电子束装置以及使用电子束装置的图像显示装置的制作方法

专利名称：电子束装置以及使用电子束装置的图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用场致发射(FE)电子发射器件的电子束装置以及 使用该电子束装置的图像显示装置。
背景技术：
到目前为止，已存在这样的电子发射器件，在该电子发射器件中， 从阴极发射的大量电子撞击与阴极相对的栅电极，被散射，然后作为 电子,皮取出。作为以此方式发射电子的器件，在日本专利申请特开第 2001-167693号中描述的表面传导型电子发射器件和层叠型电子发射 器件是已知的。日本专利申请特开第2001-167693号描述了绝缘层向内凹进(以 下称为"凹陷部分")的层叠型的电子发射器件。在曰本专利申请特开第2001-167693号的公开中，形成凹陷部分 的绝缘层使用PSG(掺杂磷的Si02)材料，并且PSG层的厚度为10nm。 从基板算起的阴极的尖端位置(高度)与侧壁上具有该阴极的绝缘层 的高度位置一致。在日本专利申请特开第2001-167693号中，电子发射特性的效率 是优异的，但是，其经时稳定性需要提高。为了解决以上的常规技术的问题，做出了本发明，本发明的目的 是提供结构简单、电子发射效率高并且操作稳定的电子束装置，以及 设置有这种电子束装置的图像显示装置。发明内容用于解决以上问题的本申请的发明提供一种电子束装置，该电子束装置包括绝缘构件，在该绝缘构件的表面上具有凹部；阴极，具 有在绝缘构件的外表面和凹部的内表面上延伸的突起部分；栅极，与 所述突起部分相对地被设置在所述绝缘构件的外表面上；以及阳极， 通过所述栅极与突起部分相对地被设置。本申请的发明还提供了一种图像显示装置，该图像显示装置包括: 上述电子束装置；以及发光构件，通过电子的照射而发光，并被设置 在阳极上。本申请的发明提供了电子发射效率的经时变化小并且操作稳定的 电子束装置。此外，本发明提供了电子发射部分的形状不受变化影响 的电子束装置。更进一步地，本发明提供了使得在电子发射部分周围 的放电的产生最小化的电子束装置，并且还提供使用该电子束装置的 图像显示装置。通过参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征 将变得清楚。


图1A、 1B和图1C是本发明的第一实施例的一组局部视图。图2是示出用于测量本发明的电子发射器件的特性的配置的示意图。图3是本发明的电子发射器件的电子发射部分的附近的放大透视图。图4是示出本发明的电子发射器件的配置的示意图。图5是本发明的电子发射器件的电子发射部分的附近的放大侧视图。图6A和图6B是示出电子发射器件的初始特性的变化以及凹部中 的侵入(infiltration)量与器件特性的变化之间的关系的曲线图。图7是示出应用本发明的电子发射器件的图像显示装置的电子源 的示意图。图8是示出应用本发明的电子发射器件的图像显示装置的示意4图。图9是示出用于驱动本发明的图像显示装置的驱动电路的例子的 电路图。图10是本发明的另一电子发射器件的电子发射部分的附近的放 大侧视图。图IIA、图IIB和图IIC是示出本发明的电子发射器件的制造方 法的一组示意图。图12A、图12B、图12C和图12D是示出本发明的电子发射器件 的制造方法的另一组示意图。图13A、图13B和图13C是示出第二实施例的电子发射器件的一 组示意图。图14A、图14B和图14C是示出第三实施例的电子发射器件的一 组示意图。图15是示出第三实施例的电子发射器件的局部放大视图。图16A、图16B和图16C是示出本发明的另一电子发射器件的制造方法的一组示意图。图17A和图17B是示出本发明的另一电子发射器件的制造方法的另一组示意图。图18A、图18B和图18C是示出第四实施例的电子发射器件的一 組示意图。图19A和图19B是示出图像显示装置的面板的图。 图20是本发明的电子发射器件的电子发射部分的附近的放大侧 视图。图21是示出电子发射器件的在凹部侧的阴极脊线(ridgeline)的 角度与该器件的特性变化之间的关系的曲线图。
具体实施方式
以下参照附图示例性地详细描述本发明的示例性实施例。首先，描述根据本实施例的能够稳定地发射电子的电子发射器件的配置。图1A是根据本发明的实施例的电子发射器件的平面示意图。图 1B是沿图1A的线A-A所取的截面。图1C是当从图IB中的箭头所 指示的方向观察该器件时的侧视图。在图1A、图IB和图1C中，绝缘层3和4形成绝缘构件。在本 实施例中，该构件在基板l的表面上形成台阶。栅电极5位于绝缘构 件的外表面的上部。阴极6A位于作为绝缘构件的一部分的绝缘层3 的外表面上，具有用作电子发射部分的突起部分，并在本实施例中与 电极2电连接。形成凹陷部分(凹部)7，使得绝缘层4的侧部向内缩 回，以相对于作为绝缘构件的一部分的绝缘层3的侧部和栅电极5的 侧部凹进。虽然在图1A、图1B和图1C中没有示出，但是设置了阳 电极(参照图2中的附图标记20)，该阳电极通过栅电极5与阴极6A 相对布置(该栅电极5被置于阴极6A和该阳电极之间)，并被设定 为具有比栅电极5和阴极6A高的电势。间隙8表示阴极6A的尖端和 栅电极5的底面(与凹部相对的部分)之间的最短距离"d",在该间 隙8之间形成发射电子所需要的电场。这里描述了布置为使阴极6A与凹部的内表面接触的阴极6A的突起部分的特性和希望的形状，这是本发明的一个特征。在下文中，通 过以部分为基础对外表面和凹部的内表面使用不同表达，来描述由绝 缘层3和4形成的绝缘构件的表面。具体来说，形成绝缘构件的凹部 的绝缘层3的上表面部分和绝缘层4的侧部被称为凹部的内表面，并 且绝缘层3和4的其它部分的表面被称为外表面。 图5是阴极6A的突起部分的放大截面。该突起部分的尖端部分的放大视图示出，该尖端部分具有由曲率 半径"r"代表的突起形状。尖端部分处的电场强度随曲率半径"r" 而改变。曲率半径"r"越小，则电力线越集中，从而能够在突起部分 的尖端形成更高的电场。如果使得在突起部分的尖端电场恒定，也就 是说，如果使得驱动电场是恒定的，那么，如果曲率半径"r"相对较 小，则阴极6A的尖端部分和栅电极之间的距离"d"大，但是，如果曲率半径"r"相对较大，则距离"d"小。由于距离"d"的差异影响 散射次数的差异，因此，曲率半径"r"越小并且距离"d"越大，则 器件的效率越高。换句话说，效率通过阴极的尖端形状效应(effect)而增大，这意 味着在效率恒定的条件下，可使得下式(3)中的S1更大。这加强了 栅极结构，以使得能够供给能够被长时间驱动的稳定器件。