专利名称：电子发射器件、电子源和图像显示装置的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种制造电子发射器件、电子源和图像显示装置的方法。
背景技术：
作为电子发射器件，有电场发射型(下文称为“FE”型)等。作为FE型，有这样的结构阴极电极和栅极电极通过绝缘层层叠并将电子发射部件设置在位于穿过栅极电极和绝缘层的孔(栅极孔)中的阴极电极上。作为这种结构的典型实例，有一种spindt型(锥状发射体型)结构，在这种类型结构中，锥形电子发射部件设置在该孔中。
迄今为止，已知如下的制造电子发射器件的方法。
(1)一种这样的方法，其中在形成了孔之后，通过升离(lift-off)法将电子发射部件淀积在该孔中(参看日本特许公开专利出版物第H8-96704号)。
(2)一种这样的方法，其中在将电子发射部件淀积在孔中之后，将蚀刻剂引入到孔中，并将一部分电子发射膜淀积在绝缘膜的孔内侧壁表面上(参看日本特许公开专利出版物第2000-195448号)。
(3)一种这样的方法，其中在先前将电子发射部件淀积在阴极电极上之后，形成绝缘层和栅极电极，随后形成孔(参看日本特许公开专利出版物第H8-264109号)。
然而，在使用如在日本特许公开专利出版物第H8-96704号中公开的淀积电子发射部件的升离法的情况下，在将电子发射部件淀积进孔中时(在将电子发射部件淀积到孔的内表面上时)，作为导电材料的电子发射部件易于淀积在孔中绝缘层的侧壁部分中。此外，在升离时，电子发射部件易于淀积在孔中绝缘层的侧壁部分中。因此，栅极电极和阴极电极之间的泄漏电流存在增加的趋势。
在日本特许公开专利出版物第H8-96704号中，还公开了这样的一种技术，其中在形成了孔之后，通过湿法蚀刻等清除在该孔中暴露的一部分绝缘层来形成突出部分。根据这种技术，希望通过使用形成有突出部分的孔作为掩模来消除电子发射部件在孔中绝缘层的侧壁部分上的淀积。然而，如果使用这种技术，电子发射部件的膜形成方法限于具有高度方向性的膜形成方法，并且存在处理裕度降低的问题。
即使将蚀刻剂引入到其中已经淀积了电子发射部件的孔中，外来物质(电子发射部件的一部分)本身也会成为屏障，而不能执行充分的蚀刻处理，尽管它取决于淀积的电子发射部件的面积或它的淀积量。即，存在如下的情况蚀刻剂不能进入外来物质(电子发射部件的一部分)和绝缘层的侧壁之间，并且外来物质不能被充分地清除，不能消除栅极电极和阴极电极之间的泄漏电流。由于淀积的结构对每个孔都不相同，因此泄漏电流也会变化。
根据日本特许公开专利出版物第H8-264109号的方法，可以解决前述由于外来物质引起的泄漏电流的问题。然而，根据这种方法，在形成孔的过程中，电子发射部件成为蚀刻停止层。因此，电子发射部件必须具有对于蚀刻来说足够慢的蚀刻速率。这导致了绝缘层和电子发射部件的材料的选择、蚀刻方法的选择等的处理裕度降低。此外，由于在蚀刻处理中电子发射部件暴露较长的时间，因此等离子体等造成了电子发射部件的劣化。此外，如果通过这种方法制造器件，则难以避免一部分电子发射膜位于紧贴栅极电极之下。因此，从紧贴栅极电极之下的这一部分电子发射部件发射的电子直接辐射到紧贴电子发射部件之上的栅极电极。因此，通过这种方法制造的电子发射器件的无功电流增加。
发明内容
本发明解决了上述与已有技术相关的问题，因此本发明的一个目的是提供一种泄漏电流较小的高效率的电场发射型的电子发射器件、电子源及其制造方法，所述制造方法容易获得图像显示装置。
根据本发明，提供了一种制造电子发射器件的方法。该方法包括如下步骤(A)提供包括第一导电层、设置在第一导电层上的绝缘层和设置在绝缘层上的第二导电层的结构，其中，第一孔(6)穿过绝缘层和第二导电层到达第一导电层；(B)将电子发射部件的材料层淀积在第一孔的内表面上；(C)形成在绝缘层和第二导电层中至少穿过第二导电层的第二孔，该第二孔与第一孔并置；和(D)蚀刻介于并置的第一和第二孔之间的绝缘层的一部分，直到第一和第二孔彼此连通。
在一个实施例中，通过喷涂法淀积用于形成电子发射器件的材料层。
