DE69317962T2

DE69317962T2 - Elektronenemittierende Vorrichtung

Info

Publication number: DE69317962T2
Application number: DE69317962T
Authority: DE
Inventors: Reiko Imamoto; Tomokazu Ise
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1992-08-25
Filing date: 1993-08-20
Publication date: 1998-10-29
Anticipated expiration: 2013-08-21
Also published as: DE69317962D1; JPH06310043A; US5442255A; EP0585081B1; EP0585081A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronen emittierende Vorrichtung zum Emittieren von Elektronen auf Grundlage des Prinzips elektrischer Feldemission, und insbesondere betrifft sie eine Elektronen emittierende Vorrichtung mit einer vakuumdichten Struktur, die als Vakuumröhre, Anzeigeeinrichtung oder dergleichen arbeitet.
In den letzten Jahren haben Feinbearbeitungstechniken, wie sie auf dem Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen oder dünner Filme verwendet werden, die Fortschritte bei Techniken zum Herstellen elektronischer Elemente vom Typ mit elektrischer Feldemission zum Emittieren von Elektronen in einem hohen elektrischen Feld beachtlich vorangetrieben. Insbesondere ermöglicht es die Technik, Kaltkathoden vom Typ mit elektrischer Feldemission mit ziemlich kleiner Struktur herzustellen. Dieser Typ einer Kaltkathode mit elektrischer Feldemission ist ein Element einer grundsätzlichen Elektronen emittierenden Vorrichtung, die eine sehr kleine Elektronenröhre oder Elektronenkanone vom Triodentyp bildet. Die Elektronenquelle dieses Typs einer Kaltkathode mit elektrischer Feldemission wurde aus einigen technischen Berichten bekannt, wie aus dem Bericht von C. A. Spindt et al, Journal of Applied Physics of Stanford Research Institute, Vol 47, No. 12, S. 5248 bis 5268 (Dezember 1976), und sie ist im US-Patent Nr. US-A-3,789,471, das auf C. A. Spindt et al übertragen ist, und im US-Patent Nr. US-A-4,307,507, das auf H. F. Gray et al übertragen ist, offenbart. Eine Konstruktion zum Abdichten einer derartigen Elektronenquelle als Elektronenröhre im Vakuum verwendet eine Formungstechnik zum vakuumdichten Abschließen jeder einzelnen Elektronen emittierenden Quelle, die auf selbstausrichtende Weise ein Kaltkathodenarray bilden, wie dies von Kawamura et al von Shin-Nittetu, Ltd. (New Japan Steel, Ltd.) bei Fourth International Vacuum Microelectronics Conference: IVMC 91, Nagahama veröffentlicht wurde. Ferner wurde eine andere Struktur zum Unterbringen einer Gesamtelektrodenstruktur in einem Vakuumgefäß vorgeschlagen, die in den japanischen Patentoffenlegungen Nr. JP-A-58-205128 und 3-89438 offenbart ist.
Eine Elektronenröhre vom Typ mit elektrischer Feldemission ist eine vakuumdichte Elektrodenstruktur mit einem Kaltkathodenarray aus einer Vielzahl von Elektronen emittierenden Quellen mit jeweils um(Mikrometer)-Größenordnung, einer Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls, die auf dem Kaltkathodenarray elektrisch isoliert gegen dieses ausgebildet ist, und einer Elektronensammelelektrode, die auf der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls elektrisch isoliert von dieser ausgebildet ist. Die Elektronenröhre ist eine sehr kurze, kleine, leichte und dünne Elektronen emittierende Vorrichtung, die dazu dient, sehr wirkungsvoll bei großer Ausgangsleistung zu arbeiten.
Als Strukturen, wie sie dazu erforderlich sind, eine Elektrodenstruktur im Vakuum abzudichten, werden nun die folgenden angegeben.
(1) Es muss ein stabiles und hohes Vakuum aufrechterhalten werden. Ein erster Grund dafür ist der, dass dann, wenn irgendeine andere Art von Atomen auch nur leicht an der Elektronen emittierenden Oberfläche der Elektronen emittierenden Quelle absorbiert wird, die Arbeitsfunktion der Elektronen emittierenden Fläche stark variiert, was die Elektronenemissions-Charakteristik instabil macht. Ein zweiter Grund ist der, dass dann, wenn Gas in der Elektronenröhre verblieben ist, der emittierte Elektronenstrahl so wirkt, dass er einen Teil des verbliebenen Gases ionisiert. Die Ionen werden durch die Spannungen beschleunigt, wie sie zwischen dem Kaltkathodenarray (Kathode) und der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls (Tor) sowie zwischen dem Kaltkathodenarray (Kathode) und der Elektronensammelelektrode (Anode) angelegt werden. Die beschleunigten Ionen treffen mit hoher Energie auf die Elektronen emittierende Quelle, und sie werden gesputtert. Dies verkürzt den Rest des Kaltkathodenarrays und macht die Elektronenemission instabil.
(1) Das Vakuumgefäß muss auf solche Weise so klein wie möglich sein, dass die Abmessungseigenschaften der Elektronenstruktur sehr kurz, klein, leicht und dünn werden.
Die geformte Struktur zum isolierten, vakuumdichten Abdichten einer Vielzahl von ein Kaltkathodenarray bildenden Elektronen emittierenden Quellen auf seibstausrichtende Weise macht die Abmessungen der Vorrichtung sehr kurz, klein, leicht und dünn. Da jede Elektronenquelle (oder einige derselben) vakuumdicht abgedichtet ist, ist andererseits das Restgas oder das von der Innenwand des abgedichteten Bereichs emittierte Gas in den abgedichteten Bereichen variabel. Die Variabilität schafft verschiedene Umstände, so dass die Betriebscharakteristik für vakuumdichte Elektronen emittierende Quellen ungleichmäßig ist. Es ist möglich, als andere abgedichtete Struktur einen solchen Typ einer vakuumdichten Struktur zu verwenden, wie er in den japanischen Patentoffenlegungen Nr. JP-A-58-205128 oder 3-89438 offenbart ist und in weitem Umfang verwendet wurde. Jedoch ist bei dieser Struktur die Abmessung der Vorrichtung durch die Größe des Vakuumgefäßes zum Unterbringen der Elektrodenstruktur bestimmt. Dies beseitigt den Vorteil einer sehr kurzen, kleinen, leichten und dünnen Elektrodenstruktur. Nachdem die Elektrodenstruktur im vakuumdichten Gefäß untergebracht ist, wird der Deckel mittels eines Glases oder Metalls mit niedrigem Schmelzpunkt, das als Abdichtungselement (Klebstoff) dient, der Deckel auf dem Gefäß befestigt. Das Abdichtungselement wird durch Wärmezufuhr geschmolzen. Die Zufuhr von Wärme führt zur Erzeugung von Gas, wodurch es nicht möglich ist, eine hochvakuumdichte Abdichtung zu erzielen. Als Gegenmaßnahme hierfür kann im Vakuumgefäß ein Getterelement untergebracht werden. Diese Gegenmaßnahme vergrößert jedoch die Abmessungen des Vakuumgefäßes.
Das Dokument EP-A-0 234 989 betrifft eine Anzeigeeinrichtung mit Kathodolumineszenz, die durch Feldemission oder Kaltemission angeregt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Elektronen emittierende Vorrichtung zu schaffen, bei der die Elektrodenstruktur in Hochvakuum gehalten werden kann, ohne dass ein Vakuumgefäß verwendet wird.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Elektronen emittierende Vorrichtung zu schaffen, die sehr wirkungsvoll so arbeiten kann, dass sie große Ausgangsleistung liefert, obwohl sie sehr kompakt, d.h. sehr kurz, klein, leicht und dünn ist.
Beim Ausführen dieser und anderer Aufgaben ist gemäß der Erfindung eine Elektronen emittierende Vorrichtung geschaffen, wie sie im Anspruch 1 dargelegt ist.
Die Erfindung schafft auch eine Vorrichtung, wie sie im Anspruch 21 dargelegt ist, und ein Verfahren, wie es im Anspruch 23 dargelegt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Elektronen emittierenden Vorrichtung kann das Kaltkathodenarray auf dem ersten Substrat ausgebildet sein, die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls kann um das Kaltkathodenarray auf dem ersten Substrat herum ausgebildet sein, und die Elektronensammelelektrode kann so ausgebildet sein, dass sie dem Kaltkathodenarray und der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls auf dem zweiten Substrat gegenübersteht.
Bei der erfindungsgemäßen Elektronen emittierenden Vorrichtung können ein Außenumfangsabschnitt einer Isolierschicht zum elektrischen Isolieren der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und des ersten Substrats, ein Außenrandabschnitt der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls sowie der Außenrandabschnitt des zweiten Substrats miteinander verbunden sein. Statt dessen können der Außenrandabschnitt des ersten Substrats, der Außenrandabschnitt der Isolierschicht zum elektrischen Isolieren der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und des ersten Substrats sowie der Außenrandabschnitte des zweiten Substrats miteinander verbunden sein. Statt dessen können der Außenrandabschnitt des ersten Substrats, der Außenrandabschnitt der Isolierschicht zum elektrischen Isolieren der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und des ersten Substrats sowie der Außenrandabschnitt der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls, ein für den Verbindungsvorgang vorhandener Abstandshalter, der Außenrandabschnitt der Elektronensammelelektrode und der Außenrandabschnitt des zweiten Substrats miteinander verbunden sein. Außerdem kann der Abstandshalter ein Dünnfilm sein, der aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, das auf der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und der Elektronensammelelektrode ausgebildet ist.
Im Verbindungsabschnitt bei der erfindungsgemäßen Elektronen emittierenden Vorrichtung besteht eine der Verbindungsflächen aus einem Material, das ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement enthält, und die andere besteht aus einem oxidierbaren Element oder einem Material, das ein oxidierbares Element enthält. Die erfindungsgemäße Elektronen emittierende Vorrichtung kann so ausgebildet sein, dass mindestens eine Fläche des ersten Substrats isoliert ist und das Kaltkathodenarray und die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls auf der isolierten Fläche des ersten Substrats als mehrere Linien ausgebildet sind.
Bei der erfindungsgemäßen Elektronen emittierenden Vorrichtung können der Außenrandabschnitt des ersten Substrats, der zum Verbinden vorhandene isolierte Abstandshalter sowie der Außenrandabschnitt des zweiten Substrats auf solche Weise miteinander verbunden sein, dass der Elektronenemissionsraum, der zumindest durch das Kaltkathodenarray, die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und die Elektronensammelelektrode gebildet ist, im Vakuum gehalten wird. In diesem Fall kann an mindestens einem Ende jeder von mehreren Linien, die das Kaltkathodenarray und die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls bilden, ein Verdrahtungsabschnitt am Außenrandabschnitt des ersten Substrats vorhanden sein. Der am Kaltkathodenarray und an der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls vorhandene Verdrahtungsabschnitt kann mit dem Abstandshalter und dem zweiten Substrat zusammen mit dem Außenrandabschnitt des ersten Substrats verbunden sein. Statt dessen kann an mindestens einer der Vielzahl von Linien für das Kaltkathodenarray, der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls sowie der Elektrodensammelelektrode ein Verdrahtungsabschnitt am Außenrandabschnitt des ersten Substrats vorhanden sein. Die Verdrahtungsabsohnitte für das Kaltkathodenarray, die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und die Elektronensammelelektrode können mit dem Abstandshalter und dem zweiten Substrat zusammen mit dem Außenrandabschnitt des ersten Substrats verbunden sein.
Ferner kann in diesem Fall die Elektronensammelelektrode nicht auf dem ersten sondern auf dem zweiten Substrat ausgebildet sein.
