电子发射器件的制作方法以及电子源和图像形成设备的制作方法

专利名称：电子发射器件的制作方法以及电子源和图像形成设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于一种电子发射器件的制造方法，并且还涉及一种电子源和一种包含用这种方法制造的电子发射器件的、诸如显示设备的图象形成设备。
已知有两种类型的电子发射器件热电子型的和冷阴极型的。其中，冷阴极型的包括场发射型的(以下缩写为FE型)、金属/绝缘物/金属型(以下缩写为MIM)和表面传导发射型等等。
FE电子发射器件的例子，在W.P.Dyke和W.W.Dolan在Advance in Electron Physics，8.89(1956)上的″Field emission″的论文中和由C.A. Spindt在J.Appl.Phys.，47，5248(1976)上的″PHYSICAL Properties of thin—film field emissioncathodes with molybdenum cones″的论文中进行了描述。
MIM器件，在C.A.Mead等人在J.Appl.Phys.，32.646(1961)上的论文″The tunnel—emission amplifier″中进行了描述。
表面传导电子发射元件在M.I.Elinson在Radio.Eng.Electron Phys.，10(1965)的论文中进行了描述。
表面传导电子发射器件利用了这样一个现象来实现，即当在基底上制成小区域薄膜并强迫电流平行于膜表面流动时，从膜的表面发射出电子。在Einson提出把SnO2薄膜用于这种器件的同时，在G.Dittmer″Thin Solid Films″，9，317(1972)中则提出采用金薄膜，而In2O3/SnO2薄膜的使用和碳薄膜的使用则在M.Hartwell和C.G.Fonstad″IEEE Trans.ED.Conf.″，519(1975)以及H.Araki等人″Vacuum″，Vol.26，No.1，p.22(1983)中被提出。
附图中的图24示意显示了M.Hartwell提出的典型的表面传导电子发射器件。
在图24中，标号221表示一个基底。标号224表示一个通常是通过借助溅射制成一个H形金属氧化薄膜而制备的导电膜，与一对器件电极225，226整体制备，其一部分在受到被称为“电成形”(如以下所述)的电激励处理时最终构成了电子发射区223。在图24中，分离该对器件电极225，226的金属氧化薄膜的一个水平区域，具有0.5至1mm的长度L和0.1mm的宽度W’。注意电子发射区223只是非常示意地显示的，因为没有什么方法能精确地知道它的位置和外形。
如上所述，这种表面传导电子发射器件的导电膜224一般受到被称为“电成形”的电激励预处理，以形成电子发射区223。
在这种电成形处理中，一个直流电压或一个通常以1V/min的速率缓慢上升的电压，加到导电膜224的给定相对端，以部分地破坏、变形或改变薄膜并产生一个具有高电阻的电子发射区223。因此，电子发射区223是导电膜224的一部分，其中一般包含有裂缝，从而使电子能从这些裂缝被发射出去。注意，一旦受到电成形处理，则表面传导电子发射器件，只要在导电膜224上加了适当的电压，就会从其电子发射区223发射电子，使电流流过该器件。
由于如上所述的表面传导电子发射器件的结构简单并能以简单的方式制成，所以可以其优点是容易地把大量的这种器件设置在大的区域上。实际上，为了充分利用表面传导电子发射器件的这一优点，已经进行了大量的研究。所考虑该类型的器件的应用，包括充电电子束源和电子显示器。
在涉及大量表面传导电子发射器件应用的典型例子中，该器件被设置成平行的行，以呈现出梯状的形状，且各个器件借助被设置成列的导线(公共连线)而分别被连接在给定的相对端，以形成一个电子源(如在日本专利申请公开Show 64—31332号、Heil—283749和Hei 1—257552中所公开的)。
至于显示设备和其他包括表面传导电子发射器件的图象形成设备，诸如电子显示器，虽然近年来包括取代CRT的液晶板的平板型显示器已经很流行，但这种显示器也不是没有问题。一个问题是显示器中需要附加的光源以对液晶板进行照明，因为该显示器不是所谓的发射型的，因而，工业界热烈地期待着发射型显示设备的发展。
通过使用一种电子源，可以实现没有这种问题的发射型电子显示器，这种光源是通过把大量的表面传导电子发射器件与一些荧光体相结合而制成的，而这些荧光体是用来借助从电子源发射的电子来发射可见光的。(参见诸如美国专利第5,066,883号)。
对于上述类型的表面传导电子发射器件，导电膜最好用这样的金属氧化物制成，该金属氧化物具有大于例如在上述M.Hartwell的导电膜224(图24)的情况下的金属膜足够多的电阻。这是由于当借助电成形来制作电子发射区时，如果导电膜224具有低电阻，则电成形操作需要大电流。所要求的电流可以是巨大的，超过了任何实际的水平，特别是当在包括多个表面传导电子发射器件的电子源的制作中需要使大量的表面传导电子发射器件同时受到电成形操作时。
另一方面，如果各个器件的导电膜具有高电阻，包括多个表面传导电子发射器件的电子源，和包括这种电子源的图象形成设备，只能通过以较大的速率消耗电力才能被驱动。
由于上面指出的技术问题，因而本发明的一个目的是提供一种电子发射器件的制作方法，它能有效地降低该器件的驱动电压和功率消耗水平。
本发明的另一个目的，是提供一种电子源和一种图象形成设备，它们能在节约功率的基础上运行。
本发明的再一个目的，是提供一种包括多个电子发射器件的电子源和包含这种电子源并能够显示高品质的图象的图象形成设备，其中上述电子发射器件能均匀地运行以进行电子发射。
本发明进一步的目的，是提供一种电子发射器件的制作方法和一种省能电子源以及包含这种电子源并能显示高品质的图象的图象形成设备；该电子发射器件能有效地降低用于电成形的电流和用于驱动该器件的功率消耗水平，而上述电子源包括多个这样的电子发射器件，这些电子发射器件能均匀地运行以进行电子发射。
根据本发明的第一个方面，本发明的上述目的和其他目的，是通过提供一种电子发射器件的制作方法而实现的；该电子发射器件包括一对相对地设置的电极和包括设置在所述电极之间的电子发射区的导电膜，其特征在于所述方法包括一个降低设置在电极之间的导电膜的电阻的处理步骤。
降低设置在电极之间的导电膜的电阻的所述处理步骤，最好是一个用化学方法对该导电膜进行还原的步骤。
根据本发明的第二个方面，提供了一个包括一个用于根据输入信号发射电子的电子发射器件的电子源，其特征在于所述电子发射器件是借助所述制作方法而制成的。
根据本发明的第三个方面，提供了一种图象形成设备，它包括一个电子源和一个用于作为输入信号的函数来形成图象的图象形成部件，其特征在于所述电子源是包括用所述制作方法制成的电子发射器件的电子源。


图1A显示了用根据本发明的制作方法制成的表面传导电子发射器件的示意平面图和图1B为用于驱动该器件的等价电路。
图2是曲线图，显示了在用根据本发明的制作方法制成的电子发射器件的化学还原步骤之前和之后，器件的电流与器件电压之间和发射电流与器件电压之间的关系。
图3A—3C显示了电子发射器件在根据本发明制作方法的不同步骤中的示意剖视图。
图4是示意图，显示了用于确定电子发射器件的性能的测量系统的配置。
图5A和5B是曲线图，显示了可适当地用于本发明的目的的成形电压波形。
图6是曲线图，显示了用根据本发明的制作方法制成的表面传导电子发射器件的发射电流Ie与器件电压Vf之间和器件电流If与器件电压Vf之间的典型关系。
图7A和7B分别表示用根据本发明的制作方法制成的表面传导电子发射器件的示意平面图和剖视图。
图8示意地显示了一种与图7A和7B的器件不同的、用根据本发明的制作方法制成的表面传导电子发射器件的剖视图。
图9是具有电子发射器件的简单矩阵排列的电子源的示意平面图。
图10是图象形成设备的显示板的示意立体图，该图象形成设备包括具有简单的电子发射器件矩阵排列的电子源。
图11A和11B显示了可用于本发明的目的的两种替换荧光膜。
图12是根据本发明的、适合于NTSC系统的图象形成设备的驱动电路的框图。
图13A和13B示意地显示了用于根据本发明的电子源的电子发射器件的两种替换梯形布置。
图14是根据本发明的图象形成设备的显示板的示意立体图，该图象形成设备包括具有电子发射器件的梯形设置的电子源。
图15是具有电子发射器件的简单矩阵排列的电子源的放大示意部分图。
图16是图15的电子源的电子发射器件沿着A—A’线的示意剖视图。
图17A—17F和18G—18I显示了将被用于具有简单矩阵(simple matrix)布置的电子源的电子发射器件的示意剖视图，显示了不同的制作步骤。
图19是根据本发明的电子发射器件的制作方法的化学还原步骤的示意表示，其中采用了还原气体。
图20是根据本发明的电子发射器件在它被保护膜覆盖之后的示意剖视图。
图21是根据本发明的电子发射器件的制作方法在还原溶液中进行的化学还原步骤的示意表示。
图22是根据本发明的、适合于NTSC系统的图象形成设备的驱动电路的框图，它是通过对图12的电路进行修正而得到的。
图23是通过采用根据本发明的图象形成设备而实现的显示设备的框图。
图24是传统的表面传导电子发射器件的示意平面图。
现在结合附图来详细描述本发明。
根据本发明的一个方面，提供了一种包括作为其组成部分的导电膜的电子发射器件的制作方法，其中所述方法包括一个降低导电膜的电阻的处理步骤，从而能显著地降低加到电子发射器件上的电压和电子发射器件所消耗的功率。
将结合图1A，1B和2来描述降低电子发射器件导电膜的电阻的处理步骤。
在图1A中，显示了用根据本发明的制作方法制成的表面传导电子发射器件的示意平面图，该器件包括一对电极5、6和包含设置在这些电极之间的电子发射区3的导电膜4。注意标号1表示一个绝缘基底，且电子发射区3包含有裂缝，以使它本身具有高电阻。
当外部电源通过电极5、6将一定的电压加到导电膜4上以产生流过它的电流时，电子发射区3发射电子。
在图1B中，显示了用于驱动电子发射器件的等价电路。
参见图1B，Rs和Rf分别表示电子发射区3的电阻和导电膜4的各个相对地设置的其余部分的电阻。虽然电子发射区3以外的导电膜4的相对设置的部分可具有互相不同的电阻值，在这里为了方便，假定电子发射区3正好被设置在电极中间且导电膜4的其余部分具有彼此相同的电阻。
若使电子发射器件发射电子所需的电流是id且使电流id流过器件所需要施加的电压是Vf，则该电子发射器件的功率消耗Pall可用方程P(all)＝Vf·id表示。
这里应该注意的是，Pall包括有效功率消耗率Ps＝Rs·id2和无效功率消耗Pf′＝2·Rf’·id2；上述有效功率消耗表示电子发射区为发射电子在单位时间中所实际消耗的功率，而上述无效功率消耗表示导电膜4的、与电子发射区3串联的其余部分在单位时间中消耗的功率。
虽然上面的描述涉及单个的电子发射器件，对于包括多个这种电子发射器件的电子源以及包含这种电子源的图象形成设备，总的无效功率消耗率将是非常大的。
这种电子发射器件的驱动电压和功率消耗率，可通过降低无效功率消耗率Pf’即通过使导电膜4的部分的电阻Rf’(以下称为导电膜4的电阻)比电子发射区3的电阻小很多，而得到降低。
如果导电膜4的单位面积的电阻是Ro□，则导电膜4的电阻Rf’由Rf’＝〔L/(2×W)〕×Ro□表示。虽然可通过减小电极5和6之间的距离L而降低R’f，但不希望L很小，因为那会严重降低整个电子发射器件的设计灵活性。
