TW505938B - Method of providing uniform emission current - Google Patents

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0 505938 案號 89103156 尸P年/立月>/、曰 修正 修瓜補充 五、發明說明（1) 發明範圍 本發明係有關於場發射裝置領域，而更明確而言，係有 關用以提供均句發射電流之方法。 發明背景 在場發射裝置中想要達成來自電子發射極群之均勻發射 電流。均勻發射電流對於在一場發射顯示圖素之間達成均 勻亮度是很有用的。達成均勻發射電流的先前技藝方法包 括電阻鎮流之使用。電阻鎮流的使用是在一場發射裝置中 引用數個額外處理步驟，這會提高製造一場發射裝置的成 本。而且，電阻鎮流的使用實質會提高一特定電流密度之 驅動電壓與功率消耗。 因此，需能提供來自一群電子發射極的均勻發射電流之 方法。此外，需能穩定一場發射裝置之方法，而不使用電 阻鎮流。 圖式之簡單說明 圖1係包含邊緣端狀態的一表面材料結構之截面圖； 圖2顯示一原子結構； 圖3顯示一電子發射薄膜之一發射串； 圖4係圖3沿著線段4 - 4的電子發射薄膜之一邊緣圖式； 圖5係電子發射電流與平均電場的比較圖式； 鲁 圖6係一電子發射薄膜的合成電流電壓特性圖式； 圖7描述製造一電子發射薄膜的有用沉積裝置； 圖8係一場發射裝置的具體實施例截面圖； 圖9係用以提供均勻發射電流的一能帶圖之圖式；

O:\62\62700.ptc 第4頁 五、發明說明（2) 圖i 〇係單一電子發射極的—帝 圖11係用以提供均勻發射電心甩堅特性圖式； 式； ]&射^的—合成電流電屋特性圖 圖1 2係用以提供均勻發射電流 f 另一圖式。 口成私版电壓特性之 圖1 3係用以提供均勻發射带 圖“仍然係用以提另-能帶圖；及 可以瞭解的是，為；流的又一能帶圖。 然依比例繪製。例如，竿此^ 在圖所不之元件未儘 示。此外，其中在圖式的；間，誇大顯 件。 /亏數子疋表不相同的元 車交t具體實施例之謀纟m 本發明的一具體實施例Η兹 用以提供均勻發射電流之方^。用電子共振隧穿發射而 優點。提供均勻發射電$ & 發明之一方法有許多的 發射顯示圖素之間允許均白 、勾勾^射私々丨L在一場 穿發射而提供均勻發射電泣，二^。藉由使用電子共振隧 電壓需用於一特定發射兩、^ 炎點在於一較低閘極擷取 供減少一場發射裝置之功率=而較低閘極擷取電壓可提 電壓之混雜離子放電。仍/ ’並且避免較高閘極擷取 免使用電阻鎮流。此可減二、：明方法的另-優點在於避 子共振随穿發射便會產電子隨穿可能性時’電 電流。電子共振随穿發射 二=場之大的發射 甘後歎电子發射極的一合成電 505938 五、發明說明（3) 流電壓特性的發射電流增加中造久 ^ 場的繪圖與一場發射裝置的發射+、、六^低。平均應用在電 的電流電壓特性。繪圖電壓與_ p赉度比較可建立合戍 比較亦可建立合成的電流電：特】：2裝〒的對發射電後 在通過如合成電流電壓特性所示笋二=%發射裝置操作 均勻發射電流便可從複數電子發^極=1增加量的減少， 為了要達成電子共振隧穿發射， 料的數電子發射極。可電子丘# ^ 有一表面狀態材 電流之-材料具體實施例 面圖、、、。構2 0 5包3配置在表面材料2 2 〇 曰 210。表面材料220具有小於丨00埃的一尸 1 一 ^量材料 SP2鍵及類似SP2鍵原子，例如炭、蝴、Γ = ’並且包含 亦包含表面狀態。表面狀態包括邊緣二=面=〇 狀態23。是從表面材料22。内的原子特殊配置產生；^ 一區域電子狀態在出現一電場25。而提高電子26〇以 穿發射。 搌隧 圖2是顯示原子275具有一六角形格子結構28〇之原子社 構270，而該六角形格子結構具有邊緣端狀態23〇。' 或任 2 75可以是由SP2鍵或SP2類似鍵所結合之炭、觸、卞 何原子。邊緣端狀態23 0具有曲緣240或凸緣215广 請即參考圖1，邊緣端狀態2 30可以是曲緣及凸緣215 一不規則圖案2 4 0，雖然此並非是本發明之一限制 Α之 現六角形格子結構2 8 0時，電子共振隧穿發射2 6 〇可萄$人

