制造电子发射器件的方法和制造图像显示设备的方法

专利名称：制造电子发射器件的方法和制造图像显示设备的方法
技术领域：
本发明涉及制造包含低功函数材料的电子发射器件的方法、制造电子源的方法以
及制造图像显示设备的方法。
背景技术：
对于场发射型电子发射器件，通常在电子发射部件和栅电极之间施加电压，因此 在电子发射部件的顶端产生强的电场，由此，电子从电子发射部件的顶端被发射到真空中。
在场发射型电子发射器件中，发射电子的电场受到电子发射部件的表面功函数和 顶端形状的显著影响。理论上，具有较低的表面功函数的电子发射部件可能能够以较弱的 电场发射电子。 以下的文献各公开了包含通过在导电部件上设置由低功函数材料制成的层形成 的电子发射部件的电子发射器件日本专利公开No. 1_235124(以下称为专利文献1)、美国 专利No. 4008412 (以下称为专利文献2)和日本专利公开No. 2-220337 (以下称为专利文献 3)。 日本专利公开No. 7-78553 (以下称为专利文献4)公开了场发射微阴极装置。
可通过在基板(背板)上布置大量的场发射型电子发射器件来配置电子源。图像 显示设备可按照如下方式被配置使得所述基板如CRT等那样与包含诸如以电子束照射时 发光的荧光体之类的发光部件的基板(前板)相对放置，然后这些基板的外周部分被密封。

发明内容
本发明提供一种制造电子发射器件的方法，该电子发射器件包括电子发射部件， 所述电子发射部件包括含有金属的结构体和由功函数比所述金属低的材料制成的覆盖所 述结构体的低功函数层，并从所述电子发射部件的表面对电子进行场发射。该方法包括设 置结构体，在所述结构体上已形成有金属氧化物层，所述金属氧化物层包含与在所述结构 体中包含的金属相同的金属的氧化物；以及在所述金属氧化物层上设置低功函数层。
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晰。


图1A 1H是示出根据本发明的第一实施例的制造电子发射器件的方法的步骤的 示意图。 图2是通过根据第一实施例的方法制造的电子发射器件的示意性截面图。
图3是通过根据另一实施例的方法制造的电子发射器件的示意性截面图。
图4是硼化镧的多晶层的示意性截面图。 图5A是通过根据本发明的第二实施例的方法制造的电子发射器件的平面图，图 5B是沿图5A的线VB-VB所取的电子发射器件的示意性截面图，图5C是沿图5B中的X方向 观察的电子发射器件10的示意性平面图。
图6是电子源的平面图。 图7是图像显示板的示意性截面图。 图8是信息显示系统的框图。 图9A 9G是示出根据本发明的第二实施例的制造电子发射器件的方法的步骤的 示意图。 图10A 10C是示出制造电子发射器件的步骤的示意图。
具体实施例方式
现在，将参照附图示例性地详细描述本发明的各实施例。除非另外规定，否则，在 各实施例中描述的部件的尺寸、材料、形状和布置不意图限制本发明的范围。
当氧化物被称为"金属氧化物"、"金属的氧化物"或"氧化金属"时，不特别限制金 属的氧化数。即，"金属氧化物"、"金属的氧化物"或"氧化金属"由M0,表示，其中M是金属 元素，x是正数。当限制金属的氧化数时，使用诸如"金属二氧化物"或"MO/之类的术语， 使得其氧化数可被规定。例如，术语"钨的氧化物"或"钨氧化物"在这里包含三氧化钨和 二氧化钨。这适用于金属元素以外的诸如半导体元素之类的元素，并且还适用于氧化物以 外的诸如硼化物之类的化合物。 现在将参照图1和图2描述根据本发明的第一实施例的制造电子发射器件10的 示例性方法和电子发射器件10的配置的例子。电子发射器件10包含具有圆锥形状的结构 体3。 通过图1所示的步骤获得电子发射器件10。图2是电子发射器件10的示意性截 面图。如图2所示，阴极电极2被设置在基板1上。结构体3包含金属，并与阴极电极2电 连接。电子发射器件10还包括金属氧化物层4和设置在金属氧化物层4上的低功函数层 5。换句话说，金属氧化物层4被设置在结构体3和低功函数层5之间。低功函数层5由功 函数比结构体3中所包含的金属的功函数低的材料制成。结构体3、金属氧化物层4和低功 函数层5可被统称为电子发射部件9。因此，电子发射部件9与阴极电极2电连接。
结构体3是含有金属的部件，并且不被特别限制。这里使用的术语"含有金属的部 件"意味着含有单一金属元素或作为金属元素的混合物的合金的部件。除杂质之外，结构体 3可仅由金属或合金制成。金属在这里是导电性的。 参照图l和图2，结构体3具有圆锥形状。结构体3可具有能够增大在电子发射部 件9上产生的电场的任何几何形状。因此，结构体3的表面包含凸块或突起部分。当结构 体3的表面包含这种凸块或突起部分时，由于被设置在结构体3之上使得金属氧化物层4 被设置在其间的低功函数层5具有比结构体3小的厚度，因此低功函数层5的表面可包含 凸块或突起部分。特别地，电子发射部件9的表面与图1和图2所示的低功函数层5的表 面或以下参照图3描述的氧化镧层6的表面对应。 如图1和图2所示，栅电极8被设置在用于使阴极电极2绝缘的绝缘层7上。结构 体3被设置在贯穿绝缘层7和栅电极8延伸的第一开口 71中。第一开口 71的形状不被特 别限制，并且可以为圆形或多边形。电子发射部件9可被描述为被设置在第一开口 71中。
以如下的方式驱动电子发射器件10 :在阴极电极2和栅电极8之间施加预定的电 压，使得阴极电极2的电势比栅电极8的电势低。在其间施加的电压取决于电子发射部件9和栅电极8之间的距离以及电子发射部件9的形状(特别是结构体3的形状)等，并且该 电压为20 100V。当在阴极电极2和栅电极8之间施加这种电压时，从作为电子发射部 件9的表面部分的低功函数层5场发射电子。以下的器件被称为场发射型电子发射器件 通过在阴极电极和栅电极之间施加电压而在电子发射部件和栅电极之间产生强电场、因此 电子从电子发射部件的表面被场发射的电子发射器件。 以下进一步详细描述用于制造电子发射器件10的方法。在此实施例中，使用在结 构体3中包含的金属的氧化物在结构体3上形成金属氧化物层4，然后可在金属氧化物层 4上设置低功函数层5。可以分开地或连续地形成结构体3、金属氧化物层4和低功函数层 5。由于通过该方法制造电子发射器件10，因此电子发射器件10在获得良好的发射电流方 面是有用的，并且在电子发射特性方面具有良好的可再现性。即使在大面积基板上形成大 量的各通过该方法制造的电子发射器件，这些电子发射器件之间的电子发射特性的差异也 较小。 以下的步骤中的一些可被省略，或者若干个步骤可被组合成一个步骤。
步骤1 如图1A所示的那样依次在基板1上形成以下的电极和层阴极电极2、绝缘材料 层70和用于形成栅电极8的导电材料层80。基板l由玻璃制成，并因此是绝缘的。作为替 代方案，可以在基板1上设置包含依次布置的阴极电极2、绝缘材料层70和导电材料层80 的叠层。用于形成绝缘材料层70的材料为例如Si(^。考虑用于驱动电子发射器件10的电 压等确定绝缘材料层70的厚度，并且，该厚度可以为例如lym。阴极电极2和导电材料层 80可由相同的材料或不同的材料制成。在本实施例中，阴极电极2被设置在结构体3和基 板1之间。如果可向结构体3供给电子，那么阴极电极2的位置不被特别限制。例如，阴极 电极2可位于结构体3内部。阴极电极2和导电材料层80可由导电材料制成。导电材料 的例子包含诸如Be、 Mg、 Ti、 Zr、 Hf 、 V、 Nb、 Ta、 Mo、 W、 Al、 C u、 Ni、 Cr、 Au、 Pt禾口 Pd之类的 金属；这些金属的合金；这些金属的碳化物；这些金属的硼化物；这些金属的氮化物；和诸 如Si和Ge之类的半导体。
步骤2 通过诸如离子蚀刻之类的蚀刻在导电材料层80中形成具有预定形状的第二开口 81，由此如图1B所示的那样形成栅电极8。第二开口 81可具有例如直径为1 P m的圆形形 状。第二开口81的形状不被特别限制，并且可以为圆形或多边形。考虑用于驱动电子发射 器件10的电压(例如，20 100V)确定第二开口 81的尺寸。
步骤3 通过使用栅电极8作为掩模的离子蚀刻蚀刻绝缘材料层70，由此，第一开口 71被 形成为贯穿绝缘材料层70延伸。在此步骤中，如图1C所示的那样形成绝缘层7。绝缘材料 层70可以被湿法蚀刻或干法蚀刻。
步骤4 如图1D所示的那样在栅电极8上形成牺牲层82。用于形成牺牲层82的材料不被 特别限制，并且与用于形成阴极电极2、栅电极8或结构体3的材料不同。
步骤5 在第一开口 71中沉积用于形成结构体3的材料，由此如图1E所示的那样形成结
5构体3。结构体3由含有金属的材料或具有高熔点的材料制成。用于形成结构体3的材料包含70原子％或更多、或者更优选地为90原子％或更多的金属元素，所述金属元素是该材料的主要成分。鉴于可再现性和均匀性，结构体3可由单一的高熔点金属制成。高熔点金属的例子包含钼和鸨。 结构体3在这里被示为圆锥形状。结构体3可具有能够增大在电子发射部件9的顶端产生的电场的任何几何形状。结构体3可具有例如三棱锥或四棱锥形状。作为替代方案，结构体3可具有棒形、针形或脊形(板状)以及碳纤维。结构体3可包含凸块或突起部分。所述凸块或突起部分从基板l向例如栅电极8或阳极电极突起。在设置用于限制电子发射器件10中的发射电流的电阻器的情况下，该电阻器可被设置在阴极电极2和结构体3之间或被设置在阴极电极2中。为了便于更好的理解，阴极电极2和结构体3在这里被示为不同的部件。阴极电极2和结构体3可由相同的材料制成，使得阴极电极2和结构体3形成单一的连续部件。在这种情况下，阴极电极2和结构体3可由诸如钼或钨之类的高熔点金属制成。