更具体地，对于具有大显示屏的图象形成设备，设备的各个电子发射器件的电极5和6之间的距离L(以下称为间隙长度)最好不小于3μm，且从目前可得到的对准器的性能、印刷的精确度、产量以及电极图案制造的其他考虑来看，最好不小于几十μm。
考虑到上述技术限制，本发明的目的是提供一种表面传导电子发射器件的制作方法，该表面传导电子发射器件包括一对相对设置的电极和包含设置在所述电极之间的电子发射区的导电膜，其特征在于所述方法包括一个用于降低设置在这些电极之间的导电膜的电阻的处理步骤。
用于降低设置在电极之间的导电膜的电阻的所述处理步骤，最好是对该导电膜进行化学还原的步骤。借助导电膜4的这种化学还原操作，能够显著降低导电膜4的无效功率消耗率Pf，从而使电能被有效地用于器件的电子发射。
现在，结合图2，描述在利用根据本发明的制作方法制成的电子发射器件的化学还原步骤之前和之后，器件电流If和器件电压Vf之间以及发射电流Ie和器件电压Vf之间的关系。在图2中，在化学还原之前的器件电流和发射电流分别用Ifo和Ieo表示，而在化学还原之后的这些电流则分别用Ifm和Iem表示。
如图2所清楚地显示的那样，在化学还原之前的Ifo和Ieo都小于它们在化学还原之后的相应电流Ifm和Iem。这意味着在化学还原操作之后几乎所有加到电子发射器件上的器件电压Vf都被加在电子发射区上，而在化学还原步骤之前器件电压Vf被导电膜的电阻所显著地降低且实际上只有一部分器件电压Vf被加到电子发射区上。换言之，在化学还原步骤之前，如果要在电子发射器件中达到与在化学还原步骤之后相等的发射电流值，则在化学还原步骤之前需要把更高的器件电压加在电子发射器件上，以补偿导电膜中的损耗。此时，导电膜消耗的电功率会更大。
因此，根据本发明，可通过对导电膜进行化学还原来降低电子发射器件的功率消耗。用于为本发明的目的而对导电膜进行化学还原的较佳的技术包括1)在真空中加热该膜，2)在还原气氛中保持该膜，以及3)在还原溶液中保持该膜。借助这些技术中的任何一个，都可进行导电膜的化学还原操作，同时监测导电膜的电阻，直到该电阻达到一个稳定的水平并且不再下降。
现在描述实施本发明的最佳方式。
首先，结合图3A—3C，来描述根据本发明的表面传导电子发射器件的制作方法，该图显示了在三个不同制作步骤中的表面传导电子发射器件。
根据本发明的表面传导电子发射器件的制作方法包括以下步骤。
(A)至到电成形的步骤设置在基底上的一对电极之间的导电膜受到电成形操作。
1)在用清洗剂或纯水彻底清洗基底1之后，借助真空淀积、溅射或其他适当的技术，在基底1上淀积出用于一对器件电极5和6的材料，这些电极随后通过光刻(图3A)而制成。
2)通过施加有机金属溶液并将施加的溶液保持给定的时间，在器件电极5和6对之间的基底1上形成有机金属薄膜。随后，该有机金属薄膜在氧化气氛中被加热，例如，在环境空气气氛中，并被变为导电膜(其主要包括金属氧物)，并随后经受采用诸如剥离或蚀刻的适当技术的图案形成操作，以产生用于形成电子发射区的薄膜2(图3的(b))。虽然在上述描述中采用了有机金属溶液来制作薄膜，但也可借助真空淀积、溅射、化学汽相淀积、扩散应用、浸渍、回旋或其他技术，来制作薄膜。
3)随后，使该器件受到电成形处理。
在这种电成形操作中，导电膜4被局部破坏、变形或转变，从而使导电膜4的一部分经历一种结构改变(成为高电阻区域)，其间在其中形成了裂缝。换言之，在其中由电源(未显示)把电压加在器件电极5和6以对导电膜4进行供电(图3C)的电成形处理中，导电膜4的一部分经历了结构改变，以形成电子发射区3。
在成形操作之后对器件所进行的电处理的其余步骤，都通过采用将在下面结合图4描述的测量系统来进行。
参见图4，该测量系统包括用于向器件施加电压的电源31、用于测量流过器件电极之间的导电膜4的器件电流If的安培计30、用于捕获从器件的电子发射区发射的发射电流Ie的阳极34、用于向测量系统的阳极34施加电压的高压源33、用于测量从器件的电子发射区3发射的发射电流Ie的另一个安培计32、一个真空装置35和一个排出泵36。该排出泵可由普通的高真空系统或无油高真空系统和一个超高真空系统来提供，该普通系统包括一个涡轮泵和一个旋转泵，该无油高真空系统包括一个诸如磁悬浮涡轮泵或一个干燥泵之类的无油泵，而该超高真空系统包括一个离子泵。
一个电子发射器件被放置在真空装置35中，以进行电处理的其余步骤或测量器件的性能，而该器件包括一个基底1、一对器件电极5和6和包括电子发射区3的导电膜4，如图4所示。
真空装置35带有操作它所必需的真空计和其他装置，从而能在所需的真空条件下进行测量操作。
电子源的真空腔和基底可借助加热器(未显示)而被加热到约400℃的温度。
为了确定器件的性能，把1至10KV的电压加到阳极上，该阳极与电子发射器件相距距离H，该距离在2和8mm之间。
对电成形操作，可施加恒定的脉冲电压或增大的脉冲电压。图5A和5B是显示两个可能的电成形电压波形的曲线图。
为了本发明的目的，为电成形操作而加到器件上的电压最好具有脉冲波形。在图5A中，显示了恒定的脉冲波形，其中脉冲波的高度是恒定的，而图5B则显示了增大的脉冲波形，其中脉冲波的高度是随着时间而增大的。
首先，结合图5A描述具有恒定脉冲波形高度的电压。
参见图5A，该脉冲电压具有脉冲宽度T1和脉冲间隔T2，它们分别在1微秒与10微秒和10微秒与100毫秒之间。三角波的高度(电成形操作的峰值电压)的高度可根据所要处理的电子发射器件的轮廓而适当地选择，且电压在适当的真空条件(通常为约10—5乇的真空度)下被施加几秒至几十分钟。注意所要施加到器件电极上的的脉冲波形不限于三角波，并可以是矩形波或某些其他适当的波形。
其次，将结合图5B来描述具有增大的波形的电压。
参见图5的(b)，该脉冲电压具有脉中宽度T1和脉冲间隔T2，它们分别在1微秒与10微秒和10微秒与100毫秒之间，就象在情况(a)中那样。只是三角波的高度(电成形操作的峰值电压)以诸如每级0.1V的速率增大，且该电压被加到处于真空中的器件上。
在约0.1V的电阻测量电压被加到器件电极上以不对薄膜造成局部破坏或变形的情况下，对于电子发射区的形成，通常当对于流过导电薄膜4的器件电流If观测到大于1MΩ的电阻时，就结束电成形操作。
(B)降低电阻设置在一对电极之间的导电膜经历降低其电阻的处理操作。
4)降低导电膜的电阻的处理操作是对导电膜进行化学还原的操作。
对包括设置在基底1上的一对器件电极5和6之间的导电膜4进行化学还原的处理操作，是以如下所述的方式进行的。在此操作中，最好与所要处理的器件一起使用一个监视器件—该控制器件只经历了(A)的1)和2)步骤但未经历电成形操作，以便通过观测未经历电成形但同时经历着化学还原操作的监视器件的导电膜4的电阻的改变，来确定本器件的导电膜4的化学还原操作的完成。
可用于导电膜4的化学还原的技术包括以下的技术。
(1)在真空中加热膜该技术的加热温度最好在100℃和400℃之间，虽然它取决于所涉及的真空度和导电膜的成分。
(2)在还原气氛中保持膜可用于该技术的气体物质包括氢、硫化氢、碘化氢、一氧化碳、二氧化硫和其他较低的气体氧化物。该技术的加热温度最好在室温(20℃)和400℃之间，虽然它取决于所涉及的气体物质。
(3)在还原溶液中保持膜可用于该技术的还原溶液包括肼、二酰亚胺、甲酸、醛和维生素C(L—ascorbic acid)。该技术的加热温度最好在20℃和100℃之间。
5)经历上述步骤的器件随后经历以下所述的活化步骤。
在此活化步骤中，具有恒定波形高度的脉冲电压，被反复加到处在通常在10—4至10—5乇的真空度(与在成形操作的情况下一样)下的器件上，以使来自存在在真空中的有机物质中的碳或碳化合物被淀积在器件上，从而造成器件的器件电流If和发射电流Ie的显著改变并获得具有高发射电流Ie和高电子发射效率((Ie/If)×100％)的电子发射器件。
如果借助TEM或拉曼(Raman)分光仪，会发现上述的碳或碳化合物主要是石墨(单或多晶的)和非晶碳(或非晶碳和多晶碳的混合物)，且淀积的膜的厚度较好地是小于500埃且更好地是小于300埃。
为了本发明的目的，活化步骤最好在化学还原步骤之前。
更具体地，导电膜4由于在化学还原处理过程中的凝聚，可能呈现出表面上的变形，使电子发射区3根据导电膜4的成分和/或化学还原操作的条件而出现部分的短路。一旦出现这种短路状态，器件电流If就会增大，从而降低电子发射电流Ie与器件电流If之比。
电子发射电流Ie与器件电流If之比的降低，可通过在活化步骤中淀积碳或碳化合物时，在接近电子发射区3的位置处的导电膜4上形成一个覆盖膜以在随后的化学还原步骤中抑制导电膜4的任何可能的凝聚和接着的变形，来给予防止。
6)制备的电子发射器件最好受到适当的驱动，以在高于电成形步骤和活化步骤的真空度的真空度下运行。该器件最好在这样高的真空度下在80℃至150℃下得到加热。高于电成形步骤和活化步骤的真空度的真空度，一般意味着不高于10—6乇的真空度，且最好是在其下碳和碳化合物不能进行额外淀积的超高真空状态。
因此，碳和/或碳化合物的任何额外淀积都得到了抑制，以稳定器件电流If和发射电流Ie。
现在结合图6描述根据本发明的、以上述方式制备的电子发射器件的某些基本特征。
图6显示了一个曲线图，它示意显示了通常用图4的测量系统所观测到的器件电压Vf与发射电流Ie之间和器件电压Vf与器件电流If之间的关系。注意在图6中，由于Ie的幅度远小于If的幅度，所以为Ie和If人为选择了不同的单位。
如在图6中可见，根据本发明的电子发射器件在发射电流Ie方面具有三个显著的特征，如下面所述。
第一，根据本发明的电子发射器件当加在其上的电压超过一定的电平(以下称为阈值电压且在图6中用Vth表示)时呈现出突然且急剧增大的发射电流Ie，而当所加的电压低于阈值Vth时发射电流Ie在实际中测不到。换言之，根据本发明的电子发射器件是关于发射电流Ie具有清晰阈值电压Vth的非线性器件。
第二，由于发射电流Ie高度地依赖于器件电压Vf，所以可借助后者来有效地控制前者。
第三，阳极34所捕获的发射电荷，是器件电压Vf的施加时间的函数。换言之，可借助器件电压Vf的施加时间，来有效地控制阳极34捕获的电荷量。
注意器件电流If或者相对于器件电压Vf而单调地增大(如图6中的实线所示，这种特性以下被称为MI特性)或是进行改变而呈现出电压控制负电阻特性(如图6中的虚线所示，以下称为VCNR特性)所特有的形式。器件电流的这些特性取决于多种因素，包括制作方法、其测量条件和器件的运行环境。为了本发明的目的，最好利用MI特性。
现在描述平整型表面传导电子发射器件。
图7A和7B分别显示了用根据本发明的制作方法制成的表面传导电子发射器件的示意平面图和示意剖视图。参见图7A和7B，该器件包括一个基底1、一对器件电极5和6、一个包括电子发射区3的薄膜4。
可用于基底1的材料包括石英玻璃、包含较低含量的诸如Na的杂质的玻璃、苏打氧化钙玻璃、通过借助溅射在苏打氧化钙玻璃上形成一层SiO2而获得的玻璃基底、或诸如氧化铝的陶瓷。
虽然相对设置的器件电极5和6可以用任何高导电材料制成，较好的可用材料包括诸如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、Al、Cu和Pd的金属或它们的合金、包括从Pd、Ag、RuO2、Pd—Ag和玻璃选出的金属或金属氧化物制成的印刷导体、诸如In2O3—SnO2的可透过导电材料、以及诸如多晶硅的半导体材料。
分隔器件电极的距离L、器件电极的长度W、导电膜4的外形和用于设计根据本发明的表面传导电子发射器件的其他因素，可根据器件的应用而得到确定。根据将要加在器件电极上的电压和可用于电子发射的场强，距离L最好在几百埃与几百微米之间，且更好地是在几微米和几十微米之间。
