emittierten Elektronen bewegen sich längs elektrischer Kraftlinien, die durch die zwischen den Steuerelektroden 4 und der Schicht 2 angelegten Spannung bestimmt sind. Einige der Elektronen treten in die Steuerelektroden 4 ein, während die anderen Elektronen über die Steuerelektroden 4 fliegen. Sofern die unteren Flächen 4a der Steuerelektroden 4 so hoch wie oder höher als die obere Fläche 2c der Schicht 2 sind, bewegen sich die von den Kanten 2a, 2b emittierten Elektronen mit einer Geschwindigkeit, deren Aufwärtskomponente groß ist. Deshalb wird die Anzahl der über den Steuerelektroden 4 oder über die Steuerelektroden 4 hinaus fliegenden Elektronen, d.h. die Intensität des Elektronenstrahls von den Kanten 2a, 2b erhöht. Da die Kanten 2a, 2b der Schicht 2 jeweils in zugewandter Beziehung zu den Steuerelektroden 4 hegen, ist das sich zwischen den Steuerelektroden 4 und der Kathodenschicht 2 ausbildende elektrische Feld an den Kanten 2a, 2b konzentriert, wodurch die effektive Feldstärke an den Kanten 2a, 2b für die Elektronenemission erhöht wird, woraus sich der Vorteil ergibt, daß die zur Emission von Elektronen angelegte Spannung reduziert werden kann.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 4(a) bis 4(h) ein Verfahren zur Herstellung der in Fig. 3(a) und 3(b) gezeigten Elektronenemissionsvorrichtung beschrieben.
Zuerst wird, wie in Fig. 4(a) gezeigt ist, ein Fotolack auf die Oberfläche eines transparenten, elektrisch isolierenden Substrats 1 aus Glas oder dergleichen außer in einem Bereich, wo eine Schicht 2 aus Kathodenmaterial aufzubringen ist, aufgebracht. Dann wird durch Vakuumverdampfen, Sputtern oder dergleichen ein Kathodenmaterial auf das Substrat 1 und den Fotolack 5 bis zu einer Dicke von 1000 Å oder mehr aufgebracht, wonach der Fotolack 5 entfernt wird. Die Schicht 2 aus Kathodenmaterial ist jetzt auf dem Substrat 2 in einem in Fig. 4(b) gezeigten Muster ausgebildet. Das vorstehende Abhebeverfahren, das verwendet wird, um die Schicht 2 aufzubrin gen, erlaubt es, daß die Schicht für eine höhere Elektronenemissionseffizienz an ihren gegenüberliegenden Seiten scharfe Kannten 2a, 2b hat. Alternativ kann, nachdem ein Kathodenmaterial auf die Oberfläche des Substrates 1 aufgebracht wurde, das aufgebrachte Kathodenmaterial selektiv weggeätzt werden, um auf dem Substrat 1 eine Schicht 2 mit dem in Fig. 4(b) gezeigten Muster zurückzulassen. Danach wird, wie in Fig. 4(c) gezeigt ist, ein Positiv-Fotolack 6 auf das Substrat 1 und die Schicht 2 aufgebracht und dann einem parallelen Strahl 7 von ultravioletter Strahlung ausgesetzt, welche auf die der Schicht 2 gegenüber liegende Oberfläche des Substrates 1 geworfen wird. Der belichtete Fotolack 6 wird dann, wie in Fig. 4(d) gezeigt ist, durch eine Entwicklungslösung zu dem selben Fotolackmuster wie die Schicht 2 entwickelt. Wie in Fig. 4(e) gezeigt ist, wird durch Vakuumverdampfung oder dergleichen ein elektrisch isolierendes Material wie Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2; oder dergleichen, welches elektrisch isolierende Schichten 3 bilden wird, auf die gesamte bis dahin gebildete Oberfläche bis zu einer Dicke aufgetragen, welche die selbe ist wie oder größer ist als die Schicht 2. Dann wird ein Metallfilm, der die Steuerelektroden 4 zum Ziehen von Elektronen bilden wird, auf dem isolierenden Material bis zu einer Dicke im Bereich vom 1000 Å bis 5000 Å abgelagert. Wenn der Fotolack 6 danach entfernt wird, werden, wie in Fig. 4(f) gezeigt ist, das isolierende Material und der Metallfilm über der Schicht 2 eben falls entfernt. Wie in Fig. 4(g) gezeigt ist, wird nur das isolierende Material teilweise weggeätzt, was eine von der Schicht 2 beabstandete isolierende Schicht 3 ergibt, die, wie in Fig. 4(h) gezeigt ist, offen liegende Kanten 2a, 2b hat. Dann wird der Metallfilm ebenfalls teilweise weggeätzt, was Steuerelektroden ergibt, die zugewandte Kanten aufweisen, die voneinander um einen Abstand beabstandet sind, der etwas größer als die Breite W der Schicht 2 ist. Das isolierende Material und die Metallschicht können unter Verwendung einer Mischung von Ätzlösungen für das isolierende Material bzw. die Metallschicht gleichzeitig weggeätzt werden. Wenn der Fotolack 6 in dem in Schritt 4(d) gezeigten Schritt derart entwickelt wird, daß er zurückgelassen wird, um die Schicht 2 zu bedecken und eine Breite aufzuweisen, die etwas größer als die Breite W der Schicht 2 ist, dann kann auf die in Fig. 4(g) und 4(h) gezeigten Schritte verzichtet werden.
Fig. 5(a) bis 5(e) zeigen ein anderes Verfahren zur Herstellung der in Fig. 3(a) und 3(b) gezeigten Elektronenemissionsvorrichtung.
Die Herstellungsschritte des in Fig. 5(a) bis 5(e) gezeigten Verfahrens entsprechen den in Fig. 4(b) bis 4(d) gezeigten Schritten, aber unterscheiden sich hiervon bezüglich der in Fig. 4(c) und 4(d) gezeigten Schritte. Diejenigen Teile in Fig. 5(a) bis 5(e), die identisch mit denen in Fig. 4(b) bis 4(d) sind, sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet. Der in Fig. 5(a) gezeigte Schritt ist der selbe wie der in Fig. 4(b) gezeigte, in welchem eine Schicht 2 aus Kathodenmaterial mit einem bestimmten Muster auf ein transparentes, elektrisch isolierendes Substrat 1 abgelagert wird. Dann wird, wie in Fig. 5(b) gezeigt ist, ein Negativ-Fotolack 8 auf das Substrat 1 und die Schicht 2 aufgeschichtet und dann einem Strahl 7 von ultravioletter Strahlung ausgesetzt, die auf die der Schicht 2 gegenüberliegenden Oberfläche des Substrates 1 gerichtet wird. Der belichtete Fotolack wird dann durch eine Entwicklungslösung entwickelt, wobei die Fotolackschicht wie in Fig. 5(c) gezeigt von der Oberfläche der Schicht 2 entfernt wird. Dann wird, wie in Fig. 5(d) gezeigt ist, eine Metallschicht 9 aus Ni, Cu oder dergleichen auf der bis dahin ausgebildeten Oberfläche durch elektrofreies Plattieren aufgebracht, oder eine Metallschicht 9 aus Al, oder dergleichen wird auf der bis dahin ausgebildeten Oberfläche durch Verdampfen, Sputtern oder dergleichen aufgebracht. Danach wird der Fotolack 8 zusammen mit der Metallschicht darauf entfernt, wobei, wie in Fig. 5(e) gezeigt ist, die Metallschicht 9 nur auf der Schicht 2 zurückbleibt. Die Anordnung wird dann auf die selbe Art wie bei den in den Fig. 4(e) bis 4(h) gezeigten Schritten verarbeitet. Der in Fig. 5(a) bis 5(e) gezeigte Prozeß ist geeignet, wenn eine Hitzebehandlung, die eine Temperatur entstehen läßt, welche höher ist als sie der Fotolack vertragen könnte, auszuführen ist, um eine erhöhte Verbindungskraft zwischen dem isolierenden Substrat 1 und den isolierenden Schichten 3 und auch zwischen den isolierenden Schichten 3 und den Steuerelektroden 4 zu einem Zeitpunkt zu erreichen, zu dem die isolierende Schicht 3 und die Steuerelektrode ausgebildet werden.
Fig. 6(a) bis 6(d) zeigen ein weiteres Verfahren zu Herstellung der in Fig. 3(a) und 3(b) gezeigten Elektronenemissionsvorrichtung.
Diejenigen Teile in Fig. 6(a) bis 6(d), die identisch mit denen in Fig. 4(a) bis 4(h) sind, sind mit den selben Bezugszeichen bezeichnet. Zuerst wird, wie in Fig. 6(a) gezeigt ist, eine Schicht 2 aus Kathodenmaterial mit einem bestimmten Muster auf einem transparenten, elektrisch isolierenden Substrat 1 abgelagert. Dann wird, wie in Fig. 6(b) gezeigt ist, ein Metall 10, das vom Kathodenmaterial verschieden ist, auf die Schicht 2 und auch einem die Schicht 2 umgebenden Bereich des Substrates 1 plattiert. danach wird, wie in Fig. 6(c) gezeigt ist, ein elektrisch isolierendes Material wie Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2; oder dergleichen, welches die isolierende Schicht 3 bilden wird, auf der gesamten bis dahin gebildeten Oberfläche durch Vakuumverdampfen, Sputtern oder dergleichen aufgebracht, und dann wird ein Metallfilm, der die Steuerelektroden 4 bilden wird, auf das isolierende Material abgelagert.
Danach wird das plattierte Metall 10 vom isolierenden Substrat 1 weggeätzt, wodurch, wie in Fig. 6(d) gezeigt ist, die Elektronenemissionsvorrichtung geschaffen wird. Das Metall der Steuerelektroden 4 unterscheidet sich von dem Plattierungsmetall 10, so daß die Steuerelektroden 4 nicht abgetragen werden, wenn das Metall 10 weggeätzt wird.
Es wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 7 eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, welches in einem Planaranzeigefeld enthalten ist.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, weist die Elektronenemissionsvorrichtung eine Vielzahl von parallelen, längs gestreiften Schichten 2 aus Kathodenmaterial auf, die auf ein elektrisch isolierendes Substrat 1 aufgebracht sind, wobei die Schichten 2 sich in die durch den Pfeil V bezeichnete vertikale Richtung erstrecken und um vorbestimmte Abstände beabstandet sind, und wobei eine Vielzahl von parallelen längs gestreiften Steuerelektroden 4 sich über die Schicht 2 erstrecken, während sie diese überquerend unter regelmäßigen Winkeln kreuzen, d.h. in die durch den Pfeil H bezeichnete horizontale Richtung erstrecken. Die Steuerelektroden 4 haben darin ausgebildete Fenster 11 zum Durchziehen von Elektronenstrahlen aus den Schichten 2. Die Steuerelektroden 4 sind mit einem vorbestimmten Abstand beabstandet und in der vertikalen Richtung elektrisch voneinander getrennt. Unterhalb der Steuerelektroden 4 sind isolierende Schichten angeordnet, die die selben wie die in Fig. 1(a) und 1(b) gezeigte isolierende Schicht 3 sind, aber der Kürze wegen in der Darstellung in Fig. 7 weggelassen sind. Die Elektronenemissionsvorrichtung enthält auch ein transparentes Substrat 13 aus Glas oder dergleichen, welches eine Licht emittierende Schicht 12 aus fluoreszierendem Material auf ihrer den Steuerelektroden 4 zugewandten Oberfläche tragen. Das transparente Substrat 13 ist von den Steuerelektroden 4 beabstandet. Die Schichten 2 und die Steuerelektroden 4 schneiden einander unter Bildung einer Matrix von Punkten, von denen jeder als ein Pixel dient.
Der Betrieb des in Fig. 7 gezeigten Planaranzeigefeldes 7 ist wie folgt: Zur Anzeige eines Bildes in einem Standard- Fernsehsystem hat die Elektronenemissionsvorrichtung so viele Kathodenschichten 2 wie die Anzahl der Pixel in der horizontalen Richtung und so viele Steuerelektroden 4 wie die Anzahl der zur Anzeige des Bildes wirkungsvollen Abtastzeilen. Zwischen einer ausgewählten Kathodenschicht 2 und einer ausgewählten Steuerelektrode 4 wird eine gegebene Spannung angelegt, um ein elektrisches Feld an den Kanten der Kathodenschicht 2 zu erzeugen, um dadurch die Kathodenschicht 2 zu veranlassen, einen Elektronenstrahl zu emittieren. Der Elektronenstrahl trifft dann auf die Licht emittierende Schicht 12, welche Licht emittiert. Wenn das Planaranzeigefeld auf die selbe Weise wie eine X-Y-Matrix-Plasmaanzeige oder eine Flüssigkristallanzeige erregt wird, kann das Planaranzeigefeld ein Bild anzeigen, das durch die fluoreszierende Lichtemissionsschicht 12 erzeugt wird, welche unter dem Elektronenbeschuß glüht.
Fig. 8 zeigt eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Elektronenemissionsvorrichtung in einer Matrix- Elektronenemissionsquelle oder einem Planaranzeigefeld enthalten ist. Die in Fig. 8 gezeigte Elektronenemissionsvorrichtung ist mit der Ausnahme, daß die in Fig. 8 gezeigten Schichten 2 und die Steuerelektroden 4 einen unterschiedlichen Aufbau haben, im wesentlichen die selbe wie die in Fig. 7 gezeigte Elektronenemissionsvorrichtung. Die Schichten 2 und die Steuerelektroden 4 schneiden einander an Pixel bildenden Punkten oder Elektronenemissionsbereichen, wobei die Schichten 2 und die Fenster 11 der Steuerelektroden 4 eine Zickzack-Form aufweisen, um Bereiche, wo Elektronen emittiert werden, zu vergrößern, und um Ungleichmäßigkeiten der Elektronenemission von den jeweiligen Pixeln einheitlich zu machen.
Die Schichten 2 und die Steuerelektroden 4 können sich horizontal bzw. vertikal erstrecken, d.h. sie können aus den in Fig. 7 und 8 gezeigten Stellungen um einen Winkel von 90º verschoben sein.