如图5所示，在本发明中使用的突起部分被形成为以"x"的深度 (距离)进入在基板上形成台阶的绝缘构件的凹部的内表面。该形状 取决于形成电子发射部分的阴极的形成方法。在EB汽相淀积中，由 Tl和T2表示的厚度以及汽相淀积中的角度和时间是参数。 一般地， 由于溅射形成方法具有大的侵入(infiltration)，因而难以通过溅射 形成方法控制形状。出于这种原因，除了考虑溅射压力、气体类型、 关于基板的移动方向以外，还需要特殊的颗粒粘接机构。电子发射材料(用于阴极6A的材料)以"x"的深度(距离)进入 凹部的内表面产生以下的三个优点l)用作电子发射部分的阴极的突 起部分与绝缘层3的宽的区域接触，以增大机械粘接强度(粘接强度 增大)；2)在用作电子发射部分的阴极的突起部分和绝缘层之间增大 热接触面积，以使得在电子发射部分中产生的热能够有效逸散到绝缘 层3 (热阻减小)；3)电子发射材料以平緩坡度进入凹部减小在绝缘 层、真空和金属之间的界面上产生的三联接合部(triple junction )处 的电场强度，使得能够防止由于异常电场的产生而导致放电现象；4)分的表面(栅电极的下表面)延伸的法线倾斜(特别是在电子发射部 分的附近)，由此形成这样的电势分布，其中从尖端发射的电子容易 跳跃到凹部外部，以增大电子发射效率。顺便说一句，换句话说，距 离"x，，指的是突起部分的在与凹部的内表面接触的部分的端部与凹部 的边缘之间的距离。以下进一步详细描述以上描述的第2项优点。图6A是示出在改变阴极材料进入凹部的进入量"x"的情况下的作为时间的函数的初始值Ie的曲线图。顺便说一句，Ie指的是电子发射 量，该电子发射量是到达稍后描述的图2中的阳极20的电子的量。在 开始驱动器件之后的第一个10秒检测出的平均电子发射量Ie被归一 化为初始值，并且绘制出相对于时间的常用对数的电子发射量的变化。随电子发射材料(用于阴极的突起部分的材料)进入凹部的进入 量减小，电子发射量的初始减小明显地趋于增大。以与图6A相同的方式测量了几个器件。电子发射材料进入凹部 的进入量"x"的初始电子发射量被归一化为100。图6B是示出在测量 之后1小时画出的电子发射量的曲线图。从图中可以清楚地看出，电 子发射材料(用于阴极的突起部分的材料)进入凹部的进入量越小， 则初始减小越大。当电子发射材料(用于阴极的突起部分的材料)的 进入量超过20nm时，对进入量"x"的依赖性趋于变小。从结果可以推断，电子发射材料(用于阴极的突起部分的材料) 进入凹部的进入量"x"的增大导致电子发射材料与绝缘层3的宽的区 域接触以减小热阻。此外认为，由于体积的增大而导致的电子发射部 分(阴极的突起部分)的热容量的增大的作用降低导电层的尖端的温度，由》匕减小#刀始;皮动0这不意味着阴极的突起部分进入凹部的进入距离"x"越大就越好。 一般地，值"x"被设为近似10nm 30nm。控制用作电子发射部分的阴 极的突起部分的汽相淀积时的角度、形成凹部的绝缘层4的厚度T2 和栅极的厚度T1，以控制进入距离"x"。希望距离"x"大于20nm。但 是，如果距离"x"太长，那么在阴极6A和栅极之间通过凹部的内表面 (或绝缘层4的侧面)发生泄漏，从而增大泄漏电流。以下描述三联接合部。 一般地，诸如介电常数不同的真空、绝缘 体和金属之类的三种材料在一个点相互接触的区域被称为三联接合 部。取决于条件，三联接合部处的电场与环境中的电场相比过高有时 导致放电。并且在本配置中，图5所示的区域TG表示三联接合部。 如果阴极6A的突起部分与绝缘层接触的角度e为90度或更大，那么 该电场不与环境电场大为不同。在阴极的突起部分例如出于一些原因8由于机械强度不足而与绝缘层3分离的情况下，角度e减小为90度或更小以形成强电场。在这一点上，在突起部分分离的界面处形成强电场，使得可能由于从TG点的电子发射或由电子发射触发的沿面放电 而损坏器件。出于这种原因，阴极6A的突起部分与绝缘层接触的所希望的角度e为9o度或更大。以下描述通过如图2所示的那样向器件施加电压而发射的电子的 轨道。图2是示出本发明的电子发射器件以及在测量器件的电子发射特 性时的电源和电势之间的关系的示意图。在阴极和栅极之间施加电压 Vf，此时器件电流If流过，在阴极和阳极之间施加电压Va，并且电 子发射电流Ie流过。使用当向器件施加电压时检测到的电流If和在真空中取出的电流 Ie，通过效率方程式Ti = Ie/ (If+Ie)给出效率ri。图3是示出这种布置中的电子发射部分的放大示意图。在图3中， 绝缘层3和绝缘层4形成绝缘构件。设置栅电极的侧面51和底面52 (与绝缘构件的凹部相对的面)。面6A-1、 6A-2、 6A-3和6A-4是具 有用作电子发射部分的突起部分的阴极6A所分解而成的面元素。电子发射中的散射的描述在图3中，从条形阴极6A的端部(突起部分)朝相对的栅电极5 发射的电子中的一些与栅电极5碰撞，并且，它们中的一些不与栅电 极5碰撞。电子与栅电极碰撞的区域被粗略地分为栅电极的侧面51 和栅电极的与绝缘构件的凹部相对的部分52 (或栅电极的反面)。大 多数的电子与侧面51碰撞。不管电子与栅电极的侧面51碰撞还是与 反面52碰撞，与栅电极5碰撞的电子都被各向同性地散射。电子是在 侧面51上被散射还是在反面52上被散射大大影响效率。条形阴极6A 的端部(突起部分)尽可能地远离栅电极，以减少电子在栅电极的反 面52上的散射，由此使得能够提高电子发射效率。在栅电极5上散射的电子中的大部分被弹性散射数次(多次散9射)。在栅电极5的上部上，电子不能被散射，并且跳跃至阳极侧。如上所述，在栅电极上散射的电子的数量(下落次数)的减少提 高效率。参照图4描述散射的数量和距离。器件的电势区域包含高电势区域和低电势区域，该高电势区域由 施加到栅电极5上的电压确定，该低电势区域由施加到电极2和与电 极2连接的阴极6A上的电压确定，并且在该高电势区域与低电势区 域之间具有间隙8。区域长度S1、 S2和S3由栅极和阴极的电势确定， 并且与单纯的电极厚度和绝缘层厚度不同。在根据本发明的电子发射器件的栅极和阴极之间施加电压Vf使 得从低电势区域的尖端向与低电势区域相对的高电势区域发射电子。 电子在高电势区域的尖端被各向同性地散射。在高电势区域的尖端被 散射的电子中的大部分在高电势区域上被弹性散射数次。对于本发明的配置，效率主要由距离S1确定。并且，距离S1比 在电子第一次散射之前的最大飞行距离小，产生不被多次散射的电子。对散射行为的详细考察揭示了以下内容。即揭示出，电子发射器 件的效率取决于栅电极中使用的材料的功函数cpwk和驱动电压Vf以 及电子发射部分附近的电子发射器件的距离Sl和S3。