DE69627951T2

DE69627951T2 - Verfahren zur Herstellung einer elektronenemittierende Vorrichtung

Info

Publication number: DE69627951T2
Application number: DE69627951T
Authority: DE
Inventors: Taiko Ohta-ku Motoi; Takeo Ohta-ku Tsukamoto; Sotomitsu Ohta-ku Ikeda; Kumi Ohta-ku Nakamura; Toyoko Ohta-ku Kobayashi; Naoko Ohta-ku Miura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-10-12
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: DE69627951D1; CN1099691C; EP0769796B1; EP0769796A1; JPH1069850A; JP3241613B2; KR970024839A; US6017259A; KR100238607B1; CN1162244A

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer elektronenemittierenden Vorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronenquelle und ein Verfahren zur Herstellung eines Bilderzeugungsgeräts, das aus solch eine Elektronenquelle besteht, und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer elektronenemittierenden Vorrichtung mittels einer Tintenstrahltechnik.
Zum Stand der Technik
Es waren bisher zwei Arten elektronenemittierender Vorrichtungen bekannt, der thermoelektronische Emissionstyp und der elektronische Kaltkathoden-Emissionstyp. Von diesen bezieht sich der elektronische Kaltkathoden-Emissionstyp auf Vorrichtungen einschließlich elektronenemittierender Vorrichtungen vom Feldemissionstyp, vom Metall/Isolierschicht/Metall-Typ und von oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtungen.
Beispiele von der Feldemissionstyp-Vorrichtung wurden von W. P. Dyke & W. W. Dolan, "Field Emission", Advance in Electron Physics, 8, 89 (1956) und von C. A. Spindt, "Physical Properties of Thin-Film Field Emission Cathodes with Molybdenum Cones", J. Appl. Phys., 47, 5248 (1976) beschrieben. Beispiele von der Metall/Isolierschicht/Metall-Typ-Vorrichtung wurden von C. A. Mead, "Operation of Tunnel-Emission Devices", J. Appl. Phys., 32, 646 (1961) beschrieben.
Beispiele von oberflächenleitender, elektronenemittierender Vorrichtung wurde unter anderem von M. I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10, 1290, (1965) beschrieben.
Eine oberflächenleitende, elektronenemittierende Vorrichtung wird unter Anwendung des Phänomens realisiert, daß Elektronen von einer kleinen, dünnen Schicht emittiert werden, die auf einem Substrat gebildet wird, wenn ein elektrischer Strom veranlaßt wird, parallel zur Schichtoberfläche zu fließen. Während Elinson u. a. die Verwendung einer Dünnschicht aus SnO₂ (Zinnoxid) für eine Vorrichtung dieses Typs vorschlägt, wurde hingegen die Verwendung einer Dünnschicht aus Au (Gold) in [G. Dittmer: "Thin Solid Films", 9, 317 (1972)] vorgeschlagen, wohingegen die Verwendung einer Dünnschicht aus In₂O₃/SnO₂ (Indiumoxid/Zinnoxid) beziehungsweise Dünnschichten aus Kohlenstoff von [M. Hartwell und C. G. Fonstad: "IEEE Trans. ED Conf.", 519 (1975)] beziehungsweise von [H. Araki u. a.: "Vacuum", Vol. 26, No. 1, p 22 (1983)] stammen.
18 der anliegenden Zeichnung zeigt eine typische oberflächenleitende, elektronenemittierende Vorrichtung, die von M. Hartwell vorgeschlagen wurde. In 18 haben die Bezugszeichen folgende Bedeutung: 1 bezeichnet ein Substrat, 4 eine elektrisch leitende Dünnschicht, die üblicherweise durch Herstellung einer H-förmigen dünnen Metalloxidschicht mit Hilfe der Kathodenzerstäubung aufbereitet wird, wobei ein Teil von ihr nachfolgend in einen elektronenemittierenden Bereich 5 umgewandelt wird, wenn sie einem Stromleitungsvorgang, als Erregerbildung bezeichnet, unterworfen wird, wie nachfolgend beschrieben. In 18 steht sich ein Vorrichtungselektrodenpaar im Abstand L von 0,5 mm bis 1 mm gegenüber, und der Zentralbereich der elektrisch leitenden Schicht hat eine Breite W' von 0,1 mm.
Abgesehen von der obigen Vorrichtung hat der Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung eine oberflächenleitende, elektronenemittierende Vorrichtung vorgeschlagen, die durch die Anordnung eines Vorrichtungselektrodenpaares und einer elektrisch leitenden Dünnschicht auf einem Substrat in verschiedenen Herstellungsschritten, wie sie typisch in der offenliegenden Japanischen Patentanmeldung No. 7-235255 beschrieben wird. Die 19A und 19B zeigen die vorgeschlagene oberflächenleitende, elektronenemittierende Vorrichtung. Die zwischen einem Vorrichtungselektrodenpaar 2 und 3 angeordnete elektrisch leitende Dünnschicht wird vorzugsweise aus elektrisch leitenden Feinteilchen hergestellt, um einen elektronenemittierenden Bereich zu erzeugen, der in einer bestimmten Weise arbeitet. Beispielsweise wird eine aus Feinteilchen von Palladiumoxid (PdO) bestehende Schicht vorzugsweise für die elektrisch leitende Dünnschicht verwendet.
Herkömmlich wird ein elektronenemittierende Zone 5 in einer oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtungen erzeugt, indem die elektrisch leitende Dünnschicht 4 der Vorrichtung einer stromleitenden Behandlung unterworfen wird, was als Erregerbildung bezeichnet wird. Bei einem Erregerbildungsvorgang wird eine konstante Gleichspannung oder eine langsam ansteigende Gleichspannung, die typischerweise mit 1 V/min ansteigt, an vorgegebene, gegenüberliegende Enden einer elektrisch leitenden Schicht 4 angelegt, um die Schicht teilweise zu zerstören, zu deformieren oder umzusetzen, und um eine elektronenemittierende Zone 5 zu erzeugen, die einen hohen elektrischen Widerstand aufweist. Als Folge ist die elektronenemittierende Zone 5 Teil der elektrisch leitenden Schicht 4, die typischerweise einen Riß oder Risse enthält, wodurch Elektronen vom Riß und seiner Umgebung emittiert werden können. Es sei angemerkt, wenn eine oberflächenleitende, elektronenemittierende Vorrichtung einmal eine Erregerbildung unterworfen wurde, emittiert eine oberflächenleitende, elektronenemittierende Vorrichtung Elektronen aus ihrer elektronenemittierenden Zone 5, sobald eine entsprechender Spannungswert an die elektrisch leitende Schicht 4 angelegt wird, um einen elektrischen Strom durch die Vorrichtung fließen zu lassen.
Mit dem oben beschriebenen Erregerbildungsverfahren zur Erzeugung einer elektronenemittierenden Zone ist es jedoch schwierig, das Verfahren zufriedenstellend zu steuern, speziell an der Stelle, an der die elektrisch leitende Dünnschicht der elektronenemittierenden Zone erzeugt wird, und welche Form sie hat, wenn eine große Anzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen einem Erregerbildungsverfahren unterworfen werden, können die erzeugten elektronenemittierenden Zonen von Vorrichtung zu Vorrichtung, bezogen auf die Stelle in der elektrisch leitende Dünnschicht und auf die Form, variieren. In einigen Fällen kann die elektronenemittierende Zone zwischen den Vorrichtungselektroden eine Mäanderform zeigen. Derartige Veränderungen bei der Stelle und bei der Form wirken sich auf die elektronenemittierende Eigenschaft der Vorrichtungen aus, wodurch sich der elektrische Emissionsstrom Ie und der Elektronenemissionswirkungsgrad (das Verhältnis des elektrischen Emissionsstroms zu dem Strom If, der durch die Vorrichtung fließt, oder η = Ie/If) von Vorrichtung zu Vorrichtung ändern können.
Das heißt, werden eine große Anzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen zur Bildung eines Bilderzeugungsgeräts auf einem Substrat angeordnet, und wird es von einem Videosignal angesteuert, um gleichförmige Helligkeit zu erzeugen, kann sich der elektrischen Emissionsstrom der elektronenemittierenden Vorrichtungen von Vorrichtung zu Vorrichtung ändern, was für ein Bild Anlaß ist, eine unregelmäßige Helligkeit aufzuweisen, die zum Nachteil der Geräteeigenschaft ist.
Speziell: Wenn die elektronenemittierende Zone einer elektronenemittierenden Vorrichtung viele Mäander aufweist, kann der Durchmesser des emittierten Elektronenstrahls sich ausdehnen, was auf der Fluoreszenzschicht des Bilderzeugungsgeräts einen großen, hellen Fleck hervorruft. Dies bedeutet, daß Bildpunkte in hohem Grade dicht angeordnet sind, um fein gestaltete Bilder anzuzeigen, kann der von einer elektronenemittierenden Vorrichtung, die eine mäanderförmige elektronenemittierende Zone hat, emittierte Elektronenstrahl teilweise eine oder mehrere der benachbarten Bildpunkte bestrahlen, was zu einer schwerwiegenden Abnahme der Qualität der anzuzeigenden Bilder führt.
Der Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung hat bisher verschiedene Verfahren vorgeschlagen, die das oben erkannte Problem umgehen können. Beispielsweise beschreibt die offengelegte Japanische Patentanmeldung No. 1-112633 ein Verfahren zur Steuerung der Stelle der elektronenemittierenden Zone bei einer elektronenemittierenden Vorrichtung, indem eine elektrisch leitende Dünnschicht von zwei elektrisch leitenden Gliedern gebildet wird, die unterschiedliche Schmelzpunkte haben, und folglich eine elektronenemittierende Zone an einer Stelle haben, die entlang der Begrenzungslinie der beiden unterschiedlichen Glieder angeordnet ist. Die offengelegte Japanische Patentanmeldung No. 2-247940 beschreibt ein Verfahren einer Anordnung eines stufenförmigen Gliedes an einer Stelle zur Erzeugung einer elektronenemittierenden Zone und die Bildung einer elektrisch leitende Dünnschicht entlang des stufenförmigen Gliedes, um hier eine Stufe zu erzeugen, wobei später entlang dieser Stufe eine elektronenemittierende Zone gebildet wird. Die offengelegte Japanische Patentanmeldung No. 8-96699 lehrt ein Verfahren, bei dem ein Vorrichtungselektrodenpaar verwendet wird, das unterschiedliche Schichtdicken hat, und bei der eine elektronenemittierende Zone entlang einer Kante der Vorrichtungselektrode gebildet wird, die die größere Dicke aufweist. In der offengelegten Japanischen Patentanmeldung No. 8-212916 schließlich wird ein Verfahren vorgestellt, das die Zusammensetzung eines Teils der elektrisch leitenden Dünnschicht modifiziert, indem sie mit einem Laserstrahl örtlich bestrahlt wird, um den elektrischen Widerstand an dieser Stelle zu erhöhen, und um ihn in eine elektronenemittierende Zone durch Erregerbildung umzuwandeln.
Wie oben beschrieben, wurde eine ganze Reihe von Verfahren zur Steuerung der elektronenemittierenden Zone, ausgedrückt durch Lage und Form beim Ablauf ihrer Herstellung durch Erregerbildung vorgeschlagen. Sämtliche Verfahren wurden entworfen, um Teil einer elektrisch leitende Dünnschicht einer elektronenemittierenden Vorrichtung zu modifizieren, um sie strukturell vom restlichen Teil der elektrisch leitenden Dünnschicht mit Hilfe einer speziellen Entwurfstechnik, wie beispielsweise die Verwendung eines Laserstrahls oder eines Feinverarbeitungsarbeitsablaufs einschließlich der Verwendung eines speziell entworfenen Gliedes zur Herstellung eines Abbilds auf der Vorrichtung oder die Verwendung einer scharfen Kante, die auf einer der Vorrichtungselektroden gebildet werden, zu unterscheiden.
Das Dokument EP-A-0717428, relevanter Stand der Technik im Sinne von Artikel 54(3) EPC, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronenquelle, die eine Anordnung von elektronenemittierenden Vorrichtungen hat, die auf einem Substrat mit Hilfe einer Herstellung einer kontinuierlichen elektrisch leitenden Dünnschicht auf dem Substrat zwischen zwei Elektroden angeordnet ist. Die Dünnschicht wird durch Anwendung elektrisch leitender, schichtbildender Tintepunkte auf der Substratoberfläche an vorbestimmten Stellen bereitgestellt.
Das Dokument USA-A-3611077, relevanter Stand der Technik im Sinne von Artikel 54(2) EPC, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronenquelle, indem Tröpfchen auf eine Substratoberfläche zwischen zwei Elektroden aufgebracht werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer elektronenemittierenden Vorrichtung bereitzustellen.
Ein weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer elektronenemittierenden Vorrichtung auf einer Massenproduktionsbasis mit verbesserter Ausbeute bereitzustellen.
Eine noch anderere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer elektronenemittierenden Vorrichtung bereitzustellen, die bezüglich der Elektronenemission beachtlich einheitlich arbeitet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eine elektronenemittierenden Vorrichtung, die zur stellenweisen Steuerung der Bildung einer elektronenemittierenden Zone fähig ist, und ein Verfahren einer Elektronenquelle, die eine Anzahl von solchen Vorrichtungen und ein Bilderzeugungsgerät, das solch eine Elektronenquelle verwendet, bereitzustellen.
Erfindungsgemäß werden die obigen Aufgaben gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer elektronenemittierenden Vorrichtung entsprechend Anspruch 1.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die 1A bis 1B zeigen eine erste elektronenemittierende Vorrichtung, realisiert durch Anwenden der vorliegenden Erfindung.
Die 2A und 2B zeigen eine zweite elektronenemittierende Vorrichtung, realisiert durch Anwenden der vorliegenden Erfindung.
Die 3A und 3B zeigen eine dritte elektronenemittierende Vorrichtung, realisiert durch Anwenden der vorliegenden Erfindung.
Die 4A und 4B zeigen eine vierte elektronenemittierende Vorrichtung, realisiert durch Anwenden der vorliegenden Erfindung.
Die 5A und 5B zeigen eine fünfte elektronenemittierende Vorrichtung, realisiert durch Anwenden der vorliegenden Erfindung.
Die 6A und 6B zeigen eine sechste elektronenemittierende Vorrichtung, realisiert durch Anwenden der vorliegenden Erfindung.
Die 7A und 7B zeigen graphische Darstellungen zweier unterschiedlicher Impulsspannungswellenformen, die zur Erregerbildung zum Zweck der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
8 zeigt ein Meßsystem, das zur Auswertung der elektronenemittierenden Eigenschaft einer elektronenemittierenden Vorrichtung dient, hergestellt nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Spannung Vf und dem Strom If, der eine elektronenemittierenden Vorrichtung durchfließt, hergestellt durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung, in Verbindung mit der Beziehung zwischen der Spannung Vf und dem elektrischen Emissionsstrom Ie der Vorrichtung.
10 zeigt eine erste Elektronenquelle, realisiert durch Anwenden der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt eine Teilschnittansicht aus perspektivischer Sicht eines Bilderzeugungsgeräts, das die Elektronenquelle von 10 enthält.
Die 12A und 12B sind zwei mögliche Entwürfe einer fluoreszierenden Schicht, die für ein Bilderzeugungsgerät verwendet werden kann, realisiert durch Anwenden der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt ein Blockdiagramm eines Vakuumgeräts zur Herstellung eines Bilderzeugungsgeräts durch Anwenden der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt ein Schaltungsdiagramm zur Verbindung der Elektronenquelle von 1C an eine Versorgungsspannungsquelle, um einen Erregerbildungsvorgang durchzuführen.
15 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Steuerschaltung, die zur Ansteuerung eines Bilderzeugungsgeräts verwendet werden kann, hergestellt nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und angepaßt an NTSC-Signale.
16 zeigt eine zweite Elektronenquelle, realisiert durch Anwenden der vorliegenden Erfindung.
17 zeigt eine Teilschnittansicht aus perspektivischer Sicht eines Bilderzeugungsgeräts, das die Elektronenquelle von 16 enthält.
18 zeigt eine bekannte elektronenemittierenden Vorrichtung.
Die 19A und 19B zeigen eine weitere bekannte elektronenemittierende Vorrichtung.
Die 20A bis 20G zeigen verschieden Schritte eines Verfahrens der Herstellung einer elektronenemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 21A und 21B zeigen zwei unterschiedliche Tintenstrahlköpfe, die zum Zweck der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die vorliegenden Erfindung verwendet einige der Vorteile eines Tintenstrahlsystems, um die Bildung einer elektronenemittierenden Zone bei einer elektronenemittierenden Vorrichtung örtlich zu steuern.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Produkts, das eine oder mehr als eine elektronenemittierenden Vorrichtung enthält, erfordert nicht die Anwendung eines Feinverarbeitungsarbeitsablaufs aus Sicht der Kosteneinsparung. Beispielsweise kann der Maskenbildungsverarbeitungsablauf, der eine Feinverarbeitungstechnik verwendet, beispielsweise Photolithographie, zur Erzeugung einer elektrisch leitenden Dünnschicht mit einer bestimmten Struktur durch den Arbeitsablauf durch Anwendung einer Lösung, die einen Zwischenstoff der elektrisch leitenden Dünnschicht enthält, auf ein Substrat mit Hilfe eines Tintenstrahlgeräts ersetzt werden, wobei anschließend das angewendete Material getrocknet und aufgeheizt wird. Wenn jedoch die Verwendung eines Tintenstrahlgeräts den Feinverarbeitungsarbeitsablauf zur Steuerung des genauen Ortes der elektronenemittierenden Zone in sich einschließt, können möglicherweise die Vorteile eine Tintenstrahlsystems verloren gehen. Hinzu kommt während Vorrichtungselektroden und Drähte bei einer elektronenemittierenden Vorrichtung durch Drucken oder mit Hilfe eines Tintenstrahlgeräts gebildet werden können, läßt sich eine scharfe Kante an der Vorrichtungselektrode mit einem derartigen Verfahren nur schwer herstellen, im Gegensatz zu dem Fall, einen Feinverarbeitungsarbeitsablauf anzuwenden.
Wie oben beschrieben, kann durchaus nicht jedes bekannte Verfahren der örtlichen Steuerung der Bildung einer elektronenemittierenden Zone mit einem Verfahren der Herstellung einer elektronenemittierenden Vorrichtung mit Hilfe eines Tintenstrahlgeräts verwendet werden.
Deshalb tritt die Nachfrage nach einem Verfahren der örtlichen Steuerung der Bildung einer elektronenemittierenden Zone bei einer elektronenemittierenden Vorrichtung auf, die mit einem Verfahren der Herstellung einer elektrisch leitenden Dünnschicht, Vorrichtungselektroden und Drähten bei einer elektronenemittierenden Vorrichtung verwendet werden kann.
Die obige Nachfrage ist besonders bemerkenswert auf dem Gebiet der Herstellung einer Elektronenquelle, indem eine große Anzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen auf einem großen Substrat mit Hilfe eines Tintenstrahlgeräts angeordnet werden sollen, weil dieses Herstellungsverfahren gegenüber einem Maskenbildungsverfahren unter Verwendung der Photolithographie aus Sicht der Anzahl der Schritte und der erforderlichen Einfachheit der Herstellung vorteilhaft ist. Diese Erfindung wird auf der Grundlage der obigen Beobachtung erreicht.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitende Dünnschicht vorgesehen, indem ein oder mehrere Tropfen eines flüssigen Materials der Schicht auf ein Substrat mit Hilfe eines Tintenstrahlgeräts aufgebracht werden, wobei das "latente Bild" der elektronenemittierenden Zone beim Erregerbildungsverfahren entsteht, wie weiter oben beschrieben, um die örtlich die Bildung der elektronenemittierenden Zone zu steuern.
Der auf das Substrat aufgebrachte Tropfen bildet typisch einen im wesentlichen kreisförmige elektrisch leitende Schicht. Die kreisförmige elektrisch leitende Schicht oder ihr Zwischenstoff, der eine Metallverbindung ist, wird künftig als ein "Punkt" bezeichnet. Ein Punkt kann gebildet werden, indem ein einzelner Tropfen oder eine Anzahl von Tropfenwiederholt auf die gleiche Stelle angewendet wird.