In jedem der vorstehenden Ausführungsbeispiele sind die Schicht aus Kathodenmaterial mit einem rechteckigen Querschnitt und die isolierende Schicht auf einer Oberfläche des isolierenden Substrates angeordnet, wobei die isolierende Schicht auf jeder Seite oder auf einer Seite der Schicht aus Kathodenmaterial angeordnet ist, und die Steuerelektrode zum Ziehen von Elektronen aus der Schicht aus Kathodenmaterial ist auf der isolierenden Schicht angeordnet. Da Elektronen von den Kanten der Kathodenschicht emittiert werden, ist es nicht notwendig, eine nadelartige Kathode zu verwenden, und die Elektronenemissionsvorrichtung kann leicht hergestellt werden.
Sofern die Kathodenschicht und die Steuerelektrode relativ mit hoher Genauigkeit positioniert werden können, kann die Elektronenemissionsvorrichtung mit einer hohen Ausbeute hergestellt werden. Das Planaranzeigefeld oder die Matrix- Elektronenemissionsquelle, die die Elektronenemissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, kann viele Elektronen gleichmäßig emittieren.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 und 10 eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Zwei beabstandete Schichten 2 aus Kathodenmaterial wie Mo, Ta, W, ZrC, TiC, SiC, LaB oder dergleichen sind auf ein elektrisch isolierendes Substrat 1 aus Glas, Keramik oder dergleichen abgelagert. Auf einer zentralen Fläche des isolierenden Substrats 1, welche in beabstandeter Beziehung zu den Schichten 2 innerhalb und zwischen einander zugewandten Kanten der Schichten 2 oder von den Schichten 2 umgeben positioniert ist, ist eine elektrisch isolierende Schicht 3 aus Si0&sub2;, SiO&sub3;N&sub4;, Al&sub2;O&sub3; oder dergleichen angeordnet. Eine Steuerelektrode 4 zum Ziehen von Elektronen, die aus Metall wie Mo, Ta, W oder dergleichen oder irgend einem von verschiedenen anderen elektrisch leitenden Materialien besteht, ist auf der isolierenden Schicht 3 angeordnet. Die Steuerelektrode 4 hat eine untere Fläche 4a, die auf der selben Höhe wie oder höher als obere Oberflächen 2c der Kathodenschicht liegt. Jede der Kathodenschichten 2 hat einen rechteckigen Querschnitt und gegenüberliegende Kanten 2a, 2b. Die Kanten 2a der Kathodenschichten 2 sind der Steuerelektrode 4 zugewandt. Die derart aufgebaute Elektronenemissionsvorrichtung dient somit als eine lineare eindimensionale Elektronenemissionsvorrichtung.
Die in Fig. 9 und 10 gezeigte Elektronenemissionsvorrichtung arbeitet wie folgt:
Die Steuerelektrode 4 und die Schichten 2 sind derart mit einer (nicht gezeigten) Stromversorgung verbunden, daß die Steuerelektrode 4 auf einem positiven Potential und die Schichten 2 auf einem negativen Potential gehalten werden.
Wenn zwischen die Schichten 2 und die Steuerelektrode 4 eine Spannung angelegt wird, die höher als eine vorbestimmte Spannung ist, die vom Kathodenmaterial der Schichten 2 abhängt, emittieren die Kanten 2a, 2b der Schicht 2 Elektronen. Die Richtung, in welche sich die emittierten Elektronen bewegen, wird durch das elektrische Feld bestimmt, das sich zwischen der Steuerelektrode 4 und den Schichten 2 ausbildet. Einige der Elektronen treten in die Steuerelektrode 4 ein, während die anderen Elektronen über die Steuerelektrode 4 hinaus fliegen. Sofern die Steuerelektrode 4 zwischen den Schichten 2 angeordnet ist oder von den Schichten 2 umgeben ist, werden die meisten der emittierten Elektronen nach oberhalb der Steuerelektrode 4 gelenkt. Weil die untere Fläche 4a der Steuerelektrode 4 so hoch ist wie oder höher ist als die oberen Flächen 2c der Schichten 2, bewegen sich die von den Schichten 2 emittierten Elektronen mit einer Geschwindigkeit, deren Aufwärtskomponente groß ist. Deshalb ist die Anzahl der Elektronen, die oberhalb der oder über die Steuerelektrode 4 fliegen, d.h. die Intensität des Elektronenstrahls von den Schichten 2, erhöht. Weil die Kanten 2a der Schichten 2 jeweils in zugewandter Beziehung zur Steuerelektrode 4 angeordnet sind, wird das sich zwischen der Steuerelektrode 4 und den Schichten 2 ausbildende elektrische Feld an den Kanten 2a konzentriert, wodurch die effektive Feldstärke an den Kanten 2a für die Elektronenemission zunimmt, woraus der Vorteil erwächst, daß die für die Elektronenemission angelegte Spannung reduziert werden kann.
Nachfolgen wird unter Bezugnahme auf Fig. 11(a) bis 11(e) ein Prozeß zur Herstellung der in Fig. 9 und 10 gezeigten Elektronenemissionsvorrichtung beschrieben.
Zuerst wird, wie in Fig. 11(a) gezeigt ist, ein dünner Film aus Kathodenmaterial wie Mo, Ta, W, ZrC, TiC, SiC, LaB oder dergleichen, welcher Kathodenschichten 2 bilden wird, bis zu einer Dicke im Bereich von 300 nm bis 500 nm auf einem elektrisch isolierenden Substrat aus Glas, Keramik oder dergleichen durch einen Dünnfilmherstellungsprozeß wie Elektronenstrahlverdampfen, Sputtern, Ionenstrahlverdampfen, Siebdruck oder dergleichen aufgebracht. Dann werden Fotolacke 14 an entgegengesetzten Seiten des Dünnfilm durch Fotolithografie abgelagert, wobei die Fotolacke 14 voneinander um einen Abstand W1 im Bereich von 5µm bis 60 µm beabstandet sind und eine Länge zwischen 10 µm und 1 mm aufweisen. Danach wird, wie in Fig. 11(b) gezeigt ist, ein zentraler Bereich des Dünnfilms, der nicht durch die Fotolacke 14 bedeckt ist, durch eine Ätzlösung weggeätzt, welche eine gemischte Lösung aus H&sub3;PO&sub4;, CH&sub3;COOH, HNO&sub3; und H&sub2;O für Mo, und eine gemischte Säure aus HNO&sub3; und HF für Ta sein kann. Dann werden die Fotolacke 14 entfernt, wobei die Schichten 2 aus Kathodenmaterial an den entgegengesetzten Seiten des isolierenden Substrates 1 belassen werden. Wie in Fig. 11(c) gezeigt ist, werden Fotolacke 15 jeweils in abdeckender Beziehung zu den Schichten 2 durch Fotolithografie aufgebracht, wobei die Fotolacke 15 voneinander um einen Abstand zwischen 3 µm und 50 µm beabstandet sind und eine Länge zwischen 10 µm und 1 mm aufweisen. Dann werden, wie in Fig. 11(d) gezeigt ist, ein Dünnfilm aus SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, Si&sub3;N&sub4; oder dergleichen, der eine isolierende Schicht 3 bilden wird, und dann ein Dünnfilm aus Mo, Cr, Ta, W oder dergleichen, welcher eine Steuerelektrode 4 bilden wird, bis zu einer Dicke zwischen 500 nm und 1 µm bzw. einer Dicke zwischen 200 nm und 300 nm auf der bis dahin ausgebildeten Oberfläche durch ECR-Plasma-CVD, Elektronenstrahlverdampfen, Sputtern, Ionenstrahlverdampfen oder dergleichen aufgebracht. Danach werden die Fotolacke 15 zusammen mit den Dünnfilmen darauf abgehoben, wobei die zentralen Dünnfilme, die als isolierende Schicht 3 bzw. als Steuerelektrode 4 dienen, zurückbleiben. Die in Fig. 9 und 10 gezeigte lineare, eindimensionale Elektronenemissionsvorrichtung ist damit fertiggestellt.
An die so hergestellte Elektronenemissionsvorrichtung wurde eine Spannung angelegt, wobei die Steuerelektrode 4 auf ein positives Potential und die Schichten 2 auf ein negatives Potential gebracht wurden. Wenn eine Spannung im Bereich zwischen 50 V und 80 V angelegt wurde, begann die Elektronenemissionsvorrichtung, Elektronen zu emittieren. Wenn eine Spannung von 100 V angelegt wurde, wurde ein Emissionsstrom zwischen 50 µA und 100 µA erzeugt. Wenn der von der Elektronenemissionsvorrichtung emittierte Elektronenstrahl durch eine Fokussierelektrode auf eine fluoreszierende Oberfläche fokussiert wurde, zeigte die fluoreszierende Oberfläche ein gutes lineares Elektronenstrahlmuster oder ein Bild mit einer Breite zwischen 5 µm und 50 µm und einer Länge zwischen 10 µm und 1 mm.
Fig. 12 zeigt eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die in Fig. 12 gezeigte Elektronenemissionsvorrichtung ist ähnlich der in Fig. 9 und 10 gezeigten Elektronenemissionsvorrichtung. Deshalb werden diejenigen in Fig. 12,gezeigten Teile, die identisch mit den in Fig. 9 und 10 gezeigten sind, durch identische Bezugszeichen bezeichnet und nicht detailliert beschrieben.
Die in Fig. 12 gezeigte Elektronenemissionsvorrichtung weist zusätzlich eine elektrisch leitende Schicht 16 auf, die in der isolierenden Schicht 3 angeordnet und mit der Steuerelektrode 4 elektrisch verbunden ist, und eine elektrisch leitende Schicht 17, die in der isolierenden Schicht 3 ange ordnet und mit der leitenden Schicht 16 elektrisch verbunden ist. Die leitende Schicht 17 ist zentral auf dem isolierenden Substrat 1 angeordnet und hat einen langen Aufbau, der sich in eine zum Blatt der Fig. 12 normale Richtung erstreckt. Die leitende Schicht 17 dient als eine elektrisch mit der Steuerelektrode 4 verbundene Leitung zum Anlegen einer Spannung zwischen der Steuerelektrode 4 und den Kathodenschichten 2.
Wenn zwischen der Steuerelektrode 4 über die leitenden Schichten 16, 17 und die Kathodenschichten 2 eine Spannung angelegt wird, die höher als eine gewisse Spannung ist, welche vom Kathodenmaterial der Schichten 2 abhängt, wobei die Steuerelektrode 4 auf einem positivem Potential und die Kathodenschichten 2 auf einem negativen Potential liegen, werden Elektronen aus den Kanten 2a der Kathodenschicht 2 emittiert und zu einem konzentrierten Elektronenstrahl im Zentrum der Elektronenemissionsvorrichtung durch die Steuerelektrode 4 kombiniert. Da das zwischen der Steuerelektrode 4 und der Kathodenschicht 2 erzeugte elektrische Feld an den Kanten 2a konzentriert ist, ist die elektrische Feldstärke erhöht, was die Elektronenemission an den Kanten 2a erleichtert. Folglich ist die für die Elektronenemission an die Elektronenemissionsvorrichtung angelegte Spannung verringert.
Fig. 13(a) bis 13(e) zeigen ein Verfahren zur Herstellung der in Fig. 12 gezeigten Elektronenemissionsvorrichtung..
Zuerst werden, wie in Fig. 13(a) gezeigt ist, ein Dünnfilm aus Kathodenmaterial wie Mo, W, ZrC, LaB oder dergleichen, der die Kathodenschichten 2 und eine elektrisch leitende Schicht 17 bilden wird, in einer im Bereich zwischen 300 nm bis 500 nm liegenden Dicke auf ein elektrisch isolierendes Substrat 1 aus Glas, Keramik oder dergleichen durch einen Dünnfilmherstellungsprozeß abgelagert. Dann werden Fotolacke 18, 19 an gegenüberliegenden Seiten und einem zentralen Bereich des Dünnfilms durch Fotolithografie aufge bracht, wobei der Fotolack 19 eine Breite L1 im Bereich zwischen 3 µm und 50 µm aufweist und von den Fotolacken 18 um einen Abstand L2 im Bereich zwischen 5 µm und 10 µm beabstandet ist. Die Fotolacke 18, 19 haben eine Länge im Bereich zwischen 10 µm uns 1 mm. Danach werden, wie in Fig. 13(b) gezeigt ist, diejenigen Bereiche des Dünnfilms, die nicht durch die Fotolacke 18, 19 bedeckt sind, durch eine Ätzlösung weggeätzt. Dann werden die Fotolacke 18, 19 entfernt, wobei die Schichten 2 aus Kathodenmaterial an gegenüberliegenden Seiten des isolierenden Substrates 1 und eine elektrisch leitende Schicht 17 in dessen zentralen Bereich zurückgelassen werden. Wie in Fig. 13(c) gezeigt ist, werden ein Dünnfilm aus Al, Ta oder dergleichen, welcher eine isolierende Schicht 3 und eine elektrisch leitende Schicht 16 bilden wird, und dann ein Dünnfilm aus MO, Cr, W oder dergleichen, welcher eine Steuerelektrode 4 bilden wird, in einer Dicke im Bereich von 500 nm bis 1 µm bzw. einer Dicke im Bereich von 200 nm bis 300 nm auf der bis dahin ausgebildeten Oberfläche durch Verdampfen oder dergleichen aufgebracht. Zusätzlich wird ein Fotolack 20 mit einer Breite zwischen 5 µm und 60 µm und einer Länge zwischen 10 µm und 1 mm zentral auf den obersten Dünnfilm durch Verdampfen oder dergleichen aufgebracht. Wie in Fig. 13(d) gezeigt ist, werden die zwei Dünnfilme, die nicht mit dem Fotolack 20 bedeckt sind, weggeätzt, wobei die Dünnfilme unter dem Fotolack 20 zurückbleiben. Der obere Dünnfilm dient als eine Steuerelektrode 4. Dann werden, wie in Fig. 13(e) gezeigt ist, äußere Flächen des Dünnfilms unter der Steuerelektrode 4 eloxiert, wobei die Steuerelektrode 4,als eine Anode verbunden wird, wodurch eine isolierende Schicht 3 gebildet wird. Wenn der Dünnfilm unter der Steuerelektrode 4 aus Al besteht, dann besteht die isolierende Schicht 3 aus Al&sub2;O&sub3;, wobei darin eine elektrisch leitende Schicht 16 aus Al angeordnet ist. Wenn der Dünnfilm unter der Steuerelektrode 4 aus Ta besteht, besteht die isolierende Schicht 3 aus Ta&sub2;O&sub5;, wobei darin eine elektrisch leitende Schicht 16 aus Ta angeordnet ist. Danach wird der Fotolack 20 entfernt, wodurch die in Fig. 12 gezeigte lineare eindimensionale Elektronenemissionsvorrichtung fertiggestellt ist.
