DE69911895T2

DE69911895T2 - Elektronen emittierende Vorrichtung, Elektronenquelle und Bilderzeugungsgerät

Info

Publication number: DE69911895T2
Application number: DE69911895T
Authority: DE
Inventors: Keisuke Yamamoto; Miki Tamura; Yutaka Arai
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2019-12-09
Also published as: DE69911895D1; EP1009011A1; EP1009011B1; JP3131782B2; JP2000231873A; US6617773B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronen emittierende Vorrichtung, eine Elektronenquelle unter Verwendung der Elektronen emittierenden Vorrichtungen und ein Bilderzeugungsgerät, wie eine Anzeigevorrichtung, das unter Verwendung einer derartigen Elektronenquelle aufgebaut ist.
Eine Elektronen emittierende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist in EP 0725414 A beschrieben.
Die gewöhnlich bekannten Elektronen emittierenden Vorrichtungen sind grob in zwei Typen eingeteilt; Glühkathoden und Kaltkathoden. Die Kaltkathoden umfassen Elektronen emittierende Vorrichtungen vom Feldemissionstyp (nachstehend als „FE-Typ" bezeichnet), Elektronen emittierende Vorrichtungen vom Metall/Isolator/Metall-Typ (nachstehend als „MIM-Typ" bezeichnet), Elektronen emittierende Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp und so weiter.
Beispiele von bekannten Vorrichtungen des FE-Typs umfassen jene, die nachfolgend offenbart sind: W. P. Dyke & W. W. Dolan, „Field emission", Advance in Electron Physics, 8, 89 (1956); C. A. Spindt, „Physical Properties of thin-film field emission cathodes with molybdenum cones", J. Appl. Phys., 47, 5248 (1976); M. W. Geis, „Electron field emission from diamond and other carbon materials after H₂, O₂, and Cs treatment", Appl. Phys. Lett. 67(9) (1995); WO96/35640; Ken Okano, "Lowthreshold cold cathodes made of nitrogen-doped chemicalvapor-deposited diamond", Nature, Bd. 381, 1996; A. J. Amaratunga, "Nitrogen containing hydrogenated amorphous car bon for thin-film field emission cathodes", Appl. Phys. Lett., 68 (18) (1996); A. Weber, "Carbon based thin film cathodes for field emission displays", J. Vac. Sci. Technol. A16 (3) (1998); Eung Joon Chi, "Effects of heat treatment on the field emission property of amorphous carbon nitride", J. Vac. Sci. Technol. B16 (3) (1998) und so weiter.
Beispiele bekannter Vorrichtungen vom MIM-Typ umfassen jene, die in C. A. Mead, „Operation of Tunnel-Emission Devices", J. Appl. Phys., 32, 646 (1961) und so weiter offenbart sind.
Beispiele von Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen umfassen jene, die in M. I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10, 1290 (1965) und so weiter offenbart sind.
Die Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen nutzen ein derartiges Phänomen, daß eine Elektronenemission auftritt, wenn der elektrische Strom parallel zu der Oberfläche in einem Dünnfilm bzw. einer Dünnschicht einer auf einem Substrat ausgebildeten kleinen Fläche fließen darf. Beispiele von den Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen, die vordem berichtet wurden, umfassen jene, die einen Dünnfilm von SnO₂ durch den oben zitierten Elinson und andere verwenden, jene die einen Dünnfilm von Au verwenden (G. Ditmmer: „Thin Solid Films", 9, 317 (1972)), jene die einen Dünnfilm von In₂O₃/SnO₂ verwenden (M. Hartwell und C. G. Fonstad: „IEEE Trans. ED Conf.", 519, (1975)), jene die einen Dünnfilm von Kohlenstoff verwenden (Hisashi Araki et al.: Shinku (Vacuum), Vol. 26, Nr. 1, p22 (1983)), und so weiter.
Eine typische Vorrichtungskonfiguration dieser Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen ist die Vorrichtungs- bzw. Bauelementstruktur des oben zitierten M. Hartwell, welche in 18 dargestellt ist. In derselben Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein elektrisch isolierendes Substrat. Ein Bezugszeichen 4 bezeichnet eine elektrisch leitende dünne Schicht, die beispielsweise ein Dünnfilm eines Metalloxids ist, was in einem H-förmigen Muster gebildet ist und in welcher eine Elektronen emittierende Zone 5 durch einen nachstehend beschriebenen Energetisierungsvorgang mit der Bezeichnung „Formung" gebildet bzw. geformt wird. In der Zeichnung ist die Lücke L' von 0.5 bis 1 mm eingestellt und die Breite W' auf 0.1 mm.
Bei diesen Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen war es eine übliche Praxis, die leitende dünne Schicht 4 einleitend dem Energetisierungsvorgang mit der Bezeichnung Formung zu unterziehen, wobei die Elektronen emittierende Zone 5 gebildet wird. Die Formung ist nämlich ein Vorgang zum Anlegen einer Gleichspannung oder einer sehr langsam ansteigenden Spannung, beispielsweise bei der Anstiegsrate von ungefähr 1 V/min, an den beiden Enden der leitenden dünnen Schicht 4, um lokal die leitende dünne Schicht zu brechen, zu deformieren oder zu modifizieren, wobei die Elektronen emittierende Zone 5 in einem elektrisch höheren Widerstandszustand gebildet wird als der Widerstand in der Umgebung. In der Elektronen emittierenden Zone 5 wird ein Riß in einem Teil der leitenden dünnen Schicht 4 erzeugt und Elektronen werden aus der Nähe des Risses emittiert.
In der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung werden nach dem zuvor erwähnten Formungsvorgang Elektronen aus der obengenannten Elektronen emittierenden Zone 5 emittiert, wenn der Strom in der Vorrichtung mit Anlegen der Spannung an die leitende dünne Schicht 4 einschließlich der Elektronen emittierenden Zone 5 fließt.
Andererseits wird beispielsweise, wie in dem japanischen Patent Nr. 2 836 015, Nr. 2 903 295 usw. offenbart ist, die Vorrichtung nach der Formung manchmal einer Behandlung, die als ein Aktivierungsvorgang bezeichnet wird, unterworfen. Der Aktivierungsvorgang ist ein Schritt, durch den eine beachtliche Änderung in dem Vorrichtungsstrom If und in dem Emissionsstrom Ie auftritt.
Der Aktivierungsschritt ist durch wiederholtes Anlegen einer Impulsspannung an die Vorrichtung durchführbar wie im Fall des Formungsvorgangs unter einer Umgebung, die eine organische Substanz enthält. Dieser Vorgang verursacht eine dünne Schicht, die hauptsächlich Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung enthält, was von der organischen Substanz abzuscheiden ist, welche in der Umgebung auf der Elektronen emittierenden Zone der Vorrichtung und deren Nähe existiert, um eine hervorstechende Änderung in dem Vorrichtungsstrom If und dem Emissionsstrom zu induzieren, wobei bessere Elektronenemissionscharakteristiken erzielt werden.
20A und 20B sind schematische Diagramme, um die in den vorstehend genannten Veröffentlichungen offenbarte Elektronen emittierende Vorrichtung zu zeigen. In 20A und 20B bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein elektrisch isolierendes Substrat, 2 und 3 bezeichnen Elektroden, 4 bezeichnet die zuvor erwähnte elektrisch leitende dünne Schicht, 10 bezeichnet die dünne Schicht, die hauptsächlich Kohlenstoff oder die Kohlenstoffverbindung enthält, die durch den zuvor erwähnten Aktivierungsvorgang gebildet wird, und 5 bezeichnet die Elektronen emittierende Zone.
Da die oben beschriebene Oberflächenleitungselektronen emittierende Vorrichtung in der Struktur einfach ist und leicht hergestellt wird, hat sie den Vorteil der Eignung zur Formung einer Anordnung von vielen Vorrichtungen über eine große Fläche. Eine Vielzahl von Anwendungen wurden seither untersucht, um diese Eigenschaft auszunutzen. Beispielsweise umfassen derartige Anwendungen geladene bzw. ionisierte Strahlquellen, Anzeigevorrichtungen und so weiter.
Ein Anwendungsbeispiel, wo viele Oberflächenleitungselektronen emittierende Vorrichtungen gruppiert angeordnet sind, besteht in einer Elektronenquelle, in welcher die Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen parallel gruppiert angeordnet sind und viele Zeilen angeordnet sind, wobei jede Zeile die Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen umfassen, deren beide Anschlüsse mit jeweiligen Drähten verbunden sind (beispielsweise die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 64-31332, Nr. 1-283749 und Nr. 2-257552).
Insbesondere sind, auf dem Gebiet des Bilderzeugungsgeräts, wie z. B. die Display- bzw. Anzeigevorrichtungen und dergleichen, Flachbildschirmanzeigevorrichtungen unter Verwendung von Flüssigkristallen in den letzten Jahren weitverbreitet geworden anstelle der CRTs, jedoch sind sie nicht vom Selbstemissionstyp. Demgemäß hatten sie das Problem, daß beispielsweise ein Hintergrundlicht oder dergleichen erforderlich war. Demgemäß gab es das Bestreben zur Entwicklung der Display- bzw. Anzeigevorrichtung vom Selbstemissionstyp.
Wenn das Bilderzeugungsgerät als eine Display- bzw. Anzeigevorrichtung konstruiert wird, in welcher eine Elektronenquelle, die aus vielen Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen gebildet ist, mit einem fluoreszierenden Material zur Emission sichtbaren Lichts mit dem Empfang von Elektronen, die von der Elektronenquelle emittiert werden, kombiniert wird, kann das Gerät, auch von der großen Fläche, relativ leicht hergestellt werden und ist die Emissionsanzeige mit hervorragender Anzeigequalität.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Konfiguration der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung zu schaffen, welche geeignet ist, hocheffiziente und stabile Elektronenemissionscharakteristiken, eine Elektronenquelle und ein diese verwendendes Bilderzeugungsgerät zu realisieren.
Die Erfinder haben intensive und extensive Forschung durchgeführt, um das vorgenannte Ziel zu erreichen, und haben die vorliegende Erfindung auf der Basis einer Erkenntnis realisiert, daß der Elektronenemissionswirkungsgrad der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung in hohem Maße variieren kann in Abhängigkeit von der Qualität der Kohlenstoff-Dünnschicht, insbesondere in Abhängigkeit davon, ob die Kohlenstoff-Dünnschicht, die an der angelegten Seite des höheren Potentials während des Treibervorgangs vorhanden ist, Stickstoff enthält oder ob nicht.
Spezifisch ist die Elektronen emittierende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Elektronen emittierende Vorrichtung von der Art, welche erste und zweite Kohlenstoff-Dünnschichten aufweist, die auf einem Substrat angeordnet sind, welche Dünnschichten mit einer zwischengeordneten Lücke gegenüberliegend angeordnet sind;
erste und zweite Elektroden, welche jeweils mit den ersten und zweiten Kohlenstoff-Dünnschichten elektrisch verbunden sind; und
eine bezüglich der ersten und zweiten Elektroden angeordnete Stromversorgungseinrichtung zum Verursachen von Elektronenemission, indem eine höhere Spannung an die erste Elektrode als an die zweite Elektrode abgelegt wird.
Diese Elektronen emittierende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß:
die erste Kohlenstoff-Dünnschicht, die mit der ersten Elektrode verbunden ist, welche zur Aufnahme der höheren Spannung dient, Stickstoff aufweist.
Es ist bevorzugt, daß die ersten und zweiten KohlenstoffDünnschichten vollständig voneinander getrennt sind. Jedoch sind Elektronen emittierende Vorrichtungen, in welchen die ersten und zweiten Kohlenstoff-Dünnschichten teilweise verbunden sind, nicht vom Umfang dieser Erfindung ausgeschlossen, wie nachstehend erläutert wird.
Wenn die Kohlenstoff enthaltende Dünnschicht (Kohlenstoff-Dünnschicht) Stickstoff aufweist, sind resultierende physikalische Eigenschaften eine Erhöhung des Elektronenstreukoeffizienten und eine Erhöhung des sekundären Emissionskoeffizienten der Kohlenstoff enthaltenden Dünnschicht (Kohlenstoff-Dünnschicht). Aus diesem Grund kann der vorgenannte Elektronenemissionswirkungsgrad erhöht werden, wenn die Kohlenstoffschicht, die mit der Elektrode verbunden ist, an welche die höhere Spannung während des Treibervorgangs (die Kohlenstoff-Dünnschicht, wo Elektronen gestreut werden) angelegt ist, dazu ausgebildet wird, Stickstoff zu enthalten. Mit der Elektronen emittierenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann nämlich der Vorrichtungsstrom If verringert werden, während der Emissionsstrom Ie erhöht wird.
Jedoch wird die thermische Stabilität und elektrische Leitfähigkeit mit Erhöhen des Stickstoffgehalts andererseits verschlechtert werden.
Aus diesem Grund kann die Elektronen emittierende Vorrichtung mit hohem Wirkungsgrad und hervorragender Treiberstabilität realisiert werden, indem das Verhältnis von Stickstoffatomen zu Kohlenstoffatomen in der kohlenstoffhaltigen Dünnschicht (Kohlenstoff-Dünnschicht) (die Anzahl der Stickstoffatome/die Anzahl der Kohlenstoffatome) auf nicht weniger als 2/100 und nicht mehr als 15/100 gesteuert bzw. geregelt wird.
Ferner kann, wenn das Verhältnis von Stickstoffatomen zu Kohlenstoffatomen in der kohlenstoffhaltigen Dünnschicht (Kohlenstoff-Dünnschicht) (die Anzahl der Stickstoffatome/die Anzahl der Kohlenstoffatome) auf größer als 5/100 und nicht mehr als 15/100 gesteuert bzw. geregelt wird, die Elektronen emittierende Vorrichtung mit extrem hohem Wirkungsgrad und hervorragender Treiberstabilität realisiert werden.
Ferner ist eine Elektronenquelle vorgesehen, wobei eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung, was vorstehend beschrieben ist, auf einem Substrat gruppiert angeordnet ist; vorzugsweise ist die Elektronenquelle in einer Konfiguration angeordnet, in welcher eine Vielzahl von Zeilen von Elektronen emittierenden Vorrichtungen vorgesehen ist, deren zwei Elektroden mit jeweiligen Drähten in jeder Zeile verbunden sind, und in welcher ein Modulationsmittel vorgesehen ist, oder in einer Konfiguration, in welcher eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen in einer Matrix mit einer Vielzahl von in X-Richtung verlaufenden Drähten und in Y-Richtung verlaufenden Drähten, die elektrisch voneinander isoliert sind, verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Bilderzeugungsgerät bereit, das eine Elektronenquelle und ein Bilderzeugungselement umfasst, wobei die Elektronenquelle eine Elektronenquelle der vorliegenden Erfindung ist, die vorstehend beschrieben ist.
In den beigefügten Zeichnungen:
1A und 1B sind schematische Diagramme, um ein fundamentales Beispiel der Struktur der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
2 ist ein schematisches Diagramm, um ein anderes fundamentales Beispiel der Struktur der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
3A, 3B, 3C und 3D sind Diagramme, um ein Verfahren zur Herstellung der Elektronen emittierenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zu erläutern;
4 ist ein schematisches strukturelles Diagramm, um ein Beispiel eines Messungs- und Evaluierungssystems zu zeigen, das für die Herstellung der Elektronen emittierenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
5A und 5B sind schematische Diagramme, um Beispiele von Spannungswellenformen in dem Energetisierungsformungsvorgang zu zeigen, welcher in die Herstellung der Elektronen emittierenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung übernom men werden kann;
6 ist ein Diagramm, um die Beziehung des Emissionsstroms Ie und des Vorrichtungsstroms If zu der Vorrichtungsspannung Vf der Elektronen emittierenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
7 ist ein schematisches Diagramm, um ein Beispiel der Elektronenquelle der einfachen Matrixkonfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
8 ist ein schematisches Diagramm, um ein Beispiel eines Anzeige- bzw. Displaypanels in dem Bilderzeugungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
9A und 9B sind schematische Diagramme, um Beispiele fluoreszierender Dünnschichten zu zeigen;
10 ist ein Blockdiagramm, um ein Beispiel einer Treiberschaltung zum Anzeigen eines Bilds gemäß NTSC-Fernsehsignalen in dem Bilderzeugungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
11 ist ein schematisches Diagramm, um ein Beispiel der Elektronenquelle einer Leiterkonfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
12 ist ein schematisches Diagramm, um ein anderes Beispiel des Anzeige- bzw. Displaypanels in dem Bilderzeugungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
13 ist ein schematisches Diagramm, um ein Beispiel einer Spannungswellenform in dem Aktivierungsvorgang zu zeigen, welcher in die Herstellung der Elektronen emittierenden Vor richtung der vorliegenden Erfindung übernommen werden kann;
14 ist ein schematisches Diagramm, um einen Teil der Elektronenquelle einer Matrixverdrahtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
15 ist schematisches, geschnitten gehaltenes Diagramm entlang einer Linie 15-15 in 14;
16A, 16B, 16C und 16D sind Diagramme, um Herstellungsschritte der Elektronenquelle der Matrixverdrahtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
17A, 17B, 17C und 17D sind Diagramme, um Herstellungsschritte der Elektronenquelle der Matrixverdrahtung gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
18 ist ein schematisches Diagramm der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung des Beispiels gemäß dem Stand der Technik;
19 ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern des Elektronenemissionsmechanismus der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung; und
20A und 20B sind schematische Diagramme der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung des Beispiels gemäß dem Stand der Technik.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Elektronen emittierende Vorrichtung, die in 20A und 20B veranschaulicht ist, wird grundsätzlich in einem Behälter betrieben, der unter einem innenseitigen Vakuum gehalten wird, wie in 4 veranschaulicht ist. Bei dieser Gelegenheit wird eine Elektrode (beispielsweise die Elektrode 2) auf ein höheres Potential als die andere Elektrode (beispielsweise die Elektrode 3) gesetzt, wobei Elektronen von der Elektronen emittierenden Zone 5 in Richtung auf eine Anodenelektrode 44 emittiert werden.
Der Mechanismus der Elektronenemission von der Elektronen emittierenden Zone 5 wird unter Bezugnahme auf das schematische Diagramm von 19 beschrieben werden. Zunächst wird eine geeignete Spannung an die Elektrode 2 und/oder die Elektrode 3 angelegt, so daß die Elektrode 2 bei einem höheren Potential gehalten wird als die Elektrode 3, wie vorstehend beschrieben wurde. Folglich wird eine Potentialdifferenz in der Lücke 7 zwischen den gegenüberliegenden Dünnschichten 10 erzeugt, die die Hauptkomponente aus Kohlenstoff oder aus der Kohlenstoffverbindung (nachfolgend als „Kohlenstoffdünnschicht" bezeichnet) enthalten. Es wird davon ausgegangen, daß diese somit erzeugte Potentialdifferenz bewirkt, daß Elektronen von der Kante der Kohlenstoffdünnschicht 10 (die rechte Seite in 19) auf der niedrigeren Potentialseite (die Seite der Elektrode 3) zu der Kante der Kohlenstoffdünnschicht 10 (die linke Seite in 19) auf der höheren Potentialseite (die Seite der Elektrode 2) tunneln, welche einander gegenüberliegen. Ferner wird berücksichtigt, daß die von der Kohlenstoffdünnschicht 10 bei dem niedrigeren Potential (auf der Seite der Elektrode 3) tunnelnden Elektronen von der Kohlenstoffdünnschicht 10 bei dem höheren Potential (auf der Seite der Elektrode 2) gestreut werden und daß Elektronen, die aus einem vorbestimmten Bereich (Abstand) nach wiederholter Streuung herausspringen, meistens die Anoden elektrode 44 erreichen.
In dem obigen Streuprozeß werden die meisten Elektronen, die von der Kante der Kohlenstoffdünnschicht 10 (die rechte Seite in 19) bei dem niedrigeren Potential (auf der Seite der Elektrode 3) tunneln, von der Kohlenstoffdünnschicht 10 (die linke Seite in 19) bei dem höheren Potential (auf der Seite der Elektrode 2) absorbiert, um ein ineffektiver Strom (Vorrichtungsstrom If) zu werden, der zwischen der Elektrode 2 und der Elektrode 3 fließt.
Demgemäß wird, im Falle der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung, die durch den vorgenannten Aktivierungsschritt erhalten wird, obgleich der Emissionsstrom Ie und der Vorrichtungsstrom If erhöht werden, das Elektronenemissionsvermögen nicht immer mit so hohem Wirkungsgrad wie auch hinreichend zufriedenstellend realisiert.
Der hierin aufgeführte Wirkungsgrad bedeutet ein Stromverhältnis des Emissionsstroms Ie zum Vorrichtungsstrom If. Es ist nämlich erwünscht, daß der Vorrichtungsstrom If so klein wie möglich ist, während der Emissionsstrom Ie so groß wie möglich ist.
Somit werden die Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen, die in den Elektronenquellen, den Bilderzeugungsgeräten usw. verwendet werden, benötigt, um den ausreichenden Emissionsstrom gegen die praktische Spannung (10 V bis 20 V) zu gewinnen, und zeigen keine große Veränderung in dem Emissionsstrom Ie und dem Vorrichtungsstrom If während des Treibervorgangs, und widerstehen der Verschlechterung des Emissionsstroms Ie und des Vorrichtungsstroms If über eine lange Periode.
Falls die hocheffiziente Elektronenemissionseigenschaft über eine lange Periode stabil geregelt bzw. gesteuert werden kann, ist es beispielsweise im Falle des Bilderzeugungsgeräts, welches das fluoreszierende Material als ein Bilderzeugungselement inkorporiert, möglich, ein helles und hochqualitatives Bilderzeugungsgerät mit geringer Leistungsaufnahme, beispielsweise ein flaches Panelfernsehdisplay, zu realisieren.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten beschrieben werden.
Zunächst wird die grundlegende Struktur der Elektronen emittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
1A und 1B sind jeweils eine schematische Draufsicht und eine schematische Schnittansicht, um die grundlegende Struktur einer Elektronen emittierenden Vorrichtung vom ebenen Typ gemäß der vorliegenden Erfindung darzustellen. Die grundlegende Struktur der Elektronen emittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1A und 1B beschrieben werden.