Gemäß der Erfindung entspricht bei der wie oben angegeben aufgebauten Elektronen emittierenden Vorrichtung die Abmessung der Elektronenstruktur aus den zwei Substraten zum Halten des Kaltkathodenarrays, der Elektronensammelelektrode und dergleichen der Abmessung der Elektronenröhre. Die hergestellte Vorrichtung ist sehr kurz, schmal, leicht und dünn. Ferner ist, da alle das Kaltkathodenarray aufbauenden Elektronen emittierenden Quellen unter denselben Vakuumbedingungen untergebracht sind, instabiler Betrieb, wie er aus einer Vielzahl von Bedingungen für Elektronen emittierende Quellen herrührt, verbessert. Ferner wird, wenn die Elektrodenstrukturen im Vakuum verbunden werden, zumindest an einem Verbindungsabschnitt, wenn die Strukturen vakuumdicht untergebracht werden, die Verbindungsfläche aus einem Material hergestellt, das ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement enthält, und die andere Verbindungsfläche wird aus einem oxidierbaren Element oder einem ein oxidierbares Element enthaltenden Material hergestellt. Demgemäß ist es ohne Verwendung eines Abdichtelements, z.B. ist die Anwendung von Wärme so gering, dass der Verbindungsabschnitt nicht geschmolzen wird, durch eine Spannung möglich, sie zu verbinden (an Anoden). Dies führt dazu, dass die Erzeugung von Gas verhindert ist, wodurch eine hochvakuumdichte Abdichtung beibehalten wird. Außerdem kann, wie oben angegeben, die erfindungsgemäße Elektronen emittierende Vorrichtung als Vakuumröhre oder Anzeigeeinrichtung mit hohem Funktionsvermögen verwendet werden, und sie kann als sehr schnelle integrierte Schaltung verwendet werden, die eine große Ausgangsleistung mit hoher Wirksamkeit liefern kann und schnelle Schaltvorgänge im Vergleich zu GaAs-Bauteilen, die dieselbe Größe wie diese Vorrichtung aufweisen, ausführen kann, obwohl sie sehr kurz, klein, leicht und dünn ist.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung, wie sie in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind, ersichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische, geschnittene, perspektivische Ansicht, die einen wesentlichen Teil einer Triodenstruktur zeigt, die eine Elektronen emittierende Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Gesamtanordnung der in Fig. 1 dargestellten Triode zeigt;
Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen in Fig. 1 mit gestrichelter Linie umschlossenen Abschnitt A zeigt;
Fig. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen in Fig. 1 mit gestrichelter Linie umschlossenen Abschnitt B zeigt;
Fig. 5A bis 5E sind Ansichten zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen der in Fig. 3 dargestellten Elektronen emittierenden Struktur;
Fig. 6A bis 6D sind Ansichten zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen einer eine Elektronensammelelektrode enthaltenden Struktur;
Fig. 7 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum vakuumdichten Abdichten einer Elektrodenstruktur, d.h. eines Verfahrens zum Verbinden eines Außenrandabschnitts einer Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls sowie des Außenrandabschnitts eines Substrats zum Halten der Elektronensammelelektrode bei diesem Ausführungsbeispiel;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht, die einen Verbindungsabschnitt in der Elektronen emittierenden Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist eine Schnittansicht, die einen Verbindungsabschnitt in der Elektronen emittierenden Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 10 ist eine Schnittansicht, die einen Verbindungsabschnitt in der Elektronen emittierenden Vorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 11 ist eine schematische, geschnittene, perspektivische Ansicht, die einen wesentlichen Teil einer Triodenanordnung zeigt, wie sie in der Elektronen emittierenden Vorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung enthalten ist;
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Gesamtanordnung der in Fig. 11 dargestellten Triode zeigt;
Fig. 13 ist eine vergrößerte Draufsicht, die die Elektrodenstruktur der in Fig. 11 dargestellten Triode zeigt;
Fig. 14 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie I-I von Fig.
Fig. 15 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 13;
Fig. 16 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht, die die in den Fig. 13 bis 15 dargestellte Elektrodenstruktur zeigt;
Fig. 17 ist eine Draufsicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen der in den Fig. 13 bis 16 dargestellten Elektrodenstruktur;
Fig. 18A bis 18C sind Schnittansichten entlang der Linie III-III von Fig. 17 zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen der in Fig. 17 dargestellten Elektrodenstruktur;
Fig. 19 ist eine Draufsicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen der in den Fig. 13 bis 16 dargestellten Elektrodenstruktur;
Fig. 20 ist eine Draufsicht zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen eines beim fünften Ausführungsbeispiel vorhandenen Abstandshalter;
Fig. 21 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV von Fig. 20;
Fig. 22A bis 22C sind Ansichten zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen eines Verbindungssubstrats beim fünften Ausführungsbeispiel;
Fig. 23 ist eine Ansicht zum Erläutern eines Verfahrens zum vakuumdichten Abdichten (Verbindungsverfahren) der Elektrodenstruktur beim fünften Ausführungsbeispiel;
Fig. 24A bis 24D sind Schnittansichten zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen eines Verbindungssubstrats bei einer Elektronen emittierenden Vorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 25 ist eine perspektivische Ansicht zum Erläutern von Torleitungen;
Fig. 26 ist eine Schnittansicht, die einen Verbindungsabschnitt zeigt, der entlang der Linie V-V von Fig. 25 geschnitten ist, wenn vakuumdichtes Abdichten der Struktur vorliegt;
Fig. 27 ist eine Schnittansicht, die einen Abstandshalter zeigt, der zum in Fig. 26 dargestellten Verbindungsabschnitt hinzugefügt ist;
Fig. 28 ist eine Schnittansicht zum Erläutern einer Form einer sich verjüngenden Elektrodenleitung;
Fig. 29 ist eine Schnittansicht zum Erläutern einer Struktur, bei der eine Elektrodenschicht für Verbindungszwecke vorhanden ist;
Fig. 30 ist eine Schnittansicht zum Erläutern der Struktur, bei der eine Elektrodenschicht für Verbindungszwecke vorhanden ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nun wird die Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen auf Ausführungsbeispiele der Erfindung gerichtet.
Fig. 1 ist eine schematische, geschnittene, perspektivische Ansicht, die einen wesentlichen Teil einer Triodenstruktur zeigt, die eine Elektronen emittierende Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet. Fig. 2 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, die die in Fig. 1 dargestellte Gesamttriode zeigt.
Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, verfügt die Triode über eine vakuumdichte Struktur mit einem Substrat 1 zum Halten einer Elektronensammelelektrode, einem Substrat 2 zum Halten eines Kaltkathodenarrays sowie einem Außenrandabschnitt 3 der Elektrodenstruktur. D.h., dass der Verbindungsabschnitt, wie er vorhanden ist, um den internen Elektronenemissionsraum im Vakuum zu halten, eine Laminatstruktur aufweist, die aus dem Außenrandabschnitt des das Kaltkathodenarray tragenden Substrats 2, dem Außenrandabschnitt eines Teils der Elektrodenstruktur und dem Außenrandabschnitt des die Elektronensammelelektrode haltenden Substrats 1 besteht. Einzelheiten zu dieser Struktur werden später erörtert.
Ferner bezeichnet 4 eine Zuleitung für die Elektronensammelelektrode. 5 bezeichnet eine Zuleitung für das Kaltkathodenarray. 6 bezeichnet eine Zuleitung für die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls. 7 bezeichnet eine Trioden-Ansteuerschaltung.
Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, laufen Elektronen, wie sie von einem Elektronen emittierenden Bereich 9 emittiert werden, der das Kaltkathoden array (Kathode) und die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls (Tor) umfasst, durch einen als Elektronenemissionsraum dienenden Vakuumbereich 10, und sie erreichen die Elektronensammelelektrode (Anode) 8. Der Vakuumbereich 10 wird dadurch hergestellt, dass der Außenrandabschnitt des die Elektronensammelelektrode tragenden Substrats 1 und der Außenrandabschnitt der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls (Tor) am Außenrand der Elektronenemission in Vakuum verbunden werden. Nachdem die Triode dem Vakuum entnommen ist, behält der Vakuumbereich 10 sein Vakuumniveau in unveränderter Weise.
Als nächstes wird die Beschreibung auf die Verbindung zwischen den Zuleitungen 4, 5 und 6 und den Elektroden, wie in Fig. 2 dargestellt, gerichtet.
Als erstes wird der Anschluss der Zuleitung 4 der Elektronensammelelektrode beschrieben. Zunächst wird auf einer als Substrat zum Tragen der Elektronensammelelektrode dienenden Glasplatte mittels einer Bearbeitungstechnik mit elektrischer Entladung ein Loch mit einem Durchmesser von 200 umφ hergestellt, und dann wird Niob (Nb) in das Loch eingebettet. Der untere Teil des freiliegenden Niobs entspricht dem Ort, an dem das Niob abgeschieden wird, wenn die Elektronensammelelektrode hergestellt wird. Die Zuleitung 4 wird durch eine normale Bondtechnik mit dem oberen Teil des freiliegenden Niobs verbunden.
Die Zuleitung 5 des Kaltkathodenarrays wird mit einem Niob(Nb)film durch eine Bondvorrichtung verbunden, der auf der Fläche entgegengesetzt zur Oberfläche eines Silicium(Si)substrats, die das Kaltkathodenarray bildet, ausgebildet ist, wobei das Substrat als solches zum Tragen des Kaltkathodenarrays dient.
Wenn die Elektrodenstruktur vakuumdicht abgedichtet wird, wird ein Teil der Elektrodenschicht zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls der Luft ausgesetzt und es wird der Niob(Nb)film auf der ausgesetzten Fläche der Elektrodenschicht hergestellt (oder vor-hergestellt). Die Zuleitung 6 für die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls wird durch eine Bondvorrichtung mit dem Niob(Nb)film verbunden.
Fig. 3 ist eine vergrößerte, geschnittene, perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt A zeigt, der in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie umschlossen ist. Fig. 4 ist eine vergrößerte, geschnittene, perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt B zeigt, der in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie umschlossen ist.
Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, bildet die Elektrodenstruktur eine auf dem Substrat 1 ausgebildete Elektronensammelelektrode 8 sowie eine Elektronen-Entladungsstruktur aus dem Kaltkathodenarray (Kathode) aus einer Vielzahl von Elektronen-Entladungsquellen 91 und einer Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls (Tor) 92. Diese Elektrodenstruktur wird durch ein Herstellverfahren hergestellt, wie es von C. A. Spindt et al vorgeschlagen wurde.
Die Elektronen-Entladungsquelle 91 zum Entladen von Elektronen auf Grundlage des Prinzips einer Entladung im elektrischen Feld ist konkav, und sie wird auf dem Substrat 2 zum Tragen des Kaltkathodenarrays unter Verwendung eines metallischen oder halbleitenden Materials hergestellt. Um die Spitze der Elektronen-Entladungsquelle 91 herum, liegt eine Elektrode 92 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls. Die Elektrode 92 ist auf das Substrat 2 zum Tragen des Kaltkathodenarrays und auf eine elektrisch isolierende Schicht 93 auflaminiert. Bei dieser Struktur wird eine Spannung zwischen die Elektronen-Entladungsquelle 91 und die Elektrode 92 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls gelegt, so dass zwischen ihnen ein hohes elektrisches Feld erzeugt werden kann. Auf Grundlage des Prinzips der Entladung im elektrischen Feld werden Elektronen von der Spitze der Elektronen-Entladungsquelle 91 emittiert. Die emittierten Elektronen werden beschleunigt und zur Elektronensammelelektrode (Anode) 8 gelenkt, wo eine höhere Spannung als an der Elektrode 92 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls anliegt.
Der als Außenrandabschnitt 3 dargestellte Abschnitt, der Teil der in Fig. 1 dargestellten Elektrodenstruktur ist, dient als Verbindungsabschnitt zum Aufrechterhalten von Vakuum im Vakuumbereich 10. Der Abschnitt 3 umfasst eine ähnliche Struktur wie die Laminatstruktur der Elektrode 92 zum Aufneh men eines Elektronenstrahls und der Isolierschicht 93, wie in Fig. 3 dargestellt. Dies ist aus Fig. 4 besser erkennbar. Der Verbindungsabschnitt ist eine Laminatstruktur aus dem Substrat 2, dem äußersten Randabschnitt der Laminatschicht 93, dem äußersten Randabschnitt der Elektrode 92 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls sowie eines Vorsprungs la, der zur Elektrode 92 des Substrats 1 hin gerichtet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist daher, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, die Elektronensammelelektrode 8 gegen die Atmosphäre abgeschirmt. Zu diesem Zweck ist die Zuleitung 4 erforderlich, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wurde.
Als nächstes wird die Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 5 auf ein Verfahren zum Herstellen einer Elektronenentladungsstruktur aus dem Kaltkathodenarray und der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls gerichtet.