第6頁 505938 五、發明說明（4) ' 一 曲緣240的邊緣端狀態部分230發生，而且不是在包含凸緣 2 1 5的部分。曲緣240與凸緣2 1 5存在的理論支持可在” Edge State In Graphene Ribbons: Nanometer Size Effect

And Edge Shape Dependence” by K· Nakada， et al·， g-hl^ical Review B, The American Physical Society, vol· 54，no· 24，Dec· 15， 1 99 6 找到。 ’ 圖3顯示一電子發射薄膜之一發射串丨〇 〇。發射串1 〇 〇包 含具有邊緣端狀態23 0 (請參考圖1)的表面材料22〇 …。電子發射薄膜具有發射串之一均句配二 串100。這些發射串是明顯定義電子發射薄膜 態。 π田π ★如圖3所述，發射串100通常為星形，並且具有複數樹狀 犬或樹狀突血小板形丨丨〇，其每個通常可從一中央點丨_ 射擴展。圖3的發射串100結構是發射串的代表，但·、是$ 突的正碟數目與配置並未局限在圖3所示。 =樹狀突U。具有一狹窄端14。及一寬廣端15〇。在狹 40且母個樹狀突11〇具有一脊13〇，該脊可沿著樹狀 犬ηυ的長度（L)延伸。樹狀突11()的長度（L)可從 點 1圍2(3延理'至—終端125 ’例如從50_400壓力計（毫微米的範 ^n°目士4上，樹狀突110的長度（L)是大約200毫微米。脊 米，、丄!i Γ°毫微米之一屈曲半徑，理想上是小於2毫微 狀能230 2 ΐ具有如圖1和2所示之表面材料22 0與邊緣端 狀U 3 0的結構2 q 5。 圖4疋圖3的電子發射薄膜之一邊緣圖式，其是沿著線段 505938

4-4而採用。樹狀突1 l〇的其中每一者具有等於在寬廣立山 150與窄端140之間距離的一橫向高度（}1)。高度（h)理= 約是10 0*毫微米。該等樹狀突11〇的其中每一者是以遠^電 子發射薄膜平面的一方向而從寬廣端丨5 〇延伸至窄端"〇。 此結構會造成在遠離電子發射薄膜平面的一方向中所發射 的電子。在寬廣端150上的樹狀突丨10寬度是標 ^ 等於大約7毫微米。 而且 圖3和4的電子發射薄膜進一步具有複數薄層16〇。薄層 MO具有在〇· 342-0· 3 50毫微米的範圍内間隔。薄層16〇是 從寬廣端150延伸至窄端140以定義樹狀突11〇。薄層16〇疋的 上面區段包含如圖2所示的一原子結構2 7 〇。 $子發射薄膜亦由棚與氮組成。此外，侧與氮能以户、、冗 積二特別是，電子發射薄膜可以是滿流層狀调及$炭2 2 :氮、或者渦流層狀硼及與某些其他元素的沉積氮^當這 些包括在薄膜時，便能使薄膜電傳導。 a 田、 圖5是發射電流與具發射串1〇〇的一電子發射薄膜之平均 ，用電場比較圖式4 0 0。水平軸是以每微米伏特（v/ “ m)為 早位之平均應用電場，而垂直軸是以微安培為單位（#A)、、、 ^ =射電流。在電子發射薄膜變成發射上的平均應用電場 =圍具有大約4-7 V/ /zm的範圍。因為電子發射的啟始與 1閉需在一狹窄範圍的電場強度上改變，利用具發射°串、 〇 〇的電子發射薄膜之一場發射裝置具有功率消耗需'求及 低於先前技藝的裝置成本。 ^ 圖6是發射電流密度與具發射串1 〇 〇的電子發射薄膜之平