分析考察得出与Slmax (在图3中为Tl)有关的下列方程式Slmax=A*exp[B*(Vf - (pwk)/(Vf)] ... ( 3 )A=-0,78 + 0.87*log(S3)B=8.7这里，S1和S3是距离(单位是nm) ， cpwk是形成高电势区域的栅 电极(或在同一电势下与其连接的构件)的功函数的值(单位是eV)， Vf是驱动电压(单位是V) ， A是S3的函数，B为常数。如上所述,作为与散射有关的参数的距离Sl对于电子发射效率是 重要的。将距离Sl设为方程式(3)显示出可大大提高效率。出于此原因，在本申请的发明的配置中满足上式(3 )还使得能够 提供这样的电子发射器件该电子发射器件具有上述三种效果(经时高和器件损坏的最少化)，并且该电子发射器 件的电子发射效率进一步提高。在本发明的配置中，在阳电极和电子发射器件之间由驱动电压形 成的空间电势分布导致发射的电子中的一部分到达栅电极的上部，而 没有在栅电极上再次散射，然后直接到达阳电极。因此，没有在栅电极上散射的电子对于效率的提高是重要的。以下参照图IO进行描述。阴极6A的端部(突起部分)尽可能地 远离栅电极(以增加距离D)，以减少电子在栅电极的反面52上的散 射，由此使得能够提高电子发射效率。另外，出于上述的原因，当从 本发明的电子发射器件的侧面观看该电子发射器件时阴极6A的端部 (突起部分)与栅电极的端部之间的偏移量Dx的增大趋于增大效率。阴极6A的端部(突起部分)的在凹部侧(绝缘层的凹部侧)的 部分可相对于从与绝缘层的凹部相对的栅电极部分的表面(栅电极的 下表面)延伸的法线倾斜(特别是在电子发射部分的附近)，从而形 成从尖端发射的电子容易跳跃到凹部外部以增大电子发射效率的电势 分布。图20是示出上述结构的局部放大视图。在图20中，为了简明 地描述倾斜形状，从与绝缘层的凹部相对的栅电极部分的表面(栅电 极的下表面)延伸的法线被平行地移至阴极6的突起部分的尖端。如图20所示，阴极6A的端部的在凹部侧的部分(突起部分)相 对于从与绝缘层的凹部相对的栅电极部分的表面(栅电极的下表面) 延伸的法线倾斜。分析考察发现，如图21所示，未散射电子的比率随 倾角ec的增大而增大。换句话说，如图21所示，当角0c增大时未散 射电子的比率增大，该角0c是由从阴极6A的端部(突起部分的尖端) 到突起部分与凹部的内表面接触的部分的脊线与从栅极的下表面延伸 的法线所形成的角。0度的角度ec对应于阴极6A的突起部分被视为 与从栅极的下表面延伸的法线平行的柱体(pole)的情况。利用在角 度0c-O度时的未散射电子的量对图21中的坐标进行归一化。当偏移量Dx增大时，在本发明的配置中，阴极6A的突起部分的 在凹部侧的倾斜部分(周边部分)与栅电极之间的最短距离dO有时比阴极6A的端部(阴极的突起部分的尖端)和栅电极之间的最短距离d 小。在这种情况下，如果在阴极6A的突起部分的倾斜部分(周边(skirt) 部分)的电场强度EO比在阴极6A的端部(突起部分的尖端)的电场 强度E大，那么从阴极6A的倾斜部分(周边部分)发射电子，以增 加在栅电极上散射的电子。然后，为了在这种情况下实现高的效率， 需要满足以下的关系。阴极6A的端部(突起部分的尖端)处的电场 强度E由(Prxl/d) Vg确定，并且阴极6A的倾斜部分(周边部分) 处的电场强度EO由(卩Oxl/dO) Vg确定，4吏得满足E〉E0。这里，pr 是由于阴极6A的端部(突起部分的尖端)的形状效应导致的电场增 强因子，(30是由于阴极6A的倾斜部分(周边部分)的形状效应导致 的电场增强因子(对于完全平行的板来说，电场增强因子是系数l)， Vg是施加到栅电极上的电压。出于此原因，如果用Pr和pO以及d和dO表示E〉EO的情况，那 么获得(Pr/P0) > (d/d0)。也就是说，在本发明的配置中，推荐使 得突起部分的尖端"r"小，以增大在阴极6A的端部(突起部分的尖 端)的电场增强因子Pr。满足上述条件增大未在栅电极上散射的电子的比率，这进一步提 高效率。以下进一步详细描述上述的根据本发明的实施例的电子发射器件。参照图11和12描述根据本发明的实施例的电子发射器件的制造 方法的例子。图11和图12是分阶段地示出根据本发明的实施例的电 子发射器件的制造过程的示意图。基板1是用于机械支撑器件的基板，其由石英玻璃、诸如Na的 杂质的含量减少的玻璃、钠钙玻璃和硅制成。作为基板所需要的功能， 希望基板材料不仅具有高的机械强度，而且耐酸性物质和诸如干蚀刻 液、湿蚀刻液和显影剂之类的碱性物质，并且当它被用作诸如显示面 板之类的一体式单元时，在基板与膜形成材料或其它层叠构件之间的 热膨胀差异小。此外，如下这种基板也是所希望的，即碱元素几乎不由于热处理而从玻璃的内部扩散。
首先，如图11A所示，在基板上层叠绝缘层3和4，然后在绝缘 构件(绝缘层4)上层叠栅电极5以在基板上形成台阶。
例如，绝缘层3是由诸如SiN ( SixNy )或Si02的可加工性优异的 材料制成的绝缘膜。通过诸如溅射法、CVD方法或真空淀积方法之类 的一般真空淀积方法制成绝缘层3。绝缘层3的厚度被设为几nm 几 十prn，并且优选地为几十nm到几百nm。
例如，绝缘层4是由诸如SiN ( SixNy )或Si02的可加工性优异的 材料制成的绝缘膜。通过诸如例如CVD方法、真空淀积方法或溅射 法之类的一般真空淀积方法成该膜。该膜的厚度被设为几nm 几百 nm，并且希望为几nm到几十nm。由于需要在层叠绝缘层3和4之 后形成凹部，因此，需要将绝缘层3和4设定为这样的关系，即绝缘 层3和4在蚀刻中分别具有不同的蚀刻量。希望绝缘层3和4之间的 蚀刻量的比为10或更大，或者如果可能的话，为50或更大。
例如，绝缘层3可使用SixNy。绝缘层4可例如由诸如Si02的绝 缘材料、具有高的磷浓度的PSG或具有高的硼浓度的BSG膜形成。
栅电极5是导电性的，并且通过诸如汽相淀积方法和溅射法之类 的一般真空淀积方法形成。
对于栅电极5，希望具有导电性并且热传导率和熔点高的材料。 可以4吏用i者如例如Be、 Mg、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Al、 Cu、 Ni、 Cr、 Au、 Pt和Pd之类的金属或合金材料。此外，可以 使用诸如TiC、 ZrC、 HfC、 TaC、 SiC和WC之类的碳化物，诸如 HfB2、 ZrB2、 CeB6、 YB4和GdB4之类的的硼化物，诸如TiN、 ZrN、 HfN和TaN之类的氮化物，以及诸如Si和Ge之类的半导体。而且， 可适当地使用有机聚合物材料、无定形碳、石墨、类金刚石碳、其中 分散有金刚石的碳，以及碳化合物。
