УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ, ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ЕГО, УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
ELECTRONIC EMITTER AND SOURCE OF ELECTRONS, IMAGE-FORMING APPARATUS AND INFORMATION DISPLAY AND VIEWING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству электронной эмиссии, источнику электронов, использующему его, и устройству формирования изображения. Настоящее изобретение также относится к устройству отображения и воспроизведения информации, например телевизору, для приема широковещательного сигнала, например телевещания, и для отображения и воспроизведения информации изображения, символьной информации, аудиоинформации, которые входят в широковещательный сигнал.
Описание уровня техники
Устройства электронной эмиссии включают в себя, например, устройства автоэлектронной эмиссии и устройства электронной эмиссии на основе поверхностной проводимости. Согласно патентным документам 1-3, в ряде случаев в устройствах электронной эмиссии поверхностной проводимости осуществляется процесс, именуемый "активацией". Процесс «активации» - это процесс формирования электропроводящей пленки (обычно углеродной пленки) в зазоре между двумя электропроводящими пленками и на электропроводящих пленках, примыкающих к зазору. На фиг. 21 показан схематический вид в разрезе устройства электронной эмиссии, раскрытого в патентных документах 3 и 4. На фиг. 21 позиция 1 обозначает подложку, условные символы 4a и 4b обозначают тонкие электропроводящие пленки, позиции 7 и 8 обозначают первый и второй зазоры, соответственно, условные символы 21a и 21b обозначают углеродные пленки, и позиция 22 обозначает вогнутый участок, сформированный в подложке 1.
Устройство формирования изображения можно сформировать, размещая подложку, снабженную источником электронов, на которой размещено множество таких устройств электронной эмиссии, напротив подложки, снабженной фосфорной пленкой, сформированной из фосфора и т.п., и поддерживая вакуум между ними.
[Патентный документ 1] JP 2000-251642 A
[Патентный документ 2] JP 2000-251643 A
[Патентный документ 3] JP 2000-231872 A
[Патентный документ 4] USP6380665
Сущность изобретения
Однако в последнее время потребовалось устройство формирования изображения для стабильного обеспечения более яркого изображения на дисплее в течение продолжительного времени. Таким образом, необходимо устройство электронной эмиссии, способное обеспечивать более высокую эффективность электронной эмиссии при повышенной стабильности. Здесь под эффективностью электронной эмиссии понимают отношение тока, эмитируемого в вакуум (ниже именуемого током эмиссии Ie), к току, текущему между двумя электропроводящими пленками (ниже именуемому током устройства If), когда напряжение подается между двумя электропроводящими пленками. Иными словами, необходимо устройство электронной эмиссии с как можно меньшим током устройства If и как можно большим током эмиссии Ie. Если такую высокую эффективность электронной эмиссии можно стабильно обеспечить в течение продолжительного времени, вышеупомянутое устройство формирования изображения может представлять собой высококачественное устройство формирования изображения, обеспечивающее более яркое изображение и потребляющее меньший ток (например, плоский телевизор).
Соответственно, задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства электронной эмиссии с высокой эффективностью электронной эмиссии, которое обеспечивает удовлетворительные характеристики электронной эмиссии в течение продолжительного времени, и источника электронов, и устройства формирования изображения, использующего его.
Настоящее изобретение призвано решить вышеозначенные проблемы. Согласно настоящему изобретению, предусмотрено устройство электронной эмиссии, включающее в себя: подложку; и первую и вторую электропроводящие пленки, размещенные на подложке напротив друг друга для формирования зазора между концами первой и второй электропроводящих пленок, причем конец первой электропроводящей пленки имеет выступ, обращенный ко второй электропроводящей пленке, так что минимальное расстояние d1, которое определено как расстояние между концом выступа и второй электропроводящей пленкой, и которое равно 10 нм или менее, и минимальное расстояние d2, которое определено как расстояние между второй электропроводящей пленкой и краевым участком первой электропроводящей пленки, отстоящим от конца выступа на d1, удовлетворяют соотношению: d2/d1≥1,2.
Согласно настоящему изобретению, устройство электронной эмиссии включает в себя: подложку; и первую и вторую электропроводящие пленки, размешенные на подложке напротив друг друга, для формирования зазора между концами первой и второй электропроводящих пленок, в котором первая электропроводящая пленка имеет первый участок, на котором минимальное расстояние между первой и второй электропроводящими пленками определено как d1, которое равно 10 нм или менее, и в котором первая электропроводящая пленка имеет второй участок, отстоящий от первого участка на d1, на котором минимальное расстояние между первой и второй электропроводящими пленками определено как d2, и в котором расстояние d1 и расстояние d2 удовлетворяют соотношению: d2/d1≥1,2.