505938 修正 案號 89103156 五、發明說明（6) 均應用電場的比較圖式。水平軸是以V / /z m的平均應用電 場，而垂直軸是以每平方公分微安培A/cm2)為單位之 發射電流密度。在技藝中的技術可認為是隧穿現象建議之 繪圖。在較高發射電流與平均應用電場上，發射電流可提 高更慢於F 〇 w 1 e r - N 〇 r d h e i in隧穿方程式的預測。這已符合 電子260的共振隧穿發射。

包含發射串1 0 0的電子發射薄膜是在一石夕基材上沉積如 同毛毯薄膜。在電子發射薄膜於石夕基材上形成之後，一電 流計（微微-安培計）連接至電子發射薄膜。一陽極是平行 置於電子發射薄膜。陽極是利用一玻璃板做成，該玻璃板 是沉積在銦錫氧化物（I TO )的一圖案層。從鋅氧化物做成 之一螢光體是電沉積在圖案的銦錫氧化物上。在陽極與電 子發射薄膜之間的距離是0 . 2 0 0公釐。一電壓源是連接至 陽極。在裝置内的壓力是大約1 0_6陶爾。

圖5和6的發射流響應之資料點是依下列產生。首先，零 伏特的一電位是提供給陽極，而且發射電流是藉由使用連 接至陰極的微微-安培計而測量。然後，在陽極的電位會 增加+ 5 0伏特，而且電流會再次在陰極上測量。在陽極上 的電位會增加+ 5 0伏特，直到到達1 4 0 0伏特的一電壓為 止。在每個電壓增量上，發射電流是在陰極上測量。在電 子發射薄膜上的電位於所有的測量是維持在零伏特。平均 電場是藉由下列的比而提供：（1)在電子發射薄膜上的電 位與陽極之間的差、及（2 )在電子發射薄膜與陽極之間的 距離。電子發射薄膜的發射區域是等於電子發射薄膜的總

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五、發明說明（8) 一^ ~ ~-一 二3 0 5可進一步包括一溝渠部分33 5 ,在該溝渠附近纏繞是 二、圈、’以形成一簡單的電磁石3 6 0。一第一電壓源3 2 5是 接至沉積源320。一第二電壓源3 8〇是連接至沉積基材 ”第一電壓源3 25是用來在沉積源3 2〇形成電弧。電弧是在 =積源320上操作以使它蒸發，並且形成沉積電漿mo。沉 、源3_2 0 y文偏壓而視為陰極。一弧啟始觸發器元件（未在 ，.、属示）是胃在/儿積源3 2 Q附近放置，並且相較於沉積源3 2 〇 =受正偏壓，所以可視為一陽極。該觸發器元件可暫時允 =鍵在沉積源320的表面，藉由觸發器與沉積源32〇而建立 二電通路徑。當觸發器元件從沉積源32〇脫離連結 蚪+ 了電弧可在電極之間形成。沉積薄膜的同質可藉由使 用电磁石360的一磁場而改良，用以控制沉積源32〇表面上 的弧運動。 電子發射薄膜是使用沉積裝置3〇〇形成。一氫載氣會引 用在，隙區域31〇，以便在大約j陶爾的空隙區域31〇内提 供一壓力。沉積基材33 〇是一矽晶圓。沉積源32〇是高純潔 性部分L核子類型石墨在"· 9 9 9— 1 0 0百分比石墨範圍内具 有一純潔性。在沉積源320與沉積基材330之間的距離是大 約1 0公分。在電磁石3 6 〇來源上的磁場強度是大約〇 · 〇 3泰 斯拉。電弧的電流是大約1〇〇安培。第二電壓源38〇可在沉 積基材3 3 0上提供大約1 〇 〇伏特之一感應直流電壓。沉積基 材3 3 0是使用一凹陷銅板（未在圖顯示），經由水流而維持 大約1 0 0度攝氏（。〇)之一基材溫度而冷卻。此溫度與基材