Die 21A und 21B zeigen zwei unterschiedliche Tintenstrahlköpfe 41, die mit einem Tintenstrahlgerät zum Zweck diese Erfindung verwendet werden kann. Die Köpfe sind speziell geeignet für "Bubble Jets" (BJ). 21A zeigt einen Kopf mit einer Strahldüse 44, und 21B zeigt einen Kopf mit einer Vielzahl von seitlich angeordneten Strahldüsen 44.
Die Lösung des Materials des elektrisch leitenden Schicht wird durch eine Heizeinheit 42 aufgeheizt, die entlang dem Leitungsrohr 43 der Lösung angebracht ist, das zur Düse 44 führt, um augenblicklich Dampfblasen zu bilden, die einen bestimmten Betrag der Materiallösung veranlaßt, aus der Düse in Form von Tropfen ausgestoßen zu werden. Jeder Tropfen wiegt zwischen einigen Nanogramm und einigen Zehnfachen eines Nanogramms.
Alternativ kann ein Piezostrahlsystem, das zum Zweck dieser Erfindung verwendet wird, Tropfen einer Lösung aus einer Düse aufgrund des Deformierungseffekts einer piezoelektrischen Vorrichtung herausschleudern.
In den 21A und 21B bezeichnet das Bezugszeichen 45 ein Lösungszuleitungsrohr, das mit einem Lösungsspeichertank (hier nicht gezeigt) verbunden ist, um den Kopf 41 mit der Materiallösung zu versorgen.
Die Erfindung sieht einige unterschiedliche Wege zur Bildung einer elektrisch leitenden Schicht einer elektronenemittierenden Vorrichtung mit Hilfe eines Tintenstrahlsystems vor, die unten beschrieben sind.
Entsprechend einer ersten Betrachtungsweise der Erfindung wird eine Vielzahl von Punkten gebildet, um ein Vorrichtungselektrodenpaar zu überbrücken und um eine elektrisch leitenden Schicht mit veränderlicher Schichtdicke zu erzeugen, wodurch eine Fläche der Schicht mit relativ geringer Dicke für ein latentes Bild der elektronenemittierenden Zone verwendet werden kann.
Das latente Bild kann nahe an einer der Vorrichtungselektroden, wie in den 1A, 1B, 2A und 2B gezeigt, oder in der Mitte des Abstands zwischen den Vorrichtungselektroden, wie in den 3A und 3B gezeigt, angeordnet werden.
Eine elektrisch leitende Schicht mit unterschiedlicher Schichtdicke kann entweder erzeugt werden durch Steuerung, wie oft Tropfen der Materiallösung auf einen Punkt geschleudert werden sollen, oder durch Aufschleudern von Tropfen der Materiallösung mit unterschiedlichen Konzentrationen der schichtbildenden Metallverbindung.
Es sollte angemerkt werden: Während Tropfen mit gleicher Konzentration der schichtbildenden Metallverbindung kontinuierlich angewendet werden, um die Punkte 4-1 und 4-2 der 2A für eine elektrisch leitende Schicht mit veränderlicher Schichtdicke zu erzeugen, sollten nicht kontinuierlich für Tropfen unterschiedlicher Konzentrationen, wie in den 4-1 und 4-2 von 1A gezeigt, angewendet werden. Im letzteren Fall ist es erforderlich, daß entweder Punkt 4-1 oder Punkt 4-2 durch Anwendung eines Tropfens gebildet wird, und nach dem Trocknen oder Sintern des Tropfens von dem Punkt wird der andere Punkt durch Anwendung eines Tropfens erzeugt. Grund hierfür ist: Wenn zwei Tropfen mit unterschiedlicher Konzentration nacheinander angewendet werden, bevor der vorherige Tropfen ausreichend getrocknet ist, können sich die beiden Tropfen miteinander vermischen, um so das Objekt der Herstellung eines latenten Bildes zu zerstören. Es sei zusätzlich angemerkt, daß dieses Theorem des Vermeidens einer Vermischung von Tropfen unterschiedlicher Konzentration an anderer Stelle in der folgenden Beschreibung angewendet wird.
Entsprechend einer zweiten Betrachtungsweise der Erfindung kann die elektronenemittierenden Zone örtlich gesteuert werden, indem der Unterschied in der Stromdichte, die von der Form des Punktes, der der Erregerbildung unterworfen wird, auftreten kann. Entsprechend dieser Betrachtungsweise der Erfindung wird ein Punkt geformt, dessen Mittelpunkt sich nicht genau in der Mitte des Abstands, der die beiden Vorrichtungselektroden trennt, befindet, sondern in Richtung zu einer der Vorrichtungselektroden versetzt ist, wodurch die elektrisch leitende Schicht eine Kante einer der Vorrichtungselektroden stärker überdeckt als die Kante der anderen Vorrichtungselektrode, wie in den 4A und 4B gezeigt. Mit dieser Anordnung wird die Stromdichte an der Kante mit einer kleineren Schichtbedeckung größer sein als an der Kante mit einer größeren Schichtbedeckung beim Erregerbildungsverfahren, wodurch eine elektronenemittierenden Zone geeignet ist, entlang der vorherigen Kante gebildet zu werden. Da das Verteilungsmuster der Schichtdicke der elektrisch leitenden Schicht nicht auf einfache Weise definiert werden kann, weil es von mehreren Parametern abhängt, wird die Schicht dicker in der Mitte des Punktes und dünner in den peripheren Bereichen unter entsprechend ausgewählten Bedingungen. Deshalb kann die örtliche Anordnung der elektronenemittierenden Zone genau gesteuert werden, indem entsprechend ausgewählte Bedingungen für das punktbildende Verfahren gewählt werden.
Als ein Ergebnis der Serien von Vorstudien wurde festgestellt, daß die elektronenemittierende Zone einer elektronenemittierenden Vorrichtung entlang der Kante einer der gepaarten Vorrichtungselektroden mit Sicherheit gebildet werden kann, wenn die elektrisch leitende Schicht an den entsprechenden Kanten der Vorrichtungselektroden Breiten hat, die folgende Beziehung erfüllen: (w1/w2) ≥ 2,wobei w₁ und w₂ die Breiten der elektrisch leitenden Schicht an den entsprechenden Kanten der Vorrichtungselektroden 2 und 3 sind.
Da die Schichtbedeckung keine bedeutenden Unterschied zwischen den gegenüberliegenden Kanten der Vorrichtungselektroden zeigt, wenn eine Vielzahl von sich teilweise überlappenden Punkten entlang der Kanten gebildet werden, kann der Effekt der Herstellung einer elektronenemittierenden Zone entlang einer der Kanten durch entsprechende Differenzierung der sich überlappenden Bereiche der Punkte realisiert werden.
Entsprechend einer dritten Betrachtungsweise der Erfindung kann die elektronenemittierenden Zone örtlich gesteuert werden, indem der spezifische Widerstandswert eines Teils der elektrisch leitenden Schicht erhöht wird, und dieser Teil mit einem relativ großen spezifische Widerstandswert zur Herstellung eines latenten Bildes verwendet wird.
Verfahren, die zur Herstellung eines Teils mit einem relativ hohen spezifischen Widerstandswert verwendet werden können, beinhalten, daß die Anwendung eines Tropfens einer Lösung von einem schwer oxidierbaren Metall und eines Tropfens einer Lösung von einem leicht oxidierbaren Metall herangezogen wird, um einen Punkt des schwer oxidierbaren Metalls und ein Punkt des Oxids des leicht oxidierbaren Metalls zu erzeugen, das von Tropfen zweier Lösungen des gleichen Metalls mit unterschiedlichen thermischen Zersetzbarkeit angewendet wird, um einen Punkt von dem Metall zu erzeugen, und vom Oxid des Metall durch entsprechende Steuerung des thermischen Zersetzbarkeitsvorgangs und durch Anwendung von Tropfen zweier unterschiedlicher Lösungen zweier unterschiedlicher Metalle, um teilweise sich überlappende Punkte zu erzeugen, wodurch eine Legierung mit einem höheren spezifischen Widerstandswert als der jedes Einzelmetalls in diesem Bereich erzeugt wird (beispielsweise Punkte aus Nickel und Chrom können eine Legierung aus Nickel und Chrom (Nichrom) erzeugen, das einen höheren spezifischen Widerstandswert als der von Nickel und der von Chrom im überlappenden Bereich hat).
Bei der folgenden Beschreibung wird ein Bereich einer elektrisch leitenden Schicht, die geeignet ist, eine elektronenemittierenden Zone in einem erregerbildenden Verfahren zu erzeugen, indem die Schichtdicke oder die Schichtbreite reduziert wird, als "strukturelles latentes Bild" bezeichnet. Wohingegen ein Bereich einer elektrisch leitenden Schicht, die geeignet ist, eine elektronenemittierenden Zone in einem erregerbildenden Verfahren durch Erhöhen des spezifischen Widerstandswerts zu erzeugen, wird als "zusammengesetztes latentes Bild" bezeichnet.
Obwohl ein Teil der elektrisch leitenden Schicht so hergestellt ist, daß sie wie ein latentes Bild durch ein Maskenbildungsverfahren, das die Anwendung bekannter Feinverarbeitungstechniken beinhaltet, erscheint, hat ein Verfahren entsprechend der Erfindung den folgenden Vorteil gegenüber einem bekannten Maskenbildungsverfahren zusätzlich zu der Tatsache, daß das andere Verfahren einfacher und weniger kostenaufwendig bezogen auf die Anzahl der Fertigungsschritte und des Gerätes zur Herstellung eines latenten Bildes ist.
wird eine bekannte Maskenbildungstechnik, das Feinverarbeitung einschließt, für den Vorgang des Unterscheidens der Dicke der Punkte auf dem Substrat verwendet, um eine elektronenemittierende Zone in einer elektrisch leitenden Schicht entsprechend der ersten Betrachtungsweise der Erfindung zu erzeugen oder die Aufbringen von Tropfen aus Lösungen unterschiedlicher Materialien, um eine elektronenemittierende Zone in einer elektrisch leitenden Schicht entsprechend dem dritten Betrachtungsweise der Erfindung zu erzeugen, muß ein Teil der elektrisch leitenden Schicht oder diejenige Schicht des Vorläufers zuerst einem Maskenbildungsarbeitsablauf unterzogen werden, und anschließend muß entweder eine Maske für ein Abtragungsätzen hierauf gebildet werden, oder es muß ein zusätzlicher Ätzvorgang zum Strukturieren der Schicht zusätzlich darauf zu bilden durchgeführt werden. Um die oben beschriebenen Serien von Arbeitsabläufen erfolgreich durchzuführen, müssen eine Reihe von Bedingungen getroffen werden, einschließlich , daß die erste Schicht sehr fest auf dem Substrat haftet, und daß die zweite gebildete Schicht selektiv geätzt werden muß, was als Folge eine Reihe von Einschränkungen bezüglich des Materials der elektrisch leitenden Schicht nach sich zieht. Im Gegensatz hierzu treten bei einem Verfahren entsprechend der Erfindung und bei Verwendung eines Tintenstrahlgeräts keine solchen Einschränkungen auf, und folglich kann eine große Anzahl verschiedener Materialien bereitgestellt werden. Mit anderen Worten: Ein Verfahren entsprechend der Erfindung ist auf verschiedene unterschiedliche Kombinationen von Materialien für die elektrisch leitende Schicht anwendbar.
Die vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 1A und 1B bis 6A und 6B beschrieben, die elektronenemittierende Vorrichtungen zeigen, die unter Verwendung eines Verfahrens entsprechend der Erfindung realisiert werden.
Bezugnehmend auf die 1A und 1B enthält die Vorrichtung ein Substrat 1, ein Vorrichtungselektrodenpaar 2 und 3, eine elektrisch leitenden Schicht 4 (4-1 und 4-2) und eine elektronenemittierende Zone 5.
Als Materialien für das Substrat 1 können genommen werden: Quarzglas, Glas, das Verunreinigungen wie Natriumatome in geringer Konzentration enthält, Kronglas, ein Glassubstrat, das durch Bildung einer SiO₂-Schicht (Silizium(II)-oxid) auf Kronglas mit Hilfe der Kathodenzerstäubung erzeugt wird, keramische Substanzen wie Aluminiumoxid ebenso wie Silizium.
Obwohl die einander gegenüberliegenden Vorrichtungselektroden 2 und 3 aus jedem hochleitfähigem Material bestehen können, werden vorzugsweise Ni (Nickel), Cr (Chrom), Au (Gold), Mo (Molybdän), W (Wolfram), Pt (Platin), Ti (Titan), Al (Aluminium), Cu (Kupfer) und Pd (Palladium) sowie deren Legierungen verwendet; druckbare leitfähige Materialien, bestehend aus einem Metall oder einem Metalloxid, wie Pd, Ag (Silber), RuO₂ (Rutheniumoxid) oder Pd-Ag und Glas, lichtdurchlässigen leitfähigen Materialien wie In₂O₃-SnO₂ (Indiumoxid-Zinnoxid) und Halbleitermaterialien wie polykristallinem Silizium. Der Abstand L, der die Vorrichtungselektroden voneinander trennt, die Länge W der Vorrichtungselektroden und weitere Faktoren zum Entwurf einer oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtung entsprechend der Erfindung können in Abhängigkeit der Anwendung der Vorrichtung ermittelt werden. Der Abstand L, der die Vorrichtungselektroden voneinander trennt, liegt vorzugsweise zwischen einigen Hundert Nanometer und einigen Hundert Mikrometer, oder noch besser zwischen einigen Mikrometer und dem Zehnfachen einiger Mikrometer.
Die Länge W der Vorrichtungselektroden liegt, in Abhängigkeit vom ohmschen Widerstand der Elektroden und der elektronenemittierenden Eigenschaften der Vorrichtung, vorzugsweise zwischen einigen Mikrometer und einigen Hundert Mikrometer. Die Schichtdicke d der Vorrichtungselektroden 2 und 3 liegt zwischen dem Zehnfachen einiger Nanometer und einigen Mikrometer.
Eine oberflächenleitende, elektronenemittierende Vorrichtung entsprechend der Erfindung kann eine andere Anordnung als in den 1A und 1B haben, und alternativ kann sie durch sequentielles Schichten einer elektrisch leitenden Schicht 4 und gegenüberliegend angeordnete Vorrichtungselektroden auf einem Substrat 1 aufbereitet sein.
Die elektrisch leitende Schicht 4 wird vorzugsweise aus Feinteilchen hergestellt, um hervorragende elektronenemittierende Eigenschaften zu liefern Die Dicke der elektrisch leitenden Schicht 4 wird als Funktion der stufenförmigen Bedeckung der elektrisch leitenden Schicht auf den Vorrichtungselektroden 2 und 3, dem ohmschen Widerstand zwischen den Vorrichtungselektroden 2 und 3 sowie den Parametern für das Erregerbildungsverfahren, das weiter unten beschreiben wird, ebenso wie andere Faktoren bestimmt, und die Dicke beträgt vorzugsweise einige Pikometer und einige Hundert Nanometer und noch besser zwischen einem Nanometer und fünfzig Nanometer. Es sei angemerkt, wenn ein strukturelles latentes Bild in einem Teil der elektrisch leitenden Schicht mit einer Schichtdicke gebildet wird, die sich von dem Rest der elektrisch leitenden Schicht unterscheidet, muß die Schichtdicke kleiner als die des Restes der elektrisch leitenden Schicht gemacht werden, und gleichzeitig kann sie unter den oben definierten unteren Grenzwert fallen. Die elektrisch leitende Schicht 4 zeigt üblicherweise einen Flächenwiderstand Rs zwischen 102 Ω/☐ und 10⁷ Ω/☐, wobei Rs durch die Gleichung R = Rs (1/w) definiert ist, wobei R der ohmsche Widerstand einer Schicht mit der Dicke t, einer Breite w und einer Länge 1 ist. Rs = ρ/t, wenn ρ der spezifische Widerstand der Schicht konstant ist und nicht vom Ort auf der Schicht abhängt.
Mit jedem der oben beschriebenen Verfahren entsprechend der Erfindung muß der Flächenwiderstand Rs des latenten Bildes größer als der des Restes der elektrisch leitenden Schicht sein, außer dem Verfahren entsprechend dem zweiten Betrachtungsweise der Erfindung (obgleich der Flächenwiderstand Rs größer im latenten Bild als im Rest der elektrisch leitenden Schicht für das Verfahren entsprechend der zweiten Betrachtungsweise der Erfindung sein kann), und er kann den oben definierten oberen Grenzwert übersteigen.
Zum Zweck der Erfindung können als Materialien für die elektrisch leitende Schicht 4 Metalle wie Pd, Pt, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe (Eisen), Zn, Ta, W (Wolfram) und Pd sowie Oxide wie PdO, SnO₂, In₂O₃, PbO und Sb₂O₃ verwendet werden.
Der hier verwendete Begriff "Feinteilchenschicht" bezieht sich auf eine Dünnschicht, die aus einer großen Anzahl von Feinteilchen gebildet wird, die locker verteilt, fest angeordnet oder gegenseitig und wahlweise überlappend (um eine Inselstruktur unter bestimmten Bedingungen zu bilden) sein können. Der Durchmesser der zu verwendenden Feinteilchen zum Zweck der vorliegenden Erfindung beträgt zwischen Hunderten Pikometer und Hunderten Nanometer, vorzugsweise zwischen einem Nanometer und zwanzig Nanometer
Da der Ausdruck "Feinteilchen" hier häufig benutzt wird, ist er weiter unten genauer beschrieben.
Ein kleines Teilchen wird als "Feinteilchen" bezeichnet, und eine kleineres Teilchen als ein Feinteilchen wird als ein "ultrafeines Teilchen" bezeichnet. Ein Teilchen, das kleiner als ein "ultrafeines Teilchen" ist und aus einigen Hundert Atomen besteht, wird als "Cluster" bezeichnet.
Diese Definitionen sind jedoch nicht streng, und der Bereich jedes Ausdrucks kann je nach spezieller Betrachtungsweise des Teilchens, um das es sich handelt, verändert werden. Ein "ultrafeines Teilchen" kann einfach als ein "Feinteilchen" wie im Fall dieser Patentanmeldung bezeichnet werden.
Das Dokument "The Experimental Physics Course No. 14: Surface/Fine Particles" (ed., Koreo Kinoshita; Kyoritu Publication, 1. September, 1986) beschreibt folgendermaßen.
"Ein hier benutztes Feinteilchen bezieht sich auf ein Teilchen mit einem Durchmesser so zwischen 2 μm bis 3 μm und 10 nm und ein hier benutztes ultrafeines Teilchen bedeutet ein Teilchen, das einen Durchmesser so zwischen 10 nm und 2 nm bis 3 nm hat. Diese Definitionen sind jedoch in keinem Fall streng, und ein ultrafeines Teilchen kann auch einfach als ein Feinteilchen bezeichnet werden. Deshalb sind diese Definitionen in jedem Fall eine Faustregel. Ein Teilchen, das sich aus Zweihundert oder einigen Hundert Atomen zusammensetzt, wird Cluster genannt." (Ibid., S. 195, 11.22–26).
Zusätzlich definiert das Dokument "Hayashi's Ultrafine Particle Poject" der New Technology Development Corporation ein "ultrafeines Teilchen" folgendermaßen: Verwenden einer kleineren Untergrenze für die Teilchengröße.
Das Dokument "The Ultrafine Particle Project (1981 bis 1986) under the Creative Science and Technology Promoting Scheme" definiert ein ultrafeines Teilchen als ein Teilchen, das einen Durchmesser zwischen 1 nm und 100 nm hat. Dies bedeutet, daß ein ultrafeines Teilchen ein Ansammlung von etwa 100 Atomen bis 10⁸ Atomen ist. Aus Sicht eines Atoms ist ein ultrafeines Teilchen ein riesiges oder ultrariesiges Teilchen." (Ultrafine Particle – Creative Science and Technology: ed., Chikara Hayashi, Ryoji Ueda, Akira Tazaki; Mita Publication, 1988, S. 2, 11.1–4) "Ein Teilchen, das kleiner als ein ultrafeines Teilchen ist und das sich aus einigen Atomen bis einigen Hundert Atomen zusammensetzt wird als ein Cluster bezeichnet". (Ibid., p. 2, 11.12–13).
Unter Zugrundelegung der obigen allgemeinen Definitionen wird der hier benutzte Ausdruck "Feinteilchen" auf eine Ansammlung einer großen Zahl von Atomen oder von Molekülen mit einem Durchmesser mit einer Untergrenze zwischen einigen Hundert Pikometern und einem Nanometer und einer Obergrenze von einigen Mikrometer bezogen.
Die elektronenemittierende Zone 5 wird in einem Teil der elektrisch leitenden Schicht 4 gebildet, und sie enthält einen hochohmigen Riß, obgleich ihre Eigenschaft von der Dicke, der Qualität und dem Material der elektrisch leitenden Schicht 4 und dem Erregerbildungsverfahren, das später beschrieben wird, abhängt. Die elektronenemittierende Zone 5 kann im Inneren elektrisch leitende Feinteilchen mit Durchmessern zwischen einigen Hunderten Pikometer und einigen Zehnfachen eines Nanometers enthalten, die Teile oder sämtliche Elemente der Materials der elektrisch leitenden Schicht 4 enthalten kann. Hinzu kommt, daß die elektronenemittierende Zone 5 und benachbarte Bereiche der elektrisch leitenden Schicht 4 Kohlenstoff oder eine oder mehrere Kohlenstoffverbindungen enthalten kann.
Nun wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektronenemittierenden Vorrichtung entsprechend der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1A bis 6B beschrieben, die die elektronenemittierenden Vorrichtungen zeigen, die unterschiedliche Anordnungen haben, und die 20A bis 20G, die die Herstellungsschritte einer elektronenemittierenden Vorrichtung zeigen.