步骤6 牺牲层82被选择性去除，由此，被设置在牺牲层82上并由与用于形成结构体3的材料相同的材料制成的层30如图1F所示的那样也被去除。 可通过诸如由Spindt等人提出的技术之类的已知技术执行以上的步骤。
步骤7 如图1G所示的那样在结构体3上形成金属氧化物层4。金属氧化物层4由在结构体3中包含的金属的氧化物制成。特别地，金属氧化物层4由在结构体3中包含最多的金属元素的氧化物即结构体3的主要成分的氧化物制成。因此，金属氧化物层4包含与在结构体3中包含的金属元素相同的金属元素。这使得金属氧化物层4能够与结构体3强力接合，并因此使得电子发射器件10能够进行稳定的动作。此外，这允许防止结构体3的形状的不均匀性影响电子发射器件10的电子发射特性的差异。为了防止操作电压增大并且为了从结构体3向低功函数层5供给电子，使用的金属氧化物层4是导电性的。当结构体3由钼制成时，使用的金属氧化物层4由钼的氧化物制成。二氧化钼(Mo02)的电阻率(比电阻)显著低于三氧化钼(Mo0》，并且是导电性氧化物；因此，使用的金属氧化物层4可以由二氧化钼制成。 当结构体3由钨制成时，使用的金属氧化物层4可以由钨的氧化物制成。二氧化钨(W02)的电阻率(比电阻)显著低于三氧化钨(W03)，并且是导电性氧化物；因此，使用的金属氧化物层4可以由二氧化钨制成。 金属氧化物层4的厚度取决于其电阻率，并且在实际中为3 20nm。当其厚度小于3nm时，不会实现实际的益处。当其厚度大于20nm时，金属氧化物层4作为不可忽视的电阻部件起作用；因此操作电压增大，并且，阻碍电子通过金属氧化物层4从结构体3被供给到低功函数层5。 用于形成金属氧化物层4的工艺不被特别限制。可通过例如诸如溅射工艺之类的一般的沉积工艺、在受控的氧气气氛中在高温下加热结构体3的工艺、极紫外(extremeultraviolet,EUV)照射工艺或类似的工艺形成金属氧化物层4。当金属氧化物层4由Mo02制成时，通过溅射工艺或类似的工艺形成Mo层，然后用例如激态原子紫外(EUV)射线照射该Mo层，由此，Mo层可转变成金属氧化物层4。 由于在形成低功函数层5之前事先在结构体3上形成金属氧化物层4，因此可以减少由结构体3的形状的不均匀导致的影响。参照图1G，金属氧化物层4在整个结构体3上延伸。但是，金属氧化物层4不需要在整个结构体3上延伸。在基板l上形成大量的结构体3的情况下，在此步骤中在基本上相同的条件下在所有的结构体3上形成金属氧化物层4。这在减少结构体3之间的形状差异方面是有效的。
步骤8 由功函数比在结构体3中包含的金属的功函数低的材料制成的低功函数层5如图1H所示的那样被设置在金属氧化物层4上。由于低功函数层5被设置在金属氧化物层4上，因此可以防止在结构体3中包含的成分、特别是其中包含的金属扩散到金属氧化物层4中。这使得低功函数层5的特性能够稳定。 可通过诸如气相沉积工艺或溅射工艺之类的一般的真空沉积工艺形成低功函数层5。在一个实施例中，低功函数层5具有约20nm或更小的厚度，并且，对于实际使用具有约10nm或更小的厚度。 参照图1H，低功函数层5在整个金属氧化物层4上延伸。但是，低功函数层5不需要在整个金属氧化物层4上延伸。 用于形成低功函数层5的材料具有比结构体3的功函数小的功函数。用于形成低功函数层5的材料可具有比结构体3中包含的作为主要成分的金属的功函数小的功函数。结构体3的主要成分被定义为具有最高的原子浓度的金属成分，并且为例如上述的钼或钨。钼和钨具有大于4. 0eV的功函数。因此，用于形成低功函数层5的材料具有4. 0eV或更小、甚至3. 0eV或更小的功函数。 可通过诸如真空紫外光电子光谱法(VUPS)之类的光电子光谱法、Kelvin技术、在
真空中测量场发射电流并且导出电场和电流之间的关系的技术、或类似的技术，确定用于
形成低功函数层5的材料的功函数。这些技术可被组合使用以确定其功函数。特别地，具有已知功函数的材料(例如，钨)的约20nm厚的膜(金属膜)被设置
在顶端锐利的导电性探针(例如，钨探针)的顶端(凸块部分)上。以在真空中向探针施
加电场的方式测量探针的电子发射特性。事先从其电子发射特性确定由作为探针的顶端的
凸块部分的形状导致的场增强因子。在金属膜上设置用于形成低功函数层5的材料的膜，
并且通过计算确定该膜的功函数。 用于形成低功函数层5的材料的例子包括诸如Cs之类的金属、金属化合物；以及诸如La203(约2. 5eV的功函数)、Ce02 (约3. 0eV的功函数)和Pr203(约2. 6eV的功函数)之类的稀土金属氧化物。 用于形成低功函数层5的材料的其它例子包括诸如CeB6(约2. 6eV的功函数)之类的稀土金属硼化物和诸如Y203、 Zr02和Th02之类的金属氧化物。特别地，可以使用镧的硼化物(硼化镧)形成低功函数层5。使用的硼化镧可以是六硼化镧(LaB6)。六硼化镧是具有La与B的比为l : 6的化学计量组分的化合物，并且具有简单的立方晶格。硼化镧的例子包括非化学计量的镧化合物以及具有各种晶格常数的镧化合物。 在一个实施例中，低功函数层5由多晶硼化镧而不是单晶硼化镧制成。多晶硼化镧表现出金属传导性并且是导电的。 一般地，与单晶层相比，可以更容易地形成多晶层。由于多晶层可形成为遵循结构体3的微细复杂表面不规则性并且可减小内部应力，因此使用多晶层。单晶层的功函数比多晶层低；但是，对多晶层的厚度和/或晶粒尺寸的控制允许多晶层具有3. 0eV的功函数，该值接近单晶层的功函数。 参照图4，硼化镧的多晶层5包含大量的微晶55，并因此具有多晶特性。这里使用的术语"微晶"意味着可被视为单晶的最大的聚集体。这里使用的术语"多晶层"意味着微晶或微晶集合体(组)相互接合或接触并因此表现出金属导电性的层。可能在微晶或微晶块(集合体)之间存在空洞(间隙或空间)。图4是示出硼化镧层是多晶层5的示意图，并且不意图限制金属氧化物层4或结构体3的特性。 因此，这里使用的任何多晶层与包含微细晶粒的集合体的所谓的微细晶粒层不同。术语"晶粒"意味着包含多个微晶的物质、非晶微粒物质或微粒状物质，并且该术语的使用有时是不清楚的。 在硼化镧的多晶层5中包含的微晶55具有2. 5nm或更大的尺寸。多晶层5具有100nm或更小的厚度。因此，微晶55的尺寸的上限必须是100nm。由于多晶层5具有2. 5nm或更大的微晶尺寸，因此，与具有2. 5nm或更小的微晶尺寸的多晶层相比，多晶层5的发射电流更加稳定(波动减小)。当多晶层5的微晶尺寸超过100nm时，多晶层5的厚度也超过100nm，因此多晶层5剥落；因此，包含这种多晶层5的电子发射器件具有不稳定的特性。当多晶层5的微晶尺寸小于2. 5nm时，其功函数大于3. OeV。这可能是由于La与B的组分比显著偏离6. 0并因此导致不能维持结晶性的不稳定状态。由于电子发射器件10的电子发射特性之间的差异小，因此多晶层5具有约20nm或更小的厚度。 —般可通过X射线衍射测定来确定微晶55的尺寸。特别地，可通过称为Scherrer技术的技术从衍射图案的外形计算微晶尺寸。除了确定微晶尺寸以外，X射线衍射测定可被用于确认多晶层5由化学计量的多晶硼化镧制成，并且还被用于研究多晶层5的取向。通过截面透射电子显微镜(截面TEM)对多晶层5的观察确认，多个晶格条纹基本上与对应于微晶55的区域平行地布置。因此，微晶尺寸(微晶直径)可被确定如下选择相互分开最远的两个晶格条纹，并且，连接这两个晶格条纹中的一个晶格条纹的端部和另一个晶格条纹的端部的线段中的最长的线段的长度被认定为微晶尺寸。如果确认在通过截面TEM观察的区域中存在多个微晶，那么可以使用这些微晶的尺寸的平均值作为多晶硼化镧层的微晶尺寸。 虽然使用的金属氧化物层4是导电的，但一些金属氧化物是绝缘的。在一个实施例中，当低功函数层5由硼化镧制成时，使用的金属氧化物层4包含La。 "La"是镧的化学符号。如果不含La的金属氧化物是绝缘的，那么可通过向金属氧化物添加La降低金属氧化物的电阻率。金属氧化物层4可由所述金属氧化物形成以便是导电的。
例如，La可与在金属氧化物层4中包含的金属氧化物中的氧结合，以形成稳定的氧化镧。作为镧的氧化物的三氧化二镧(La203)具有比普通的金属氧化物低的电阻率，并且是稳定的氧化物。因此，可以持续地从结构体3向硼化镧层5供给电子；因此，可以实现稳定的电子发射特性。 通过向无La金属氧化物添加La改变无La金属氧化物的组分。这会增大无La金属氧化物的导电性。 在由例如钼形成结构体3的情况下，其中的钼的氧化物包含绝缘的Mo03。由钼形成金属氧化物层4，并且向其中添加La。金属氧化物层4包含作为La的氧化物的La203以及Mo(^，并因此具有比由Mo03制成的金属氧化物层更高的导电性。 在由钨形成结构体3的情况下，其中的钨的氧化物包含绝缘的W(V由钨形成金属氧化物层4，并且向其中添加La。金属氧化物层4包含作为La的氧化物的La203以及W02，并因此具有比由W03制成的金属氧化物层更高的导电性。 可取决于电子发射特性确定金属氧化物层4中的La的含量，并且对于实际使用，该含量为5原子％ 30原子％。金属氧化物层4的主要成分不是La，而是在结构体3中包含的金属元素，或其中的金属元素的氧化物。因此，金属氧化物层4的钼或钨与氧的总含量为70原子％ 95原子％。 用于形成金属氧化物层4使得金属氧化物层4包含La的工艺的例子包括用于使无La氧化物层掺杂La的工艺和使用包含用于形成氧化物的材料和La的靶的溅射工艺。