505938 修正 Ι號89103156 夕Θ年,> 月>/日 五、發明說明（9) =料一致，例如使用在場發射裝置製造的蘇打石灰玻璃。 藉由使用上述的沉積情況，包括大約具有〇 ·丨5 # m厚度的 發射串的一電子發射薄膜1 〇 〇可在沉積基材3 3 〇上沉積。 圖8是一場發射裝置（FED) 70〇的截面圖。場發射裝置 FED 7 0 0包括一陰極7 0 5及一陽極7 8 0，其是在與X陰極'"7〇5相 關聯的空間沉基。陰極7 〇 5具有一電子發射薄膜7 3 〇。要了 解到電子發射薄膜的使用並未局限在圖8的描述。 陰極7 05是藉由首先提供一支撐基材71〇而做成，該支撐 基材是利用一適當的材料做成，例如玻璃、石夕、或類似 等。一傳導層7 2 0是藉由使用標準的沉積技術而在支撐基 材7 1 0上 >儿基。然後，一場造形層7 4 0是在傳導層7 2 0上沉 積。％造形層7 4 0是利用一沉積石夕做成。攙雜物可以是 侧’而且一範例雜物濃度是每立方公分丨〇18攙雜物種類。 其後’一誘電性層750是在場造形層740上形成。電介體層 7 5 0可利用矽二氧化物做成。利用例如组的一傳導之閘極 擷取電極層760是在誘電性層750上沉積。一發射極井770 疋藉由選擇性钱刻成層760、750、740而形成。發射極井 7 7 〇具有大約4微米（// m )的一直徑及大約i // m的一深度。 餘刻結構然後可放置在一陰極弧沉積裝置内，並且以圖 7所述的方式將電子發射薄膜7 3 〇沉積。電子發射薄膜u 〇 是如藉由使用一罩幕而選擇性沉積在發射極井77 〇内的傳 導層7 2 0。電子發射薄膜73〇的厚度理想是在〇· 〇1-〇· 5微米 之間。 一第一電壓源7 35是連接至傳導層7 2 0。一第二電壓源

O:\62\62700.ptc 第12頁 505938 修正 案號89103156 夕(？年（夂月>7 五、發明說明（10) 765是連接至閘擷取電極層760。一第三電壓源785是連接 至陽極780。FED 700的操作包括在傳導層720、閘擷取電 極層760、與陽極780上運用來自電壓源的適當電位735、 765和785。電子是從電子發射薄膜730的一發射表面775而 擷取，並且行進至陽極7 8 0。場造形層7 4 0有助於造形在發 射表面775區域的電場。 應可了解到場發射裝置7 0 0未局限在FED 7 0 0所示的電子 發射薄膜7 3 0。其他的電子發射結構可使用在F ED 70 0。例 如，S p i n d t預測包含具有邊緣端狀態2 3 0的一原子結構2 7 0 的表面材料2 2 0結構2 0 5的金屬細微凸起、細微管道、及類 似等可認為是在本發明的範圍内。 用以發射電子的一方法包括將一電場2 5 0提供給一結構 2 0 5的步驟。結構2 0 5具有包括具有邊緣端狀態2 3 0的一原 子結構270表面材料220，而該邊緣端狀態可造成電子260 共振邊緣隧穿發射。其後，電子可經由在結構205表面材 料2 20下面沉積的大量材料21〇而傳導。其後，一共振隧穿 能量區域可在超過2電子伏特與在費爾米能量階以下的1 5 電子伏特範圍内建立，雖然此範圍並非是本發明的一限 制。 圖9是一場發射襞置的能帶啯之一圖式。水平軸是從電 子發射極表面560的距離，而垂直軸是電子能量。在技藝 中的技術可將圖式視為電子26〇共振隧穿發射的表示。圖9 是以繪圖方式綠製能量障礙5 0 0及與應用電場2 5 0有關的靜 電電位5 4 0 °在能量軸的左側上，圖9表示費爾米能量階