在一个实施例中，步骤(D)中的蚀刻是湿法蚀刻。
根据本发明，提供了一种制造具有多个电子发射器件的电子源的方法，其中，通过上述的方法制造每个电子发射器件。
根据本发明，提供了一种组装具有电子源和在被从电子源发射的电子照射时发射光的发光部件的图像显示装置的方法，其中，通过上述的方法制造电子源。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造电子发射器件的方法，该方法包括如下步骤(A)提供包括第一导电层2、设置在第一导电层上的绝缘层3和设置在所述绝缘层上的第二导电层4的结构，其中，第一孔6穿过绝缘层和第二导电层到达第一导电层，与第一孔并置的第二孔7至少穿过绝缘层，并且用于电子发射部件的材料层淀积在第一孔的内表面上；和(B)蚀刻介于并置的第一和第二孔之间的一对绝缘层，直到淀积在第一孔的内侧壁上的电子发射部件材料层塌落而使得并置的第一和第二孔彼此连通。
根据本发明，提供了一种制造图像显示装置的方法，该图像显示装置具有多个电子发射器件，其中，通过上述的方法制造每个电子发射器件。
根据本发明，在淀积电子发射部件时被淀积在第一孔的内侧壁上的电子发射部件可以与第一孔的内侧壁的清除一起被清除。因此，由于泄漏电流的降低和因处理裕度的增加而引起的显示屏中亮度变化的降低，可以以较高的产量制造低电功耗的显示器。
通过下文描述的示例性实施例(参看附图)，将会清楚本发明的进一步的特征。
附图1A、1B、1C和1D是依次示出根据本发明制造电子发射器件的方法的过程的实例的解释性附图。
附图2A、2B、2C和2D是依次示出根据本发明制造电子发射器件的方法的过程的实例的解释性附图，它们是附图1A至1D后续的过程。
附图3是示出第一孔和第二孔的实例的平面视图。
附图4A和4B是示出第一孔和第二孔的另一实例的附图，其中附图4A是平面视图，附图4B是在蚀刻处理之后从第二孔侧看时的横截面视图。
附图5是示出第二孔的另一实例的横截面视图。
附图6A和6B是示出绝缘层的另一实例的附图，其中6A是在形成第一孔和第二孔之前的横截面视图，附图6B是在蚀刻处理之后从第二孔侧看时的横截面视图。
附图7A和7B是示出电子发射膜的形成步骤的另一实例的附图，其中7A是在蚀刻处理之前从第二孔侧看时的横截面视图，附图7B是在蚀刻处理之后从第二孔侧看时的横截面视图。
附图8是示出在驱动通过本发明的方法获得的电子发射器件时的解释性附图。
附图9是示出通过本发明的方法获得的矩阵排列的电子源的示意性结构图。
附图10是示出使用通过本发明的方法获得的矩阵排列的电子源的图像显示装置的示意性结构图。
附图11A和11B是在根据本发明的图像形成设备中的荧光体膜的解释性附图。
具体实施例方式
下文参看附图详细地具体地说明本发明的优选实施例。
附图1A至1D和2A至2D是示出根据本发明制造电子发射器件的方法的流程的实例的附图。下文描述附图1A至1D和2A至2D的每个处理步骤。
(1)附图1A的步骤首先，将本发明的第一导电层2(最终称为“阴极电极”)层叠(堆叠)在衬底1上。作为衬底1，可以使用以下板材中的任何一个其表面被预先充分清洁的石英玻璃；Na等杂质含量被减少的玻璃；钠钙玻璃；通过溅射法等方法将SiO2层叠在硅板上而获得的叠层；氧化铝等的绝缘陶瓷衬底；等。
第一导电层2(阴极电极)一般具有导电性，并通过一般真空薄膜形成技术比如汽相淀积法、溅射法等或通过光刻技术形成。作为阴极2的构造材料，例如可以使用下列材料中的任何一种材料Be、Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Pd等金属或合金材料；碳化物比如TiC，ZrC，HfC，TaC，SiC，WC等；硼化物比如HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、GdB4等；氮化物比如TiN，ZrN，HfN等；Si，Ge等半导体等。阴极电极2的厚度一般被设定到在从10纳米到100微米的范围内的值，优选选择在从100纳米到10微米的范围内的厚度。