通过步骤1 8基本上制成如图2所示的电子发射器件10。 当低功函数层5是硼化镧的多晶层时，可以执行以下的步骤9，使得以氧化镧层6涂覆硼化镧的多晶层。在步骤9中，如图3所示，在硼化镧的多晶层5上沉积氧化镧层6。
步骤9 当低功函数层5是这种硼化镧的多晶层时，以氧化镧(LaOx)涂覆所述硼化镧的多晶层。 氧化镧层6由氧化镧(LaOx)制成，并且可特别地由三氧化二镧(La203)制成。与硼化镧层5 (例如，LaB6层)相比，氧化镧层6 (例如，La203层)对于气氛(特别是氧气气氛)更加稳定。La203是具有接近LaB6的功函数(约2. 5eV)的低功函数(约2. 6eV)的材料。因此，硼化镧层5上的氧化镧层6的存在对于实现稳定的电子发射特性是有效的。硼化镧和氧化镧稳定地彼此接合。 在其它的实施例中，对于实际使用，氧化镧层6具有约1 10nm的厚度。当其厚度大约小于lnm时，很难获得氧化镧的任何益处。当其厚度大于10nm时，从氧化镧层6发射的电子的数量较少。 用于在硼化镧层5上形成氧化镧层6的工艺不被特别限制。例如，可以在受控的氧气气氛中加热硼化镧层5，使得硼化镧层5的表面部分转变成氧化镧层6。作为替代方案，可以通过诸如气相沉积工艺或溅射工艺之类的一般的沉积工艺在硼化镧层5上形成氧化镧层6。 在图3所示的电子发射器件10中，从硼化镧层5或氧化镧层6发射电子，或者，从硼化镧层5和氧化镧层6 二者发射电子。结构体3、金属氧化物层4和硼化镧层5可被统称为电子发射部件9。参照图3，氧化镧层6在整个硼化镧层5上延伸。氧化镧层6不需要在整个硼化镧层5上延伸。在这种情况下，硼化镧层5的表面部分和氧化镧层6的表面形成电子发射部件9的表面。 现在，将参照图5A、图5B和图5C描述根据本发明的第二实施例的制造电子发射器件10的方法。图5A是沿Z方向观看的电子发射器件10的示意性平面图。图5B是沿图5A的线VB-VB所取的电子发射器件10的示意性截面图。图5C是沿图5B中的X方向观看的电子发射器件10的示意性平面图。 电子发射器件10包含设置在基板1之上的栅电极8和设置在它们之间的绝缘层7。绝缘层7包括第一绝缘子层7a和第二绝缘子层7b，并且可具有单层或多层结构。栅电极8包括第一栅电极部分8a和第二栅电极部分8b，并且可具有单层或多层结构。电子发射器件10包括设置在基板1上的阴极电极2和与阴极电极2连接的结构体3。结构体3包含金属并且在远离基板1的方向上沿第一绝缘子层7a的侧表面延伸。电子发射器件10还包括设置在结构体3上的金属氧化物层4和设置在金属氧化物层4上的硼化镧层5。换句话说，金属氧化物层4被设置在结构体3和硼化镧层5之间。结构体3、金属氧化物层4和硼化镧层5形成电子发射部件9。 承载结构体3的绝缘层7的侧表面如图5B所示的那样与基板1的上表面垂直，并且可相对于基板1的上表面倾斜。第一绝缘子层7a的上表面与基板1的上表面平行或基本上平行，并且通过角部32与该侧表面连接。当沿X方向观看时，第二绝缘子层7b的宽度小于第一绝缘子层7a。在第一绝缘子层7a和第一栅电极部分8a之间设置凹陷部分60。
参照图5B，结构体3是沿+Z方向从基板1突起的部件，并且包括凸块部分。+Z方向在这里被定义为远离基板l的方向，即，向着栅电极8或以下描述的阳极电极的方向。结构体3包括处于它的栅电极8侧并在凹陷部分60中延伸的端部。即，结构体3的栅电极8侧的端部从位于凹陷部分60中的第一绝缘子层7a的上表面部分延伸到第一绝缘子层7a的侧表面部分。由于第一绝缘子层7a的上表面和该侧表面通过角部32彼此连接，因此结构体3的凸块部分具有能够增大在电子发射部件9上产生的电场的几何形状。
由于结构体3的栅电极8侧的端部在凹陷部分60中延伸，因此存在以下的益处。(1)结构体3和第一绝缘子层7a之间的接触面积大，因此，其间的机械粘接性(粘接强度)高。(2)由于结构体3和第一绝缘子层7a之间的大的接触面积，因此从电子发射部件9产生的热可有效消散。(3)在凹陷部分60中的绝缘体-真空-导体的界面处产生的三联点电场的强度降低，因此可以防止由于异常的电场导致放电现象。 在本实施例中，结构体3覆盖有低功函数层5，金属氧化物层4被设置在其间。可以只有结构体3的凸块部分覆盖有低功函数层5，金属氧化物层4被设置在其间。
在一个实施例中，如上面参照图4描述的那样，低功函数层5是硼化镧的多晶层5。当低功函数层5是硼化镧的多晶层5时，使用的金属氧化物层4包含镧。如上面参照图3描述的那样，电子发射部件9可包括设置在低功函数层5上的氧化镧层(未示出)。
参照图5A 5C，第一栅电极部分8a部分覆盖有第二栅电极部分8b。第二栅电极部分8b和结构体3由相同的导电材料制成。第二栅电极部分8b可被省略，并且可以存在第二栅电极部分8b以形成稳定的电场。因此，如图5所示，栅电极8包括第一栅电极部分8a和第二栅电极部分8b。低功函数层5可在栅电极8上延伸。参照图5A和图5C，电子发射部件9在Y方向上连续延伸，并且具有脊形(板状)。电子发射部件9可包含在Y方向上以预定间隔布置的多个部分。 现在，将参照图5A 5C描述制造电子发射器件10的一种示例性方法。
步骤1 如图9A所示，在基板1上形成用于形成第一绝缘子层7a的第一绝缘膜30，在第一绝缘膜30的上表面上沉积用于形成第二绝缘子层7b的第二绝缘膜40，然后在第二绝缘膜40的上表面上沉积用于形成第一栅电极部分8a的导电层50。用于形成第二绝缘膜40的材料选自与用于形成第一绝缘膜30的材料不同的材料，使得大量的第二绝缘膜40被下面的步骤3中使用的蚀刻溶液(蚀刻剂)蚀刻。
步骤2 导电层50、第二绝缘膜40和第一绝缘膜30被蚀刻(第一蚀刻处理)。
在第一蚀刻处理中，在通过光刻等在导电层50上形成抗蚀剂图案之后，导电层50、第二绝缘膜40和第一绝缘膜30被蚀刻。在步骤2中，如图9B所示，形成在图5A 5C所示的电子发射器件10中包含的第一绝缘子层7a和第一栅电极部分8a。如图9B所示，在此步骤中形成的第一绝缘子层7a的侧表面(斜面)22与基板1的上表面形成小于90度的角度(9 )。第一栅电极部分8a的侧表面(斜面)和第一绝缘子层7a的上表面(基板1的上表面)构成的角度比由第一绝缘子层7a的侧表面(斜面)22和基板1的上表面形成
的角度(e)小。 步骤3 如图9C所示，第二绝缘膜40被蚀刻(第二蚀刻处理)。 在步骤3中，形成在图5A 5C所示的电子发射器件10中包含的第二绝缘子层7b。凹陷部分60由第一绝缘子层7a的上表面的一部分和第二绝缘子层7b的侧表面限定。更详细地说，凹陷部分60由第一栅电极部分8a的下表面的一部分、第一绝缘子层7a的上表面的一部分和第二绝缘子层7b的侧表面限定。在步骤3中，第二绝缘膜40的侧表面被蚀刻，因此，第一绝缘子层7a的上表面部分地未被覆盖。第一绝缘子层7a的未被覆盖的上表面部分21和第一绝缘子层7a的侧表面(斜面)22之间的连接是角部32。
步骤4 在基板l的上表面、第一绝缘子层7a的处于阴极电极2侧的侧表面(斜面)22、以及第一绝缘子层7a的上表面部分21之上，沉积由用于形成结构体3的材料制成的第一导电膜60A。 第一导电膜60A部分覆盖第一绝缘子层7a的角部32，并且在第一绝缘子层7a的侧表面(斜面)22和第一绝缘子层7a的上表面部分21之上延伸。 在一个实施例中，第一导电膜60A被形成为具有布置在第一绝缘子层7a的角部32和上表面上的第一部分以及位于第一绝缘子层7a的斜面22上的第二部分，该第一部分的密度比第二部分的密度高。与第一导电膜60A —起，由用于形成第二栅电极部分8b的材料制成的第二导电膜60B可以沉积于第一栅电极部分8a上。这允许如图9D所示的那样形成第一导电膜60A和第二导电膜60B。 参照图9D，第一导电膜60A与第二导电膜60B接触。在步骤4中，第一导电膜60A和第二导电膜60B可被形成为不相互接触，即相互分开。 为了精确地控制以下的间隙18的尺寸(距离d)，第一导电膜60A和第二导电膜60B被形成为如图9D所示的那样相互接触。
步骤5 第一导电膜60A和第二导电膜60B被蚀刻(第三蚀刻处理)。 第三蚀刻处理是主要用于沿其厚度方向蚀刻第一导电膜60A和第二导电膜60B的处理。 在步骤5中，在已在步骤4中形成为相互接触的第一导电膜60A和第二导电膜60B之间形成间隙18。此外，第一导电膜60A的端部(凸块)可被尖锐化。可以从凹陷部分60
11去除用于形成第一导电膜60A和第二导电膜60B的多块导电材料。这些允许如图9E和图9F所示的那样形成结构体3和第二栅电极部分8b。 在步骤5中，在被蚀刻之前，第一导电膜60A和第二导电膜60B可经受氧化以被表面氧化。在步骤5中，氧化和蚀刻可被重复。 与简单蚀刻(图9E)相比，氧化和蚀刻的组合允许结构体3的凸块部分的顶端如图9F所示的那样以更好的控制被尖锐化。此外，可以以较高的控制性形成结构体3和第二栅电极部分8b之间的间隙18。因此，电子发射器件10可被形成为具有更高的电子发射特性。 如上所述，步骤5是用于沿其厚度方向蚀刻第一导电膜60A和第二导电膜60B的步骤。在步骤5中，第一导电膜60A和第二导电膜60B的所有未覆盖表面暴露于蚀刻剂。
步骤6 如图9G所示，形成用于向结构体3供给电子的阴极电极2。可以在另一步骤之前或之后执行该步骤。不需要使用阴极电极2，并且，导电膜(或结构体3)可用作阴极电极2。在这种情况下，步骤6可被省略。
步骤7 在执行步骤5和步骤6之后，如图1G和图1H所示，在结构体3上沉积金属氧化物层4和低功函数层5，由此如图5A 5C所示的那样形成电子发射器件10。可通过上述的过程形成金属氧化物层4和低功函数层5。