五、發明說明（11) 一'— _ 5 3 0與傳導帶邊緣520的一發射極材料57〇。在轴的右 上，圖9表示自由空間580。自由空間58〇可以是_真介 部分真空、及類似等。潛在的能量障礙5〇〇表示在來^级 射極表面5 6 0的一特定距離之電子能量。電子共振隧变 由凸起的共振隧穿能量區域5 5 0表示，由於向下傾斜 = 在旎ϊ障礙曲線5 0 0。共振隧穿能量區域55〇可高於、柄曰 費爾米能量階530。當一共振隧穿能量區域55〇出現時低= 子隧穿可犯性便可從發射極表面Μ 〇的一特定距離增、加％ 此允許大量的電子從發射極表面5 6 0發射，其能有L 一特定電場2 5 0的大量發射電流。 处供 用以提供來自複數電子發射極的均勻發射電流之一 包括將一電場250提供給複數電子發射極的該等步驟，去 ，等電子發射極具有表面狀態的一表面材料，該等表而、 態可提供電子共振隧穿發射。其後，工作在複數電^狀 極3超過如由複數電子發射極形成合成電流電壓特性 ^ 示的發射電流增加量的降低。 所 ，用以提供均勻發射電流的一方法中，表面狀態可經 在複數電子發射極上的分子吸附而形成。工: f 2 3，域5 5 0的電子發射極可產生大於電子發射極的一 特疋電場2 5 0的較大發射電流，而該等電子發射極不會工 作t二共振隨穿能量區域55〇。高發射電流或高電場可激 勵k成彳文複數電子發射極釋出分子的被吸附物結合。分子 的釋出叮中斷電子共振隨穿發射，並且除去共振隧穿能量 區域5 5 0 ’藉此減少發射電流。在複數電子發射極的其中

第14頁 505938 五、發明說明（12) 至少一電子發射極的電子共振隧穿發射中斷可造成發射電 /;,L減少及如合成電流電壓特性所示的發射電流增加量減 少。 如一範例，當例如氧、氫、與類似元素的一分子在會造 成一表面狀態的電子發射極上化學吸收時，電子共振隧穿 發射便可產生。只要應用電場25 0，電子發射極便可工作 在一共振隧穿能量區域550。從一化學吸收分子造成的電 子共振隱穿發射可經由在複數電子發射極的其中至少一電 子發射極上將分子分裂而中斷。當發射電流或電場25〇在 化本及收的分子與發射極材料之間激勵化學鍵時，分子釋 回便發生。如果共振隧穿能量區域55〇低於費爾米能量階 530，當3低能量電子移除時，電子發射極將變成較熱。 、圖1 0疋單一電子發射極β 〇 Q的一電流電壓特性圖式。水 平軸是電壓（V)，而垂直軸是發射電流（1)。當區域電子 射極條件提供充足的釋回能量時，化學吸收分子便可移χ 除’而且電子610共振隧穿發射610會如圖10所示而中斷。 或氯分子釋回所需的條件可實質等於大約5秒 的70 0度Kel vine K)熱激勵。 62〇圖=是發Λ電流630增加量減少的一合成電流電屢特性 620圖式。水平軸是電壓（ν)，而垂直轴是發射電 在圖1。:：顯示單一電子發射極6〇。的電流電壓特（ 而該早一電子發射極是由合成電流電壓特性620所二 合成電流電壓特性620是藉由組合個 =成。 等電流電壓特性6。。的其中每—特性而獲得= 電〇 =