随后，淀积绝缘层3。绝缘层3通过一般真空膜形成方法比如溅射法等、CVD法或真空汽相淀积法形成。绝缘层3的厚度一般被设定到在从10纳米到100微米的范围内的值，优选选择在从10纳米到5微米的范围内的厚度。作为绝缘层3的构造材料，优选使用能够经受得住高电场的具有高耐受电压的材料，比如氧化硅(典型地，SiO2)、SiN、氧化铝(Al2O3)、CaF、未掺杂的金刚石等。作为绝缘层3的构造材料，优选使用通过步骤8(将在下文中说明)中的蚀刻而可以比在步骤6(将在下文中说明)中形成的电子发射膜5的构造材料更加容易蚀刻的材料。
此外，在绝缘层3之后，淀积第二导电层4(最终用作栅极电极)。第二导电层4(栅极电极)具有与第一导电层2(阴极电极)类似的导电性，并且可以通过一般真空薄膜形成技术比如汽相淀积法、溅射法等或者通过光刻技术形成。作为第二导电层4(栅极电极)的构造材料，例如，可以使用下列材料中的任何一种材料Be、Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt、Pd等金属或合金材料；碳化物比如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC、WC等；硼化物比如HfB2、ZrB2、LaB6、CeB6、YB4、GdB4等；氮化物比如TiN、ZrN、HfN等；Si、Ge等半导体等。栅极电极4的厚度一般被设定到在从1纳米到100微米的范围内的值，优选选择在从10纳米到1微米的范围内的厚度。
第一导电层(阴极电极)2和第二导电层(栅极电极)4可以用相同的材料或不同的材料形成或者可以通过相同的形成方法或不同的方法形成。
(2)附图1B的步骤通过使用光刻技术等将所需的图案的掩模12形成在第二导电层(栅极电极)4上。作为掩模12的材料，可以使用十分公知的抗蚀剂材料。作为掩模12的图案(孔)，根据在步骤3中形成的第一孔6和第二孔7的形状选择适当的图案。
(3)附图1C的步骤通过蚀刻，比如干法蚀刻等，形成穿过没有被掩模12覆盖的第二导电层(栅极电极)4和绝缘层3并到达第一导电层(阴极电极)2的第一孔6和第二孔7(彼此并置)。第一孔6和第二孔7中每一个的形状都类似于掩模12的孔的形状。第一孔6和第二孔7的形成顺序不受限制，即，可以首先形成第一和第二孔6和7中的任何一个或者可以同时形成它们。第二孔7可以在随后的步骤5和6之间的时机形成。
作为第二孔7，如附图3所示，可以在第一孔6周围的位置上形成间隙并形成多个第二孔，或者如附图4A所示，可以以连续包围第一孔6的环形形成第二孔。
附图1A至1D所示为第一孔6和第二孔7都穿过第二导电层(栅极电极)4和绝缘层3的形式。然而，如附图5所示，第二孔7至少穿过第二导电层(栅极电极)4以便可以执行在步骤8(将在下文中说明)中执行的对绝缘层3的蚀刻就足够了。
(4)附图1D的步骤清除掩模12(5)附图2A的步骤形成具有与第一孔6连通的孔的掩模13以便使电子发射膜5仅形成在第一孔6中。掩模13可以通过使用光刻技术等形成。
(6)附图2B的步骤随后，电子发射膜5被形成在第一孔6中。如附图1A至1D所示，电子发射膜5可以通过升离技术形成。如果使用墨喷技术，则也可以将电子发射膜5的构造材料有选择性地淀积在第一孔6中，因此掩模13并不总是需要的。作为构造电子发射膜5的材料，例如，可以适当地选择石墨、富勒烯、碳纳米管、类金刚石碳、金刚石已经分散在其中的碳、碳化合物等中的任一种。优选使用碳膜(比如金刚石膜、类金刚石碳、无定形碳膜)。电子发射膜5的厚度一般被设置为从1纳米到5微米的范围内的值，优选选择从5纳米到100纳米的范围内的厚度。
(7)附图2C的步骤清除掩模13(8)附图2D的步骤随后，执行对绝缘层3的蚀刻。在蚀刻时，理想的是使用方向性较小的蚀刻方法。具体地说，优选各向同性蚀刻，特别是优选湿法蚀刻。作为各向同性蚀刻方法，不仅仅限于湿法蚀刻，而是还可以使用采用原子团作为主要蚀刻物质的干法蚀刻比如化学干法蚀刻。