导电薄膜4最好是细颗粒膜，以提供优异的电子发射特性。导电薄膜4的厚度是根据在器件电极5和6上的薄膜的阶梯状覆盖部分、器件电极5和6之间的电阻和用于成形操作的参数(将在下面进行描述)以及其他的因素来确定的，并且最好在几埃与几千埃之间，且更好地是在几十埃和五百埃之间。
当在上述化学还原步骤中进行处理之后，导电膜4通常是用诸如Pd、Ru、Ag、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、W和Pb的金属中选出的材料的细颗粒制成，虽然它也可包含诸如PdO、SnO2、In2O3、PbO、MoO和MoO2的氧化物的那些材料。
“细颗粒膜”在这里指的是由大量细颗粒构成的薄膜，这些细颗粒可以是松散分散的、紧密分布的或彼此随机重叠的(以在某些条件下形成岛结构)。用于本发明的目的的细颗粒的直径在几埃与几千埃之间，且最好在几十埃与两百埃之间。
电子发射区3是导电薄膜4的一部分并包括高电阻的裂缝，虽然其形状取决于导电薄膜4的厚度和材料以及上述的电成形处理。它可包含具有几埃与几百埃之间的直径的导电细颗粒。这种细颗粒的材料可由所有或部分用于制备导电薄膜4的材料形成。导电薄膜4最好在电子发射区和其邻近区域中包含碳和碳化合物。
现在描述阶梯型表面传导电子发射器件。
图8是阶梯型表面传导电子发射器件的示意截面图，显示了其基本结构。与图7的器件相同或类似的部分分别用相同的标号表示。
该器件包括基底1、一对器件电极5和6以及包括电子发射区3的导电膜4，以上部分是用与上述的平面型表面传导电子发射器件相同的材料制成的；该器件还包括一个阶梯形成部分21；阶梯形成部分21是用诸如SiO2的绝缘材料通过真空淀积、印刷或溅射制成的，并具有对应于分隔上述平面型表面传导电子发射器件的器件电极的距离L的膜厚度，或者该膜厚度在几百埃与几十微米之间并最好在几百埃与几微米之间，虽然它是根据制作这里所用的阶梯形成部分的方法、要加在器件电极上的电压和可用于电子发射的场强而选定的。
由于导电膜4是在器件电极5和6和阶梯形成部分21之后形成的，它最好被设置在器件电极5和6上。电子发射区3的位置和外形取决于其制备条件、电成形条件和其他有关的条件，而不限于图8所示的位置和外形。
由于用根据本发明的制作方法制成的电子发射器件具有上述的三个显著特征，即使它被用作组成电子源或包含这种电子源的图象形成设备的多个相同的电子发射器件中的一个，也能根据输入信号来方便而精确地对其电子发射性能进行控制。
下面，将结合包括用根据本发明的制作方法制作的电子发射器件的电子源和图象形成设备的基本配置，对它们进行描述。
可通过在一个基底上设置多个电子发射器件，来实现一种电子源和一种图象形成设备。电子发射器件可以以多种不同方式设置在一个基底上。例如，可沿着一个方向(以下称为行方向)把若干个如前所述的表面传导电子发射器件设置成行，每个器件的相对端均通过导线相连，并得到驱动以由在电子发射器件上面的空间中沿着与行方向垂直的方向(以下称为列方向)设置的控制电极(以下称为栅极或调节装置)进行操作，或者象如下所述的那样，与若干个表面传导电子发射器件一起设置总共m条X方向连线和总共n条Y方向连线且在X方向连线和Y方向连线之间设置中间绝缘层，从而使各个表面传导电子发射器件的一对器件电极分别与一条X方向连线和一条Y方向连线相连。后一种设置被称为简单矩阵设置。
现在详细描述这种简单矩阵设置。
考虑根据本发明的表面传导电子发射器件的三个基本特征，在简单矩阵设置配置中的各个表面传导电子发射器件的电子发射，都可通过在阈值电压电平之上控制加在器件的相对电极上的脉冲电压的波形高度和脉冲宽度，而得到控制。另一方面，在阈值电压电平之下器件不发射任何电子。因此，就电子发射器件的数目而论，可以选择所希望的表面传导电子发射器件，并通过把脉冲电压加到各个选定的器件上，而按照输入信号对其电子发射进行控制。
图9是利用上述特征而实现的根据本发明的电子源的基底的示意平面图。在图9中，电子源包括一个带有多个设置在其上的表面传导电子发射器件的基底91(以下称为电子源基底)、X方向连线92、Y方向连线93、表面传导电子发射器件94和连接导线95。表面传导电子发射器件可以是平面型也可以是阶梯型的。在图9中，电子源基底91可以是玻璃基底，且设置在该基底上的表面传导电子发射器件的数目和配置可根据电子源的应用而适当地选择。
提供了总共m条X方向连线92，它们用DX1、DX2、…、DXm表示并用导电金属通过真空淀积、印刷或溅射而制成。这些连线可根据材料、厚度和宽度而得到适当的设计，大体相同的电压可加在表面传导电子发射器件上。设置了总共n条在材料、厚度和宽度上与X方向连线92相似的Y方向连线，它们用DY1、DY2、…、DYn表示。在m条X方向连线92和n条Y方向连线93之间设置有一个中间绝缘层(未显示)，以将它们彼此电绝缘。m条X方向连线和n条Y方向连线组成了一个矩阵。注意m和n是整数。
中间绝缘层(未显示)通常用SiO2制成并借助真空淀积、印刷或溅射而被形成在绝缘基底91的整个或部分表面上，以呈现所希望的外形。中间绝缘层的厚度、材料和制作方法得到适当的选择，以使它能承受X方向连线92和Y方向连线93在它们交叉处的任何电势差。各个X方向连线92和Y方向连线93均被引出，以形成一个外部终端。
各个表面传导电子发射器件94的相对设置的电极(未显示)，通过相应的连接导线95，与m条X方向连线92中有关的一条和n条Y方向连线93中有关的一条相连；而连接导线95是用导电金属通过真空淀积、印刷或溅射制成的。
器件电极的导电金属材料和从m条X方向连线92和n条Y方向连线93延伸的连接导线95的导电金属材料，可以是相同的或包含共同的元素作为组份，后者是按照前者而适当选择的。如果器件电极和连接导线是用相同的材料制成，则可以把它们一同称为器件电极，而不需要区分连接导线。表面传导电子发射器件可直接设置在基底91上或中间绝缘层(未显示)上。
如下面将更详细描述的，X方向连线92与一个扫描信号发生装置(未显示)相电连接，以把扫描信号加到表面传导电子发射器件94的选定行上，并根据输入信号对该选定行进行扫描。
另一方面，Y方向连线93与一个调节信号发生装置(未显示)相电连接，以把调节信号加到选定列的表面传导电子发射器件74上，并根据输入信号对该选定列进行调节。
注意所要加在各个表面传导电子发射器件上的驱动信号被表示为加在该器件上的扫描信号和调节信号的电压差。
借助上述的简单矩阵连线设置，根据本发明的电子源可有选择并独立地驱动各个电子发射器件。
现在结合图10、11A，11B和12描述根据本发明的图象形成设备，该图象形成设备包括具有上述简单矩阵设置的电子源。
图10显示了该图象形成设备的显示板的基本结构，图11A和11B显示了可用于本发明的目的的两种替换荧光膜，而图12是适合于NTSC系统的图象形成设备的驱动电路的框图。
首先参见图10，该设备包括上述类型的电子源基底91、一块刚性地固定着电子源基底91的后板101、一块通过把荧光膜104和金属本底105设置在玻璃基底103的内表面上而形成的面板106和一个支撑框102。通过把熔接玻璃加到所述后板101、所述支撑框102和所述面板106上并随后在大气或氮气中烘烤至400至500℃以密封接合在一起，形成了设备的壳体108。
在图10中，标号94表示如图9所示的各个电子发射器件的电子发射区，且标号92和93分别表示与各个电子发射器件的相应器件电极相连的X方向连线和Y方向连线。
虽然在上面的描述中，壳体108由面板106、支撑框102和后板101组成，但如果基底91本身足够强，则后板101可被省略，因为后板101主要是用于加强的。如果是这样的话，可不需要独立的后板101，且基底91可与支撑框102直接接合，因而壳体108由面板106、支撑框102和基底91组成。通过在面板106和后板101之间设置一个被称为撑挡(未显示)的支撑部件，可增加壳体108抵抗大气压力的总强度。
图11A和11B示意显示了荧光体形成荧光膜104的两种可能的设置。虽然如果显示板被用来显示黑白图象时荧光膜104只包括荧光体，但为了显示彩色图象它需要包括黑的传导部件111和荧光体112，其中前者根据荧光体的设置而被称为黑条或黑矩阵部件。为彩色显示板设置有黑条或黑矩阵部件，从而使三种不同基色的荧光体112不那么容易看出并通过使周围的区域变黑而减小了外部光的显示图象的对比度降低的不利效果。虽然石墨通常被用作黑条的主要成分，但也可采用其他具有低的光透射率和反射率的导电材料。
可采用适当的淀积或印刷技术，以把荧光材料加到玻璃基底103上，而不论是黑白还是彩色显示器。
在荧光膜104的内表面上设置有普通的金属本底105。提供金属本底105，是为了通过使从荧光体发射并射向壳体内部的光线转回到面板106，而增强显示板的亮度，并将其用作用于施加电子束的加速电压的电极，并当壳体中产生的负离子与荧光体相碰撞时保护它们不受损坏。它是通过使荧光膜104的内表面平滑(在一般被称为“成膜”的操作中)并在形成了荧光膜104之后在其上通过真空淀积形成一个铝膜而制成的。
在面板106上可形成一个透明电极(未显示)，它对着荧光膜84的外表面，以提高荧光膜104的导电率。
如果涉及彩色显示器，在壳体的上述部件被接合在一起之前，应该注意使各组彩色荧光体和电子发射器件精确地对准。
随后借助排出泵(未显示)将壳体108抽到真空约10—7乇的真空度并将其密封。在密封了壳体108之后，可进行一个吸气剂操作，以保持其中的这种真空度。吸气剂操作是在密封壳体108之前或之后立即通过电阻加热或高频加热加热设置在壳体108中给定位置处的吸气剂(未显示)以产生汽相淀积膜的操作。吸气剂一般包含作为主组份的Ba，且形成的汽相淀积膜通常可借助其吸附效果而把壳体的内部保持在1×10—5至10—7乇的真空度。
图12显示了用于驱动一种图象形成设备的显示板的驱动电路的框图，该图象形成设备包括具有上述简单矩阵设置的电子源，且所述设备是为采用NTSC电视信号的图象显示操作而设计的。
在图12中，标号121表示显示板。该电路进一步包括一个扫描电路122、一个控制电路123、一个移位寄存器124、一个行存储器125、一个同步信号分离电路126、一个调节信号发生器127和一对直流电压源Vx和Va。
该设备的各个部件以如下方式进行操作。显示板121通过端Dox1至Doxm、Doy1至Doym而与外部电路和一个高压端Hv相连，其端Dox1至Doxm被设计成接收扫描信号的，这些操作信号用于在一个一个的基础上依次驱动以具有M行和N列的形式设置在电子源中的表面传导电子发射器件中的各个行表面传导电子发射器件(总共有N个器件)。另一方面，端Doy1至Doyn被设计接收调节信号，该调节信号用于控制扫描信号所选定的一行的各个表面传导型电子发射器件的输出电子束。直流电压源Va向高压端Hv提供电平通常为10kV的直流电压，该电压高得足以激励选定的表面传导型电子发射器件的荧光体。
扫描电路122的操作方式如下。
扫描电路122包括M个开关装置(在图12中它们用符号S1和Sm示意地显示)，其每一个取直流电压源Vx的输出电压或0V(地电势)并与显示板121的端Dox1至Doxm中的一个相连。各个开关装置S1至Sm根据从控制电路123提供的控制信号Tscan进行操作，并可通过诸如FET的晶体管的结合而容易地制作。
实施本发明的这种模式的直流电压源Vx，用于在考虑了表面传导电子发射器件的表征(包括电子发射的阈值电压)的情况下，设计成输出恒定的电压。
控制电路123与有关部件的操作相配合，以根据外部输入的图象信号适当地显示图象。它响应从同步信号分离电路126输入的同步信号Tsync，产生用于有关部件的控制信号Tscan、Tsft和Tmry。这些控制信号将在下面得到更详细的描述。