505938 五、發明說明（13) 射極的其中至少-電子61〇共振隧穿發射610中斷可1士、入 成電流電Μ特性62〇具有發射μ =n\f61G中斷可造成合 如人忐+、ά # r 八秀赞射屯机63〇增加量的減少。超越 所示發射電流630增加量減少的操 di: 電流1用電子共振随穿發射的 具有減少—場發射裝置的功率消耗之優 ΐ有：：;:一更均勾的發射電流。-均句的發射電流 顯示圖素之間提供均勻亮度的優點。仍 ΐ=t ϊ電流的另一優點是減少或免除在先前技藝場 舍射衣置所需的電阻鎮流層。 圖12是複數電子發射極的發射電流與電壓的比較圖，

/、包括釋回^[匕學吸收的分。士 X, H :及收的刀子水千軸是以伏特（V)為單位 的电壓，而垂直軸是是以安培（A)為單位的發射電流。繪 出貝馱點，而且線段81 〇和8 2 0表示經由資料點的最佳適當 直線。線段800符合根據低於1 70 0伏特資料的 田

Fowler-Nordheim隧穿行為。來自預測F〇wler_N〇rdheim行 為的超過1 70 0伏特的資料偏移是釋回的結果，而且表示在 複數電子發射極部分的電子共振隧穿發射中斷。資祠;$的 非線性資料配置及在實驗範圍增加電壓的發射電流增^量 的降低是電子共振随穿發射的提示性。 採用以產生圖1 2的發射電流與電壓響應比較的裝置是由 玻㈣包封、塗層一面板陽極的一傳導性螢光體及一广極 所組成。陰極支撐是在一陶質基座上的一標準絲極熱1 ° 源’該陶質基座典型是使用在掃描電子顯微鏡。一電子發 射薄膜是固定在具炭塗料痕跡的陰極支撐絲極，以形成阶

第16頁 505938 五、發明說明（14) :二電流計(微微—安培計)是連接至陰極，而且… 在；、：連接至陽極。在陰極與陽極之間的距離是5公Z电 在裳置内的遷力是大約1〇_8陶爾。 …刀。 圖1 2的發射電流響應資料點是依下列產生。第一 ，的-電位是提供給陽極，❿ ς伏 二伏特，而且電流可重新在陰極上測量。在；以： 每個電壓增量上，發射電流是在陰極上測量伏特為止。在^ 電位是將所有測量維持在零伏特。 在陰極上的 本發明的範圍未局限於電子共振隧穿發射 ==與發射極材料57。之間的化學鍵使用低於釋田回在 斤而的此里激勵時，共振隧穿能量區域55〇便會改變。丘 =二能量區域!50會改變成一較高的能量，或共振能量 白，立置可從發射極表面560的距離增加。在兩情況 中，改變共振隧穿能量區域550可減少隧穿的可能性，因 此便減少一特定電場25〇的發射電流。類似電子共振隧穿 發射中斷’另一共振隨穿能量區域55〇會造成如圖^描述 合成電流電壓特性620所示的發射電流63〇增加量的減少。 根據提供均勻發射電流的另一具體實施例，表面狀態可 從具有細微管道等的電子發射薄膜形成。它在技藝中已知 可從具有細微管道的電子發射薄膜產生有電子的場發射。 例如，Heer， et “描述用以形成垂直於發射薄膜平面的 方向的細微管道（"A Carbon Nan〇tube Field_Emissi〇n

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五、發明說明（15)

Electron Source 丨丨 ’Science，Volume 2 70，November 17 ，1 9 95 ，第 1 1 79 —1 1 80 頁）。 根據仍然用以提供均勻發射電流的另一具體實施例，表 面狀態可從具有金屬細微凸起、及類似等的電子發射薄辑 形成。這是在技藝中已知可從具有細微凸起的電子發射薄 膜產生電子場發射。例如，B i nh，e t a 1 ·描述用以形成金 屬細微凸起（"Nanoprotrusion Model for Field Emission from Integrated Microtips，，，Journal of Vacuujn_Science Technology, Volume 15，Number 5，