作为用于湿法蚀刻的溶液(蚀刻剂)，理想的是使用可以蚀刻绝缘层3但基本不蚀刻或劣化阴极电极2、栅极电极4和电子发射膜5的蚀刻剂。作为用于对阴极电极2和栅极电极4进行湿法蚀刻的溶液的蚀刻速率，1/20或更小比较理想，1/100更加优选。作为对电子发射膜5的溶液的蚀刻速率，1/50比较理想，1/200更加优选。这时使用的蚀刻溶液在4至100℃、优选20至50℃的温度范围内使用。在蚀刻步骤中，在第二孔7和第一孔6之间的绝缘层的壁11的一部分或全部(参考附图2C)被从第一孔6侧蚀刻和清除，直到至少第一孔6和第二孔7彼此连通。
作为主要原因，阴极电极2和栅极电极4之间的电子泄漏由构成淀积到第一孔6的内侧壁上的电子发射膜5的材料引起。因此，通过清除这一材料，可以显著地减小泄漏电流。减少的电流量与通过清除淀积在第一孔6的内侧壁上的用于构造电子发射膜5的材料获得的量成比例。因此，通过清除第一孔6的内侧壁的一部分或全部并改变图案(孔形状)，可以控制泄漏电流。
第二孔7的孔形状主要由孔6的形状和尺寸以及绝缘层3的厚度指定。在已经执行了湿法蚀刻处理的情况下，与在未执行湿法蚀刻处理的情况相比，泄漏电流量可以减少80％或者更多。
第二孔7的形状可以被形成为任意形状。可以从例如直狭缝、弯狭缝、矩形孔、圆形孔、同心狭缝、矩形环状狭缝等中选择。在使用湿法蚀刻的情况下，将第二孔7设置到足以使蚀刻剂能被充分嵌入的尺寸就够了。例如，在将孔7形成为矩形的情况下的宽度和将孔7形成为圆形的情况下的直径中的每一个在0.5至1000微米的范围、优选1至10微米的范围内。
如附图3所示，如果多个第二孔7的尺寸存在变化，就第一孔6和第二孔7之间最接近通路B(参考附图2C)的距离而言，优选将相对于较小的第二孔7的最接近通路B的距离设定得比较大的第二孔7的距离小。如果所有的第二孔7的尺寸都相同，则理想的是最接近通路B的距离基本恒定。蚀刻条件可以基于绝缘层3的厚度A(参考附图2C)、作为在蚀刻绝缘层3时的速度的蚀刻速率R和蚀刻时间t而基本确定。如附图2C所示，如果第二孔7以类似于第一孔6的方式穿过第二导电层(栅极电极)4和绝缘层3，为了清除第一孔6和第二孔7之间存在的绝缘层3，优选在(B≤R×t)的条件下执行蚀刻。如附图5所示，如果第二孔7仅仅穿过第二导电层(栅极电极)4，则为了清除第一孔6和第二孔7之间存在绝缘层3的壁11，优选在[(A2+B2)1/2≤R×t]的条件下执行蚀刻。
如附图3所示，如果给一个第一孔6提供两个或更多个第二孔7，则在第二孔7和与其并置的另一第二孔7之间的最接近通路C的距离也可以被设定为比该第一孔6和该第二孔7之间的最接近通路B的距离更大。然而，理想的是将最接近通路C的距离设定为小于最接近通路B的距离。通过如上所述地设定，可以容易地清除附图3中的虚线包围的区域中的整个绝缘层3。可以连续地清除第一孔6整个周边的内侧壁。在这种情况下，由于在第一孔6周围的栅极电极4相对于第二孔7是连续的，因此处于以屋檐状(eaved shape)伸出的状态，如附图2D所示。在第二孔7如附图4A所示以包围第一孔6的环形形状形成的情况下，可以容易地清除附图4A中的虚线所包围的区域中的整个绝缘层3。可以容易且连续地清除第一孔6整个周边的内侧壁。在这种情况下，如附图4B所示，与第一孔6的内侧壁的清除一起清除了第一孔6和第二孔7之间的栅极电极4。
附图6A和6B是示出形成绝缘层3的情况下的另一实例的附图。虽然在附图1A中已经形成了一个层作为绝缘层3，如附图6A所示，在绝缘层3上可以形成比绝缘层3更难以被蚀刻的另一绝缘层3′。通过使用这种结构，如附图6B所示，在蚀刻之后，由于绝缘层3′留在第一孔6和第二孔7之间剩下的第二导电层(栅极电极)4之下，因此可以加强第二导电层(栅极电极)4在第一孔6周围以屋檐状伸出的的部分。