同步信号分离电路126从由外部输入的NTSC电视信号分离出同步信号分量和亮度信号分量，并可通过采用众所周知的频率分离(滤波器)电路而容易地实现。虽然同步信号分离电路126从电视信号提取的同步信号象众所周知的那样包括一个垂直同步信号和一个水平同步信号，但为了方便起见，在这里仅将其简单表示为Tsync，而不管其分量信号。另一方面，从电视信号提取的、被提供给移位寄存器124的亮度信号则被表示为DATA信号。
移位寄存器124，根据从控制电路123输入的控制信号Tsft，对每一行进行DATA信号的串行/并行转换，该DATA信号是在时间串行的基础上串行输入的。换言之，控制信号Tsft对移位寄存器124起着移位时钟的作用。用于一行的、已经经历了串行/并行转换(并对应于用于N个电子发射器件的一组驱动数据)的一组数据，被作为n个平行信号Id1至Idn而被送出移位寄存器124。
行存储器125，在根据来自控制电路123的控制信号Tmry的所要求的时间内，是用于存储用于一行的一组数据—即信号Id1至Idn—的存储器。所存储的数据被作为I’d1至I’dn而被送出并被输入到调节信号发生器127中。
调节信号发生器127，实际上是根据图象数据I’d1至I’dn中的每一个而适当驱动并调节各个表面传导型电子发射器件的操作的信号源，且该器件的输出信号经过端Doy1至Doyn而被输入到显示板121中的表面传导型电子发射器件中。
如上所述，根据本发明的电子发射器件的特征在于关于发射电流Ie的以下特征。存在着一个明确的阈值电压Vth，且当低于该阈值电压Vth的电压被加到其上时，电子发射器件基本上不发射电子。
另一方面，当加到表面传导电子发射器件上的电压超过该阈值电平时，表面传导电子发射器件的电子发射速率作为加到其上的电压的函数而变化。虽然用于电子发射的阈值电压Vth和相对于所加电压的电子发射速率会根据材料、电子发射器件的配置和制作方法而发生变化，但以下所说的则总是真实的。
当脉冲电压被加到根据本发明的电子发射器件上时，如果所加的电压低于电子发射阈值电压，它就基本上不发射电子，但一旦所加的电压超过了该阈值电平，它就开始发射电子。因此，首先该器件的电子束发射速率可通过适当改变脉冲电压的波形高度或幅度Vm而得到控制。第二，可通过适当改变所加电压的脉冲宽度Pw，可以控制该器件所发射的电子束的总电荷。
因此，可通过电压调节或脉宽调节，来根据输入信号对电子发射器件进行调节。用于电压调节的调节信号发生器127可包括一个产生电压脉冲的电路，该脉冲具有恒定的宽度和可变的、作为输入数据的函数而变化的波形高度。
另一方面，用于脉宽调节的调节信号发生器127包括一个用于产生电压脉冲的电路，该电压脉冲具有恒定的波形高度和可变的、作为输入数据的函数而变化的脉冲宽度。
作为上述部件的配合运行的结果，在设备的显示板121上显示出电视图象。虽然以上未具体说明，移位寄存器124和行存储器125可以是数字或模拟信号型的，只要能以给定的速率进行串行/并行转换和视频信号的存储就行。
如果采用数字信号型器件，则同步信号分离电路126的输出信号DATA需要得到数字化。然而，这种转换可通过在同步信号分离电路126的输出端设置一个模/数转换器而方便地进行。与此相关地，应该注意的是，用于调节信号发生器127的电路，根据行存储器125产生的是数字还是模拟信号，可能需要略微的修改。
更具体地，当数字信号被用于电压调节时，调节信号发生器127可适当地包括一个数/模转换电路，如果需要的话可能要将一个放大电路适当加在该数/模转换电路上。对于脉宽调节，调节信号发生器127可采用一种电路，该电路通常包括与一个高速振荡器相结合的、用于计数振荡器产生的波的数目的计数器和用于把所述计数器的输出值与所述存储器的输出值相比较的比较器。如果需要，还可采用一个放大器，来把比较器产生并且其脉冲宽度受到了调节的调节信号的电压放大到表面传导电子发射器件的驱动电压的电平。
另一方面，当用模拟信号进行电压调节时，调节信号发生器127可适当地包括包含一个运算放大器的放大电路且在必要时可加上一个电平移动电路。对脉宽调节，调节信号发生器127可包括一个电压控制型振荡电路(VCO)，并可在后者上加一个放大器以将调节信号的电压放大到表面传导电子发射器件的驱动电压的电平。
借助根据本发明并具有上述构造的图象形成设备，通过把器件电压经过位于壳体之外的端Dox1至Doxm和Doy1至Doyn加到电子发射器件上，就能使它们选择性地发射电子，同时把一个高压经过高压端Hv加到金属本底105或透明电极(未显示)上，以加速发射的电子束，直到它们与荧光膜104碰撞并对其进行激励，从而使后者发光并显示图象。
虽然以上示意地描述了根据本发明的图象形成设备的结构，但部件的材料和细节并不限于以上所描述的并可根据设备的应用进行适当的修正。虽然以上结合采用NTSC电视信号系统的电视图象显示器描述了本发明，但可采用的电视信号系统并不限于具体的一种，且诸如PAL或SECAM的任何其他系统也可被用于本发明。根据本发明的一种图象形成设备特别适于涉及大量扫描行的电视信号，通常是高分辨电视系统(诸如MUSE系统)，因为它可被用于包括大量扫描行的大显示板。
现在，结合图13A，13B和14描述具有梯形设置的电子源和包括这种电子源的图象形成设备的基本结构。
参见图13A和13B，它显示了用于一种电子源的两种替换梯形布置，该电子源包括一个电子源基底144、若干个电子发射器件131和一起用132表示的用于连接电子发射器件的成对公共连线Dx1至Dx10。电子发射器件131在基底144上被设置成沿着X方向延伸的多个平行的行(下文称为器件行)。
借助这种设置，可通过将驱动电压加到公共连线对(Dx1—Dx2、Dx3—Dx4、Dx5—Dx6、Dx7—Dx8、Dx9—Dx10)上，而对电子源的器件行进行独立的驱动。换言之，高于阈值电压的电压加到需要发射电子束的一个或多个器件行上，而低于该阈值的电压加到不需要发射电子束的其余器件行上。或者，一根单个的公共连线可被用于任何两个相邻的器件行(且公共连线Dx2和Dx3、Dx4和Dx5、Dx6和Dx7以及Dx8和Dx9可用相应的单个公共连线代替)。
图14是根据本发明图象形成设备的显示板的示意立体图，且该图象形成设备包括具有电子发射器件的梯形布置的电子源。在图14中，该显示板包括栅极140，其每一个均带有若干个用于电子通过的通孔141；一起用142表示的外部端Dox1、Dox2、…Doxm；一起用143表示并与相应的栅极相连的外部端G1、G2、…、Gn；以及，如图13A和13B所示的电子源基底144。注意在图13A，13B和14中，相同的部件用相同的标号表示。
图14的显示板与图10具有简单矩阵设置的图象形成设备的显示板的显著不同之处，在于它还包括设置在电子源基底144和面板106之间的栅极142。
如上所述，图14中的条形的栅极140被以适当的方式设置在基底144和面板106之间并以矩形方式相对于以梯形方式排列的器件行，以使它们能调节从电子源的表面传导电子发射器件发射的电子束。栅极带有圆形通孔141，后者的数目与电子发射器件相同，以形成一一对应的关系。然而，栅极的形状和位置并不限于图14所示的，并可得到适当的修正，只要它们被设置在电子发射器件的附近或周围。同样，通孔141可用网等取代。
外部端142和用于栅极143的外部端与控制电路(未显示)相电连接。
具有如上所述结构的图象形成设备，可通过与一行一行地驱动电子发射器件(从而能一行一行显示图象)同步地把调节信号同时加到用于图象的单个行的栅极列上，而对用于电子束照射的荧光膜进行控制。
因此，根据本发明并具有如上所述结构的显示设备可具有广阔的工业和商业用途，因为它可作为用于电视广播的显示设备、作为用于电视远距离会议的终端设备且在与感光鼓结合的情况下作为光学打印机进行操作。
(例子)现在通过例子来更详细地描述本发明。
(例1)
下面参见图7A和7B以及图3A—3C，并结合对样品的实验，来描述电子发射器件的制作方法。
步骤a在彻底清洗了苏打氧化钙玻璃板之后，通过溅射在其上形成厚度为0.5微米的氧化硅膜，以制成基底1，在其上形成用于一对器件电极和分离这些电极的间隙的光刻胶(可从Hitachi ChemcalCo.，Ltd.获得的RD—2000N—41)图案，随后通过真空淀积在其上依次淀积出厚度分别为50A和1000A的Ti和Ni。该光刻胶图案溶解在一种有机溶剂中，且用剥离技术处理Ni/Ti淀积膜以产生一对器件电极5和6，该器件电极5和6具有300微米的宽度W并彼此相隔20微米的距离L(图3A)。
步骤b带有开口的一个掩膜被用于借助真空淀积形成膜厚度为1000A的Cr膜，该掩膜随后受到图案化操作；上述开口被用于分离器件电极的间隙L1和其附近的区域。随后，借助回旋法把有机钯(ccp4230可从Okuno Pharmace—utical Co.，Ltd.得到)加到该Cr膜上，同时转动膜，并在300℃烘烤10分钟，以制成用于形成电子发射区的导电膜，后者由包含作为主组份的PdOx的细颗粒组成，并具有100埃的膜厚度和5×104Ω/□的单位面积电阻。
注意“细颗粒膜”在这里指的是由大量细颗粒组成的薄膜，这些颗粒可以是松散的、紧密地排列的或彼此随机重叠的(在某些情况下形成岛结构)。用于本发明的目的的细颗粒的直径，是在上述任何状态下设置的可辨认细颗粒的直径。
步骤c利用酸性蚀刻剂对用于形成电子发射区的Cr膜和烘烤过的导电膜进行蚀刻，以产生具有所需图案的导电膜(图3B)。
现在，制备出了具有一对器件电极和设置在基底上的这些电极之间的导电膜的器件。
步骤d随后，如图4所示，把该器件的基底定位在测量系统中，并借助排出泵将该系统的真空腔的内部抽到1×10—6乇的真空。随后，将来自电源31的电压Vf加到器件电极5和6上60秒，以对器件进行电激励(电成形处理)并在导电膜中产生出局部变形(裂缝)部分(电子发射区)3(图3C)。
图5B显示了用于电成形处理的电压波形。
在图5B中，T1和T2分别表示所加的脉冲电压的脉冲宽度和脉冲间隔，在本例中它们分别是1毫秒和10毫秒。所加的脉冲电压的波形高度(成形操作的峰值电压)以0.1V为一级逐级增加。
已发现在用以上步骤制成的器件的电子发射区3中，弥散有包含作为主组份的氧化钯的细颗粒，这些颗粒的平均直径为30埃。
步骤e随后，已经经历了电成形操作的器件的导电膜4受到化学还原处理。
在此处理中，被该器件和一个未受到电成形处理(但已经经历了上述的步骤a至c)的监控器件设置在具有图4所示的结构的设备中，并随后将它们加热到130℃至200℃的温度约10小时，同时将该设备的内部保持在1×10—6乇的真空度。
在该化学还原处理之后，发现包含作为监控器件主组份的PdOx且没有经历电成形处理的导电膜已经被化学还原成一种Pd金属细颗粒膜，该膜具有5×102Ω/□的单位面积电阻或比化学还原之前的电阻小两位数的值。
在一种检验用以上步骤制备的电子发射器件的性质的尝试中，利用如图4所示的测量系统对其电子发射性能进行了观测。在上述观测中，阳极34和电子发射器件之间的距离H为4mm且阳极34的电势为1kV，而系统的真空腔中的真空度在整个测量操作中保持在1×10—6乇。
在器件的器件电极5和6之间加上了一个器件电压，以观察在这种条件下的器件电流If和发射电流Ie。图6显示了作为这种观测的结果而获得的电流—电压关系。
当器件电压Vf变成8V时，发射电流Ie立即开始流过器件，且当器件电压上升到14V时观测到3.0mA的器件电流If和1.5μA的发射电流，从而提供了0.05％的电子发射效率θ＝Ie/If×100％。