以下进一步详细描述上述的步骤。
(关于步骤l) 用于形成第一绝缘子层7a的第一绝缘膜30由诸如氮化硅(一般为Si^》或氧化
硅(一般为SiO》之类的易加工材料制成。可通过诸如溅射工艺之类的一般的真空沉积工
艺、化学气相沉积(CVD)工艺或真空气相沉积工艺形成第一绝缘膜30。第一绝缘膜30可具
有几纳米到几十微米的厚度，或者，优选可以为几十纳米到几百纳米的厚度。 用于形成第二绝缘子层7b的第二绝缘膜40也由诸如氮化硅(一般为SisN》或氧
化硅(一般为SiO》之类的易加工材料制成。通过诸如溅射工艺之类的一般的真空沉积工
艺、CVD工艺或真空气相沉积工艺形成第二绝缘膜40。第二绝缘膜40比第一绝缘膜30薄，
并且具有几纳米到几百纳米的厚度或者优选几纳米到几十纳米的厚度。在依次在基板1上沉积第一绝缘膜30和第二绝缘膜40之后，要在步骤3中形成
凹陷部分60。因此，第一绝缘膜30和第二绝缘膜40被设定为使得第二绝缘膜40的蚀刻量
比第一绝缘膜30的蚀刻量大。第一绝缘膜30的蚀刻量与第二绝缘膜40的蚀刻量的比可
以为十或更大或者甚至为50或更大。 在一个实施例中，为了实现以上的比，第一绝缘膜30由氮化硅制成，并且第二绝缘膜40由氧化硅、具有高的磷含量的磷硅酸盐玻璃(PSG)或具有高的硼含量的硼硅酸盐玻璃(BSG)制成。 用于形成栅电极8的导电层50是导电的，并且是通过诸如气相沉积工艺或溅射工艺之类的一般的真空沉积工艺形成的。 用于形成特别用于形成第一栅电极部分8a的导电层50的材料具有导电性、高的热传导性和高的熔点。该材料的例子包含诸如Be、Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、
12Ni、Cr、Au、Pt和Pd之类的金属；这些金属的合金；这些金属的碳化物；这些金属的硼化物；这些金属的氮化物；和诸如Si和Ge之类的半导体。 用于形成第一栅电极部分8a的导电层50的厚度被设为几纳米到几百纳米或更大的范围，或者优选几十纳米到几百纳米的范围。 导电层50可比阴极电极2厚，并因此具有比阴极电极2的电阻小的电阻。
(关于步骤2) 在第一蚀刻处理中，使用反应离子蚀刻(RIE)，其原因在于，可以以使得向材料施加从蚀刻气体产生的等离子体的方式精确蚀刻该材料。 当要被蚀刻的部件由产生氟化物的材料制成时，用于RIE的气体选自诸如C^、CHF3和SF6之类的含氟气体，或者，当要被蚀刻的部件由产生氯化物的诸如Si或A1之类的材料制成时，用于RIE的气体选自诸如(^和BCl3之类的含氯气体。为了调整要被蚀刻的部件对于抗蚀剂的选择性，为了维持蚀刻表面的平坦性，或者，为了增大要被蚀刻的部件的蚀刻速度，向蚀刻气体添加氢气、氧气和氩气中的至少一种。 在步骤2中，在电子发射器件10中包含的第一绝缘子层7a和第一栅电极部分8a被形成为具有与其最终形状相同或基本上相同的形状。但是，这不意味着第一绝缘子层7a和第一栅电极部分8a在步骤2以后或另一步骤中的蚀刻处理中根本不被蚀刻。
通过控制诸如使用的气体的种类和压力之类的条件，由基板1的上表面和第一绝缘子层7a的侧表面(斜面)22形成的图9B所示的角度e可被调整为某个值。角度e可比90度小。这是出于控制在第一绝缘子层7a的侧表面(斜面)22之上形成的第一导电膜60A的膜质(密度)的目的。 由于角度e被设为比90度小，因此，与第一绝缘子层7a的阴极电极2侧的侧表面相比，第一栅电极部分8a的阴极电极2侧的侧表面后退地间隔开。由第一栅电极部分8a的侧表面(斜面)和第一绝缘子层7a的上表面(或基板l的上表面)形成的角度小于由基板1的上表面和第一绝缘子层7a的侧表面(斜面)22形成的角度e 。由第一绝缘子层7a的上表面21和第一绝缘子层7a的侧表面(斜面)22形成的角度可由式180° -9给出。
如图9B所示，角度e可被定义为由基板l的上表面和一条直线形成的角度，所述直线与第一绝缘子层7a的侧表面22相切并且通过角部32向基板1延伸。
由于通过一般的沉积工艺在基板1的上表面上形成第一绝缘子层7a，因此第一绝缘子层7a的上表面21与基板1的上表面(水平方向12)平行或基本上平行。S卩，第一绝缘子层7a的上表面21可完全与基板1的上表面平行，也可取决于沉积条件等相对于基板1的上表面稍微倾斜。这包含第一绝缘子层7a的上表面21与基板1的上表面平行或基本上平行的情况。
(关于步骤3) 在步骤3中，选择蚀刻溶液，使得通过蚀刻溶液蚀刻的第一绝缘子层7a的量充分地少于通过蚀刻溶液蚀刻的第二绝缘膜40的量。 当第二绝缘膜40由氧化硅制成并且由第一绝缘膜30形成的第一绝缘子层7a由氮化硅制成时，在第二蚀刻处理中使用的蚀刻溶液可以是所谓的缓冲氢氟酸(BHF)。缓冲氢氟酸(BHF)是氟化铵与氢氟酸的混合物。当第二绝缘膜40由氮化硅制成并且由第一绝缘膜30形成的第一绝缘子层7a由氧化硅制成时，使用的蚀刻剂可以是热磷酸蚀刻溶液。
在步骤3中，在电子发射器件10中包含的第二绝缘子层7b被形成为具有与其最终形状相同或基本上相同的形状。但是，这不意味着第二绝缘子层7b在步骤3以后或另一步骤中的蚀刻处理中根本不被蚀刻。 凹陷部分60的深度(深度方向的距离)与从电子发射器件10泄漏的电流密切相关。凹陷部分60的深度的增大减少泄漏电流。但是，凹陷部分60的深度的过度增大导致诸如第一栅电极部分8a畸变之类的情况。因此，对于实际使用，凹陷部分60的深度被设为30 200nm。凹陷部分60的深度可被解释成从第一绝缘子层7a的侧表面22 (或角部32)到第二绝缘子层7b的侧表面的距离。
(关于步骤4) 在步骤4中，通过诸如气相沉积工艺或溅射工艺之类的真空沉积工艺形成第一导电膜60A和第二导电膜60B。 第一导电膜60A形成为具有被设置在第一绝缘子层7a的角部32和上表面上的第一部分以及位于第一绝缘子层7a的斜面22上的第二部分，该第一部分的密度比第二部分高。这允许被设置在第一绝缘子层7a的上表面21(角部32)上的第一导电膜60A的第一部分具有凸块形状(凸块部分)。即，第一导电膜60A可被形成为具有设置在第一绝缘子层7a的上表面21 (角部32)上的尖锐凸块部分。被设置在第一绝缘子层7a的斜面22上的第一导电膜60A的部分的密度比第一导电膜60A的凸块部分低。因此，可以在步骤5中的第三蚀刻处理中使凸块部分尖锐化。 为了实现以上的配置，通过诸如方向性溅射工艺或方向性气相沉积工艺之类的方向性沉积工艺形成第一导电膜60A。在控制用于形成第一导电膜60A和第二导电膜60B的每一种材料(沉积材料)入射到第一绝缘子层7a的上表面和侧表面以及第一栅电极部分8a的上表面和侧表面上的角度方面，使用方向性沉积工艺是有效的。 在使用方向性溅射工艺的情况下，在基板1和靶之间的角度被调整之后，在基板1和靶之间设置遮蔽板，并且/或者，将基板1和靶之间的距离调整为接近溅射粒子的平均自由程。使用准直仪以使得溅射粒子具有方向性的所谓的准直溅射工艺是方向性溅射工艺的一个例子。允许具有受限的入射角的溅射粒子(溅射原子或分子)入射到表面(第一绝缘子层7a的斜面等)上以被涂覆。 溅射粒子(沉积材料)相对于第一绝缘子层7a的斜面的入射角比溅射粒子(沉积材料)相对于第一绝缘子层7a的上表面(角部32)的入射角小(浅)。与溅射粒子相对于第一绝缘子层7a的斜面的入射角相比，溅射粒子相对于第一绝缘子层7a的上表面(角部32)的入射角被设为更接近90度。这使得，与第一绝缘子层7a的斜面相比，溅射粒子能够以更接近90度的角度入射到第一绝缘子层7a的上表面(角部32)上。因此，允许被设置在第一绝缘子层7a的上表面21 (角部32)上的第一导电膜60A的第一部分具有这种凸块形状(凸块部分)。 对于沉积工艺，如果在约10—4 10—2Pa的真空度执行沉积，那么从蒸发源蒸发的材料(沉积材料)碰撞的可能性较低。由于蒸发材料(沉积材料)的粒子的平均自由程为约几百毫米到几米，因此，在从蒸发源射出的粒子的方向性被维持的同时，粒子到达基板。因此沉积工艺具有方向性。用于蒸发蒸发源的技术的例子包括电阻加热、高频感应加热和电子束加热。由于可用的材料的类型和被加热面积，因此使用电子束加热是有效的。
14
在步骤2中，角度e被设为小于90度；由此，如上所述，第一栅电极部分8a的阴极电极2侧的侧表面从第一绝缘子层7a的阴极电极2侧的侧表面后退地间隔开。与在这些侧表面(斜面)上形成的膜相比，通过在步骤4中描述的方向性沉积在角部32之上形成更好的膜。术语"更好的膜"在这里可被解释为"高密度膜"或"具有高密度的膜"。
通过减小由步骤2中的第一蚀刻处理形成的角度e ，可以在第一绝缘子层7a的上表面上形成更大量的好的膜。即，可以以使得第一栅电极部分8a的阴极电极2侧的侧表面更加显著地从第一绝缘子层7a的阴极电极2侧的侧表面后退地间隔开的方式在第一绝缘子层7a的上表面上形成更大量的好的膜。 在步骤4中，第一导电膜60A和第二导电膜60B可形成为不相互接触，即，相互间隔开。在不在第一栅电极部分8a上设置第二栅电极部分8b的情况下，第一导电膜60A被形成为与第一栅电极部分8a间隔开。 要在第一导电膜60A和第二导电膜60B之间精确地形成具有距离d的间隙18。在均匀形成电子发射器件的情况下，减小电子发射器件之间的间隔之间的尺寸差异是重要的。为了精确地控制间隙18的尺寸(距离d)，第一导电膜60A和第二导电膜60B在步骤4中被形成为相互接触。换句话说，在步骤4中形成第一导电膜60A和第二导电膜60B，使得第一导电膜60A与第一栅电极部分8a连接，第二导电膜60B被设置在其间。通过步骤5中的第三蚀刻处理，在第一导电膜60A和第二导电膜60B之间形成间隙18。