Die derart hergestellte Elektronenemissionsvorrichtung wurde auf die Elektronenemissionseigenschaften hin auf die selbe Art getestet wie beim vierten Ausführungsbeispiel. Wenn eine Spannung von 100V angelegt wurde, wurde ein Emissionsstrom zwischen 50 µA und 100 µA erzeugt. Wenn der von der Elektronenemissionsvorrichtung emittierte Elektronenstrahl durch eine Fokussierelektrode auf eine fluoreszierende Oberfläche fokussiert wurde, zeigte die fluoreszierende Oberfläche ein gutes lineares Elektronenstrahlmuster oder ein Bild mit einer Breite zwischen 5 µm und 50 µm.
Fig. 14 zeigt eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Beim fünften Ausführungsbeispiel ist die leitende Schicht 17 auf dem isolierenden Substrat 1 angeordnet. Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist die leitende Schicht 17 im isolierenden Substrat 1 eingebettet, und die leitende Schicht 16, die isolierende Schicht 3 und die Steuerelektrode 4 sind auf der leitenden Schicht 17 und dem isolierenden Substrat angeordnet. Die Kathodenschichten 2 sind auf dem Seite von oder in umgebender Beziehung zu der leitenden Schicht 16, der isolierenden Schicht 3 und der Steuerelektrode 4. Die Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel bietet die selben Vorteile wie die Elektronenemissionsvorrichtungen gemäß dem vierten und fünften Ausführungsbeispiel
Fig. 15 zeigt eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Beim siebten Ausführungsbeispiel ist eine elektrisch isolierende Schicht 21 auf dem isolierenden Substrat 1 angeordnet, und die leitende Schicht 17 ist in die isolierende Schicht 21 eingebettet. Die leitende Schicht 16, die isolierende Schicht 3 und die Steuerelektrode 4 sind auf der leitenden Schicht 17 und dem isolierenden Substrat 21 angeordnet. Die Kathodenschichten 2 sind auf dem isolierenden Substrat 21, eines auf jeder Seite von oder in umgebender Beziehung zu der leitenden Schicht 16, der isolierenden Schicht 3 und der Steuerelektrode 4 angeordnet. Die Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel bietet die selben Vorteile wie die Elektronenemissionsvorrichtungen des vierten und fünften Ausführungsbeispiels
Fig. 16(a) bis 16(c) zeigen in der Draufsicht Elektronenemissionsvorrichtungen gemäß achten bis zehnten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
In jedem der vierten bis siebten Ausführungsbeispiele hat die Elektronenemissionsvorrichtung die Form einer linearen eindimensionalen Elektronenemissionsvorrichtung. Gemäß den achten bis zehnten Ausführungsbeispielen ist, wie in Fig. 16(a) bis 16(c) gezeigt ist, eine Steuerelektrode 4 in einem zentralen Abschnitt angeordnet, und eine Schicht 2 aus Kathodenmaterial ist in einer umgebenden Beziehung zur Steuerelektrode 4 angeordnet. Genauer gesagt ist in Fig. 16(a) eine kreisförmige Steuerelektrode 4 von einer ringförmigen Kathodenschicht 2 umgeben. In Fig. 16(b) ist eine dreieckige Steuerelektrode 4 von drei rechteckigen Kathodenschichten 2 umgeben. In Fig. 16(c) ist eine fünf zackig sternförmige Steuerelektrode 4 von fünf dreieckigen Kathodenschichten 2 umgeben. Die in Fig. 16(a) bis 16(c) gezeigten Elektronenemissionsvorrichtun gen sind so vorteilhaft wie die Elektronenemissionsvorrichtungen gemäß dem vierten und fünften Ausführungsbeispiel.
Die Steuerelektrode 4 und die Kathodenschicht(en) 2 sind jedoch nicht auf die bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen dargestellten Formen beschränkt.
Bei den vierten bis zehnten Ausführungsbeispielen wird, da die Steuerelektrode innerhalb der Kathodenschicht(en) angeordnet ist, der Elektronenstrahl, der von der (den) Kathodenschicht(en) emittiert wird, wenn eine Spannung zwischen der (den) Kathodenschicht(en) und der Steuerelektrode angelegt wird, veranlaßt, sich über die Steuerelektrode, d.h. zum Zentrum der Elektronenemissionsvorrichtung hin zu bewegen.
Der emittierte Elektronenstrahl ist deshalb konvergiert und ist somit von hoch auflösender, qualitativ hochwertiger Natur. Da die Elektronenemissionsvorrichtung einfach im Aufbau ist, kann sie leicht mit einer hohen Ausbeute hergestellt werden, und ist äußerst zuverlässig in der Funktion. Da die Kanten der Kathodenschicht(en) der Steuerelektrode zugewandt sind, ist das erzeugte elektrische Feld an den Kanten konzentriert, so daß die von der Elektronenemissionsvorrichtung für die Elektronenemission benötigte Spannung niedrig sein kann.
Fig. 17(a) bis 17(c) veranschaulichen eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Eine kreisförmige Schicht 2 aus Kathodenmaterial wie Mo, Ta, W, ZrC, LaB oder dergleichen wird zentral auf ein elektrisch isolierendes Substrat 1 aus Glas, Keramik oder dergleichen aufgebracht. Auf der Kathodenschicht 2 ist eine elektrisch isolierende Schicht 22 aus SiO&sub2;, SiO&sub3;N&sub4;, Al&sub2;O&sub3; oder dergleichen, welche klein genug ist, um es einer äußeren Kante 2a der Kathodenschicht zu erlauben, freizuliegen, angeordnet. Auf der isolierenden Schicht 22 ist eine erste Steuerelektrode 4-1 aus Mo, Ta, Cr, Al, Au oder dergleichen angeordnet. Auf einer äußeren peripheren marginalen Kante des isolierenden Substrats 1 ist um die Kathodenschicht 2, die isolierende Schicht 22 und die erste Steuerelektrode 4-1 in einer radial beabstandeten Beziehung dazu eine elektrisch isolierende Schicht 3 aus SiO&sub2;, SiO&sub3;N&sub4;&sub1; Al&sub2;O&sub3; oder dergleichen angeordnet. Eine zweite Steuerelektrode 4-2 aus Mo, Ta, Cr, Al, Au oder dergleichen ist auf der isolierenden Schicht 3 angeordnet. Die ersten und zweiten Steuerelektroden 4-1, 4-2 sind elektrisch miteinander verbunden. Genauer gesagt, wie in Fig. 17(a) und 17(c) gezeigt ist, ist eine elektrisch isolierende Schicht 23 aus SiO&sub2;, SiO&sub3;N&sub4;, Al&sub2;O&sub3; oder dergleichen auf einem freiliegenden Bereich des Kathodenschicht 2 und einem freiliegenden Bereich des isolierenden Substrats 1, welcher zwischen der Kathodenschicht 2 und der umgebenden isolierenden Schicht 3 liegt, angeordnet. Die ersten und zweiten Steuerelektroden 4-1, 4-2 sind durch einen elektrischen Verbinder 24 aus Mo, Ta, Cr, Al, Au oder dergleichen, welcher auf der isolierenden Schicht 23 angeordnet ist, elektrisch verbunden.
Nachfolgend wird der Betrieb der in Fig. 17(a) bis 17(c) gezeigten Elektronenemissionsvorrichtung gezeigt. Die Schicht 2 und die ersten und zweiten Steuerelektroden 4-1 und 4-2 sind mit einer (nicht gezeigten) Stromversorgung derart verbunden, daß die Schicht 2 auf einem negativen Potential und die ersten und zweiten Steuerelektroden 4-1, 4-2 auf einem positiven Potential gehalten werden. Wenn zwischen die Schicht 2 und die Steuerelektroden 4-1, 4-2 eine Spannung angelegt wird, die höher als eine vorbestimmte Spannung ist, welche vom Kathodenmaterial der Schicht 2 abhängt, ist ein elektrisches Feld an der Kante 2a der Schicht 2 konzentriert, um die Kante 2a dazu zu veranlassen, Elektronen in einen umgebenden evakuierten Raum zu emittieren. Die emittierten Elektronen bewegen sich längs elektrischer Kraftlinien, die unter der angelegten Spannung zwischen den ersten und zweiten Steuerelektroden 4-1, 4-2 und der Schicht 2 definiert sind.
Würde die erste Steuerelektrode 4-1 nicht existieren, wären die elektrischen Kraftlinien zur zweiten Steuerelektrode 4-2, d.h. radial nach außen vom Zentrum der Elektronenemissionsvorrichtung gerichtet, so daß der Elektronenstrahl auseinandergespreizt werden würde. Da die erste Steuerelektrode 4-1 im Zentrum der Elektronenemissionsvorrichtung angeordnet ist, ist der erzeugte Elektronenstrahl anstatt radial nach außen zum Zentrum der Elektronenemissionsvorrichtung gerichtet und mithin zu einem hoch auflösenden qualitativ hochwertigen Elektronenstrahl konzentriert.
Die isolierende Schicht 3 und die zweite Steuerelektrode 4-2 können auf jeder Seite der Kathodenschicht 2, der isolierenden Schicht 22 und der ersten Steuerelektrode 4-1 angeordnet sein anstatt diese wie gezeigt zu umgeben.
Fig. 18(a) und 18(b) zeigen eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ein elektrisch isolierendes Substrat 1 trägt darauf eine elektrisch isolierende Schicht 25, und eine ringförmige Schicht 2 aus Kathodenmaterial ist zentral auf der isolierenden Schicht 25 angeordnet. Eine weitere isolierende Schicht 22 ist auf der ringförmigen Schicht 2 aus Kathodenmaterial und einem freiliegenden Bereich, der im Inneren der ringförmigen Kathodenschicht 2 liegt, angeordnet. Die isolierende Schicht 22 ist klein genug, um eine äußere Kante 2a der Kathodenschicht 2 freizulassen. Ein erste Steuerelektrode 4-1 ist auf der isolierenden Schicht 22 angeordnet. Eine elektrisch isolierende Schicht 3 ist auf einer äußeren peripheren marginalen Kante des isolierenden Substrats 25 um die Kathodenschicht 2, die isolierende Schicht 22 und die erste Steuerelektrode 4-1 in radial beabstandeter Beziehung hierzu angeordnet. Eine zweite Steuerelektrode 4-2 ist auf der isolierenden Schicht 3 angeordnet. Die ersten und zweiten Steuerelektroden 4-1, 4-2 sind durch einen isolierten elektrischen Verbinder 26, der sich durch das Innere der isolierenden Schicht 22, das Innere der isolierenden Schicht 25 und das Innere der isolierenden Schicht 3 erstreckt, elektrisch miteinander verbunden.
Die Komponenten der in Fig. 18(a) und 18(b) gezeigten Elektronenemissionsvorrichtung bestehen aus den selben Materialien wie die der Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem elften Ausführungsbeispiel. Die in Fig. 18(a) und 18(b) gezeigte Elektronenemissionsvorrichtung arbeitet auch in der selben Weise wie die Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem elften Ausführungsbeispiel
Eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel ist in Fig. 19 gezeigt. Diejenigen Teile der in Fig. 19 gezeigten Elektronenemissionsvorrichtung, die identisch mit der in Fig. 17(a) bis 17(c) gezeigten Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem elften Ausführungsbeispiel sind, sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht im Detail beschrieben. Wie in Fig. 19 gezeigt ist, enthält die Elektronenemissionsvorrichtung zusätzlich eine elektrisch isolierende Schicht 27 aus SiO&sub2;, SiO&sub3;N&sub4;, Al&sub2;O&sub3; oder dergleichen, die auf der zweiten Steuerelektrode 4-2 angeordnet ist, und eine dritte Steuerelektrode 4-3 aus Mo, Ta, W, Cr, Al, Au oder dergleichen, welche auf der isolierenden Schicht 27 vorgesehen ist.
Die in Fig. 19 gezeigte Elektronenemissionsvorrichtung arbeitet wie folgt:
Die Schicht 2 und die ersten und zweiten Steuerelektroden 4-1, 4-2 sind mit einer (nicht gezeigten) Stromversorgung derart verbunden, das die Schicht 2 auf einem negativen Potential und die ersten und die zweiten Steuerelektroden 4-1, 4-2 auf einem positiven Potential gehalten werden. Wenn zwischen die Schicht 2 und die Steuerelektroden 4-1, 4-2 eine Spannung angelegt wird, die höher als eine vorbestimmte Spannung ist, welche vom Kathodenmaterial der Schicht 2 abhängt, konzentriert sich ein ausgebildetes elektrisches Feld an der Kante 2a der Schicht 2, um die Kante 2a zu veranlassen, Elektronen in einen umgebenden evakuierten Raum zu emittieren. Die emittierten Elektronen werden durch die erste Steuerelektrode 4-1 dazu veranlaßt, sich zum Zentrum der Elektronenemissionsvorrichtung hin zu bewegen, was, wie vorstehend unter Bezugnahme auf das elfte Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, einen konvergenten Elektronenstrahl zur Folge hat. Wenn die zwischen die Kathodenschicht 2 und die ersten und zweiten Steuerelektroden 4-1, 4-2 angelegte Spannung niedriger als die vorbestimmte Spannung wäre, würden von der Kathodenschicht 2 keine Elektronen in den umgebenden evakuierten Raum emittiert werden. Deshalb kann die Anzahl der von der Kathodenschicht 2 emittierten Elektronen gesteuert werden, wenn die zwischen die Kathodenschicht 2 und die ersten und zweiten Steuerelektroden 4-1, 4-2 angelegte Spannung gesteuert wird. Wenn die dritte Elektrode 4-3 auf einem Potential gehalten wird, das höher als das Potential der ersten und zweiten Steuerelektroden 4-1, 4-2 ist, werden die in den evakuierten Raum emittierten Elektronen nach oberhalb der Elektronenemissionsvorrichtung beschleunigt. Folglich kann der Elektronenstrahl leicht aus der Elektronenstrahlemissionsvorrichtung gezogen werden, während verhindert wird, daß er außerhalb derselben aufgespreizt wird.
Fig. 20(a) bis 20(g) zeigen ein Verfahren zur Herstellung der in Fig. 19 gezeigten Elektronenemissionsvorrichtung.