1) Nach vollständiger Reinigung eines Substrats 1 mit einem chemischen Reinigungsmittel und reinem Wasser (20A), wird ein Vorrichtungselektrodenpaar 2 und 3 auf dem Substrat (20B) gebildet. Verfahren, die zur Herstellung der Vorrichtungselektroden verwendet werden können, enthalten ein Verfahren, mit dem ein pastenartiges elektrisch leitendes Material auf das Substrat durch Drucken aufgebracht wird, um eine bestimmte Struktur zu zeigen, das dann gesintert wird, ein Verfahren, bei dem eine Lösung einer Metallverbindung auf das Substrat mit Hilfe eines Tintenstrahlgeräts aufgebracht wird, um eine bestimmte Struktur zu zeigen, die dann ausgeheizt wird, um zu einer elektrisch leitenden Substanz zu werden, und ein Verfahren, mit dem ein Material auf das Substrat für die Vorrichtungselektroden aufgebracht wird, und zwar mit Hilfe einem entsprechenden Verfahren entsprechend der Verdampfung im Vakuum oder der Kathodenzerstäubung, und den Vorrichtungselektroden wird eine vorgegebene Struktur mit Hilfe der Photolithographie gegeben. Jedes dieser Verfahren kann wahlweise in Abhängigkeit der Anwendung der erzeugten Vorrichtung und anderer Betrachtungsweisen verwendet werden.
2) Danach wird auf das Substrat ein Material für die elektrisch leitende Schicht in Form von einem oder mehreren Tropfen des Materials mit Hilfe eines geeigneten Tropfenappliziereinrichtungsmittels, beispielsweise ein Tintenstrahlgerät (das mit einem oder mehr als einem Tropfen aufgebrachte Material wird künftig mit "elektrisch leitende, schichtherstellende Tinte" bezeichnet) aufgebracht. Wenn auch die elektrisch leitende, schichtherstellende Tinte in jeder Form verwendet werden kann, so lange sie auf das Substrat durch ein Tropfenappliziereinrichtungsmittel aufgebracht werden kann, sollte vorzugsweise eine Dispersionslösung, die Feinteilchen eines elektrisch leitenden Materials wie beispielsweise eines der oben angeführten Metalle oder eine Lösung einer Metallverbindung (unter Verwendung von Wasser oder einem organischen Lösungsmittel als Lösungsmittel) verwendet werden.

Besteht die elektrisch leitende Schicht aus einem Metall, einer Legierung oder einer Metallverbindung liegt der Metallanteil der elektrisch leitenden, schichtherstellenden Tinte vorzugsweise zwischen 0,01 Gewichtsprozent und 5 Gewichtsprozent, obgleich der geeignete Bereich des Metallanteils vom enthaltenen Metall oder der Art der Metallverbindung abhängen kann. Ist der Metallanteil zu niedrig, muß eine große Anzahl von Tintentropfen auf das Substrat aufgebracht werden, um eine elektrisch leitende Schicht mit der vorgegebenen Schichtdicke herzustellen, was eine lange Bearbeitungszeit bedeutet, und es erschwert, eine elektrisch leitende Schicht mit einer vorgegebenen Struktur herzustellen. Ist der Metallanteil zu hoch, kann die hergestellte elektrisch leitende Schicht eine unebene Schichtdicke aufweisen, was erschwert, die elektronenemittierende Eigenschaft der Vorrichtung genau zu steuern.
Als erstes werden Verfahren zur Bildung eines strukturellen latenten Bildes beschrieben.
Die 1A und 1B zeigen eine elektrisch leitende Schicht, die in Form eines Punktpaares, das sich teilweise überlappt, mit unterschiedlicher Schichtdicke realisiert wird. Zwei elektrisch leitende, schichtherstellende Tinten mit unterschiedlichem Metallanteil können verwendet werden, wobei der Punkt mit der größeren Schichtdicke von der Tinte mit dem höheren Metallanteil hergestellt sein kann, während der Punkt mit der kleineren Schichtdicke von der Tinte mit dem geringeren Metallanteil hergestellt sein kann. Alternativ kann die Schichtdicke der Punkte unterschiedlich sein, indem eine unterschiedliche Anzahl von Tropfen der gleichen Tinte aufgebracht wird.
Die Herstellungsschritte der 20C bis 20E entsprechen der Vorrichtung der 1A und 1B. Ein Tropfen 46-1 der Tinte mit dem höheren Metallanteil wird von der Strahldüse 44 des Tintenstrahlgeräts auf das Substrat in der Weise geschleudert, daß sie teilweise eine der Vorrichtungselektroden oder die Vorrichtungselektrode 2 bedeckt (20C). Danach wird der Tropfen gesintert, um einen Punkt einer elektrisch leitenden Schicht mit einer größeren Schichtdicke herzustellen (20D).
Anschließend wird ein Tropfen 46-2 der Tinte mit einem niedrigeren Metallanteil auf das Substrat (20E) in der Weise geschleudert, daß sei teilweise die andere Vorrichtungselektrode oder die Vorrichtungselektrode 3 bedeckt, und den Tropfen 4-1 überlappt (20F). Es sei angemerkt, daß der erste Tropfen bei den Eingangsstufen nicht gesintert, sondern nur getrocknet werden muß, und gesintert werden kann, nachdem der zweite Tropfen, um eine elektrisch leitende Schicht in Abhängigkeit vom Typ der Tinte, aufgebracht wurde.
Die obigen Vorgänge zum Aufbringen von Tinten mit unterschiedlichem Metallanteil kann auch bei jedem der anderen Verfahren dieser Erfindung angewendet werden.
Bezugnehmend auf die 1A und 1B hat der Punkt, der sich bei der Vorrichtungselektrode 3 befindet, eine geringere Schichtdicke, und eine elektronenemittierende Zone oder ein strukturelles latentes Bild ist geeignet, hier hergestellt zu werden, speziell in einem Bereich entlang und in der Nähe zu einer zusammengehörigen Kante der Vorrichtungselektrode 3, die eine speziell geringe Schichtdicke zeigen kann, wenn das Verhältnis der Dicke der Vorrichtungselektrode und der Dicke der elektrisch leitende Schicht betrachtet wird. Die Anordnung der 2A und 2B ist ähnlich zu der bei den 1A und 1B, jedoch mit dem Unterschied, daß bei dem letzteren die gebildete elektrisch leitende Schicht eine größeren Breite aufweist.
Ein Ergebnis der vorläufigen Studie, die die örtliche Steuerbarkeit der elektronenemittierenden Zone als eine Funktion der unterschiedlichen Schichtdicken zwischen dem Dickschichtteil und dem Dünnschichtteil untersucht, brachte hervor, daß die elektronenemittierende Zone örtlich exakt gesteuert werden kann, wenn der Dickschichtteil eine Schichtdicke hat, die um das doppelte größer als die Schichtdicke des Dünnschichtteils ist, obgleich dieser Unterschied nicht die absolute Bedingung zur Steuerung der elektronenemittierenden Zone zu liefern braucht, weil die Zone örtlich mit einem Verhältnis kleiner 2 : 1 in Abhängigkeit von den Materialien und den Strukturen des Substrats, der Vorrichtungselektrode und der elektrisch leitende Schicht gesteuert werden kann.
Die 3A und 3B zeigen eine elektronenemittierende Vorrichtung mit Punkten geringer Schichtdicke, die entlang der Mittellinie des Abstands, der die Vorrichtungselektroden trennt, angeordnet ist. Die Punkte können durch das oben beschriebene Verfahren gebildet werden.
Die 4A und 4B zeigen eine elektronenemittierende Vorrichtung mit einem relativ großen Punkt, dessen Mitte in Richtung der Vorrichtungselektrode 2 von der Mittellinie des Abstands, der die Vorrichtungselektroden trennt, verschoben ist. Da der Punkt der elektrisch leitenden Schicht ein geringe Breite entlang de betreffenden Kante der Vorrichtungselektrode 3 hat, wird eine elektronenemittierende Zone mit großer Wahrscheinlichkeit entlang dieser Kante gebildet. Wenn der Punkt den Radius R, der Abstand, der die Vorrichtungselektroden trennt, die Länge L ist, und der Mittelpunkt des Punktes von der Mittellinie des Abstands, der die Vorrichtungselektroden trenn, δL ist, werden die Breite w₁ der elektrisch leitenden Schicht entlang der entsprechenden Kante der Vorrichtungselektrode 2 und die Breite w₂ der elektrisch leitenden Schicht entlang der entsprechenden Kante der Vorrichtungselektrode 3 durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt:
Daß die Anforderungen zur Herstellung einer elektronenemittierenden Zone entlang der Kante der Vorrichtungselektrode 3 mit Sicherheit (w₁/w₂) ≥ 2 ist, kann ausgedrückt werden durch
Als Folge sollte für δL ein Wert gewählt werden, der die obige Anforderung erfüllt.
Werden eine Vielzahl von Punkten senkrecht zur Linie, die die Vorrichtungselektroden in einer teilweise überlappten Art verbindet, sollte für ein Punktpaar ein Wert δL gewählt werden, der die obige Anforderung erfüllt.
Nun werden Verfahren beschrieben, die zur Bildung eines zusammengesetzten latenten Bildes verwendet werden können.
Die 5A und 5B zeigen eine elektrisch leitende Schicht, die in Form einer Vielzahl von Punkten, angeordnet entlang einer Linie, die ein Vorrichtungselektrodenpaar verbindet, realisiert wird, deren Punkte nachfolgend zu einem Teil mit einem relativ niedrigen ohmschen Widerstand 4-1 und einem Teil mit einem relativ hohen ohmschen Widerstand 4-2 der elektrisch leitenden Schicht nach einem Sintervorgang werden.
Wie früher beschrieben, kann ein Reihe von unterschiedlichen Verfahren verwendet werden, um den ohmschen Widerstand der beiden Teile zu unterscheiden.
Entsprechend einem ersten Verfahren werden die Punkte gebildet, indem eine elektrisch leitende, schichtherstellende Tinte verwendet wird, die ein schwer oxidierbares Metall enthält und eine elektrisch leitende, schichtherstellende Tinte, die ein leicht oxidierbares Metall enthält, um ein elektrisch leitendes Teil (4-1), das aus schwer oxidierbarem Metall und eine elektrisch leitendes Teil (4-2) des Oxids des leicht oxidierbaren Metalls herzustellen. Beispielsweise können Platin (Pt) und Palladium (Pd) als schwer oxidierbares Metall ausgewählt werden, und das leicht oxidierbares Metall zur Herstellung einer elektrisch leitenden kann das Metall Platin und Palladiumoxid (PdO) enthalten. Die Punkte können gebildet werden, indem elektrisch leitende, schichtherstellende Tinten verwendet werden, die Verbindungen der entsprechende Metalle enthalten, wobei die Verbindungen danach in einer oxidierenden Atmosphäre thermisch zersetzt werden können, um das Metall und das Metalloxid herzustellen. Ist das leicht oxidierbare Metall alternativ Palladium, dann kann die Palladiumverbindung in einer oxidierenden Atmosphäre thermisch zersetzt werden, um das Metall Palladium herzustellen, das nachfolgend durch Wärmeeinwirkung in einer oxidierenden Atmosphäre oxidiert wird, um Palladiumoxid herzustellen.
Entsprechend einem zweiten Verfahren werden elektrisch leitende, schichtherstellende Tinten, die unterschiedliche Verbindungen eines gemeinsamen Metalls mit unterschiedlichen Zersetzungstemperaturen enthalten, verwendet, und sie werden unter geeigneten Bedingungen wärmebehandelt, um das Metall und das Oxid dieses Metalls herzustellen. Während beide der Tinten das Metalloxid erzeugen kann, wenn Wärmebehandlung für eine verlängerte Zeitdauer durchgeführt wird, wird die Verbindung mit der niedrigeren thermischen Zersetzungstemperatur in das Metalloxid umgesetzt, wohingegen die andere Verbindung behandelt wird, um das Metall zu erzeugen, und die Behandlung wird abgeschlossen, bevor das erzeugte Metall durch Auswahl geeigneter Wärmebedingungen oxidiert wird.
Entsprechend einem dritten Verfahren (wobei die Vorrichtung eine Anordnung hat, die von der der 5A und 5B abweicht) wird im voraus ein Reduktionsmittel mit Hilfe eines Tintenstrahlgeräts auf eine Teil des Abstands, der die Vorrichtungselektroden trennt, aufgebracht, beispielsweise Orte, die nahe an den Vorrichtungselektroden liegen, und eine elektrisch leitende Schicht wird hierauf gebildet, um das aufgetragene Reduktionsmittel zu bedecken, und nachfolgend wird wärmebehandelt, um die Metallverbindung in den Bereichen des Reduktionsmittels zu Metall zu reduzieren, und um das Metalloxid in den verbleibenden Bereichen der Schicht zu erzeugen. Daraus folgt, die elektrisch leitende Schicht enthält das Metall in Bereiche nahe den Vorrichtungselektroden, und das Metalloxid, das ein zusammengesetztes latentes Bild ist, im Mittelbereich.
Entsprechend einem vierten Verfahren werden Punkte zweier unterschiedlicher Metalle in einer sich teilweise überlappenden Weise, wie in den 6A und 6B gezeigt, gebildet, um eine Legierung der Metalle in dem sich überlappenden Bereich der Punkte (künftig als "sich schneidender Bereich" bezeichnet) zu erzeugen, wodurch der ohmsche Widerstand des sich schneidenden Bereichs größer wird als der ohmsche Widerstand in den verbleibenden Bereichen. Um örtlich die elektronenemittierende Zone in zufriedenstellendem Maße zu steuern, wird der spezifische Widerstand der in dem sich schneidender Bereich erzeugten Legierung um zwei Zehnerpotenzen größer gemacht als der spezifische Widerstand des Metalls in den verbleibenden Bereichen

3) Danach wird die Vorrichtung einem Verfahren unterworfen, das als "Erregerbildung" bezeichnet wird. Zum Zweck der Erfindung ist Erregerbildung ein Verfahren, bei dem eine Spannung an die Vorrichtungselektroden angelegt wird, damit ein elektrischer Strom durch die in dem oben beschriebenen Verfahren gebildete elektrisch leitende Schicht fließt. Wird eine Spannung an die Vorrichtungselektroden 2 und 3 von einer Spannungsquelle (hier nicht gezeigt) angelegt, wird eine strukturell modifizierte elektronenemittierende Zone 5 im Bereich des latenten Bildes in der elektrisch leitenden Schicht 4 gebildet. Mit anderen Worten wird die elektrisch leitende Schicht 4 örtlich und strukturell zerstört, verformt und umgeformt, um eine elektronenemittierende Zone 5 als Ergebnis eines Erregerbildungsverfahrens zu erzeugen. In 20G wird eine elektronenemittierende Zone in einem Bereich nahe der Vorrichtungselektrode 3 erzeugt, bei dem die elektrisch leitende Schicht dünn ist, obgleich der Ort und die Anordnung des lateralen Bildes sich von der Darstellung in 20G unterscheiden kann, und zwar in Abhängigkeit von dem Verfahren, die bei der Erzeugung des latenten Bildes verwendet wird.

Die 7A und 7B zeigen zwei unterschiedliche Impulsspannungen, die zur Erregerbildung verwendet werden können.
Die zur Erregerbildung verwendete Spannung hat vorzugsweise Impulswellenform. Eine Impulsspannung mit konstanter Amplitude und mit konstanter Spitzenspannung kann, wie in 7A gezeigt, kontinuierlich angelegt werden, oder alternativ kann eine Impulsspannung mit ansteigender Amplitude oder mit ansteigender Spitzenspannung, wie in 7B gezeigt, angelegt werden.
In 7A hat die Impulsspannung eine Impulsbreite T₁ und ein Impulsintervall T₂, die typisch zwischen 1 μs und 10 ms beziehungsweise 10 μs und 100 ms liegen. Die Amplitude der Dreiecksschwingung (der Spitzenspannung für den Erregerbildungsvorgang) kann in Abhängigkeit von der Struktur der oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtung entsprechend gewählt werden. Die Spannung wird typisch zwischen einigen Sekunden und einigen Zehnfachen einer Minute unter den obigen Bedingungen angelegt werden. Es sei jedoch angemerkt, daß die Impulswellenform nicht auf eine dreieckförmige oder rechteckige beschränt ist, sondern es können alternativ einige andere Wellenformen verwendet werden.
7B zeigt eine Impulsspannung deren Impulshöhe mit der Zeit ansteigt. In 7B hat die Impulsspannung eine Breite T₁ und ein Impulsintervall T₂, die im wesentlichen ähnlich denen der 7A sind. Die Amplitude der Dreiecksschwingung (die Spitzenspannung für den Erregerbildungsvorgang) wird beispielsweise um 0,1 V pro Stufe erhöht.
Der Erregerbildungsvorgang wird durch Messen des Stromflusses durch die Vorrichtungselektroden beendet, wenn eine Spannung, die ausreichend niedrig ist und die die elektrisch leitende Schicht 4 örtlich nicht zerstören oder nicht verformen kann, an die Vorrichtung während eines Intervalls T₂ der Impulsspannung angelegt. Der Erregerbildungsvorgang wird typisch beendet, wenn ein ohmscher Widerstand größer 1 MΩ für den durch die elektrisch leitende Schicht 4 fließenden elektrischen Strom der Vorrichtung beobachtet wird, wobei eine Spannung von etwa 0,1 V an die Vorrichtungselektroden anliegt.

4) Nach dem Erregerbildungsvorgang wird die Vorrichtung einem Aktivierungsvorgang unterworfen. Ein Aktivierungsvorgang ist ein Vorgang, mit Hilfe dessen der Strom If durch die Vorrichtung und den elektrischen Emissionsstrom Ie merklich geändert werden.

Bei einem Aktivierungsvorgang kann eine Impulsspannung wiederholt an die Vorrichtung in einer organisches Gas enthaltenden Atmosphäre, wie im Fall der Erregerbildung, angelegt werden. Die Atmosphäre kann durch Verwendung des in der Vakuumkammer verbleibenden organischen Gases nach dem Evakuieren der Vakuumkammer mit Hilfe einer Öldiffusionspumpe oder mit Hilfe einer Rotationspumpe oder durch ausreichendes Evakuieren einer Vakuumkammer mit Hilfe einer Ionenpumpe erzeugt werden, um anschließend Gase einer organischen Substanz in das Vakuum einzuleiten Der Gasdruck der organischen Substanz wird als Funktion der Anwendung der zu behandelnden elektronenemittierenden Vorrichtung, der Form der Vakuumkammer, der Art der organischen Substanz und anderen Einflußgrößen bestimmt. Organische Substanzen, die zum Zweck des Aktivierungsvorgangs geeignet sind, enthalten aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Alkane, Alkene und Alkyne, aromatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Aldehyde, Ketone, Amine, organische Säuren wie Phenole, Kohlensäure und Schwefelsäuren. Spezifische Beispiele sind gesättigte Kohlenwasserstoffe, die allgemein durch die Formel C_nH_2n+2 ausgedrückt werden, wie Methan, Ethan und Propan, ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die allgemein durch die Formel C_nH_2n ausgedrückt werden, wie Ethylen und Propylen, Benzol, Toluol, Methanol, Ethanol, Formaldehyd, Acetaldehyd, Azeton, Methylethylketon, Methylamin, Ethylamin, Phenol, Ameisensäure, Essigsäure und Propionsäure, ebenso Gemische aus diesen Substanzen. Als Ergebnis eines Aktivierungsvorgangs werden Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen, die sich aus den in der Atmosphäre enthaltenen organische Substanzen ergeben haben, auf der Vorrichtung abgelagert, um den Strom If durch die Vorrichtung und den Emissionsstrom Ic merklich zu ändern..
Der Aktivierungsvorgang wird immer durch Beobachtung des Stroms If durch die Vorrichtung und des elektrischen Emissionsstroms Ie beendet. Die Impulsbreite, das Impulsintervall und die Amplitude der Impulswelle der für die Aktivierung verwendeten Impulsspannung werden passend ausgewählt.
Zum Zweck der vorliegende Erfindung beziehen sich Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen auf Graphit (einschließlich dem sogenannten hoch ausgerichteten Pyrographit (HOPG, High Oriented Pyrolitic Graphite), dem Pyrographit (PG, Pyrolitic Graphite) und dem glasartigen Kohlenstoff (GC, Glassy Carbon), von denen HOPG eine nahezu perfekte Kristallstruktur des Graphits aufweist, PG enthält Kristallkörner mit einer Größe von etwa 20 nm und einer etwas gestörten Kristallstruktur, während GC Kristallkörner mit einer Größe von 2 nm enthält und einer Kristallstruktur unregelmäßiger Anordnung aufweist) und nichtkristalliner Kohlenstoff (amorpher Kohlenstoff, ein Gemisch aus amorphem Kohlenstoff und feinen Kristallen aus Graphit), und die Schichtdicke der Abscheidung eines derartigen Kohlenstoffs oder einer Kohlenstoffverbindung beträgt vorzugsweise weniger als 50 nm und besser weniger als 30 nm.