当在化学还原处理之前对器件进行观测时，PdO细颗粒的膜(导电膜)呈现出3.5kΩ的电阻，且裂缝的区域具有4.7kΩ的电阻。在化学还原处理之后，发现电子发射器件由PdO细颗粒构成的该膜的电阻被降低到35Ω，这与裂缝区中的电阻相比可忽略。
换言之，为了使在化学还原处理之后的根据本发明的电子发射器件，获得和在需要24.6V器件电压的处理之前的器件的相同的电子发射率，该器件在处理之后仅需要42mW的功率消耗，而处理之前该器件需要73.8mW或后者的57％，从而证明了显著的功率降低。
(例2)本例涉及包括多个用例1的方法制作的电子发射器件的电子源，以及包含这种电子源的图象形成设备。
图15显示了该电子源的示意部分平面图，图16显示了沿着图15的A—A’线的示意部分剖视图，而图17A—17F和18G—18I显示了处于不同制作步骤中的电子源的示意部分剖视图。注意在图15至18I中，相同或类似的部件分别用相同的标号表示。
91表示一个基底，且92和93分别表示与图9的Dxm和Dyn对应的X和Y方向连线(它们可分别被称为下和上连线)。此外，该电子源包括电子发射器件，其每一个都具有导电膜4和一对器件电极5和6、一个中间绝缘层161和若干个接触孔；每一个接触孔都被用于将器件电极5与相应的下连线92相连。
现在，详细描述在本例中采用的电子源和包含这种电子源的图象形成设备的制作步骤。
步骤a在彻底清洗了苏打氧化钙玻璃板之后，通过溅射在其上形成厚度为0.5微米的氧化硅膜，以制成基底91，在其上依次形成厚度分别为50埃和6000埃的Cr和Au，并随后在其上借助回旋器形成光刻胶(AZ1370可从Hoechst Corporation获得)，并同时使膜转动，并进行烘烤。随后，对一个光掩膜图案进行曝光和显影，以产生用于下连线92的光刻胶图案，并随后湿蚀刻掉淀积的Au/Cr膜，以产生具有所需形状的下连线92(图17A)。
步骤b利用RF溅射，形成一个厚度为1.0微米的氧化硅膜，作为中间绝缘层161(图17B)。步骤c在步骤b所淀积的氧化硅膜中制备了用于产生接触孔162的光刻胶图案，随后利用用作掩膜的光刻胶图案(图17C)，通过对中间绝缘层161进行蚀刻，而实际形成该接触孔162。
对该蚀刻操作，采用了利用CF4和H2的RIE(反应离子蚀刻)步骤d随后，形成用于一对器件电极5和6以及分离这些电极的间隙L1的光刻胶(可从Hitachi Chemcal Co.，Ltd.获得的RD—2000N—41)图案，随后通过真空淀积在其上依次淀积出厚度分别为50A和1000A的Ti和Ni。该光刻胶图案在溶解在一种有机溶剂中，且用剥离技术处理Ni/Ti淀积膜以产生一对器件电极5和6，该器件电极5和6具有300微米的宽度并彼此相隔20微米的距离L1(图17D)。
步骤e当在器件电极5和6上形成了用于上连线93的光刻胶图案之后，通过真空淀积依次淀积出厚度分别为50埃和5,000埃的Ti和Au，随后借助剥离技术除去不需要的区域，以产生具有所需形状的上连线93(图17E)。
步骤f制备了用于器件的导电膜2的掩膜。
该掩膜具有用于分离器件电极的间隙L1及其附近区域的开口。该掩膜被用于借助真空淀积而形成膜厚度为1,000A的Cr膜171，它随后经历图案化操作。随后，借助回旋法把有机钯(ccp4230可从Okuno Pharmaceutical Co.，Ltd.获得)加到该Cr膜上，同时转动膜，并在300℃烘烤10分钟(图17F)。
所制成导电膜2由包含作为主组份的PdOx的细颗粒制成，并具有100埃的膜厚度和5×104Ω/□的单位面积电阻。
注意“细颗粒膜”在这里指的是由大量细颗粒组成的薄膜，这些颗粒可以是松散的、紧密地排列的或彼此随机重叠的(在某些情况下形成岛结构)。用于本发明的目的的细颗粒的直径，是在上述任何状态下设置的可辨认细颗粒的直径。
步骤g利用酸性蚀刻剂对Cr膜和烘烤过的导电膜2进行蚀刻，以产生所需图案(图18G)。
步骤h随后，制备出用于在除了接触孔162之外的整个表面区域上施加光刻胶的图案，且借助真空淀积依次淀积厚度分别为50埃和5000埃的Ti和Au。借助剥离技术除去所有不需要的区域，以掩埋接触孔162(图18H)。
现在，在基底91上制成了下连线92、中间绝缘层161、上连线93、并且器件包括一对器件电极5和6和导电膜2。
随后，制成包括上述电子源基底的电子源和包含这种电子源的图象形成设备。这将在下面结合图10，11A，11B进行描述。
其上有大量根据上述工艺制作的器件的基底91，被刚性地安装在一个后板101上，且随后一个面板106(通过在玻璃基底103上形成一个荧光膜104和一个金属本底105而制成)通过在它们之间装入一个支撑框102而被设置在基底91上方5mm处。熔接玻璃被加到面板106、支撑框102和后板101的接合区域上，随后在大气中将其在400℃下烘烤15分钟并接合成密封状态(图10)。基底91也借助熔接玻璃而被牢固地接合到后板101上。
在图10中，标号92和93分别表示X和Y方向连线。
虽然如果图象形成设备是用于黑白图象的话荧光膜104可只由荧光体构成，在本例中，先设置黑条，并随后用用于基色的相应荧光体填充分隔黑条的间隙，以产生荧光膜104(图11A)。该黑条用包含作为主组份的石墨的流行材料构成。荧光体利用悬浮液法而被加到玻璃基底103上。
通常在荧光膜104的内表面上设置有一个金属本底105。在此例中，一种金属本底是通过借助真空淀积在已经在所谓的成膜处理中被平滑化的荧光膜104的内表面上形成一个Al膜来制备的。面板106还可带有设置在荧光膜104的外表面附近的透明电极(未显示)，以改善荧光膜104的导电性，在本例中没有采用这种电极，因为金属本底具有足够的导电性。
在上述的接合操作之前，荧光体与相应的器件仔细地对准。
随后借助一根抽气管(未显示)和一个抽气泵对所制备的玻璃容器抽真空，以在容器内部达到足够的真空度。随后，设置在基底91上的各个器件的导电膜2受到电成形处理，其中通过外部端Dox1至Doxm和Doy1至Doyn将一个电压加到器件电极5和6上，以在各个导电膜2中形成电子发射区3。
在该成形操作中所用的电压具有与图5B中相同的波形。参见图5B，T1和T2分别为1毫秒和10毫秒，且电成形操作是在约1×10-6乇的真空度下进行的。所加的脉冲电压的波形高度(成形操作的峰值电压)以0.1V为一级逐级增加。
还制成了一个未经历电成形操作的监控器件，从而可用它来在随后的化学还原处理中监测各个器件的电阻，这将在下面描述。
在以上述工艺制成的电子发射器件的电子发射区3中，观测到了包含作为主组份的氧化钯的分散细颗粒。这些细颗粒具有30埃的平均颗粒直径。
步骤i随后，各个器件的包含电子发射区的导电膜4受到化学还原处理(图18I)。
在此处理中，借助抽气泵，将包括面板106、支撑框102和后板101的壳体抽至1×10-6乇的真空度，且随后该器件在真空中被加热到130℃至200℃约10小时。在该化学还原处理之后，发现未经电成形处理的控制器件的导电膜2(PdO细颗粒膜)已经被化学还原成一个Pd金属细颗粒膜，该膜具有5×102Ω/□的单位面积电阻或比化学还原之前的电阻小两位数的值。
因此，在设置在基底91上的器件已经受到用于产生电子发射区3的电成形操作和化学还原处理之后，制备电子源的操作就完成了。
随后，把壳体抽到约10-6乇的真空度，并随后通过借助气体燃烧器熔化并封闭抽气管(未显示)将壳体密封。
采用高频加热技术，使设备受到吸气剂处理，以在密封操作之后保持设备中的真空度；其中吸气剂被设置在壳体中的预定位置(未显示)并正好在密封操作之前立即通过高频加热进行加热，以通过汽相淀积而形成一层膜。该吸气剂是包含作为主组份的Ba的材料。
具有如上所述的简单矩阵设置的电子源随后被用来制作适合于NTSC电视系统的图象形成设备。该图象形成设备是借助如图12所示的驱动电路完成的，并在前面进行了描述。脉冲调节被用于该图象形成设备。
通过经外部端Dox1至Doxm和Doy1至Doyn向上述图象形成设备的电子发射器件施加驱动电压，使它发射电子，且通过经过高压端Hv向金属本底105施加10kV的高压而使发射的电子得到加速，从而使它们与荧光膜104相碰撞，直到后者被激励而发光并产生图象。由于本例中的图象形成设备在其制作中经历了对电子发射器件的导电膜的化学还原处理，它具有运行能量消耗低的特征。
(例3)在本例中，化学还原处理在还原气氛中进行。
通过以下步骤a至e制备出具有如图7A，7B所示的结构的电子发射器件，其中步骤a至d与上述的例1中的相同。所以这里只描述步骤e。步骤e如在例1的情况下一样，包括设置在基底1上的一对电极5和6以及包含电子发射区3的导电膜4的电子发射器件(图3C)，以及未受到电成形操作的监控器件(或经历步骤a至c的器件)，被放置在如图4所示的真空设备中，如图19所示，从一个还原气体筒把包含2％的氢气的氮气引入该真空设备中，直到在室温下在该设备中呈现处1毫乇的分压强，随后该器件被加热到130℃与200℃之间的温度并在该温度下被保持1小时。
在一小时的化学还原处理之后，发现未受到电成形处理的监控器件的包含作为主组份的PdOx的导电膜已经被化学还原成为一个由Pd金属的细颗粒构成的膜，该膜具有5×102Ω/□的单位面积电阻或比化学还原之前的电阻小两位数的值。
在观测用上述步骤制备的电子发射器件的性质的尝试中，用如图4所示的测量系统对其电子发射性能进行观测。在上述观测中，阳极34和电子发射器件之间的距离H为4mm，且阳极34的电势为1kV，而该系统的真空腔中的真空度在整个测量操作中被保持在1×10—6乇。
在器件的器件电极5和6之间施加一个器件电压，以观测在此条件下的器件电流If和发射电流Ie。图6显示了作为观测的结果而获得的电流—电压关系。
当器件电压Vf达到14V时，发射电流Ie立即开始流过该器件，且当器件电压上升到14V时观测到2.2mA的器件电流If和1.1μA的发射电流Ie，从而提供0.05％的电子发射效率θ＝Ie/If×100(％)。
当在化学还原处理之前对器件进行观测时，器件的PdO细颗粒的膜(导电膜)呈现出3.5kΩ的电阻，且裂缝区具有6.4kΩ的电阻。在化学还原处理之后，发现电子发射器件由PdO细颗粒构成的该膜的电阻被降低到35Ω，这与裂缝区中的电阻相比可忽略。
换言之，为了使在化学还原处理之后的根据本发明的电子发射器件，获得和在需要22V器件电压的处理之前的器件的相同的电子发射率，该器件在处理之后仅需要31mW的功率消耗，而处理之前该器件需要48mW，即约为前者的三分之二，从而证明了显著的功率降低。
注意化学还原处理的持续时间只有一小时，且这一事实可能对提高所考虑的类型的电子发射器件的生产率有很大的贡献。另外，由于化学还原处理是在大气下在电炉中进行的，所以制作电子发射器件所需的整个设备可以得到显著的简化。
(例4)制备了总共二十五个电子发射器件，每一个都具有如图7A和7B所示的结构。
以下将结合图3A—3C和图7A—7B，并结合单个的器件，来描述制备电子发射器件的工艺。
步骤a在彻底清洗的苏打氧化钙玻璃板上通过溅射形成厚度为0.5微米的氧化硅膜，以形成基底1，在其上形成用于一对器件电极和分离这些电极的间隙的光刻胶(RD—2000N—41可从HitachiChemical Co.，Ltd.获得)图案，且随后在其上通过真空淀积依次淀积出厚度分别为5nm和100nm的Ti和Ni。
该光刻胶图案被溶解在一种有机溶剂中，且用剥离技术对该Ni/Ti淀积膜进行处理，以形成一对器件电极5和6，且这对电极具有300微米的宽度W并彼此分开20微米的距离L(图3A)。