In 1A und 1B bezeichnet das Bezugszeichen 1 das Substrat, 2 und 3 bezeichnen die Elektroden (Vorrichtungselektroden), 4 bezeichnet die elektrisch leitenden Dünnschichten, 5 bezeichnet die Elektronen emittierende Zone und 10 bezeichnet die Dünnschichten, die Kohlenstoff enthalten (kohlenstoffhaltige Dünnschichten).
Diese Elektronen emittierende Vorrichtung wird in der Vorrichtung betrieben, die innen in einem auf Normaldruck gebrachten Zustand gehalten ist, wie in 4 veranschaulicht ist. In 4 stellt das Bezugszeichen 1 das Substrat, 2 und 3 die Vorrichtungselektroden, 4 die leitende Dünnschichten und 5 die Elektronen emittierende Zone dar. Das Bezugszeichen 41 bezeichnet eine Stromversorgung zum Anlegen der Vorrichtungsspannung Vf an die Elektronen emittierende Vorrichtung, 40 bezeichnet einen Strommesser zum Messen des Vorrichtungsstroms If, der in den leitenden Dünnschichten 4 zwischen den Vorrichtungselektroden 2, 3 fließt, 44 bezeichnet eine Anodenelektrode zum Einfangen des Emissionsstroms Ie, der von der Elektronen emittierenden Zone 5 der Vorrichtung emittiert wird, 43 bezeichnet eine Hochspannnungsversorgung zum Anlegen der Spannung an die Anodenelektrode 44 und 42 bezeichnet einen Strommesser zum Messen des Emissionsstroms Ie, der von der Elektronen emittierende Zone 5 der Vorrichtung emittiert wird.
Wie in 4 veranschaulicht ist, wird an die Elektrode 2 die höhere Spannung als an die Elektrode 3 angelegt und eine viel höhere Spannung wird an die Anodenelektrode 44 angelegt, woraufhin die Elektronen emittierende Zone Elektronen in Richtung der Anodenelektrode emittiert.
In der Elektronen emittierenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält die kohlenstoffhaltige Dünnschicht, die mit der bei dem höheren Potential (die Elektrode 2 im Falle von 4) gehaltenen Elektrode verbunden ist, Stickstoff.
Wenn die kohlenstoffhaltige Schicht (Kohlenstoff-Dünnschicht), die mit der Elektrode höheren Potentials verbunden ist, Stickstoff bei dem Verhältnis von Stickstoffatomen zu Kohlenstoffatomen, das in der Kohlenstoff-Dünnschicht (die Anzahl der Stickstoffatome/die Anzahl der Kohlenstoffatome) vorhanden ist, von nicht weniger als 2/100 enthält, wie vorstehend beschrieben ist, beginnt der Elektronenemissionswir kungsgrad in beachtlichem Maße zu steigen. Dies ist begreiflich, da die resultierenden physikalischen Eigenschaften den Anstieg des Elektronenstreuungswirkungsgrades und den Anstieg des Sekundäremissionswirkungsgrades der kohlenstoffhaltigen Dünnschicht zur Folge haben. Demgemäß werden, im Falle der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, ein Teil der Elektronen, welcher der Vorrichtungsstrom If wird, der zwischen den Vorrichtungselektroden fließt, in den Emissionsstrom Ie geändert, wobei der Elektronenemissionswirkungsgrad folglich erhöht wird.
Jedoch werden die thermische Stabilität und die elektrische Leitfähigkeit mit Ansteigen des Stickstoffgehalts verschlechtert werden. Um die Elektronen emittierende Vorrichtung mit hohem Wirkungsgrad und hervorragender Treiberstabilität innerhalb eines praktischen Bereichs zu bilden, ist demgemäß die obere Grenze des Verhältnisses von Stickstoffatomen zu Kohlenstoffatomen, die in der kohlenstoffhaltigen Dünnschicht (Kohlenstoff-Dünnschicht) vorhanden sind, welche mit der Elektrode höheren Potentials (die Zahl der Stickstoffatome/die Zahl der Kohlenstoffatome) verbunden ist, gleich 15/100.
Wenn das Verhältnis von Stickstoffatomen zu Kohlenstoffatomen, die in der kohlenstoffhaltigen Dünnschicht (Kohlenstoff-Dünnschicht) vorhanden sind, welche mit der Elektrode verbunden ist, die bei höherem Potential (die Elektrode 2 im Falle von 4) (die Anzahl der Stickstoffatome/die Anzahl der Kohlenstoffatome) gehalten wird, auf nicht weniger als 2/100 und nicht mehr als 15/100 geregelt wird, kann die Elektronen emittierende Vorrichtung mit extrem hohem Wirkungsgrad und hervorragender Treiberstabilität realisiert werden.
Das Substrat 1 ist eines, das aus Glassubstraten ausgewählt ist, wie jene aus Quarzglas, Glas mit einem reduzierten Ver unreinigungsgehalt von Na oder dergleichen, Kalknatronglas, SiO₂-beschichtetes Glas und so weiter.
Ein Material für die gegenüberliegenden Vorrichtungselektroden 2, 3 kann jedes Material sein, das die elektrische Leitfähigkeitsnatur aufweist, jedoch kann das Material beispielsweise aus Metallen wie Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu und Pd oder Verbindungen davon ausgewählt sein; gedruckte Leiter, die aus einem Metall oder einem Metalloxid wie Pd, Ag, Au, RuO₂ oder Pd-Ag und Glas usw. gebildet sind; transparente, leitende Materialien wie In₂O₃-SnO₂ und dergleichen; Halbleitermaterialien wie Polysilizium und dergleichen; und so weiter.
Die Vorrichtungselektrodenlücke L, die Länge W der Vorrichtungselektroden und deren Form sind passend bemessen entsprechend einer Anwendungsform dieser Vorrichtung und so weiter. Beispielsweise ist im Falle einer Anzeigevorrichtung zum Fernsehen oder dergleichen, was nachfolgend beschrieben ist, die Pixelgröße entsprechend der Bildgröße bemessen. Insbesondere erfordert ein hochauflösender Fernsehmonitor eine kleine Pixelgröße und hohe Auflösung. Um eine ausreichende Luminanz in der begrenzten Größe der Elektronen emittierenden Vorrichtungen zu erzielen, sind sie bemessen, um den ausreichenden Emissionsstrom zu gewinnen.
Die Vorrichtungselektrodenlücke L ist in dem Bereich von einigen zehn nm bis einigen hundert μm und wird eingestellt gemäß der Photolithographie-Technik, welche die Grundlage des Herstellungsverfahrens der Vorrichtungselektroden ist, d. h. der Güte bzw. Performance des Belichtungsgeräts, einem Ätzverfahren usw., der zwischen den Vorrichtungselektroden angelegten Spannung, und so weiter. Die Lücke L ist vorzugsweise in dem Bereich von einigen μm bis einigen zehn μm.
Die Vorrichtungselektrodenlänge W und die Film- bzw. Schichtdicke d der Vorrichtungselektroden 2, 3 sind passend bemessen in Abhängigkeit von dem Widerstand der Elektroden, der vorgenannten Verbindung zur Verdrahtung und der Sache, welche die Anordnung der Elektronenquelle mit vielen vorgesehenen Elektronen emittierenden Vorrichtungen betrifft; normalerweise ist die Länge W der Vorrichtungselektroden in dem Bereich von einigen μm bis einigen hundert μm und die Film- bzw. Schichtdicke d der Vorrichtungselektroden ist in dem Bereich von einigen nm bis einigen μm.
Obgleich 1A und 1B die leitenden Dünnschichten 4 zeigen, die zwischen den gegenüberliegenden Vorrichtungselektroden 2 und 3 und auf den auf dem Substrat 1 vorgesehenen Vorrichtungselektroden 2, 3 gebildet sind, gibt es ebenso Fälle, in denen die leitenden Dünnschichten nicht auf den Vorrichtungselektroden 2, 3 gebildet sind. Es ist nämlich möglich, eine derartige Stapelkonfiguration anzuwenden, daß die leitenden Dünnschichten 4 und die gegenüberliegenden Vorrichtungselektroden 2, 3 in der genannten Ordnung auf dem Substrat 1 gestapelt sind.
Die leitenden Dünnschichten 4 sind ein Paar von leitenden, Dünnfilmen bzw. Dünnschichten, die einander gegenüberliegen mit einer durch den Formungsvorgang oder dergleichen (siehe 3C) zwischengeordnet gebildeten bzw. geformten Lücke 6, was nachfolgend ausführlich erläutert wird. Obgleich die Figuren schematisch die leitenden Dünnschichten 4 in einem vollständig getrennten Zustand an dem Rand der zweiten Lücke 6 zeigen, die einander in der lateralen Richtung zu der Oberfläche des Substrats gegenüberliegen, gibt es ebenso Fälle, in denen die leitenden Dünnschichten 4 zum Teil verbunden sind. Mit anderen Worten kann es als eine Form bezeichnet werden, in der die zweite Lücke 6 teilweise aus der leitenden Dünnschicht 4 gebildet bzw. geformt ist, welche ein Paar von Elektroden miteinander elektrisch verbindet. Die leitenden Dünnschichten sind nämlich in idealer Weise vollständig voneinander getrennt, jedoch kann das Paar leitender Dünnschichten ebenso in einem kleinen Bereich verbunden werden, so lange wie sie die ausreichenden Elektronenemissionscharakteristiken aufzeigen können.
Die leitenden Dünnschichten 4 sind vorzugsweise feine Partikelfilme bzw. -schichten, die aus feinen Partikeln gebildet sind, um die guten Elektronenemissionscharakteristiken zu erzielen. Die Dicke der Dünnschichten 4 wird passend eingestellt, wobei die Stufenbedeckung über den Vorrichtungselektroden 2, 3, der Widerstand zwischen den Vorrichtungselektroden 2, 3, die nachfolgend beschriebenen Formungsbedingungen und so weiter berücksichtigt werden.
Da die Größe des Vorrichtungsstroms If und des Emissionsstroms Ie von der Breite W' der leitenden Dünnschichten 4 abhängt, sind die leitenden Dünnschichten bemessen, um den ausreichenden Emissionsstrom in der begrenzten Größe der Elektronen emittierenden Vorrichtung, wie in dem Fall der Form der Vorrichtungselektroden, was oben beschrieben wurde, zu erzielen.
Im allgemeinen ist die thermische Stabilität der leitenden Dünnschichten 4 ein wichtiger Parameter, der die Lebensdauer der Elektronenemissionscharakteristiken dominiert und demgemäß wird ein Material, das einen höheren Schmelzpunkt aufweist, in gewünschter Weise als ein Material für die leitenden Dünnschichten 4 verwendet. Je höher jedoch der Schmelz punkt der leitenden Dünnschichten 4 ist, desto mehr Leistung erfordert normalerweise die Energetisierungsformung, die nachfolgend beschrieben ist.
Ferner könnte sich abhängig von der Form der resultierenden Elektronenemissionszone ein Problem beispielsweise in den Elektronenemissionscharakteristiken bzw. -kennlinien in einigen Fällen ergeben, wie ein Anstieg in der angelegten Spannung, der zur Elektronenemission (Schwellenspannung) ausreichend ist, oder dergleichen.
Die vorliegende Erfindung erfordert nicht ein Material mit einem besonders hohen Schmelzpunkt als Material für die leitenden Dünnschichten 4 und erlaubt uns somit, ein Material und eine Form auszuwählen, die zur Bildung bzw. Formung einer guten Elektronen emittierenden Zone durch relativ niedrige Formungsleistung geeignet ist.
Beispiele bevorzugter Materialien, welche die obigen Bedingungen erfüllen, sind elektroleitende Materialien wie Ni, Au, PdO, Pd, Pt und so weiter mit einer derartigen Dicke, daß Rs (Schichtwiderstand) in dem Bereich von 10² bis 10⁷ Ω/⧠ ist. Rs ist ein Wert, der in einer Gleichung von R = Rs (1/w) erscheint, wo der Widerstand R in der Längsrichtung einer dünnen Schicht mit der Dicke t, der Breite w und der Länge 1 gemessen wird und somit ist Rs = ρ/t, wobei ρ der spezifische Widerstand bzw. Leitungswiderstand ist. Die Dicke zum Anzeigen des obigen Widerstands ist innerhalb des Bereichs von ungefähr 5 nm bis 50 nm. In diesem Dickenbereich weist die dünne Schicht von jedem Material die Form einer feinen Partikelschicht auf.
Die hier genannte feine Partikelschicht ist eine Schicht bzw. ein Film als Ansammlung von vielen feinen Partikeln und deren Mikrostruktur ist ein Zustand, in dem die feinen Partikel getrennt dispergiert sind, oder ein Zustand, in dem die feinen Partikel benachbart zueinander sind oder einander überlappen (einschließlich eines Zustands, in dem einige feine Partikel sich sammeln, um die inselförmige Struktur als Ganzes zu bilden).
Die Korngrößen der feinen Partikel sind in dem Bereich einiger hundert pm bis einigen hundert nm und sind vorzugsweise in dem Bereich von 1 nm bis 20 nm.
Ferner ist unter den oben beispielhaft aufgeführten Materialien PdO ein geeignetes Material, da eine dünne Schicht bzw. ein Dünnfilm aus PdO durch Brennen bzw. Ofentrocknung einer organischen Pd-Verbindung in der Atmosphäre leicht gebildet werden kann, da es ein Halbleiter mit einer relativ geringen elektrischen Leitfähigkeit und einem weiten Verfahrensspielraum für die Dicke ist, um den Widerstand Rs in dem vorgenannten Bereich zu erzielen, da der Film- bzw. Schichtwiderstand verringert werden kann, indem die dünnen Schichten auf das Metall Pd nach Formierung der Elektronen emittierenden Zone von hohem Widerstand in der leitenden Dünnschicht durch den später erläuterten Formungsvorgang leicht reduziert werden und so weiter. Es ist jedoch anzumerken, daß die Wirkung der vorliegenden Erfindung ebenso durch die anderen Materialien erreicht werden kann, ohne weder auf PdO beschränkt zu sein noch auf die oben beispielhaft aufgeführten Materialien.
Die Länge der Elektronen emittierenden Zone 5 ist nahezu durch die Breite W' der leitenden Dünnschichten 4 bestimmt.
Die Elektronen emittierende Zone 5 besteht aus einer zweiten Lücke 6, die teilweise aus der leitenden Dünnschicht 4 gebildet ist, und den kohlenstoffhaltigen Dünnschichten 10, die gebildet sind, um das Substrat in der zweiten Lücke und die leitenden Dünnschichten in der Nähe des Lücke 6 zu bedecken, wie in 1A und 1B veranschaulicht ist.
Die Figuren zeigen schematisch die Kohlenstoff-Dünnschichten 10, die einander in der lateralen Richtung zu der Oberfläche des Substrats gegenüberliegen und die vollständig voneinander auf jeder Seite der ersten Lücke 7 getrennt sind, jedoch gibt es ebenso Fälle, in denen die Kohlenstoff-Dünnschichten 10 zum Teil verbunden sind. Mit anderen Worten, es kann ebenso als eine Form angeführt werden, in welcher die erste Lücke 7 zum Teil aus der Kohlenstoff-Dünnschicht gebildet ist, die das Paar von Elektroden elektrisch miteinander verbindet. Die Kohlenstoff-Dünnschichten sind nämlich auf ideale Weise vollständig voneinander getrennt, jedoch kann das Paar von Kohlenstoff-Dünnschichten ebenso in einer kleinen Zone verbunden sein, sofern sie die ausreichenden Elektronenemissionscharakteristiken aufzeigen können.
Die kohlenstoffhaltigen Dünnschichten 10 können ebenso gebildet werden, um die Vorrichtungselektroden 2, 3 zu bedecken in Abhängigkeit von der Vorrichtungselektrodenlücke (L), den nachfolgend beschriebenen Aktivierungsbedingungen usw., und ferner können die Dünnschichten 10 ebenso gebildet werden, um unmittelbar mit den Elektroden 2, 3 ohne Verwendung der leitenden Dünnschichten 4 verbunden zu werden. Die Sache ist nämlich die, daß die elektrische Verbindung zumindest zwischen den Kohlenstoff-Dünnschichten 10 und den Elektroden 2, 3, die auf der Oberfläche des Substrats angeordnet sind, gebildet ist. Da die leitenden Dünnschichten 4 sehr dünne Filme bzw. Schichten sind, sind sie geeignet dazu, eine thermische Strukturänderung und Zusammensetzungsänderung durchzumachen, wie z. B. eine Kohäsion oder dergleichen, aufgrund der Wärme oder dergleichen während des Herstellungsverfahrens oder wäh rend des Treibervorgangs, wobei die Einzelheiten davon nachfolgend beschrieben werden. Aus diesem Grund sind da, wo die leitenden Dünnschichten in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, die Kohlenstoff-Dünnschichten 10 angeordnet, um die Oberflächen der leitenden Dünnschichten zu bedecken. Wenn die leitenden Dünnschichten nicht verwendet werden, entspricht der Spielraum zwischen den Vorrichtungselektroden der vorstehend erwähnten zweiten Lücke.
1A und 1B zeigen die Struktur, in welcher die Kohlenstoff-Dünnschichten 10 links und rechts getrennt sind und einander auf jeder Seite der ersten Lücke 7 gegenüberliegen, jedoch gibt es ebenso Fälle, in denen die Kohlenstoff-Dünnschichten 10 teilweise mit der ersten Lücke 7 verbunden sind.
Es hat sich herausgestellt, daß die Kohlenstoff-Schichten 10 als ein Teil der leitenden Dünnschichten 4 fungieren und die Elektronenemissionscharakteristiken als die Substanz dominieren, welche die Elektronen emittierende Zone 5 bildet.
Bei den Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung werden die Elektronenemissionscharakteristiken gesteuert bzw. geregelt, indem der Stickstoff-Gehalt in den Kohlenstoff-Dünnschichten 10 in einem nachfolgend beschriebenen stickstoffeinführenden Schritt gesteuert bzw. geregelt wird. Ruf spezifische Weise kann der Stickstoff-Gehalt in den Kohlenstoff-Dünnschichten 10, die einander gegenüberliegen, durch einen Plasmaprozeß gesteuert bzw. geregelt werden beispielsweise in einer ausschließlichen Stickstoff-Umgebung oder in einer Umgebung aus einer Mischung von Stickstoffgas und Edelgas.
Die Kohlenstoff-Dünnschichten sind hauptsächlich aus graphitähnlichem Kohlenstoff gebildet. Demgemäß weisen sie eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit und Stabilität unter einem starken elektrischen Feld auf. Falls sie jedoch ein Übermaß an Stickstoff enthalten, werden sie die halbleitende Eigenschaft aufweisen und deren elektrisch leitende Eigenschaft wird zu gering sein. Demgemäß gibt es einen passenden Bereich für den Stickstoff-Gehalt. Da die Kohlenstoff-Dünnschichten bei hohen Stickstoff-Gehalten thermisch instabil werden, ist der passende Bereich ebenso in dieser Hinsicht spezifiziert.
Entsprechend den Ergebnissen extensiver und intensiver Forschung durch die Erfinder ist es bevorzugt, daß das Verhältnis von Stickstoffatomen zu Kohlenstoffatomen, die in der Kohlenstoff-Dünnschicht, welche mit der bei dem höheren Potential gehaltenen Elektrode (die Elektrode 2 in dem Fall von 4) (die Anzahl der Stickstoffatome/die Anzahl der Kohlenstoffatome) verbunden ist, vorhanden sind, nicht weniger als 2/100 und nicht mehr als 15/100 beträgt. Ferner ist es insbesondere bevorzugt, daß die obige Anzahl von Stickstoffatomen/die Anzahl von Kohlenstoffatomen größer als 5/100 und nicht mehr als 15/100 ist. Falls der Stickstoff-Gehalt weniger als 5/100 ist, wird es nicht einfach sein, den ausreichend zufriedenstellenden Elektronenemissionswirkungsgrad zu erzielen, obgleich die Stabilität ausgezeichnet ist. Andererseits wird sich, falls der Stickstoff-Gehalt über 15/100 ist, das Stabilitätsproblem leichter stellen und der Elektronenemissionswirkungsgrad wird ebenso zum Abnehmen tendieren. Zusammensetzungsverhältnisse von Stickstoff zu Kohlenstoff in den Kohlenstoff-Dünnschichten, d. h. Verhältnisse von N/C-Atomen, können beispielsweise durch Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS oder ESCA, was als XPS abgekürzt werden wird) erzielt werden. Ein kommerziell erhältliches XPS-Analysesystem kann für die XPS-Analyse verwendet werden. werden.
Das Verfahren zur Messung der Verhältnisse von N/C-Atomen in den Kohlenstoff-Dünnschichten mittels der obigen XPS-Analyse wird beispielsweise in Übereinstimmung mit den folgenden Prozeduren ausgeführt.
Zuerst wird die Kohlenstoff-Dünnschicht in der Elektronen emittierenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung in der Mitte der optischen Achse des Spektroskops angeordnet. In diesem Zustand kann das Objektiv des Photoelektronendetektionssystems auf einen analysierten Bereich einer konstanten Zone (konkret auf den Durchmesser von ungefähr 100 μm) abgeblendet werden, um die Analyse durchzuführen, jedoch wird die Analyse vorzugsweise in einem Zustand ausgeführt, in dem der Lichtpunkt von ausgestrahlten Röntgenstrahlen in dem Durchmesser von ungefähr einigen zehn μm fokussiert wird, oder in einem Zustand, in dem eine Photoelektroneneinfangzone auf den Durchmesser von ungefähr einigen zehn μm mittels einer Apertur verengt wird.
Dann kann das obige Verhältnis von N/C-Atomen anhand von Intensitäten (normalerweise Flächen bzw. Bereiche) der C1s-Spitze und der N1s-Spitze, die in einem resultierenden Röntgen-Photoelektronenspektrum erscheinen, deren Empfindlichkeiten und so weiter berechnet werden.
Als nächstes wird eine stufenähnliche Oberflächenleitungselektronen emittierende Vorrichtung beschrieben, welche eine andere Struktur der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
2 ist ein schematisches Diagramm, um die grundlegende Struktur der stufenähnlichen Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung zu zeigen. In 2 sind gleiche Abschnitte durch identische Bezugszeichen wie in 1A und 1B bezeichnet.
Das Substrat 1, die Vorrichtungselektroden 2, 3, die leitenden Dünnschichten 4, die Elektronen emittierende Zone 5 und die kohlenstoffhaltigen Dünnschichten 10 sind solche, die aus denselben Materialien wie jene der vorstehend beschriebenen flächenartigen Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung gebildet sind.
Das Bezugszeichen 21 bezeichnet einen stufenbildenden Abschnitt. Der stufenbildende Abschnitt 21 wird aus einem elektrisch isolierenden Material wie SiO₂ oder dergleichen durch den Vakuumaufdampfprozeß, das Druckverfahren, das Zerstäubungs- bzw. Sputterverfahren oder dergleichen hergestellt. Die Film- bzw. Schichtdicke des stufenbildenden Abschnitts 21 entspricht der Vorrichtungselektrodenlücke L der vorher beschriebenen flächenartigen Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung, welche einige zehn nm bis einige zehn μm beträgt. Die Dicke des stufenbildenden Abschnitts 21 wird in Abhängigkeit von dem Herstellungsverfahren des stufenbildenden Abschnitts, der zwischen den Vorrichtungselektroden angelegten Spannung usw. eingestellt und ist vorzugsweise in dem Bereich von einigen zehn nm bis einigen μm.
Da die leitenden Dünnschichten 4 nach der Formierung bzw. Bildung der Vorrichtungselektroden 2, 3 und dem stufenbildenden Abschnitt gebildet werden, werden die leitenden Dünnschichten 4 auf den Vorrichtungselektroden 2, 3 abgeschieden. Die Elektronen emittierende Zone 5 ist in einer geraden Li nienform auf der Seitenfläche des stufenbildenden Abschnitts 21 in 2 veranschaulicht, jedoch kann die Form und deren Position in Abhängigkeit von den Fertigungsbedingungen, den nachfolgend beschriebenen Energetisierungsformungsbedingungen usw. bestimmt werden, ohne auf dieses Beispiel beschränkt zu sein.
3A bis 3D zeigen schematisch ein Beispiel des Verfahrens zum Herstellen der Elektronen emittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird in einer Reihenfolge beschrieben werden, die sich auf 1A und 1B und 3A bis 3D bezieht.