附图7A和7B是示出在形成电子发射膜5的情况下的另一实例的附图。如附图7A所示，第一孔6被设定为可以容易地嵌入形成电子发射膜5的材料的尺寸，第二孔7被设定为不能嵌入形成电子发射膜5的材料的尺寸，例如通过涂敷方法将形成电子发射膜5的材料形成在这些孔上，以便可以形成电子发射膜5。在这种情况下，虽然也存在第二孔7进入被电子发射膜5涂敷的状态的情况下，但是由于第二孔7上的电子发射膜5的下侧未被支撑，当通过超声振动等进行蚀刻时，可以容易地将其清除。因此，如果清除了第二孔7上的电子发射膜5并且从第二孔7蚀刻清除了绝缘层3，如附图7B所示，则获得了已经清除了第一孔6和第二孔7之间的绝缘层3的状态。
根据通过如在附图1A至1D和2A至2D中描述的本发明的方法获得的电子发射器件，例如，如附图8所示，已连接到高压电源10的阳极电极8被设置成面对着该器件，并通过从电源9在阴极电极2和栅极电极4之间施加电压以进行驱动，可以从电子发射膜5中发射电子。在附图8中，附图标记1表示衬底；2表示阴极电极；3表示绝缘层；4表示栅极电极；5表示电子发射膜；6表示第一孔；以及7表示与第一孔6并置的第二孔。Vb表示在栅极电极4和阴极电极2之间施加的电压，以及Va表示在栅极电极4和阳极电极8之间施加的电压。
虽然上文针对用电子发射膜5作为电子发射部件的实例描述了该实施例，但是本发明的电子发射部件并不仅仅限于膜形部件，而是也可以使用被称为spindt型的锥形电子发射部件等。本发明可以优选应用于制造电子发射器件的方法，该方法具有如下的步骤在形成了穿过设置在阴极电极2和栅极电极4之间的绝缘层3和栅极电极4的孔(栅极孔)之后，将电子发射部件淀积到该孔中。虽然在此示出了电子发射膜5直接设置在阴极电极2上的结构，但是为了限制电流等的目的，在阴极电极2和电子发射膜5之间也可以设置电阻膜。具有这个电阻膜的电极也合并在阴极电极2中。
下文描述应用通过本发明的制造方法形成的电子发射器件的应用实例。
例如，通过将多个本发明的电子发射器件设置在衬底上，可以实现电子源或图像显示装置。
附图9是通过设置多个本发明的电子发射器件获得的电子源的示意图。在附图9中，在电子源衬底801上设置了(m)个X-方向布线802、(n)个Y-方向布线803和(m×n)个电子发射器件804。每个电子发射器件804连接到一个X-方向布线802和一个Y-方向布线803上。通过阴极电极和栅极电极进行布线802和803与电子发射器件804之间的连接。
X-方向布线802由(m)个布线Dx1、Dx2、...，和Dxm构成，并且可以由通过使用真空汽相淀积法、印刷法、溅射法等形成的导电材料形成。每个布线的材料、膜厚和宽度都被适当地设计。Y-方向布线803由(n)个布线Dy1、Dy2、...，和Dyn构成，并以类似于X-方向布线802的方式形成。在(m)个X-方向布线802和(n)个Y-方向布线803之间提供有层间绝缘层(未示出)，由此使它们电隔离。m和n都是正整数。
层间绝缘层(未示出)由通过使用真空汽相淀积法、印刷法、溅射法等形成的SiO2等制成。例如，层间绝缘层(未示出)以所需的形状形成在已经形成了X-方向布线802的衬底801的一部分或整个表面上。层间绝缘层的膜厚、材料和制造方法都被适当设置，以使它能够经受得住特别是在X-方向布线802和Y-方向布线803的交叉部分中的电位差。每个X-方向布线802和Y-方向布线803都被引出作为外部端子。
作为构造X-方向布线802、Y-方向布线803和一对电极(阴极电极2和栅极电极4)的材料，它们的组成元素的一部分或全部可以相同或不同。如果构成电极的材料和布线的材料相同，则连接到器件电极的布线也可以被看作器件电极。器件电极也可以被用作布线电极。
施加用于选择在X方向上设置的一行电子发射器件804的扫描信号的扫描信号施加装置(未示出)连接到X-方向布线802。根据输入信号调制在Y方向上设置的每列电子发射器件804的调制信号产生装置(未示出)连接到Y-方向布线803。施加给每个电子发射器件的驱动电压被提供为施加给每个器件的扫描信号和调制信号之间的差分电压。
在上述结构中，通过使用简单的矩阵布线可以选择并独立地驱动单个的电子发射器件。参考附图10描述通过使用这种简单的矩阵排列的电子源构造的图像显示装置。附图10是示出图像显示装置的显示面板的实例的示意性结构图。