栅电极5的厚度被设为几nm到几百nm，并且希望为几十nm到 几百nm。
如图11B所示，通过光刻技术在栅电极上形成抗蚀图案，然后，通过蚀刻方法依次处理栅电极5、绝缘层4和绝缘层3。
在这种蚀刻工艺中，通常使用反应性离子蚀刻(reactive ion etching, RIE )，该反应性离子蚀刻能够通过用等离子化的蚀刻气体照 射材料来精确地蚀刻材料。
作为此情况下的处理气体，如果产生氟化物作为待处理的构件， 则选择诸如CF4、 CHFs和SF6之类的含氟气体。此外，如果产生诸如 Si和Al之类的氯化物，则选择诸如Cl2和BGb之类的含氯气体。此 外，为了获得关于抗蚀剂(resist)的选择比、保证蚀刻表面上的平滑 性或增大蚀刻速度，根据需要添加氢气、氧气或氩气。
如图11C所示，通过蚀刻方法蚀刻绝缘层4,以在绝缘层3和4 的绝缘构件的表面上形成凹部。
对于蚀刻，例如，如果绝缘层4由SK)2制成，则可使用氢氟酸与 一般被称为氢氟酸緩冲液(BHF)的氟化铵的混合溶液。如果绝缘层 4由SyVy制成，那么可使用热磷酸蚀刻溶液。
凹部的深度(绝缘构件的外表面(绝缘层3的侧面)与绝缘层4 的侧面之间的距离)与在器件形成之后的泄漏电流密切相关。凹部越 深，则泄漏电流越小。过深的凹部导致栅电极变形的问题。出于此原 因，在30nm 200nm的量级上形成该深度。
如图12A所示，在栅电极5上形成分离层12。
形成分离层是为了将在之后步骤中淀积的导电材料与栅电极分 离。出于这种目的，形成分离层12，使得例如栅电极被氧化为形成氧 化物膜，或者通过电解电镀使分离金属粘附到分离层上。
如图12B所示，使得阴极材料6B粘附到栅电极上，并且使阴极 6A粘附到绝缘构件的外表面的一部分(绝缘层3的外表面(侧面)) 以及凹部的内表面(绝缘层3的上表面)上。
阴极材料可以是导电性的，是用于发射电子的、具有一般为 2000。C或更高的高熔点的材料，可具有5eV或更小的功函数，并且不 受诸如氧化物之类的化学反应层的形成的影响，或者希望可以为可容 易地从中去除反应层的材料。作为这种材料，可以使用诸如例如Hf、
14V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Au、 Pt和Pd之类的金属或合金材料。此夕卜， 可以使用诸如TiC、 ZrC、 HfC、 TaC、 SiC和WC之类的碳化物，诸 如H仿2、 ZrB2、 CeB6、 YB4和GdB4之类的硼化物，以及诸如TiN、 ZrN、 HfN和TaN之类的氮化物。再进一步地，可适当地使用无定形 碳、石墨、类金刚石碳、其中分散有金刚石的碳，以及碳化合物。
通过诸如汽相淀积方法和溅射法之类的 一般真空淀积方法形成导 电层。
如上所述，在本发明中，需要通过控制汽相淀积中的角度和膜形 成时间以及形成时的温度和真空度，使得阴极的突起部分形成为最佳 形状，以有效地发射电子。具体地，阴极材料进入作为凹部的内表面 的绝缘层3的上表面的进入量"x，，可以为10nm 30nm、更希望为 20nm 30nm。由作为绝缘构件的凹部的内表面的绝缘层3的上表面与 阴极所成的角度可以为90。或更大。
如图12C所示，通过蚀刻去除分离层以去除栅电极上的阴极材料 6B (用于发射部分的材料)。形成电极2，该电极2与阴极6A导电。
电极2类似于阴极6A是导电的，并且通过诸如汽相淀积方法和 溅射法之类的 一般真空淀积方法以及光刻技术形成。
电极2可4吏用i者:i口例:^Be、 Mg、 Ti、 Zr、 Hf、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Al、 Cu、 M、 Cr、 Au、 Pt和Pd之类的金属或合金材料。此外， 可以使用诸如TiC、 ZrC、 HfC、 TaC、 SiC和WC之类的碳化物，诸 如Hffi2、 ZrB2、 CeB6、 YB4和GdB4之类的硼化物，以及诸如TiN、 ZrN和HfN之类的氮化物。再进一步地，可使用诸如Si和Ge之类的 半导体、有机聚合物材料、无定形碳、石墨、类金刚石碳、其中分散 有金刚石的碳，以及碳化合物。
电极2的厚度被设为几十nm到几 mm， 并且希望为几十nm到 几inni。
电极2和栅电极5可以为相同的材料或不同的材料，并且可由相 同的方法或不同的方法形成。由于栅电极5的膜厚度有时被设定为比 电极2的膜厚度薄，因此希望栅电极5由低电阻材料制成。下文，参照图7、图8和图9描述配备有包含多个根据本发明的 实施例的电子发射器件的电子源的图像显示装置。
在图7中，设置电子源基板61、 X方向布线62、 Y方向布线63、 根据本发明的实施例的电子发射器件64以及连接线65。顺便说一句， X方向布线公共地将上述的(阴极)电极2相互连接，并且Y方向布 线公共地将上述的栅电极5相互连接。
M个X方向布线62由DX1、 DX2.....DXm形成，并且可通过
使用真空淀积方法、印刷方法和溅射法形成的导电金属而被配置。布 线的材料、膜厚度和宽度被适当地设计。
Y方向布线63由n个布线DY1、 DY2、…、DYn形成，并且与 X方向布线62类似地形成。层间绝缘层(未示出)械/没置在m个X 方向布线62和n个Y方向布线63之间，以4吏它们相互电气隔离(m 和ii为正整数)。
层间绝缘层(未示出)通过使用真空淀积方法、印刷方法和溅射 法由Si02形成。例如，在形成有X方向布线62的电子源基板61的整 个表面或部分表面上形成具有希望的形状的层间绝缘层。适当地设定 层间绝缘层的膜厚度、材料和制造方法，使得层间绝缘层可特别耐受 在X方向布线62和Y方向布线63之间的交点上的电势差。X方向布 线62和Y方向布线63被引出作为外部端子。
通过m个X方向布线62、 n个Y方向布线63和由导电金属形成 的连接线65将形成本发明的电子发射器件64的阴极和栅极(未示出) 电连接在一起。
形成布线62和63、连接线65、阴极和栅极的材料的构成元素的 全部或部分可以是相同的或不同的。
X方向布线62与扫描信号施加单元(未示出)连接，该扫描信号 施加单元施加用于选择沿X方向布置的电子发射器件64的行的扫描 信号。另一方面，Y方向布线63与调制信号产生单元(未示出)连接， 该调制信号产生单元根据输入信号调制沿Y方向在每一列中布置的电 子发射器件64。
16被施加到电子发射器件的驱动电压作为被施加到该电子发射器件 上的扫描信号和调制信号之间的差值电压被施加到该电子发射器件 上。