1) Das Substrat 1 wird gut mit einem Detergens, reinem Wasser und einem organischen Lösungsmittel gereinigt und getrocknet. Danach wird das Material der Vorrichtungselektroden mittels Aufdampfen im Vakuum, Sputtern bzw. Zerstäuben oder dergleichen abgeschieden und dann werden die Vorrichtungselektroden 2, 3 mittels Photolithographie (3A) gebildet.

In dem Fall, wo die kohlenstoffhaltigen Dünnschichten (Kohlenstoff-Dünnschichten) 10 auf und zwischen den Elektroden 2, 3 ohne Verwendung der leitfähigen Dünnschicht 4 wie zuvor beschrieben gebildet werden, kann die Lücke zwischen den Elektroden 2, 3 beispielsweise durch Verwendung des FIB-Prozesses oder dergleichen eingestellt werden, um ungefähr gleich der zweiten Lücke 6 zu sein, welche in dem nachfolgend beschriebenen Formungsschritt gebildet wird. In jenem Fall können die folgenden Schritte 2) und 3) weggelassen werden. Es ist jedoch bevorzugt, die obigen leitfähigen Dünnschichten 4 zu verwenden, um die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bei niedrigen Kosten herzustellen.

2) Zwischen der Vorrichtungselektrode 2 und der Vorrichtungselektrode 3, die auf dem Substrat 1 vorgesehen sind, wird eine metallorganische Lösung aufgebracht und getrocknet, um eine metallorganische Schicht zu bilden. Die metallorganische Lösung ist eine Lösung einer metallorganischen Verbindung, die das hauptsächliche Element des vorgenannten Metalls wie Pd, Ni, Au, Pt oder dergleichen enthält. Danach wird die metallorganische Schicht gebrannt und mittels Abheben, Ätzen oder dergleichen gemustert bzw. strukturiert, wobei die leitende Dünnschicht 4 (3B) gebildet wird. Das Verfahren zur Formung der leitenden Dünnschicht 4 wurde hierin durch das Verfahren zum Auftragen der metallorganischen Lösung beschrieben, jedoch kann, ohne darauf beschränkt zu sein, die leitende Dünnschicht 4 ebenso mittels Aufdampfen im Vakuum, Sputtern bzw. Zerstäuben, CVD, Dispersionsanwendung, Eintauchen, eine Schleuderbeschichtung („spin coating"), ein Tintenstrahldruckverfahren und so weiter in einigen Fällen gebildet werden.
3) Dann wird der Energetisierungsvorgang, der als die Formung bezeichnet wird, ausgeführt, indem die gepulste Spannung oder ansteigende Spannung von einer nicht dargestellten Stromversorgung zwischen die Vorrichtungselektroden 2, 3 angelegt wird, worauf die zweite Lücke 6 teilweise aus der leitenden Dünnschicht 4 (3C) erzeugt wird. In 3C sind die leitenden Dünnschichten einander gegenüberliegend angeordnet in dem getrennten Zustand auf den linken und rechten Seiten der Lücke 6, jedoch gibt es ebenso Fälle, in denen dieses Paar von leitenden Dünnschichten 4 teilweise mit der Lücke 6 verbunden sind.