步骤b通过真空淀积在步骤a中制备并包括器件电极5和6的基底的整个表面上淀积出一层厚度为50nm的Cr膜，并随后利用具有长度不小于L且宽度为W’的、用于分隔器件电极的开口和其附近部分的掩模(未显示)，使该Cr膜受到图案形成操作。随后该膜被显影并对开口进行蚀刻，以暴露分隔电极的间隙L和器件电极5和6的部分，以产生具有100μm的宽度W’的Cr掩模。随后，借助回旋器把有机Pd(ccp4230可从Okuno Pharmaceutical Co.，Ltd.获得)加在该Cr膜上，同时使膜转动，并在300℃下烘烤10分钟。随后，用酸性蚀刻剂对该Cr膜进行蚀刻，并利用剥离技术对其进行处理以形成导电膜4(图3B)。
所产生的导电膜4由包含作为主组份的PdO的细颗粒构成，并具有100埃的膜厚度和2×104Ω/□的单位面积电阻。
注意“细颗粒膜”在这里指的是由大量细颗粒组成的薄膜，这些颗粒可以是松散的、紧密地排列的或彼此随机重叠的(在某些情况下形成岛结构)。用于本发明的目的的细颗粒的直径，是在上述任何状态下设置的可辨认细颗粒的直径。
现在，通过上述步骤，对所有器件都在基底1上形成了一对器件电极5、6和导电膜4。
步骤c随后这些器件被定位在如图4所示的测量系统中，且借助抽气泵将该系统的真空腔的内部抽到2×10-5乇的真空度。随后，把来自电源31的电压Vf加到二十五个器件中的二十四个的器件电极5、6上，以对这些器件进行电激励(电成形处理)。
图5B显示了用于该电成形处理的电压波形。
在图5B中，T1和T2分别表示所加的脉冲电压的脉冲宽度和脉冲间隔，在本例中它们分别为1毫秒和10毫秒。所加的脉冲电压的波形高度(成形操作的峰值电压)以0.1V为一级逐级增加。在电成形操作期间，附加的0.1V脉冲电压被插入在用于测量电阻的各个间隔T2中，且当通过利用脉中电压而测量到的电阻超过约1MΩ时，脉冲电压的施加被终止，以完成电成形处理。
在从电成形处理开始到结束的时间中，器件电流If达到一个最大电平Imax，与Imax相对应的电压(或脉中电压的波形高度)用成形电压Vform表示。
用于上述器件的成形电压Vform大约为7.0V。
步骤d随后，在已经受到电成形处理的二十四个器件中的十二个上，进行保护膜形成操作。在此操作中，如图5A所示并具有14V的波形高度的脉冲电压被加到器件的器件电极5、6上，以使它们发射电子。所发射的电子使碳化合物分解成碳原子，后者淀积在器件的电子发射区3之上和附近，以形成保护膜。
经过保护膜形成操作的十二个器件被称为器件A，而在电成形处理之后未经过保护膜形成操作的其余十二个器件被称为器件B。
对于保护膜形成操作，一个脉中电压被加到各个器件的器件电极5、6上，同时在图4所示的设备中观测发射电流Ie，该设备的内部保持着1.5×10-5乇的真空度。
发射电流Ie在大约30分钟中变得饱和，此时保护膜形成操作结束。
步骤e包括未经历电成形处理的那一个在内的所有器件随后受到化学还原处理。
在此操作中，在流量控制器(未显示)的控制下，通过一个还原气体入管，引入包含2％的氢的氮气，直到其在真空设备中呈现出1毫乇的分压强。
当二十五个器件在此环境下暴露一小时时，包含作为主组份的PdO的器件的导电膜4得到化学还原，从而变成如此多的细Pd颗粒膜，以致它呈现5×102Ω/□的单位面积电阻或比化学还原之前的电阻小两位数的值。
膜的电阻的这种改变，通过测量在化学还原处理之前和之后都没有受到电成形操作的那个电子发射器件的器件电极之间的电阻(以下称为器件电阻)，而得到证实。更具体地，在化学还原之前，该器件的器件电阻为4kΩ，而在化学还原之后为约100Ω。
从量上看，当用上述方法制备的电子发射器件在上述条件下得到驱动时，大约为1mA的器件电流流过该器件。
如果该器件的导电膜4未受到化学还原，由于设置在电子发射区3的相对端处的膜的横向部分的较高电阻消耗4mW的无效功率，所以在导电膜4处有大约4V的器件电压下降。
如从图6中所示的表面传导电子发射器件的电流—电压关系曲线图可见，当器件电压达到Vth时，发射电流相对于器件电压急剧或指数地上升。因此，未受到化学还原处理的导电膜4不仅消耗无效功率，而且还降低加到电子发射区3上的电压，因而由于在膜的横部分处的电压下降而降低了电子发射率。
所以，为了使未受到化学还原处理的电子发射器件的发射电流等于经历了化学还原处理的电子发射器件的发射电流，前一器件的驱动电压必须比后一器件的高大约4V。
换言之，化学还原处理，对于以低的电压和低能量消耗速率来有效地驱动的表面传导电子发射器件，是非常有效的。
为了进一步观测用上述步骤制备的表面传导电子发射器件的特性和性能，取出一个器件A和一个器件B并通过电子显微镜对它们进行观察，并在图4的设备中一一地测试其余的器件。进行测试的电子发射器件与阳极34相距4mm，且1kV的电压被加到该阳极上，同时在测试期间将真空设备的内部保持在1×10-6乇的真空度。
将14V的器件电压加到进行测试的器件A和B中的每一个上，以观测器件电流If和发射电流Ie。
当把十二个器件A与十二个器件B比较时，对于14V的器件电压，器件A的平均器件电流If是1.0mA，而器件B的是1.2mA，且前者的发射电流Ie是0.5μA而后者的是0.45μA，从而器件A提供的电子发射效率θ＝Ie/If×100(％)是0.05％，而器件B提供的电子发射效率是0.04％。器件A的分散的发射电流值相对于平均值的标准偏离是大约6％，而器件B的是大约10％。
从上述观测，证明器件A的无效电流(器件电流中对电子发射没有贡献的部分)比器件B的小，且器件A在电子发射效率和均匀性上都比器件B优越。
作为电子显微镜观测的结果，发现取样的器件A，在正与负端的电子发射区3附近的基底1和导电膜4的连接处，如图20所示，都具有保护膜11，虽然该保护膜在正电极端特别显著。虽然在样品器件B中观察到了类似的膜，但它要差得多，且在某些必需的区域未发现这种膜。
当通过具有大放大倍数的FE—SEM进行观察时，发现在没有保护膜而受到了化学还原处理的每一个器件B的细颗粒导电膜4，在电子发射区3的附近已经部分变形并移位了。由于电子发射区3已经部分地被导电膜4所覆盖，器件电极5和6通过狭窄的电流通路而略微有所短路。这或许能够证明电子发射区3已经由于化学还原而被部分地破坏了。与此相反，在带有保护膜而受到化学还原的器件A上则观察不到这种现象。
保护膜11似乎也已经形成在导电膜4的周边区域和分隔金属细颗粒的间隙中。通过借助TEM和拉曼摄谱仪来观测保护膜，发现保护膜11由主要是石墨和非晶碳形成的碳或碳化合物构成。
从上述观测，可以有把握地下结论说，在化学还原处理期间，由于在电子发射区3附近和周围的导电膜上激活了表面能量，各个器件B的电子发射区3和细颗粒导电膜的其余区域被部分破坏和移位了，从而使器件B之间出现了性能上的差别。另一方面，在每一个器件A的电子发射区3附近或周围形成的碳和碳化合物保护膜11，在化学还原处理期间有效地防止了对电子发射区3的破坏，从而使还原处理能稳定地进行，以制成均匀的器件A。
(例5)本例涉及包括多个用例2的方法制成的A型电子发射器件的图象形成设备，其中导电膜4由SnO2制成且电子发射器件被排列成简单矩阵。
图15显示了电子源的示意部分平面图，图16显示了沿着图15的A—A’线的示意部分剖视图，而图17A—17F，18G—18I显示了处于不同制作步骤的电子源的示意部分剖视图。注意在图15至18I中相同或类似的部件分别用相同的标号表示。
91表示一个基底，且92和93分别表示与图9的Dxm和Dyn对应的X和Y方向连线(它们可分别被称为下和上连线)。此外，该电子源包括电子发射器件，其每一个都具有导电膜4和一对器件电极5和6、一个中间绝缘层161和若干个接触孔；每一个接触孔都被用于将器件电极5与相应的下连线92相连。
现在，详细描述在本例中采用的电子源和包含这种电子源的图象形成设备的制作步骤。
步骤a在彻底清洗了苏打氧化钙玻璃板之后，通过溅射在其上形成厚度为0.5微米的氧化硅膜，以制成基底91，在其上依次形成厚度分别为5.0nm和600nm的Cr和Au，并随后在其上借助回旋器形成光刻胶(AZ1370可从Hoechst Corporation获得)，并同时使膜转动，并进行烘烤。随后，对一个光掩模图案进行曝光和显影，以产生用于下连线92的光刻胶图案，并随后湿蚀刻掉淀积的Au/Cr膜，以产生具有所需形状的下连线92(图17A)。
步骤b利用RF溅射，形成一个厚度为1.0微米的氧化硅膜，作为中间绝缘层161(图17B)。步骤c在步骤b所淀积的氧化硅膜上制备了用于产生接触孔162的光刻胶图案，随后利用用于掩模的光刻胶图案(图17C)，通过对中间绝缘层161进行蚀刻，而实际形成该接触孔162。对该蚀刻操作，采用了利用CF4和H2气体的RIE(反应离子蚀刻)步骤d随后，形成用于一对器件电极5和6以及分离这些电极的间隙G的光刻胶(可从Hitachi Chemcal Co.，Ltd.获得的RD—2000N—41)图案，随后通过真空淀积在其上依次淀积出厚度分别为5.0nm和100nm的Ti和Ni。该光刻胶图案溶解在一种有机溶剂中，且用剥离技术处理Ni/Ti淀积膜以产生一对器件电极5和6，该器件电极5和6具有300微米的宽度并彼此相隔20微米的距离L1(图17D)。
步骤e在器件电极5和6上形成了用于上连线93的光刻胶图案之后，通过真空淀积依次淀积出厚度分别为5.0nm和500nm的Ti和Au，随后借助剥离技术除去不需要的区域，以产生具有所需形状的上连线93(图17E)。
步骤f通过在氧气氛下溅射Sn，并利用具有用于分隔各个器件的器件电极及其附近区域的间隙L1的开口的金属掩模，形成了由Sn和SnO2的混合物构成的导电膜2(图17F)。对于本例子，导电膜2的宽度为100微米。所形成的导电膜2是由包含作为主组份的SnO2的细颗粒构成的，并具有70埃的膜厚度和2.5×104Ω/□的单位面积电阻。注意“细颗粒膜”在这里指的是由大量细颗粒组成的薄膜，这些颗粒可以是松散的、紧密地排列的或彼此随机重叠的(在某些情况下形成岛结构)。用于本发明的目的的细颗粒的直径，是在上述任何状态下设置的可辨认细颗粒的直径。
步骤g利用酸性蚀刻剂对Cr171膜和烘烤过的导电膜2进行蚀刻，以产生具有所需图案的导电膜(图18G)。
步骤h随后，制备出用于在除了接触孔162之外的整个表面区域上施加光刻胶的图案，且借助真空淀积依次淀积厚度分别为5.0nm和500nm的Ti和Au。借助剥离技术除去所有不需要的区域，以掩埋接触孔162(图18H)。
现在，在基底91上制成了下连线92、中间绝缘层161、上连线93、器件包括一对器件电极5和6和导电膜2。
随后，制成包括上述电子源基底的电子源和包含这种电子源的图象形成设备。这将在下面结合图10，11A和11B进行描述。
其上有大量以上述方式制作的器件的基底91，被刚性地安装在一个后板101上，且随后一个面板106(通过在玻璃基底103上形成一个荧光膜104和一个金属本底105而制成)通过在它们之间装入一个支撑框102而被设置在基底91上方5mm处。熔接玻璃被加到面板106、支撑框102和后板101的接合区域上，随后在大气中将其在400℃下烘烤10分钟并接合成密封状态(图10)。
基底91也借助熔接玻璃而被牢固地接合到后板101上。
在图10中，标号92和93分别表示X和Y方向连线。
虽然如果图象形成设备是用于黑白图象的话荧光膜104可只由荧光体构成，在本例中，先设置黑条，并随后用用于基色的相应荧光体填充分隔黑条的间隙，以产生荧光膜104(图11A)。
该黑条用包含作为主组份的石墨的流行材料构成。
荧光体利用悬浮液法而被加到玻璃基底103上。通常在荧光膜104的内表面上设置有一个金属本底105。在此例中，一种金属本底是通过借助真空淀积在已经在所谓的成膜处理中被平滑化的荧光膜104的内表面上形成一个Al膜来制备的。
面板106还可带有设置在荧光膜104的外表面附近的透明电极(未显示)，以改善荧光膜104的导电性，在本例中没有采用这种电极，因为金属本底具有足够的导电性。