在以上的配置中，使用简单的矩阵布线选择单个器件以使得该器 件能够被独立驱动。
下文参照图8描述通过使用这种具有简单的矩阵布置的电子源形 成的图像显示装置。图8是示出用于图像显示装置的显示面板的例子 的示意图。
在图8中，多个电子发射器件被布置在电子源基板61上，并且后 板71固定电子源基板61。面板76在玻璃基板73的内表面上形成作 为第三导电构件的金属背75和作为位于第三导电构件上的发光构件 的荧光膜74。
支撑框架72通过使用玻璃料(frit glass )与后板71和面板76连 接。例如，在400。C 500。C的温度下在空气中或在氮气气氛中烘烤外 封壳77十分钟或更长的时间以将其密封。
电子发射器件64与图1A、图1B和图1C所示的电子发射器件对 应。X方向布线62和Y方向布线63分别与电子发射器件的(阴极) 电极2和栅电极5连接。
如上所述，外封壳77由面板76、支撑框架72和后板71形成。 设置后板71主要是为了增强基板61的强度，因此如果基板61本身具 有足够的强度，则可以除去分立的后板71。
也就是说，基板61可被直接密封在支撑框架72中，以与面板76、 支撑框架72和基板61 —起形成外封壳77。另一方面，可以在面板76 和后板71之间插入被称为隔板的支撑件(未示出)，以形成强度足以 耐受大气压的外封壳77。
在使用根据本发明的实施例的电子发射器件的图像显示装置中， 考虑到发射的电子的轨道，在器件的上部使荧光体对齐。
图19A和图19B是示出作为在面板中使用的发光构件的荧光膜的 示意图。取决于荧光体的布置，彩色荧光膜可由在图19A中所示的被称为黑条带以及在图19B中所示的被称为黑矩阵的黑色导电材料81 和荧光体82形成。
下文，参照图9描述用于在使用具有筒单矩阵布置的电子源而形 成的显示面板上显示基于NTCS电视信号的电视节目的驱动电路的配 置例子。
在图9中，设置图像显示面板91、扫描电路92、控制电路93、 移位寄存器94、线路存储器95、同步信号分离电路96、调制信号发 生器97以及DC电压源Vx和Va。
显示面板91通过端子Doxl Doxm、端子Doyl Doyn和高电压端 子Hv与外部电路连接。
扫描信号4皮施加到端子Doxl Doxm上，该扫描信号用于以行(N 个器件)为基础顺序驱动在显示面板中设置的电子源、即以具有M行 和N列的矩阵形式布线的电子发射器件。
另一方面，调制信号被施加到端子Doyl Doyn上，该调制信号用 于控制从被扫描信号选择的一行电子发射器件输出的电子束。
例如，由DC电压源Va向高电压端子Hv供给10kV的DC电压。 该DC电压是用于向从电子发射器件发射的电子束提供足以激发荧光 体的能量的加速电压。
如上所述，施加扫描信号和调制信号以及向阳极施加高电压使得 发射的电子加速，以利用电子照射荧光体，由此实现图像显示。
使用本发明的电子发射器件形成这种显示装置使得能够形成电子 束的形状得到精制(refine)的显示装置，由此使得能够提供显示特性 优异的图像显示装置。
第一实施例
图1A是根据本发明的实施例的电子发射器件的平面示意图。图 1B是沿图1A的线A-A所取的截面。图1C是从图IB中的箭头所指 示的方向观察器件时的侧视图。
在图1A、图IB和图1C中，绝缘层3和4形成绝缘构件。在本 实施例中，该构件在基板l的表面上形成台阶。栅电极5位于绝缘构件上。阴极6A由导电材料形成，与电极2电连接，位于作为形成台 阶的绝缘构件的一部分的绝缘层3的外表面上，并具有用作电子发射 部分的突起部分。形成凹陷部分(凹部)7，使得绝缘层4的侧面向内 缩回，以相对于绝缘层3的侧面(外表面)和栅电极5的侧面凹进。 虽然在图1A、图1B和图1C中没有示出，但是在阴极6A和栅电极5 之上设置有阳电极(参照图2中的附图标记20)，该阳电极被固定到 比施加到上述组件的电势更高的电势，并且与上述组件相对地布置。 间隙8表示阴极6A的突起部分的尖端和栅电极5的底面(与凹部相 对的部分)之间的最短距离，在该间隙8之间形成发射电子所需要的 电场。图3是图1A、图1B和图1C中的器件的发射部分的附近的鸟 瞰放大图。
以下，参照图11和12描述根据本发明的实施例的电子发射器件 的制造方法的例子。图11和图12是分阶段地示出根据本发明的实施 例的电子发射器件的制造过程的示意图。
基板l是用于机械支撑器件的基板，并且在本实施例中使用为等 离子显示器开发的作为低钠玻璃的PD200。
首先，如图11A所示，在基板1上层叠绝缘层3和4以及栅电极
绝缘层3是由可加工性优异的材料制成的绝缘膜。通过溅射法形 成SiN ( SixNy)膜，该SiN膜的厚度为500nm。
绝缘层4由Si02制成，其是由可加工性优异的材料形成的绝缘膜。 该膜通过溅射方法制成，并且厚度为30nm。
栅电极5由TaN膜制成。该膜通过溅射方法形成，并且厚度为 30nm。
如图11B所示，通过光刻技术在栅电极上形成抗蚀图案，然后， 通过干蚀刻方法依次处理栅电极5、绝缘层4和绝缘层3。
作为这种情况下的处理气体，由于绝缘层3和4以及栅电极5是 如上所述产生氟化物的材料，因此使用CF4气体。使用气体执行RIE， 使得在蚀刻了绝缘层3和4以及栅极材料5之后，相对于基板的水平
19表面形成约80度的角度。
在去除了抗蚀剂之后，如图IIC所示，使用BHF通过蚀刻方法 蚀刻绝缘层4，以在绝缘层3和4的绝缘构件中形成约70nm深的凹 部。
如图12A所示，在栅电极5上形成分离层12。 形成分离层12,从而通过电解电镀使得TaN栅电极以电解方式 淀积Ni。
如图12B所示，使得阴极材料钼(Mo)粘附到绝缘构件的外表 面和凹部的内表面(绝缘层3的上表面)上，以形成阴极6A。顺便说 一句，这时，使得阴极材料(6B)也粘附到栅电极上。在本实施例中， 使用EB汽相淀积方法作为膜形成方法。在该形成方法中，相对于基 板的水平表面，基板的角度被设为60度，使得阴极材料(阴极膜)进 入凹部约35nm。由此，Mo以60度的角度被射到栅极上，并以40度 的角度被射到作为形成台阶的绝缘材料的一部分的绝缘层3的被RIE 处理过的外表面上。汽相淀积速度被设定为约12nm/分钟。汽相淀积 时间被精确控制(在本例子中为2.5分钟)，使得绝缘构件的外表面 上的Mo的厚度为30nm，阴极膜进入凹部的量(x)为35nm，并且 凹部的内表面(绝缘层3的上表面)与作为电子发射部分的阴极的突 起部分所成的角度为120度。
在形成Mo膜之后，通过使用由碘和碘化钾制成的蚀刻液去除在 栅电极5上淀积的Ni的分离层，由此使得栅电极上的Mo材料6B与 栅极分离。