September/October 1 9 9 7，第 1 6 6 6 - 1 6 77 頁）之一方法。 根據仍然用以^供均勻發射電流的另一具體實施例，表 面狀態可從電子發射薄膜形成，而該等電子發射薄膜包括 邊緣端狀態230表面材料22 0的結構2 0 5。邊緣端狀態230可 具有曲緣240與凸緣215。 圖1 3是以圖式描述仍然用以提供均勻發射電流的另一具 體實施例。水平軸是從電子發射極表面56〇的距離，而垂 直軸是電子能量。一電子發射極的發射電流是大量電子供 應與隧穿可能性的乘積。在電子共振隧穿發射的情況中，、 多數發射電流是從在共振隧穿能量區域55〇上的大量電子 供應而開始。當一電場2 5 〇增加時，造成發射電流增加的 隨穿可能性便增加，而減少共振隧穿能量區域5 5 〇。當電 場2 5 0增加而造成共振隧穿能量區域5 5 〇降到低於如圖1 3所 不發射極材料570的傳導帶邊緣52〇時，較少的電子可使 用’而且發射電流能以增加電場25〇而提高較慢速、或提

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v 對於複數電子發射極而言，此造成如 南電場2 5 0而減少。斟％ :少流電壓特性62 0顯示發射電流63 0增加量的 里::圖=?52°可在費爾米能量階53°的-能量階。 Λ $诸I、、Ί =提供均勻發射電流包括用以當電場2 5 0增 力二r=二電子發射極的其中每-電子發射極的… 之步驟。其後’提供一大量電子供應，以 低於一傳導帶邊緣520的能量。其後’提供一電場

^改文在傳導帶邊緣520下方的共振隧穿能量區域 M 要建立如圖1 1描述合成電流電壓特性620所示發 射電流6 3 0增加量的減少。 • '疋、會圖描述仍然用以提供均勻發射電流的另一具體 貝，2。f t軸是從電子發射極表面5 6。的距離，而垂直 轴疋私子此里。如果共振隧穿能量區域55〇位在超過費爾 米旎階53 0，既然只有熱電子5 95可用於發射，所以發射電 机便會文限制。當電場25〇增加時，共振隧穿能量區域55〇 =會減少，而且大量電子供應5 9 〇會以指數增加。如此， 電子隧穿&可能性與大量電子供應5 9 〇可在接近費爾米能階

30上以^日數:t日加。當電場mq與行為比 =而增加蚪，結果是一較快的發射電流增加。當共振隧穿 ^量區域5 5 0實質降到低於費爾米能階5 30時，便能以大量 1 :供應5 9 0增加率的率減少。在低於費爾米能階53〇，大 1電子供應5 9 0可減少，以線性增加造成發射電流增加的 —較慢速率。對於複數電子發射極而言，此會造成如圖i i

第19頁 505938 五、發明說明（17) 描述合成電流電壓特性620所示的發射電流63〇增加減 〇 t圖14所示，提當電場250增加時，供均勾發射電流包 少複數電子發射極的其中每—電子發射極的共振 區域5 50之步驟。其後，供應超過費爾米能階53〇 旦 里電子供應590，以增加接近費爾米能階53〇的能 =义並且以低於費爾米能階53〇實質增加率的率而減少。 穿处f ? 一電场25 0 ’其可從超過費爾米能階530將共振 =二I區域550改變成低於費爾米能階53〇，為了 描述的合成電流電壓特性620所示的發射電流63〇增 供例未局限於提供均勾的發射電流。用以提 極的鎮流。鎮流複數電子發射毛射 射極的均勻發射雷、士、： 1 提供末自複數電子發 射兩、、纟 /;,L 〈制來自複數電子發射極部分的發 对包流、及避免決定性發射 刀則又 的電子i据隧穿 电/爪，、、、、口 a的电弧。用以鎮流 減少製造-場發射裝置有的阻，：需要。此可 可減少在-場發射心：ί成本。電阻鎮流的免除亦 率消耗。 '"置中一特定電流密度的驅動電壓與功 穿2 Α+之本表明的一具體實施例是藉由使用電子A # 1¾ 勻發射電流的一方法勺法。根據本發明而提供均 與具有包括表面狀態的—表面材料的複數電子發射=