在上述的接合操作之前，荧光体被与相应的器件仔细地对准。
随后借助一根抽气管(未显示)和一个抽气泵对所制备的玻璃容器抽真空，以在容器内部达到足够的真空度。随后，设置在基底91上的各个器件的导电膜2受到电成形处理，其中通过外部端Dox1至Doxm和Doy1至Doyn将一个电压加到器件的器件电极5和6上，以在各个导电膜2中形成电子发射区3。
在该成形操作中所用的电压具有与图5B中相同的波形。
参见图5B，T1和T2分别为1毫秒和10毫秒，且电成形操作是在约1×10-6乇的真空度下进行的。所加的脉冲电压的波形高度(成形操作的峰值电压)以0.1V为一级逐级增加。在电成形操作期间，附加的0.1V脉冲电压被插入在用于测量电阻的各个间隔T2中，且当通过利用脉冲电压而测量到的电阻超过约1MΩ时，脉冲电压的施加被终止，以完成电成形处理。
用于上述器件的成形电压Vform大约为4.0V。
观测到包含作为主组份的SnOx并具有4.0nm的平均直径的细颗粒分散在用上述方法制成的电子发射器件的整个电子发射区3中。
随后，在与电成形处理相同的真空条件下，对每一个器件进行保护膜形成操作，其中通过外部电极Dox1至Doxm和Doy1至Doyn，如图5B所示的脉中电压加到电子发射器件94的器件电极5和6上。
在此操作中，具有14V的波形高度的脉冲电压被加到该器件的器件电极5、6上，以使它们发射电子，同时观测发射电流Ie。发射电流Ie在大约30分钟中饱和，此时保护膜形成操作完成。
所有器件随后受到化学还原处理。
在此操作中，在流量控制器(未显示)的控制下，通过一个还原气体入管，引入包含2％的氢的氮气，直到其在真空设备中呈现出1毫乇的分压强。
当器件在此环境下暴露一小时时，器件包含作为主组份的SnO2的导电膜4得到化学还原，从而变成如此多的细Sn颗粒膜，以致它呈现6×102Ω/□的单位面积电阻或比化学还原之前的电阻小两位数的值。
因此，当电子发射器件94已经经过用于形成电子发射区3的电成形操作、保护膜形成操作和化学还原处理时，制备它们的操作就完成了。
随后，把壳体抽到约10-6乇的真空度，并随后通过借助气体燃烧器熔化并封闭抽气管(未显示)而将壳体密封。
采用高频加热技术，使设备受到吸气剂处理，以在密封操作之后保持设备中的真空度；其中吸气剂被设置在壳体中的预定位置(未显示)并正好在密封操作之前立即通过高频加热进行加热，以通过汽相淀积而形成一层膜。该吸气剂是包含作为主组份的Ba的材料。
通过经外部端Dox1至Doxm和Doy1至Doyn向上述图象形成设备的电子发射器件施加由一个信号发生装置(未显示)所产生的扫描信号和调节信号，使它发射电子，且通过经过高压端Hv向金属本底105或一个透明电极(未显示)施加大于几个kV的高压而使发射的电子得到加速，从而使它们与荧光膜104相碰撞，直到后者被激励而发光并产生图象。
本例所制备的电子源消耗的功率较小且驱动电压较低，因而加到电子源周围的电路上的负载也得到了降低。因此，可以低成本制作包含这种电子源的图象形成设备。
该图象形成设备能以较低的功率消耗稳定地运行并显示优异的图象。
(例6)本例涉及包括大量表面传导电子发射器件和控制电极(栅极)的图象形成设备。
由于在本例中涉及的设备能以如上所述的有关例5的图象形成设备的方法制造，所以将不进一步描述其制作方法。
该器件电极的每一个表面传导电子发射器件在器件电极之间都具有50微米的间隙。以与例5类似的方式，对该器件进行化学还原处理。在此还原处理中，该器件被暴露在包含2％的氢并具有100毫乇的分压强的氮气中30分钟。
结合该设备通过排列若干个表面传导电子发射器件而制成的电子源，来描述该设备的配置。
在图13B中显示了梯型的电子源的示意平面图。参见图13B，144表示通常用苏打氧化钙玻璃制成的电子源基底，且131表示设置在基底144上并用虚线圆表示的表面传导电子发射器件，而用132一起代表的Dx’1至Dx’6表示用于这些表面传导电子发射器件的公共连线。
表面传导电子发射器件131被排列成沿着X方向延伸的行(以下称为器件行)，且各行的表面传导电子发射器件通过沿着行延伸的一对公共连线并联连接。注意在任何两个相邻的器件行之间设置了单一条公共连线，作为两行的连线电极。例如公共连线Dx’2被第一器件行和第二器件行所用。
连线电极的这种布置的有利之处在于，如果与图13A的布置相比，任意两条相邻行的表面传导电子发射器件沿着Y方向的分隔距离可大大减小。
在本例包括上述电子源的设备中，该电子源，通过将适当的驱动电压加到相应的连线电极上，可独立地驱动任何器件行。更具体地，一个超过电子发射的阈值电压电平的电压被加到所要驱动以发射电子的器件行上，而未超过电子发射的阈值电压电平的一个电压(例如0V)被加到其余的器件行上。(以下用驱动电压Vope(V)来表示超过该阈值电压电平并被用于本发明的目的电压)。
例如，通过把0V加到连线电极Dx’1至Dx’3上并把Vope(V)加到连线电极Dx’4至Dx’6上，则只有第三行的器件能得到驱动。因此，Vope－0＝Vope(V)被加到第三行的器件上，而0V、0－0＝0V或Vope－Vope＝0(V)被加到其余的所有行上。
同样，通过把0V加到连线电极Dx’1、Dx’2和Dx’6上并将Vope(V)加到连线电极Dx’3、Dx’4和Dx’5上，可使第二和第五行的器件同时得到驱动。以此方式，可有选择地对该电子源的任何器件行的器件进行驱动。
虽然在图13B的电子源中各个器件行有十二(12)个沿X方向设置的表面传导电子发射器件，但各个器件行中设置的器件的数目并不限于此，而且可以设置更多的器件。另外，虽然在该电子源中有五(5)个器件行，但器件行的数目并不限于此，且可以设置更多的器件行。
现在描述包含上述类式的电子源的板型CRT。
图14是包含如图13B所示的电子源的板式CRT的示意立体图。在图14中，VC表示一个玻璃真空容器，它带有作为其部件的、用于显示图象的面板。在该面板的内表面上设置有用ITO制成的透明电极，且在该透明电极上以彼此不相干扰的拼块或条的形式加有红、绿和蓝荧光部件。为了简化说明，在图14中用标号104共同表示透明电极和荧光部件。可设置CRT领域中已知的黑条，以填充透明电极未被荧光条所占据的空白区域。类似地，在荧光部件上可设置任何已知类型的金属本底层。透明电极通过一个端Hv而与真空容器的外侧相电连接，以把电压加到其上，从而对电子束进行加速。
在图14中，144表示刚性地固定在真空容器VC的底部上的电子源的基底，在其上以上面结合图13B所述的方式设置有若干个表面传导电子发射器件。器件行的连线电极与设置在设备的横向板上的相应电极端Dox1至Dox(m＋1)相连，以使驱动信号能从真空壳体的外部加到其上(在本例的设备中，m＝200)。
在基底144和面板106的中间，设置有条形栅极电极140。沿着与器件行的方向垂直的方向(或沿着Y方向)，设置有总共200个栅极电极GR，且各个栅极电极具有给定数目的、用于使电子束通过的开口141。更具体地，为各个表面传导电子发射器件提供了圆形的开口141。该栅极电极经相应的电终端G1至Gn(在本例的设备中n＝200)与真空容器的外部相电连接。
上述的显示板包括多个表面传导电子发射器件，这些表面传导电子发射器件排列成200条器件行和200个栅极电极以形成200×200的X—Y矩阵。以这种布置，通过与一行一行地驱动(扫描)表面传导电子发射器件的操作同步地把调节信号加到用于图象的单个一行的栅极电极上以控制电子束对荧光膜的照射，就能在屏幕上一行一行地显示图象。
图22是一个电路的框图，该电路被用于对具有梯形布置的上述电子源的显示板进行驱动以显示根据NTSC系统的电视信号的图象脉冲调节被用于图象形成设备。
随后通过经外部端Dox1至Dox(m＋1)和Doy1至Doyn向上述图象形成设备的电子发射器件施加一个信号发生装置所产生的扫描信号和调节信号，使它发射电子，且通过经过高压端Hv向金属本底(未显示)或透明电极(未显示)施加10kV的高压而使发射的电子得到加速，从而使它们与荧光膜104相碰撞，直到后者被激励而发光并产生图象。
本例所制备的电子源消耗的功率较小且驱动电压较低，因而加到电子源周围的电路上的负载也得到了降低。因此，可以低成本制作包含这种电子源的图象形成设备。
(例7)与其中通过在真空中加热而对电子发射器件的细PdO颗粒膜进行化学还原的例1不同，本例的电子发射器件的细颗粒膜是在还原溶液中被加热和还原的。
通过以下的步骤a至e，制备出具有如图7A和7B所示的结构的电子发射器件；在这些步骤中步骤a至d与例1中的相同。所以在此只描述步骤e。
与例1的情况相同，包括设置在基底1上的一对器件电极5、6和包含电子发射区3的导电膜4的器件受到如下的化学还原处理。
步骤e如图21所示，电子发射器件被放置在100％的甲酸液体(还原液体)中，并借助一个与一个温度控制器相连的加热器，被加热到50℃至60℃之间的温度2分钟。因此，以器件的细颗粒膜的形式存在的、未经历电成形处理的PdO得到化学还原，从而变成也以细颗粒膜的形式存在的金属Pd，它呈现5×102Ω/□的单位面积电阻或比化学还原之前的电阻小两位数的值。
在观测用上述步骤制备的平面型电子发射器件的性质的尝试中，用如图4所示的测量系统对电子发射性能进行观测。在上述观测中，阳极34和电子发射器件之间的距离H为4mm，且阳极34的电势为1kV，而该系统的真空腔中的真空度在整个测量操作中被保持在1×10-6乇。
在器件的器件电极5和6之间施加一个器件电压，以观测在此条件下的器件电流If和发射电流Ie。图6显示了作为观测结果而获得的电流—电压关系。
当器件电压Vf达到8V时，器件的发射电流Ie开始急剧增加，且当器件电压上升到14V时观测到2.mA的器件电流If和1.2μA的发射电流Ie，从而提供0.06％的电子发射效率θ＝Ie/If×100(％)。
当在化学还原处理之前对器件进行观测时，器件的PdO细颗粒的膜(导电膜)呈现出3.5kΩ的电阻，且裂缝区具有7kΩ的电阻。
在化学还原处理之后，发现经历了化学还原处理的电子发射器件(本例的器件)由PdO细颗粒构成的该膜的电阻被降低到30Ω，这与裂缝区中的电阻相比可忽略。
换言之，为了使在化学还原处理之后的根据本发明的电子发射器件获得和在需要21V器件电压的处理之前的器件的相同的电子发射率，该器件在处理之后仅需要28mW的功率消耗，而处理之前该器件需要42mW，即约为后者的三分之二，从而证明了显著的功率节省。
注意化学还原处理的持续时间只有二小时，或者比例1的器件的化学还原处理时间(10小时)短得多，且这一事实可能对提高所考虑的类型的电子发射器件的生产率有进一步的贡献。另外，由于化学还原处理不需要任何气体或真空设备，所以制作电子发射器件所需的整个设备可以得到显著的简化。
(例8)图23是显示设备的框图，该显示设备包括通过设置多个表面传导电子发射器件而实现的电子源和一个显示板，并被用于根据来自不同信号源的输入信号来显示各种视频数据以及电视发送的图象。
参见图23，该设备包括一个显示板500、一个显示板驱动电路501、一个显示控制器502、一个多路调制器503、一个解码器504、一个输入/输出接口电路505、一个CPU 506、一个图象发生电路507、图象存储接口电路508、509和510、一个图象输入接口电路511、TV信号接收电路512和513和一个输入部分514。如果该显示设备被用于接收由视频和声频信号构成的电视信号，则除了图中所示的电路之外，还需要用于接收、分离、再现、处理和存储声频信号的电路、扬声器和其他装置。然而，考虑到本发明的范围，这些电路和器件在这里被省略了。
现在，按照图象数据流过的路径，来描述设备的部件。