在分离之后，通过光刻技术形成抗蚀图案，使得阴极6A的宽度 T4 (图3)可以为100|nm。
然后，使用干蚀刻方法处理钼的阴极6A。作为这种情况下的处理 气体，由于被用作导电材料的钼是产生氟化物的材料，因此使用CF4 气体(参照图12C)。由此，形成了具有沿绝缘构件的凹部的边缘布 置的突起部分的条形阴极6A。在本实施例中，阴极6A的宽度与突起 部分的宽度一致，并且宽度T4也指的是突起部分的宽度。顺便说一句，突起部分的宽度指的是突起部分在沿绝缘构件的凹部的边缘的方 向上的长度。
截面TEM分析表明，图1A、图1B和图1C中，作为发射部分 的阴极的突起部分与栅极之间的最短距离8为9nm。
如图12D所示，形成电极2。铜(Cu);敗用于电极2。通过'减射 法形成电极2，该电极2的厚度为500nm。
在通过上述方法形成了电子发射器件之后，用图2所示的配置评 估电子源的特性。
图2示出在测量本发明的器件的电子发射特性时的电源的布置。 其中，在栅电极5和电极2之间施加电压Vf，此时器件电流If流过， 在电极2和阳极20之间施加电压Va，并且电子发射电流Ie流过。
作为该配置的特性的评估结果，栅电极5的电势被取为26V,并 且通过电极2将阴极6A的电势固定为0V，由此在栅电极和阴极6A 之间施加26V的驱动电压。作为结果，获得平均电子发射电流Ie为 1.5iuA并且平均效率为17%的电子发射器件。
器件的阴极部分的截面TEM观察示出了图IO所示的配置。在图 10中，提取了以下参数eA = 75°， 9B = 80°， x = 35nm, h = 29nm， Dx-llnm以及d-9nm。凹部的内表面(绝缘层3的上表面)与作为 电子发射部分的阴极的突起部分所成的角度为125度。如该配置所示， 使作为电子发射部分的阴极的突起部分进入凹部，以使导电层的突起 部分与凹部的内表面接触。这提高了热稳定性和机械稳定性，以实现 这样一种优异的电子发射器件该电子发射器件的电流Ie的变化(减 小)小至约3%，并且即使该器件被连续驱动仍稳定操作。如该配置 (图10)所示，阴极的突起部分的在凹部侧的部分相对于从与绝缘层 的凹部相对的栅电极部分的表面(栅电极的下表面)延伸的法线倾斜
(特别是在电子发射部分的附近)，由此形成从尖端发射的电子容易 跳跃到凹部外部以增大电子发射效率的电势分布。 第二实施例
图13A是根据本发明的实施例的电子发射器件的平面示意图。图13B是沿图13A的线A-A所取的截面。图13C是从图13A中的箭头 所指示的方向观察该器件时的侧视图。
在图13A、图13B和图13C中，绝缘层3和4形成绝缘构件，并 在基板l的表面上形成台阶。栅电极5位于绝缘构件的外表面(绝缘 层4的上表面)上。条形阴极60A1 60A4与电极2电连接，并被设置 在作为形成台阶的绝缘构件的一部分的绝缘层3的外表面上。凹陷部 分7被形成为使得绝缘层4的侧面向内缩回，以相对于作为绝缘构件 的一部分的绝缘层3的外表面(侧面)和栅电极5的侧面凹进。虽然 在图13A、图13B和图13C中没有示出，但是在阴极60A1 60A4和 栅电极5之上设置有阳电极(参照图2中的附图标记20)，该阳电极 被固定到比施加到上述组件的电势更高的电势，并且与这些组件相对 地布置。间隙8表示阴极60A1 60A4的突起部分的尖端与栅电极5的 底面(与凹部相对的部分)之间的最短距离，在间隙8之间形成发射
电子所需要的电场。
由于第二实施例的制造方法与第 一 实施例的制造方法基本上相
同，因此，以下仅描述其与第一实施例的不同点。
如在图12B中的6B所示，使得作为形成电子发射部分的阴极材 料的钼(Mo)也被粘附到栅电极上。在本实施例中，使用EB汽相淀 积方法作为膜形成方法。在该膜形成方法中，基板的角度被设为80 度。由此，Mo以80度的角度被射到栅电极的上部上，并以20度的 角度被射到作为形成台阶的绝缘材料的一部分的绝缘层3的被RIE处 理过的外表面上。汽相淀积速度被设定为约10nm/分钟。精确控制两 分钟的汽相淀积时间，使得绝缘构件的外表面上的Mo的厚度为 20nm，进入凹部的阴极膜的量为14nm，并且凹部的内表面(绝缘层 3的上表面)与阴极所成的角度为100度。
在形成Mo膜之后，通过使用由碘和碘化钾制成的蚀刻液去除在 栅电极5上淀积的Ni的分离层，由此使得粘附到栅极上的Mo材料 6B与栅极分离。
在分离之后，通过光刻技术形成抗蚀图案，使得阴极60A1 60A4的宽度T4 (图3)可以具有3pm的辑和空间(line-and-space )。然
分的突起部分的阴极60A1 60A4处理成条形。作为这种情况下的处理 气体，由于被用作形成用作电子发射部分的突起部分的导电材料的钼 是产生氟化物的材料，因此使用CF4气体。
截面TEM分析表明，图13B中的阴极的突起部分与栅极之间的 最短距离8平均为8.5nm。
在通过上述方法形成了电子发射器件之后，用图2所示的配置评 估了电子源的特性。
作为该配置的特性评估的结果，栅电极5的电势被取为26V，并 且通过电极2将阴极60A1 60A4的电势固定为0V，由此在栅电极5 和阴极60A1 60A4之间施加26V的驱动电压。作为结果，提供了平 均电子发射电流Ie为6.2|aA并且平均效率为17%的器件。并且，在 该配置中，如上述的第一实施例的情况那样，也使得阴极膜进入形成 台阶的绝缘构件的凹部，以使阴极与凹部的内表面接触。这提高了热 稳定性和机械稳定性，以实现这样一种优异的电子发射器件该电子 发射器件的电流Ie的变化(减小)小至约5%，并且即使该器件被连 续驱动仍稳定操作。
在本实施例的配置中， 一个电子发射器件包含多个阴极，每个阴 极具有电子发射部分并且为条形，由此电子发射电流根据条形阴极的 数量而增大。
通过相同的制造方法，使条形阴极的线和空间被取为0.5nm，并 且条形阴极的数量增加到IOO倍，由此获得的电子发射量增大到约100 倍。另外，具有包含多个条形导电层的电子发射器件的本发明可提供 这样的电子束源该电子束源的电子束与常规电子发射器件中的电子 束相比其形状被进一步精制。换句话说，本发明可消除类似于在常规 的电子发射器件中出现的由于电子发射点的不特定而导致的电子束形 状控制困难，并且提供了这样的电子束源，即仅通过控制条形阴极的 布局使该电子束源的电子束的形状精制。
23第三实施例
图14A是根据本发明的实施例的电子发射器件的平面示意图。图 14B是沿图14A的线A-A所取的截面。图14C是从图14A中的箭头 所指示的方向观察该器件时的侧视图。