5) Die elektronenemittierende Vorrichtung, die nach den oben beschriebenen Herstellungsschritten erhalten wurde, wird dann vorzugsweise einem Stabilisierungsvorgang unterworfen. Dies ist ein Vorgang zum Entfernen jeglicher organischer Substanzen, die in der Vakuumkammer verblieben sind. Die für diesen Vorgang verwendete Vakuums- und Evakuierungsapparatur sollte am besten kein Öl verwenden, damit kein verdampftes Öl erzeugt wird, das umgekehrt die Eigenschaften der Vorrichtung bei diesem Vorgang beeinflussen kann. Als Folge kann eine Sorptionspumpe oder eine Ionenpumpe die bevorzugte Wahl sein.

Wird eine Öldiffusionspumpe oder eine Rotationspumpe für diesen Aktivierungsvorgang verwendet, und wird das vom Öl erzeugte organische Gas auch verwendet, muß der Partialdruck des organischen Gases unter allen Umständen minimiert werden. Der Partialdruck des organischen Gases in der Vakuumkammer ist vorzugsweise kleiner als 1,3 × 10^–6 Pa oder besser 1,3 × 10^–8 Pa, damit kein Kohlenstoff oder keine Kohlenstoffverbindungen zusätzlich abgelagert werden können. Die Vakuumkammer wird vorzugsweise evakuiert, nachdem die gesamte Kammer aufgeheizt wurde, wodurch an der inneren Wandung der Vakuumkammer adsorbierte organische Moleküle und die elektronenemittierende Vorrichtung in der Kammer einfach eliminiert werden können. Während die Vakuumkammer auf 80°C bis 250°C, vorzugsweise über 150°C, über einen so lange wie möglichen Zeitraum aufgeheizt wird, können andere Aufheizbedingungen alternativ in Abhängigkeit von der Größe und der Struktur der Vakuumkammer und der Anordnung der zu behandelnden elektronenemittierenden Vorrichtung ausgewählt werden. Der Druck in der Vakuumkammer sollte so gering wie möglich sein, vorzugsweise niedriger als 1 × 10^–5 Pa, besser niedriger als 1 × 10^–6 Pa.
Nach dem Stabilisierungsvorgang ist die Atmosphäre zur Ansteuerung der elektronenemittierenden Vorrichtung oder der Elektronenquelle vorzugsweise die gleiche wie diejenige, als der Stabilisierungsvorgang beendet wurde, obgleich alternativ ein niedrigerer Druck verwendet werden kann, ohne die Stabilität des Arbeitsablaufs der elektronenemittierenden Vorrichtung oder der Elektronenquelle zu zerstören, wenn die organischen Substanzen in der Kammer ausreichend entfernt werden.
Bei Verwendung solch einer Atmosphäre kann die Bildung jeder zusätzlichen Ablagerung von Kohlenstoff oder einer Kohlenstoffverbindung wirksam unterdrückt werden, und Wasser, Sauerstoff sowie andere Substanzen, die durch die Vakuumkammer adsorbiert wurden, und das Substrat können eliminiert werden, um konsequent den elektrischen Strom If der Vorrichtung und den elektrischen Emissionsstrom Ie zu stabilisieren.
Die Eigenschaft einer mit den obigen Verfahren aufbereiteten elektronenemittierenden Vorrichtung, auf die die vorliegenden Erfindung anwendbar ist, wird bezugnehmend auf die 8 und 9 beschrieben.
8 zeigt ein Blockdiagramm eines Vakuumverarbeitungsgeräts, das aus einer Vakuumkammer besteht, die für obigen Vorgänge verwendet werden kann. Es kann auch als Meßsystem zur Bestimmung der Eigenschaften einer elektronenemittierenden Vorrichtung des zu betrachtenden Typ verwendet werden. In 8 werden die Bauteile, die gleich denen der 1A und 1B bis 6A und 6B sind, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bezugnehmend auf 8 enthält das Meßsystem eine Vakuumkammer 11 und eine Vakuumpumpe 12. Eine elektronenemittierende Vorrichtung wird in der Vakuumkammer 11 angeordnet. Die Vorrichtung besteht aus einem Substrat 1, einem Vorrichtungselektrodenpaar 2 und 3, einer elektrisch leitenden Schicht 4 und einer elektronenemittierenden Zone 5. Andererseits hat das Meßsystem eine Stromquelle 13, um der Vorrichtung eine elektrische Spannung Vf zuzuführen, ein Amperemeter 14 zur Messung des elektrischen Stroms If der Vorrichtung, der durch die elektrisch leitende Schicht 4 zwischen den Vorrichtungselektroden 2 und 3 fließt, eine Anode 15, um den elektrischen Emissionsstrom Ie zu erfassen, der durch die Elektronen, die von der elektronenemittierenden Zone der Vorrichtung emittiert wurden, eine Hochspannungsquelle 16, um an die Anode 15 des Meßsystems eine Spannung anzulegen, und ein weiteres Amperemeter 17 zur Messung des elektrischen Emissionsstroms Ie, der durch Elektronen erzeugt wurde, die von der elektronenemittierenden Zone 5 der Vorrichtung emittiert wurden. Zur Bestimmung der Eigenschaften der elektronenemittierenden Vorrichtung kann an die Anode, die sich im Abstand H von der elektronenemittierenden Vorrichtung befindet, wobei H zwischen 2 mm und 8 mm beträgt, eine Spannung zwischen 1 kV und 10 kV angelegt werden.
Instrumente, einschließlich eines Vakuummeters und anderer Ausstattungsteile, die für das Meßsystem erforderlich sind, sind in der Vakuumkammer 11 angeordnet, wodurch die Eigenschaft der elektronenemittierenden Vorrichtung oder der Elektronenquelle in der Kammer einwandfrei geprüft werden kann. Die Vakuumpumpe 12 kann mit einem gewöhnlichen Hochvakuumsystem, das eine Turbo- oder Rotationspumpe enthält, und einem Ultrahochvakuumsystem, das eine Ionenpumpe enthält, versehen sein. Die Vakuumkammer, die eine Elektronenquelle enthält, kann durch ein Heizgerät (hier nicht gezeigt) aufgeheizt werden. Daraus folgt, daß dieses Vakuumverarbeitungsgerät für sämtliche oben beschriebenen Verfahren einschließlich des Erregerbildungsvorgangs und nachfolgender Verfahren verwendet werden kann.
9 zeigt in einer Graphik die Beziehung zwischen an der Vorrichtung anliegenden Spannung Vf und dem elektrischen Emissionsstrom Ie und dem durch die Vorrichtung fließenden elektrischen Strom If, wie sie typisch mit dem Meßsystem von 8 beobachtet wird. Es sei angemerkt, daß die unterschiedlichen Einheiten für Ie und If in 9 aufgrund der Tatsache, daß der Wert des Stroms Ie um eine Größenordnung kleiner als der Wert des Stroms If ist, willkürlich ausgewählt wurden. Es sei weiter angemerkt, daß die vertikale und die horizontale Achse der Graphik eine lineare Skala darstellt.
Wie 9 entnommen werden kann, hat eine elektronenemittierende Vorrichtung, entsprechend der vorliegenden Erfindung, aus Sicht des elektrischen Emissionsstroms Ie drei bemerkenswerte Eigenschaften, die unten beschrieben werden.

(i) Erstens zeigt eine elektronenemittierende Vorrichtung, entsprechend der vorliegenden Erfindung, ein plötzliches und scharfes Anwachsen des elektrischen Emissionsstroms Ie, wenn die angelegte Spannung einen bestimmten Pegel (der hier in Hinkunft auch Schwellenspannung genannt wird und in 9 mit Vth bezeichnet wird) überschreitet, während der elektrische Emissionsstrom Ie praktisch nicht nachweisbar ist, wenn die anliegende Spannung kleiner als der Wert die Schwellenspannung Vth ist. Anders ausgedrückt ist eine elektronenemittierende Vorrichtung, entsprechend der vorliegenden Erfindung, eine nichtlineare Vorrichtung, die für den elektrischen Emissionsstrom Ie eine klare Schwellenspannung Vth hat.
(ii) Da zweitens der elektrische Emissionsstrom Ie stark von der an der Vorrichtung anliegenden Spannung Vf abhängig ist, kann der elektrische Emissionsstrom Ie wirksam durch die an der Vorrichtung anliegenden Spannung Vf gesteuert werden.
(iii) Drittens ist die durch die Anode 15 erfaßte emittierte elektrische Ladung eine Funktion der Zeitdauer der an der Vorrichtung anliegenden Spannung Vf. Mit anderen Worten: Der Betrag der durch die Anode 15 erfaßten elektrischen Ladung kann wirksam über die Zeitdauer, während der an der Vorrichtung anliegenden Spannung Vf gesteuert werden.