在通过在步骤4中控制诸如沉积时间之类的沉积条件来形成间隙18的情况下，可在凹陷部分60中存在第一导电膜60A和第二导电膜60B之间的接触微小部分(泄漏源)。在步骤4之后，要在步骤5中执行第三蚀刻处理。 在一个实施例中，第一导电膜60A和第二导电膜60B可由相同的材料或不同的材料制成。由于制造的容易性和蚀刻的可控制性的原因，同时由相同的材料形成第一导电膜60A和第二导电膜60B。 用于形成第一导电膜60A和/或第二导电膜60B的材料即在结构体3中包含的材料可以是具有场发射特性的导电材料，并且选自熔点为200(TC或更高的难熔材料。用于形成第一导电膜60A和/或第二导电膜60B的材料即在结构体3中包含的材料是功函数为5eV或更小并且其氧化物可被容易地蚀刻的材料。这种材料的例子包括诸如Hf 、V、Nb、Ta、Mo、W、Au、Pt和Pd之类的金属；这些金属的合金；这些金属的碳化物；这些金属的硼化物；和这些金属的氮化物。用于形成第一导电膜60A和/或第二导电膜60B的材料可以是Mo或W，其原因在于，存在通过在步骤5中利用金属和金属氧化物之间的蚀刻特性差异来蚀刻表面氧化物层的可能性。
(关于步骤5) 第三蚀刻处理可以是干法蚀刻或湿法蚀刻。考虑设定对于其它材料的蚀刻选择性的容易性，在步骤5中执行湿法蚀刻。 蚀刻量(间隙18的尺寸d)为微量，为约几纳米。因此，考虑稳定性，蚀刻速度不大于每分钟lnm。这里使用的术语"蚀刻速度"意味着每单位时间的厚度的变化。每单位时间通过蚀刻去除的原子的数量仅取决于蚀刻溶液和用于形成第一导电膜60A和/或第二导电膜60B的材料。因此，膜的密度和蚀刻速度相互成反比，即，膜的密度的增大减小其蚀刻速度。
以下参照图10A IOC描述通过第三蚀刻处理形成间隙18以及使第一导电膜60A 的端部(凸块部分)尖锐化的工艺。 图10A示出通过步骤4中的方向性沉积工艺形成第一导电膜60A和第二导电膜 60B的情况。通过方向性溅射工艺溅射的粒子以约90度的角度与第一栅电极部分8a的上 表面、基板1的上表面、第一绝缘子层7a的角部32以及第一绝缘子层7a的上表面碰撞，该 角度(入射角)是由这些表面和部分中的每一个与溅射粒子的行进方向形成的。这里使用 的术语"溅射粒子"意味着从溅射靶溅射的粒子。在以上的表面和部分上形成好的膜(这 里，称为"高密度膜"或"具有高密度的膜")。 溅射粒子以浅的角度与第一绝缘子层7a的斜面和栅电极8的端面碰撞，并因此在 该斜面和该端面上形成低密度膜(或具有低密度的膜)。 参照图IOA，附图标记6A1表示第一导电膜60A的高密度部分，附图标记6B1表示 第二导电膜60B的高密度部分，附图标记6A2表示第一导电膜60A的低密度部分，附图标记 6B2表示第二导电膜60B的低密度部分。 如上所述，膜的密度和蚀刻速度相互成反比。因此，在第三蚀刻处理中，第一导电 膜60A的低密度部分6A2和第二导电膜60B的低密度部分6B2的蚀刻速度高于第一导电膜 60A的高密度部分6A1和第二导电膜60B的高密度部分6B1。在步骤5中，第一导电膜60A 和第二导电膜60B的所有未覆盖表面暴露于蚀刻剂(被蚀刻)。 图10B和图10C示出第三蚀刻处理。参照图IOB， T2表示通过第三蚀刻处理处理 的第二导电膜60B的高密度部分6B1的厚度的减小，T3表示通过第三蚀刻处理处理的第一 导电膜60A的低密度部分6A2的厚度的减小。在本实施例中，不等式T2〈T3成立。可通过 控制蚀刻时间或重复蚀刻的次数调整这些部分的厚度的减小。由于不等式T2 < T3成立， 因此，如图IOC所示，通过重复执行蚀刻使第一导电膜60A的端部(凸块部分)尖锐化。
在一个实施例中，当第一导电膜60A和第二导电膜60B由钼制成时，第一导电膜 60A的高密度部分6A1和第二导电膜60B的高密度部分6B1具有约9. 5 10. 2g/cm3的密 度，并且，第一导电膜60A的低密度部分6A2和第二导电膜60B的低密度部分6B2具有约 7. 5 8. 0g/cm3的密度。这些密度在考虑第一导电膜60A和第二导电膜60B的电阻率和厚 度(第一导电膜60A的低密度部分6A2和第二导电膜60B的低密度部分6B2是在斜面上形 成的，因此厚度较小)和第一导电膜60A和第二导电膜60B之间的蚀刻速度差异所确定的 实际范围内。 —般地，使用X射线反射率技术(XRR技术)测量膜的密度。但是，使用XRR技术 测量在实际的电子发射器件中包含的膜的密度可能是困难的。在这种情况下，例如，可以使 用以下的技术即，通过使用作为透射电子显微镜(TEM)和电子能量损失光谱法(EELS)的 组合的高分辨率电子能量损失光谱显微镜使膜经受定量元素分析，通过将分析数据与膜的 密度相比较准备校准曲线，并且从该校准曲线计算膜的密度。 用于形成第一导电膜60A和/或第二导电膜60B的材料和在第三蚀刻处理中使用 的蚀刻剂的组合不被特别限制。当第一导电膜60A和第二导电膜60B由钼制成时，使用的蚀 刻剂可以是诸如氢氧化四甲铵(TMAH)溶液或铵水之类的碱溶液、2-(2-n-丁氧基乙氧基) 乙醇和链烷醇胺的混合物、或二甲亚砜(DMSO)等。 当第一导电膜60A和第二导电膜60B由钨制成时，使用的蚀刻剂可以是硝酸、氢氟酸或氢氧化钠溶液等。 步骤5可包含表面氧化第一导电膜60A和第二导电膜60B的氧化子步骤以及表面 蚀刻氧化的第一导电膜60A和第二导电膜60B的蚀刻子步骤。 由于在第一导电膜60A和第二导电膜60B上形成某个量的氧化物膜然后将其蚀刻 掉，因此在增强蚀刻量的均匀性(可再现性)方面是有效的。 氧化量(氧化物膜的厚度)与膜的密度成反比。即，具有高密度的表面部分的氧 化量小于具有低密度的表面部分的氧化量。因此，当第一导电膜60A和第二导电膜60B被 氧化时，图10所示的第一导电膜60A的低密度部分6A2的表面子部分和第二导电膜60B的 低密度部分6B2的表面子部分被首先或选择性氧化。氧化子步骤和蚀刻子步骤的组合允许 第一导电膜60A的端部(凸块部分)被尖锐化，并且还允许间隙18的距离的控制精度被提 高。 第一导电膜60A被表面氧化到几纳米到几十纳米的深度，并且，用于氧化第一导 电膜60A的工艺不被特别限制。氧化工艺的例子包含臭氧氧化(激态原子UV曝光、低压水 银放电或电晕放电)和热氧化。由于激态原子UV曝光在定量氧化方面具有优越性，因此使 用激态原子UV曝光。当第一导电膜60A由钼制成时，可具有能够主要制造作为容易由激态 原子UV曝光去除的氧化物膜的Mo03膜的益处。 在一个实施例中，用于去除氧化物膜的工艺可以是干法或湿法，并且使用湿法蚀 刻。氧化物膜去除工艺(蚀刻工艺)的目的是，去除(蚀刻)作为表面层的氧化物膜。因 此，使用的蚀刻剂是能够只去除氧化物膜并且对于设置在其下面的金属层(未氧化层)基 本上没有影响的蚀刻剂。作为替代方案，该蚀刻剂是对于氧化物层的蚀刻速度比对于金属 层(未氧化层)的蚀刻速度充分地大(数量级不同)的蚀刻剂。特别地，当第一导电膜60A 和第二导电膜60B由钼制成时，该蚀刻剂是具有O. 238X或更小的浓度的稀释TMAH溶液，或 者具有4(TC或更高的温度的热水等。当第一导电膜60A和第二导电膜60B由钨制成时，该 蚀刻剂是缓冲氢氟酸、稀释盐酸或热水等。 在步骤5中，如图10C所示，形成结构体3和第二栅电极部分8b。第二栅电极部 分8b在第一栅电极部分8a上延伸(特别地，第二栅电极部分8b在第一栅电极部分8a的 上表面和侧表面(斜面)之上延伸)。第二栅电极部分8b (第二栅电极部分8b的位于第一 栅电极部分8a的侧表面上的子部分)可被视为首先被从结构体3的凸块部分的顶端发射 的电子轰击的部分。因此，即使第一栅电极部分8a由低熔点材料形成，也可以以第二栅电 极部分8b由高熔点材料形成的方式防止电子发射器件10的电子发射特性劣化。
(关于步骤6) 阴极电极2以及第一栅电极部分8a是导电的，并且可由诸如气相沉积工艺或溅射 工艺之类的一般的气相沉积工艺形成。用于形成阴极电极2的材料可以与用于形成第一栅 电极部分8a的材料相同或不同。阴极电极2具有约几十纳米到几百微米或者甚至几百纳 米到几微米的厚度。 如上所述，根据本实施例，当在第一电极(阴极电极2)和与第一电极间隔开的第 二电极(栅电极8)之间施加电压时，电子发射器件10从其第一电极侧场发射电子。在从 电子发射器件10向与栅电极8不同的阳极电极施加电子的情况下，阳极电极与图1、图2和 图5所示的基板1间隔开。向阳极电极施加充分地高于向栅电极8施加的电势的电势。这使得能够向阳极电极施加由栅电极8提取的电子(场发射电子)。电子发射器件10具有三 端子结构(阴极电极/栅电极/阳极电极结构)。阳极电极和基板1之间的距离充分地大 于阴极电极2和栅电极8之间的距离，并且为约500 ii m 2mm。 从电子发射器件10发射的发射电流的波动示出发射电流的时间变化的幅度。例 如，由矩形脉冲电压的周期性施加发射的电流改变，并且，可以以如下方式确定电流的波 动由偏差表示每单位时间的各电流的变化的幅度，并且将该偏差除以电流的平均值。