在附图10中，附图标记801表示已经设置了多个电子发射器件的电子源衬底；901表示后板，电子源衬底801已经被固定到该后板上；906表示前板，在该前板中作为发光部件的荧光体膜904、金属背板905等已经形成在玻璃衬底903的内表面上；而902表示支撑框架。后板901和前板906通过使用烧结玻璃等连接到支撑框架902上。附图标记907表示外壳。外壳907通过例如这样的方法形成在400至500℃的温度范围下，在大气或氮气中烘焙10分钟或更长的时间，并密封和粘结。
外壳907通过如上文所述的前板906、支撑框架902和后板901构成。由于后板901主要为增强衬底801的强度的目的而提供，因此如果衬底801本身具有足够的强度，则可以不需要作为分立部件的后板901。即，支撑框架902可以直接密封并粘结到衬底801，外壳907可以通过前板906、支撑框架902和衬底801构成。通过在前板906和后板901之间设置支承部件(未示出)(称为衬垫)，也可以构造强度足够抵抗大气压力的外壳907。
在使用本发明的电子发射器件的图像显示装置中，考虑所发射的电子的轨迹而将发光部件(荧光体膜904)对准并设置在电子发射器件804上。
附图11A和11B是示出在本发明的面板中使用的荧光体膜904的示意性附图。在彩色荧光体膜的情况下，它由如下部件构造黑色部件1001，根据荧光体的设置，如附图11A所示称为黑色条，如附图11B中所示则称为黑色矩阵等；和荧光体1002。
本发明的图像显示装置也可用作电视会议系统的显示器、电视广播的显示器、计算机等等。
(实施例)下文详细地描述本发明的实施例。
实施例1参考附图1A至1D和2A至2D详细地描述制造该实施例的电子发射器件的方法。
(步骤1-1附图1A)首先，使用石英作为衬底1。在充分清洁衬底1之后，将300纳米厚的Al膜作为阴极电极材料2形成在衬底1上。
随后，为了形成绝缘层3，通过使用SiH4或NO2作为原材料气体的等离子体CVD法形成大约1000纳米厚的SiO2膜。
随后，通过溅射法在绝缘层3上形成100纳米厚的Ta膜作为栅极电极4。
(步骤1-2附图1B)随后，通过光刻法，执行正型抗蚀剂的旋涂，曝光并显影光掩模图案，形成掩模图案12。此时将第一孔6的直径设置为3微米。还同时形成与第一孔6并置的第二孔7。在本实例中的第二孔7的直径设置为2微米。夹在第一孔6和第二孔7之间的绝缘层3的厚度设置为1微米。
(步骤1-3附图1C)随后，在使用CF4和H2的混合气体作为蚀刻气体的条件下执行干法蚀刻，蚀刻功率设定为150W，蚀刻压力设定为5Pa，在阴极电极2的上表面上停止蚀刻。
(步骤1-4附图1D)随后，通过脱落液(peeling liquid)清除剩余的掩模图案12。
(步骤1-5附图2A)随后，通过光刻，执行正型抗蚀剂的旋涂，曝光并显影光掩模图案，形成暴露第一孔6的掩模图案13。
(步骤1-6附图2B)随后，使用等离子体CVD法淀积大约30纳米厚的类金刚石碳膜，由此形成了电子发射膜5。
(步骤1-7附图2C)随后，通过脱落液升离掩模图案13。
(步骤1-8附图2D)随后，通过将它浸渍到BHF中对SiO2膜进行湿法蚀刻11分钟(蚀刻速率100nm/min)，并用水清洗，由此完成了本实施例的电子发射器件。
实施例2通过步骤2-1至2-6完成该电子发射器件。
由于步骤2-1至2-4类似于在实施例1中的步骤1-1至1-4，因此说明随后的步骤2-5至2-6。
(步骤2-5)在附图2C中的第一孔6附近对光敏聚合物构图之后，通过在真空中在500℃下执行热处理，使该聚合物碳化，由此获得了电子发射膜5。
(步骤2-6)随后，通过将它浸渍到BHF中对SiO2膜进行湿法蚀刻11分钟(蚀刻速率100nm/min)，并用水清洗10分钟，由此完成了本实施例的电子发射器件。
实施例3通过步骤3-1至3-6完成本电子发射器件。
由于步骤3-1至3-4类似于实施例1中的步骤1-1至1-4，因此说明随后的步骤3-5至3-6。