在图14A、图14B和图14C中，绝缘层3和4形成绝缘构件，并 在基板l的表面上形成台阶。栅电极5位于绝缘构件的外表面上(形 成绝缘构件的一部分的绝缘层4上)。条形电极6A由导电材料形成， 与电极2电连接，并被设置在作为绝缘构件的一部分的绝缘层3的外 表面上。栅电极的突出(humped)部分6B由与用于形成电子发射部 分的阴极的材料相同的材料形成，并与栅电极连接。顺便说一句，突 出部分6B形成在栅电极5的上表面和侧面上。凹陷部分7被形成为 使得绝缘层4的侧面向内缩回，以相对于作为绝缘构件的一部分的绝 缘层3的外表面(侧面)和栅电极5的侧面凹进。虽然在图14A、图 14B和图14C中没有示出，但是在阴极6A和栅电极5之上设置有阳 电极(参照图2中的附图标记20)，该阳电极被固定到比施加到上述 组件的电势更高的电势，并且与这些组件相对地布置。间隙8表示阴 极6A的突起部分的尖端与栅电极5的底面(与凹部相对的部分)之 间的最短距离，在该间隙8之间形成发射电子所需要的电场。图15 是图14A、图14B和图14C中的器件的发射部分的附近的鸟瞰放大图。
以下，参照图16和17描述根据本发明的实施例的电子发射器件 的制造方法的例子。图16和17是分阶段地示出根据本发明的实施例 的电子发射器件的制造过程的示意图。
基板l是用于机械支撑器件的基板，并且在本实施例中使用为等 离子显示器开发的作为低钠玻璃的PD200。
首先，如图16A所示，在基板1上层叠绝缘层3和4以及栅电极5。
绝缘层3是由可加工性优异的材料制成的绝缘膜。通过溅射法形 成SiN ( SixNy)膜，并且该SiN膜的厚度为500nm。
绝缘层4由SK)2制成，其是由可加工性优异的材料形成的绝缘膜。该膜通过溅射法制成，并且厚度为40nm。
栅电极5由TaN制成。该膜通过溅射法形成，并且厚度为40nm。
如图16B所示，通过光刻技术在栅电极上形成抗蚀图案，然后， 通过干蚀刻方法依次处理栅电极5、绝缘层4和绝缘层3。
作为这种情况下的处理气体，由于绝缘层3和4以及栅电极5由 如上所述的产生氟化物的材料形成，因此使用CF4气体。使用气体执 行RIE,使得在蚀刻了形成绝缘构件的绝缘层3和4以及栅极材料5 之后，相对于基板的水平表面形成约80度的角度。
在去除抗蚀剂之后，如图16C所示，使用BHF通过蚀刻方法蚀 刻作为绝缘构件的一部分的绝缘层4，以在绝缘层3和4的绝缘构件 中形成约100nm深的凹部。
如第二实施例的情况那样，如图17A所示，使得作为形成电子发 射部分的阴极材料的钼(Mo)也粘附到栅电极上。在本实施例中，使 用EB汽相淀积方法作为膜形成方法。在该形成方法中，基板的角度 被设为60度。由此，Mo以60度的角度被射到栅极的上部上，并以 40度的角度被射到作为绝缘材料的一部分的绝缘层3的被RIE处理过 的外表面上。在约10nm/分钟的速度下执行4分钟的汽相淀积。
汽相淀积时间被精确控制，使得绝缘构件的外表面上的Mo的厚 度为40nm，进入凹部的阴极的量为33nm，并且由凹部的内表面(绝 缘层3的上表面)与作为电子发射部分的阴极所成的角度为120度。
通过光刻技术形成抗蚀图案，使得导电层6A的宽度T4可以为 600nm，并且栅极的突出部分6B的宽度T7可以比宽度T4小约30nm。 顺便说一句，栅极的突出部分6B的宽度T7由在栅电极5上的抗蚀图 案的锥形形状控制。此后，通过干蚀刻方法处理钼阴极6A和栅极的 突出部分6B。作为这种情况下的处理气体，由于被用作用于阴极的突 起部分和栅极的突出部分的材料的钼是产生氟化物的材料，因此使用 CF4气体。由此，将包含沿绝缘构件的凹部的边缘的用作电子发射部 分的突起部分的阴极6A和与突起部分相对布置的栅电极5的突出部 分6B处理成条形。截面TEM分析表明，图14B中的阴极的突起部分和栅极的突出 部分之间的最短距离8为15nm。
如图17B所示，形成电极2。铜(Cu);故用于电极2。电极2通 过溅射法形成，并且厚度为500nm。
在通过上述方法形成器件之后，用图2所示的配置评估了电子源 的特性。
作为该配置的特性评估的结果，栅电极5和突出部分6B的电势 被取为35V，并且阴极6A的电势通过电极2被固定为0V，由此在栅 电极和阴极6A之间施加35V的驱动电压。作为结果，获得平均电子 发射电流Ie为1.5|aA并且平均效率为20%的器件。如以上的其它实 施例的情况那样，同样在本配置中，阴极进入绝缘构件的凹部以使阴 极与凹部的内表面接触也提高了热稳定性和机械稳定性。结果，获得 这样一种优异的电子发射器件该电子发射器件的电流Ie的变化(减 小)小至约4%,并且即使该器件被连续驱动仍稳定操作。
以下通过使用图15简要描述本实施例的电子发射器件的特性。除 了在电极5上设置突出部分6B并且突出部分6B的宽度被取为T7以 外，图15与图3相同。换句话说，T7是在沿绝缘构件的凹部的边缘 的方向上的长度。
在图15中，从作为电子发射部分的阴极的突起部分的端部发射的 电子部分地与栅电极5以及和该端部相对的栅极的突出部分6B碰撞， 并且部分被引到外部而没有发生碰撞。与栅电极的突出部分6B碰撞 的电子与表面元件6B1和6B2碰撞。与表面元件6B1和6B2碰撞的 电子均被各向同性地散射。对在电子在表面元件6B1和6B2上散射的 情况下从电子轨道逸出的电子的数量进行计数，其表明表面元件6B1 上的逸出概率比表面元件6B2上的逸出概率高。出于这种原因，分析 发现，作为阴极6A的电子发射部分的突起部分的宽度T4与栅电极的 突出部分的宽度T7之间的关系固定为T4》T7，以使效率提高百分之 几到百分之几十。当T4和T7之间的差值为作为绝缘层4的高度的 T2的两倍或更多倍时，尤其地提高效率。如上所述，突起部分的宽度
26(T4)是在沿绝缘构件的凹部的边缘的方向上测量的导电层6A的突 起部分的长度。类似地，突出部分的宽度(T7)是在沿绝缘构件的凹 部的边缘的方向上测量的栅电极5的突出部分6B的长度。 第四实施例
图18A是根据本发明的该实施例的电子发射器件的平面示意图。 图18B是沿图18A的线A-A所取的截面。图18C是从图18A中的箭 头所指示的方向观察器件时的侧视图。
在图18A、图18B和图18C中，绝缘层3和4形成绝缘构件，并 在基板l的表面上形成台阶。栅电极5位于绝缘构件的外表面(形成 绝缘构件的一部分的绝缘层4的上表面)上。条形阴极60A1-60A4 与电极2电连接，并被设置在作为绝缘构件的一部分的绝缘层3的外 表面上。条形突出部分60B1 60B4由导电材料形成并与栅电极电连 接。突出部分60B1 60B4为栅电极5的上表面和侧面。凹陷部分7被 形成为使得绝缘层4的侧面向内缩回，以相对于作为绝缘构件的一部 分的绝缘层3的外表面(侧面)和栅电极5的侧面凹进。虽然在图18A、 图18B和图18C中没有示出，但是在阴极60A1 60A4和栅电极5之 上设置有阳电极，该阳电极被固定到比施加到上述组件上的电势高的 电势并且与这些组件相对地布置(参照图2中的附图标记20)。间隙 8表示阴极60A1 60A4的突起部分的尖端和栅电极的突出部分 60B1 60B4的底面(与凹部相对的部分)之间的最短距离，在该间隙 8之间形成发射电子所需要的电场。