Elektrische Verarbeitungsvorgänge nach dem Formungsvorgang können in dem in 4 veranschaulichten Messungsevaluierungsgerät ausgeführt werden. Das Messungsevaluierungsgerät wird unten beschrieben werden.
4 ist eine schematische strukturelle Zeichnung des Messungsevaluierungsgeräts zur Messung der Elektronenemissionscharakteristiken der Vorrichtung, welche die in 1A und 1B dargestellte Struktur aufweist. In 4 bezeichnet das Bezugszeichen 1 das Substrat, 2 und 3 bezeichnen die Vorrichtungselektroden, 4 bezeichnet die leitenden Dünnschichten und 5 bezeichnet die Elektronen emittierende Zone. Das Bezugszeichen 41 bezeichnet die Stromversorgung zum Anlegen der Vorrichtungsspannung Vf an die Elektronen emittierende Vorrichtung, 40 bezeichnet den Strommesser zum Messen des Vorrichtungsstroms If, der in den leitenden Dünnschichten 4 zwischen den Vorrichtungselektroden 2, 3 fließt, 44 bezeichnet die Anodenelektrode zum Einfangen des Emissionsstroms Ie, der von der Elektronen emittierenden Zone der Vorrichtung emittiert wird, 43 bezeichnet die Hochspannungsversorgung zum Anlegen der Spannung an die Anodenelektrode 44, und 42 bezeichnet den Strommesser zum Messen des Emissionsstroms Ie, der von der Elektronen emittierenden Zone 5 der Vorrichtung emittiert wird.
Zum Messen des obigen Vorrichtungsstroms If und Emissionsstroms Ie der Elektronen emittierenden Vorrichtung, sind die Stromversorgung 41 und der Strommesser 40 mit den Vorrichtungselektroden 2, 3 verbunden, und die Anodenelektrode 44, mit welcher die Stromversorgung 43 und der Strommesser 42 verbunden sind, ist über der Elektronen emittierenden Vorrichtung angeordnet.
Die Elektronen emittierende Vorrichtung und die Anodenelektrode sind in eine Vakuumkammer eingesetzt und diese Vakuumkammer ist mit für die Vakuumkammer notwendigen Vorrichtungen ausgerüstet, einschließlich einer Evakuierungspumpe, eines Vakuum-Meßgeräts usw., obgleich nicht dargestellt, um in der Lage zu sein, die Elektronen emittierende Vorrichtung unter einem gewünschten Vakuum zu messen und zu evaluieren. Die Evakuierungspumpe besteht aus einem normalen Hochvakuumsystem, bestehend aus einer Turbopumpe und einer Rotationspumpe, oder aus einem Hochvakuumsystem wie einer magnetischen Levitationsturbopumpe, einer Trockenpumpe („dry pump") oder dergleichen, das nicht Öl verwendet, und einem Ultrahochvakuumsystem, das aus einer Ionenpumpe gebildet ist. Die gesamte Vakuumkammer und die Elektronen emittierende Vorrichtung können mittels eines nicht dargestellten Heizers geheizt werden.
Der Formungsvorgang wird mittels eines Verfahrens zum Anlegen von Impulsen ausgeführt, deren Impulsspitzenwerte eine konstante Spannung sind, oder mittels eines Verfahrens zum Anlegen von Spannungsimpulsen mit ansteigenden Impulsspitzenwerten.
5A veranschaulicht die Spannungswellenform, wo Impulse mit Impulsspitzenwerten der konstanten Spannung angelegt werden. In 5A bezeichnen T1 und T2 die Impulsbreite und den Impulsabstand der Spannungswellenform, wobei T1 1 μsec bis 10 msec beträgt und T2 10 μsec bis 100 msec beträgt und der Spitzenwert der Dreieckswellen (die Spitzenspannung auf die Formung hin) passend ausgewählt wird, wie es die Situation erfordert. Die Impulse werden unter einer Vakuumumgebung angelegt.
Als nächstes zeigt 5B die Spannungswellenform, wo die Spannungsimpulse mit ansteigenden Impulsspitzenwerten angelegt werden. In 5B bezeichnen T1 und T2 die Impulsbreite und den Impulsabstand der Spannungswellenform, wobei T1 1 μsec bis 10 msec beträgt und T2 10 μsec bis 100 msec beträgt und die Spitzenwerte der Dreieckswellen (die Spitzenspannungen auf die Formung hin) beispielsweise in Schritten von ungefähr 0.1 V erhöht werden. Die Impulse werden unter Vakuumumgebung angelegt.
Das Ende des Formungsvorgangs wird folgendermaßen bestimmt. Eine Spannung, die so niedrig ist, daß sie nicht lokal die leitende Dünnschicht 4 zerbricht oder deformiert, beispielsweise die Impulsspannung von ungefähr 0.1 V, wird zwischen die Formungsimpulse geschaltet, um den Vorrichtungsstrom zu messen, und der Widerstand wird berechnet. Beispielsweise wird, wenn der Widerstand 1800 mal so groß wie ein Widerstandswert vor dem Formungsprozeß ist, die Formung beendet.
Anläßlich der Formung der Lücke 6, wie oben beschrieben wurde, wird der Formungsvorgang ausgeführt, indem die Dreiecksimpulse zwischen die Elektroden der Vorrichtung angelegt werden, jedoch müssen die zwischen den Elektroden der Vorrichtung angelegten Wellen nicht auf die Dreieckswellen beschränkt sein und können irgendwelche anderen Wellen sein wie Rechteck-Wellen. Zusätzlich sind der Spitzenwert, die Impulsbreite, der Impulsabstand usw. der Wellen auch nicht auf die vorgenannten Werte beschränkt, jedoch können die passenden Werte ausgewählt werden gemäß dem Widerstand usw. der Elektronen emittierenden Vorrichtung, um die Lücke genau auszubilden.

4) Dann wird der Aktivierungsvorgang auf der Vorrichtung nach Vollendung des Formungsvorgangs durchgeführt. Der Aktivierungsvorgang wird durchgeführt, indem Gas einer organischen Substanz in die in 4 veranschaulichte Vakuumkammer eingeleitet wird und die Spannung zwischen die Elektroden der Vorrichtung unter einer Atmosphäre, welche die organische Substanz enthält, angelegt wird. Dieser Vorgang führt zum Ab scheiden der Kohlenstoff-Dünnschichten 10 auf dem Substrat in der zweiten Lücke 6 und auf den leitenden Dünnschichten 4 nahe der Lücke 6 aus der organischen Substanz, die in der Atmosphäre vorhanden ist. Dies führt zu einer beachtlichen Änderung in dem Vorrichtungsstrom If und dem Emissionsstrom Ie (3D).

Die Umgebung, welche die organische Substanz enthält, kann aufrechterhalten werden, indem beispielsweise das organische Gas, das in der Umgebung nach der Evakuierung des Innern eines Vakuumbehälters zurückbleibt, verwendet wird mittels einer Öldiffusionspumpe oder einer Rotationspumpe oder indem das Innere einmal in ein Vakuum durch eine Ionenpumpe ausreichend evakuiert wird und Gas einer adäquaten organischen Substanz in das Vakuum eingeleitet wird. Der bevorzugte Gasdruck der organischen Substanz zu diesem Zeitpunkt differiert in Abhängigkeit von der zuvor erwähnten Anwendungsform, der Form des Vakuumbehälters, der Art der organischen Substanz und so weiter, und wird somit in Abhängigkeit von dem Fall passend eingestellt.
Die geeignete organische Substanz kann darin aus aliphatischen Kohlenwasserstoffen ausgewählt werden, die durch Alkane, Alkene und Alkyne, aromatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Aldehyde, Ketone, organische Säuren wie Phenol, Karbonsäure und Sulfonsäure, und so weiter dargestellt werden. Spezifische Beispiele der organischen Substanz umfassen gesättigte Kohlenwasserstoffe, die durch C_nH_2n+2 dargestellt werden, wie Methan, Ethan und Propan, ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die durch die Zusammensetzungsformel von C_nH_2n oder dergleichen dargestellt werden, wie Äthylen und Propylen, Benzen, Toluol, Methanol, Ethanol, Formaldehyd, Acetaldehyd, Aceton, Methylethylketon, Phenol, Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure und so weiter.
Durch den obigen Aktivierungsschritt werden, wie in 3D veranschaulicht ist, die Kohlenstoff-Dünnschichten 10 auf dem Substrat in der zweiten Lücke 6 und auf den leitenden Dünnschichten 4 in deren Nähe gebildet. Obgleich die Kohlenstoffdünnschichten in dem getrennten Zustand auf den linken und rechten Seiten der ersten Lücke 7 in 3D veranschaulicht sind, gibt es ebenso Fälle, in denen sie teilweise mit der Lücke 7 verbunden sind. Die Lücke 7, welche die erste Lücke ist, ist enger als die zweite Lücke 6 und ist in der zweiten Lücke 6 angeordnet.
In dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird der Schritt zum Einleiten von Stickstoff in die Kohlenstoffdünnschichten, die auf der Vorrichtung durch den Aktivierungsvorgang abgeschieden werden, nach diesem Aktivierungsvorgangsschritt ausgeführt und, um eine einfache Kontrolle bzw. Regelung des Stickstoffgehalts in den Kohlenstoffdünnschichten anlässlich des Stickstoff-einleitenden Schritts zu erlauben, wird die organische Substanz, die weder Stickstoffmoleküle noch Stickstoffatome enthält, in dem Aktivierungsvorgang der vorliegenden Erfindung verwendet.
Das Ende des Aktivierungsschritts kann passend bestimmt werden, während der Vorrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie gemessen werden.
Der Abscheidungsmechanismus der Kohlenstoff-Dünnschichten in der Elektronen emittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht immer klar. Es kann jedoch in Betracht gezogen werden, daß die organischen Moleküle zerlegt sind, um die Abscheidung zu bewirken mittels einer komplizierten Kombination von Energien wie Wärme, Strahlung des E lektronenstrahls, des elektrischen Felds, von Licht und so weiter. Die physikalischen Eigenschaften der abgeschiedenen Kohlenstoffdünnschichten 10 variieren in Abhängigkeit von der Kontrolle bzw. Regelung der angelegten Impulse oder in Abhängigkeit von der Art der ausgewählten organischen Moleküle. Demgemäß sind die physikalischen Eigenschaften (die Leitfähigkeit, effektive Arbeits- bzw. Austrittsfunktion, Elektronenstreukoeffizient, thermische Stabilität, mechanische Eigenschaften usw.) wichtige Faktoren, um die Elektronenemissionscharakteristiken bzw. -kennlinien zu bestimmen.
Die Dicke der Kohlenstoffdünnschichten ist vorzugsweise in dem Bereich von nicht mehr als 50 nm und noch bevorzugter in dem Bereich von nicht mehr als 30 nm.

5) Als nächstes wird der Schritt zum Einleiten von Stickstoff in die abgeschiedenen Kohlenstoffdünnschichten auf der Vorrichtung durch den Aktivierungsvorgang durchgeführt.

In diesem Stickstoff-Einleitungsschritt wird ein Plasmaprozeß ausgeführt, indem Stickstoffgas alleine oder das aus Edelgas und Stickstoff gemischte Gas verwendet wird. In dem Plasmaprozeß wird normalerweise ein hochfrequentes Plasma (13.56 MHz) verwendet. Falls die Plasmaleistung zu hoch ist, wird ein Sputtern bzw. Zerstäuben der Kohlenstoffdünnschichten im entgegengesetzten Sinn zum Ätzen der Kohlenstoffdünnschichten 10 auftreten. Demgemäß ist die Plasmaleistung vorzugsweise eine relativ niedrige Leistung.
Der Kohlenstoffgehalt in den Kohlenstoffdünnschichten wird kontrolliert bzw. geregelt bzw, gesteuert, indem ein Mischungsverhältnis von Stickstoffgas und Edelgas, der Gesamtdruck des Plasmas, die Plasmaleistung oder dergleichen gere gelt wird.

6) Die somit hergestellte Elektronen emittierende Vorrichtung wird dann vorzugsweise dem Stabilisierungsschritt unterworfen. Dieser Schritt ist ein Schritt zum Evakuieren des Innern der Vakuumkammer, in welche die Elektronen emittierende Vorrichtung gesetzt ist, um Wasser, Kohlenwasserstoffe usw. zu entfernen, was an der Vorrichtung haftet, wenn die Vorrichtung aus der Vakuumkammer einmal an die Atmosphäre für den Plasmaprozeß herausgenommen wurde.