Wie es in Fig. 5A dargestellt ist, wird durch Ausführen einer thermischen Oxidationsbehandlung auf der Oberfläche eines Silicium(Si)substrats 30 mit einer Dicke von ungefähr 0,4 mm eine Isolierschicht 31 aus Siliciumdioxid (SiO&sub2;) so ausgebildet, dass sie eine Dicke von 1 um aufweist. Auf der Isolierschicht 31 wird eine Titan(Ti)schicht durch eine Sputtervorrichtung so hergestellt, dass sie eine Dicke von ungefähr 3 x 10&supmin;&sup7; m (3.000 Å) aufweist. Die Titanschicht dient als Elektrode 32 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls. Als nächstes wird, wie es in Fig. 5B dargestellt ist, mittels einer Schleuderbeschichtungseinrichtung ein Resist auf die Elektrodenschicht 32 aufgetragen und durch eine Einrichtung zum schrittweisen Belichten eines Wafers wird auf das Resistmuster 34 aufgedruckt. Dann wird die sich ergebende Schicht entwickelt, um ein Resistmuster auszubilden, damit die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls nur in einem vorbestimmten Bereich freiliegt. Hierbei beträgt die Filmdicke der Resistschicht ungefähr 1 um. Dann werden die an der Oberfläche freigelegte Elektronenstrahlaufnahme-Elektrodenschicht 32 und die unter ihr liegende Isolierschicht 31 aufeinanderfolgend durch eine Trockenätztechnik entfernt. Im Ergebnis ist, wie es in Fig. 5C dargestellt ist, eine kleine Öffnung 35 mit einem Durchmesser von ungefähr 1 um ausgebildet. Durch Abscheidung eines Materials für eine Elektronen-Entladungsquelle rechtwinklig zur Offnung 35 wird, wie es in Fig. 5D dargestellt ist, eine konkave Elektronen-Entladungsguelle 33 auf dem Silicium(Si)substrat 30 hergestellt, während der Durchmesser der Öffnung kleiner wird. Hierbei ist als Material für eine Elektronen-Entladungsquelle Titannitrid (TiN) verwendet. Wenn eine konkave Elektronen-Entladungsguelle 33 hergestellt wird, wird das auf der Resist schicht 34 auf der Oberfläche der Elektrodenschicht 32 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls abgeschiedene Titannitrid (TiN) 33a durch eine Abhebetechnik entfernt, d.h. durch Entfernen der Resistschicht 34. Im Ergebnis wird die in Fig. 5E dargestellte Elektronen-Entladungsstruktur erhalten. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Vielzahl derartiger Elektronen- Entladungsstrukturen auf Arrayweise auf demselben Substrat ausgebildet, um das Kaltkathodenarray aufzubauen.
Der beim Ausführen des vakuumdichten Abschließens der Triode gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendete Verbindungsabschnitt besteht aus einem Außenrandabschnitt der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls sowie dem Substrat zum Tragen der Elektronensammelelektrode. Hierbei ist zwar als Material für die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls Titan (Ti) verwendet, jedoch ist das Material nicht hierauf beschränkt. Das oxidierbare Material kann Silicium (Si), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Niob (Nb), Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Chrom (Cr), Zirconium (Zr) oder ein Material sein, das eines oder einige dieser Materialien enthält.
Auf ähnliche Weise ist das Elektronen-Entladungsmaterial nicht auf Titannitrid beschränkt.
Als nächstes wird die Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 6 auf ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur mit einer Elektronensammelelektrode gerichtet.
Wie es in Fig. 6A dargestellt ist, wird durch eine Schleuderbeschichtungseinrichtung ein Resist auf eine Oberfläche eines Glassubstrats 40 mit einer Dicke von 0,4 mm aufgetragen. Auf die Resistschicht 41 wird mittels einer Einrichtung zum schrittweisen Belichten eines Wafers ein gewünschtes Muster aufgedruckt, und dann wird dieses entwickelt, um ein Resistmuster auszubilden, damit nur vorbestimmte Bereiche des Glassubstrats freigelegt werden. Das Glassubstrat 40 besteht z.B. aus Pyrex.
Die Form des Resistmusters ist vom Band- oder Bildrahmentyp, und es umschließt eine größere Fläche des Elektronenemissionsbereichs 9 und weist eine Dicke von ungefähr 0,8 um auf. Das an der Oberfläche freigelegte Glassubstrat wird durch eine Nassätztechnik mit Fluorwasserstoffsäure entfernt. Dann wird auf dem Glassubstrat 40, wie es in Fig. 68 dargestellt ist, ein konkaver Abschnitt 42 mit flachem Boden und einer Tiefe von ungefähr 5 um ausgebildet. Hierbei ist die Darstellung vereinfacht. Tatsächlich ist jedoch die Seite des konkaven Abschnitts 42 durch die Wirkung des Ätzvorgangs unter dem Resist 41 abgeschrägt (Hinterschneidungseffekt). Durch Abscheiden des Materials der Elektronensammelelektrode rechtwinklig zum konkaven Abschnitt 42 wird, wie es in Fig. 6C dargestellt ist, die Elektronensammelelektrode 43 am Boden des konkaven Abschnitts 42 ausgebildet. Als Material für die Elektronensammelelektrode wird Niob (Nb) verwendet. Die Dicke der Elektrode beträgt ungefähr 25 x 10&supmin;&sup6; m (2.500 Å). Beim Herstellen der Elektronensammelelektrode 43 kann die auf der Resistschicht 41 abgeschiedene Niob(Nb)schicht 43a durch die Abhebetechnik entfernt werden, d.h. durch Entfernen der Resistschicht 41. Die sich ergebende Struktur ist die die Elektronensammelelektrode 43 enthaltende Struktur, wie in Fig. 68 darge stellt.
Wie oben angegeben, ist der beim Ausführen des vakuumdichten Abschließens der Triode gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendete Verbindungsabschnitt der Außenrandabschnitt der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls sowie der Außenrandabschnitt des Substrats zum Tragen der Elektronensammelelektrode. Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel besteht das Substrat zum Tragen der Elektronensammelelektrode aus Pyrex-Glas. Es besteht keine Beschränkung auf Pyrex. Das Material kann ein ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement enthaltendes Material sein, wie Normalglas, Weichglas und Keramik.
Ferner ist das Material für die Elektronensammelelektrode nicht auf Niob beschränkt. Wenn z.B. die Elektronenröhre für eine Anzeigeeinrichtung verwendet wird, ist das Material für die Elektronensammelelektrode ein transparentes, leitendes Filmmaterial. Der Film wird auf dem Glassubstrat hergestellt, und dann wird eine fluoreszierende Schicht hergestellt. Die die Elektronensammelelektrode enthaltende Struktur und die Struktur mit dem Kaltkathodenarray und der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls bildet den Vakuumbereich 10, der dadurch hergestellt wurde, dass der Außenrandabschnitt der Elektrode 92 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und der Außenrandabschnitt des Substrats 1 zum Tragen der Elektronensammelelektrode durch das unten beschriebene Verfahren miteinander verbunden werden.
Als nächstes wird die Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 7 auf ein Verfahren zum vakuumdichten Abdichten der Elektrodenstruktur, d.h. bei diesem Ausführungsbeispiel auf ein Verfahren zum Verbinden des Außenrandabschnitts der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und des Außenrandabschnitts des Substrats zum Tragen der Elektronensammelelektrode beschrieben.
In einer Vakuumkammer, in der das Niveau des Vakuums 133,3 x 10&supmin;&sup8; Nm&supmin;² (10&supmin;&sup8; Torr) erreicht, liegt die Oberfläche der Elektronensammelelektrode im oberen Abschnitt, der an die Gesamtfläche des Elektronen-Entladebereichs 9 angepasst ist. D.h., dass der bandförmige Verbindungsabschnitt des Außenrandabschnitts des Substrats 1 zum Tragen der Elektronensammelelektrode in engem Kontakt mit der Oberfläche der Elektrode 92 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls außerhalb des Elektronen emittierenden Bereichs 9 liegt. Als nächstes wird eine negative Elektrodenplatte 16 auf das Substrat 1 zum Tragen einer Elektronensammelelektrode gedrückt, und eine positive Elektrodenplatte 17 wird auf die Oberfläche der Elektrode 92 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls gedrückt. Die negative Elektrodenplatte 16 wird mit einer negativen Elektrode 15 einer Gleichspannungsquelle 18 verbunden, und die positive Elektrodenplatte 17 wird mit einer positiven Elektrode 14 der Gleichspannungsquelle 18 verbunden, wo dass zwischen die Elektrode 92 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und das Substrat 1 zum Tragen einer Elektronensammelelektrode eine Spannung angelegt werden kann. Wenn eine Spannung angelegt wird, dient eine Widerstandsheizeinheit 19 dazu, die Elektronenstrahlaufnahmeelektrode 92 und das die Elektronensammelelektrode tragende Substrat 1 vor einem Heizvorgang zu schützen. 20 bezeichnet eine Spannungsquelle für einen Erwärmungsvorgang. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Erwärmungstemperatur 350 ºC, und die angelegte Spannung beträgt 650 V für 5 Minuten. Diese Behandlung dient zur Ausbildung von als Verbindungsschicht dienendem Titanoxid an der Kontaktfläche zwischen der Elektrode 92 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und dem Substrat 1 zum Tragen der Elektronensammelelektrode, wodurch eine vollständige Verbindung realisiert wird. Nach dem Verbindungsvorgang bleibt das Vakuumniveau im vakuumdichten Bereich aufrechterhalten, wenn diese Triode aus der Vakuumkammer an die Atmosphäre entnommen wird. Außerdem sind die Heiztemperatur, die angelegte Spannung und die Dauer nicht auf die obigen Werte beschränkt. Sie können abhängig vom Material oder der Form des Verbindungselements in geeigneter Weise variiert werden.
Ferner ermöglicht es diese Struktur, zwei oder mehr Elektronenröhren aufeinanderzulaminieren, die miteinander zu verbinden sind. Dies führt dazu, dass es möglich ist, eine Elektronenvorrichtung mit höherer Dichte herzustellen. Wenn die Verbindung hergestellt wird, kann eine hohe Gleichspannung auf solche Weise angelegt werden, dass das Substrat 1 (Glas) zum Tragen der Elektronensammelelektrode einer Elektronenröhre negativ ist, während das Substrat 2 (Silicium) zum Tragen des Kaltkathodenarrays der anderen Elektronenröhre positiv ist.
Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel kann der Vakuumbereich dadurch hergestellt werden, dass der Außenrandabschnitt der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls mit dem anderen Randabschnitt des Substrats zum Tragen einer Elektronensammelelektrode verbunden wird. Statt dessen ist es durch Ändern des Verbindungsabschnitts der Zuleitung der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls möglich, den Vakuumbereich nur für das Substrat zum Tragen des Kaltkathodenarrays und das Substrat zum Tragen der Elektronensammelelektrode auszubilden. Fig. 8 ist eine Schnittansicht, die den bei diesem Ausführungsbeispiel erzeugten Verbindungsabschnitt zeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind ein vorspringender Abschnitt, der am Außenrandabschnitt des Substrats 50 zum Tragen der Elektronensammelelektrode aus z.B. Pyrex-Glas vorhanden ist, und der Außenrandabschnitt des Substrats 51 zum Tragen des Kaltkathodenarrays durch das oben genannte Verfahren zum Herstellen des Verbindungsabschnitts verbunden.
Ferner ist Fig. 9 eine Schnittansicht, die einen Verbindungsabschnitt zeigt, der gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung realisiert ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Verbindungsabschnitt eine Struktur, bei der ein vorspringender Abschnitt, der am Außenrandabschnitt des Substrats 60 zum Tragen der Elektronensammelelektrode ausgebildet ist, wobei das Substrat 60 z.B. aus Pyrex-Glas besteht, die Isolierschicht 62 und der Außenrandabschnitt des Substrats 61 zum Tragen des Kaltkathodenarrays auflaminiert sind. In diesem Fall werden z.B. der vorstehende Abschnitt, der am Außenrandabschnitt des Substrats 60 zum Tragen der Elektronensammelelektrode ausgebildet ist, und die Isolierschicht 62 durch das oben genannte Verfahren verbunden.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht, die einen gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildeten Verbindungsabschnitt zeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Verbindungsabschnitt eine Struktur, bei der ein Außenrandabschnitt des Substrats 70 zum Tragen der Elektronensammelelektrode, der Außenrandabschnitt einer Elektronensammelelektrode 72, ein z.B. aus Pyrex-Glas bestehender Abstandshalter 75, der Außenrandabschnitt eines Substrats 71 zum Tragen des Kaltkathodenarrays, eine Isolierschicht 73 und der Außenrandabschnitt eines Substrats 71 zum Tragen des Kaltkathodenarrays auflaminiert sind. In diesem Fall werden z.B. beide Seiten des Abstandshalters 75, der Außenrandabschnitt der Elektronensammelelektrode 72 und der Außenrandabschnitt der Elektrode 74 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls durch das oben genannte Verfahren verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Zuleitung zur Elektronensammelelektrode, wie in Fig. 2 dargestellt, direkt mit dem Niobfilm verbunden werden, der auf einem Teil der Elektronensammelelektrode 72 ausgebildet ist.