由于第四实施例的制造方法与第三实施例的制造方法基本上相 同，因此，以下仅描述其与第三实施例的不同点。
如图17B所示，使得作为形成电子发射部分的阴极材料的钼(Mo ) 也粘附到栅电极上。在本实施例中，使用溅射汽相淀积方法作为膜形 成方法。在该膜形成方法中，相对于溅射靶，基板的角度被设为水平。 在濺射膜形成过程中，在O,lPa的真空中产生氩等离子体，并且基板 被放置为使得基板和Mo靶之间的距离为60mm或更小(O.lPa下的 平均自由行程)，使得溅射微粒以有限角度被射到基板表面上。在lOnm/分钟的汽相淀积速率下形成钼膜，使得在作为绝缘构件的一部 分的绝缘层3的外表面上的Mo膜的厚度可以为20nm。此时，形成钼 膜，使得进入凹部的阴极的量可以为40nm，并且，由凹部的内表面 (绝缘层3的上表面)与作为电子发射部分的阴极的突起部分所成的 角度可以为150度。
在形成钼膜之后，通过光刻技术形成抗蚀图案，使得阴极 60A1 60A4的宽度T4 (图15)可具有3jim的线和空间。
然后，通过干蚀刻方法处理钼阴极60A1 60A4和栅电极的突出部 分60B1 60B4。作为这种情况下的处理气体，由于被用作用于阴极的 突起部分和栅电极的突出部分的材料的钼是产生氟化物的材料，因此 使用CF4气体。由此，将包含沿绝缘构件的凹部的边缘的用作电子发 射部分的突起部分的阴极60A1 60A4以及与突起部分相对布置的栅 电极5的突出部分60B1 60B4处理成条形。完成的阴极的突起部分和 栅电极的突出部分的宽度测量表明，栅极的突出部分60B1 60B4的宽 度T7比形成电子发射部分的导电层60A1-60A4的宽度T4小约 10nm 30nm。如以上的实施例的情况那样，由于阴极被处理成条形， 因此宽度T4也是突起部分的宽度。顺便说一句，突起部分的宽度指
度。类似地 栅电极的^出部分的宽i指的是在沿绝缘构件"凹部的
方向上的长度。
截面TEM分析表明，图18B中的作为电子发射部分的阴极的突 起部分和栅电极的突出部分之间的最短距离8平均为8.5nm。
在本实施例中，如其它实施例的情况那样，也使得用作电子发射 部分的阴极的突起部分进入绝缘构件的凹部，以使阴极的突起部分与 凹部的内表面接触。这提高了热稳定性和机械稳定性，以实现这样一 种优异的电子发射器件该电子发射器件的电流Ie的变化(减小)小 至约3%，并且即使该器件被连续驱动仍稳定操作。此外，如第二实 施例的情况那样，包含多个条形阴极的单个电子发射器件可提供这样 的电子束源，即该电子束源的电子束形状与常规电子发射器件相比被
28进一步精制。换句话说，可以提供这样的电子发射器件，该电子发射 器件消除了如在常规电子发射器件中出现的由于电子发射点的不特定 而导致的电子束形状控制困难，并且仅通过控制条形阴极的布局来发
射形状被精制的电子束。更进一步地，突出部分60B被设置在栅极上， 并且使得该突出部分60B的宽度(T7 )不大于具有电子发射部分的阴 极60A的宽度(T4),希望使得该宽度T7小于该宽度T4，由此使得 能够形成更高效的电子束源。
通过使用以上的第二和第四实施例中的电子束装置形成上述的图 像显示装置，以使得能够提供电子束形成优异的显示装置，由此实现 显示图像优异的显示装置。
在所有以上的实施例中，可希望与绝缘构件的凹部相对的栅电极 5的部分(栅电极的下表面)被涂敷有绝缘层。在从电子发射部分(导 电层的突起部分的尖端)发射的电子当中，照射栅极的下表面的电子 没有到达阳极，导致效率降低(上述的电流If分量)。用绝缘层覆盖 栅电极的下表面使得能够减小电流If，提高效率。作为涂敷有与绝缘 构件的凹部相对的栅电极5的该部分(栅电极的下表面)的绝缘层， 例如，可以使用厚度为约20nm的SiN膜，已确认该配置可产生充分 的提高效率的效果。
使用这样配置的电子束装置的图像显示装置也可如前述的图像显 示装置的情况那样提供电子束形成优异的显示装置，并使得能够实现 由于效率的提高而使得显示图像优异并且功耗低的显示装置。
虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限 于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释 以包含所有的这些变型方式以及等同的结构和功能。
权利要求
1.一种电子束装置，包括绝缘构件，在该绝缘构件的表面上具有凹部；阴极，具有从绝缘构件的外表面向凹部的内表面延伸的突起部分；栅极，与所述突起部分相对地被设置在所述绝缘构件的外表面上；以及阳极，与所述突起部分相对地被设置，以使得栅极被布置在阳极和突起部分之间。
2. 根据权利要求1的电子束装置，其中，所述突起部分以大于 90度的角度与所述凹部的内表面接触。
3. 根据权利要求l的电子束装置，其中，所述突起部分沿所述凹 部的边缘布置，所述栅极具有与所述突起部分相对地布置的突出部分，部分的在沿所述凹部的边缘的方向上的长度。
4. 根据权利要求l的电子束装置，其中，所述突起部分在所述凹 部的侧面具有这样的部分，即该部分被成形为从与所述凹部相对的所 述栅极的一部分的表面的法线倾斜。
5. 根据权利要求l的电子束装置，其中，设置多个阴极。
6. 根据权利要求1的电子束装置，其中，所述栅极在与所述凹部 相对的 一部分上被覆盖有绝缘层。
7. —种图像显示装置，包括 根据权利要求l的电子束装置；以及 被设置在所述阳极上的发光构件。
全文摘要
本发明提供了一种新型电子束装置以及使用电子束装置的图像显示装置，所述电子束装置改善电子发射特性的不稳定性并提供了高效电子发射特性。该电子束装置包括表面上具有凹部的绝缘构件；阴极，具有在绝缘构件的外表面和凹部的内表面上延伸的突起部分；栅极，与突起部分相对地被设置在绝缘构件的外表面上；以及通过栅极与突起部分相对布置的阳极。
文档编号H01J31/12GK101556892SQ20091013352
公开日2009年10月14日 申请日期2009年4月10日 优先权日2008年4月10日
发明者冢本健夫, 洼田央一 申请人:佳能株式会社