Wegen der oben angeführten bemerkenswerten Eigenschaften, kann verstanden werden, daß die elektronenemittierende Eigenschaft einer Elektronenquelle, die, entsprechend der Erfindung, eine Vielzahl von solchen elektronenemittierenden Vorrichtungen enthält, und folglich, daß eine Bilderzeugungsgerät, das solch eine Elektronenquelle enthält, einfach, bezogen auf das Eingangssignal, gesteuert werden kann. Folglich kann solch eine Elektronenquelle und ein Bilderzeugungsgerät ein Vielzahl von Anwendungen finden.
Andererseits erhöht sich der Strom If durch die Vorrichtung entweder relativ zur an der Vorrichtung anliegenden Spannung Vf monoton (wie aus der ausgezogenen Linie bei 9 zu sehen ist, eine Kenngröße, die künftig als "MI-Kenngröße" (MI, Monoton Increasing) bezeichnet wird) oder er verändert sich, um eine Kurve zu zeigen (hier nicht gezeigt), die spezifisch für eine spannungsgesteuerte Kenngröße mit negativem Widerstand (eine Kenngröße, die künftig als "VCNR-Kenngröße" (VCNR, Voltage-Controlled-Negative-Resistance) bezeichnet wird) ist. Diese Kenngrößen des elektrischen Stroms der Vorrichtung sind von einer Anzahl von Faktoren abhängig, einschließlich dem Herstellungsverfahren, den Bedingungen, wo gemessen wird, und der Umgebung, in der die Vorrichtung betrieben wird.
Nun wird eine Elektronenquelle und ein Bilderzeugungsgerät, auf die die vorliegenden Erfindung anwendbar ist, beschrieben. Eine Elektronenquelle und folglich ein Bilderzeugungsgerät können realisiert werden, indem eine Vielzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen, auf die die vorliegenden Erfindung anwendbar ist, auf einem Substrat angeordnet sind.
Elektronenemittierende Vorrichtungen lassen sich auf einem Substrat mit einer Reihe unterschiedlicher Methoden anordnen.
Beispielsweise kann eine Anzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen in parallelen Zeilen in einer Richtung (zukünftig kurz Zeilenrichtung genannt) angeordnet werden, wobei jede Vorrichtung an den gegenüberliegenden Enden mit Anschlußdrähten verbunden sind, und jede Vorrichtung wird über Steuerelektroden (künftig als Gitterelektroden bezeichnet) angesteuert, die in einem Raum oberhalb der elektronenemittierenden Vorrichtungen in einer Richtung senkrecht zur Zeilenrichtung angeordnet sind (künftig kurz Spaltenrichtung), um eine leiterförmige Anordnung zu realisieren. Alternativ lassen sich eine Vielzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen in Zeilen in X-Richtung und Spalten in Y-Richtung zur Bildung einer Matrix anordnen. Die X- und die Y-Richtungen stehen senkrecht aufeinander, und die elektronenemittierenden Vorrichtungen in einer Zeile sind mit einem gemeinsamen Anschlußdraht in X-Richtung verbunden, und zwar mit einer der Elektroden jeder Vorrichtung, während die elektronenemittierende Vorrichtung in einer Spalte mit einem gemeinsamen Anschlußdraht in Y-Richtung verbunden ist, und zwar mit der anderen Elektrode jeder Vorrichtung. Diese letztere Anordnung wird auch als einfache Matrixanordnung bezeichnet. Nun wird die einfache Matrixanordnung genauer beschrieben.
Aus Sicht der oben beschriebenen drei grundlegenden charakteristischen Eigenschaften (i) bis (iii) einer oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtung, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist, kann diese zur Elektronenemission gesteuert werden, indem die Amplitude und die Breite der Wellenform der Impulsspannung an die gegenüberliegenden Elektroden der Vorrichtung angelegt werden, wobei die angelegte Spannung oberhalb der Schwellenspannung liegt. Andererseits sendet die Vorrichtung unterhalb der Schwellenspannung praktisch keine Elektronen aus. Aus diesem Grund lassen sich, unabhängig von der Anzahl der in einem Gerät angeordneten elektronenemittierenden Vorrichtungen, die bestimmten oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtungen auswählen und zur Elektronenemission steuern, und zwar aufgrund eines Eingabesignals, indem eine Impulsspannung an jede der ausgewählten Vorrichtungen angelegt wird.
10 zeigt einen Grundriß des Substrats einer Elektronenquelle, die durch die Anordnung einer Vielzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen realisiert wird, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist, um die oben angeführten charakteristischen Eigenschaften zu nutzen. In 10 besteht die Elektronenquelle aus einem Substrat 21, Anschlußdrähten 22 in X-Richtung, Anschlußdrähten 23 in Y-Richtung, elektronenemittierenden Vorrichtungen 24 und Verbindungsdrähten 25.
Es werden insgesamt m Anschlußdrähte 22 in X-Richtung bereitgestellt, die mit Dx1, Dx2,..., Dxm bezeichnet sind, und sie bestehen aus einem elektrisch leitendem Metall, das durch Aufdampfen im Vakuum, Drucken oder Kathodenzerstäubung hergestellt wurde. Diese Anschlußdrähte sind bezüglich des Materials, des Durchmessers und der Länge so gestaltet, daß, erforderlichenfalls eine im wesentlichen gleiche Spannung an die oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtungen angelegt werden kann. Insgesamt werden n Anschlußdrähte 23 in Y-Richtung bereitgestellt, die mit Dy1, Dy2,..., Dyn bezeichnet sind, und sie entsprechen im Material, dem Durchmesser und der Länge den Anschlußdrähten in X-Richtung. Eine Isolationszwischenschicht (hier nicht gezeigt) ist zwischen den m Anschlußdrähten 22 in X-Richtung und den n Anschlußdrähten 23 in Y-Richtung angebracht, um sie voneinander elektrisch zu isolieren (die Werte von m und n sind ganzzahlig).
Die Isolationszwischenschicht (hier nicht gezeigt) besteht typisch aus SiO₂ (Silizium(II)-oxid), und sie wird über der gesamten Oberfläche oder auf Teilen der Oberfläche des isolierenden Substrats 21 gebildet, um eine bestimmte Form mit Hilfe des Aufdampfens im Vakuum, des Druckens oder der Kathodenzerstäubung zu zeigen. Beispielsweise kann sie in auf der gesamten Oberfläche oder auf Teilen der Oberfläche des Substrats 21 gebildet werden, auf dem die Anschlußdrähte 22 in X-Richtung gebildet werden. Die Dicke, das Material und das Herstellungsverfahren der Isolationszwischenschicht werden derart ausgewählt, daß sie den Potentialdifferenzen, die an den Kreuzungspunkten der einzelnen Anschlußdrähte 22 in X-Richtung und der einzelnen Anschlußdrähte 23 in Y-Richtung auftreten, widersteht. Jeder der Anschlußdrähte 22 in X-Richtung und der Anschlußdrähte 23 in Y-Richtung wird herausgezogen, um einen externen Anschluß zu bilden.
Die gegenüberliegend angeordneten Elektroden (hier nicht gezeigt) jeder der oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtungen 24 werden mit einem der zugehörigen m Anschlußdrähte 22 in X-Richtung und mit einem der zugehörigen Anschlußdrähte 23 in Y-Richtung über die entsprechenden Verbindungsdrähte 25, die aus einem elektrisch leitendem Metall hergestellt werden, verbunden.
Das Material für das elektrisch leitende Metall der Anschlußdrähte 22 in X-Richtung und der Anschlußdrähte 23 in Y-Richtung, der Verbindungsdrähte 25 und der Vorrichtungselektroden kann das gleiche sein, oder es kann ein gemeinsames Element oder mehr als ein gemeinsames Element als Bestandteil haben. Alternativ können sich die Materialien auch unterscheiden. Diese Materialien können geeignet, typischerweise von den oben für die Vorrichtungselektroden aufgelisteten Materialien, ausgewählt werden. Bestehen die Vorrichtungselektroden und die Verbindungsdrähte aus dem gleichen Material, können sie ganz allgemein als Vorrichtungselektroden bezeichnet werden, ohne für die Verbindungsdrähte und die Vorrichtungselektroden eine Unterscheidung zu treffen.
Die Anschlußdrähte 22 in X-Richtung werden elektrisch mit einem Abtastsignalanwendungsmittel (hier nicht gezeigt) verbunden, um ein Abtastsignal einer ausgewählten Zeile der oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtungen 24 zuzuführen. Andererseits sind die Anschlußdrähte 23 in Y-Richtung elektrisch mit einem Modulationssignalerzeugungsmittel (hier nicht gezeigt) verbunden, um ein Modulationssignal einer ausgewählten Spalte der oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtungen 24 zuzuführen, um die ausgewählte Spalte entsprechend einem Eingabesignal zu modulieren. Es sei angemerkt, daß das angelegte Steuersignal an jede oberflächenleitende, elektronenemittierende Vorrichtung als die Spannungsdifferenz des Abtastsignals und des Modulationssignals, das der Vorrichtung zugeführt wird, ausgedrückt wird.
Bei einer Elektronenquelle mit einer, wie oben beschriebenen, einfachen Matrixverdrahtungsanordnung kann jede der elektronenemittierenden Vorrichtungen ausgewählt und angesteuert werden, um unabhängig zu arbeiten.
Nun wird ein Bilderzeugungsgerät, das eine Elektronenquelle mit einer, wie oben beschrieben, einfachen Matrixanordnung enthält, bezugnehmend auf die 11, 12A, 12B und 14, beschrieben. 11 ist eine perspektivische Teilschnittzeichnung des Bilderzeugungsgeräts, und die 12A und 12B zeigen zwei mögliche Anordnungen einer fluoreszierenden Schicht, die für das Bilderzeugungsgerät von 11 verwendet werden kann, während 14 ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für das Bilderzeugungsgerät von 11 ist, die NTSC-Signale (National Television System Committee, amerikanische Fernsehnorm) verarbeitet.
Als erstes wird auf 11 Bezug genommen, die die Grundanordnung des Anzeigefeldes des Bilderzeugungsgeräts zeigt. Es besteht aus einem Elektronenquellesubstrat 21 vom oben beschriebenen Typ, auf dem sich eine Vielzahl von elektronenemittierenden Vorrichtungen befinden, einer Rückwand 31, auf der das Elektronenquellesubstrat 21 befestigt ist, einer Frontplatte 36, die sich aus einer fluoreszierenden Schicht 34 und einer metallischen Rückwand 35 auf der inneren Oberfläche eines Glassubstrats 33 zusammensetzt, und einem Stützrahmen 32, an dem die Rückwand 31 und die Frontplatte 36 mit Hilfe einer niedrigschmelzenden Glasmasse verbunden ist.
Bezugszeichen 24 bezeichnet eine Zone, die der elektronenemittierenden Zone der Vorrichtung der 1A und 1B entspricht. Die Bezugszeichen 22 und 23 bezeichnen den Anschlußdrähte in X-Richtung beziehungsweise in Y-Richtung, wobei jeder Anschlußdraht mit den gepaarten Vorrichtungselektroden 2 und 3 der entsprechenden Vorrichtungselektroden 24 verbunden ist.
Während die Umhüllung 37 durch die Frontplatte 36, den Stützrahme 32 und die Rückwand 31 in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel gebildet wird, kann die Rückwand 31 vernachlässigt werden, wenn das Substrat 21 selbst über ausreichende Festigkeit verfügt, da die Rückwand 31 hauptsächlich zur Verstärkung des Substrats 21 bereitgestellt wird. In einem solchen Fall ist eine unabhängige Rückwand 31 nicht erforderlich, und das Substrat 21 kann unmittelbar mit dem Stützrahmen 32 verbunden werden, wodurch die Umhüllung 37 durch eine Frontplatte 36, einen Stützrahmen 32 und ein Substrat 21 gebildet wird. Die Gesamtfestigkeit der Umhüllung 37 gegen Atmosphärendruck kann erhöht werden, indem eine Anzahl von Stützgliedern, genannt Abstandshalter (hier nicht gezeigt), zwischen der Frontplatte 36 und der Rückwand 31 angeordnet werden.
Die 12A und 12B zeigen zwei mögliche Anordnungen einer fluoreszierenden Schicht, die zum Zweck der Erfindung verwendet werden kann. Während die fluoreszierenden Schicht 34 nur einen fluoreszierenden Körper enthalten kann, wenn das Anzeigefeld zur Anzeige von Schwarzweiß-Bildern verwendet wird, ist es bei der Wiedergabe von Farbbildern erforderlich, schwarze leitfähige Glieder 41 und fluoreszierende Körper 42 zu haben, wobei erstere als schwarze Streifen oder Glieder einer schwarzen Matrix bezeichnet werden, die von der Anordnung der fluoreszierenden Körper abhängt. Schwarze Streifen oder Glieder einer schwarzen Matrix werden für ein Farbanzeigefeld derart angeordnet, daß die fluoreszierenden Körper 42 der drei unterschiedlichen Primärfarben wenig voneinander abhebend gemacht werden, und der umgekehrte Effekt zur Reduzierung des Kontrastes der angezeigten Bilder durch externes Licht, das durch die fluoreszierende Schicht 34 reflektiert wird, wird durch das Schwärzen der umgebenden Bereiche abgeschwächt. Während Graphit üblicherweise als wesentlicher Bestandteil der schwarzen Streifen verwendet wird, können alternativ andere elektrisch leitende Materialien mit niedriger Lichtdurchlässigkeit und niedrigem Reflexionsvermögen verwendet werden.
Eine Ausfäll- oder eine Drucktechnik kann geeignet verwendet werden, um ein fluoreszierendes Material auf dem Glassubstrat 33, unabhängig von einer Schwarzweiß- oder einer Farbanzeige aufzubringen. Eine gewöhnliche metallische Rückwand 35 wird auf der inneren Oberfläche der fluoreszierenden Schicht 34 angeordnet. Die metallische Rückwand 35 wird bereitgestellt, um die Leuchtdichte des Anzeigefeldes zu verbessern, indem die Lichtstrahlen, die von den fluoreszierenden Körpern emittiert und in Richtung der Innenseite der Umhüllung gerichtet werden, veranlaßt werden kann, in Richtung der Frontplatte 36 umgekehrt zu werden, um sie als eine Elektrode zu verwenden, damit an die Elektronenstrahlen eine Beschleunigungsspannung angelegt wird, und um die fluoreszierenden Körper vor Schäden zu schützen, die durch negative Ionen, die innerhalb der Umhüllung mit den Körpern kollidieren, verursacht werden können. Die metallische Rückwand wird hergestellt, indem die innere Oberfläche der fluoreszierenden Schicht (im Betrieb üblicherweise als "Beschichten" bezeichnet) geglättet wird, und darauf eine Aluminiumschicht durch Abscheiden im Vakuum nach Bilden der fluoreszierenden Schicht gebildet wird.
Eine lichtdurchlässige Elektrode (hier nicht gezeigt) kann auf der Frontplatte 36 gebildet werden, indem die äußere Oberfläche der fluoreszierenden Schicht 34 beschichtet wird, damit die Leitfähigkeit der fluoreszierenden Schicht 34 erhöht wird.
Es sollte darauf geachtet werden, jeden Satz von fluoreszierenden Farbkörpern und eine elektronenemittierende Vorrichtung exakt abzugleichen, wenn eine Farbanzeige verlangt wird, bevor die aufgeführten Bauteile der Umhüllung miteinander verbunden werden.
Ein wie in 11 gezeigtes Bilderzeugungsgerät kann in der unten beschriebenen Weise hergestellt werden.
13 zeigt ein Blockdiagramm eines Geräts, das entworfen wurde, um ein Bilderzeugungsgerät herzustellen. Ein Bilderzeugungsgerät 51 wird mit einer Vakuumkammer 53 über ein Austrittsrohr 52 und weiter an ein Austrittsgerät 55 über ein Absperrventil 54 verbunden. Die Vakuumkammer 53 enthält eine Druckmeßgerät 56, ein Quadrupolmassenspektrometer 57 und weitere Geräte zum Erfassen des internen Drucks und des Partialdrucks der Komponenten in der Atmosphäre der Vakuumkammer. Da es schwierig ist, direkt den internen Druck der Umhüllung 37 des Bilderzeugungsgeräts 51 zu erfassen, werden die Verarbeitungsbedingungen des Geräts durch Beobachten des Drucks in der Vakuumkammer 53 und anderer meßbarer Variablen überwacht.
Die Vakuumkammer 53 ist darüber hinaus mit einer Gaszufuhrleitung 58 verbunden, um Gas in die Vakuumkammer einzuleiten, was erforderlich ist, um die internen Bedingungen der Kammer zu steuern. Das andere Ende der Gaszufuhrleitung 58 ist mit einer Versorgungsquelle 60 der Substanz verbunden, die in die Vakuumkammer eingeleitet werden soll. Ein Gaseinleitungsmengensteuerungsmittel 59 ist in der Gaszufuhrleitung zur Steuerung der Versorgungsmenge der Substanz angeordnet. Das Gaseinleitungsmengensteuerungsmittel kann ein langsames Klappenventil oder eine Massenflußsteuereinheit sein, die die Menge des austretenden Gases in Abhängigkeit von der verwendeten Gasart steuert.
Das Innere der Umhüllung 37 wird mit Hilfe der Anordnung von 13 evakuiert, und die elektronenemittierenden Vorrichtungen des Bilderzeugungsgeräts werden einer Erregerbildung unterworfen. Um diesen Vorgang auszulösen, werden die Anschlußdrähte 23 in Y-Richtung mit einer gemeinsamen Elektrode 61 verbunden, und eine Impulsspannung wird an sämtliche elektronenemittierenden Vorrichtungen über eine Spannungsquelle 62 angelegt, die mit einem der Anschlußdrähte 22 in X-Richtung verbunden sind. Die Impulswellenform und die Zeitsteuerung zum Beendigen des Erregerbildungsverfahrens kann entsprechend in Anhängigkeit der speziellen Bedingungen und der Erfordernissen der Behandlung der elektronenemittierenden Vorrichtungen bestimmt werden, wie früher bei dem Arbeitsablauf der Erregerbildung für eine einzige elektronenemittierende Vorrichtung beschrieben wurde. Eine Impulsspannung kann sequentiell an eine Vielzahl von Anschlußdrähten 22 in X-Richtung durch Verschieben der Phase des Impulses angelegt werden, um den Erregerbildungsvorgang gemeinsam an den Vorrichtungen, die mit der Vielzahl der Anschlußdrähte in X-Richtung verbunden sind, auszuführen. In 14 bezeichnen die Bezugszeichen 63 und 64 einen ohmschen Widerstand beziehungsweise ein Oszilloskop zur Erfassung der elektrischen Stromsstärke.
Nach Beendigung des Erregerbildungsverfahrens wird das Gerät einem Aktivierungsvorgang unterworfen. Nach ausreichender Evakuierung der Umhüllung 37 werden bei diesem Vorgang gasenthaltende organische Substanzen in das Gerät über die Gaszufuhrleitung 58 eingeleitet. Alternativ kann die Umhüllung 37 mit Hilfe einer Öldiffusionspumpe oder einer Rotationspumpe evakuiert werden, und die im Vakuum verbleibenden organischen Substanzen können, wie früher beschrieben, für eine einzige elektronenemittierende Vorrichtung verwendet werden. Falls erforderlich können auch anorganische Substanzen in die Umhüllung eingeleitet werden. Wird an die einzelnen elektronenemittierenden Vorrichtungen in solch einer, aus organischen Substanzen, Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen oder Gemische aus beiden bestehenden Atmosphäre eine Spannung angelegt, wird sie auf der elektronenemittierenden Zone jeder elektronenemittierenden Vorrichtung aufgebracht, um dramatisch die Menge an emittierten Elektronen zu erhöhen, wie früher im Hinblick auf eine einzelne elektronenemittierende Vorrichtung beschrieben wurde. Die Verdrahtungsanordnung zur Erregerbildung kann auch für den Aktivierungsvorgang verwendet werden, wodurch Spannung an sämtliche elektronenemittierenden Vorrichtungen angelegt wird, die mit einem gemeinsamen Draht verbunden sind.
Nach dem Aktivierungsvorgang werden die elektronenemittierenden Vorrichtungen vorzugsweise einem Stabilisierungsvorgang wie im Fall einer einzelnen elektronenemittierenden Vorrichtung unterworfen.
Die Umhüllung 37 wird mit Hilfe des Austrittsrohrs 52 evakuiert, indem ein ölfreies Austrittsystem 55 verwendet wird, das typisch eine Ionenpumpe oder eine Sorptionspumpe enthält, wobei das Innere der Umhüllung auf 80°C bis 250°C aufgeheizt und auf diesem Temperaturniveau gehalten wird, bis die Atmosphäre im Inneren auf einen ausreichenden Grad von Vakuum, das in sehr geringer Konzentration organische Substanzen enthält, reduziert ist, um dann durch Erhitzen und Schmelzen des Austrittsrohrs hermetisch versiegelt zu werden. Ein Getterverfahren kann durchgeführt werden, um den erzielten Grad des Vakuums im Inneren der Umhüllung 37 nach dem Versiegeln aufrecht zu erhalten. Bei einem Getterverfahren wird ein Getter an einer vorgegebenen Stelle (hier nicht gezeigt) in der Umhüllung 37 mit Hilfe eines Widerstands- oder Hochfrequenzheizgeräts aufgeheizt, um eine Schicht durch Aufdampfen unmittelbar vor oder nach dem Versiegeln der Umhüllung 37 zu bilden. Ein Getter enthält im wesentlichen Barium als Hauptbestandteil, und er kann den in der Umhüllung 37 vorhandenen Grad des Vakuums durch den Adsorptionseffekt der Auf dampfschicht aufrechterhalten.
Nun wird eine Steuerschaltung zum Ansteuern eines Anzeigefeldes, das eine Elektronenquelle mit einer einfachen Matrixanordnung enthält, um Fernsehbilder mit NTSC-Fernsehsignalen anzuzeigen, bezugnehmend auf 15, beschrieben. In 15 bezeichnet das Bezugszeichen 71 ein Bilderzeugungsgerät. Darüber hinaus besteht die Schaltung aus einer Abtastschaltung 72, einer Steuerschaltung 73, einem Schieberegister 74, einem Zeilenspeicher 75, ein Amplitudensieb 76 und einem Modulationssignalgenerator 77. Vx und Va bezeichnen in 15 Gleichspannungsquellen.
Das Bilderzeugungsgerät 71 wird mit externen Schaltungen über die Anschlüsse Dox1 bis Doxm, Doy1 bis Doyn und den Hochspannungsanschluß Hv verbunden, von denen die Anschlüsse Dox1 bis Doxm entworfen wurden, um Abtastsignale zur sequentiellen Ansteuerung auf einer Eins-zu-Eins-Grundlage der Zeilen (von N elektronenemittierenden Vorrichtungen) einer Elektronenquelle in dem Gerät zu empfangen, das aus einer Anzahl von oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtungen besteht, die in einer Matrix mit M Zeilen und N Spalten angeordnet sind.
Andererseits wurden die Anschlüsse Doy1 bis Doyn entworfen, um ein Modulationssignal zur Steuerung des Ausgabeelektronenstrahls von jeder der oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtungen einer durch ein Abtastsignal ausgewählten Zeile zu empfangen. Der Hochspannungsanschluß Hv wird durch die Gleichspannungsquelle Va mit einer Gleichspannung von etwa 10 kV, die ausreichend hoch ist, die fluoreszierenden Körper der ausgewählten oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtungen anzuregen, gespeist.
Die Abtastschaltung 72 arbeitet folgendermaßen: Die Schaltung enthält M Schalteinheiten (von denen in 15 nur die Einheiten S1 bis Sm gezeigt werden), von denen jede entweder die Ausgangsspannung der Gleichstromspannungsquelle Vx oder 0 V (Massepotential) führt. Verbunden sind die Ausgänge der Einheiten mit den Anschlüssen Dox1 bis Doxm des Anzeigefeldes 71. Jede der Schalteinheiten S1 bis Sm arbeitet in Verbindung mit dem Steuersignal Tscan, das von der Steuerschaltung 73 geliefert wird, und sie können durch Verbindung von Transistoren wie FET (Field Effect Transitor) hergestellt werden.
Die Gleichstromspannungsquelle Vx dieser Schaltung ist so angeordnet, daß ein konstanter Spannungswert erzeugt wird, der die Steuerspannung, die an die Vorrichtungen angelegt wird, die derzeit nicht abgetastet werden, unterhalb der Schwellenspannung hält, wie durch die Eigenschaft der elektronenemittierenden Vorrichtungen definiert (Schwellwertspannung der elektronenemittierenden Vorrichtung).
Die Steuerschaltung 73 koordiniert den Arbeitsablauf zusammengehöriger Bauteile, wodurch Bilder in geeigneter Weise entsprechend den extern zugeführten Videosignalen angezeigt werden können. Sie erzeugt die Steuersignale Tscan, Tsft und Tmry als Antwort auf das Synchronsignal Tsync, das vom Amplitudensieb 76, die unten beschrieben ist, kommt.
Das Amplitudensieb 76 trennt den Synchronsignalanteil und den Leuchtdichteanteil des von außen zugeführten NTSC-Fernsehsignals, und das Amplitudensieb läßt sich einfach durch Verwendung einer allgemein bekannten Frequenzweiche realisieren. Obwohl ein Synchronsignal, das von einem Fernsehsignal durch das Amplitudensieb 76 abgetrennt wird, wie wohlbekannt, durch ein vertikales und ein horizontales Synchronsignal dargestellt wird, wird es hier aus Gründen der Bequemlichkeit als Tsync-Signal bezeichnet, wobei die Teilsignale unberücksichtigt bleiben. Andererseits wird ein aus einem Fernsehsignal gezogenes Leuchtdichtesignal, das dem Schieberegister 74 zugeführt wird, als DATEN-Signal bezeichnet.
Das Schieberegister 74 führt für jede Zeile eine Seriell-/ Parallel-Umsetzung bei DATEN-Signalen aus, die seriell auf der Grundlage einer Zeitreihe entsprechend dem Steuersignal Tsft, das von der Steuerschaltung 73 geliefert wird, zugeführt werden. (Mit anderen Worten: Ein Steuersignal Tsft arbeitet als Schiebetaktsignal für das Schieberegister 74.) Ein Datensatz für eine Zeile, der einer Seriell-/Parallel-Umsetzung (und entsprechend einem Satz von Steuerdaten für N elektronenemittierende Vorrichtungen) unterzogen wurde, wird aus dem Schieberegister 74 als N parallele Signale Id1 bis Idn ausgesendet.
Der Zeilenspeicher 75 ist ein Speicher zum Abspeichern eines Datensatzes für eine Zeile, das die Signale Id1 bis Idn für einen bestimmten Zeitraum sind, der vom Steuersignal Tmry, das von der Steuerschaltung 73 kommt, abhängt. Die abgespeicherten Daten werden als die Signale I'd1 bis I'dn ausgegeben und dem Modulationssignalgenerator 77 zugeführt.
Dieser Modulationssignalgenerator 77 ist in Wirklichkeit eine Signalquelle, die in geeigneter Weise den Arbeitsablauf jeder der oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtungen entsprechend den Bilddaten I'd1 bis I'dn steuert und moduliert, und die Ausgabesignale dieser Vorrichtung werden den oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtungen in dem Anzeigefeld 71 über die Anschlüsse Doy1 bis Doyn zugeführt.
Wie oben beschrieben, wird eine elektronenemittierende Vorrichtung, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist, durch folgende Eigenschaften, ausgedrückt als elektrischer Emissionsstrom Ie, charakterisiert. Erstens existiert eine deutliche Schwellenspannung Vth, und die Vorrichtung emittiert Elektronen nur dann, wenn an sie eine Spannungswert größer dem Wert der Schwellenspannung angelegt wird. Zweitens ändert sich oberhalb der Schwellenspannung Vth der Pegel des elektrischen Emissionsstroms Ie in Abhängigkeit der anliegenden Spannung, obwohl sich der Wert der Schwellenspannung und die Beziehung zwischen der angelegten Spannung und dem Emissionsstrom in Abhängigkeit von den verwendeten Materialien ändern kann, hat dies keinen Einfluß auf die Anordnung und das Herstellungsverfahren der elektronenemittierenden Vorrichtung. Genauer: Wenn eine impulsförmige Spannung an eine elektronenemittierende Vorrichtung, entsprechend der vorliegenden Erfindung, angelegt wird, wird praktisch so lange kein Emissionsstrom erzeugt, wie der Spannungswert unterhalb dem Wert der Schwellenspannung liegt. Hingegen wird ein Elektronenstrahl erzeugt, wenn der Wert der angelegten Spannung oberhalb dem Wert der Schwellenspannung liegt. Es sei hier angemerkt, daß die Stärke eines ausgegebenen Elektronenstroms durch Änderung des Spannungsspitzenwerts Vm der impulsförmigen Spannung gesteuert werden kann. Hinzu kommt, daß der Gesamtbetrag der elektrischen Ladung eines Elektronenstrahls durch Veränderung der Impulsbreite Pw gesteuert werden kann.
Als Folge kann entweder ein Modulationsverfahren oder eine Pulsweitenmodulation zur Modulation einer elektronenemittierenden Vorrichtung als Antwort auf ein Eingabesignal verwendet werden. Mit der Spannungsmodulation wird eine Schaltung vom Spannungsmodulationstyp für den Spannungssignalgenerator 77 verwendet, wobei der Spitzenwert der impulsförmigen Spannung entsprechend den Eingabedaten moduliert wird, und die Impulsbreite konstant gehalten wird.
Andererseits wird bei der Pulsweitenmodulation eine Schaltung vom Pulsweitenmodulationstyp für den Modulationssignalgenerator 77 verwendet, wobei die Impulsweite der angelegten Spannung bezüglich der Eingabedaten moduliert werden kann, und der Spitzenwert der angelegten Spannung konstant gehalten wird.
Obgleich es oben nicht besonders erwähnt wurde, können das Schieberegister 74 und der Zeilenspeicher 75 vom digitalen oder vom analogen Signaltyp sein, so lange die Seriell-/Parallel-Umsetzungen und die Speicherung der Videosignale bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Werden Einheiten vom digitalen Signaltyp verwendet, muß das Ausgangssignal DATA vom Amplitudensieb 76 digitalisiert werden. Solch eine Umsetzung läßt sich jedoch einfach durchführen, indem ein Analog-/Digital-Umsetzer am Ausgang des Amplitudensiebs 76 angeordnet wird. Es ist fast überflüssig, zu erwähnen, daß unterschiedliche Schaltungen für den Modulationssignalgenerator 77 in Abhängigkeit davon, ob die Ausgabesignale der Zeilenspeichers 75 digitale oder analoge Signale sind, verwendet werden. Wird mit digitalen Signalen gearbeitet, kann ein Digital-/Analog-Umsetzer bekannten Typs für den Modulationssignalgenerator 77 verwendet werden, und eine Verstärkerschaltung kann, falls erforderlich, zusätzlich verwendet werden. Was die Pulsweitenmodulation anlangt, kann der Modulationssignalgenerator 77 durch Verwendung einer Schaltung realisiert werden, die einen Hochgeschwindigkeitsoszillator, einen Zähler zum Zählen der Anzahl der vom Oszillator erzeugten Schwingungen und einen Komparator zum Vergleichen der Ausgabe des Zählers mit der Ausgabe des Speichers enthält. Falls erforderlich, kann ein Verstärker zur Verstärkung der Spannung des Ausgangssignals des Komparators hinzugefügt werden, der eine modulierte Impulsbreite auf den Pegel der Steuerspannung einer oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtung, entsprechend der vorliegenden Erfindung, hat.
Werden andererseits analoge Signale in Verbindung mit der Spannungsmodulation verwendet, kann eine Verstärkerschaltung, die einen bekannten Operationsverstärker enthält, für den Modulationssignalgenerator 77 eingesetzt werden, und eine Pegelumsetzerschaltung kann, falls erforderlich, hinzugefügt werden. Was die Pulsweitenmodulation anlangt, kann eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung mit, falls erforderlich, einem zusätzlichen Verstärker zur Spannungsverstärkung der Steuerspannung der oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtung verwendet werden.
Mit einem Bilderzeugungsgerät, das ein Anzeigefeld 71 und eine Steuerschaltung enthält und die oben beschriebene Anordnung hat, auf die vorliegenden Erfindung anwendbar ist, emittiert die elektronenemittierenden Vorrichtungen Elektronen, wenn an sie eine Spannung über die externen Anschlüsse Dox1 bis Doxm und Doy1 bis Doyn angelegt wird. Anschließend werden die erzeugten Elektronenstrahlen durch Anlegen einer Hochspannung an die metallische Rückwand 115 oder an eine lichtdurchlässige Elektrode (hier nicht gezeigt) über den Hochspannungsanschluß Hv beschleunigt. Die beschleunigten Elektronen stoßen möglicherweise mit der fluoreszierenden Schicht 114 zusammen, die als Folge Licht emittiert, um Bilder zu erzeugen.
Die oben beschriebene Anordnung eines Bilderzeugungsgeräts ist nur ein Beispiel, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist, und sie kann verschiedenen Änderungen unterworfen werden. Das mit solch einem Gerät verwendete Fernsehsignalsystem ist nicht auf eine spezielles System beschränkt, sondern jedes System wie beispielsweise NTSC, PAL (Phase Alternation Line) oder SECAM (Sequential Order and Memory) läßt sich verwenden. Die Anordnung ist speziell für Fernsehsignale geeignet, die eine größere Anzahl von Abtastzeilen (typischerweise eines hochauflösenden Fernsehsystems wie beispielsweise MUSE (Multiple Sampling Encoder) beinhaltet, da sie für eine großes Anzeigefeld mit einer großen Anzahl von Bildpunkten verwendet werden kann.
Nun wird eine Elektronenquelle, die aus einer Vielzahl von oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtungen besteht, die auf einem Substrat leiterförmig angeordnet sind, und ein Bilderzeugungsgerät, das aus solch einer Elektronenquelle besteht, bezugnehmend auf die 16 und 17 beschrieben.
Als erstes wird Bezug auf 16 genommen, die eine Elektronenquelle mit einer leiterförmigen Anordnung zeigt. Bezugszeichen 21 bezeichnet ein Substrat einer Elektronenquelle, und Bezugszeichen 81 bezeichnet eine elektronenemittierende Vorrichtung, die auf dem Substrat angeordnet ist, während Bezugszeichen 82 und Dx1 bis Dx10 gemeinsame Anschlußdrähte zur Verbindung der elektronenemittierenden Vorrichtungen bezeichnen. Die elektronenemittierenden Vorrichtungen 81 werden in Zeilen (künftig kurz als Vorrichtungszeilen bezeichnet) auf dem Substrat 21 angeordnet, um eine Elektronenquelle zu bilden, die aus einer Vielzahl von Vorrichtungszeilen besteht, wobei jede Zeile eine Vielzahl von Vorrichtungen hat. Die oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtungen jeder Vorrichtungszeile werden durch ein Paar gemeinsamer Anschlußdrähte parallel miteinander verbunden, wodurch sie unabhängig durch Anlegen einer geeigneten Steuerspannung an das Paar gemeinsamer Anschlußdrähte angesteuert werden kann. Genauer: Ein Spannungswert, der den Elektronenemissionsschwellenwert überschreitet, wird an die anzusteuernden Vorrichtungszeilen angelegt, um Elektronen zu emittieren, wohingegen ein Spannungswert unterhalb des Elektronenemissionsschwellenwerts an die verbleibenden Zeilen angelegt wird. Alternativ können sich zwei externe Anschlüsse, die zwischen zwei benachbarten Vorrichtungszeilen angebracht sind, eine gemeinsamen Anschlußdraht teilen. Als Folge können sich beispielsweise die Anschlußdrähte Dx2 und Dx3 der gemeinsamen Anschlußdrähte Dx2 bis Dx9 durch eine Anschlußdraht ersetzt werden.
17 zeigt eine perspektivische Zeichnung des Anzeigefeldes des Bilderzeugungsgeräts, das eine Elektronenquelle, die aus leiterförmig angeordneten elektronenemittierenden Vorrichtungen besteht, enthält. In 17 besteht das Anzeigefeld aus Gitterelektroden 83, wobei jede mit einer Anzahl Bohrlöchern 84 versehen ist, um Elektronen durchzulassen, und einem Satz von externen Anschlüssen 85 oder Dox1, Dox2,..., Doxm zusammen mit einem anderen Satz externer Anschlüsse 86 oder G1, G2,..., Gn, die mit den entsprechenden Gitterelektroden 86 verbunden sind. Das Anzeigefeld von 17 unterscheidet vom Anzeigefeld, das eine Elektronenquelle mit einer einfachen Matrixanordnung hat, von 16 dahingehend, daß das Gerät von 17 Gitterelektroden 83 hat, die zwischen dem Substrat 21 und der Frontplatte 36 angeordnet sind.
In 17 sind die streifenförmigen Gitterelektroden 83 zwischen dem Substrat 21 und der Frontplatte 36 angeordnet. Sie sind, bezogen auf die leiterförmigen Vorrichtungszeilen zur Modulation der aus den oberflächenleitenden, elektronenemittierenden Vorrichtungen emittierten Elektronenströme, senkrecht angeordnet, wobei jede Vorrichtung mit Bohrlöchern 84 entsprechend der zugehörigen elektronenemittierenden Vorrichtungen versehen sind, damit Elektronenströme hindurchtreten können. Es sei angemerkt, daß bei den in 17 gezeigten streifenförmigen Gitterelektroden die Form und die Lage der Elektroden nicht begrenzt ist. Beispielsweise können sie alternativ mit maschenförmigen Öffnungen versehen sein und um die oberflächenleitende, elektronenemittierende Vorrichtungen oder nahe bei ihnen angeordnet sein.
Die externen Anschlüsse 85 und die externen Anschlüsse 86 für die Gitter werden elektrisch mit einer Steuerschaltung (hier nicht gezeigt) verbunden.
Ein Bilderzeugungsgerät mit der oben beschriebenen Anordnung kann für Elektronenstrahlbestrahlung durch gleichzeitige Anwendung von Modulationssignalen an den Zeilen der Gitterelektroden für eine Zeile eines Bildes betrieben werden, das synchron mit dem Betrieb der Steuerung (Abtastung) der elektronenemittierenden Vorrichtungen auf einer Zeile-zu-Zeile-Grundlage ist, wodurch das Bild auf einer Zeile-zu-Zeile-Grundlage angezeigt wird.
Daraus folgt, daß ein Anzeigegerät, entsprechend der vorliegenden Erfindung, und mit der oben beschriebenen Struktur für eine große Anzahl von industriellen und kommerziellen Anwendungen eingesetzt werden kann, da es als ein Anzeigegerät für das Fernsehen, als ein Anschlußgerät für Videokonferenzen, als ein Aufbereitungsgerät für stehende und bewegte Bilder, als Anschlußgerät für ein Computersystem oder als ein optischer Drucker, der eine optische Trommel enthält, dienen kann.
[Beispiele]
Nun wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen beschrieben.
[Beispiel 1]
Jede der in diesem Beispiel aufbereiteten elektronenemittierenden Vorrichtungen hatte eine Anordnung wie in den 1A und 1B gezeigt. Die verwendeten Schritte zur Aufbereitung der elektronenemittierenden Vorrichtung wird unten beschrieben.
Die folgenden Tinten zur Erzeugung der elektrisch leitende Schicht wurden für dieses Beispiel verwendet.