特别地，向电子发射器件连续施加具有6ms的脉冲宽度和24ms的频率的矩形脉冲 电压。以两秒为间隔执行用于测量与矩形脉冲电压的连续32个周期对应的发射电流的平 均值的序列，并且，确定30分钟的偏差及其平均值。在比较多个电子发射器件的波动幅度 的情况下，向其施加的电压的峰值被设定为使得从电子发射器件发射的电流的平均值基本 上彼此相等。 现在将参照图6描述根据本发明的第三实施例的示例性电子源33。图6是电子源 33的平面图。电子源33包括基板1和大量电子发射器件IO，所述电子发射器件10被布置 在基板1上并包括如图1和图2所示的圆锥电子发射部件9。 电子源33包括基板1和如上面描述的布置在基板1上的电子发射器件10。基板 1可以是绝缘的，并由玻璃制成。参照图6，以上参照图1描述的电子发射器件10以矩阵图 案被布置在基板1上。电子发射器件10可以是图3和图5所示的那些。
在各列中布置的电子发射器件10共用地连接到与栅电极8中的相应的一个。在 各行中布置的电子发射器件10共用地连接到阴极电极2中的相应的一个。可以按照选择 预定数量的阴极电极2和栅电极8并且在选择的阴极电极2和栅电极8之间施加电压的方 式从预定数量的电子发射器件10发射电子。 在本实施例中，一个电子发射器件10位于一个阴极电极2与一个栅电极8的交叉 部分处。 一些电子发射器件10可位于其交叉部分处。在使用图l和图2所示的电子发射器 件10的情况下，多个第一开口 71位于阴极电极2和栅电极8的每一个交叉部分处，并且， 电子发射部件9各被置于第一开口 71中的相应的一个中。 图6示出其中各第一开口 71位于阴极电极2和栅电极8的交叉部分中的相应的 一个处的简单例子。为了减少发射电流的波动，位于其每一个交叉部分处的电子发射器件 10的数量较大。其原因在于，当位于其交叉部分处的电子发射器件10的数量较大时，发射 电流的波动被平均。但是，从制造的观点来看，过多数量的电子发射器件10位于其每一个 交叉部分处并不优选。由于通过根据本发明的方法制造电子发射器件io，因此可以减少发 射电流的波动，即，可以减少这种波动而不增加电子发射器件10的数量。
现在将参照图7描述根据第四实施例的示例性图像显示板100。图像显示板100 包括根据第三实施例的电子源33。在本例子中，多个电子发射器件10位于阴极电极2和栅 电极8的每一个交叉部分处。 图像显示板100包含维持在比大气压低的压力(真空)下的内部部分，因此可被 解释成气密容器。 图7是图像显示板100的示意性截面图。图像显示板100包含电子源33。电子源 33在本实施例中被用作背板。前板31被设置为与背板33相对。 在一个实施例中，具有闭合环形状(矩形)的支撑框架27被设置在前板31和背板33之间，使得前板31和背板33以预定的距离相互间隔开。前板31和背板33之间的距 离一般为500 m 2mm，并且对于实际使用为约lmm。前板31和背板33通过具有密封功 能的由铟或玻璃料(glass frit)制成的接合部件28与支撑框架27气密接合。支撑框架 27用于密封图像显示板100的内部部分。当图像显示板100具有大的面积时，图像显示板 100包含布置在前板31和背板33之间的多个间隔件34，使得前板31和背板33之间的距 离可保持恒定。 前板31包括发光层25、设置在发光层25上的阳极电极21以及透明基板26，所述
发光层25包括当被从电子发射器件10发射的电子轰击时发光的发光部件23。 透明基板26透射从发光层25发射的光，因此由例如玻璃制成。 发光部件23可包含一般的荧光体。当发光层25包括发射红光的第一发光部件、发
射绿光的第二发光部件和发射蓝光的第三发光部件时，图像显示板100可显示全色图像。
参照图7，发光层25包含具有设置在发光部件23之间的部分的黑部件24。黑部件24通常
被称为黑矩阵(black matrix)，并且是用于增大显示的图像的对比度的部件。 向发光部件23发射电子的电子发射器件10被布置为与发光部件23相对。S卩，电
子发射器件10中的每一个与发光部件23中的相应的一个对应。 阳极电极21通常被称为金属背，并且一般可包含铝膜。阳极电极21可被设置在 发光层25和透明基板26之间。在这种情况下，阳极电极21由诸如氧化铟锡(IT0)膜之类 的光学透明的导电膜制成。 在将前板31和背板33气密接合在一起的步骤(接合或密封接合步骤)中，作为 气密容器的图像显示板100的部件被加热。 在接合步骤(或密封接合步骤)中，被连附到由玻璃料等制成的接合部件28的支 撑框架27被设置在前板31和背板33之间。前板31、背板33和支撑框架27在相互被压在 一起的同时在例如10(TC 40(TC的温度被加热，然后被冷却到室温。在接合步骤之前，可 通过加热对背板33进行脱气处理。虽然背板33被加热和冷却，但是，如在第一实施例中描 述的那样，低功函数层5不与电子发射部件9分开。 现在，将参照图8描述根据本发明的第五实施例的图像显示设备200。图像显示设 备200包含根据第四实施例的图像显示板IOO和与图像显示板IOO连接的用于驱动图像显 示板100的驱动电路110。图像显示设备200可连接到图像信号输出设备400，所述图像信 号输出设备400以图像信号的形式输出诸如电视广播信号或存储在信息存储装置中的信 号之类的信息信号，由此可以构造信息显示系统500。换句话说，信息显示系统500包含图 像信号输出设备400。 图像显示设备200至少包括图像显示板IOO和驱动电路110，并且还包括控制电路 120。控制电路120使输入的图像信号经受适用于图像显示板100的诸如校正处理之类的 处理，并且向驱动电路IIO输出图像信号和各种控制信号。驱动电路IIO基于输入的图像 信号向布置在图像显示板100中的诸如图3所示的阴极电极2和栅电极8之类的线输出驱
动信号。驱动电路iio包括用于将图像信号转换成驱动信号的调制子电路，并且还包括用
于选择线的扫描子电路。从驱动电路110输出的驱动信号控制施加到与布置在图像显示板 100中的像素对应的电子发射器件10的电压。这允许像素以与图像信号对应的亮度发光， 由此在屏幕上显示图像。屏幕与如图7所示设置在图像显示板100中的发光层25对应。
图8是信息显示系统500的框图。信息显示系统500包括图像信号输出设备400 和图像显示设备200。图像信号输出设备400包括信息处理电路300，并且还包括图像处理 电路320。图像信号输出设备400可与图像显示设备200分开地被设置在外壳中，或者，图 像信号输出设备400的至少一部分和图像显示设备200可被设置在同一外壳中。信息显示 系统500的配置仅是为了例示，并且可以被改变。 向信息处理电路300输入以下的信号诸如卫星广播信号和陆地信号之类的电视 广播信号、通过无线通信网络、电信网络、数字网络、模拟网络或诸如使用TCP/IP协议的因 特网的电信线传送的诸如数据广播信号之类的信息信号。信息处理电路300可与诸如半导 体存储器、光盘驱动器或磁存储装置之类的存储装置连接，使得存储在这种存储装置中的 信息可显示于图像显示板100上。作为替代方案，信息处理电路300可与诸如摄像机、静态 照相机或扫描仪之类的图像输入装置连接，使得通过这种图像输入装置获得的信息可显示 于图像显示板100上。信息处理电路300可与诸如视频会议系统或计算机系统之类的系统 连接。 显示于图像显示板100上的图像可被输出到打印机，或者被存储在存储装置中。
在信息信号中包含的信息至少是图像信息、文本信息和声音信息中的一种。信息 处理电路300可包括接收子电路310，所述接收子电路310包括用于从广播信号选择信息的 调谐器和/或用于在信息信号已被编码的情况下将信息信号进行解码的解码器。
从信息处理电路300获得的图像信号被输出到图像处理电路320。图像处理电路 320可包括用于以各种方式处理图像信号的诸如伽马校正子电路、分辨率转换子电路、接口 子电路之类的子电路。图像信号被转换成用于图像显示设备200的信号格式，然后显示于 图像显示设备200上。 如后面描述的那样，输出到图像显示板100的图像或文本信息可显示于屏幕上。 例如，从输入到信息处理电路300的图像或文本信息产生与图像显示板100的像素对应的 图像信号。产生的图像信号被输入到图像显示设备200的控制电路120。基于被输入到控 制电路120的图像信号，控制要从驱动电路110向被布置在图像显示板100中的电子发射 器件10施加的电压。声音信号被输出到诸如扬声器之类的声音再现器(未示出)，然后与 显示于图像显示板100上的图像或文本信息同步地被再现。 根据本实施例，可以从电子发射器件10获得稳定的发射电流，因此可以增强显示 于图像显示设备200上的图像的质量。 也可通过读出并执行记录在存储装置上的程序以执行上述实施例的功能的系统 或设备(或诸如CPU或MPU之类的装置)的计算机，并且通过由系统或设备的计算机通过 例如读出并执行记录在存储装置上的程序以执行上述实施例的功能执行其步骤的方法，实 现本发明的各方面。出于这种目的，例如通过网络或从用作存储装置的各种类型的记录介 质(例如，计算机可读介质)向计算机提供程序。
例子 现在将描述本发明的例子。
例子l 以下，参照图1描述制造电子发射器件的方法和该电子发射器件。电子发射器件 包括具有圆锥形状的结构。
20