Es ist erwünscht, die organische Substanz aus dem Vakuumbehälter zu entfernen und der Partialdruck der organischen Substanz ist vorzugsweise nicht mehr als 1 bis 3 × 10^–8 Pa. Der Druck des Gases einschließlich der anderen Gase beträgt vorzugsweise nicht mehr als 1 bis 3 × 10^–6 Pa und insbesondere vorzugsweise nicht mehr als 1 × 10^–7 Pa. Die Evakuierungseinheit zum Evakuieren des Vakuumbehälters ist vorzugsweise eine, die nicht Öl verwendet, um das Öl von der Einheit abzuhalten und die Charakteristiken der Vorrichtung zu beeinträchtigen. Auf spezifische Weise kann die Evakuierungseinheit beispielsweise aus Vakuumeinrichtungen wie der Absorptionspumpe, der Ionenpumpe, der Trockenpumpe, der magnetischen Levitationsturbopumpe und so weiter ausgewählt werden. Während der Evakuierung des Innern des Vakuumbehälters, wird der ganze Vakuumbehälter vorzugsweise aufgeheizt, um das Ausgasen bzw. Entleeren der organischen Moleküle, die an der Innenwand des Vakuumbehälters und der Elektronen emittierenden Vorrichtung adsorbiert sind, zu erleichtern. Das Ausheizen wird zu diesem Zeitpunkt bei 150 bis 350°C ausgeführt und in gewünschter Weise so lange wie möglich, vorzugsweise bei 200°C oder mehr, jedoch, ohne auf diese Bedingungen beschränkt zu sein, werden die Bedingungen in Abhängigkeit von verschiede nen Faktoren einschließlich der Größe und Form des Vekuumbehälters, der Anordnung der Elektronen emittierenden Vorrichtung und so weiter passend gewählt.
Die Umgebung während des Treibervorgangs nach Vollendung des Stabilisierungsschritts ist vorzugsweise diejenige an dem Ende des obigen Stabilisierungsschritts, jedoch können, ohne darauf beschränkt zu sein, ausreichend stabile Charakteristiken selbst bei einigem Druckanstieg aufrechterhalten werden, sofern die organische Substanz ausreichend entfernt wird.
Die Verwendung der Vakuumumgebung, wie beschrieben wurde, kann eine neue Abscheidung von Kohlenstoff oder der Kohlenstoffverbindung unterdrücken und die physikalischen Eigenschaften der Kohlenstoffdünnschichten 10 aufrechterhalten, so daß der Vorrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie stabilisiert werden.
Die wesentlichen Charakteristiken bzw. Kennlinien der Elektronen emittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, welche mittels des Herstellungsverfahrens, wie vorstehend beschrieben, gefertigt wurde, werden unter Bezugnahme auf 4 und 6 beschrieben werden.
6 zeigt ein typisches Beispiel der Beziehung des Emissionsstroms Ie und des Vorrichtungsstroms If zu der Vorrichtungsspannung Vf, die durch das in 4 dargestellte Messungsevaluierungsgerät gemessen wird. 6 ist in willkürlichen Einheiten dargestellt, da der Emissionsstrom Ie sehr viel kleiner als der Vorrichtungsstrom If ist. Wie anhand 6 ersichtlich ist, weist die vorliegende Elektronen emittierende Vorrichtung drei Eigenschaften hinsichtlich des Emissionsstroms Ie auf.
Erstens zeigt die vorliegende Vorrichtung einen plötzlichen Anstieg des Emissionsstroms Ie bei Anlegen der Vorrichtungsspannung über eine bestimmte Spannung (welche als eine Schwellenspannung Vth in 6 bezeichnet wird) und ein kleiner Emissionsstrom Ie wird bei Anlegen der Vorrichtungsspannung, die kleiner als die Schwellenspannung Vth ist, detektiert. Die Vorrichtung ist nämlich eine nichtlineare Vorrichtung, welche die bestimmte Schwellenspannung Vth zu dem Emissionsstrom Ie aufweist.
Zweitens ist der Emissionsstrom Ie von der Vorrichtungsspannung Vf abhängig, so daß der Emissionsstrom Ie mittels der Vorrichtungsspannung Vf kontrolliert bzw. geregelt werden kann.
Drittens ist die von der Anodenelektrode 44 aufgefangene Emissionsladung von der Periode bzw. Zeitdauer des Anlegens der Vorrichtungsspannung Vf abhängig. Ein Betrag der von der Anodenelektrode 44 aufgefangenen Ladung kann nämlich durch die Periode bzw. Zeitdauer des Anlegens der Vorrichtungsspannung Vf kontrolliert bzw. geregelt werden.
Die Elektronenemissionscharakteristiken bzw. -kennlinien können leicht entsprechend dem Eingangssignal kontrolliert bzw. geregelt bzw. gesteuert werden, indem von den Charakteristiken bzw. Kennlinien der Elektronen emittierenden Vorrichtung, wie vorstehend beschrieben, Gebrauch gemacht wird. Ferner wird erwartet, da die Elektronen emittierende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die stabilen und hochluminanten Elektronenemissionscharakteristiken bzw. -kennlinien aufweist, daß sie in verschiedenen Gebieten angewendet wird.
Anwendungsbeispiele der Elektronen emittierenden Vorrichtung, auf die die vorliegende Erfindung anwendbar ist, werden unten beschrieben werden.
Beispielsweise kann die Elektronenquelle oder das Bilderzeugungsgerät konstruiert werden, indem eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung auf dem Substrat gruppiert angeordnet werden.
Die Anordnung bzw. Gruppierung der Vorrichtungen auf dem Substrat kann beispielsweise entsprechend einem der beiden folgenden Anordnungskonfigurationen vorgesehen werden. Eine Anordnungskonfiguration (als Leitertyp bezeichnet) ist derart vorgesehen, daß viele Elektronen emittierenden Vorrichtungen parallel angeordnet sind, viele Zeilen der Elektronen emittierenden Vorrichtungen in einer bestimmten Richtung (als Zeilenrichtung bezeichnet) gruppiert angeordnet sind, wobei die beiden Enden der einzelnen Vorrichtungen mit Drähten bzw. Leitungen in jeder Zeile verbunden sind, und Elektronen durch eine Steuerelektrode (als Gitter bezeichnet) gesteuert werden, die in einem Raum über der Elektronenquelle in der senkrecht zu den Drähten verlaufenden Richtung (als Spaltenrichtung bezeichnet) angeordnet ist. Eine andere Anordnungskonfiguration ist derart vorgesehen, daß n Y-direktionale bzw. in Y-Richtung verlaufende Drähte durch eine isolierende Zwischenschicht über m X-direktionalen bzw. in X-Richtung verlaufenden Drähten angeordnet sind, was nachstehend beschrieben ist, und ein X-direktionaler Draht und ein Ydirektionaler Draht werden zu einem Paar von Vorrichtungselektroden von jeder Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung verbunden. Dies wird nachstehend als eine einfache (passive) Matrixkonfiguration bezeichnet werden.
Die einfache Matrixkonfiguration wird ausführlich unten beschrieben werden.
Entsprechend den vorgenannten Merkmalen der drei wesentlichen Eigenschaften der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können Elektronen, die von der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung emittiert werden, durch den Spitzenwert und die Breite der Impulsspannung, die zwischen den gegenüberliegenden Vorrichtungselektroden in dem Bereich über der Schwellenspannung angelegt ist, gesteuert werden. Andererseits werden wenige Elektronen mit der Spannung unter der Schwellenspannung emittiert. Diese Eigenschaft erlaubt es, einige Oberflächenleitungselektronen emittierende Vorrichtungen auszuwählen entsprechend dem Eingangssignal, um die Mengen der daraus emittierten Elektronen zu steuern bzw. zu regeln, indem die obige Impulsspannung an die einzelnen Vorrichtungen sogar in der Konfiguration der vielen gruppiert angeordneten Elektronen emittierenden Vorrichtungen passend angelegt wird.
Die Struktur eines Elektronenquellensubstrats, das auf der Basis dieses Prinzips konstruiert ist, wird unten unter Bezugnahme auf 7 beschrieben werden.
Die m X-direktionalen bzw, in X-Richtung verlaufenden Drähte 72 werden aus Dx1, Dx2, ... , Dxm gebildet, welche aus einem elektrisch leitenden Metall oder dergleichen in einem gewünschten Muster auf dem isolierenden Substrat 71 mittels Vakuumaufdampfen, Drucken, Sputtern bzw. Zerstäuben oder dergleichen hergestellt werden. Das Material, die Dicke und die Breite der Drähte usw. sind so konzipiert, um eine nahezu gleichförmige Spannung den vielen Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen zuzuführen. Die Ydirektionalen bzw. in Y-Richtung verlaufenden Drähte 73 werden aus n Drähten aus Dy1, Dy2, ... , Dyn gebildet und werden aus dem leitfähigen Metall oder dergleichen in dem gewünschten Muster mittels Vakuumaufdampfen, Drucken, Sputtern bzw.
Zerstäuben oder dergleichen hergestellt wie es die in X-Richtung verlaufenden Drähte 72 sind. Das Material, die Dicke und die Breite der Drähte sind so konzipiert, um eine nahezu gleichförmige Spannung den vielen Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen zuzuführen. Eine isolierende Zwischenschicht, die nicht dargestellt ist, ist zwischen diesen m in X-Richtung verlaufenden Drähten 72 und n in Y-Richtung verlaufenden Drähten 73 angeordnet, um eine elektrische Isolation zwischen ihnen auszubilden, wobei somit die Matrix-Verdrahtung (wo m und n beide positiv ganzzahlig sind) zusammengesetzt wird.
Die isolierende Zwischenschicht, die nicht dargestellt ist, ist SiO₂ oder dergleichen, das durch Vakuumaufdampfen, Drucken, Sputtern bzw. Zerstäuben oder dergleichen gebildet wird, was in einem gewünschten Muster über die gesamte Oberfläche oder zum Teil aus dem isolierenden Substrat 71, auf dem die in X-Richtung verlaufenden Drähte 72 gebildet sind, hergestellt ist. Insbesondere die Dicke, das Material und das Herstellungsverfahren davon sind passend eingestellt, um der Potentialdifferenz an den Schnittpunkten zwischen den in X-Richtung verlaufenden Drähten 72 und den in Y-Richtung verlaufenden Drähten 73 standzuhalten. Die in X-Richtung verlaufenden Drähte 72 und die in Y-Richtung verlaufenden Drähte 73 werden jeweils als ein externer Anschluß herausgeführt.
Ferner sind die gegenüberliegenden Vorrichtungselektroden (nicht dargestellt) der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen 74 elektrisch mit den m in X-Richtung verlaufenden Drähten 72 (Dx1, Dx2, ... , Dxm) und den n in Y-Richtung verlaufenden Drähten 73 (Dy1, Dy2, ... , Dyn) verbunden und zwar durch Verbindungslinien 75 eines leitfähigen Metalls oder dergleichen, was mittels Vakuumaufdampfen, Drucken, Sputtern bzw. Zerstäuben oder dergleichen auf dieselbe Weise hergestellt ist, wie vorstehend beschrieben wurde.
Hier können einige oder alle der Bauteilelemente gemeinsam zu oder verschieden von den leitfähigen Metallen der m in X-Richtung verlaufenden Drähte 72, der n in Y-Richtung verlaufenden Drähte 73, der Verbindungslinien 75 und der gegenüberliegenden Vorrichtungselektroden sein. Diese Materialien sind passend beispielsweise aus den vorgenannten Materialien für die Vorrichtungselektroden ausgewählt.
Obgleich die Einzelheiten nachfolgend beschrieben werden, ist ein nicht dargestelltes Abtastsignalanlegemittel zum Zuführen eines Scan- bzw. Abtastsignals für das Abtasten bzw. Scannen der Zeilen der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen 74, die in der X-Richtung gruppiert angeordnet sind, gemäß dem Eingangssignal, elektrisch mit den in X-Richtung verlaufenden Drähten 72 verbunden, während ein nicht dargestelltes Modulationssignalerzeugungsmittel zum Zuführen eines Modulationssignals für die Modulation jeder Spalte der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen 74, die in der Y-Richtung gruppiert angeordnet sind, gemäß dem Eingangssignal, mit den in Y-Richtung verlaufenden Drähten 73 elektrisch verbunden ist. Die Treiberspannung, die an jede der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen angelegt ist, wird als eine Differenzspannung zwischen dem Abtastsignal und dem Modulationssignal, das an die Vorrichtung angelegt ist, zugeführt.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 8 und 9A und 9B ein Beispiel der Elektronenquelle beschrieben unter Verwendung des Elektronenquellensubstrats der einfachen Matrixkonfiguration, wie vorstehend beschrieben, und des zur Anzeige oder dergleichen benutzten Bilderzeugungsgeräts. 8 ist ein Diagramm, um die fundamentale Struktur des Bilderzeu gungsgeräts zu zeigen und 9A und 9B veranschaulichen fluoreszierende Schichten.
In 8 bezeichnet das Bezugszeichen 71 das Elektronenquellensubstrat, in dem eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen gruppiert angeordnet ist, 81 bezeichnet eine Rückplatte, an der das Elektronenquellensubstrat 71 befestigt ist, und 86 bezeichnet eine Stirnplatte, in der eine fluoreszierende Schicht 84, eine Metallrückseite 85 usw, auf einer Innenseite des Glassubstrats 83 gebildet sind. Das Bezugszeichen 82 bezeichnet einen Tragrahmen und die Rückplatte 81, der Tragrahmen 82 und die Stirnplatte 86 sind mit einem Fritteglas beschichtet und bei 400 bis 500°C in der Atmosphäre oder in Stickstoff für zehn oder mehr Minuten ofengetrocknet bzw. ausgeheizt, um sie zu versiegeln, wobei eine Ummantelung 88 zusammengesetzt wird.
In 8 bezeichnet das Bezugszeichen 74 Vorrichtungen, die den in 1A, 1B oder in 2 dargestellten Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen entsprechen. Die Bezugszeichen 72 und 73 bezeichnen die in X-Richtung verlaufenden Drähte und die in Y-Richtung verlaufenden Drähte, die mit den Paaren der Vorrichtungselektroden der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen verbunden sind. Falls die Drähte dieser Vorrichtungselektroden aus demselben Verdrahtungsmaterial wie die Vorrichtungselektroden gefertigt sind, werden sie in einigen Fällen ebenso als die Vorrichtungselektroden bezeichnet.
Die Ummantelung 88 wird aus der Stirnplatte 86, dem Tragrahmen 82 und der Rückplatte 81 gebildet, wie vorstehend beschrieben. Da die Rückplatte 81 hauptsächlich zum Zwecke der Verstärkung der Stärke des Substrats 71 vorgesehen ist, kann die separate Rückplatte 81 weggelassen werden, falls das Sub strat 71 selbst eine ausreichende Stärke aufweist. Der Tragrahmen kann nämlich unmittelbar mit dem Substrat gebondet bzw. verbunden bzw. kontaktiert werden, wobei die Ummantelung 88 aus der Stirnplatte 86, dem Tragrahmen 82 und dem Substrat 71 konstruiert werden kann.
Als ein anderes Beispiel kann die Ummantelung 88 ebenso mit ausreichender Stärke gegen den Atmosphärendruck konstruiert werden, indem ein nicht dargestellter Träger, der als ein Abstandshalter bezeichnet wird, zwischen der Stirnplatte 86 und der Rückplatte 81 befestigt bzw. montiert wird.
9A und 9B veranschaulichen die fluoreszierenden Dünnschichten. Die fluoreszierende Dünnschicht 84 ist alleine aus einem fluoreszierenden Material in dem monochromen Fall konstruiert. In dem Fall einer farbfluoreszierenden Dünnschicht ist die fluoreszierende Dünnschicht aus fluoreszierenden Materialien 92 und einem schwarzen leitfähigen Material 91, das als schwarze Streifen (9A) oder eine schwarze Matrix (9B) bezeichnet wird, in Abhängigkeit von der gruppierten Anordnung der fluoreszierenden Materialien konstruiert. Die Absichten zur Bereitstellung der schwarzen Streifen oder der schwarzen Matrix bestehen darin, eine Farbmischung oder dergleichen unversperrtes herzustellen, indem die Abstände zwischen den fluoreszierenden Materialien 92 der drei Primärfarben, die im Falle der Farbanzeige erforderlich sind, geschwärzt werden, und eine Kontrastabnahme aufgrund von Reflexion von Umgebungslicht auf der fluoreszierenden Dünnschicht 84 zu unterdrücken. Ein Material für das schwarze leitfähige Material 91 kann aus Materialien einschließlich der Hauptkomponente aus Graphit, das gewöhnlich umfangreich verwendet wird, ausgewählt werden und es kann ebenso, ohne darauf beschränkt zu sein, aus irgendwelchen elektrisch leitfähigen Materialien mit geringer Transmission und geringer Reflexion von Licht ausgewählt werden.
Ein Verfahren zum Aufbringen der fluoreszierenden Materialien auf dem Glassubstrat 83 wird aus einem Abscheidungs- bzw. Präzipitationsverfahren, einem Druckverfahren und dergleichen in sowohl dem monochromen als auch dem farbigen Fall ausgewählt.
Die Metallrückseite 85 wird normalerweise auf der Innenseite der fluoreszierenden Dünnschicht 84 vorgesehen. Der Zweck der Metallrückseite besteht darin, die Luminanz zu erhöhen und zwar durch gerichtete Reflexion von Licht, das zu dem Innern heraus aus dem Licht, das von den fluoreszierenden Materialien emittiert wird, in Richtung der Stirnplatte 86 läuft, um die Metallrückseite als eine Elektrode zum Anlegen der Elektronenstrahlbeschleunigungsspannung zu verwenden, um das fluoreszierende Material vor Beschädigung aufgrund von Kollision von in der Ummantelung erzeugten negativen Ionen usw. zu schützen. Die Metallrückseite kann nach der Herstellung der fluoreszierenden Dünnschicht gefertigt werden, indem ein Glättungsvorgang (normalerweise als Dünnschicht- bzw. Filmausbildung [„filming"] bezeichnet) der Innenseite der fluoreszierenden Dünnschicht ausgeführt wird und danach Al durch Vakuumaufdampfen oder dergleichen abgeschieden wird.
Die Stirnplatte 86 kann mit einer transparenten Elektrode (nicht dargestellt) auf der äußeren Oberflächenseite der fluoreszierenden Dünnschicht 84 vorgesehen werden, um die elektrisch leitende Eigenschaft der fluoreszierenden Dünnschicht 84 zu verstärken.
Anläßlich der Ausführung der vorgenannten Versiegelung ist eine angemessene Positionsausrichtung in dem Farbfall notwendig, um die Elektronen emittierenden Vorrichtungen mit den jeweiligen farbfluoreszierenden Materialien einander anzupassen.
Die Ummantelung 88 wird versiegelt nach Evakuierung auf den Vakuumwert von ungefähr 1.3 × 10^–5 Pa durch ein nicht dargestelltes Ausströmrohr. In bestimmten Fällen wird ebenso ein Gettervorgang durchgeführt, um den Vakuumwert bzw. Evakuierungsgrad nach der Versiegelung der Ummantelung 88 aufrechtzuerhalten. Dieser Gettervorgang ist ein Vorgang zum Heizen eines Getters (nicht dargestellt), der an einer vorbestimmten Position in der Ummantelung 88 angeordnet ist, durch ein Heizverfahren, wie Widerstandsheizen oder Hochfrequenzheizen, zum Ausbilden einer aufgedampften Dünnschicht unmittelbar vor oder nach der Ausführung der Versiegelung der Ummantelung 88. Der Getter enthält normalerweise eine Hauptkomponente aus Ba oder dergleichen und hält beispielsweise den Vakuumwert von 1 × 10^–5 Pa bis 1 × 10^–7 Pa durch Adsorptionswirkung der aufgedampften Dünnschicht aufrecht.
In dem Bildanzeigegerät der vorliegenden Erfindung, welches wie oben beschrieben fertiggestellt wurde, wird die Spannung an jede Elektronen emittierende Vorrichtung über die externen Anschlüsse außerhalb des Behälters, Dox1 bis Doxm und Doy1 bis Doyn, angelegt, um zu bewirken, daß die Vorrichtung Elektronen emittiert, die Hochspannung von nicht weniger als einigen kV an die Metallrückseite 85 oder an die transparente Elektrode (nicht dargestellt) über einen Hochspannungsanschluß 87, angelegt wird, um Elektronenstrahlen zu beschleunigen, und die Elektronenstrahlen auf die fluoreszierende Dünnschicht 84 gerichtet bzw. geführt werden, um deren Anregung und Lumineszenz zu bewirken, wobei ein Bild angezeigt wird.
Es sollte angemerkt werden, daß die oben beschriebene Struktur die schematische Struktur ist, die für die Herstellung des geeigneten Bilderzeugungsgeräts, das zur Anzeige oder dergleichen verwendet wird, notwendig ist, und daß die Einzelheiten wie beispielsweise das Material für jedes Bauelement passend ausgewählt werden kann, um eine Anwendung des Bilderzeugungsgeräts umzusetzen, ohne auf die oben beschriebenen Inhalte beschränkt zu sein.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 10 ein strukturelles Beispiel der Treiberschaltung beschrieben, um die Fernsehanzeige auf der Basis von TV-Signalen des NTSC-Systems auf dem Anzeigepanel bzw. Anzeigefeld auszuführen, das unter Verwendung der Elektronenquelle der einfachen Matrixkonfiguration konstruiert ist.