Tinte A: eine flüssige Lösung aus Palladiumazetatmonoethanolamine (PAME) mit einer Konzentration von 2 Gewichtsprozenten.
Tinte B: Eine Tinte, die durch Verdünnen der Tinte A mit dem dreifachen Wasseranteil erhalten wurde.

Vor dem Aufbereiten einer Elektronenquelle wurde die tintenausstoßende Eigenschaft des zu verwendenden Tintenstrahlgeräts in folgender Weise eingeregelt.
Erstens wurden zwei Tintenstrahlgeräte mir piezoelektrischen Vorrichtungen mit den oben angeführten Tinten befüllt.
Die Tinten wurden auf ein Stück Quarz, das das gleiche wie das in diesem Beispiel verwendete Elektronenquellesubstrat ist, gespritzt, um Schichtpunkte zu erzeugen, die eine Wärmebehandlung bei 300°C an der Luft über eine Zeitraum von 10 Minuten unterzogen wurden. Dann wurde die Dicke und der Durchmesser jedes Schichtpunktes beobachtet, und die Tintenstrahlgerät wurden eingeregelt, bis die Schichtpunkte der Tinten A und B eine Dicke von 30 nm beziehungsweise 10 nm und einen gleichen Durchmesser von etwa 20 μm zeigten.
Schritt 1:
Nach vollständigem Waschen eines Quarzsubstrats und dessen Trocknung wurden eine Vielzahl von Vorrichtungselektrodenpaaren und eine Matrix sie verbindender Anschlußdrähte auf dem Substrat mit Hilfe der Verfahren der Vakuumschichtbildung und der Photolithographie gebildet. Die Vorrichtungselektroden wurden aus Nickel mit einer Dicke von 100 nm hergestellt. Jedes Paar der Vorrichtungselektroden hatte einen Abstand von L = 20 μm und eine Länge W = 100 μm.
Schritt 2:
Ein Punkt der Tinte A wurde auf jedes Vorrichtungselektrodenpaar für die elektrisch leitende Schicht 4-1 der 1A mit Hilfe dem entsprechenden Tintenstrahlgerät gebildet. Der Tintenstrahlgerät wurde derart eingestellt, daß der Mittelpunkt des Punkts von der Kante der Vorrichtungselektrode 2 um 5 μm in Richtung der Vorrichtungselektrode 3 versetzt war. Auf diese Weise wurde an der entsprechenden Stelle auf jedem Vorrichtungselektrodenpaar ein Punkt auf dem Quarzsubstrat gebildet.
Schritt 3:
Ein Punkt der Tinte B wurde in gleicher Weise gebildet. Der Mittelpunkt des Punkts war von der Kante der Vorrichtungselektrode um 5 μm in Richtung der Vorrichtungselektrode 2 versetzt, wodurch die beiden Mittelpunkte der beiden Punkte voneinander einen Abstand von 10 μm hatten.
Schritt 4:
Anschließend wurden die Punkte auf 300°C an Luft über einen Zeitraum von 10 Minuten aufgeheizt, um eine elektrisch leitende Schicht 4, die Feinteilchen aus Palladiumoxid zwischen jedem Vorrichtungselektrodenpaar enthielt, zu erzeugen.
Schritt 5:
Die elektrisch leitende Schicht wurde dann einem Erregerbildungsverfahren unterzogen, um eine elektronenemittierende Zone zu erzeugen. Eine Dreiecksimpulsspannung mit allmählich ansteigender Amplitude, wie in 7B gezeigt, wurde zur Erregerbildung verwendet. Sämtliche Anschlußdrähte in Spaltenrichtung wurden mit Masse verbunden, und die Impulsspannung wurde an die Anschlußdrähte in Zeilenrichtung auf einer Eins-zu-Eins-Grundlage angelegt, bis eine elektronenemittierende Zone auf jeder elektronenemittierenden Vorrichtung der Elektronenquelle hergestellt war.
Wurde die Elektronenquelle durch ein Rasterelektronenmikroskop betrachtet, wurde festgestellt, daß eine elektronenemittierende Zone im Schichtpunkt jeder elektronenemittierenden Vorrichtung mit einer kleineren Dicke an einer Stelle entlang der entsprechenden Kante der entsprechenden Vorrichtungselektroden erzeugt wurde.
Schritt 6:
Die eine Anzahl elektronenemittierender Zonen enthaltende Elektronenquelle wurde mit einer Frontplatte, einer Rückwand und einem Stützrahmen und anderen Gliedern kombiniert, um ein Bilderzeugungsgerät, wie in 11 gezeigt, zu erzeugen. Anschließend wurden die elektronenemittierenden Vorrichtungen einem Aktivierungsvorgang unterworfen. Nach dem Evakuieren des Inneren der Umhüllung des Bilderzeugungsgeräts mit Hilfe einer Vakuum-/Evakuiergeräts und eines Austrittsrohrs (hier nicht gezeigt) wurde in die Umhüllung Azeton eingeleitet, und der interne Druck wurde auf 1,3 × 10^–1 Pa eingeregelt. Dann wurde eine Recheckimpulsspannung mit einer Amplitude von 16 V und einer Impulsbreite von 100 μs an sämtliche Anschlußdrähte in Zeilenrichtung mit Hilfe einer Steuerschaltung an entsprechende externe Anschlüsse angelegt. Die Steuerschaltung war derart angeordnet, daß der Impuls an den Anschlußdrähten in Zeilenrichtung zyklisch mit einer leichten Verschiebungszeit angewendet wurde, um eine Schwingungsdauer von 60 Hz für die gesamte Elektronenquelle zu zeigen. Die Impulsspannung wurde über einen Zeitraum von 30 Minuten angelegt und danach wurde das Innere der Umhüllung über einen weiteren Zeitraum evakuiert.
Schritt 7:
Die gesamte Umhüllung wurde bei 200°C evakuiert, bis der interne Druck nach 10 Stunden auf 2,7 × 10^–5 Pa gefallen war. Anschließend wurde die Umhüllung allmählich abgekühlt, während die Evakuierung fortgesetzt wurde, und schließlich wurde das Austrittsrohr mit Hilfe einer Gasflamme aufgeheizt, geschmolzen und versiegelt. Danach wurde der zuvor in der Umhüllung angeordnete Getter durch Frequenzerwärmung für ein Getterverfahren aufgeheizt.
Das aufbereitete Bilderzeugungsgerät wurde dann durch einfachen Matrixbetrieb der elektronenemittierenden Vorrichtungen der Elektronenquelle gesteuert, indem eine Spannung von 5 kV an die metallische Rückwand über den Hochspannungsanschluß angelegt wurde, und der elektrische Emissionsstrom jeder elektronenemittierenden Vorrichtung wurde beobachtet. Der elektrischen Emissionsstrom der elektronenemittierenden Vorrichtungen zeigte eine Streuung von 12%.
[Vergleichendes Beispiel 1]
Bei diesem Beispiel wurde eine Elektronenquelle entsprechend Beispiel 1 aufbereitet, außer daß die Punkte einfach mit Hilfe der Tinte A in Schritt 3 erzeugt wurde, und die elektronenemittierende Zone jeder elektronenemittierenden Vorrichtung wurde durch ein Rasterelektronenmikroskop betrachtet. Es wurde festgestellt, daß die elektronenemittierende Zone innerhalb eines Bereichs, der etwa die Hälfte des Abstandes der Vorrichtungselektroden darstellt, mäanderförmig war. Ein Bilderzeugungsgerät wurde unter Verwendung der Elektronenquelle aufbereitet, und es wurde auf die Eigenschaften der Elektronenemission geprüft. Der elektrische Emissionsstrom der elektronenemittierenden Vorrichtungen zeigte eine Streuung von 16%.
[Beispiel 2]
Jede der bei diesem Beispiel aufbereiten elektronenemittierenden Vorrichtungen hatte im Grunde die Anordnungen wie in den 3A und 3B gezeigt, wenn auch die Vorrichtungselektroden durch einen Abstand von 140 μm getrennt waren und fünf Punkte mit einem Durchmesset von 50 μm waren an jeder Zeile, die entlang einer Leitung verläuft, während die drei Punkte an jeder Spalte, die entlang einer Leitung senkrecht zur obigen Leitung verläuft, angeordnet. von den Punkten wurden die drei Punkte der Mittelspalte mit der Tinte B gebildet, wohingegen sämtliche anderen Punkte mit der Tinte A gebildet wurden. Der Mittelpunkt jedes der mit der Tinte A gebildeten Punkte der externen Spalten, die entlang der zugehörigen Kanten der entsprechenden Vorrichtungselektroden verlaufen, waren um 10 μm verschoben, und der Mittelpunkt der mit der Tinte A gebildeten Punkte, die im Inneren des Abstands liegen, waren 25 μm von der entsprechenden Kante entfernt. Die mit der Tinte B gebildeten Punkte waren entlang der Mittellinie des Abstands, der die Vorrichtungselektroden trennt, angeordnet. Die Mittelpunkte jedes der benachbarten Punkte jeder Spalte senkrecht zur Leitung, die die Vorrichtungselektroden verbindet, waren 25 μm voneinander getrennt.
Die elektronenemittierende Zone jeder elektronenemittierenden Vorrichtung wurde durch ein Rasterelektronenmikroskop betrachtet, um das Ergebnis des Erregerbildungsverfahrens zu sehen. Es wurde festgestellt, daß die elektronenemittierende Zone nur innerhalb einer Breite von 20 μentlang der Mittellinie des Abstands, der die Vorrichtungselektroden voneinander trennt, oder innerhalb der durch die Tinte B geformten Punkt mäanderförmig war.
Ein Bilderzeugungsgerät wurde unter Verwendung der Elektronenquelle wie in Beispiel 1 aufbereitet und betrieben, um seine elektronenemittierende Eigenschaft zu sehen. Der elektrische Emissionsstrom der elektronenemittierenden Vorrichtung zeigte eine Streuung von 12%.
[Vergleichendes Beispiel 2]
Bei diesem Beispiel wurde eine Elektronenquelle entsprechend Beispiel 2 aufbereitet, außer daß sämtliche Punkte einfach mit Hilfe der Tinte A erzeugt wurden, und die elektronenemittierende Zone jeder elektronenemittierenden Vorrichtung wurde durch ein Rasterelektronenmikroskop betrachtet. Es wurde festgestellt, daß die elektronenemittierende Zone innerhalb eines Bereichs, der etwa die Hälfte des Abstandes der Vorrichtungselektroden darstellt, mäanderförmig war. Ein Bilderzeugungsgerät, das für die Eigenschaften der Elektronenemission geprüft wurde, wurde unter Verwendung der Elektronenquelle aufbereitet. Der elektrische Emissionsstrom der elektronenemittierenden Vorrichtung zeigte eine Streuung von 18%.
Die Größe der hellen Flecken des Bilderzeugungsgeräts von Beispiel 2 und die des vergleichenden Beispiels 2 wurden betrachtet. Währendessen die hellen Flecken von Beispiel 2 etwa 150 μm groß waren, waren die des vergleichenden Beispiels etwa 200 μm groß. Die Differenz von 50 μm kann die Ausdehnung der Mäanderform der elektronenemittierenden Zonen wiedergeben.
[Beispiel 3]
Die aufbereiteten elektronenemittierenden Vorrichtungen in diesem Beispiel hatten im wesentlichen die gleiche Anordnung wie die der Vorrichtungen von Beispiel 1. Die Herstellungsschritte von Beispiel 1 wurden beibehalten, außer daß sämtliche Schichtpunkte durch Verwendung der Tinte B hergestellt wurden, und jeder der Schichtpunkte mit einer größeren Dicke hergestellt wurde, indem drei Tropfen der Tinte B dreimal angewendet wurden, wohingegen jeder der Schichtpunkte mit geringerer Dicke durch Verwendung eines Tropfens der Tinte B angewendet wurde.
Beim Betrachten durch ein Rasterelektronenmikroskop und bei Ansteuerung, um die Elektronenemission in Betrieb zu nehmen, wurde festgestellt, daß die elektronenemittierenden Vorrichtungen im wesentlichen die gleichen wie ihre Gegenstücke von Beispiel 1 waren.
[Beispiele 4 und 5]
Den Herstellungsschritten der Beispiel 1 und 2 wurde beibehalten, außer daß die Druckkopfkörper (ohne Tinte) der Bubble Jet Druckerköpfe (Handelsname: BC-01, der Firma Canon Inc.) für das Tintenstrahlgerät verwendet wurden. Die erzeugten elektronenemittierenden Zonen waren denen der Beispiele 1 und 2 bezüglich Form und der elektronenemittierender Eigenschaften ähnlich.
[Beispiel 6]
Wie im Fall von Beispiel 1 wurden Vorrichtungselektrodenpaare auf einem Quarzsubstrat angeordnet. Dann wurde ein Punkt der Tinte A auf jedem Vorrichtungselektrodenpaar gebildet. Die Vorrichtungselektroden jedes Paars waren durch einen Abstand von 20 μm voneinander getrennt, und das Tintenstrahlgerät war so eingestellt, daß es einen Punkt mit einem Durchmesser von 40 μm auf jedem Vorrichtungselektrodenpaar erzeugt.
Da festgestellt wurde, daß die elektronenemittierende Zone einer elektronenemittierenden Vorrichtung entlang einer Kante eines der Vorrichtungselektrodenpaare mit Sicherheit gebildet werden kann, wenn der Punkt der elektrisch leitenden Schicht Breiten an entsprechenden Kanten der Vorrichtungselektroden hat, die die Beziehung von (w₁/w₂) ≥ 2 erfüllen. Der Punkt wurde derart gebildet, daß der Mittelpunkt des Punktes von der Mittellinie des Abstands zwischen den Vorrichtungselektroden um 7,5 μm in Richtung der Vorrichtungselektrode 2 versetzt wurde. Unter dieser Bedingung ist geometrisch (w₁/w₂) = 2,05, so daß die obige Anforderung erfüllt wurde. Wurde der Punkt um weniger als 7,5 μm verschoben, wird die örtliche Steuerbarkeit der elektronenemittierenden Zone reduziert. Wenn andererseits der Punkt um mehr als 7,5 μm verschoben wurde, nimmt der Wert von w₂ schnell ab, was die Länge der elektronenemittierenden Zone und den Betrag an Emissionselektronen folglich reduziert. Deshalb sollte der Punkt nicht unverhältnismäßig verschoben werden. Beim Betrachten mit dem Rasterelektronenmikroskop wie im Fall von Beispiel 1, zeigten sämtliche elektronenemittierenden Vorrichtungen eine elektronenemittierende Zone, die entlang der entsprechenden Kante der Vorrichtungselektrode 3 in der beabsichtigten Weise gebildet wurde. Beim Prüfen auf Elektronenemission zeigte der elektrische Emissionsstrom der elektronenemittierenden Vorrichtungen eine Streuung von 10%.
[Vergleichendes Beispiel 3]
Bei diesem Beispiel wurde ein Bilderzeugungsgerät wie im Fall von Beispiel 6 aufbereitet, außer daß der Mittelpunkt von jedem Punkt auf der Mittellinie des die Vorrichtungselektroden trennenden Abstands angeordnet wurde. Es wurde festgestellt, daß die elektronenemittierende Zone im Abstand der Vorrichtungselektroden stark mäanderförmig war. Der elektrische Emissionsstrom der elektronenemittierenden Vorrichtung zeigte eine Streuung von 14%.
[Beispiel 7]
Dieses Beispiel ähnelt dem Beispiel 6, jedoch betrug der jedes Vorrichtungselektrodenpaar trennende Abstand 30 μm, und fünf Punkte mit einem Durchmesser von 60 μm wurden auf jedem Vorrichtungselektrodenpaar hergestellt. Der Mittelpunkt jedes Punktes wurde um 11 μm von der Mittellinie des jedes Vorrichtungselektrodenpaar trennende Abstands versetzt. Die fünf Punkte wurden entlang einer Linie senkrecht zur einer Leitung, die das Vorrichtungselektrodenpaar verbindet, angeordnet, und jeder Punkt war vom benachbarten Punkt 30 μm entfernt. Während die durch die Punkte gebildete elektrisch leitende Dünnschicht die entsprechenden Kanten der im wesentlichen im gleichen Umfang als ein Ganzes überdeckten, zeigten sich unterschiedliche Schichtdicken entlang der Kanten, weil die Punkte im größeren Umfang entlang der Kanter der Vorrichtungselektrode 2 überlappt wurden.
Wurde nach einem Erregerbildungsverfahren wie im Fall von Beispiel 6 durch ein Rasterelektronenmikroskop betrachtet, zeigten sämtliche elektronenemittierenden Vorrichtungen eine elektronenemittierende Zone, die an der entsprechenden Kante der Vorrichtungselektrode 3 in einer vorgesehenen Weise gebildet wurden. Ein Bilderzeugungsgerät wurde durch Verwendung von elektronenemittierenden Vorrichtungen aufbereitet und auf Elektronenemission geprüft, um zu erkennen, daß der elektrische Emissionsstrom der elektronenemittierenden Vorrichtung eine Streuung von 8% zeigte.
[Beispiel 8]
Jede der aufbereiteten elektronenemittierende Vorrichtungen bei diesem Beispiel hatten eine Anordnung wie in den 5A und 5B gezeigt. Die folgenden elektrisch leitenden schichtherstellenden Tinten wurden für dieses Beispiel verwendet.