Bei diesem vierten Ausführungsbeispiel kann der Abstandshalter 75 aus Pyrex-Glas bestehen. Statt dessen ist es möglich, einen aus einem elektrisch isolierenden Material wie Siliciumdioxid und Siliciumnitrid, unter Zugabe eines Alkalimetallelements, hergestellten Dünnfilm zu verwenden. In diesem Fall kann der elektrisch isolierende Film am Außenrandabschnitt der Elektrode 74 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls oder der Elektronensammelelektrode hergestellt werden. Dieser elektrisch isolierende Dünnfilm kann durch das oben genannte Verfahren mit dem Außenrandabschnitt der Elektrode 74 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls oder der Elektronensammelelektrode 72, jeweils ohne elektrisch isolierenden Dünnfilm, verbunden werden, um vakuumdichte Abdichtung zu realisieren.
Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel kann das Substrat zum Tragen des Kaltkathodenarrays ein Silicium(Si)substrat sein. Es ist möglich, eine Elektrodenschicht aus Metall oder einem Halbleitermaterial auf einem elektrisch isolierenden Substrat herzustellen, wie eine Titan(Ti)schicht auf einem Quarzsubstrat.
Nun wird die Beschreibung auf das fünfte Ausführungsbeispiel gerichtet. Fig. 11 ist eine schematische, geschnittene, perspektivische Ansicht, die einen wesentlichen Teil einer Triodenanordnung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel zeigt, die eine erfindungsgemäße Elektronen emittierende Vorrichtung ist. Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Gesamtanordnung der in Fig. 11 dargestellten Triode zeigt.
Der Unterschied des fünften Ausführungsbeispiels gegen die Ausführungsbeispiele 1 bis 4 besteht darin, dass die Triode gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine vakuumdicht abgedichtete Struktur ist, die so ausgebildet ist, dass im Vakuum ein Außenrandabschnitt eines Substrats 102 zum Tragen einer Elektrodenstruktur mit mindestens einem Kaltkathodenarray (Kathode) einer Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls (Tor) und einer Elektrodensammelelektrode (Anode), ein Außenrandabschnitt einer auf dem Substrat 102 zum Tragen der Elektrodenstruktur vorhandenen elektrisch isolierenden Schicht 180, ein Abstandshalter 181 und ein Außenrandabschnitt eines Ver bindungssubstrats 101 im Vakuum abgedichtet werden.
Die Zuleitung 4 für die Elektronensammelelektrode, die Zuleitung 5 für das Kaltkathodenarray und die Zuleitung 6 für die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls werden mit freiliegenden Verdrahtungsabschnitten (nicht dargestellt) der Elektronensammelelektrode, der Kaltkathodenelektrode bzw. der Elektrode zum Aufnehmen des Elektronenstrahls durch eine Bondvorrichtung verbunden.
Auch umfasst eine Elektronenemissionsfläche 109 in Fig. 11 eine Elektronensammelelektrode zusätzlich zum Kaltkathodenarray und zur Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls, abweichend vom ersten bis vierten Ausführungsbeispiel. Außerdem ist der Vakuumbereich 10 durch Verbinden des Außenrandabschnitts eines Substrats 102, des Außenrandabschnitts der elektrisch isolierenden Schicht, den Abstandshalter 181 und den Außenrandabschnitt des Verbindungssubstrats 101 gebildet. Dann wird das Vakuumniveau im Vakuumbereich 10 aufrechterhalten, wenn die Triode dem Vakuum entnommen wird.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 13, 14, 15 und 16 wird nun der Aufbau der auf dem Substrat 1 zum Tragen der Elektrodenstruktur, wie in Fig. 11 dargestellt, ausgebildeten Elektrodenstruktur erörtert. Fig. 13 ist eine vergroßerte Draufsicht, die einen wesentlichen Teil der Elektrodenstruktur zeigt. Wie es in Fig. 13 dargestellt ist, sind auf einer elektrisch isolierenden, auf dem Substrat zum Tragen der Elektrodenstruktur ausgebildeten Schicht eine Kaltkathodenelektrode 191 mit einem Kaltkathodenarray aus einer Vielzahl Elektronen emittierender Abschnitte zum Emittieren von Elektronen auf Grundlage des Prinzips der Entladung im elektrischen Feld, eine Elektrode 192 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls, die elektrisch gegen die Kaltkathodenelektrode 191 isoliert ist, und eine Elektronensammelelektrode 108 ausgebildet, die elektrisch gegen die Kaltkathodenelektrode 191 und die Elektrode 192 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls isoliert ist. Diese Elektroden sind jeweils in zwei oder mehr Linien ausgebildet. In der Kaltkathodenelektrode 191 ist unter der Elektrode 192 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls in einem Bereich, in dem der Elektronenemissionsabschnitt 191a vorhanden ist, ein Graben 193 ausgebildet.
Die Fig. 14 und 15 sind vergrößerte Schnitte, die entlang der Linie I-I bzw. II-II in Fig. 13 geschnitten sind. Wie es in Fig. 14 dargestellt ist, ist im Bereich, in dem der Elektronenemissionsabschnitt in der Kaltkathodenelektrode vorhanden ist, der Graben 183 ausgebildet. Entlang dem Boden des Grabens 183 ist die Elektrode 192 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls ausgebildet. Andererseits ist, wie es in Fig. 15 dargestellt ist, im Bereich, in dem kein Elektronenemissionsabschnitt in der Kaltkathodenelektrode vorhanden ist, kein Graben ausgebildet. Im Abschnitt, der dem Randabschnitt des Substrats zum Tragen der Elektrodenstruktur entspricht, sind ein Verdrahtungsabschnitt 191b, ein Verdrahtungsabschnitt 192b und ein Verdrahtungsabschnitt 108b ausgebildet, die der Kaltkathodenelektrode, der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls bzw. der Elektronensammelelektrode entsprechen.
Fig. 16 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht, die einen wesentlichen Teil der Elektrodenstruktur zeigt. Wenn eine Spannung zwischen die Kaltkathodenelektrode 191 und die Elektrode 192 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls gelegt wird, wird zwischen diesen Elektroden ein hohes elektrisches Feld erzeugt. Auf Grundlage des Prinzips der Entladung im elektrischen Feld werden Elektronen von einem Elektronen-Entladungsabschnitt 191a emittiert, der an der Spitze der Kaltkathodenelektrode 191 liegt. Die emittierten Elektroden werden beschleunigt und zur Elektronensammelelektrode 108 geführt, an der eine höhere Spannung an der Elektrode 192 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls anliegt.
In Fig. 13 muss jeder Verdrahtungsabschnitt an einem Ende des Randabschnitts des Substrats zum Tragen der Elektrodenstruktur ausgebildet werden, wenn die Kaltkathodenelektrode 191, die Elektrode 192 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und die Elektronensammelelektrode 108 fortlaufend im Zentrum ausgebildet sind. Wenn diese Elektroden voneinander getrennt und elektrisch gegeneinander isoliert sind, muss jeder Verdrahtungsabschnitt an beiden Enden des Randabschnitts des Substrats zum Tragen der Elektrodenstruktur ausgebildet werden.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 17 bis 21 ein Verfahren zum Herstellen einer Triode gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Wie es in der Draufsicht von Fig. 17 dargestellt ist, wird durch eine Schleuderbeschichtungseinrichtung ein Resist auf die Oberfläche des Silicium(Si)substrats 130 mit einer Dicke von 0,4 mm aufgetragen. Auf die Resistschicht wird mittels einer Einrichtung zur schrittweisen Waferbelichtung ein gewünschtes Muster aufgedruckt und dann entwickelt. Dann wird ein Resistmuster 184 so ausgebildet, dass die Oberfläche des Silicium(Si)substrats 130 nur im Bereich freigelegt werden kann, in dem der Graben herzustellen ist. Hierbei beträgt die Dicke der Resistschicht ungefähr 1 um, und der Bereich, in dem der Graben herzustellen ist, ist ein Rechteck von ungefähr 4 um x ungefähr 200 um.
In Fig. 18A ist der Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. 17 dargestellt. Die Oberfläche, an der das Silicium(Si) substrat 130 freiliegt, wird durch eine Trockenätztechnik mit Schwefelhexafluorid(SF&sub6;)-Gas so entfernt, dass ein Loch mit einer Tiefe von ungefähr 0,7 um vorliegt. Wenn das Resistmuster 184 entfernt wird, wird ein konkaver Abschnitt 185, wie in Fig. 188 dargestellt, ausgebildet. Als nächstes wird das Silicium(Si)substrat 130 mit in der Oberfläche ausgeformten konkaven Abschnitten in trockenem Sauerstoff bei einer Temperatur von 1.000 ºC für ungefähr 14 Stunden erwärmt und oxidiert, damit eine Schicht aus thermisch oxidiertem Silicium (SiO&sub2;-Schicht) über dem ebenen Abschnitt mit einer Dicke von ungefähr 3 x 10&supmin;&sup7; m (3.000 Å) hergestellt werden kann. Dabei wird an der Rückseite des Siliciumsubstrats 130 eine Schicht aus thermisch oxidiertem Silicium (SiO&sub2;- Schicht) 131a ausgebildet. Aus Sauerstoff bestehende Verunreinigungen, zum Erwärmen und Oxidieren, werden durch eine Kaltfallentechnik entfernt. Dann wird unter Verwendung einer Sputtervorrichtung oder einer Abscheidungsvorrichtung eine Titan(Ti)schicht 186 als Elektrodenmaterial rechtwinklig zur Oberfläche mit den konkaven Bereichen, die auf dem Silicium(Si)substrat 130 thermisch oxidiert ist, abgeschieden. Wie es in Fig. 18C dargestellt ist, wird die Titanschicht 186 so auf dem Substrat hergestellt, dass sie eine Dicke von ungefähr 3.000 Å aufweist.
Als nächstes wird mittels einer Schleuderbeschichtungseinrichtung ein Resist auf die Titan(Ti)schicht 186 aufgetragen. Dann wird mittels einer Einrichtung zum schrittweisen Belichten eines Wafers ein gewünschtes Elektrodenstrukturmuster auf die Resistschicht aufgedruckt und dann zum Ausbilden von Resistmustern auf solche Weise entwickelt, dass die Titan(Ti)schicht nur im vorbestimmten Bereich freigelegt wird. Dann wird die an der Oberfläche freigelegte Titan(Ti)schicht durch ein Trockenätzverfahren bis zur thermisch oxidierten Schicht (SiO&sub2;-Schicht) herunter entfernt. Ferner wird zum Entfernen der Resistschicht, wie in der Draufsicht von Fig. 19 dargestellt, die aus einer Kaltkathodenelektrode 187, einem Elektrodentor 188 zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und einer Elektronensammelelektrode 189 bestehende Elektrodenstruktur hergestellt. Die Form der Kaltkathodenelektrode ist vom Sägezahntyp, mit einem Elektronenemissionsabschnitt, der an der Spitze jedes Dreiecks liegt. Die Form ist nicht hierauf beschränkt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird als Substrat zum Tragen der Elektrodenstruktur ein Silicium(Si)substrat verwendet. Es besteht keine Beschränkung auf Silicium. Es kann ein elektrisch isolierendes Substrat wie ein solches aus Quarz verwendet werden, wenn nur die Oberfläche, auf der die Elektrode ausgebildet wird, elektrisch isoliert ist. Im Fall der Verwendung eines elektrisch isolierenden Substrats, ist es nicht erforderlich, eine elektrisch isolierende Schicht herzustellen, wie die bei diesem Ausführungsbeispiel hergestellte Schicht aus thermisch oxidiertem Silicium (SiO&sub2;- Schicht). Darüber hinaus wird als Material für die Elektrodenstruktur Titan (Ti) verwendet. Es besteht keine Beschränkung hierauf. Das Material kann Silicium (Si), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Niob (Nb), Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Chrom (Cr), Zirconium (Zr), ein Carbid oder ein Nitrid dieser Metalle, eine Legierung oder ein Laminatfilm dieser Metalle sein.
Als nächstes wird die Beschreibung auf die Ausbildung des Abstandshalters gerichtet. Zunächst wird durch das oben genannte Strukturierungsverfahren ein Resistmuster auf solche Weise hergestellt, dass nur der Außenrandabschnitt der wie oben beschrieben hergestellten Elektrodenstruktur freigelegt werden kann. Auch wird auf der freigelegten Oberfläche eine Glasschicht hergestellt, die als elektrisch isolierende Schicht dient und ein Alkalimetall und ein Sauerstoffelement enthält, was durch eine HF-Sputtervorrichtung unter Verwendung von Pyrex-Glas als Sputtertarget und mit einem Mischgas aus Sauerstoff und Argon als Sputtergas erfolgt. Hierbei beträgt die Dicke der Glasschicht vorzugsweise 0,2 um bis 14 um. Ferner können hervorragende Ergebnisse, bei denen die Oberflächenrauigkeit 2 x 10&supmin;&sup8; m (200 Å) oder weniger beträgt, erzielt werden, wenn die Dicke 2,0 um beträgt. Dann wird die Resistschicht mit dem Resistmuster durch ein Abhebeverfahren entfernt, und die Oberfläche, von der das Resistmuster entfernt ist, ist freigelegt, und sie wird gereinigt. Durch diesen Prozess wird, wie es in Fig. 20 dargestellt ist, ein Abstandshalter 190 aus einer Glasschicht am Außenrandabschnitt der Elektrodenstruktur hergestellt.