第20頁 505938 五、發明說明（18) :等步驟’纟中表面狀態只要應用一電場便可提供 -隨穿發射。其後’複數電子發射極赶 二 成電流電壓特性所示發射電流增加量的減少疋在超過如合 對= = 的方法具有許多的優點，例如降低 符疋表射電流所需的閘極 低 射裝置的操作成本，而且避 H此可減少-場發 雜離子的放電。另—優二取電墨有關的混 ;更能從電子發射極群提供；均句、的=射能比先前技 】以在-場發射顯示圖素之間提二均：射鬼流。此亦具有 :一優點是可免除電阻鎮流及與窜受度的優點。仍為 V驟。此可減少製造一場發 ς k電阻鎮流有關的處理 衣罝的成本。

Claims (1)

1. '-—-_ 六、申請專利範圍 __ 步1驟:―種用以提供-均勻發射電流之方法， # I 2二有0成電流電壓特性及具有一包 -電場時提供電子=恭二中該專表面 操作該複數電子發;以及 不發射電流增加量的減少。 战包 2·如申請專利範圍第1項之方、去，直 的該操作步驟進一步包含用^盤中複 2? + 一 ； 7 〇 3用以改變複數電子 家1 極的一共振隨穿能量區域之 3牙"：由生’ 1且建立發射電流增加量的減 %如申請專利範圍第!項之方…Κ 呈少一带早恭以中斷複數電子 p#穿可二Μ X、極的一共振隧穿能量區域之 4 :且建立發射電流增加量的減 4. 如申請專利範圍第丨項之方法，其 的該操作步驟進一步包含下列步驟.、複 當=】場增加時，減少複數電子發射極的 子叙射極的共振隧穿能量區域； :應-大量電子供應’以減少低於傳導帶 其包含下列 括表面狀態的 狀態可在施加 流電壓特性所 數電子發射極 發射極的其中 步驟，以減少 少。 數電子發射極 發射極的其中 步驟，以減少 少。 數電子發射極 其中至少一電 邊緣的能量； 共振隨穿能量 數電子發射極 以及 :加該電場，以改變低於傳導帶邊緣的該 區域，以利建立發射電流增加量的減少。 5. 如申請專利範圍第丨項之方法，其中複

   第22頁 505938 六、申請專利範圍 的該操作步驟進一步包含下 當該電場增加時，減少複 子發射極的共振隧穿能量區 提供超過費爾米能階的一 近費爾米能階的能量，並且 加率之速率減少；以及 施加該電場，以便將來自 能量區域改變成低於費爾米 量的減少。 6 ·如申請專利範圍第1項 細微管道而形成該表面狀態 7 ·如申請專利範圍第1項 細微凸起而形成該表面狀態 8 ·如申請專利範圍第}項 邊緣端狀態而形成該表面狀 9 ·如申請專利範圍第1項 子吸附而形成該表面之步驟 1〇· 一種用以鎮流一場發 列步驟 數電子 域； 大量電 以低於 超過費 能量， 之方法 之步驟 之方法 之步驟 之方法 態之步 之方法 〇 射裝置 發射極的其中至少一電 子供應，其可提高在接 該費爾米能階的實質增 爾米能階的該共振隧穿 以利建立發射電流增加 ’其進一步包含用以從 〇 ’其進一步包含用以從 〇 ’其進一步包含用以從 驟。 ’其進一步包含經由分 之方法，其包含下 提供具有一合成電流電壓特性及 表面材料之複數電子發射極，苴中 一電場時提供兩又u k u A '、 τ捉、包子共振隧穿發射； 才呆作該複數I i 1 d k i 八h A、 电子發射極在超過如 舍射電〉盘j4 θ 曰加垔中的減少量。 列步 具f一包括表面狀態的 該等表面狀態可在施加 以及 合成電流電壓特性所示

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