Tinte C: eine flüssige Lösung von Tetraaminplatin(II)-nitrat mit einer Metallkonzentration von 2 Gewichtsprozent.
Tinte D: gleiche Tinte wie Tinte A (PAME).

Schritt 1:
Nach vollständigem waschen eines Quarzsubstrats und dessen Trocknung wurden eine Vielzahl von Vorrichtungselektrodenpaaren 2 und 3 aus Platin durch Offsetdruck gebildet. Die hier verwendete Tinte war eine harzhaltige Platinpaste. Nach dem Bilden der Vorrichtungselektroden zu einer bestimmten Form wurden sie bei 70°C getrocknet und bei 580°C an Luft gesintert, um die Vorrichtungselektroden mit einer Dicke von etwa 100 nm zu erzeugen; jedes Vorrichtungselektrodenpaar war durch einen Abstand von 30 μm voneinander getrennt. Jede elektronenemittierende Vorrichtung wurde unabhängig geformt und nicht mit Matrixverdrahtung bereitgestellt.
Schritt 2:
Die beiden Tinten wurden in die entsprechenden Druckkopfkörper (ohne Tinte) der Tintenstrahldrucker (Handelsname: BC-01, verfügbar von der Firma Canon Inc.) eingefüllt und auf das Substrat angewendet. Anschließend wurden die Punkte 4-1 und 4-2 aus Platin und Palladiumoxid durch Ausheizen der entsprechenden Tinten bei 300°C an Luft über einen Zeitraum von 10 Minuten hergestellt.
Schritt 3:
Die elektronenemittierenden Vorrichtungen wurden in ein Vakuumgerät mit einer Anordnung, wie in 8 gezeigt, gebracht, und die Innenseite der Vakuumkammer wurde auf eine Druck von 1,3 × 10^–4 Pa evakuiert, bevor an die Vorrichtungen eine Impulsspannung angelegt wurde, um ein Erregerbildungsverfahren wie im Fall von Beispiel 1 durchzuführen.
Schritt 4
Anschließend wurde Azeton in die Vakuumkammer über eine Gaszuführungsleitung eingeleitet, um einen Druck von 1,3 × 10^–1 ¹ Pa herzustellen. Dann wurde eine Aktivierungsvorgang durchgeführt, indem eine Rechteckimpulsspannung mit einer Amplitude von 18 V, mit einer Impulsbreite von 100 μs und mit einem Impulsintervall von 100 ms an jedes Vorrichtungselektrodenpaar angelegt wurde. Die Anwendung der Impulsspannung wurde beendet, wenn fluoreszierendes Licht betrachtet wurde, was anzeigte, daß das Anwachsen des Vorrichtungsstroms 30 Minuten nach Beginn des Aktivierungsvorgangs den Sättigungszustand erreichte. Die Innenseite der Vakuumkammer wurde wieder evakuiert.
Schritt 5
Die Vakuumkammer wurde kontinuierlich evakuiert, wobei die Kammer mit Hilfe einer Heizvorrichtung aufgeheizt wurde, um die Temperatur von 200°C aufrechtzuerhalten, bis der Druck in einem Zeitraum von 10 Stunden auf einen Druck von 2,7 × 10^–5 Pa abgefallen war, wonach die Heizvorrichtung ausgeschaltet wurde, um die Vakuumkammer allmählich abzukühlen.
Jede der aufbereiteten elektronenemittierenden Vorrichtung wurden auf Elektronenemission geprüft, indem eine Rechteckimpulsspannung mit einer Amplitude von 16 V angelegt wurde. Die Vorrichtung und die Anode waren mit einem Abstand von 4 mm voneinander getrennt, und die Anodenspannung betrug 1 kV.
Nach dem Beendigen der Prüfung sämtlicher Vorrichtungen stellte sich heraus, das der elektrische Emissionsstrom der elektronenemittierenden Vorrichtungen eine Streuung von 7 zeigte. Beim Betrachten mit einem Rasterelektronenmikroskop nach der Prüfung wurde festgestellt, daß eine elektronenemittierende Zone entlang der entsprechenden Kante der Vorrichtungselektrode 3 bei jeder Vorrichtung gebildet wurde.
[Vergleichendes Beispiel 4]
Bei diesem Beispiel wurden elektronenemittierenden Vorrichtungen entsprechend Beispiel 8 aufbereitet, außer daß sämtliche Punkte einfach mit Hilfe der Tinte D erzeugt wurden. Die aufbereiteten elektronenemittierenden Vorrichtungen wurden in ähnlicher Weise geprüft. Der elektrische Emissionsstrom der elektronenemittierenden Vorrichtung zeigte eine Streuung von 14 %. Beim Betrachten durch ein Rasterelektronenmikroskop wurde festgestellt, daß die elektronenemittierende Zone bei jeder Vorrichtung weitgehend mäanderförmig war, wie im Fall des Vergleichendes Beispiels 1.
[Beispiel 9]
Bei diesem Beispiel wurden die folgenden elektrisch leitenden schichtherstellenden Tinten verwendet.

Tinte D: gleiche wie Tinte A (PAME).
Tinte E: eine flüssige Lösung durch Auflösen von 1,28 g Palladiumazetat-bi(N-Butylethanolamin) (PADBE) in 12 g Wasser mit einer Metallkonzentration von 2 Gewichtsprozent.

Der thermische Zersetzungsvorgang der beiden Tinten wurden vorläufig durch Aufheizen an Luft betrachtet. Das PAME wurde zersetzt, indem das Metall Palladium bei etwa 170°C hergestellt wurde, und bei 280°C begann die Herstellung von Palladiumoxid, wohingegen das PADBE mit der Zersetzung bei etwa 145°C begann, um das Metall Palladium herzustellen, und es setzte sich bei 255°C vollständig in Palladiumoxid um.
Beim Metall Palladium wird angenommen, bei gleicher Temperatur, unabhängig vom Ausgangsmaterial, in den oxidierten Zustand, also in Palladiumoxid überzugehen. Der Gründe für die obigen Temperaturdifferenzen bei der Herstellung von Palladiumoxid können in der Tatsache zu sehen sein, daß das früher hergestellte Palladium aus den Palladium-Ausgangsverbindungen einer der Tinten einer Wärmebehandlung über eine längere Zeitdauer unterzogen wurde als das Palladium, das später von der Palladiumverbindung der anderen Tinte hergestellt wurde, und daß das Palladium von einer der Tinten und das Palladium von der anderen Tinte möglicherweise mikroskopisch unterschiedlich war, und als Folge zeigten sich die unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeiten.
Eine Vielzahl von Vorrichtungselektrodenpaaren wurde aus Gold auf einem gründlich gewaschenen und getrocknetem Quarzsubstrat gebildet. Jedes Vorrichtungselektrodenpaar hatten eine Abstand von 20 μm.
Vier Punkte 4-1 der Tinte E und ebenfalls vier Punkte 4-2 der Tinte D wurde zwischen jedem Vorrichtungselektrodenpaar wie in Beispiel 8 gebildet, und anschließend einer Wärmebehandlung bei 270°C über einen Zeitraum von 10 Minuten unterworfen, um eine elektrisch leitenden Schicht 4 zu erzeugen. Bei diesem Beispiel wurden die vier Punkte jeder Tinte entlang einer Leitung angeordnet, die senkrecht zu einer Leitung, die die Vorrichtungselektroden verbindet, liegt, wodurch sich benachbarte Punkte teilweise überlappen. Mit anderen Worten wurden die Punkte im wesentlichen ähnlich wie die Punkte in 2A angeordnet.
Danach wurden die Punkte einem Erregerbildungsverfahren und einem Aktivierungsvorgang wie in Beispiel 8 unterworfen, wobei der Druck des Azetons auf 1 × 10^–2 Pa gehalten wurde, und die Amplitude der angelegten Impulsspannung wurde von 0 V auf 14 V mit einer Geschwindigkeit von 5 V/min erhöht, und anschließend wurde die Spannung bei 14 V gehalten.
Nach dem Evakuieren der Vakuumkammer über einen Zeitraum von 10 Stunden, wobei die Temperatur bei 200°C aufrechterhalten wurde, wurde die Heizvorrichtung ausgeschaltet, um die Vakuumkammer allmählich abzukühlen.
Die aufbereiteten Vorrichtungen wurden bezüglich der Eigenschaft der Elektronenemission geprüft, um ein Ergebnis ähnlich dem von Beispiel 8 zu erhalten. Beim Betrachten nach der Prüfung durch ein Rasterelektronenmikroskop wurde festgestellt, daß die elektronenemittierende Zone entlang der zugehörigen Kante der Vorrichtungselektrode 3 bei jede Vorrichtung wie im Fall des Beispiels 8 hergestellt wurde.
[Beispiel 10]
Bei diesem Fall wurden die folgenden elektrisch leitenden schichtherstellenden Tinten verwendet wurden.

Tinte D: gleiche wie Tinte A (PAME).
Tinte F: eine wäßrige Lösung durch Lösen von 0,84 g von Palladiumazetat-di(N-Buthylethanolamin) (PABE) in 12 g Wasser.

Bei einer an Luft durchgeführten Wärmebehandlung stellte sich heraus, daß sich die PABE zur Bildung des Metalls Palladium bei 145°C zersetzte, von dem sich alles bei 245°C in Palladiumoxid umsetzte.
Jede der aufbereiteten elektronenemittierenden Vorrichtungen bei diesem Beispiel hatte im wesentlichen eine Anordnung wie die von 3A. Mit anderen Worten wurden die Schichtpunkte der Mittelsäule mit der Tinte F gebildet, wohingegen die Punkte der anderen Säulen durch die Tinte D gebildet wurden. Wie im Fall von Beispiel 8 wurde jeder Punkt mit Hilfe eines Tintenstrahlgeräts gebildet, der bei 260°C an Luft über einen Zeitraum von 10 Minuten wärmebehandelt wurde. Anschließend wurden die Punkte einer Erregerbildung und Aktivierungsvorgängen unterworfen, und dann in einer Vakuumkammer zum Prüfen der elektronenemittierenden Eigenschaft gebracht, die evakuiert wurde, um einen erhöhten Grad von Vakuum zu realisieren. Das erhaltene Ergebnis war ähnlich dem von Beispiel 8.
Nach dem Prüfen wurde jede Vorrichtung durch ein Rasterelektronenmikroskop betrachtet, um festzustellen, daß eine elektronenemittierende Zone im wesentlichen in der Mitte der elektrisch leitenden Schicht gebildet wurde.
[Beispiel 11]
Jede der aufbereiteten elektronenemittierenden Vorrichtungen bei diesem Beispiel hatte in wesentlichen die gleiche Anordnung wie ihr Gegenstück von Beispiel 9.
Bei diesem Beispiel wurden die folgenden elektrisch leitenden schichtbildenden Tinten verwendet.

Tinte G: eine wäßrige Lösung durch Auflösen von Palladiumazetat-Monobutanolamin (PAMB) in Wasser mit einer Metallkonzentration von 2 Gewichtsprozent.
Tinte H: eine wäßrige Lösung durch Auflösen von Palladiumazetat-bis(N,N-diethylethanolamin) (PADEE) in Wasser mit einer Metallkonzentration von 2 Gewichtsprozent.

Bei einer an Luft durchgeführten Wärmebehandlung, um die thermische Zersetzung der Palladiumverbindungen zu sehen, wurde festgestellt, daß das PAMB bei etwa 180°C zersetzt wurde, um Palladium zu erzeugen, das sich bei 260°C in Palladiumoxid umsetzte, wohingegen das PADEE sich bei 140°C zu Palladium zersetzte, das sich bei 230°C in Palladiumoxid umsetzte.
Elektronenemittierende Vorrichtungen wurden wie in Beispiel 9 wärmebehandelt, um elektrisch leitende Schichten bei 240°C an Luft über einen Zeitraum von 10 Minuten herzustellen. Nach der Erregerbildung und den Aktivierungsvorgängen wurden sie in eine Vakuumkammer gebracht, die dann evakuiert wurde, um die elektronenemittierende Eigenschaft zu sehen.
Das Ergebnis der Prüfung war ähnlich dem von Beispiel 9. Beim Betrachten durch ein Rasterelektronenmikroskop wurde festgestellt, daß die Vorrichtungen ihren Gegenstücken von Beispiel 9 ähnlich sind.
[Beispiel 12]
Die in diesem Beispiel aufbereiteten Vorrichtungen waren ähnlich denen von Beispiel 10. Bei diesem Beispiel wurden die folgenden elektrisch leitenden schichtbildenden Tinten verwendet.

Tinte I: eine wäßrige Lösung durch Auflösen von Palladiumazetat-Monopropanolamin (PAMP) in Wasser mit einer Metallkonzentration von 2 Gewichtprozent.
Tinte J: eine wäßrige Lösung durch Auflösen von Palladiumazetat-bis (N,N-dimethylethanolamin) (PADEE) in Wasser mit einer Metallkonzentration von 2 Gewichtsprozent.

Beim Betrachten des thermischen Zersetzungsverhaltens dieser Tinten wurde festgestellt, daß sich PAMP bei etwa 180°C zu Palladium zersetzte, das sich bei etwa 270°C in Palladiumoxid umsetzte. Andererseits zersetze sich PADME bei 120°C zu Palladium, das sich bei 230 C in Palladiumoxid umsetzte. Die elektronenemittierenden Vorrichtungen wurden wie in Beispiel 10 aufbereitet und bei 240°C an Luft über einen Zeitraum von 10 Minuten wärmebehandelt. Nach Durchführung der Erregerbildung und er Aktivierungsvorgänge wie in Beispiel 9, wurden die Vorrichtungen in eine Vakuumkammer gebracht, die dann evakuiert wurde, um die elektronenemittierende Eigenschaft der Vorrichtung zu sehen.
Die erhaltenen Ergebnisse waren ähnlich denen von Beispiel 9. Beim Betrachten durch ein Rasterelektronenmikroskop wurde festgestellt, daß die Vorrichtungen ihren Gegenstücken von Beispiel 9 ähnlich waren.
[Beispiel 13]
Ein Muster von Vorrichtungselektrodenpaaren wurden auf den gründlich gewaschenen Quarzsubstrat mittels Offsetdruck bei Verwendung einer harzhaltigen Platinpaste gebildet und bei 70°C getrocknet. Danach wurden sie bei etwa 580°C gesintert, um eine Vielzahl von Vorrichtungselektrodenpaaren aus Platin herzustellen.
Anschließend wurde eine einprozentige wäßrige Suspension von Lampenschwarz (mittlere Teilchengröße: 30 nm), die feine Kohlenstoffteilchen sind (die zusätzlich ein oberflächenaktives Mittel von 0,1 Gewichtsprozent zur Verbesserung des Dispersionsvermögens enthalten) in das Tintenstrahlgerät eingebracht und in Tropfen auf das Substrat aufgebracht, um jedes Vorrichtungselektrodenpaar zu überbrücken. Die dispergierte Lösung aus feine Kohlenstoffteilchen wurden von den Vorrichtungselektroden, die durch Sintern der Paste gebildet wurden, angezogen und leicht absorbiert. Danach wurde die Lösung bei 100°C über einen Zeitraum von 10 Minuten getrocknet.
Nachfolgend wurde die Tinte K, die durch Auflösen von Palladiumazetatmonoethanolamin (PAME) in eine Lösung mit 70 Gewichtsprozent Wasser und Isorpopanol + Ethylenglykol + Polyvinylalkohol mit 30% Gewichtsanteil zu einer Metallkonzentration von 1 Gewichtsprozent mit Hilfe eines Tintenstrahlgeräts auf das Substrat angewendet, und bei 300°C über einen Zeitraum von 10 Minuten gesintert. Unter dieser Bedingung wurden die Palladiumatome, die in der Nähe der Vorrichtungselektroden angeordnet waren, bei jeder Vorrichtung, bei der Kohlenstoffteilchen vorhanden waren, nicht oxidiert, und sie verblieben als Metall Palladium aufgrund des Reduktionseffekts von Kohlenstoff. Andererseits wurden die Palladiumatome, die in dem mittleren Bereich des Abstands der Vorrichtungselektroden angeordnet waren, zu Palladiumoxid oxidiert, weil hier nicht ausreichend viele Kohlenstoffteilchen vorhanden waren. Das Palladiumoxid in der Mitte hatte einen der spezifische Widerstandswert, der größer als der des Metalls Palladium in der Nähe der Vorrichtungselektroden war, und es erzeugte ein zusammengesetztes latentes Bild.
Nach Ausführen einer Erregerbildung und Aktivierungsvorgängen in einer Vakuumkammer wie in Beispiel 8, werden die Vorrichtungen in einer Vakuumkammer angeordnet, die dann zu einem hochgradigen Vakuum evakuiert wurde, um die elektronenemittierende Eigenschaft der Vorrichtungen zu sehen. Der elektrische Emissionsstrom der elektronenemittierenden Vorrichtungen zeigte eine Streuung von 6%. Beim Betrachten der elektronenemittierenden Zone jeder Vorrichtung durch ein Rasterelektronenmikroskop wurde festgestellt, daß in der Mitte des Abstands der beiden Vorrichtungselektroden sehr wenig Mäanderform auftrat.
[Beispiel 14]
Die Schritte von Beispiel 13 wurde beibehalten, außer daß ein Kronglassubstrat verwendet wurde, und die Kohlenstoff-Feinteilchen wurden durch Platin-Kohlenstoff-Feinteilchen ersetzt, die aufbereitet wurden, indem Kohlenstoff-Feinteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 30 nm veranlaßt wurden, Platinchlorid zu adsorbieren. Dieses Gemisch wurde getrocknet und bei 700°C über einen Zeitraum von vier Stunden reduziert.
Anschließend wurden Tropfen der Tinte K auf das Substrat angewendet, und sie wurden gesintert, um eine elektrisch leitende Schicht mit einem zusammengesetzten latenten Bild für jede Vorrichtung wie in Beispiel 13 zu erzeugen, und danach wurden die Vorrichtung einer Erregerbildung und Aktivierungsvorgängen unterworfen. Der elektrische Emissionsstrom der elektronenemittierenden Vorrichtungen zeigte eine Streuung von 5%. Das Ergebnis der Betrachtung durch ein Rasterelektronenmikroskop war ähnlich dem von Beispiel 13.
[Beispiel 15]
Bei diesem Beispiel wurde ein Quarzsubstrat verwendet, und die Vorrichtungselektroden oder Gold wurden durch Photolithographie erzeugt.
Die folgenden elektrisch leitenden schichtbildenden Tinten wurde verwendet.