Wie in Fig. 20(a) gezeigt ist, wird eine Schicht 2 aus Kathodenmaterial wie Mo, W oder dergleichen durch Sputtern auf einem zentralen Bereich eines elektrisch isolierenden Substrats 1 aus Glas, welches eine Dicke von 1 mm aufweist, aufgebracht. Die Schicht 2 hat eine Dicke im Bereich zwischen 200 nm bis 400 nm, eine Breite im Bereich zwischen 10 µm und 50 µm, und eine Länge von 200 µm. Dann werden, wie in Fig. 20(b) gezeigt ist, Fotolacke 28 mit einer Dicke von 1,5 µm und voneinander um einen Abstand zwischen 5 µm und 48 µm beabstandet auf einen freiliegenden Bereich des isolierenden Substrates 1 und gegenüberliegende Seiten des Kathodenschicht 2 aufgebracht. Wie in Fig. 20(c) gezeigt ist, werden ein Film aus SiO&sub2; oder dergleichen, der eine elektrisch isolierende Schicht 22 bilden wird, und ein elektrisch leitender Film aus Mo, Cr oder dergleichen, der eine erste Steuerelektrode 4-1 bilden wird, aufeinanderfolgend in einer Dicke zwischen 800 nm und 1 µm bzw. einer Dicke zwischen 200 nm und 400 nm auf dem Fotolack 28 und der Kathodenschicht 2 durch Elektronenstrahiverdampfung oder Sputtern aufgebracht. Dann wird der Fotolack 28 abgehoben, wodurch, wie in Fig. 20(d) gezeigt ist, eine elektrisch isolierende Schicht 22 und eine erste Steuerelektrode 4-1 auf der Kathodenschicht 2 gebildet werden. Wie in Fig. 20(e) gezeigt ist, wird in bedeckender Beziehung zu der ersten Steuerelektrode 4-1, der isolierenden Schicht 22, der Kathodenschicht 2 und einem freiliegenden Bereich des isolierenden Substrates 1 eine Maske 29 aufgebracht, wobei die Maske 29 eine Breite zwischen 12 µm und 55 µm und eine Dicke von 2,5 µm aufweist. Dann werden, wie in Fig. 20(f) gezeigt ist, ein Film aus SiO&sub2;, der eine elektrisch isolierende Schicht 3 bilden wird, ein elektrisch leitender Film aus Mo oder Cr, der eine zweite Steuerelektrode 4-2 bilden wird, ein Film aus SiO&sub2; oder dergleichen, der eine elektrisch isolierende Schicht 27 bilden wird, und ein elektrisch leitender Film aus Mo oder Cr, der eine dritte leitende Elektrode 4-3 bilden wird, aufeinanderfolgend in einer Dicke zwischen 800 nm bis 1 µm bzw. einer Dicke zwischen 200 nm bis 400 nm bzw. einer Dicke zwischen 800 nm bis 1 µm bzw. einer Dicke zwischen 200 nm bis 400 nm auf der bis dahin gebildeten Oberfläche durch Elektronenstrahl-Verdampfen oder Sputtern aufgebracht. Danach wird die Maske 29 abgehoben, wodurch, wie in Fig. 20(g) gezeigt ist, eine Elektronenemissionsvorrichtung mit einer zweiten Steuerelektrode 4-2 und einer dritten Steuerelektrode 4-3 geschaffen wird. Wenn ein von der derart hergestellten Elektronenemissionsvorrichtung emittierter Elektronenstrahl durch eine Fokussierelektrode auf eine fluoreszierende Oberfläche fokussiert wurde, zeigte die fluoreszierende Oberfläche ein gutes lineares Elektronenstrahlmuster oder ein Bild mit einer Breite zwischen 10 µm und 55 µm und einer Länge von 200 µm an.
Beim elften bis dreizehnten Ausführungsbeispiel wird der Elektronenstrahl, der von der Kathodenschicht emittiert wird, wenn zwischen die Kathodenschicht und die ersten und zweiten Steuerelektroden eine Spannung angelegt wird, durch die erste Steuerelektrode daran gehindert, sich zur zweiten Steuerelektrode, d.h. zum Zentrum der Elektronenemissionsvorrichtung zu bewegen. Deshalb ist der emittierte Elektronenstrahl konvergent, und mithin von hoch auflösender, qualitativ hochwertiger Natur. Weil die Elektronenemissionsvorrichtung einfach im Aufbau ist, kann sie leicht mit hoher Ausbeute hergestellt werden und ist sehr zuverlässig im Betrieb.
Die dritte Steuerelektrode ist wirkungsvoll, um den emittierten Elektronenstrahl zu beschleunigen, welcher somit leicht und stabil aus der Elektronenemissionsvorrichtung gezogen werden kann.
Fig. 21(a) bis 21(c) illustrieren eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Eine Basiselektrode 30 aus elektrisch leitendern Material ist auf einem elektrisch isolierenden Substrat 1 aus Glas oder dergleichen angeordnet, und eine Schicht 2 aus Kathodenmaterial, welcher von der Basiselektrode 30 ein elektrischer Strom zugeführt wird, ist auf der Basiselektrode 30 angeordnet. Das Kathodenmaterial der Schicht 2 kann ein Material sein, das eine hohe Austrittsarbeit und einen hohen Schmelzpunkt aufweist, wie beispielsweise SiC, ZrC, TiC, Mo, W oder dergleichen. Die Kathodenschicht 2 weist, wie in der Draufsicht gezeigt ist, eine Vierzack-Sternform oder einen Kreuzund-Quer-Aufbau auf und hat einen rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt mit einer äußeren Kante 2a. Die Kathodenschicht 2 hat vier nach außen ragende Arme, von denen, wie in der Draufsicht gezeigt ist, jeder eine Keilform hat, wobei der Arm eine Breite W aufweist, die linear zunehmend von Null bis zu einem bestimmten Ausmaß in eine Einwärts- Richtung vom distalen Ende zum Zentrum der Kathodenschicht 2 variiert. Die Kathodenschicht 2 ist jedoch nicht auf den dargestellten Aufbau beschränkt, und die Breite sollte zwar zunehmend variieren, muß aber nicht notwendigerweise linear variieren. Die Elektronenemissionsvorrichtung enthält auch eine elektrisch isolierende Schicht 31, die auf der Basiselektrode 30 in einem Bereich unter der äußeren marginalen Kante der Kathodenschicht 2 und in einem äußeren Bereich angeordnet ist, der frei ist von oder nicht bedeckt ist durch die Kathodenschicht 2. Eine elektrisch isolierende Schicht 3 ist auf der isolierende Schicht 31 angeordnet und nach außen hin von der Kathodenschicht 2 in komplementär umgebender Beziehung dazu angeordnet, und eine Steuerelektrode 4 ist auf der isolierenden Schicht 3 angeordnet. Die isolierende Schicht 3 besteht aus einem Material wie Al&sub2;O&sub3;, SiO&sub2; oder dergleichen und hat eine Dicke, die gleich der oder größer als die Dicke der Kathodenschicht 2 ist. Die Steuerelektrode 4, die dazu dient, Elektronen aus der Kathodenschicht 2 zu ziehen, ist aus Metall oder dergleichen hergestellt.
Die in Fig. 21(a) bis 21(c) gezeigte Elektronenemissionsvorrichtung arbeitet wie folgt:
Zwischen der Kathodenschicht 2 und der Steuerelektrode 4 wird eine derartige Spannung angelegt, daß die Kathodenschicht 2 auf einem negativen Potential und die Steuerelektrode 4 auf einem positiven Potential gehalten wird. Elektrische Kraftlinien werden an einer äußeren Kante 2a der Kathodenschicht 2 konzentriert, wodurch an der Kante 2a ein intensives elektrisches Feld erzeugt wird. Da die keilförmigen Arme der Kathodenschicht 2 und die komplementär keilförmigen Aussparungen der Steuerelektrode 4 variierende Breiten haben, variiert die Feldstärke des elektrischen Feldes an der äußeren Kante 2a in Abhängigkeit von der Position der Kathodenschicht 2. Deshalb hat die Kathodenschicht 2, selbst wenn die Kathodenschicht 2 und die Steuerelektrode 4 Mustergenaugkeitsunterschiede aufweisen, wenn sie gebildet werden, immer Kantenbereiche, wo sich eine Feldstärke entwickelt, die zur Emission von Elektronen von dort erforderlich ist. Folglich hat die Elektronenemissionsvorrichtung stabile Elektronenemissionseigenschaften. Die Kathodenelektrode 4 ist auf der selben Höhe wie oder höher als die obere Fläche der Kathodenschicht 2 positioniert, so daß von der Kante 2a der Kathodenschicht 2 emittierte Elektronen am Aufspreizen gehindert, aber so gesteuert werden, daß sie sich in einer zur oberen Oberfläche der Kathodenschicht 2 im wesentlichen senkrechten Richtung fortbewegen. Dementsprechend ist der emittierte Elektronenstrahl wohl definiert und von hoher Qualität. Die keilförmigen Arme der Kathodenschicht 2 haben spitze äußere Enden, an welchen das elektrische Feld konzentriert werden kann, um den Elektronenstrahl in eine zur oberen Oberfläche der Kathodenschicht 2 rechtwinkligen Richtung zu richten.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 22(a) bis 22(f) ein Verfahren zur Herstellung der in Fig. 21(a) bis 21(c) gezeigten Elektronenemissionsvorrichtung beschrieben.
Wie in Fig. 22(a) gezeigt ist, wird eine Basiselektrode aus elektrisch leitendem Material wie Al, Ta oder dergleichen mit einer vorbestimmten Dicke auf ein elektrisch isolierendes Substrat 1 aus Glas oder dergleichen durch Vakuumverdampfen, Sputtern oder dergleichen aufgebracht. Dann wird ein elektrisch leitender Film aus SiC, ZrC, TiC, Mo, W oder dergleichen, welcher eine Kathodenschicht 2 bilden wird, mit einer vorbestimmten Dicke auf die Basiselektrode 30 aufgebracht. Zusätzlich wird ein Film 32 aus Abhebematerial auf den obersten leitenden Film abgelagert, wobei der Abhebematerialfilm 32 dicker ist als eine (später beschriebene) elektrisch isolierende Schicht 3. Das Abhebematerial kann ein Metall oder ein isolierendes Material sein, welches einer Ätzlösung widerstehen kann, die verwendet wird, um die Kathodenschicht 2 wegzuätzen, oder kann derart beschaffen sein, daß eine zur Entfernung des Abhebematerialfilms 32 verwendete Lösung nicht andere Materialien abträgt, wenn das Abhebematerial entfernt wird.
Dann wird, wie in Fig. 22(b) gezeigt ist, ein Fotolack 33 auf dem Abhebematerialfilm 32 in einem Muster der Kathodenschicht 2 aufgebracht. Unter Verwendung des Fotolacks 33 als ein Schutzfilm werden der Abhebematerialfilm 32 und der leitende Film darunter weggeätzt, wodurch der Abhebematerialfilm 32 und der leitende Film unter dem Fotolack 33 zurückbleiben. Wie in Fig. 22(c) gezeigt ist, wird nur der leitende Film unter dem Abhebematerialfilm 32 an seiner äußeren penpheren Kante zu einem Muster geätzt, das kleiner als der Abhebematerialfilm 32 ist.
Dann wird, wie in Fig. 22(d) gezeigt ist, zumindest die Oberfläche der Basiselektrode 30 aus leitendem Material, die nicht durch die Kathodenschicht 2 bedeckt ist, zu einer elektrisch isolierenden Schicht 31 eloxiert. Wenn das leitende Material der Basiselektrode 30 Al ist, wird eine oxidierte isolierende Schicht 31 aus Al&sub2;O&sub3; gebildet. Wenn das leitende Material der Basiselektrode 30 Ta ist, wird die oxidierte isolierende Schicht 31 aus Ta&sub2;O&sub5; gebildet. Es ist zu bevorzugen, daß sich die isolierende Schicht 31 um ein gewisses Ausmaß unter die äußere periphere Kante der Kathodenschicht 2 erstreckt.
Wie in Fig. 22(e) gezeigt ist, wird der Fotolack 33 entfernt, und ein elektrisch isolierendes Material, welches eine elektrisch isolierende Schicht 3 bilden wird, und ein Metallmaterial, welches eine Steuerelektrode 4 bilden wird, werden aufeinanderfolgend auf der bis dahin gebildeten Oberfläche durch Sputtern oder dergleichen abgelagert. Das isolierende Material, welches eine isolierende Schicht 3 bilden wird, weist eine Dicke auf, die gleich ist oder größer als die Dicker der Kathodenschicht 2. Weil der Fotolack 33 vor der Ablagerung des isolierenden Materials und des Metallmaterials entfernt wurde, werden die abgelagerten Materialien durch den Fotolack 33 nicht verschmiert, welcher andernfalls zersetzt würde, wenn die gesamte Anordnung erhitzt wird, um die Verbindungsstärke zwischen der isolierenden Schicht 31, der isolierenden Schicht 3 und der Steuerelektrode 4 zu erhöhen. Wenn die isolierende Schicht 3 zu sputtern ist, dann sollte die Oberfläche der isolierenden Schicht 31 vorzugs weise vorher durch Edelgasionen gereinigt werde, weil sich an der isolierenden Schicht 31 Fremdkörper angelagert haben können oder sie in den vorhergehenden Schritten kontaminiert sein worden kann.
Dann wird der Abhebematerialfilm 32 entfernt, um die isolierende Schicht und die Metallschicht darauf gleichzeitig zu entfernen, wodurch die Kathodenschicht 2 mit ihrer Kante 2a freigelegt wird. Die isolierende Schicht 3 und die Steuerelektrode 4 sind jetzt in umgebender und beabstandeter Bezie hung zur Kathodenschicht 2 gebildet. Das Metallmaterial der Steuerelektrode 4 sollte ein chemisch und physikalisch stabiles Material sein, so daß es nicht ausgehöhlt wird, wenn der Abhebematerialfilm 32 entfernt wird.
Fig. 23(a) bis 23(g) zeigen ein weiteres Verfahren zur Herstellung der Elektronenemissionsvorrichtuflg gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel.