Der Schnitt entlang der Linie IV-IV von Fig. 20 ist der in Fig. 21 dargestellte. Ein Verdrahtungsabschnitt 187b der Kaltkathodenelektrode, wie auf einer thermisch oxidierten Siliciumschicht (SiO&sub2;-Schicht) auf dem Silicium(Si)substrat 130 hergestellt, ein Verdrahtungsabschnitt 188b für die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls, und ein Verdrahtungsabschnitt 189b für die Elektronensammelelektrode sind so angeordnet, dass sie unter der thermisch oxidierten Siliciumschicht (SiO&sub2;-Schicht) 131 und dem Abstandshalter 190 liegen. Außerdem ist es möglich, als Verdrahtungsabschnitt eine Schicht mit niedrigem Widerstand dadurch herzustellen, dass Fremdstoffe wie Antimon, Phosphor, Bor auf lineare Weise dotiert werden. Diese Schichten können elektrisch mit der Elektrodenstruktur als Verdrahtungsabschnitt verbunden sein.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann als Material, das ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement für den Abstandshalter enthält, Pyrex-Glas verwendet werden. Tatsächlich ist das Material nicht hierauf beschränkt. Es ist möglich, Normalglas, Weichglas oder Keramik zu verwenden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die verwendete Ätztechnik eine Trockenätztechnik. Tatsächlich ist die Technik nicht hierauf beschränkt. Als Ätztechnik kann chemisches, anisotropes Nassätzen verwendet werden. Ferner ist die Filmbildung der Elektrode und des Abstandshalters nicht auf das beim vorstehenden Ausführungsbeispiel beschriebene Verfahren beschränkt.
Als nächstes wird die Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 22 auf ein Verfahren zum Herstellen des Verbindungssubstrats gerichtet. Fig. 22 ist eine Schnittansicht, die das Verfahren zum Herstellen des Verbindungssubstrats zeigt. Wie es in Fig. 22A dargestellt ist, wird durch eine Schleuderbeschichtungseinrichtung ein Resist auf die Oberfläche eines Siliciumsubstrats 201 mit einer Dicke von 0,4 mm aufgetragen. Auf die Resistschicht wird durch eine Einrichtung zum schrittweisen Belichten eines Wafers ein gewünschtes Muster aufgedruckt, und es wird entwickelt, um ein Resistmuster 141 so auszubilden, dass nur einige Bereiche des Siliciumsubstrats freigelegt sind. Die Form des Resistmusters ist eine Bandform, die eine größere Fläche umschließt, als es der Elektronenemissionsfläche entspricht. Die Dicke beträgt ungefähr 0,8 um. Dann wird der Teil des an der Oberfläche freigelegten Siliciumsubstrats durch eine RIE(reaktives Ionenätzen)-Vorrichtung entfernt. Zum Entfernen wird ein Trockenätzvorgang mit Schwefelhexafluorid(SF&sub6;)-Gas verwendet. Im Ergebnis ist auf dem Siliciumsubstrat 201 ein konkaver Abschnitt 142 mit ebenem Boden und einer Tiefe von ungefähr 5 um ausgebildet, wie in Fig. 22B dargestellt. Innerhalb der RIE-Vorrichtung wird das Resistmuster durch eine Sauerstoffplasma-Veraschungstechnik entfernt. Die sich ergebende Struktur ist dergestalt, wie sie in Fig. 22 dargestellt ist. Durch dieses Herstellverfahren wird das Verbindungssubstrat auf solche Weise hergestellt, dass der konkave Abschnitt 142 dieses Verbindungssubstrats dem Elektrodensubstrat gegenüberstehen kann, das auf dem Substrat zum Tragen der Elektrodenstruktur vorhanden ist. Der Verbindungsvorgang wird später beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das Verbindungssubstrat aus Silicium. Das Material ist nicht auf Silicium beschränkt. Es ist möglich, ein isolierendes Material, einen Halbleiter oder ein Metall mit mindestens einem oxidierbaren Element oder ein Material, das ein oxidierbares Element enthält, im Verbindungsabschnitt für den Abdichtungsvorgang zu verwenden.
Als nächstes wird die Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 23 auf ein Verfahren zum vakuumdichten Abdichten der Elektrodenstruktur, d.h. ein Verfahren zum Verbinden des Abstandshalters auf dem Außenrandabschnitt der Elektrodenstruktur mit dem Außenrand des Verbindungssubstrats beschrieben.
In einer Vakuumkammer, deren Vakuumniveau 133,3 x 10&supmin;&sup8; Nm&supmin;² (10&supmin;&sup8; Torr) erreicht, liegt der konkave Abschnitt des Verbindungssubstrats 101 in solcher Weise in einem oberen Abschnitt, dass er der Elektrodenstruktur gegenübersteht. D.h., dass ein Abstandshalter 181 auf dem Außenrandabschnitt der Elektrodenstruktur sowie der Verbindungsabschnitt, d.h. der Außenrandabschnitt des Verbindungssubstrats 101 auf solche Weise positioniert sind, dass der Abstandshalter 181 und der Verbindungsabschnitt in engen Kontakt miteinander treten. Als nächstes wird die negative Elektrodenplatte 17 auf den Abstandshalter 181 gedrückt, und die positive Elektrodenplatte 16 wird auf das Verbindungssubstrats 101 gedrückt, so dass sie mit der negativen Elektrode 15 und der positiven Elektrode 14 der Gleichspannungsquelle 18 verbunden werden. Zwischen den Abstandshalter 181 und das Verbindungssubstrat 101 wird eine Spannung gelegt. Wenn eine Spannung angelegt wird, werden der Abstandshalter 181 und das Verbindungssubstrat 101 durch die Widerstandseinheit 19 erwärmt. 20 bezeichnet eine Heizspannungsquelle. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Erwärmungstemperatur 450 ºC, die angelegte Spannung beträgt 500 V und die Dauer beträgt 2 Minuten. Durch diese Anwendungsweise wird Siliciumoxid als Verbindungsschicht an der Grenzfläche zwischen dem Abstandshalter 181 und dem Verbindungssubstrat 101 ausgebildet, um die Verbindung fertigzustellen. Nach dem Verbindungsvorgang, nachdem die Triode von der Vakuumkammer an Luft gelangt ist, bleibt der Vakuumpegel im vakuumdicht abgedichteten Bereich aufrechterhalten. Außerdem sind die Heiztemperatur, die angelegte Spannung und die Dauer nicht auf die obigen Werte beschränkt, sondern sie können in geeigneter Weise abhängig vom verwendeten Material und der Form des Verbindungselements variiert werden.
Bei diesem Vakuumabdichtungsverfahren wird die Atmosphäre der Vakuumkammer beim Abdichten der Elektrodenstruktur im Vakuum bis auf einen Vakuumpegel von 133,3 x 10&supmin;&sup8; Nm&supmin;² bis 133,3 x 10-10 Nm&supmin;² (10&supmin;&sup8; bis 10&supmin;¹&sup0; Torr) verringert. Dann wird eine winzige Menge eines Gases wie Wasserstoffgas, Argongas, Stickstoffgas oder Kohlenmonoxidgas zusätzlich in die Vakuumkammer gegeben. Der Vakuumpegel steigt auf ein 133,3 x 10&supmin;&sup5; Nm&supmin;² bis 133,3 x 10&supmin;&sup7; Nm&supmin;² (10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;&sup7; Torr), und dann wird der Abdichtvorgang im Vakuum ausgeführt.
Betreffend ein sechstes Ausführungsbeispiel wird die Beschreibung auf eine erfindungsgemäße Elektronen emittierende Vorrichtung gerichtet, bei der die Elektronensammelelektrode nicht auf dem Substrat zum Tragen der Elektrodenstruktur, wie beim fünften Ausführungsbeispiel, ausgebildet ist. Auf dem Substrat zum Tragen der Elektrodenstruktur gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist, abweichend vom Fall des fünften Ausführungsbeispiels, keine Elektronensammelelektrode durch das Kaltkathodenarray und die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls gebildet. Wie beim fünften Ausführungsbeispiel ist der Abstandshalter am Außenrandabschnitt der Elektrodenstruktur vorhanden. Hierbei ist beim fünften Ausführungsbeispiel unter der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls ein Graben ausgebildet. Jedoch ist es bei diesem Ausführungsbeispiel nicht erforderlich, einen derartigen Graben auszubilden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 24 ein Verfahren zum Herstellen des Verbindungssubstrats gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Das Silicium(Si)substrat 301 mit einer Dicke von 0,4 mm wird in trockenem Sauerstoff bei einer Temperatur von 1.000 ºC für ungefähr 14 Stunden thermisch oxidiert, um die thermisch oxidierte Siliciumschicht (SiO&sub2;-Schicht) herzustellen. Die Siliciumschicht hat in ihrem ebenen Abschnitt eine Dicke von ungefähr 3 x 10&supmin;&sup7; m (3.000 Å). Als nächstes wird durch eine Schleuderbeschichtungseinrichtung ein Resist auf die Siliciumschicht aufgetragen. Auf die Resistschicht wird durch eine Einrichtung zum schrittweisen Belichten eines Wafers ein gewünschtes Muster aufgedruckt, und sie wird entwickelt, um ein Resistmuster so herzustellen, dass nur vorbestimmte Bereiche der thermisch oxidierten Siliciumschicht (SiO&sub2;-Schicht) freigelegt werden. Hierbei ist das Resistmuster bandförmig, und es umschließt einen größeren Bereich als es dem Elektronenemissionsbereich auf dem Substrat zum Tragen einer Elektrodenstruktur entspricht. Die Filmdicke beträgt ungefähr 0,8 um. Dann wird die an der Oberfläche freigelegte thermisch oxidierte Siliciumschicht (SiO&sub2;-Schicht) durch eine Nassätztechnik mit Fluorwasserstoffsäure entfernt, und dann wird die Resistmusterschicht entfernt. Wie es in Fig. 24A dargestellt ist, ist auf dem Silicium(Si)substrat 301 ein Muster 241 einer thermisch oxidierten Siliciumschicht (SiO&sub2;-Schicht), auf die das Resistmuster übertragen ist, ausgebildet.
Dann wird das an der Oberfläche freiliegende Siliciumsubstrat 301 durch eine Nassätztechnik mit einer Mischflüssigkeit aus Fluorwasserstoffsäure, Salpetersäure und Essigsäure entfernt. Im Ergebnis ist im Siliciumsubstrat 301 ein konkaver Abschnitt 242 mit einem ebenen Boden und einer Tiefe von ungefähr 5 um ausgebildet. Durch Abscheiden des Materials für die Elektronensammelelektrode (Anode) in vertikaler Richtung in Bezug auf den konkaven Abschnitt 242 wird, wie es in Fig. 24C dargestellt ist, die Elektronensammelelektrode 343 am Boden des konkaven Abschnitts 242 hergestellt. Hierbei ist als Material für die Elektronensammelelektrode Niob (Nb) mit einer Dicke von ungefähr 2,5 x 10&supmin;&sup7; m (2.500 Å) verwendet. Wenn die Elektronensammelelektrode 243 hergestellt wird, wird eine auf dem Muster 241 der thermisch oxidierten Siliciumschicht (SiO&sub2;-Schicht) abgeschiedene Niob(Nb)schicht 243a durch eine Abhebetechnik, genauer gesagt, durch Entfernen des Musters 241 der thermisch oxidierten Siliciumschicht (SiO&sub2;-Schicht) entfernt. Die sich ergebende Struktur ist eine Struktur, die die in Fig. 24B dargestellte Elektronensammelelektrode 243 enthält. Durch diesen Prozess wird das Verbindungssubstrat hergestellt. Der Verdrahtungsabschnitt der Elektronensammelelektrode 243 für das Verbindungssubstrat wird auf solche Weise hergestellt, dass der Verdrahtungsabschnitt auf dem Verbindungsabschnitt hindurchlaufen kann und nach außen herausgezogen werden kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist Silicium als Material für das Verbindungssubstrat verwendet, jedoch ist das Material nicht hierauf beschränkt. Tatsächlich ist es möglich, ein isolierendes Material, einen Halbleiter oder ein Metall mit mindestens einem oxidierbaren Element oder ein Material, das ein oxidierbares Element enthält, im abgedichteten Verbindungsab schnitt zu verwenden. Wenn als Verbindungsmaterial Metall verwendet wird, kann das Metall dasjenige der Elektronensammelelektrode sein. Das Material für die Elektronensammelelektrode ist nicht auf dieses Material beschränkt. Es ist möglich, als Material ein Metall wie Molybdän (MO), Wolfram (W), Chrom (Cr), Titan (Ti), Zirconium (Zr), Aluminium (Al), Nickel (Ni) oder Kupfer (Cu) oder eine Legierung oder einen Laminatfilm aus diesen Metallen, zusammen mit Niob (Nb) zu verwenden. Ferner ist die Dicke des Films nicht auf den oben beschriebenen Wert beschränkt.
Wenn die Elektronenröhre für eine Anzeigevorrichtung verwendet wird, wird für das Verbindungssubstrat ein transparentes Substrat aus Glas verwendet. Nachdem ein transparenter, leitender Materialfilm als Film für die Elektronensammelelektrode auf dem Glassubstrat hergestellt wurde, wird auf dem Film eine fluoreszierende Schicht hergestellt.
Der die Elektrodenstruktur der Elektronen emittierenden Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels einschließenden Vakuumbereich wird dadurch hergestellt, dass der auf dem Außenrandabschnitt der Elektrodenstruktur vorhandene Abstandshalter im Vakuum mit dem Außenrandabschnitt des Verbindungssubstrats verbunden wird, wie beim fünften Ausführungsbeispiel.