如图1A所示，以如下次序在由玻璃制成的基板1上形成以下的电极和层由铌制 成的阴极电极2 ;由二氧化硅制成的具有约lym厚度的绝缘材料层70 ;和由铌制成的导电 材料层80。 通过离子蚀刻工艺在导电材料层80中形成具有约1 y m的直径的圆形的第二开口 81，由此如图IB所示的那样形成栅电极8。 使用栅电极8作为掩模蚀刻绝缘材料层70，由此如图1C所示的那样形成圆形的第 一开口 71。 如图1D所示，在栅电极8上设置由镍制成的牺牲层82。在第一开口 71上沉积钼， 以使其形成圆锥，由此如图1E所示的那样形成由钼制成的结构体3。 牺牲层82被选择性去除，由此沉积于牺牲层82上的不必要的钼层30也被去除， 并且获得图1F所示的配置。 图1F所示的承载结构体3的基板1被移动到真空室内，然后通过使用氧化钼靶的 溅射工艺在结构体3上形成氧化钼层，即金属氧化物层4，以使其如图1G所示的那样具有约 4nm的厚度。 通过RF溅射工艺在金属氧化物层4上形成六硼化镧的多晶层5，以使其具有10nm 的厚度，由此如图1H所示形成电子发射器件。用于形成硼化镧的多晶层5的条件如下RF 溅射过程中的Ar压力为1. 5Pa， RF电源为250W，并且RF功率为250W。多晶层5具有7nm 的微晶尺寸和2. 85eV的功函数。 可通过控制溅射条件、特别是使用的Ar压力和功率，控制微晶的尺寸。如果用于 RF溅射的Ar压力被设为2. 0Pa，使用的RF电源和RF功率均被设为800W，并且要形成的层 厚被设为7nm，那么该层的微晶尺寸和功函数可分别被调整为2. 5nm和2. 85eV。如果用于 DC溅射的Ar压力被设为1. 5Pa，使用的RF电源和RF功率均被设为250W，并且要形成的层 厚被设为20nm，那么该层的微晶尺寸和功函数可分别被调整为10. 7nm和2. 8eV。对于用于 形成7nm厚的层的条件，通过X射线衍射观察的衍射峰的积分强度比1(1。。)/1(11。)为0. 54， 并且很好地与从非取向试样获得的数据(JCPDS#34-0427) —致。这证明这里制备的硼化镧 层5是具有随机取向的非取向多晶层。厚度的增大促进与分配给(100)面的衍射峰对应的 取向。对于大于20nm、一般为30nm或更大的厚度，积分强度比1(1。。)/1(11。)大于2. 8。对于 20nm或更小的厚度，(100)和(200)面以外的面的积分强度小于(100)和(200)面的积分 强度。厚度的增加增大微晶的尺寸。当层的微晶尺寸小于2.5nm时，其功函数大于3.0eV， 其原因可能是由于不能维持结晶性。 电子发射器件被放在被抽空到10—8Pa的真空设备中。在阴极电极2和栅电极8之 间重复施加具有6ms的脉冲宽度和25Hz的频率的矩形脉冲电压，使得栅电极8具有较高的 电势。流过栅电极8的栅极电流被监视。阳极板被设置在基板l上方5mm的位置处，流入 阳极板的电流(阳极电流)也被监视，并且，阳极电流的波动被确定。按照以两秒的间隔执 行用于测量与矩形脉冲电压的连续32个周期对应的发射电流的平均值的序列并且确定30 分钟的偏差及其平均值的方式，确定发射电流(阳极电流)的波动。计算获得的数据的(标 准偏差/平均值X100(% ))。 为了比较，以与以上方式基本上相同的方式制备然后测量以下的器件比较性的 电子发射器件，其不在结构体3和由多晶六硼化镧制成的低功函数层5之间包含由氧化钼
21制成的金属氧化物层4。 以与以上方式基本上相同的方式测量如上面描述的那样制造的电子发射器件和 比较性的电子发射器件。结果，包含由氧化钼制成的金属氧化物层4的电子发射器件的平 均电流波动为不包含金属氧化物层4的比较性的电子发射器件的平均电流波动的0. 6倍。 从多个电子发射器件获得数据。其表明电子发射器件之间的差异(偏差)为比较性的电子 发射器件之间的差异(偏差)的0. 5倍。 由于电子发射器件包含由氧化钼制成的金属氧化物层4，因此电子发射器件具有
小的电流波动并可稳定地操作，并且电子发射器件之间的特性差异较小。 例子2 在本例子中，制造包含由钨制成的结构体3的电子发射器件。在栅电极8上形成由 镍制成的牺牲层82的步骤和此步骤之前的步骤(图1D所示的步骤和此步骤之前的步骤) 与在例子1中描述的步骤基本上相同。 在开口 71中沉积钼以使其形成圆锥形，由此如图1E所示的那样形成由钨制成的 结构体3。牺牲层82被选择性去除，由此沉积于牺牲层82上的不必要的钨层30也被去除， 并且获得图1F所示的配置。 图1F所示的结构体3被移动到真空室中，然后通过使用氧化钨靶的溅射工艺在结 构体3上形成氧化钨层即金属氧化物层4，以使其具有约4nm的厚度，如图1G所示。
通过RF溅射工艺在金属氧化物层4上形成六硼化镧的多晶层5，以使其具有10nm 的厚度，由此如图1H所示的那样形成电子发射器件。 以与在例子1中描述的方式基本上相同的方式将电子发射器件放入真空设备中 并测量其阳极电流波动。为了比较，以与以上方式基本上相同的方式制备然后测量以下的 器件比较性的电子发射器件，其不在结构体3和由多晶六硼化镧制成的低功函数层5之间 包含金属氧化物层4。 结果，包含由氧化钼制成的金属氧化物层4的电子发射器件的平均电流波动为不
包含金属氧化物层4的比较性的电子发射器件的平均电流波动的0. 7倍。从电子发射器件
和比较性的电子发射器件获得数据。其表明电子发射器件之间的差异(偏差)为比较性的
电子发射器件之间的差异(偏差)的0.6倍。由于电子发射器件包含由氧化钼制成的金属
氧化物层4，因此电子发射器件具有小的电流波动，可稳定地操作，并且在特性之间具有小
的差异。 例子3 在本例子中，制造以下的器件除了电子发射器件包含含有镧的氧化钼层4以外 与在例子1中制造的电子发射器件基本上相同的电子发射器件。 除了通过在图1G所示的步骤中使用包含氧化钼和镧的靶的溅射工艺形成金属氧 化物层4以使其具有6nm的厚度以外，以与在例子1中描述的方式基本上相同的方式制造 电子发射器件。通过X射线光电子光谱(XPS)分析电子发射器件。结果，金属氧化物层4 中的镧的含量为10原子％，并且检测到镧和镧的氧化物。金属氧化物层4包含Mo02。
以与在例子1中描述的方式基本上相同的方式测量电子发射器件。结果，电子发 射器件具有比在例子1中制造的电子发射器件小的电子发射阈值电压。
以通过与在本例子中使用的过程基本上相同的过程依次在设置在平坦基板上的
22钼层上形成包含镧的氧化钼层4和六硼化镧的多晶层的方式，制备试样。以通过与在例子1
中使用的过程基本上相同的过程依次形成不含镧的氧化钼层和硼化镧的多晶层的方式，制
备比较性的试样。包括含有镧的氧化钼层的试样的厚度方向的电阻比比较性的试样的厚度
方向的电阻小一个或更多个数量级。这可能是由于电子发射器件的氧化钼层4包含镧，因
此，该电子发射器件具有降低的电阻和降低的电子发射阈值电压。 例子4 在本例子中，制造以下的器件除了电子发射器件包括含有氧化钨和镧的金属氧
化物层4以外与在例子2中制造的电子发射器件基本上相同的电子发射器件。
除了通过在图1G所示的步骤中使用包含氧化钨和镧的靶的溅射工艺形成金属氧
化物层4以使其具有6nm的厚度以外，以与在例子2中描述的方式基本上相同的方式制造
电子发射器件。通过XPS分析电子发射器件。结果，金属氧化物层4中的镧的含量为10原
子％ 。在金属氧化物层4中检测到镧和镧的氧化物。金属氧化物层4包含W02。 以与在例子1中描述的方式基本上相同的方式测量电子发射器件。结果，电子发
射器件具有比在例子2中制造的电子发射器件小的电子发射阈值电压。 以通过与在本例子中使用的过程基本上相同的过程依次在设置在平坦基板上的
钨层上形成包含镧的氧化钨层和多晶LaBe层的方式，制备试样。以通过与在例子2中使用
的过程基本上相同的过程依次形成不含镧的氧化钨层和多晶LaBe层的方式，制备比较性的
试样。包括含有镧的氧化钼层的试样的厚度方向的电阻比比较性的试样的厚度方向的电阻
小一个或更多个数量级。这可能是由于试样的氧化钨层包含镧，因此，试样具有降低的电阻
和降低的电子发射阈值电压。 例子5 在本例子中，制造以下的器件除了电子发射器件包含设置在硼化镧的多晶层5 上的氧化镧层6以外与在例子3中制造的电子发射器件基本上相同的电子发射器件。
形成硼化镧的多晶层5的步骤和此步骤之前的步骤(图1H所示的步骤和此步骤 之前的步骤)与在例子3中描述的步骤基本上相同。通过借助溅射工艺在硼化镧的多晶层 5上沉积三氧化二镧，在硼化镧的多晶层5上形成氧化镧层6，以使其具有约3nm的厚度，由 此制造电子发射器件。 以与在例子3中描述的方式基本上相同的方式测量电子发射器件。结果，电子发 射器件的平均电流波动为在例子3中制造的电子发射器件的平均电流波动的0. 7倍。从多 个电子发射器件获得数据。其表明电子发射器件之间的差异(偏差)为在例子3中制造的 电子发射器件之间的差异(偏差)的0. 7倍。 由于在硼化镧的约束层5上设置氧化镧层6，因此电子发射器件具有小的电流波 动，可以稳定地操作，并且在特性之间具有差异。在例子1、例子2和例子4的电子发射器件 的低功函数层5上形成氧化镧层6。得到的电子发射器件以及本例子的电子发射器件的稳 定性优于不包括氧化镧层6的电子发射器件。
例子6 在本例子中，制造以下的器件除了电子发射器件包括由三氧化二钇(Y203)制成 的低功函数层5以外与在例子2中制造的电子发射器件基本上相同的电子发射器件。
以这样一种方式形成Y203 :通过离子电镀工艺形成具有15nm的厚度的非晶Y203层，并且在含有21^氧气的氩气气氛中以40(TC加热基板1。 这些电子发射器件在发射电流和稳定性方面比在例子2中制造的电子发射器件 差，但是在电子发射特性方面优于在例子2中制造的电子发射器件。这些电子发射器件可 稳定地操作，并且电子发射器件之间的特性差异比不包括金属氧化物层4的比较性的电子 发射器件之间的特性差异小。