Tinte L: eine wäßrige Lösung durch Auflösen von Nickel(II)-azetat in Wasser mit einer Metallkonzentration von 2 Gewichtsprozent.
Tinte M: eine wäßrige Lösung durch Auflösen von Chrom(III)-azetat in Wasser mit einer Metallkonzentration von 2 Gewichtsprozent.

Schritt 1:
Vorrichtungen, die jeweils eine Anordnung wie in den 6A und 6B haben, wurden aufbereitet. Bezugnehmend auf die 6A und 6B, wurden Punkt 4-1 und Punkt 4-2 mit den Tinten L beziehungsweise M gebildet. Der Tintenausstoßvorgang wurde derart gesteuert, daß der Punkt 4-1 eine metallische Nickelschicht mit einer Dicke von 40 nm hatte, und Punkt 4-2 hatte eine metallische Chromschicht mit einer Dicke von 10 nm.
Schritt 2:
Die Vorrichtungen wurden bei 400°C über einen Zeitraum von 10 Minuten an Luft wärmebehandelt, wobei ein Gemisch von Argon zu 98% und Wasserstoff zu 2% strömten, um die Metallverbindungen in entsprechende Schichtmetalle zu zersetzen. Danach wurde die Temperatur auf 500°C erhöht, die über einen Zeitraum von einer Stunde aufrecht erhalten wurde, um dann allmählich erniedrigt zu werden, um damit eine Legierung aus Nickel und Chrom am Schnittbereich der Punkte jeder Vorrichtung zu erzeugen.
Schritt 3:
Die Vorrichtungen wurden einer Erregerbildung und Aktivierungsvorgängen wie in Beispiel 8 unterworfen, und die Vorrichtungen wurden in einer Vakuumkammer auf eine Temperatur von 200°C erwärmt, die dann hochgradig evakuiert wurde.
Die aufbereiteten Vorrichtungen wurden dann auf elektronenemittierende Eigenschaft wie in Beispiel 8 geprüft, um dann eine Streuung von 11% im elektrische Emissionsstrom der elektronenemittierenden Vorrichtungen festzustellen. Bei Betrachten durch ein Rasterelektronenmikroskop wurde festgestellt, daß sich ein schwach mäanderförmige elektronenemittierende Zone an dem Schnittbereich der zwei Punkte bei jeder Vorrichtung gebildet hatte.
Die in solch geringen Maße mäanderförmige elektronenemittierende Zone kann der Tatsache zugeschrieben werde; daß die Legierung aus 80% Nickel und 20% Chrom eine typische Chromlegierungszusammensetzung aufweist, und einen spezifischen Widerstandswert zeigt, der um drei Zehnerpotenzen größer ist als der von Nickel oder von Chrom, wodurch große Wärme erzeugt werden kann, wenn elektrische Anregung im Erregerbildungsverfahren erfolgt, um eine elektronenemittierende Zone nur dort zu erzeugen. Das Metall Chrom und das Metall Nickel haben eine raumzentrierte beziehungsweise eine kubisch flächenzentrierte Kristallstruktur, und die Legierung mit der obigen Zusammensetzung zeigt eine Kristallstruktur, die dem Nickel ähnelt, und deshalb kann angenommen werden, daß die Schnittstelle der Legierung und dem Metall Chrom mechanisch nicht stark ist. Mit anderen Worten kann die Schnittstelle der Legierung und des Metalls die Bildung einer elektronenemittierenden Zone bei Erregerbildungsverfahren auslösen.
[Vorteile der Erfindung]
Wie oben genau beschrieben, kann eine elektrisch leitende Schicht mit einem strukturellen oder einem zusammengesetztes latenten Bild mit einem Verfahren erzeugt werden, in dem eine elektronenemittierende Vorrichtung entsprechend der Erfindung unter Verwendung eines Tintenstrahlgeräts hergestellt wird. Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann die elektronenemittierende Zone, die in einer elektrisch leitenden Schicht bei einem nachfolgenden Erregerbildungsverfahren erzeugt wird, bezüglich des Ortes so gesteuert werden, daß die Schicht an einer bestimmten Stelle angeordnet wird. Dies kann im der Mitte des Abstands zwischen den Vorrichtungselektroden oder nahe an einer der Vorrichtungselektroden sein und die Mäanderform der elektronenemittierenden Zone kann minimiert werden, wodurch die aufbereitete elektronenemittierende Vorrichtung gleichförmig zur Emission von Elektronen beitragen kann. Wenn zusätzlich im Bilderzeugungsgerät, das die Vorrichtungen enthält, die Vorrichtungselektroden jeder der elektronenemittierenden Vorrichtungen durch einen großen Abstand voneinander getrennt sind, kann ein kleiner, heller Fleck auf der fluoreszierenden Schicht in dem Bilderzeugungsgerät durch den von der elektronenemittierenden Vorrichtung emittierten Elektronenstrahl gegenübergestellt werden. Daher ist ein solches Bilderzeugungsgerät hochgradig angepaßt, scharf definierte Bilder anzuzeigen. Hinzu kommt, der Bildschirm des Bilderzeugungsgeräts wird frei von ungleichmäßiger Helligkeit sein, wodurch die Qualität der auf dem Bildschirm angezeigten Bilder weiter verbessert wird.
Schließlich erweitert die Anwendung eines Tintenstrahlgeräts die Wahl von Materialien, die zur Herstellung einer elektrisch leitenden Schicht zum Zweck dieser Erfindung, im Vergleich mit anderen bekannten Verfahren zur Herstellung latenter Bilder, verwendet werden kann.
Wenn beispielsweise eine Anordnung ähnlich der von Beispiel 1 durch ein Strukturierungsverfahren aufbereitet wird, das nicht die Tintenstrahltechnik verwendet, würden folgende Schritte ausgeführt werden. Das heißt, eine dünnere Schicht wird zuerst gebildet und strukturiert und danach wird eine Photomaske zur Bildung der anderen, dickeren Schicht über der schon vorhanden Schicht gebildet, gefolgt von der Anwendung einer organischen Metall-Lösung, dann einem Sintern und einem Abhebvorgang zum Strukturieren. Da die oben angeführte Photomaske über dem zuvor gebildeten dünneren Schicht gebildet wird, muß die dünnere Schicht gut auf dem Substrat haften In Fall, bei dem das Material ein Oxid, wie beispielsweise Palladiumoxid in Beispiel 1 ist, kann eine gute Haftfähigkeit erwartet werden, und daher könnten die obigen Schritte erfolgreich ausgeführt werden. Ebenfalls, wenn das Schichtmaterial Palladium ist; Strukturieren einer Palladiumoxidschicht, gefolgt von einer Reduktion, würde erfolgreich eine bestimmte Schichtstruktur liefern. Im Fall jedoch, mit Platin als Schichtmaterial ließen sich die Schritte nicht anpassen, da das Oxidieren von Platin äußerst schwierig ist. Im Gegensatz hierzu können geeignet organische Platinverbindungen zur Strukturbildung unter Verwendung der Tintenstrahltechnik verwendet werden.
Zusätzlich im Fall der Aufbereitung einer Anordnung, wie beispielsweise im Beispiel 18, scheint der Grund zu sein, warum der Schnittbereich der Punkte bei einer relativ niedrigen Temperatur einfach ausgeführt werden kann, daß die beiden übereinanderliegenden Punkte in ihrer Oxidform vorliegen, und das Legieren durch thermische Zersetzung erfolgt. Wenn andererseits das obige Legieren durch das konventionelle Verfahren beeinflußt wird, das sich wiederholende Schichtbild und sich wiederholendes Strukturieren verwendet, muß beispielsweise eine Nickeloxidschicht erst gebildet und strukturiert werden, und dann nach der Bildung einer Chromschicht und nach der Reduktion von Nickeloxid zu Nickel muß der sich überschneidende Bereich einem Legierungsvorgang unterworfen werden. In diesem Fall werden an dem sich überschneidenden Bereich Nickel und Chrom als Metallschichten aufgeschichtet. Ausreichend Diffusion muß gewährleistet sein, um einen Legierungsvorgang sicherzustellen; dies bedeutet eine zeitaufwendige Behandlung bei hohen Temperaturen, was aus Sicht des Wärmewiderstands der Substrate nicht immer möglich ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Elektronenquelle mit einer Anordnung elektronenemittierender Vorrichtungen auf einem Substrat, die jeweils ein durch einen Spalt mit einem elektrisch leitenden Dünnfilm beabstandetes Paar Elektroden haben, der das Paar Elektroden überbrückt, die sich der Länge nach in einer ersten Richtung über den Spalt erstrecken, in dem eine elektronenemittierende Zone im elektrisch leitenden Dünnfilm gebildet ist, mit den Verfahrensschritten: Erzeugen eines fortlaufenden elektrisch leitenden Dünnfilms für jede Vorrichtung auf der Substratoberfläche; und Formieren einer jeden elektronenemittierende Zone durch elektrische Erregung; dadurch gekennzeichnet, daß der Erzeugungsschritt für jede Vorrichtung so erfolgt, daß der elektrisch leitende Dünnfilm darin an einem vorbestimmten Ort festgelegt eine eingegrenzte Zone hat, die sich in Breitenrichtung von einer Seite des elektrisch leitenden Dünnfilms in einer zweiten Richtung quer zur ersten Richtung hin zur anderen Seite erstreckt, welch eingegrenzte Zone sich im lokalen Wert wenigstens entweder in der Dünnfilmstärke, dem spezifischen elektrischen Widerstand oder der Filmbreite zu einem solchen Ausmaß unterscheidet, daß eine vorherige Anordnung für das Beinhalten eines Bruchs der Elektronenemissionszone besteht, der im Verfahrensschritt des Formierens entsteht, wobei der Erzeugungsschritt folgende Verfahrensschritte umfaßt: Erzeugen einer Vielzahl von Tintenpunkten auf der Substratoberfläche zu vorbestimmten Stellen durch Beaufschlagen eines oder mehrerer Tintentropfen zum Bilden eines elektrisch leitenden Films auf dem Substrat, wobei das Beaufschlagen eines oder mehrerer Tintentropfen reguliert ist zum Bestimmen wenigstens entweder des Inhalts, der Zusammensetzung oder der Lage jeden Punktes; und Behandeln des beaufschlagten Substrats mit Trocknen, Tempern oder mit Trocknen und Tempern.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Erzeugungsschritt eines oder einer Vielzahl von Tintentropfen erfolgt, nachdem das jeweilige Elektrodenpaar auf der Substratoberfläche bereitgestellt ist, wobei sich Teile des einen oder der mehreren Tintentropfen mit den Enden des Elektrodenpaares überlappen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Beaufschlagen eines oder mehrerer Tintentropfen reguliert ist zum Erzeugen einer Vielzahl von Tintenpunkten, die in einer längs sich erstreckenden Zeile angeordnet sind und vorbestimmte Positionen einnehmen, in denen sie sich überlappen und den Spalt überbrücken.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Beaufschlagen eines oder mehrerer Tintentropfen reguliert ist zum Erzeugen einer Vielzahl von Tintenpunkten, die in einer sich in Breitenrichtung erstreckenden Spalte angeordnet sind und vorbestimmte Positionen einnehmen, in denen sie sich überlappen und den Spalt überbrücken, so daß ein fortlaufender elektrisch leitender Dünnfilm aus dieser Behandlung hervorgeht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Beaufschlagen eines oder mehrerer Tintentropfen reguliert ist zum Erzeugen einer Vielzahl von Tintenpunkten, die in einer längs sich erstreckenden Zeile und in einer sich in Breitenrichtung erstreckenden Spalte angeordnet sind und vorbestimmte Positionen einnehmen, in denen sich alle jene der Zeile überlappen, um den Spalt zu überbrücken, und alle jene der Spalte sich überlappen, so daß ein fortlaufender elektrisch leitender Dünnfilm aus dieser Behandlung hervorgeht.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, bei dem das Beaufschlagen eines oder mehrerer Tintentropfen reguliert ist zum Bestimmen des Inhalts eines jeden Punktes, so daß ein Punkt in der Zeile oder die Punkte in einer der Spalten geringere Mengen an Material zum Bilden elektrisch leitenden Dünnfilms enthalten, um durch diese Behandlung eine örtlich beschränkte Zone geringerer Filmstärke gemäß dem Teil des Punktes oder der Punkte zu erzeugen, die benachbarte Punkte oder von Punkte größerer Mengen an Material zum Bilden elektrisch leitenden Dünnfilms nicht schneiden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem Punkte geringerer oder größerer Mengen an Material zum Bilden elektrisch leitenden Dünnfilms der Erzeugung des Punktes oder der Punkte dient, die geringere beziehungsweise größere Mengen enthalten.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Anzahl von Tropfen, die einen Punkt beaufschlagen, zur Erzeugung des Punktes oder der Punkte verringert ist, die geringere Mengen an Material zum Bilden elektrisch leitenden Dünnfilms enthalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das Beaufschlagen eines oder mehrerer Tropfen so reguliert ist, daß die Stärken des elektrisch leitenden Films entsprechend den nichtgeschnittenen Teilen der Punkte, die geringere oder größere Mengen an Material zum Bilden elektrisch leitenden Dünnfilms enthalten, sich um den Faktor 2 oder größer unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 5, bei dem das Beaufschlagen reguliert ist zum Bestimmen der Zusammensetzung eines jeden Punktes in der Zeile oder daß die Punkte in einer der Spalten ein unterschiedliches Material zum Bilden elektrisch leitenden Dünnfilms enthalten sollen, um durch diese Behandlung eine örtlich beschränkte Zone größeren spezifischen elektrischen Widerstands für den Teil des Punktes oder der Punkte zu erzeugen, die vom angrenzenden Punkt oder von angrenzenden Punkten mit einem anderen Material zum Bilden elektrisch leitenden Dünnfilms nicht geschnitten werden.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die den elektrisch leitfähigen Film bildende Tinte von zweierlei Art ist: einer Tinte, die eine Lösung einer Metallverbindung enthält, die zum Erzeugen eines leicht oxidierbaren Metalls zersetzbar ist; der anderen Tinte, die eine Lösung einer Metallverbindung enthält, die zum Erzeugen eines schwer oxidierbaren Metalls zersetzbar ist, wobei die eine Tinte und die andere Tinte zum Erzeugen des einen Punktes in der Zeile oder der Punkte in der einen Spalte beziehungsweise zum Erzeugen des restlichen Punktes oder der restlichen Punkte dient; und bei dem die Behandlung des beaufschlagten Substrats so erfolgt, daß die Tinten zersetzt werden, um Metall zu erzeugen, und das leicht oxidierbare Metall oxidiert.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die den elektrisch leitfähigen Film bildende Tinte von zweierlei Art ist, wobei eine Tinte und die andere Tinte in Lösung jeweilige Verbindungen eines oxidierbaren Metalls einer Metallverbindung enthält, die zersetzbar sind zum Erzeugen von Metall bei jeweils niedrigerer und höherer Temperatur, wobei die eine Tinte und die andere Tinte zum Erzeugen des einen Punktes in der Zeile oder der Punkte in der einen Spalte beziehungsweise zum Erzeugen des restlichen Punktes oder der restlichen Punkte dient; und bei dem die Behandlung des beaufschlagten Substrats so erfolgt, daß die Tinten zersetzt werden, um das Metall zu erzeugen, wobei das durch Zersetzen der Tintenverbindung bei niedriger Temperatur erzeugte Metall ein selektives Oxidieren erfährt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, bei dem: das Beaufschlagen einer oder mehrerer Tropfen reguliert ist zum Bestimmen der Zusammensetzung eines jeden Punktes; die angewandte Tinte von zweierlei Art ist, wobei eine Tinte und die andere Tinte in Lösung Verbindungen unterschiedlicher legierbarer Metalle enthält; eine Tinte und die andere Tinte zum Erzeugen sich überlappender Punkte dienen, die die jeweiligen Zusammensetzungen enthalten, die zersetzbar sind durch Behandlung zum Erzeugen einer Metallegierung in der Überlappungszone der sich überlappenden Punkte und zum Erzeugen der unterschiedlichen Metalle in den restlichen Zonen des elektrisch leitenden Dünnfilms, wobei die Überlappungszone somit eine örtlich begrenzte Zone höheren spezifischen elektrischen Widerstands bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem: nach Bereitstellen des jeweiligen Elektrodenpaares eine einen entmischbaren reduzierenden Wirkstoff enthaltende Tinte zum Einsatz und der reduzierende Wirkstoff zur Trennung kommt, um der Kante einer jeden Elektrode während des Trocknens benachbart zu sein; danach Beaufschlagen eines oder mehrerer Tropfen folgt, wobei die Tinte in Lösung eine zersetzbare Verbindung eines leicht oxidierbaren Metalls enthält; danach Tempern, womit die Verbindung zersetzt wird, um Metall zu erzeugen, und anders als das Metall, das den reduzierenden Wirkstoff überlappt, es oxidiert, um als örtlich begrenzte Zone eine Zone vom elektrisch leitenden Dünnfilm mit hohem spezifischen elektrischen Widerstand zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, der von Anspruch 2 abhängt, bei dem das Beaufschlagen eines oder mehrerer Tintentropfen reguliert ist, um die Lage des einen Punktes oder der Zeile von Punkten in Bezug auf das Elektrodenpaar so zu bestimmen, daß sich die jeweiligen Filmbreiten an der Kante einer jeden Elektrode um den Faktor 2 oder größer unterscheiden, wobei die örtlich beschränkte Zone eine Zone des elektrisch leitenden Dünnfilms ist, der an die Kante der Elektrode angrenzt, bei der die Filmbreite kleiner ist.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Beaufschlagen eines oder mehrerer Tintentropfen reguliert ist, um die Lage eines jeden Punktes so zu bestimmen, daß jeder Punkt hin zur selben Elektrode des Paares versetzt ist, womit sich die Punkte mehr oder weniger an den jeweiligen Kanten der Elektroden überlappen, und bei dem eine örtlich begrenzte Zone von insgesamt geringerer Filmstärke an der Grenze der Kante entsteht, bei der sich die Punkte zu einem geringeren Ausmaß überlappen.