(步骤3-5)调节光敏聚合物的粘度和旋涂的旋转速度，并在如下的条件下用光敏聚合物涂敷第一孔6和第二孔7虽然光敏聚合物被嵌入到具有较大的孔部分的第一孔6中，但是光敏聚合物没有被嵌入到具有较小的孔部分并与第一孔并置的第二孔7中。根据本例中的这种条件，光敏聚合物的粘度被设定为20cp，而旋涂的旋转速度被设定为3000rpm。此后，通过在真空中在550℃下执行热处理，使聚合物碳化，由此获得了几十纳米厚的电子发射膜5(参见附图7A)。
(步骤3-6)随后，通过在施加超声波的同时将其浸渍到BHF中(蚀刻速率100nm/min)1分钟，并在此后将其浸渍到BHF中(蚀刻速率100nm/min)10分钟，对SiO2膜进行湿法蚀刻，并用水清洗，由此完成了本实施例的电子发射器件。这时，由于覆盖在并置的第二孔7上的电子发射膜5的下侧没有支承部件，因此完全清除了电子发射膜5(参见附图7B)。
实施例4参考附图1A至1D、2A至2D、6A至6B详细地描述制造本实施例的电子发射器件的方法。
(步骤4-1附图6A)首先，使用石英作为衬底1。在充分清洁衬底1之后，通过溅射法在衬底1上形成300纳米厚的Pt膜作为阴极电极材料2。
随后，为了形成绝缘层3，通过使用SiH4或NO2作为原材料气体的等离子体CVD法形成大约500纳米厚的SiO2膜。
随后，通过使用SiH4、NH4或N2作为原材料气体的等离子体CVD法形成大约500纳米厚的SiNx膜，以便形成绝缘层3′。
随后，通过电阻加热汽相淀积在绝缘层3′上形成100纳米厚的Ta膜作为栅极电极4。
(步骤4-2)
随后，通过光刻法，执行正型抗蚀剂的旋涂，曝光并显影光掩模图案，形成如附图1B所示的掩模图案12。此时将第一孔6的直径设置为3微米。还同时形成与第一孔6并置的第二孔7。第二孔7的直径设置为2微米。夹在第一孔6和第二孔7之间的绝缘层3的厚度设置为1微米。
(步骤4-3)随后，在使用CF4和H2的混合气体作为蚀刻气体的条件下执行干法蚀刻，蚀刻功率设定为150W，蚀刻压力设定为5Pa，在阴极电极2的上表面上停止蚀刻，由此设定了类似于附图1C的状态。
(步骤4-4)随后，通过脱落液清除剩余的掩模图案12，由此设定了类似于附图1D的状态。
(步骤4-5)随后，通过光刻，执行正型抗蚀剂的旋涂，曝光并显影光掩模图案，形成了暴露第一孔6的掩模图案13。
(步骤4-6)随后，使用等离子体CVD法淀积大约30纳米厚的类金刚石碳膜，由此以类似于附图2B的方式形成了电子发射膜5。
(步骤4-7)随后，通过脱落液升离掩模图案13，由此设定了类似于附图2C的状态。
(步骤4-8附图6B)随后，通过将其浸渍到BHF中对SiO2膜进行湿法蚀刻(SiO2的蚀刻速率100nm/min)11分钟并用水清洗10分钟，由此完成了本实施例的电子发射器件。
实施例5通过步骤5-1至5-7完成本电子发射器件。
由于步骤5-1至5-4类似于在实施例1中的步骤1-1至1-4，因此说明随后的步骤5-5至5-7。
(步骤5-5)通过使用溅射法形成10纳米厚的Co膜。
(步骤5-6)随后，通过将其浸渍到BHF中对SiO2膜进行湿法蚀刻(蚀刻速率100nm/min)11分钟，并用水清洗10分钟，由此获得已经淀积了Co膜以替代附图2D的电子发射膜5的状态。
(步骤5-7)随后，通过在600℃下在大气压的C2H4中加热Co膜，纤维状碳从Co生长到具有100纳米或更小的高度，并用作在附图2D中的电子发射膜5，由此完成了该器件。纤维状碳的生长条件并不限于这些条件。
实施例6除了下面的几点之外，处理步骤类似于在实施例3中的处理步骤。第二孔7被形成为如附图4A所示的环形扁平状。形成了在第一孔6和第二孔7成为一体的部分的中心部分上具有电子发射膜5的附图4B的电子发射器件。
实施例7如附图8所示连接通过本实施例形成的电子发射器件。通过施加电压Vb和Va以便驱动电子发射器件，在所形成的孔中形成了强电场。该孔中的等位面的形状基于Vb、绝缘层3的厚度和形状、绝缘层的介电常数等确定。在该孔之外的区域中，虽然它主要取决于电子发射膜5和阳极电极8之间的距离H，但是由于Va的缘故获得了几乎平行的等位面。