Was eine als Anwendungsgebiet genannte Anzeigevorrichtung betrifft, erfolgt in der Beschreibung eine Ergänzung zum vakuumdicht abgedichteten Abschnitt. Im Allgemeinen ist die Elektrodenstruktur einer Anzeigeeinrichtung diejenige, die in Fig. 3 dargestellt ist, wenn sie vergrößert ist. Auch ist, wie hinsichtlich des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben und wie in Fig. 3 dargestellt, als Substrat 1 ein transparentes Substrat, z.B. ein Glassubstrat verwendet. Auf der Elektronensammelelektrode 8 ist eine Fluoreszenzschicht hergestellt. Zwischen der Elektronensammelelektrode 8 und der Fluoreszenzschicht kann eine Filterschicht als Maßnahme für eine Farbanzeige vorhanden sein. Das Fluoreszenzmaterial arbeitet so, dass es Licht emittiert, wenn von der Elektronenemissionsquelle 91 emittierte Elektronen in die Fluoreszenzschicht eintreten. Dieses emittierte Licht wird so gesteuert, dass auf der Anzeigeeinrichtung ein Bild betrieben wird.
Auf diesem Gebiet wird als Ansteuerungsverfahren, um irgendein gewünschtes Pixel zum Leuchten zu bringen, hauptsächlich ein XY-Matrix-Adressierverfahren verwendet. Zu diesem Zweck ist es möglich, eine XY-Matrixstruktur herzustellen, bei der jede einer Vielzahl von Torleitungen, die durch elektrisches Unterteilen der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls als parallele Linien ausgebildet werden, mit jeder einer Vielzahl von Elektronensammelelektrode-Leitungen gekreuzt werden, die durch elektrisches Unterteilen der Elektronensammelelektrode in parallele Leitungen hergestellt wurden, oder eine andere XY-Matrixstruktur, bei der jede der Torleitungen mit jeder einer Vielzahl von Kaltkathodenarray-Leitungen gekreuzt wird, die durch elektrisches Unterteilen der Kaltkathodenelektrode als parallele Leitungen hergestellt wurden. Wenn eine dieser XY-Matrixstrukturen hergestellt wird, ist es erforderlich, die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls zu Gateleitungen zu machen, die elektrisch als parallele Leitungen unterteilt sind. Fig. 25 ist eine erläuternde Ansicht, die die Torleitungen zeigt. Eine vergrößerte Ansicht eines Teils C, der in Fig. 25 durch eine gestrichelte Linie umschlossen ist, entspricht Fig. 3. D.h., dass 400 ein Substrat zum Tragen des Kaltkathodenarrays bezeichnet. 401 bezeichnet eine elektrisch isolierende Schicht. 402 bezeichnet eine Torleitung. 403 bezeichnet eine Öffnung, in der die Elektronenemissionsquelle freiliegt. Die Vielzahl von Torleitungen ist parallel ausgebildet, und die Anzahl der Elektronenemissionsquellen, die auf einem Torleitungsbereich liegen, beträgt in der Breitenrichtung 2, wie in Fig. 25 dargestellt. Die Anzahl ist nicht hierauf beschränkt. Es kann eine beliebige Anzahl von Elektronenemissionsquellen verwendet werden. Auf der dem Betrachter zugewandten Seite der Torleitungen in Fig. 25 existiert ein Bereich 404, in dem keine Öffnung 403 ausgebildet ist. Dies entspricht einem Außenrandabschnitt des Anzeigebereichs, der als Verbindungsabschnitt verwendet wird, wenn die Abdichtung im Vakuum realisiert wird. Fig. 26 ist eine Schnittansicht, die einen Verbindungsabschnitt zeigt, der entlang der Linie V-V von Fig. 25 geschnitten ist, wenn die Abdichtung im Vakuum realisiert wird. Wie es in Fig. 26 dargestellt ist, ist der Verbindungsabschnitt aufgeraut, da die Torlinien ausgebildet sind. Demgemäß ist es schwierig, die vorstehend genannte Elektronensammelelektrode mit dem Verbindungsabschnitt des Glassubstrats mit der Fluoreszenzschicht im Vakuum zu verbinden. In einem derartigen Fall wird, wie es beim vierten, fünften und sechsten Ausführungsbeispiel beschrieben ist und wie es in Fig. 27 dargestellt ist, ein Abstandshalter 405 angebracht, der aus einem elektrisch isolierenden Material besteht. Das Material des Abstandshalters enthält ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement. Z.B. ist es möglich, Pyrex-Glas, Normalglas, Weichglas, Keramik, Siliciumoxid, das ein Alkalimetallelement enthält, oder Siliciumnitrid, das ein Alkalimetallelement enthält, zu verwenden. Der Verbindungsabschnitt des Glassubstrats mit der Elektronensammelelektrode und der darauf ausgebildeten Fluoreszenzschicht besteht aus einem oxidierbaren Element oder einem ein oxidierbares Element enthaltenden Material. Ferner ist es auch möglich, wenn sie verbunden werden, eine Torleitung 404 als Elektrode für negative Spannung für den Abstandshalter 405 zu verwenden. Ohne dass eine Beschränkung auf eine Anzeigevorrichtung besteht, ist, wenn die Elektroden so liegen, wie es beim fünften und sechsten Ausführungsbeispiel und in Fig. 26 angegeben ist, mindestens eine Elektrodenform des Verbindungsabschnitts verjüngt ausgebildet, wie in Fig. 28 dargestellt. In diesem Fall kann die wesentliche Dicke des Abstandshalters tatsächlich dünner als eine Elektrode ohne sich verjüngende Form sein. Fig. 28 ist eine Schnittansicht, in der 500 ein Substrat für das Kaltkathodenarray bezeichnet, 501 eine elektrisch isolierende Schicht bezeichnet und 502 eine Elek trodenleitung bezeichnet.
Wenn die Elektroden so liegen, wie es in den Fig. 15 und 26 dargestellt ist, ist es möglich, eine Struktur zu verwenden, wie sie in Fig. 29 dargestellt ist. Der Abstandshalter zum Verbinden und Abdichten der Substrate im Vakuum ist so ausgebildet, dass er den freiliegenden Abschnitt des Verbindungsabschnitts zwischen der Elektrodenleitung 602 und der elektrisch isolierenden Schicht 601 bedeckt. Als eine Maßnahme ist eine Elektrodenschicht 603 zum Anlegen einer erforderlichen negativen Spannung zum Verbinden dieses Abstandshalters auf einem Substrat 600 zum Tragen des Kaltkathodenarrays ausgebildet. Diese Elektrode 603 kann auf der gesamten Oberfläche des Substrats 600 zum Tragen des Kaltkathodenarrays oder auf einem Teil der Fläche des Substrats 600 ausgebildet sein. Als anderes Verfahren zum Anbringen einer Elektrodenschicht zum Anlegen einer erforderlichen Spannung an die Verbindungsstelle, z.B. wenn das Kaltkathodenarray, die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und/oder die Elektronensammelelektrode hergestellt wird, kann die Elektrode auf beliebige Form auf derselben Fläche ausgebildet werden, wobei die Elektrode elektrisch gegen die anderen Elektroden isoliert ist. Der Querschnitt des Verbindungsabschnitts ist, wenn irgendeine Elektrode vorhanden ist, dergestalt, wie es in Fig. 30 dargestellt ist, wobei 703a, 703b und 703c das Kaltkathodenarray, die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls bzw. die Elektronensammelelektrode sind. 704 bezeichnet eine Elektrodenschicht zum Anlegen der erforderlichen Spannung, wenn die Substrate verbunden werden. 700 bezeichnet ein Substrat zum Tragen einer Elektrode. 701 bezeichnet eine elektrisch isoherende Schicht. In diesem Fall ist auf den freiliegenden Oberflächen dieser Elektroden (703a, 703b, 703c, 704) selbstverständlich ein Abstandshalter zum Ausbilden des Verbindungsabschnitts vorhanden.
Hinsichtlich des Hauptabstandshaltermaterials sind bei diesem Ausführungs beispiel, wie oben beschrieben, ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement im Material enthalten. Es besteht keine Beschränkung hierauf. Z.B. kann das Material kein Alkalimetall enthalten. Die hinsichtlich des Gebrauchs geprüften Materialien sind Flintglas (Hauptkomponenten PbO-ZnO- B&sub2;O&sub3;), Siliciumoxid (SiO, SiO&sub2;, usw.), Siliciumnitrid (SiN usw.), Siliciumoxidnitrid (SiON usw.), d.h. ein oxidierbares Element oder ein ein oxidierbares Element enthaltendes Material. In diesem Fall besteht auf dem anderen Substrat, das mit dem Abstandshalter beim Abdichtvorgang der Substrate im Vakuum zu verbinden ist, die Oberfläche zumindest des Verbindungsabschnitts aus einem Material, das ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement enthält. Die Elektrode für eine Spannung, die für den Verbindungsvorgang anzulegen ist, liegt so, dass ihre positive Elektrode auf der Seite des Abstandshalters vorhanden ist, während ihre negative Elektrode auf dem Verbindungsabschnitt der anderen Seite vorhanden ist.
Wie es oben im Einzelnen erörtert ist, wird die erfindungsgemäßen Elektronen emittierende Vorrichtung so hergestellt, dass sie sehr kurz, klein, leicht und dünn ist, da die Abmessung der aus den zwei Substraten zum Tragen des Kaltkathodenarrays und der Elektronensammelelektrode bestehenden Elektrodenstruktur der Abmessung der Elektronenröhre entspricht.
Ferner besteht z.B., wenn der Verbindungsabschnitt so aufgebaut ist, dass ein Außenrandabschnitt des ersten Substrats, ein Außenrandabschnitt der Isolierschicht zum elektrischen Isolieren der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und des ersten Substrats, ein Außenrandabschnitt der Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und ein Außenrandabschnitt des zweiten Substrats auflaminiert sind, das zweite Substrat und/oder die Elektrode zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls vorzugsweise aus einem Material, das ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement enthält, und das andere Bauteil besteht aus einem oxidierbaren Element oder einem Material, das ein oxidierbares Element enthält. Demgemäß kann, ohne dass ein Abdichtungselement als Verbindungsabschnitt verwendet wird, und ohne dass der Verbindungsabschnitt geschmolzen wird, eine Verbindung (Anodenverbindung) nur durch Zuführen von Wärme und einer Spannung hergestellt werden. Dies führt dazu, dass es ermöglicht ist, eine Abdichtung in Hochvakuum auszuführen, ohne dass Gas erzeugt wird.
Da bei dieser Elektronen emittierenden Vorrichtung zum vakuumdichten Abdichten kein Abdichtungselement verwendet wird, wie beim ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel, tritt hinsichtlich des Abstands zwischen dem Sub strat zum Tragen des Kaltkathodenarrays und dem Substrat zum Tragen der Elektronensammelelektrode keine Änderung auf. Zu diesem Zweck ist es möglich, den Abstand zwischen der Spitze des Elektronenemissionsabschnitts in der Elektronenemissionsquelle und der Elektronensammelelektrode wirkungsvoll zu kontrollieren. Unter Kontrolle des Abstands wird der Abstand kürzer als die mittlere freie Weglänge von Elektronen.
Wie oben beschrieben kann eine erfindungsgemäße Elektronen emittierende Vorrichtung als Vakuumröhre oder Anzeigeeinrichtung hohen Funktionsvermögens verwendet werden. Ferner ermöglicht es diese Vorrichtung, eine Elektronen emittierende Vorrichtung herzustellen, die größere Ausgangsleistung und höheren Wirkungsgrad zeigen kann als ein vergleichbares GaAs-Bauteil, obwohl sie viel kürzer, kleiner, leichter und dünner als ein GaAs-Bauteil ist.
Es können viele stark verschiedene Ausführungsformen der Erfindung aufgebaut werden, ohne vom Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen. Es ist zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die in der Beschreibung angegebenen speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern nur auf das, was in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Elektronen emittierende Vorrichtung mit einem ersten Substrat (2, 102), einem zweiten Substrat (1, 101), das dem ersten Substrat (2, 102) gegenüberliegt, einem Kaltkathodenarray aus einer Vielzahl von Elektronenemissionsquellen (91, 191) zum Emittieren von Elektronen auf Grundlage des Prinzips von Emission im elektrischen Feld, einer Elektrode (92, 192), die elektrisch gegen das Kaltkathodenarray isoliert ist und zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls dient, und einer Elektronensammelelektrode (8, 108), die gegen das Kaltkathodenarray und die Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls isoliert ist, wobei ein Außenrandabschnitt (3) zumindest des ersten Substrats (2, 102) mit einem Außenrandabschnitt des zweiten Substrats (1, 101) auf solche Weise verbunden ist, dass ein Elektronenemissionsraum (10) unter Vakuum gehalten wird, der zumindest durch das Kaltkathodenarray, die Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und die Elektronensammelelektrode (8, 108) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Abschnitte, die im Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind, ein Material aufweist, das ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement enthält, und der andere Abschnitt ein oxidierbares Element oder ein ein oxidierbares Element enthaltendes Material aufweist.

2. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Kaltkathodenarray auf dem ersten Substrat (2, 102) ausgebildet ist, die Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls um das auf dem ersten Substrat (2, 102) ausgebildete Kaltkathodenarray herum ausgebildet ist und die Elektronensammelelektrode (8, 108) auf dem zweiten Substrat (1, 101) so ausgebildet ist, dass sie dem Kaltkathodenarray und der Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls gegenübersteht.

3. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der zumindest die Verbindungsfläche des ersten Substrats (2, 102) und/oder des zweiten Substrats (1, 101), die miteinander verbunden sind, aus einem Material besteht, das ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement enthält, und mindestens eine Verbindungsfläche des anderen Substrats unter dem ersten und zweiten Substrat (2, 102), (1, 101) aus einem oxidierbaren Element oder einem ein oxidierbares Element enthaltenden Material besteht.

4. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Außenrandabschnitt des ersten Substrats (2, 102) ein Außenrandabschnitt einer Isolierschicht (93) zum elektrischen Isolieren der Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und des ersten Substrats (2, 102), ein Außenrandabschnitt der Elektrode (2, 102) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls sowie ein Außenrandabschnitt des zweiten Substrats (1, 101) auf solche Weise miteinander verbunden sind, dass der Elektronenemissionsraum, der zumindest durch das Haltkathodenarray, die Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und die Elektronensammelelektrode gebildet ist, unter Vakuum gehalten wird.

5. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der zumindest hinsichtlich der Verbindungsfläche des zweiten Substrats (1, 101) und der Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls ein Teil aus einem Material besteht, das ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement enthält, und der andere Teil aus einem oxidierbaren Element oder einem ein oxidierbares Element enthaltenden Material besteht.

6. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Außenrandabschnitt des ersten Substrats (2, 102), ein Außenrandabschnitt einer Isolierschicht (62) zum elektrischen Isolieren der Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls sowie des ersten Substrats (2, 102) und ein Außenrandabschnitt des zweiten Substrats (1, 101) auf solche Weise miteinander verbunden sind, dass der durch zumindest das Kaltkathodenarray, die Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und die Elektronensammelelektrode gebildete Elektronenemissionsraum unter Vakuum gehalten wird.

7. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der zumindest hinsichtlich der Verbindungsfläche des zweiten Substrats (1, 101) und der Isolierschicht (62) ein Teil aus einem Material besteht, das ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement enthält, und der andere Teil aus einem oxidierbaren Element oder einem ein oxidierbares Element enthaltenden Material besteht.

8. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Außenrandabschnitt des ersten Substrats (2, 102), ein Außenrandabschnitt einer Isolierschicht (180) zum elektrischen Isolieren der Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls sowie des ersten Substrats (2, 102), ein Außenrandabschnitt der Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls, ein Abstandshalter (181), der für den Verbindungsvorgang vorhanden ist, ein Außenrandabschnitt der Elektronensammelelektrode und ein Außenrandabschnitt des zweiten Substrats (1, 101) auf solche Weise miteinander verbunden sind, dass der durch zumindest das Kaltkathodenarray, die Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und die Elektronensammelelektrode gebildete Elektronenemissionsraum unter Vakuum gehalten wird.

9. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der von den Bauteilen des Verbindungs-Abstandshalters (181) und der Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls eines aus einem Material besteht, das ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement enthält, und das andere aus einem oxidierbaren Element oder einem ein oxidierbares Element enthaltenden Material besteht.

10. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der von den Bauteilen des Verbindungs-Abstandshalters (181) und der Elektronensammelelektrode eines aus einem Material besteht, das ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement enthält, und das andere aus einem oxidierbaren Element oder einem ein oxidierbares Element enthaltenden Material besteht.

11. Elektronen emittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der der Abstandshalter (181) ein Dünnfilm ist, der aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, das auf der Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und der Elektronensammelelektrode ausgebildet ist.

12. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der zumindest eine Fläche des ersten Substrats (2, 102) isoliert ist und das Kaltkathodenarray und die Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls auf der isolierten Oberfläche des ersten Substrats (2, 102) als Vielzahl von Leitungen ausgebildet sind.

13. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Elektronensammelelektrode (8, 108) zusammen mit dem Kaltkathodenarray und der Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls auf einer isolierten Oberfläche des ersten Substrats (2, 102) als Vielzahl von Leitungen ausgebildet ist.

14. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Elektronensammelelektrode auf dem zweiten Substrat (1, 101) ausgebildet ist.

15. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 12, 13 oder 14, bei der der Außenrandabschnitt des ersten Substrats (2, 102), der für den Verbindungsvorgang vorhandene isolierende Abstandshalter (181) und der Außenrandabschnitt des zweiten Substrats (1, 101) auf solche Weise miteinander verbunden sind, dass der durch zumindest das Kaltkathodenarray, die Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und die Elektronensammelelektrode (8, 108) gebildete Elektronenemissionsraum unter Vakuum gehalten wird.

16. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der ein Verdrahtungsabschnitt zumindest an einem Ende jeder einer Vielzahl von Leitungen, die als Kaltkathodenarray und als Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls am Außenrandabschnitt des ersten Substrats (2, 102) ausgebildet sind, und wobei an jedem Verdrahtungsabschnitt des Kaltkathodenarrays und der Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls der Außenrandabschnitt des ersten Substrats (2, 102) mit dem Abstandshalter (181) und dem zweiten Substrat (1, 101) verbunden ist.

17. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der ein Verdrahtungsabschnitt zumindest an einem Ende jeder einer Vielzahl von Leitungen, die als Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls und als Elektronensammelelektrode (8, 108) am Außenrandabschnitt des ersten Substrats (2, 102) ausgebildet sind, vorhanden ist, und wobei an jedem Verdrahtungsabschnitt der Elektrode (92, 192) zum Aufnehmen eines Elektronenstrahls sowie der Elektronensammelelektrode (8, 108) der Außenrandabschnitt des ersten Substrats (2, 102) mit dem Abstandshalter (181) und dem zweiten Substrat (1, 101) verbunden ist.

18. Elektronen emittierende Vorrichtung nach einem der ansprüche 14 bis 17, bei der hinsichtlich der Verbindungsfläche des ersten Substrats (2, 102) und des Abstandshalters (181) zumindest ein Teil aus einem Material besteht, das ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement enthält, und der andere Teil aus einem oxidierbaren Element oder einem das oxidierbare Element enthaltenden Material besteht.

19. Elektronen emittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei der hinsichtlich der Verbindungsfläche des zweiten Substrats (1, 101) und des Abstandshalters (181) zumindest ein Teil aus einem Material besteht, das ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement enthält, und der andere Teil aus einem oxidierbaren Element oder einem das oxidierbare Element enthaltenden Material besteht.

20. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der auf dem ersten und zweiten Substrat (2, 102), (1, 101), die an ihren Anoden miteinander verbunden sind, auf mindestens einem der Substrate oder auf den Substraten ausgebildeten Strukturen eine Elektrodenschicht vorhanden ist, um eine erforderliche Spannung für den Verbindungsvorgang an Anoden für einen geeigneten Abschnitt anzulegen.

21. Elektronen emittierende Vorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Substrat (2, 102), (1, 101), die einander gegenüberstehen und an ihren Rändern miteinander verbunden sind, um zwischen sich einen einzelnen Vakuumraum zu bilden, in dem eine Elektrodenstruktur mit einer Kaltkathodeneinrichtung und einer Vielzahl von Elektronenguellen (91), einer Gateelektrode (92), die elektrisch gegen die Kaltkathodeneinrichtung isoliert ist, und einer Anode (8), die elektrisch gegen die Kaltkathodeneinrichtung und die Gateelektrode isoliert ist, gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Teil des ersten Substrats mit einem Material, das ein Alkalimetallelement und ein Sauerstoffelement enthält, und einen Teil des zweiten Substrats mit einem oxidierbaren Element oder einem ein oxidierbares Element enthaltenden Material umfasst, wobei die Teile der Substrate an ihren Rändern die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Substrat bilden.

22. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der die zwischen dem ersten und zweiten Substrat (2, 102), (1, 101) hergestellte Verbindung einen Teil der Elektrodenstruktur umfasst, die zwischen das erste und zweite Substrat eingebettet ist.

23. Verfahren zum Herstellen der durch Anspruch 22 definierten Elektronen emittierende Vorrichtung, bei dem die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Substrat (2, 102), (1, 101) dadurch hergestellt wird, dass Wärme und Spannung zugeführt werden, ohne dass ein Schmelzen hervorgerufen wird.