首先，TV信号接收电路513是用于接收经过采用电磁波和/或空间光学通信网络的无线发送系统发送的电视图象信号的电路。
所用的电视信号系统不限于具体的一种，且诸如NTSC、PAL或SECAM的任何系统都可以采用。它特别适用于涉及大量扫描行(通常是诸如MUSE系统的高分辨电视系统)的电视信号，因为它可被用于包括大量象元的大显示板。
被TV信号接收电路513接收的电视信号被送到解码器504。
第二，TV信号接收电路512是用于接收经采用同轴电缆和/或光纤的有线传送系统传送的电视图象信号。象TV信号接收电路513一样，所用的电视信号系统不限于具体的一种且该电路所接收的电视信号被送到解码器504。
图象输入接口电路511是用于接收从诸如电视摄象机或图象摄取扫描器的图象输入装置送来的图象信号的电路。它也把接收的图象信号送到解码器504。
图象存储接口电路510是用于取出存储在录相机(以下称为VTR)中的图象信号的电路，且取出的图象信号也被送到解码器504。
图象存储接口电路509是用于取出存储在视盘中的图象信号的电路和取出的图象信号也被送到解码器504。
图象存储接口电路508是用于取出存储在一个用于存储静止图象数据的装置(诸如所谓的静止盘)中的图象信号的电路，且取出的图象信号也被送到解码器504。
输入/输出接口电路505是用于把显示设备与一个诸如计算机、一个计算机网络或一个打印机的外部输出信号源相连的电路。它对图象数据和文字与图形数据，而且需要的话还对显示设备的CPU 506和一个外部输出信号源之间的控制信号和数字数据，进行输入/输出操作。
图象发生电路507是用于根据从一个外部输出信号源经输入/输出接口电路505输入或来自CPU 506的图象数据和文字与图形数据，产生将要显示在显示屏上的图象数据的电路。该电路包括用于存储图象数据和文字与图形数据的可再装载存储器、用于存储与给定的文字码对应的图象图案的只读存储器、用于处理图象数据的处理器和产生屏幕图象所需的其他电路部件。
用于显示的电路产生的图象数据被送到解码器504，且如果适当的话，它们还经输入/输出接口电路505而被送到诸如计算机网络或打印机的外部电路。
CPU 506控制显示设备并进行产生、选择且编辑将要显示在显示屏上的图象的操作。例如，CPU 506将控制信号送到多路调制器503并适当地选择或结合用于所要显示在显示屏上的图象的信号。
同时它产生用于显示板控制器502的控制信号并在图象显示频率、扫描方法(例如隔行扫描或非隔行扫描)、每帧的扫描行数目等方面控制显示设备的运行。
CPU 506还将图象数据和文字与图形数据直接送到图象发生电路507，并经过输入/输出接口电路505对外部计算机和存储器进行存取，以获得外部图象数据和文字与图形数据。
CPU 506还可得到适当的设计，以参与显示设备的其他操作，包括产生和处理数据的操作，象个人计算机或文字处理机的CPU那样。CPU 506还可经输入/输出接口电路505与外部计算机网络相连，以与其配合来进行数字计算和其他操作。
输入部分514被用于把操作者给它的指令、程序和数据送到CPU 506。实际上，它可从很多输入装置中进行选择，诸如键盘、鼠标器、操纵杆、条码读取器和语音识别装置以及它们的组合。
解码器504是用于把经所述电路507至513输入的各种图象信号转换回用于三基色的信号、亮度信号和I及Q信号的电路。解码器504最好包括如图23中的虚线所示的图象存储器，以处理诸如MUSE系统的信号那样要求用于信号转换的图象存储器的电视信号。
图象存储器的提供，进一步方便了静止图象的显示以及象淡出、内插、放大、缩小、合成和帧编辑等操作，这些操作是解码器504与图象发生电路507和CPU 506相配合而进行的。
多路调制器503用于根据CPU 506提供的控制信号来对要在显示屏上显示的图象进行适当选择。换言之，多路调制器503选择来自解码器504的某些转换的图象信号并将它们送到驱动电路501。它还可在多个帧中对显示屏进行分割，以通过在显示单个帧的时间内从一组图象信号切换到不同的一组图象信号，来同时显示不同的图象。
显示板控制器502是用于根据从CPU 506传送来的控制信号控制驱动电路501的运行的电路。除了其他功能之外，它向驱动电路501传送用于控制驱动显示板的电源(未显示)的运行顺序的信号，以确定显示板的基本操作。
它还向驱动电路501传送用于控制图象显示频率和扫描方法(例如隔行扫描或非隔行扫描)的信号。
如果需要，它还向驱动电路501传送信号，以在亮度、对比度、色调和清晰度方面控制要在显示屏上显示的图象的质量。
驱动电路501是用于产生将要加在显示板500上的驱动信号的电路。它根据来自所述多路调制器503的图象信号和来自显示板控制器502的控制信号来运行。
根据本发明并具有上述和在图23中显示的配置的显示设备，可在显示板500上显示各种图象数据源提供的各种图象。
更具体地，诸如电视图象信号的图象信号被解码器504转换，并随后在被送向驱动电路501之前由多路调制器503进行选择。另一方面，显示面板控制器502，根据用于将要显示在显示板500上的图象的图象信号，产生用于控制驱动电路501的运行的控制信号。
驱动电路501随后根据该图象信号和控制信号，把驱动信号加到显示板500上。从而在显示板500上显示图象。
所有上述操作都由CPU 506以协调的方式进行控制。
上述显示设备不仅能从提供给它的若干图象中选择并显示一个具体图象，而且还能进行各种图象处理操作，包括用于图象的放大、缩小、旋转、边缘强调、淡出、内插、颜色改变和纵横比修正以及包括用于合成、擦除、连接、替换和插入图象的编辑操作，其中包含在解码器504、图象发生电路507和CPU 506中的图象存储器参与了这些操作。
虽然没有结合上述实施例进行描述，但可以伴随它提供专门用于声频信号处理和编辑操作的附加电路。
因此，根据本发明并具有上述配置的显示设备，能具有广阔的工业和商业用途，因为它能作为用于电视广播的显示设备、作为用于电视会议的终端设备、作为静止和运动图象的编辑设备、作为计算机系统的终端设备、作为诸如文字处理机的QA设备、作为游戏机和以很多其他的方式来运行。
不用说，图23只显示了包括一种显示板的显示设备的可能的配置的一个例子，该显示板带有一种电子源，而该电子源是通过设置多个表面传导电子发射器件而制备的；而且本发明并不限于这种配置。例如，根据用途，图23的某些电路部件可被省略，或者可设置附加的部件。
例如，如果根据本发明的显示设备被用于电视电话，则它可制成适当地包括附加的部件，诸如电视摄象机、麦克风、照明设备和包括调制解调器的传送/接收电路。
由于根据本发明的显示设备包括一种显示板，且该显示板带有通过设置大量表面传导电子发射器件而制备的电子源，因而该显示板适合于减小深度，所以整个设备可被作得很薄。
另外，由于包括通过设置大量表面传导电子发射器件而制备的电子源的显示板适于具有大的显示屏，且该显示屏具有更大的亮度并提供了很宽的视角，所以该显示板能给观看者提供非常生动的场面。
本发明的优点如上所述，本发明能够降低电子发射器件的驱动电压和功率消耗，从而提供节约能量的电子源和包含这种电子源的高质量的图象形成设备。
另外，根据本发明，由于现在能在电子发射器件的器件电极之间提供大的间隙而不消耗很大的功率，所以可在不用特别注意印刷操作的精确性的条件下，大批量地生产电子发射器件。
权利要求
1.一种电子发射器件的制作方法，该电子发射器件包括一对相对地设置的电极和一个包含设置在所述电极之间的电子发射区的导电膜，其特征在于所述方法包括一个降低设置在所述电极之间的导电膜的电阻的处理步骤。
2.根据权利要求1的电子发射器件制作方法，其中设置在所述电极之间的所述导电膜在所述降低步骤之前主要包含一种或一种以上的氧化物且在所述降低步骤之后包含一种或多种金属。
3.根据权利要求1的电子发射器件制作方法，其中所述导电膜至少是由从PdO、SnO2、In2O3、PbO、MoO和MoO2选出的氧化物或从Pd、Ru、Ag、Ti、In、Cu、Cr、Fe、Zn、Sn、W和Pb选出的金属与所述氧化物的混合物制成的。
4.根据权利要求1的电子发射器件制作方法，其中降低设置在电极之间的导电膜的电阻的所述处理步骤是对该导电膜进行化学还原的步骤。
5.根据权利要求4的电子发射器件制作方法，其中所述化学还原步骤包括在真空中加热所述导电膜的步骤。
6.根据权利要求4的电子发射器件制作方法，其中所述化学还原步骤包括在还原气体环境中加热所述导电膜的步骤。
7.根据权利要求6的电子发射器件制作方法，其中所述还原气体包含氢。
8.根据权利要求4的电子发射器件制作方法，其中所述化学还原步骤包括把所述导电膜浸在还原溶液中的步骤。
9.根据权利要求8的电子发射器件制作方法，其中所述还原溶液包含甲酸。
10.根据权利要求1至9中的任何一项的电子发射器件制作方法，其中降低设置在所述电极之间的所述导电膜的电阻的处理步骤是在在设置在所述电极之间的所述导电膜中形成高电阻区之后进行的。
11.根据权利要求10的电子发射器件制作方法，其中在所述导电膜中形成高电阻区的所述步骤包括对设置在所述电极之间的所述导电膜进行电成形的步骤。
12.根据权利要求1至9中的任何一项的电子发射器件制作方法，其中它进一步包括在所述导电膜上淀积碳或碳化合物的步骤。
13.根据权利要求12的电子发射器件制作方法，其中降低设置在所述电极之间的所述导电膜的电阻的所述步骤是在把碳或碳化合物淀积在所述导电膜上的所述步骤之后进行的。
14.根据权利要求12的电子发射器件制作方法，其中在所述导电膜上淀积碳或碳化合物的所述步骤包括在碳化合物的环境下将一个电压加到设置在所述电极之间的所述导电膜上的步骤。
15.一种电子源，包括一个用于根据输入信号来发射电子的电子发射器件，其特征在于所述电子发射器件是用根据权利要求1至9中的一项的制作方法制作的。
16.一种电子源，包括带有与公共连线相连的相应终端对的多行电子发射器件和用于根据输入信号调节从所述电子发射器件发射的电子束的调节装置，其特征在于所述电子发射器件是用根据权利要求1至9中的一项的制作方法制作的。
17.一种电子源，它包括用于根据输入信号发射电子束的多个电子发射器件，所述电子发射器件分别与m条X方向连线和n条Y方向连线相连，所述连线彼此电绝缘，其特征在于所述电子发射器件是用根据权利要求1至9中的一项的制作方法制作的。
18.一种图象形成装置，包括根据输入信号形成图象的一个电子源和一个图象形成部件，其特征在于所述电子源是一种权利要求15所述的电子源。
19.根据权利要求18所述的图象形成装置，其中所述图象形成部件包括一个荧光体。
20.一种图象形成装置，包括根据输入信号形成图象的一个电子源和一个图象形成部件，其特征在于所述电子源是一种权利要求16所述的电子源。
21.根据权利要求20所述的图象形成设备，其中所述图象部件包括一个荧光体。
22.一种图象形成装置，包括根据输入信号形成图象的一个电子源和一个图象形成部件，其特征在于所述电子源是一种权利要求17所述的电子源。
23.根据权利要求22所述的图象形成设备，其中所述图象部件色括一个荧光体。
全文摘要
一种电子发射器件的制作方法及包括该电子发射器件的电子源和图像形成设备，该电子发射器件包括一对相对地设置的电极和一个包含设置在所述电极之间的电子发射区的导电膜，其特征在于所述方法包括一个降低设置在所述电极之间的导电膜的电阻的处理步骤。
文档编号H01J9/02GK1118931SQ94114899
公开日1996年3月20日 申请日期1994年7月30日 优先权日1994年7月20日
发明者小野武夫, 河出一佐哲, 关口芳信, 浜元康弘, 山本敬介, 冢本健夫, 山野边正人 申请人:佳能株式会社