在施加给电子发射膜5的电场超过预定的阈值时，从电子发射膜5发射电子。从该孔中发射的电子与给阳极电极8提供的荧光体(未示出)碰撞并发射光。
阳极电极设置在实施例1中制造的电子发射器件上，并在阴极电极2和栅极电极4之间施加电压，由此驱动该器件。
所施加的电压Va＝10kV，并且电子发射膜5和阳极电极8之间的距离H被设定到2毫米。
用涂敷了荧光体的电极作为阳极电极8，并观测电子束的尺寸。在此所述的电子束尺寸表示发光的荧光体的峰值亮度等于10％的区域的尺寸。电子束的直径等于80μm/80μm(x/y)。
将类似的器件制造10次，并观测束直径的变化，以使宽度变化在±2％以内。
实施例8通过使用按本实施例3制造的电子发射器件来制造图像显示装置。以矩阵形状设置(100×100)个实施例3中所示的电子发射器件。X-侧布线连接到阴极电极2，Y-侧布线连接到栅极电极4，如图9所示。该器件被设置成在横向方向上间距为300微米，在垂直的方向上间距为300微米。荧光体设置在该器件上。因此，可以形成能够以矩阵方式驱动的高亮度和高精度的图像显示装置。
虽然参考示例性实施例已经描述了本发明，但是应该理解的是本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应该最宽泛地解释，以便包含所有的这些修改以及等同结构和功能。
权利要求
1.一种制造电子发射器件的方法，包括如下步骤(A)提供包括第一导电层(2)、设置在所述第一导电层上的绝缘层(3)和设置在所述绝缘层上的第二导电层(4)的结构，其中，第一孔(6)穿过所述绝缘层和所述第二导电层到达所述第一导电层；(B)将用于电子发射部件的材料层淀积在所述第一孔的内表面上；(C)形成在所述绝缘层和所述第二导电层中至少穿过所述第二导电层的第二孔(7)，该第二孔与所述第一孔并置；和(D)蚀刻介于所述并置的第一和第二孔之间的所述绝缘层的一部分，直到所述第一和第二孔彼此连通。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过喷涂法淀积所述用于形成电子发射部件的材料层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(D)中的蚀刻是湿法蚀刻。
4.一种制造具有多个电子发射器件的电子源的方法，其中，通过根据权利要求1、2或3所述的方法制造每个电子发射器件。
5.一种组装具有电子源和在被从所述电子源发射的电子照射时发射光的发光部件的图像显示装置的方法，其中，通过根据权利要求4所述的方法制造所述电子源。
6.一种制造电子发射器件的方法，包括如下步骤(A)提供包括第一导电层(2)、设置在所述第一导电层上的绝缘层(3)和设置在所述绝缘层上的第二导电层(4)的结构，其中，第一孔(6)穿过所述绝缘层和所述第二导电层到达第一导电层，与所述第一孔并置的第二孔(7)至少穿过所述绝缘层，并且用于电子发射部件的材料层设置在所述第一孔的内表面上；和(B)蚀刻介于所述并置的第一和第二孔之间的一对所述绝缘层，直到淀积在所述第一孔的内侧壁上的所述电子发射部件的材料层塌落而使得并置的第一和第二孔彼此连通。
7.一种制造图像显示装置的方法，该图像显示装置具有多个电子发射器件，其中，通过根据权利要求6所述的方法制造每个电子发射器件。
全文摘要
一种制造电子发射器件的方法，包括如下步骤隔着插入其间的绝缘层3层叠阴极电极2和栅极电极4，将阴极电极2上的电子发射膜5设置在穿过栅极电极4和绝缘层3的栅极孔中。其中，形成第二孔，该第二孔在绝缘层3和栅极电极4之中至少穿过栅极电极4，并与作为栅极孔的第一孔6并置，蚀刻第二孔和电子发射膜5被淀积到其内侧壁表面上的第一孔6之间的绝缘层3，直到第一孔6和第二孔7彼此连通。由此清除了淀积在第一孔内壁表面上的电子发射膜材料以减小泄漏电流。
文档编号H01J9/02GK1929072SQ20061012858
公开日2007年3月14日 申请日期2006年9月5日 优先权日2005年9月5日
发明者寺本洋二 申请人:佳能株式会社