Wie in Fig. 23(a) gezeigt ist, wird eine Basiselektrode 30 aus einem elektrisch leitendem Material wie Al, Ta, Mo oder dergleichen in einer vorbestimmten Dicke auf einem elektrisch isolierenden Substrat 1 aus Glas oder dergleichen durch Vakuumverdampfen, Sputtern oder dergleichen aufgebracht. Dann wird ein elektrisch isolierender Film 34 aus beispielsweise SiO&sub2; mit dem Muster der (später beschriebenen) Kathodenschicht 2 auf der Basiselektrode 30 abgelagert. Ge nauer gesagt wird ein isolierender Film 34 mit einer vorbestimmten Dicke auf die Basiselektrode 30 aufgebracht, ein (nicht gezeigtes) Fotolack-Muster wird auf den isolierenden Film 34 abgelagert, und der isolierende Film 34 wird geätzt, wobei das Fotolack-Muster als eine Maske verwendet wird (alternativ kann die isolierende Schicht 34 selbst ein Fotolack-Muster sein)
Dann wird, wie in Fig. 23(b) gezeigt ist, zumindest die freiliegende Fläche der Basiselektrode 301 welche nicht mit der isolierenden Schicht 34 bedeckt ist, zu einer elektrisch isolierenden Schicht 31 umgearbeitet. Genauer gesagt kann, wenn das leitende Material der Basiselektrode 30 Al oder Ta ist, die freiliegende Oberfläche der Basiselektrode 30 eloxiert oder in einer Sauerstoffatmosphäre thermisch oxi diert werden. Wenn das leitende Material der Basiselektrode Al ist, dann wird eine oxidierte isolierende Schicht 31 aus Al&sub2;O&sub3; gebildet. Wenn das leitende Material der Basiselektrode 30 Ta ist, dann wird eine oxidierte isolierende Schicht 31 aus Ta&sub2;O&sub5; gebildet. Es ist zu bevorzugen, daß sich die isolierende Schicht 31 um ein gewisses Ausmaß unter die äußere periphere Kante der isolierenden Schicht 34 erstreckt.
Dann wird, wie in Fig. 23(c) gezeigt ist, die isolierende Schicht 34 entfernt, und ein elektrisch leitender Film aus SiC, ZrC, TiC, Mo, W oder dergleichen, welcher eine Kathodenschicht 2 bilden wird, wird mit einer vorbestimmten Dicke durch Vakuumverdampfen auf die Basiselektrode 30 abgelagert. Zusätzlich wird ein Film 35 aus Abhebematerial als ein Deckmaterial auf den obersten leitenden Film abgelagert, wobei der Abhebematerialfilm 35 dicker als eine (später beschriebene) elektrisch isolierende Schicht 3 ist. Das Abhebematerial kann ein Metall oder ein isolierendes Material sein, welches einer Ätzlösung widerstehen kann, die verwendet wird, um die Kathodenschicht 2 zu ätzen, oder so beschaffen sein, daß eine zur Entfernung des Abhebematerialfilms 35 verwendete Lösung nicht andere Materialien abträgt, wenn das Abhebematerial entfernt wird.
Dann wird, wie in Fig. 23(d) gezeigt ist, ein Fotolack 36 auf den Abhebematerialfilm 35 in einem Muster der Kathodenschicht 2, d.h. an der selben Stelle wie die isolierende Schicht 34 abgelagert. Unter Verwendung des Fotolacks 33 als ein Schutzfilm werden der Abhebematerialfum 35 und der leitende Film darunter weggeätzt, wodurch der Abhebematerialfim und der leitende Film unter dem Fotolack 36 zurückbleiben (der Abhebematerialfum 35 kann selbst ein Fotolack sein) Wie in Fig. 23(e) gezeigt ist, wird nur der leitende Film unter dem Abhebematerialfilm 35 an seiner äußeren peripheren Kante zu einem Muster geätzt, das kleiner als der Abhebematerialfilm 35 ist.
Wie in Fig. 23(f) gezeigt ist, wird der Fotolack 36 entfernt, und ein elektrisch isolierendes Material, welches eine elektrisch isolierende Schicht 3 bilden wird, und ein Metallmaterial, welches eine Steuerelektrode 4 bilden wird, werden aufeinanderfolgend auf der bis dahin gebildeten Oberfläche durch Sputtern oder dergleichen abgelagert. Das isolierende Material, welches eine isolierende Schicht 3 bilden wird, weist eine Dicke auf, die gleich ist oder größer als die Dicke der Kathodenschicht 2.
Dann wird der Abhebematerialfilm 35 entfernt, um die isolierende Schicht und die Metallschicht darauf gleichzeitig zu entfernen, wodurch die Kathodenschicht 2 mit ihrer Kante 2a freigelegt wird. Die isolierende Schicht 3 und die Steuerelektrode 4 werden jetzt in umgebender und beabstandeter Beziehung zur Kathodenschicht 2 gebildet. Das Metallmaterial der Steuerelektrode 4 sollte ein chemisch und physikalisch stabiles Material sein, so daß es nicht abgetragen wird, wenn der Abhebematerialfilm 35 entfernt wird.
Fig. 24(a) und 24(b) zeigen eine Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem fünfzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Elektronenemissionsvorrichtung Bestandteil eines Planaranzeigefeldes ist.
Wie in Fig. 24(a) und 24(b) gezeigt ist, ist eine Vielzahl von parallelen, vertikal verlängerten streifenförmigen Basiselektroden 30 auf einer elektrisch isolierenden Basis 1 angeordnet, wobei die Basiselektroden 30 horizontal um vorbestimmte Abstände beabstandet sind, und eine Vielzahl von Vierzack-Sternform-Kathodenschichten 2 ist auf den Basiselektroden 30 angeordnet.
Elektrisch isolierende Schichten 31 sind auf zumindest den Oberflächen der Basiselektroden 30, die nicht durch die Kathodenschichten 2 bedeckt sind, angeordnet. Elektrisch isolierende Schichten 3 und Steuerelektroden 4 sind aufeinanderfolgend auf den isolierenden Schichten 31 und der isolierenden Basis 1 angeordnet und außerhalb von oder in umgebender Beziehung zu den Kathodenschichten 2 in beabstandeter Beziehung hierzu positioniert. Die Steuerelektroden 4 sind in einem horizontal längs gestreiften Muster angeordnet, das die Basiselektroden 30 überführend unter gleichmäßigen Winkeln kreuzt, und haben über den Kathodenschichten 2 komplementäre Fensteröffnungen. Die Steuerelektroden sind vertikal um einen vorgeschriebenen Abstand beabstandet und sind untereinander elektrisch isoliert. Ein transparentes Substrat 13 ist vor den Steuerelektroden 4 positioniert und beabstandet hiervon. Das transparente Substrat 13 trägt an seiner den Steuerelektroden 4 zugewandten inneren Oberfläche einen transparenten elektrisch leitenden Film 37 und eine fluoreszierende Lichtemissionsschicht 12, welche aufeinanderfolgend darauf angeordnet sind. Anstelle des transparenten leitenden Film 37 kann wie bei einer normalen Kathodenstrahlröhre ein dünner Film aus Al auf der Lichtemissionsschicht 12 angeordnet werden.
Das derart aufgebaute Planaranzeigefeld arbeitet wie folgt:
Für die Anzeige eines Bildes in einem Standard-Fernsehsystem hat die Elektronenemissionsvorrichtung so viele Kathodenschichten 2 tragende Basiselektroden 30 wie Pixel in horizontaler Richtung und so viele Steuerelektroden 4 wie Abtastzeilen, die zur Anzeige des Bildes wirksam sind. Zwischen einer ausgewählten Basiselektrode 30 und einer ausgewählten Steuerelektrode 4 wird eine gegebene Spannung angelegt, um ein intensives elektrisches Feld zu entwickeln, um dadurch die Kathodenschicht zur Emission von Elektronen zu veranlassen. Die Elektronen werden dann der Lichtemissionsschicht 12 zugeführt, welche Licht emittiert. Durch Variieren der zwischen der Basiselektrode 30 und der Steuerelektrode 4 angelegten Spannung oder durch Variieren der Zeit, während der die Spannung angelegt wird, wird die Intensität des von der Lichtemissionsschicht 12 emittierten Lichts variiert. Deshalb kann, wenn das Planaranzeigefeld in der selben Art wie eine X-Y-Matrix-Plasmaanzeige oder eine Flüssigkristallanzeige erregt wird, das Planaranzeigefeld ein Bild anzeigen, das durch die fluoreszierende Lichtemissionsschicht 12 erzeugt wird, welche unter dem Elektronenbeschuß glüht.
Wie vorstehend beschrieben sind die Basiselektroden 30 und die Steuerelektroden 4 rechtwinklig zueinander angeordnet, und die Kathodenschichten 2 befinden sich dort, wo die Basiselektroden 30 und die Steuerelektroden 4 einander kreuzen, und haben fortlaufend variierende Breiten, um viele Elektronenemissionsbereiche zu schaffen. Deshalb kann das Planaranzeigefeld oder die Matrix-Elektronenemissionsquelle eine erhöhte Anzahl von Elektronen pro Pixel abgeben und hat gleichmäßige Elektronenemissionseigenschaften.
Während bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel vier Kathodenschichten 2 an jedem Kreuzungspunkt von Basiselektroden 30 und Steuerelektroden 4 vorgesehen sind, können an jedem Schnittpunkt auch mehr oder weniger Kathodenschichten 2 vorgesehen sein.
Bei der Elektronenemissionsvorrichtung nach dem vierzehnten Ausführungsbeispiel hat die Kathodenschicht 2, da die keilförmigen Arme der Kathodenschicht 2 variierende Breiten aufweisen, selbst dann, wenn die Kathodenschicht 2 und die Steuerelektrode 4 Mustergenauigkeitsunterschiede aufweisen, wenn sie gebildet werden, immer Kantenbereiche, in denen eine Feldstärke entwickelt wird, die zur Emission von Elektronen erforderlich ist, und das entwickelte elektrische Feld wird leicht auf diese Kantenbereiche konzentriert. Folglich hat die Elektronenemissionsvorrichtung stabile Elektronenemissionseigenschaften. Die keilförmigen Arme der Kathodenschicht 2 haben spitze äußere Enden, an welchen das elektrische Feld maximal konzentriert werden kann.
Die isolierende Schicht 31 ist auf der Oberfläche der Basiselektrode 30 angeordnet und die Steuerelektrode 4 ist auf der isolierenden Schicht 3 angeordnet, welche wiederum auf der isolierenden Schicht 31 angeordnet ist. Die dielektrische Stärke zwischen der Kathodenschicht 2 und der Steuerelektrode 4 wird somit erhöht, um die Konzentration des elektrischen Feldes an den Kanten der Kathodenschicht 2 zu erleichtern. Folglich ist die Elektronenemissionseffizienz der Elektronenemissionsvorrichtung hoch, und gleiches gilt für die Zuverlässigkeit der Elektronenemissionsvorrichtung. Die Kathodenelektrode 4 ist auf der selben Höhe wie oder höher als die obere Oberfläche der Kathodenschicht 2 positioniert, so daß von der Kante 2a der Kathodenschicht 2 emittierte Elektronen vom Streuen abgehalten werden. Der emittierte Elektronenstrahl ist daher von hoher Qualität.
Die die Elektronenemissionsvorrichtung gemäß dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel enthaltende Matrix-Elektronenemissionsquelle ist in der Lage, gleichförmig viele Elektronen zu emittieren.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung der Elektronenemissionsvorrichtung nach dem vierzehnten Ausführungsbeispiel wird die Basiselektrode durch Sputtern oder dergleichen abgelagert, die Oberfläche der Basiselektrode eloxiert oder thermisch oxidiert, die Kathodenschicht durch Sputtern, Ätzen oder dergleichen abgelagert, und die isolierende Schicht und die Steuerelektrode auf der isolierenden Schicht auf der Oberfläche der Basiselektrode durch Sputtern oder dergleichen aufgebracht. Weil die Elektronen von der Kante der Kathodenschicht emittiert werden, ist es nicht erforderlich, daß die Kathode als Nadelspitze ausgebildet wird, und folglich kann sie leicht hergestellt werden. Die Steuerelektrode ist komplementär zur Kathodenschicht geformt, welche zu einer bestimmten Form geformt wurde. Deshalb weisen die Kathodenschicht und die Steuerschicht eine hochgenaue Positionsbeziehung zueinander auf. Die derart hergestellte Elektronenemissionsvorrichtung hat einen hohen Elektronenemissionswirkungsgrad und schafft eine hohe dielektrische Spannung zwischen der Kathodenschicht und der Steuerelektrode. Die Elektronenemissionsvorrichtung kann daher Elektronen mit hoher zuverlässigkeit emittieren. Die Elektronenemissionsvorrichtung kann auch leicht mit hoher Ausbeute hergestellt werden. Ferner kann die Elektronenemissionsvorrichtung einen qualitativ hochwertigen konvergenten Elektronenstrahl emittieren, dessen Aufspreizen verhindert wird.
Obwohl gewisse bevorzugte Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben wurden, sollte verstanden werden, daß viele Abänderungen und Modifikationen darin vorgenommen werden können, ohne sich aus dem Schutzbereich der angefügten Ansprüche zu entfernen.
Eine elektronenemissionsvorrichtung wird als eine Elektronenemissionsquelle in verschiedenen Anwendungen, die einen Elektronenstrahl verwenden, verwendet. Die Elektronenemissionsvorrichtung hat eine Kathodenschicht mit einer Kante, und zum Ziehen von Elektronen aus der Kante der Kathodenschicht eine Steuerelektrode, die von der Kathodenschicht beabstandet und elektrisch isoliert ist. Wenn zwischen die Kathodenschicht und die Steuerelektrode eine Spannung angelegt wird, konzentriert sich ein entwickelndes elektrisches Feld an der Kante der Kathodenschicht, wodurch die Kante zur Emission von Elektronen veranlaßt wird. Die Elektronenemissionsvorrichtung kann leicht mit einer hohen Ausbeute hergestellt werden, weil sie keine Nadelspitze zur Elektronenemission aufweist. Ein Verfahren zur Herstellung der Elektronemissionsvorrichtung ist ebenfalls offenbart.