10 ist ein Blockdiagramm, um ein Beispiel der Treiberschaltung zur Bewirkung der Anzeige gemäß den TV-Signalen des NTSC-Systems zu zeigen. In 10 bezeichnet das Bezugszeichen 101 das Anzeigepanel bzw. Anzeigefeld, 102 bezeichnet eine Abtastsignalerzeugungsschaltung, 103 bezeichnet eine Zeitablaufsteuerungsschaltung, 104 bezeichnet ein Schieberegister, 105 bezeichnet einen Zeilenspeicher, 106 bezeichnet einen synchronen Signaltrenner, 107 bezeichnet einen Modulationssignalgenerator und Vx und Va sind Gleichspannungsversorgungen.
Das Anzeigepanel bzw. Anzeigefeld 101 ist mit den externen, elektrischen Schaltungen durch die Anschlüsse Dox1 bis Doxm, die Anschlüsse Doy1 bis Doyn und den Hochspannungsanschluß 87 verbunden. An die Anschlüsse Dox1 bis Doxm sind Abtastsignale angelegt, um die Elektronenquelle sukzessive zu treiben, die in dem Anzeigefeld 101 vorgesehen ist, d. h. die Gruppe der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen, die in der Matrix von m Zeilen x n Spalten zeilenweise (jeweils n Vorrichtungen) matrixverdrahtet sind. An die Anschlüsse Doy1 bis Doyn sind Modulationssignale angelegt, um einen ausgehenden Elektronenstrahl von jeder der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen in einer durch das Abtastsignal ausgewählten Zeile zu kontrollieren bzw. steuern. Die Gleichspannung von beispielsweise 10 kV wird von der Gleichspannungsversorgung Va dem Hochspannungsanschluß 87 zugeführt und dies ist die Beschleunigungsspannung, um eine ausreichende Energie zur Anregung des fluoreszierenden Materials auf die Elektronenstrahlen zu übertragen, die von den Elektronen emittierenden Vorrichtungen emittiert werden.
Die Abtastsignalerzeugungsschaltung 102 ist mit m Schaltvorrichtungen im Innern (welche schematisch durch S1 bis Sm in der Zeichnung bezeichnet sind) versehen. Jede Schaltvorrichtung wählt entweder die Ausgangsspannung der Gleichspannungsversorgung Vx oder 0 V (den Massepegel) aus, was mit dem Anschluß Dox1 bis Doxm des Anzeigepanels bzw. Anzeigefelds 101 elektrisch zu verbinden ist. Jede Schaltvorrichtung von S1 bis Sm operiert auf der Basis des Steuersignals Tscan, das von der Steuerschaltung 103 ausgegeben wird, und kann aus einer Kombination von solchen Schaltvorrichtungen wie beispielsweise FETs konstruiert werden.
Die Gleichspannungsversorgung Vx in dem vorliegenden Beispiel wird so eingestellt, um eine derart konstante Spannung auszugeben, daß die an die nicht abgetasteten Vorrichtungen angelegte Treiberspannung nicht mehr als die Elektronenemissionsschwellenspannung auf der Basis der Charakteristiken bzw. Kennlinien (die Elektronenemissionsschwellenspannung) der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen ist.
Die Zeitablaufsteuerungsschaltung 103 weist eine Funktion zur Anpassung von Vorgängen der jeweiligen Teilabschnitte auf, um die geeignete Anzeige auf der Basis der von außen zugeführten Bildsignale zu erzielen. Die Zeitablaufsteuerungsschaltung 103 erzeugt jedes Steuersignal von Tscan, Tsft und Tmry von jedem Teilabschnitt auf der Basis des synchronen Signals Tsync, das von dem synchronen Signaltrenner 106 gesendet wird.
Der synchrone Signaltrenner 106 ist eine Schaltung zum Trennen einer synchronen Signalkomponente und einer Luminanzsignalkomponente von dem TV-Signal des NTSC-Verfahrens, das von außen zugeführt wird, welches unter Verwendung einer gewöhnlichen Frequenztrenn- (Filter-) Schaltung oder dergleichen konstruiert sein kann. Das von dem synchronen Signaltrenner 106 getrennte synchrone Signal ist aus einem vertikalen synchronen Signal und einem horizontalen synchronen Signal zusammengesetzt, jedoch ist es als ein Tsync – Signal hierin der Einfachheit wegen in der Beschreibung veranschaulicht. Die Luminanzsignalkomponente des Bilds, die von dem vorgenannten TV-Signal getrennt ist, wird der Einfachheit wegen als DATEN-Signal bezeichnet. Das DATEN-Signal wird in das Schieberegister 104 eingegeben.
Das Schieberegister 104 ist ein Register zur Durchführung einer Seriell/Parallel-Wandlung für jede Bildzeile des vorgenannten DATEN-Signals, das seriell in zeitlichen Folgen eingegeben wird, was auf der Basis des Steuersignals Tsft operiert, das von der Zeitablaufsteuerungsschaltung 103 (dies bedeutet, daß das Steuersignal Tsft als ein Schiebetakt des Schieberegisters 104 angesehen werden kann) gesendet wird. Die Daten jeder Bildzeile nach der Seriell/Parallel-Wandlung (entsprechend den Treiberdaten für die n Elektronen emittierenden Vorrichtungen) werden als n parallele Signale von Id1 bis Idn von dem Schieberegister ausgegeben.
Der Zeilenspeicher 105 ist eine Speichereinrichtung zum Speichern der Daten von einer Bildzeile während einer erforderlichen Periode, welche die Daten von Id1 bis Idn gemäß dem von der Zeitablaufsteuerungsschaltung 103 gesendeten Steuersignal Tmry passend speichert. Die gespeicherten Daten werden als Id'1 bis Id'n an den Modulationssignalgenerator 107 ausgegeben.
Der Modulationssignalgenerator 107 ist eine Signalquelle zum passenden Modulieren des Treibervorgangs von jeder der Elektronen emittierenden Vorrichtungen gemäß jedem der Bilddaten Id'1 bis Id'n und Ausgabesignale daraus werden durch die Anschlüsse Doy1 bis Doyn an die Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen in dem Anzeigepanel bzw. Anzeigefeld 101 angelegt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, weisen die Elektronen emittierenden Vorrichtungen, auf welche die vorliegende Erfindung anwendbar ist, die folgenden fundamentalen Charakteristiken hinsichtlich des Emissionsstroms Ie auf. In besonderer Weise gibt es die bestimmte Schwellenspannung Vth für die Elektronenemission, so daß eine Elektronenemission nur bei Anlegen der Spannung über Vth auftritt. Mit Spannungen über der Elektronenemissionsschwellenspannung variiert der Emissionsstrom ebenso entsprechend einer Änderung der an die Vorrichtung angelegten Spannung. Es ist aus dieser Tatsache ersichtlich, daß, wenn Spannungsimpulse an die vorliegenden Vorrichtungen angelegt werden, keine Elektronenemission mit Anlegen der Spannung unterhalb der Elektronenemissionsschwellenspannung auftritt, jedoch werden beispielsweise die Elektronenstrahlen mit Anlegen der Spannung über der Elektronenemissionsschwelle ausgegeben. Bei dieser Gelegenheit kann die In tensität eines ausgegangenen Elektronenstrahls gesteuert bzw. geregelt werden, indem der Spitzenwert Vm der Impulse geändert wird. Es ist ebenso möglich, eine Gesamtmenge der Ladung des ausgegangenen Elektronenstrahls zu steuern bzw. regeln, indem die Breite Pw der Impulse geändert wird. Dementsprechend kann das Spannungsmodulationsverfahren, das Impulsbreitenmodulationsverfahren oder dergleichen als ein Verfahren zum Modulieren der Elektronen emittierenden Vorrichtungen entsprechend dem Eingangssignal verwendet werden.
Um das Spannungsmodulationsverfahren durchzuführen, kann der Modulationssignalgenerator 107 eine Schaltung des Spannungsmodulationsverfahrens zur Erzeugung von Spannungsimpulsen einer konstanten Länge und zur passenden Modulation von Spitzenwerten der Impulse gemäß der Eingabedaten sein.
Um das Impulsbreitenmodulationsverfahren durchzuführen, kann der Modulationssignalgenerator 107 eine Schaltung des Impulsbreitenmodulationsverfahrens zur Erzeugung von Spannungsimpulsen eines konstanten Spitzenwerts und zur passenden Modulation von Spannungsimpulsbreiten gemäß der Eingabedaten sein.
Das Schieberegister 104 und der Zeilenspeicher 105 können entweder von dem digitalen Signaltyp oder von dem analogen Signaltyp sein. Der Kernpunkt ist, daß die Seriell/Parallel-Wandlung und die Speicherung eines Bildsignals bei einer vorbestimmten Rate bzw. Geschwindigkeit durchgeführt werden sollten.
Bei Verwendung des digitalen Signaltyps muß das Ausgangssignal DATEN des synchronen Signaltrenners 106 digitalisiert werden. Zu diesem Zweck wird der Ausgangsteilabschnitt des synchronen Signaltrenners 106 mit einem A/D-Wandler versehen.
In Verbindung damit wird die in dem Modulationssignalgenerator 107 verwendete Schaltung leicht abweichen in Abhängigkeit davon, ob die Ausgangssignale des Zeilenspeichers 105 digitale Signale oder analoge Signale sind. In dem Fall des Spannungsmodulationsverfahrens unter Verwendung von digitalen Signalen ist der Modulationssignalgenerator 107 beispielsweise ein D/A-Wandler und ein Verstärker wird, falls erforderlich, hinzugefügt. In dem Fall des Impulsbreitenmodulationsverfahrens ist der Modulationssignalgenerator 107 beispielsweise eine Schaltung, die aus einem Hochgeschwindigkeitsoszillator, einem Zähler zum Zählen von Schwingungen, die von dem Oszillator ausgegeben werden, und einem Komparator zum Vergleichen eines Ausgangswerts des Zählers mit einem Ausgangswert des Speichers besteht. Die Schaltung kann ebenso mit einem Verstärker zum Verstärken der Spannung des in der Impulsbreite modulierten Modulationssignals von dem Komparator zu der Treiberspannung der Elektronen emittierenden Vorrichtungen, falls erforderlich, versehen sein.
In dem Fall des Spannungsmodulationsverfahrens unter Verwendung analoger Signale kann der Modulationssignalgenerator 107 beispielsweise eine Verstärkerschaltung sein, die einen Operationsverstärker verwendet, und kann ebenso mit einer Pegelverschiebungsschaltung, falls erforderlich, versehen sein. In dem Fall des Impulsbreitenmodulationsverfahrens kann beispielsweise ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) verwendet werden und es kann ebenso ein Verstärker zum Verstärken der Spannung zu der Treiberspannung der Elektronen emittierenden Vorrichtungen, falls erforderlich, vorgesehen sein.
In dem Bilderzeugungsgerät, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist und die wie oben beschrieben konstruiert sein kann, tritt eine Elektronenemission auf, wenn die Spannung über die Anschlüsse Dox1 bis Doxm, Doy1 bis Doyn außerhalb des Behälters an jede Elektronen emittierende Vorrichtung angelegt wird. Die Elektronenstrahlen werden beschleunigt, indem die Hochspannung über den Hochspannungsanschluß 87 an die Metallrückseite 85 oder an die transparente Elektrode (nicht dargestellt) angelegt wird. Die so beschleunigten Elektronen kollidieren mit der fluoreszierenden Dünnschicht 84, um eine Lumineszenz zustande zu bringen, wobei somit das Bild erzeugt wird.
Es sollte angemerkt werden, daß die Struktur des hierin aufgeführten Bilderzeugungsgeräts lediglich ein Beispiel des Bilderzeugungsgeräts ist, auf das die vorliegenden Erfindung anwendbar ist, und es kann eine Vielfalt von Modifikationen auf der Basis der technologischen Überlegungen der vorliegenden Erfindung einschließen. Obgleich das NTSC-System für die Eingangssignale beispielhaft aufgeführt wurde, können die Eingangssignale von dem PAL-System, dem SECAM-System oder dergleichen oder ein System von TV- bzw. Fernseh-Signalen einschließlich mehr Abtastzeilen (beispielsweise eines von hochauflösenden TV-Systemen einschließlich des MUSE-Systems) sein, ohne auf das NTSC-System beschränkt zu sein.
Die Elektronenquelle und das Bilderzeugungsgerät der vorgenannten leiterartigen Konfiguration werden unter Bezugnahme auf 11 und 12 beschrieben werden.
11 ist ein schematisches Diagramm, um ein Beispiel der Elektronenquelle der leiterartigen Konfiguration zu zeigen. In 11 bezeichnet das Bezugszeichen 110 das Elektronenquellensubstrat und 111 bezeichnet die Elektronen emittierenden Vorrichtungen. Das Bezugszeichen 112 bezeichnet gemeinsame Drähte Dx1 bis Dx10 zum Verbinden der Elektronen emittierenden Vorrichtungen 111 und sie sind als externe Anschlüsse herausgeführt. Eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen 111 sind parallel in der X-Richtung (welche als Vorrichtungszeilen bezeichnet werden) auf dem Substrat 110 angeordnet. Eine Vielzahl von Vorrichtungszeilen sind vorgesehen, um die Elektronenquelle zu bilden. Jede Vorrichtungszeile kann unabhängig angetrieben werden, indem eine Treiberspannung zwischen den gemeinsamen Drähten von jeder Vorrichtungszeile angelegt wird. Konkret wird eine die Elektronenemissionsschwelle übersteigende Spannung an eine Vorrichtungszeile angelegt, von der erwartet wird, daß sie Elektronenstrahlen emittiert, wohingegen eine Spannung unter der Elektronenemissionsschwelle an eine Vorrichtungszeile angelegt wird, von der nicht erwartet wird, daß sie die Elektronenstrahlen emittiert. Die gemeinsamen Drähte Dx2 bis Dx9 zwischen den Vorrichtungszeilen können gemeinsam benutzt werden; beispielsweise kann jedes Paar von Dx2 und Dx3, Dx4 und Dx5, Dx6 und Dx7 oder Dx8 und Dx9 aus einem einzigen Draht konstruiert sein.
12 ist ein schematisches Diagramm, um ein Beispiel der Panelstruktur in dem Bilderzeugungsgerät zu zeigen, das mit der Elektronenquelle der leiterartigen Konfiguration versehen ist. Das Bezugszeichen 120 ist die Gitterelektrode, 121 bezeichnet Öffnungen, durch welche Elektronen durchlaufen, Dox1 bis Doxm sind externe Anschlüsse außerhalb des Behälters und G1 bis Gn sind externe Anschlüsse, die mit der Gitterelektrode 120 verbunden sind. Das Bezugszeichen 110 stellt das Elektronenquellensubstrat dar, wo die gemeinsamen Drähte zwischen den Vorrichtungszeilen gemeinsam benutzt werden. In 12 werden dieselben Abschnitte wie jene, die in 8 und 11 veranschaulicht sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie jene in diesen Figuren. Ein signifikanter Unterschied zwischen dem hierin dargestellten Bilderzeugungsgerät und dem Bilderzeugungsgerät der in 8 dargestellten einfachen Matrixkonfiguration besteht darin, ob die Gitter elektrode 120 zwischen dem Elektronenquellensubstrat 110 und der Stirnplatte 84 vorgesehen ist oder ob nicht.
In 12 ist die Gitterelektrode 120 zwischen dem Substrat 110 und der Stirnplatte 86 vorgesehen. Die Gitterelektrode 120 ist zum Modulieren der von den Elektronen emittierenden Vorrichtungen 111 emittierten Elektronenstrahlen vorgesehen und ist mit kreisförmigen Aperturen bzw. Blendenöffnungen 121 versehen und zwar mit einer pro Vorrichtung, um zuzulassen, daß die Elektronenstrahlen in Richtung der Elektroden des Streifenmusters laufen, das senkrecht zu den Vorrichtungszeilen der leiterartigen Konfiguration vorgesehen ist. Die Form und Anordnungsposition des Gitters sind nicht auf jene, die in 12 dargestellt sind, beschränkt. Die Aperturen bzw. Blendenöffnungen können beispielsweise viele Durchlaufporen eine Maschenmusters sein und die Gitterelektrode kann ebenso um die oder nahe den Elektronen emittierenden Vorrichtungen angeordnet sein.
Die externen Anschlüsse Dox1 bis Doxm und die externen Gitteranschlüsse G1 bis Gn außerhalb des Behälters sind elektrisch mit einer nicht dargestellten Steuerungsschaltung verbunden.
In dem Bilderzeugungsgerät des vorliegenden Beispiels wird ein Modulationssignal für eine Bildzeile gleichzeitig an jede Gitterelektrodenspalte angelegt und zwar synchron mit einem sukzessiven, zeilenweisen Antreiben (Abtasten bzw. Scannen) der Vorrichtungszeilen. Dies erlaubt eine Kontrolle bzw. Steuerung bzw. Regelung der Strahlung jedes Elektronenstrahls auf das fluoreszierende Bauelement, wobei ein Bild linienweise angezeigt werden kann.
Das Bilderzeugungsgerät der vorliegenden Erfindung kann auf die Anzeigevorrichtungen zur Fernsehübertragung, die Anzeigevorrichtungen für Fernsehkonferenzsysteme, auf Computer bzw. Rechner und so weiter angewendet werden, wobei das Bilderzeugungsgerät als ein optischer Drucker unter Verwendung einer lichtempfindlichen Trommel etc. konstruiert ist und so weiter.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird in weiteren Einzelheiten mit deren Beispielen beschrieben werden.
[Beispiel 1]
Die grundlegende Struktur der Elektronen emittierenden Vorrichtung in dem vorliegenden Beispiel ist dieselbe wie jene, die in der Draufsicht und Schnittansicht von 1A und 1B veranschaulicht ist.
Das Herstellungsverfahren der Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtung in dem vorliegenden Beispiel ist im wesentlichen dasselbe wie dasjenige, das in 3A bis 3D veranschaulicht ist. Die grundlegende Struktur und das Herstellungsverfahren der Vorrichtung gemäß dem vorliegenden Beispiel wird unter Bezugnahme auf 1A, 1B und 3A bis 3D beschrieben werden.
Das Herstellungsverfahren wird unten in der Reihenfolge hinsichtlich 1A, 1B und 3A bis 3D beschrieben werden.
(Schritt-a)
Zuerst wurde ein Photoresist bzw. lichtempfindlicher Lack (RD-2000N-41 beziehbar von Hitachi Kasei) in dem Muster, von dem erwartet wird, daß es die Vorrichtungselektroden 2, 3 und die gewünschte Lücke L zwischen den Vorrichtungselektroden auf dem Quarzsubstrat 1 nach der Reinigung wird, ausgebildet und Ti und Pt wurden jeweils sukzessive in der Dicke von 5 nm und in der Dicke von 30 nm durch Vakuumaufdampfen abgeschieden. Danach wurde das Photoresist-Muster mit einem organischen Lösungsmittel aufgelöst und die abgeschiedenen Pt/Ti-Dünnschichten wurden abgenommen, wobei die Vorrichtungselektroden 2, 3, welche die Vorrichtungselektrodenlücke L von 3 μm und die Vorrichtungselektrodenbreite W von 300 μm (3A) aufweisen, gebildet werden.
(Schritt-b)
Eine Cr-Dünnschicht wurde in der Dicke 100 nm durch Vakuumaufdampfen abgeschieden und gemustert bzw. strukturiert, um eine Apertur bzw. Blendenöffnung zu bilden, die der Form der nachfolgend beschriebenen leitfähigen Dünnschicht entspricht. Eine organische Palladium-Verbindungslösung (ccp4230 beziehbar von Okuno Seiyaku K. K.) wurde auf die Dünnschicht mittels Schleuderbeschichtung mit einer Schleuder aufgebracht und sie wurde bei 350°C für zwölf Minuten ausgeheizt bzw. ofengetrocknet. Die somit gebildete leitende Dünnschicht 4, welche das Hauptelement aus Pd enthält, weist die Dicke von 10 nm und den Schichtwiderstand („Sheet-Resistance") Rs von 2 × 104 Ω/⧠ auf.
(Schritt-c)
Die Cr-Dünnschicht und die leitende Dünnschicht 4 wurden nach Ausheizen mit einer Säure-Ätzflüssigkeit geätzt, wobei das gewünschte Muster gebildet bzw. geformt wird (3B).
Gemäß der obigen Schritte wurden die Vorrichtungselektroden 2, 3 und die leitende Dünnschicht 4 auf dem Substrat 1 gebildet.
(Schritt-d)
Danach wurde die obige Vorrichtung in das Messungsevaluierungsgerät von 4 gesetzt und das Innere wurde mittels der Vakuumpumpe evakuiert. Nachdem der Druck das Vakuumniveau von 2.7 × 10^–4 Pa erreicht hatte, wurde die Spannung zwischen den Vorrichtungselektroden 2, 3 der Vorrichtung von der Stromversorgung 41 zum Anlegen der Vorrichtungsspannung Vf an die Vorrichtung geschaltet, wobei somit der Formungsvorgang durchgeführt wurde. Dieser Vorgang formte die Lücke 6 zum Teil aus der leitenden Dünnschicht (3C). Die Spannungswellenform in dem Formungsvorgang war jene, die in 5B dargestellt ist.
In 5B bezeichnen T1 und T2 die Impulsbreite und den Impulsabstand der Spannungswellenform. In dem vorliegenden Beispiel wurde der Formungsvorgang unter solchen Bedingungen durchgeführt, daß T1 gleich 1 msec war, T2 gleich 10 msec war und die Spitzenwerte der Dreieckswellen in Schritten von 0.1 V erhöht wurden. Während des Formungsvorgangs wurde ebenso ein Widerstandsmessimpuls bei der Spannung von 0.1 V zwischen die Impulse für die Formung zwischengeschaltet und der Widerstand wurde dabei gemessen. Das Ende des Formungsvorgangs wurde bei dem Zeitpunkt bestimmt, wenn ein gemessener Wert durch den Widerstandsmessimpuls nicht weniger als ungefähr 1 MΩ wurde, und zu derselben Zeit wurde das Anlegen der Spannung an die Vorrichtung beendet.
(Schritt-e )