例子7 在本例子中，如图5所示制造电子发射器件。按照以下次序在基板1上沉积以下 的层用于形成第一绝缘层7a的氮化硅层、用于形成第二绝缘层7b的氧化硅层和用于形成 栅电极8的钨层。通过光刻和干法蚀刻(RIE)的组合加工氮化硅层和钨层，由此如图5B所 示形成第一绝缘层7a和栅电极8。在此步骤中，形成第一绝缘层7a，使得第一绝缘层7a的 侧表面与基板1的上表面形成约80度的角度。氧化硅层被以缓冲氢氟酸选择性地进行湿 法蚀刻，由此形成第二绝缘层7b和凹陷部分60。 通过方向性溅射工艺在第一绝缘层7a的侧表面上沉积钼。在此步骤中，形成第一 导电膜60A和第二导电膜60B，使得第一导电膜60A如图9D所示与第二导电膜60B接触。 使用TMAH作为蚀刻剂执行湿法蚀刻，由此获得以下的结构体包括凸块的结构体3，所述凸 块通过在凹陷部分60的入口附近沉积钼而形成，并且从位于凹陷部分60中的第一绝缘层 7a的上表面部分向第一栅电极部分8a突起。在此步骤中，在第一栅电极部分8a上形成由 钼制成的第二栅电极部分8b。 以与在例子1中描述的方式基本上相同的方式通过使用氧化钼靶的溅射工艺在 结构体3上沉积氧化钼，由此在结构体3上形成用作金属氧化物层4的氧化钼层。在与在 例子1中描述的条件基本上相同的条件下在氧化钼层上形成由多晶硼化镧制成的低功函 数层5。 在此例子中，在如图5C所示的Y方向上以3 ii m的间隔在基板1上形成具有条带 形状的200个电子发射部件9。最终，由铌制成的阴极电极2与电子发射部件9共用地连 接。 在阴极电极2和栅电极8之间施加电压，使得栅电极8具有较高的电势，由此如在 例子1中描述的那样获得均匀、良好的电子发射特性。本例子的电子发射器件的电子发射 阈值电压低于例子1的电子发射器件的电子发射阈值电压。 与例子3中所使用的同样，由于使用氧化钼靶以形成含有镧的氧化钼层，因此，与 使用不含镧的靶制造的电子发射器件相比，这些电子发射器件以更低的电压发射电子。
与例子5中形成的同样，通过溅射工艺在低功函数层5上设置氧化镧层；由此，在
长时段中获得稳定的电子发射特性。
例子8 在本实施例中，使用例子3的电子发射器件制造图7所示的图像显示设备。图像 显示设备是包括以1920列和1080行布置的像素的50英寸对角线的平板显示器。
如图6和图7所示在玻璃基板1上设置例子3的电子发射器件，由此获得电子源 33。使用电子源33作为背板。用于制造电子发射器件的过程如以下参照图l所描述的。
特别地，通过溅射工艺在玻璃基板1之上形成钼层。钼层被构图，由此，阴极电极2 被形成为相互平行。阴极电极2的数量等于图像显示设备的扫描线的数量，并且为1080个。
在阴极电极2之上形成Si02层70，以使其具有1 P m的厚度。通过溅射工艺在Si02 层70之上形成钨膜。钨膜被构图，由此钨层80被形成为与阴极电极2相交并且被形成为相 互平行。钨层80的数量等于图像显示设备的信号线的数量，并且为5760(1920X3)个(钨 层80与阴极电极2的交叉部分的截面如图1A所示)。 通过干法蚀刻在所有的钨层80中形成圆形的第二开口 81，使得IOO个第二开口 81位于钨层80和阴极电极2的每个交叉部分处，由此形成栅电极8。如图1B和图1C所 示，通过使用栅电极8作为掩模的湿法蚀刻在第二开口 81下面形成第一开口 71，使得阴极 电极2通过第一开口71露出。 如图1D和图1E所示，在栅电极8之上形成镍层82，并且通过溅射在其上面沉积 钼，由此在通过第一开口 71和第二开口 81露出的阴极电极2上形成由钼制成的具有圆锥 形状的结构体3。镍层82被去除，由此设置在镍层82上的不必要的钼层30也被去除，如图 1F所示。 在真空室内，如图1G所示，以与在例子3中描述的方式基本上相同的方式，通过使 用通过向氧化钼添加镧制备的靶的溅射工艺，在结构体3上形成金属氧化物层4。金属氧化 物层4包含镧和氧化钼，并具有3nm的厚度。 以与在例子3中描述的方式基本上相同的方式，通过溅射工艺在金属氧化物层4 上设置由多晶LaB6制成的具有10nm的厚度的低功函数层5，由此如图1H所示的那样制造 被用作背板的电子源(背板)33。 如图7所示，在电子源32之上2mm的位置处设置前板31，支撑框架27被设置在其 间。前板31包括玻璃基板22，并且还包括在玻璃基板22的内表面上沉积的发光层25和金 属背21。 通过加热然后冷却作为低熔点金属的铟(In)，各设置在前板31和支撑框架27之 间或支撑框架27和背板33之间的接合部件28与它们密封接合。在真空室中执行密封接 合步骤，因此在不使用任何排气管的情况下同时执行接合和密封。 在本例子中，为了显示彩色图像，发光层25包含各发射红光、绿光或蓝光的荧光 体23。事先形成具有条带图案的黑矩阵24，并且通过灌浆工艺向黑矩阵24的开口部分施 加荧光体23，由此制备发光层25。使用由石墨制成的材料制备发光层25。
在发光层25的内侧(电子发射器件侧)设置由铝制成的金属背21。以在发光层 25的内面侧上真空沉积铝的方式制备金属背21。 以图8所示的驱动电路110等与如上面描述的那样制造的图像显示板连接的方式 制造图像显示设备。选择大量的电子发射器件并向其施加脉冲电压，由此能够在长时段中 显示几乎没有亮度波动的好的明亮图像。 能够使用例子3的电子发射器件而不是例子5的电子发射器件制造以下的设备 与本例子的图像显示设备相比能够在更长的时间段中显示几乎没有亮度波动的图像的图 像显示设备。 此外，能够使用例子7的电子发射器件制造好的图像显示设备。 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这些变更方式和等同的结
构和功能。
2权利要求
一种制造电子发射器件的方法，该电子发射器件包括电子发射部件，所述电子发射部件包括含有金属的结构体和由功函数比所述金属的功函数低的材料制成的覆盖所述结构体的低功函数层，并从表面对电子进行场发射，该方法包括设置包含金属的结构体，在该结构体上已形成有金属氧化物层，所述金属氧化物层包含与在所述结构体中包含的金属相同的金属的氧化物；以及在金属氧化物层上设置低功函数层。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述低功函数层由多晶硼化镧制成。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述金属氧化物层包含镧。
4. 根据权利要求3所述的方法，还包括在低功函数层上设置氧化镧层。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述氧化镧层由三氧化二镧制成。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属是钼，并且所述金属氧化物层包含钼的 氧化物和镧的氧化物。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属是钨，并且所述金属氧化物层包含钨的 氧化物和镧的氧化物。
8. —种制造电子发射器件的方法，包括在具有角部以及与角部连接的侧表面和上表面的绝缘层上形成包含金属的导电膜，使 得所述导电膜在绝缘层的所述侧表面和所述上表面上延伸并且部分覆盖所述角部； 蚀刻所述导电膜；在被蚀刻的导电膜上设置金属氧化物层，所述金属氧化物层包含与在所述导电膜中包 含的金属相同的金属的氧化物；以及设置低功函数层，所述低功函数层由功函数比构成金属氧化物层的金属的功函数小的 材料制成，其中，所述形成的步骤包括形成所述导电膜，使得所述导电膜具有位于侧表面上的第 一部分和位于角部上的第二部分，并且，所述第一部分具有比所述第二部分低的密度，并 且，所述蚀刻的步骤包含以能够比蚀刻所述第二部分更重地蚀刻所述第一部分的蚀刻剂蚀 刻所述第一部分和第二部分。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述低功函数层由多晶硼化镧制成。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述金属氧化物层包含镧。
11. 根据权利要求10所述的方法，还包括在低功函数层上设置氧化镧层。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中，所述氧化镧层由三氧化二镧制成。
13. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述金属是钼，并且所述金属氧化物层包含钼 的氧化物和镧的氧化物。
14. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述金属是钨，并且所述金属氧化物层包含钨 的氧化物和镧的氧化物。
15. —种制造图像显示设备的方法，该图像显示设备包括电子发射器件和当被从所述 电子发射器件发射的电子轰击时发光的发光部件，该方法包括通过根据权利要求1 14中的任一项所述的方法制造电子发射器件中的每一个。
全文摘要
本发明提供制造电子发射器件的方法和制造图像显示设备的方法。具体提供以下的方法一种容易地制造电子发射器件的方法，所述电子发射器件涂覆有低功函数材料，以高的可再现性具有好的电子发射特性，使得电子发射器件之间的电子发射特性的差异降低。在用低功函数材料涂覆结构体之前，在该结构体上形成金属氧化物层。
文档编号H01J9/02GK101752160SQ20091025231
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月2日 优先权日2008年12月2日
发明者西田彰志, 青木直文 申请人:佳能株式会社