Claims

1. Elektronenemissionsvorrichtung mit:

einem isolierenden Substrat (1), einer auf dem isolierenden Substrat (1) angeordneten Kathodenschicht (2), einer auf dem isolierenden Substrat (1) angeordneten Isoliervorrichtung, um von der Kathodenschicht (2) beabstandet zu sein, und einer auf der Isoliervorrichtung angeordneten Elektronenziehvorrichtung zum Ziehen von Elektronen aus der Kathodenschicht (2) in eine Richtung aufwärts weg vom isolierenden Substrat (1), dadurch gekennzeichnet, daß

die Kathodenschicht (2) zu einem rechteckigen Querschnitt geformt ist, um ein Paar von gegenüberliegenden Kanten (2a und 2b) auf ihrer oberen Oberfläche (2c) zu haben,

die Isoliervorrichtung ein Paar von isolierenden Schich ten (3) aufweist, zwischen denen die Kathodenschicht (2) mit regelmäßigen Abständen angeordnet ist,

die Elektronenziehvorrichtung ein Paar von Steuerelektroden (4) aufweist, die auf den isolierenden Schichten (3) angeordnet sind, zum Steuern der Elektronen in Abhängigkeit von einer Differenz im elektrischen Potential zwischen der Kathodenschicht (2) und den Steuerelektroden (4),

die Dicke der isolierenden Schichten (3) gleich ist wie oder größer ist als die der Kathodenschicht (2), so daß die unteren Oberflächen (4a) der Steuerelektroden (4) sich in einer Höhe befinden, die gleich ist wie oder höher ist als die obere Oberfläche (2c) der Kathodenschicht (2), und die gegenüberliegenden Kanten (2a und 2b) der Kathodenschicht (2) in einer zugewandten Beziehung zu den Steuerelektroden (4) stehen.

2. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Kathodenschicht (2) eine Vielzahl von parallelen Kathodenschichten (2) aufweist, die um einen ersten Abstand beabstandet sind, und

die Steuerelektroden (4) eine Vielzahl von parallelen Steuerelektroden (4) aufweisen, die um einen zweiten Abstand beabstandet sind und die parallelen Kathodenschichten (2) überführend unter gleichmäßigen Winkeln kreuzen, wobei eine Vielzahl von Elektronenemissionsbereichen (11), die von den parallelen Steuerelektroden (4) umgeben sind, gebildet werden, um die Elektronen von den parallelen Kathodenschichten (2) zu emittieren.

3. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

die parallelen Kathodenschichten (2) und die Elektronenemissionsbereiche (11) jeweils in einer Zickzack-Form ausgebildet sind.

4. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Kathodenschicht (2) in einer Kreuz-und-Quer-Form ausgebildet sind, um vier sich verjüngende Armabschnitte zu haben, die sich nach außen erstrecken, und die Steuerelektroden (4) miteinander einstückig ausgebildet sind, um ein Fenster (11) zu bilden, das in der Kreuz-und-Quer-Form geöffnet ist, wobei die Steuerelektroden (4) gleichmäßig von der Kathodenschicht (2) beabstandet sind, und wobei die Elektronen durch das Fenster (11) emittiert werden.

5. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

ferner eine mit einem zentralen Abschnitt der Kathodenschicht (2) elektrisch verbundene Basiselektrode (30) enthalten ist, um der Kathodenschicht (2) einen elektrischen Strom zuzuführen, wobei die Basiselektrode (30) sich durch das isolierende Substrat (1) erstreckt.

6. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Kathodenschicht (2) eine Vielzahl von verteilten Kathodenschichten (2) aufweist, die in einer regelmäßigen Matrix angeordnet sind und welche jeweils in einer Kreuz-und- Quer-Form ausgebildet sind, um vier sich verjüngende Armabschnitte zu haben, die sich nach außen erstrecken, und die Steuerelektroden (4) miteinander einstückig ausgebildet sind, um eine Vielzahl von Fenstern zu bilden, die in der Kreuz-und-Quer-Form geöffnet sind, wobei die Steuerelektroden (4) gleichmäßig von den verteilten Kathodenschichten (2) beabstandet sind, und wobei die Elektronen durch die Fenster (11) emittiert werden.

7. Elektronenemissionsvorrichtung mit:

einem isolierenden Substrat (1), einer auf dem isolierenden Substrat (19 angeordneten Kathodenschicht (2), einer auf dem isolierenden Substrat (1) angeordneten Isoliervorrichtung, um von der Kathodenschicht (2) beabstandet zu sein, und einer auf der Isoliervorrichtung angeordneten Elektronenziehvorrichtung zum Ziehen von Elektronen aus der Kathodenschicht (2) in eine Richtung aufwärts weg vom isolierenden Substrat (1), dadurch gekennzeichnet, daß

die Kathodenschicht (2) ein Paar von beabstandeten Kathodenschichten (2) aufweist, die zu einem rechteckigen Querschnitt geformt sind, um ein Paar von gegenüberliegenden Kan ten (2a und 2b) auf ihren oberen Oberfläche (2c) zu haben, die Isoliervorrichtung eine isolierende Schicht (3) aufweist,

die Elektronenziehvorrichtung eine Steuerelektrode (4) zum Steuern der Elektronen in Abhängigkeit von einer Differenz im elektrischen Potential zwischen der Kathodenschicht (2) und der Steuerelektrode (4) aufweist, die isolierende Schicht (3) und die Steuerelektrode (4) zwischen den beabstandeten Kathodenschichten (2) in regelmäßigen Abständen angeordnet sind,

die Kanten (2a) der beabstandeten Kathodenschichten (2) der Steuerelektrode (4) zugewandt sind, und

die Dicke der isolierenden Schicht (3) gleich ist wie oder größer ist als die der beabstandeten Kathodenschichten (2), so daß die untere Oberfläche (4a) der Steuerelektrode (4) sich in einer Höhe befindet, die gleich ist wie oder höher ist als die oberen Oberflächen (2c) der beabstandeten Kathodenschichten (2).

8. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

ferner eine sich durch die isolierende Schicht (3) erstreckende und elektrisch mit der Steuerelektrode (4) verbundene leitende Schicht (16, 17) enthalten ist.

9. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

ferner eine erste leitende Schicht (17) enthalten ist, die in das isolierende Substrat (1) eingebettet ist, und ferner eine sich durch die isolierende Schicht (3) erstreckende und elektrisch mit sowohl der ersten leitenden Schicht (17) als auch mit der Steuerelektrode (4) verbundene zweite leitende Schicht (16) enthalten ist.

10. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

ferner eine auf dem isolierenden Substrat (1) angeordnete zweite isolierende Schicht (21) enthalten ist, ferner eine erste leitende Schicht (17) enthalten ist, die in das zweite isolierende Substrat (21) eingebettet ist, und

ferner eine sich durch die isolierende Schicht (3) erstreckende und elektrisch mit sowohl der ersten leitenden Schicht (17) als auch mit der Steuerelektrode (4) verbundene zweite leitende Schicht (16) enthalten ist.

11. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die beabstandeten Kathodenschichten (2) einstückig miteinander ausgebildet sind, um sowohl die isolierende Schicht (3) als auch die Steuerelektrode (4) zu umgeben, wobei eine Einheit der beabstandeten Kathodenschichten (2) in einer Ringform ausgebildet ist und die Steuerelektrode (4) in einer Kreisform ausgebildet ist.

12. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die Steuerelektrode (4) in einer dreieckigen Form ausgebildet ist, und die Kathodenschicht (2) aus drei rechteckigen Kathodenschichten (2) zusammengesetzt ist, die die Steuerelektrode (4) umgeben.

13. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die Steuerelektrode (4) in einer fünf zackigen Sternform ausgebildet ist, und die Kathodenschicht (2) aus fünf dreieckigen Kathodenschichten (2) zusammengesetzt ist, die die Steuerelektrode (4) umgeben.

14. Elektronenemissionsvorrichtung mit:

einem isolierenden Substrat (1), einer auf dem isolierenden Substrat (1) angeordneten Kathodenschicht (2), einer Steuervorrichtung zum Ziehen von Elektronen aus der Kathodenschicht (2) in eine Richtung aufwärts weg vom isolierenden Substrat (1), und einer Isoliervorrichtung zum Isolieren der Kathodenschicht (2) von der Steuervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß

die Kathodenschicht (2) zu einem rechteckigen Querschnitt geformt ist, um eine äußere Kante (2a) auf ihrer oberen Oberfläche (2c) zu haben,

die Isoliervorrichtung eine erste isolierende Schicht (22) aufweist, die auf der Kathodenschicht (2) angeordnet ist, um der äußeren Kante (2a) der Kathodenschicht (2) zu erlauben, freizuliegen, und eine zweite isolierende Schicht (3) aufweist, die auf dem isolierenden Substrat (1) angeordnet ist, um die Kathodenschicht (2) mit regelmäßigen Abständen zu umgeben,

die Steuervorrichtung eine auf der ersten isolierenden Schicht (22) angeordnete erste Steuerelektrode (4-1) und eine auf der zweiten isolierenden Schicht (3) angeordnete zweite Steuerelektrode (4-2) aufweist, um die Kathodenschicht (2) mit regelmäßigen Abständen zu umgeben,

die Dicke der zweiten isolierenden Schichten (3) gleich ist wie oder größer ist als die der Kathodenschicht (2), so daß die untere Oberfläche der zweiten Steuerelektrode (4-2) sich in einer Höhe befindet, die gleich ist wie oder höher ist als die obere Oberfläche der Kathodenschicht (2), und die äußere Kante (2a) der Kathodenschicht (2) in einer zugewandten Beziehung zu den ersten und zweiten Steuerelektroden (4-1, 4-2) angeordnet ist.

15. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß

die Kathodenschicht (2) in einer kreisförmigen Form ausgebildet ist, und die Höhe der ersten Steuerelektrode (4-1) die selbe ist wie die der zweiten Steuerelektrode (4-2).

16. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß

ferner ein die ersten und zweiten Steuerelektroden (4-1, 4-2) elektrisch verbindender elektrischer Verbinder (24) enthalten ist, um die an die ersten und zweiten Steuerelektroden (4-1, 4-2) angelegten elektrischen Potentiale auszugleichen, wobei der elektrische Verbinder (24) sich durch einen Teil eines Elektronenemissionsbereiches erstreckt, in welchem die aus der Kathodenschicht (2) gezogenen Elektronen längs elektrischer Kraftlinien emittiert werden, die zwischen der Kathodenschicht (2) und den ersten und zweiten Steuerelektroden (4-1, 4-2) induziert werden.

17. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß

ferner ein die ersten und zweiten Steuerelektroden (4-1, 4-2) elektrisch verbindender isolierter elektrischer Verbinder (26) enthalten ist, um die an die ersten und zweiten Steuerelektroden (4-1, 4-2) angelegten elektrischen Potentiale auszugleichen, wobei der isolierte elektrische Verbinder (26) sich durch die erste isolierende Schicht (22), einem in der Kathodenschicht (2) geöffneten Aussparungsabschnitt, eine auf dem isolierenden Substrat (1) zusätzlich vorgesehenen dritten isolierenden Schicht (25) und der zweiten isolierenden Schicht (3) erstreckt.

18. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß

die Isoliervorrichtung ferner eine dritte isolierende Schicht (27) aufweist, die auf der zweiten Steuerelektrode (4-2) angeordnet ist, und die Steuervorrichtung ferner eine dritte Steuerelektrode (4-3) enthält, die auf der dritten isolierenden Schicht (27) angeordnet ist.

19. Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht ist durch Ausbilden einer Kathodenschicht (2) auf einem isolierenden Substrat (1), Ausbilden einer isolierenden Schicht (3) auf dem isolierenden Substrat (1), um die Kathodenschicht (2) in regelmäßigen Abständen zu umgeben, und Ausbilden einer Steuerelektrode (4) auf der isolierenden Schicht (3), um Elektronen aus der Kathodenschicht (2) in eine Richtung aufwärts weg vom isolierenden Substrat (1) zu ziehen, gekennzeichnet durch Ausbilden der Kathodenschicht (2), die zu einem recht eckigen Querschnitt geformt ist, um ein Paar von gegenüberliegenden Kanten (2a, 2b) auf ihrer oberen Oberfläche zu haben, selektives Ausbilden eines Fotolacks (6) auf der Kathodenschicht (2)

Ablagern eines isolierenden Materials auf sowohl dem Fotolack (6) als auch dem isolierenden Substrat (1), wobei eine Höhe des isolierenden Materials gleich ist wie oder höher ist als die der Kathodenschicht (2),

Ablagern eines Metallfilms auf dem isolierenden Material, wobei eine Höhe des Metallfilms niedriger als die des Fotolacks (6) ist, um den Fotolack (6) freizuhalten,

Entfernen des Fotolacks (6) zusammen mit dem isolierenden Material und dem Metallfilm, die auf dem Fotolack (6) abgelagert sind, von der Kathodenschicht (2),

Ätzen des auf dem isolierenden Substrats (1) abgelagerten isolierenden Materials, um die Kathodenschicht (2) in regelmäßigen Abständen zu umgeben, wobei die isolierende Schicht (3) aus dem geätzten isolierenden Material gebildet wird, und

Ätzen des auf dem isolierenden Material abgelagerten Metallfilms, um zugewandte Kanten des Metallfilms zu haben, die voneinander um einen Abstand beabstandet sind, der größer als eine Breite W der Kathodenschicht (2) ist, wobei die zugewandten Kanten über die isolierende Schicht (3) herausragen, und wobei die Steuerelektrode (4) mit den zugewandten Kanten aus dem geätzten Metallfilm gebildet wird.

20. Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht ist, durch Ausbilden einer Kathodenschicht (2) auf einem isolierenden Substrat (1), Ausbilden einer isolierenden Schicht (3) auf dem isolierenden Substrat (1), um die Kathodenschicht (2) in regelmäßigen Abständen zu umgeben, und Ausbilden einer Steuerelektrode (4) auf der isolierenden Schicht (3), um Elektronen aus der Kathodenschicht (2) in eine Richtung aufwärts weg vom isolierenden Substrat (1) zu ziehen, gekennzeichnet durch

Ausbilden der Kathodenschicht (2), die zu einem rechteckigen Querschnitt geformt ist, um ein Paar von gegenüberliegenden Kanten (2a, 2b) auf ihrer oberen Oberfläche zu haben,

selektives Ausbilden eines ersten Metallfilms (9) auf der Kathodenschicht (2), wobei der erste Metallfilm einen ho hen Schmelzpunkt aufweist,

Ablagern eines isolierenden Materials auf sowohl dem ersten Metallfilm (9) als auch dem isolierenden Substrat (1), wobei eine Höhe des isolierenden Materials gleich ist wie oder höher ist als die der Kathodenschicht (2),

Durchführen einer ersten Wärmebehandlung, um eine Verbindungskraft zwischen dem isolierenden Substrat (1) und dem isolierenden Material zu erhöhen,

Ablagern eines zweiten Metallfilms auf dem isolierenden Material, wobei eine Höhe des zweiten Metallfilms niedriger als die des ersten Metallfilms (9) ist, um den ersten Metallfilm (9) freizuhalten,

Durchführen einer zweiten Wärmebehandlung, um eine Verbindungskraft zwischen dem zweiten Metallfilm und dem isolierenden Material zu erhöhen,

Entfernen des ersten Metallfilms (9) zusammen mit dem isolierenden Material und dem zweiten Metallfilm, die auf dem ersten Metallfilm (9) abgelagert sind, von der Kathodenschicht (2)

Ätzen des auf dem isolierenden Substrat (1) abgelagerten isolierenden Materials, um die Kathodenschicht (2) in regelmäßigen Abständen zu umgeben, wobei die isolierende Schicht (3) aus dem geätzten isolierenden Material gebildet wird, und

Ätzen des auf dem isolierenden Material abgelagerten zweiten Metallfilms, um zugewandte Kanten des zweiten Metallfilms zu haben, die voneinander um einen Abstand beabstandet sind, der größer als eine Breite W der Kathodenschicht (2) ist, wobei die zugewandten Kanten über die isolierende Schicht (3) herausragen, und wobei die Steuerelektrode (4) mit den zugewandten Kanten aus dem geätzten zweiten Metallfilm gebildet wird.

21. Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht ist, durch Ausbilden einer Kathodenschicht (2) auf einem isolierenden Substrat (1), Ausbilden einer isolierenden Schicht (3) auf dem isolierenden Substrat (1), um die Kathodenschicht (2) in regelmäßigen Abständen zu umgeben, und Ausbilden einer Steuerelektrode (4) auf der isolierenden Schicht (3), um Elektronen aus der Kathodenschicht (2) in eine Richtung aufwärts weg vom isolierenden Substrat (1) zu ziehen, gekennzeichnet durch

selektives Plattieren eines ersten Metallfilms (10) auf sowohl einer oberen Oberfläche als auch an Seitenwänden der Kathodenschicht (2), um die Kathodenschicht (2) mit dem ersten Metallfilm (10) zu umgeben,

Ablagern eines isolierenden Materials auf sowohl dem ersten Metallfilm (10) als auch dem isolierenden Substrat (1) wobei eine Höhe des isolierenden Materials gleich ist wie oder höher ist als die der Kathodenschicht (2),

Ablagern eines zweiten Metallfilms auf dem isolierenden Material, wobei eine Höhe des zweiten Metallfilms niedriger als die des ersten Metallfilms (10) ist, um den ersten Metallfilm (10) freizuhalten, und

Entfernen des ersten Metallfilms (10) zusammen mit dem isolierenden Material und dem zweiten Metallfilm, die auf dem ersten Metallfilm (10) abgelagert sind, von der Kathodenschicht (2), wobei die isolierende Schicht (3) aus dem nicht entfernten isolierenden Material gebildet wird, und wobei die Steuerelektrode (4) aus dem nicht entfernten zweiten Metallfilm gebildet wird.

22. Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung wie in Anspruch 5 beansprucht ist, durch Ausbilden einer Kathodenschicht (2) auf einem isolierenden Substrat (1), Ausbilden einer isolierenden Schicht (3) auf dem isolierenden Substrat (1), um die Kathodenschicht (2) in regelmäßigen Abständen zu umgeben, und Ausbilden einer Steuerelektrode (4) auf der isolierenden Schicht (3), um Elektronen aus der Kathodenschicht (2) in eine Richtung aufwärts weg vom isolierenden Substrat (1) zu ziehen, gekennzeichnet durch Ausbilden einer Basiselektrode (30) auf dem isolierenden Substrat (1), wobei die Basiselektrode aus einem leitenden Material gemacht ist,

Ausbilden eines leitenden Films auf der Basiselektrode (30),

Ausbilden eines Abhebematerials (32) auf dem leitenden Film,

Ätzen des leitenden Films und des Abhebematerials (32) in eine Keilform, um einen sich auf der Basiselektrode (30) erstreckenden, sich verjüngenden Armabschnitt aufzuweisen,

selektives Ätzen einer Seitenwand des leitenden Films, um eine Breite des leitenden Films zu reduzieren, wobei die Kathodenschicht (2) aus dem reduzierten leitenden Film gebildet und zu einem rechteckigen Querschnitt geformt wird,

Oxidieren des nicht durch die Kathodenschicht (2) bedeckten Oberflächenabschnittes der Basiselektrode (30), um den Oberflächenabschnitt der Basiselektrode (30) zu einer oxidierten isolierenden Schicht (31) umzuwandeln,

Ablagern eines isolierenden Materials auf sowohl das Abhebematerial (32) als auch der oxidierten isolierenden Schicht (31), wobei eine Höhe des isolierenden Materials gleich ist wie oder höher ist als die der Kathodenschicht (2),

Ablagern eines Metallfilms auf dem isolierenden Material, wobei eine Höhe des Metallfilms niedriger als die des Abhebematerials (32) ist, um das Abhebematerial (32) freizuhalten, und

Entfernen des Abhebematerials (32) zusammen mit dem isolierenden Material und dem Metallfilm, die auf dem Abhebematerial (32) abgelagert sind, von der Kathodenschicht (2) wobei die isolierende Schicht (3) aus dem nicht entfernten isolierenden Material gebildet wird, und wobei die Steuerelektrode (4) aus dem nicht entfernten Metallfilm gebildet wird.

23. Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Oxidierens eines Oberflächenabschnittes ferner den Schritt eines zusätzlichen Oxidierens eines weiteren Oberflächenabschnitts der Basiselektrode (30) enthält, der unter einer äußeren peripheren Kante der Kathodenschicht (2) liegt.

24. Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schritt des Ablagerns eines isolierenden Mate rials ferner der Schritt der Durchführung einer ersten Wärmebehandlung enthalten ist, um eine Verbindungskraft zwischen dem isolierenden Material und der oxidierten isolierenden Schicht (31) zu erhöhen, und

nach dem Schritt des Ablagerns eines Metallfilms ferner der Schritt der Durchführung einer zweiten Wärmebehandlung enthalten ist, um eine Verbindungskraft zwischen dem isolierenden Material und dem Metallfilm zu erhöhen.

25. Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissions vorrichtung wie in Anspruch 5 beansprucht ist, durch Ausbilden einer Kathodenschicht (2) auf einem isolierenden Substrat (1), Ausbilden einer isolierenden Schicht (3) auf dem isolierenden Substrat (1), um die Kathodenschicht (2) in regelmäßigen Abständen zu umgeben, und Ausbilden einer Steuerelektrode (4) auf der isolierenden Schicht (3), um Elektronen aus der Kathodenschicht (2) in eine Richtung aufwärts weg vom isolierenden Substrat (1) zu ziehen, gekennzeichnet durch

Ausbilden einer Basiselektrode (30) auf dem isolierenden Substrat (1), wobei die Basiselektrode aus einem leitenden Material gemacht ist,

Ausbilden einer isolierenden Schicht (34) auf der Basiselektrode (30) in einem Keilform-Muster, um einen sich auf der Basiselektrode (30) erstreckenden, sich verjüngenden Armabschnitt aufzuweisen,

Oxidieren des nicht durch die isolierende Schicht (34) bedeckten Oberflächenabschnittes der Basiselektrode (30), um den Oberflächenabschnitt der Basiselektrode (30) zu einer oxidierten isolierenden Schicht (31) umzuwandeln,

Entfernen der isolierenden Schicht (34),

Ausbilden eines leitenden Films auf sowohl der Basiselektrode (30) als auch der oxidierten isolierenden Schicht (31),

Ausbilden eines Abhebematerials (35) auf dem leitenden Film,

Ätzen des leitenden Films und des Abhebematerials (35) zu einer Keilform, um den leitenden Film in der gleichen Art wie die isolierende Schicht (34) zu gestalten,

selektives Ätzen der Seitenwand des leitenden Films, um die Breite des leitenden Films zu reduzieren, wobei die Kathodenschicht (2) aus dem reduzierten leitenden Film gebildet und zu einem rechteckigen Querschnitt geformt wird,

Ablagern eines isolierenden Materials auf sowohl das Abhebematerial (35) als auch die oxidierte isolierende Schicht (31), wobei eine Höhe des isolierenden Materials gleich ist wie oder höher ist als die der Kathodenschicht (2),

Ablagern eines Metallfilms auf das isolierende Material, wobei eine Höhe des Metallfilms niedriger als die des Abhebematerials (35) ist, um das Abhebematerial (35) freizuhalten, und

Entfernen des Abhebematerials (35) zusammen mit dem isolierenden Material und dem Metallfilm, die auf dem Abhebematerial (35) abgelagert sind, von der Kathodenschicht (2), wobei die isolierende Schicht (3) aus dem nicht entfernten isolierenden Material gebildet wird, und wobei die Steuerelektrode (4) aus dem nicht entfernten Metallfilm gebildet wird.

26. Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Oxidierens eines Oberflächenabschnittes ferner den Schritt eines zusätzlichen Oxidierens eines weiteren Oberflächenabschnitts der Basiselektrode (30) enthält, der unter einer äußeren peripheren Kante der isolierenden Schicht (34) liegt.

27. Verfahren zur Herstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schritt des Ablagerns eines isolierenden Materials ferner der Schritt der Durchführung einer ersten Wärmebehandlung enthalten ist, um eine Verbindungskraft zwischen dem isolierenden Material und der oxidierten isolierenden Schicht (31) zu erhöhen, und