Um als nächstes den Aktivierungsschritt durchzuführen, wurde Aceton (CH₃-CO-CH₃), das vorher in einer Ampulle versiegelt wurde, durch ein langsames Leckventil in die Vakuumkammer eingeleitet und der Druck von 1.3 × 10^–3 Pa wurde aufrechterhalten. Danach wurde der Aktivierungsvorgang auf der Vorrichtung nach dem Formungsvorgang durchgeführt, indem die Spannung der in 13 veranschaulichten Wellenform über die Vorrichtungselektroden 2, 3 an die Vorrichtung unter der Bedingung angelegt wurde, daß die Maximalspannung 15 V betrug. Da die If-Werte ungefähr 30 Minuten danach sättigten, wurde die Energetisierung angehalten und das langsame Leckventil geschlossen, um den Aktivierungsvorgang zu beenden, wobei die kohlenstoffhaltigen Dünnschichten (Kohlenstoffdünnschichten) auf dem Substrat in der zweiten Lücke 6, die zum Teil aus der leitenden Dünnschicht gebildet wurden, und auf den leitenden Dünnschichten nahe der zweiten Lücke 6 gebildet werden. Die kohlenstoffhaltigen Dünnschichten (Kohlenstoffdünnschichten) 10 wurden entgegengesetzt voneinander auf die beiden Seiten der ersten Lücke 7 gelegt, die innerhalb der zweiten Lücke 6 angeordnet ist und die engere Breite als die zweite Lücke 6 aufweist (3D).
(Schritt-f)
Danach wurde die Vorrichtung herausgenommen und die Nitrierungsbehandlung (stickstoffeinleitender Schritt) wurde durchgeführt. Zu Vergleichszwecken wurden ebenso Proben ohne die Nitrierungsbehandlung und mit unterschiedlichen Stickstoffgehalten unter verschiedenen Bedingungen präpariert.
Zu diesem Zeitpunkt wurden die Stickstoffgehalte durch den Plasmaprozeß mit Stickstoff alleine und durch Variationen der Gehalte von Stickstoff und Edelgas (Ar) kontrolliert bzw, geregelt. Partialdrucke der Gase (N₂ : Ar) zu diesem Zeitpunkt waren 100 : 0, 80 : 20, 50 : 50, 30 : 70, 15 : 85, 5 : 95, 3 : 97, 2 : 98, 1 : 99 und 0 : 100. Der Gesamtdruck während des Plasmaprozesses war ungefähr 2.7 Pa und die RF (Hochfrequenz) Leistung war 3 W/cm². Die Zeitdauer des Plasmaprozesses betrug fünf Minuten für alle Proben.
Danach wurden die Proben mittels der vorgenannten XPS-Analyse analysiert, um Werte der Verhältnisse von Stickstoffatomen zu Kohlenstoffatomen in der Kohlenstoffdünnschicht, die auf dem höheren Potential (die Elektrode 2) während des Treibervorgangs (N (Stickstoff)/C (Kohlenstoff) Verhältnisse) gehalten wird, zu messen. Die Resultate sind in Tabelle 1 dargestellt. In der Messung mittels XPS wurden die Proben nach Ausheizen bzw. Ofentrocknung bei 200°C im Vakuum gemessen. Dies dient zur Vermeidung des Einwirkens von adsorbierendem Wasser und Kohlenwasserstoffen, was von dem Aussetzen an der Atmosphäre herrührt.
Tabelle 1
Tabelle 1 (fortgesetzt)
Die Elektronen emittierenden Vorrichtungen mit den verschiedenen N/C-Verhältnissen, die wie oben beschrieben präpariert sind, wurden evaluiert hinsichtlich der Elektronenemissionscharakteristiken.
Zuerst wurde jede Elektronen emittierende Vorrichtung wiederum in die Vakuumkammer von 4 gesetzt und dem Stabilisierungsvorgang unterzogen. Zu diesem Zeitpunkt wurde jede Vorrichtung bei 250°C für zehn Stunden ausgeheizt bzw. ofengetrocknet und dann wurde der Stabilisierungsschritt beendet.
Die Messung der Elektronenemissionscharakteristiken bzw. kennlinien wurde durchgeführt, während die Spannung, die um 15 V höher an der Elektrode 2 als an der Elektrode 3 ist, unter solchen Bedingungen angelegt wurde, daß der Abstand H zwischen der Anodenelektrode 44 und der Elektronen emittierenden Vorrichtung 4 mm betrug, das Potential der Anodenelektrode 44 gleich 1 kV war und der Evakuierungsgrad innerhalb der Vakuumkammer gleich 2.7 × 10^–8 Pa war. Emissionsstromwirkungsgrade der jeweiligen Elektronen emittierenden Vorrichtungen sind zu diesem Zeitpunkt in Tabelle 2 aufgeführt.
Tabelle 2
Tabelle 2 (fortgesetzt)
Es ist aus Tabelle 2 ersichtlich, daß der Elektronenemissionswirkungsgrad ansteigt, wo Stickstoff in die Kohlenstoffdünnschichten eingeleitet wurde, so daß das Verhältnis von Stickstoffatomen zu Kohlenstoffatomen in den Kohlenstoffdünnschichten (N (Stickstoff)/C (Kohlenstoff) Verhältnis) nicht weniger als 2/100 ist.
Jedoch strebt der Wirkungsgrad dazu, graduell abzunehmen, nachdem das Verhältnis von Stickstoffatomen zu Kohlenstoffatomen (N (Stickstoff)/C (Kohlenstoff) Verhältnis) 15/100 übersteigt. Obgleich der Wirkungsgrad bei diesem Verhältnis höher als jener der Vorrichtung ist, welche keinen Stickstoff enthält, wird der Vorrichtungsstrom instabil und die Lebensdauer oder dergleichen strebt danach, kürzer zu werden. Demgemäß wurde klar, daß der geeignete Bereich des N/C-Verhältnisses nicht weniger als 2/100 und nicht mehr als 15/100 ist und zwar insbesondere als eine Bedingung für hervorragende Stabilität und hohen Wirkungsgrad. Ferner ist, da der Wirkungsgrad plötzlich höher in dem Bereich des N/C-Verhältnisses, der größer als 5/100 ist, wird, das N/C-Verhältnis insbesondere vorzugsweise größer als 5/100 und nicht mehr als 15/100.
[Beispiel 2]
Das vorliegende Beispiel ist ein Beispiel des Bilderzeugungsgeräts mit der Elektronenquelle, in der viele Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen in der einfachen Matrixkonfiguration gruppiert angeordnet sind.
Eine Draufsicht eines Teils der Elektronenquelle ist in 14 veranschaulicht. Eine Schnittansicht entlang einer Linie 15-15 von 14 ist in 15 veranschaulicht. In 14 und 15 bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Elemente. Das Bezugszeichen 71 bezeichnet das Substrat, 72 bezeichnet die in X-Richtung verlaufenden Drähte (ebenso als untere Drähte bezeichnet) gemäß Dxm von 7, 73 bezeichnet die in Y-Richtung verlaufenden Drähte (ebenso als obere Drähte bezeichnet) gemäß Dyn von 7, 4 bezeichnet die leitende Dünnschicht, 2 sowie 3 bezeichnen die Vorrichtungselektroden, 151 bezeichnet die isolierende Zwischenschicht und 152 bezeichnet ein Kontaktloch zur elektrischen Verbindung zwischen der Vorrichtungselektrode 2 und dem unteren Draht 72.
Das Herstellungsverfahren wird im einzelnen entsprechend der Folge der Schritte unter Bezugnahme auf 16A bis 16D und 17A bis 17D beschrieben werden.
(Schritt-a)
Auf dem Substrat 71, in dem eine 0.5 μm dicke Siliziumdioxid-Dünnschicht abgeschieden wurde mittels Sputtern bzw. Zerstäuben eines Kalknatronglasblatts nach Reinigung, wurden Cr und Au jeweils sukzessive in einer Dicke von 5 nm und in der Dicke von 0.6 μm durch Vakuumaufdampfen abgeschieden und danach wurde ein Photoresist bzw. lichtempfindlicher Lack (AZ1370 beziehbar von Hoechst Inc.) mittels Schleuderbeschichtung mit der Schleuder aufgebracht. Dann wurde der Photoresist bzw. lichtempfindliche Lack ausgeheizt bzw. ofengetrocknet und ein Photomaskenbild wurde belichtet und entwickelt, um ein Resistmuster bzw. Schutzlackmuster der unteren Drähte 72 zu formen. Dann wurden die abgeschiedenen Au/Cr-Dünnschichten naßgeätzt, wobei die unteren Drähte 72 in der gewünschten Form geformt wurden (16A).
(Schritt-b)
Dann wurde die isolierende Zwischenschicht 151 eines Siliziumdioxidfilms bzw. einer Siliziumdioxiddünnschicht in der Dicke von 1.0 μm durch RF-Sputtern bzw. RF-Zerstäuben abgeschieden (16B).
(Schritt-c)
Ein Photoresistmuster bzw. Photolackmuster zur Formung der Kontaktlöcher 152 wurde auf der isolierenden Zwischenschicht 151, die in dem Schritt-b abgeschieden worden ist, hergestellt. Indem dieses Muster als eine Maske verwendet wird, wurde die isolierende Zwischenschicht 151 geätzt, um die Kontaktlöcher 152 darin zu formen (16C).
(Schritt-d)
Danach wurde ein Muster, von dem zu erwarten ist, daß es die Vorrichtungselektroden 2, 3 und die Vorrichtungselektrodenlücke L wird, mit einem Photoresist bzw. Photolack (RD-2000N-41 beziehbar von Hitachi Kasei K. K.) geformt und dann wurden Ti und Ni jeweils sukzessive darauf in der Dicke von 5 nm und in der Dicke von 0.1 μm durch Vakuumaufdampfen abgeschieden. Das Photoresistmuster bzw. Photolackmuster wurde dann mit einem organischen Lösungsmittel aufgelöst und die abgeschiedenen Ni/Ti-Dünnschichten wurden einer Abhebung unterworfen, wobei die Vorrichtungselektroden 2, 3 mit der Vorrichtungselektro denlücke L = 3 μm und der Vorrichtungselektrodenbreite W = 0.3 mm (16D) geformt werden.
(Schritt-e)
Ein Photoresistmuster bzw. Photolackmuster für die oberen Drähte 73 wurde auf den Vorrichtungselektroden 2, 3 gebildet und danach wurden jeweils Ti und Au sukzessive darauf in der Dicke von 5 nm und in der Dicke von 0.5 μm durch Vakuumaufdampfen abgeschieden. Dann wurden unnötige Abschnitte mittels Abheben entfernt, wobei somit die oberen Drähte 73 in der gewünschten Form (17A) geformt wurden.
(Schritt-f)
Eine 0.1 μm dicke Cr-Dünnschicht 153 wurde durch Vakuumaufdampfen abgeschieden und dann gemustert bzw. strukturiert, die organische Palladium-Verbindungslösung (ccp4230 beziehbar von Okuno Seiyaku K. K.) wurde darauf mittels Schleuderbeschichtung mit der Schleuder aufgebracht und wurde bei 300°C für zehn Minuten ausgeheizt bzw, ofengetrocknet (17B). Die leitende Dünnschicht 4, die somit aus feinen Partikeln aus Pd als ein Hauptelement hergestellt wurde, weist die Dicke von 10 nm und den Schichtwiderstand („Sheet-Resistance") von 2 × 10⁴ Ω/⧠ auf.
(Schritt-g)
Die Cr-Dünnschicht 153 und die leitende Dünnschicht 4 wurden nach dem Ausheizen mit einer Säure-Ätzflüssigkeit geätzt und abgehoben, wobei die leitende Dünnschicht 4 in dem gewünschten Muster geformt wird (17C).
(Schritt-h)
Ein Resistmuster bzw. Schutzlackmuster wurde geformt, um einen Resist bzw. Schutzlack auf die anderen Abschnitte als auf die Abschnitte der Kontaktlöcher 152 aufzubringen und dann wurden Ti und Au jeweils sukzessive darauf in der Dicke von 5 nm und in der Dicke von 0.5 μm durch Vakuumaufdampfen abgeschieden. Dann wurden unnötige Abschnitte durch Abheben entfernt, wobei die Kontaktlöcher 152 gefüllt wurden (17D).
Entsprechend den obigen Schritten wurden die unteren Drähte 72, die isolierende Zwischenschicht 151, die oberen Drähte 73, die Vorrichtungselektroden 2, 3 und die leitende Dünnschicht 4 auf dem isolierenden Substrat 71 gebildet.
Dann wurde das hergestellte Elektronenquellensubstrat in das Messungsevaluierungsgerät von 4 eingeführt, wie in Beispiel 1 beschrieben ist.
Das Innere des Vakuumbehälters, in welchem das Elektronenquellensubstrat angeordnet war, wurde evakuiert mit der Vakuumpumpe. Nachdem der Druck einen ausreichenden Evakuierungsgrad erreichte, wurde die Spannung zwischen die Vorrichtungselektroden 2, 3 der Elektronen emittierenden Vorrichtung über Dx1 und Dy1 in 14 geschaltet, wobei der Formungsvorgang der leitenden Dünnschicht 4 durchgeführt wurde. Der Formungsvorgang wurde durch sukzessives Zuführen der Impulswellen an Dx1 bis Dxm ausgeführt. Die Anschlüsse Dy1 bis Dyn wurden geerdet bzw. an Masse gelegt. Die Spannungswellen in dem Formungsvorgang waren dieselben wie jene in 5B.
In dem vorliegenden Beispiel wurde der Formungsvorgang unter solchen Bedingungen durchgeführt, daß T1 gleich 1 msec war, T2 gleich 10 msec war und die Vakuumatmosphäre ungefähr 1.3 × 10^–4 Pa war. Die erste Lücke wurde zum Teil aus der leitenden Dünnschicht 4 auf diese Weise erzeugt.
Dann wurde die Evakuierung weitergeführt, bevor der Evakuierungsgrad innerhalb des Vakuumbehälters die Größenordnung von 10^–6 Pa erreichte und danach wurde Hexan (C₆H₁₄) als organische Moleküle in den Vakuumbehälter eingeleitet, so daß der Gesamtdruck 1.3 × 10^–4 Pa wurde. Der Aktivierungsvorgang wurde ausgeführt, indem die Spannung mit der in 13 veranschaulichten Wellenform und dem Spitzenwert von 14 V zwischen die Vorrichtungselektroden 2, 3 der Elektronen emittierenden Vorrichtungen geschaltet wurde. Da Hexan als organische Moleküle verwendet wurde, wurde eine Kohlenstoffdünnschicht, die kein Stickstoff enthält, auf jeder Vorrichtung abgeschieden.
Danach wurde das Elektronenquellensubstrat einmal an die Atmosphäre herausgenommen und wurde dann in das Plasmaprozeßgerät gesetzt, um der Nitrierungsbehandlung (Stickstoffeinleitungsschritt) unterworfen zu werden. In dem Nitrierungsprozeß wurde der Plasmaprozeß auf ähnliche Weise wie jener in Beispiel 1 durchgeführt. Der Plasmaprozeß wurde für fünfzehn Minuten unter solchen Bedingungen durchgeführt, daß der Gesamtdruck ungefähr 4 Pa war, die Substrattemperatur 200°C war, das Verhältnis der Gase Ar : N₂ = 1 : 1 in dem vorliegenden Beispiel war und die Plasmaleistung 1 W/cm² war.
Durch die Vorgänge der Formung, der Aktivierung und der Nitrierung, wie oben beschrieben, wurden die Elektronen emittierenden Zonen 5 geformt und Stickstoff wurde in die Kohlenstoffdünnschichten eingeleitet. Als Folge der Stickstoff-Einspritzung unter den obigen Bedingungen war das N/C-Verhältnis 13/100. Das Elektronenquellensubstrat wurde wie oben beschrieben hergestellt.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 8 und 9A ein Beispiel der Konstruktion einer Anzeigevorrichtung unter Verwendung des, wie oben beschrieben, hergestellten Elektronenquellensubstrats beschrieben.
Das Substrat 71, das, wie oben beschrieben, die darauf hergestellten Vorrichtungen aufweist, wurde auf der Rückplatte 81 fixiert und die Stirnplatte 86 (in der die fluoreszierende Dünnschicht 84 und die Metallrückseite 85 auf der inneren Oberfläche des Glassubstrats 83 gebildet wurden) wurde 5 mm über dem Elektronenquellensubstrat 71 durch den Tragrahmen 82 angeordnet. Fritteglas bzw. Glasmasse wurde auf die zusammengefügten Teile zwischen der Stirnplatte 86, dem Tragrahmen 82 und der Rückplatte 81 aufgebracht und bei 400°C in der Atmosphäre für zehn Minuten ausgeheizt bzw. ofengetrocknet, wobei deren Versiegelung bewirkt wurde. Die Fixierung des Elektronenquellensubstrats 71 auf der Rückplatte 81 wurde ebenso mit dem Fritteglas ausgeführt.
In dem vorliegenden Beispiel bezeichnet das Bezugszeichen 74 von 8 die Elektronen emittierenden Vorrichtungen mit den Stickstoff aufweisenden kohlenstoffhaltigen Dünnschichten.
Die fluoreszierende Dünnschicht 84 ist alleine aus dem fluoreszierenden Material in dem monochromen Fall gebildet und das vorliegende Beispiel verwendete das Streifenmuster aus fluoreszierendem Material. Die fluoreszierende Dünnschicht 84 wurde hergestellt, indem zuerst die schwarzen Streifen geformt wurden und dann die Lückenabschnitte zwischen ihnen mit den fluoreszierenden Materialien der jeweiligen Farben beschichtet wurden. Das Material für die schwarzen Streifen war ein Material, dessen Hauptkomponente gewöhnlich in weitem Maße verwendetes Graphit war. Das Verfahren zum Auftragen der fluoreszierenden Materialien auf das Glassubstrat 83 war der Aufschlämmprozeß („slurry process").
Die Metallrückseite 85 wurde normalerweise auf der inneren Oberfläche der fluoreszierenden Dünnschicht 84 vorgesehen. Die Metallrückseite wurde nach der Herstellung der fluoreszierenden Dünnschicht gebildet, indem der Glättungsvorgang (normalerweise als Beschichtung bzw. Filmausbilden bezeichnet) der inneren Oberfläche der fluoreszierenden Dünnschicht durchgeführt wird und danach Al durch Vakuumaufdampfen darauf abgeschieden wird.
In bestimmten Fällen wird die Stirnplatte 86 mit einer transparenten Elektrode (nicht dargestellt) auf der äußeren Oberflächenseite der fluoreszierenden Dünnschicht 84 vorgesehen, um die elektrische Leitungseigenschaft der fluoreszierenden Dünnschicht zu steigern. Jedoch erreichte das vorliegende Beispiel die ausreichende elektrische Leitungseigenschaft nur durch die Metallrückseite und somit wurde die transparente Elektrode nicht vorgesehen.
Anläßlich der vorgenannten Versiegelung wurde eine ausreichende Positionsausrichtung ausgeführt, um eine Zuordnung zwischen den Elektronen emittierenden Vorrichtungen und den fluoreszierenden Materialien der jeweiligen Farben in dem Farbfall zu erzielen.
Um als nächstes den Stabilisierungsvorgang durchzuführen, wurde das ganze Panel bzw. Feld mittels Heizen bei 300°C evakuiert und die Temperatur wurde dann auf die Raumtemperatur verringert. Nachdem der Innendruck auf ungefähr 10^–7 Pa reduziert wurde, wurde das nicht dargestellte Auslaßrohr mittels eines Gasbrenners erhitzt und zum Schmelzen gebracht, wobei somit die Einkapselung der Ummantelung bewirkt wurde.
In dem letzten Schritt wurde, um den Druck nach der Einkapselung aufrechtzuerhalten, ein Getterungsvorgang durch Hochfrequenzheizen durchgeführt.
In dem Bildanzeigegerät des vorliegenden Beispiels, das wie oben beschrieben fertiggestellt wurde, wurden das Abtastsignal und das Modulationssignal jeweils durch die nicht dargestellten Signalerzeugungsmittel an jede Elektronen emittierende Vorrichtung über die externen Anschlüsse Dox1-Doxm, Doy1-Doyn angelegt, wobei die Vorrichtungen Elektronen emittierten. Die Hochspannung von nicht weniger als 5 kV wurde an die Metallrückseite 85 oder an die transparente Elektrode (nicht dargestellt) über den Hochspannungsanschluß 87 angelegt, um die Elektronenstrahlen zu beschleunigen und um zu bewirken, daß die Strahlen mit der fluoreszierenden Dünnschicht 84 kollidieren, um eine Anregung und deren Lumineszenz zustande zu bringen, wobei das Bild angezeigt wird.
Die Bildanzeigevorrichtung in dem vorliegenden Beispiel war in der Lage, auf stabile Weise gute Bilder anzuzeigen mit ausreichend zufriedenstellender Luminanz (ungefähr 180 fL) als ein Fernsehmonitor über eine lange Zeitperiode.
[Beispiel 3]
Das vorliegende Beispiel zeigt ein Beispiel der Anzeigevorrichtung, die konstruiert ist, um eine Bildinformation anzuzeigen, die von einer Vielfalt von Bildinformationsquellen einschließlich des Fernsehübertragungssystems zugeführt werden. Das Bilderzeugungsgerät, das in 8 veranschaulicht ist, wird durch eine in 10 dargestellte Treiberschaltung angetrieben, um die Anzeige gemäß der TV-Signale des NTSC-Systems zu erzielen.
In dem Anzeigegerät des vorliegenden Beispiels ist es insbesondere leicht, die Dicke des Anzeigepanels bzw. -felds, das die Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen als Elektronenstrahlquellen aufweist, zu verringern, wobei somit die Tiefe des Anzeigegeräts verringert werden kann. Zusätzlich wird das Anzeigepanel bzw. -feld, das die Oberflächenleitungselektronen emittierenden Vorrichtungen als Elektronenstrahlquellen aufweist, leicht zu einer großen Panelgröße gebildet, weist hohe Luminanz auf und ist ebenso hervorragend bei den Feldwinkelcharakteristiken, so daß das Anzeigegerät des vorliegenden Beispiels Bilder von starker Wirkung mit voller Präsenz und mit guter Sichtbarkeit anzeigen kann.
Das Anzeigegerät in dem vorliegenden Beispiel war in der Lage, auf stabile Weise gute TV-Bilder gemäß den TV-Signalen des NTSC-Systems anzuzeigen.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wurde die kohlenstoffhaltige dünne Schicht (Kohlenstoffdünnschicht), die mit der Elektrode verbunden ist, welche bei dem höheren Potential während des Treibervorgangs gehalten wurde, so ausgebildet, daß sie Stickstoff gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, wobei die Elektronen emittierende Vorrichtung mit der Funktion bzw. dem Nutzeffekt erzielt wurde, geeignet zu sein, einen stabilen Elektronenemissionsstrom über eine lange Zeitperiode zu ziehen.
Ferner sind, wenn die Elektronenquelle oder das Bilderzeugungsgerät unter Verwendung der Elektronen emittierenden Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung mit hohem Wirkungsgrad und stabilen Charakteristiken bzw. Kennlinien über eine lange Zeitperiode aufgebaut bzw. konstruiert wird, die Vorrichtungen auch in dem Fall der Anordnung von vielen Elektronen emittierenden Vorrichtungen sehr stabil. Insbesondere wurde, wenn das Bildanzeigegerät mit dem fluoreszierenden Material aufgebaut bzw. konstruiert wurde, das Bildanzeigegerät mit hoher Luminanz, mit Stabilität über eine lange Zeitperiode und mit hoher Qualität erzielt.

Claims

Elektronen emittierende Vorrichtung umfassend: erste und zweite Kohlenstoff-Dünnschichten (10), die auf einem Substrat (1) angeordnet sind, welche Dünnschichten mit einer zwischengeordneten Lücke (7) gegenüberliegend angeordnet sind; erste und zweite Elektroden (2, 3), welche jeweils mit den ersten und zweiten Kohlenstoff-Dünnschichten elektrisch verbunden sind; und eine bezüglich der ersten und zweiten Elektroden angeordnete Stromversorgungseinrichtung (41) zum Verursachen von Elektronenemission, indem eine höhere Spannung an die erste Elektrode (2) als an die zweite Elektrode (3) angelegt wird; dadurch gekennzeichnet, daß: die erste Kohlenstoff-Dünnschicht (10), die mit der ersten Elektrode (2) verbunden ist, welche zur Aufnahme der höheren Spannung dient, Stickstoff aufweist.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis von Stickstoff-Atomen zu Kohlenstoff-Atomen in der ersten Kohlenstoff-Dünnschicht nicht weniger als 2/100 beträgt.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis von Stickstoff-Atomen zu Kohlenstoff-Atomen in der ersten Kohlenstoff-Dünnschicht größer als 5/100 ist.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Verhältnis von Stickstoff-Atomen zu Kohlenstoff-Atomen in der ersten Kohlenstoff-Dünnschicht nicht mehr als 15/100 beträgt.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Kohlenstoff-Dünnschichten (10) vollständig voneinander getrennt sind.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die ersten und zweiten Kohlenstoff-Dünnschichten (10) teilweise über eine kleine Zone verbunden sind.
Elektronen emittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung in einem Zustand der Elektronenemission ist, wenn mittels der Stromversorgungseinrichtung (41) an die erste Elektrode (2) eine höhere Spannung angelegt wird als an die zweite Elektrode (3).
Elektronenquelle umfassend eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen (11; 74) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei jede als das Substrat (1) ein gemeinsames Substrat (110; 71) aufweist.
Elektronenquelle nach Anspruch 8, wobei die Elektronen emittierenden Vorrichtungen (111) in einer Vielzahl von Zeilen angeordnet sind, wobei jede Zeile einen ersten Draht (112: Dx1, Dx3, ...) als einen gemeinsamen Draht, der mit ersten Elektroden (2) der jeweiligen Elektronen emittierenden Vorrichtungen verbunden ist, und einen zweiten Draht (112: Dx2, Dx4, ...) als einen gemeinsamen Draht, der mit zweiten Elektroden (3) der jeweiligen Elektronen emittierenden Vorrichtungen verbunden ist, aufweist; und Modulationsmittel (120) zum Modulieren von Elektronenstrahlen, die von den Elektronen emittierenden Vorrichtungen emittiert werden.
Elektronenquelle nach Anspruch 8, wobei die Vielzahl von Elektronen emittierenden Vorrichtungen (74) in einer Matrix mit einer Vielzahl von in X-Richtung verlaufenden Drähten (72) und in Y-Richtung verlaufenden Drähten (73), die elektrisch voneinander isoliert sind, verbunden ist.
Bilderzeugungsgerät umfassend eine Elektronenquelle und ein Bilderzeugungselement (84, 85), wobei die Elektronenquelle eine Elektronenquelle nach einem der Ansprüche 8 bis 10 ist.