Кроме того, согласно настоящему изобретению, устройство электронной эмиссии включает в себя: "краевой участок пересечения представляет собой плоскость, включающую в себя выступ и параллельную поверхности подложки"; "первая электропроводящая пленка имеет множество выступов, расположенных так, чтобы они не перекрывались друг с другом в направлении, перпендикулярном поверхности подложки"; " множество выступов размещено с интервалом 3 d1 или более"; " множество выступов размещено с интервалом 2000 d1 или более"; "зазор проходит зигзагообразно"; "первая и вторая электропроводящие пленки содержат углерод"; и "подложка имеет вогнутый участок на своей поверхности между первой и второй электропроводящими пленками".
Согласно настоящему изобретению, источник электронов включает в себя множество устройств электронной эмиссии, отвечающих настоящему изобретению, и предусмотрено устройство формирования изображения, включающее в себя источник электронов и фосфор.
Согласно настоящему изобретению устройство отображения и воспроизведения информации включает в себя: приемник для вывода, по меньшей мере, одной из информации изображения, символьной информации и аудиоинформации, содержащихся в принятом широковещательном сигнале; и устройство формирования изображения, подключенное к приемнику, в котором выполнено устройство формирования изображения.
Согласно настоящему изобретению, можно обеспечить устройство электронной эмиссии со значительно повышенной эффективностью электронной эмиссии. В результате можно обеспечить устройство формирования изображения и устройство отображения и воспроизведения информации с высоким качеством отображения в течение продолжительного времени.
Кроме того, согласно настоящему изобретению, поскольку при подаче напряжения между первой и второй электропроводящими пленками для эмиссии электронов d2/d1 равно 1,2 или более, изменение распределения электрического потенциала вблизи конца первой электропроводящей пленки приводит к изменению траектории эмитированных электронов и, в результате, к увеличению тока эмиссии Ie, который достигает анода (повышению эффективности).
Краткое описание чертежей
Фиг. 1A, 1B и 1C - вид сверху, вид сверху и вид в разрезе, соответственно, схематически демонстрирующие иллюстративную структуру устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 2A, 2B, 2C и 2D - вид сверху, вид сверху, вид в разрезе и вид в разрезе, соответственно, схематически демонстрирующие другую иллюстративную структуру устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 3 - схема, демонстрирующая иллюстративную вакуумную камеру с функциями измерения и оценки для устройства электронной эмиссии.
Фиг. 4A, 4B, 4C и 4D - схемы, демонстрирующие способ изготовления устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 5A и 5B - вид сверху и вид в разрезе, соответственно, схематически демонстрирующие устройство электронной эмиссии после процесса «активации» согласно Примеру 1 настоящего изобретения.
Фиг. 6A и 6B - вид сверху и вид в разрезе, соответственно, схематически демонстрирующие устройство электронной эмиссии после процесса «активации» согласно Примеру 2 настоящего изобретения.
Фиг. 7A и 7B - схематические графики, демонстрирующие иллюстративный формирующий импульс, при изготовлении устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 8A и 8B - схемы, демонстрирующие иллюстративный импульс активации, при изготовлении устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 9 - схематический график, демонстрирующий ток в процессе «активации» устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 10A и 10B - схемы, демонстрирующие иллюстративный процесс резания углеродной пленки устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 11A, 11B и 11C - схемы, демонстрирующие другой иллюстративный процесс резания углеродной пленки устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 12 - схематический график, демонстрирующий характеристики электронной эмиссии устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 13 - схема, поясняющая структуру подложки источника электронов, использующего устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 14 - схема, демонстрирующая иллюстративную структуру устройства формирования изображения, использующего устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 15A и 15B - схемы, поясняющие структуру фосфорной пленки.
Фиг. 16 - схема, демонстрирующая иллюстративный процесс изготовления источника электронов и устройства формирования изображения согласно настоящему изобретению.
Фиг. 17 - схема, демонстрирующая иллюстративный процесс изготовления источника электронов и устройства формирования изображения согласно настоящему изобретению.
Фиг. 18 - схема, демонстрирующая иллюстративный процесс изготовления источника электронов и устройства формирования изображения согласно настоящему изобретению.
Фиг. 19 - схема, демонстрирующая иллюстративный процесс изготовления источника электронов и устройства формирования изображения согласно настоящему изобретению.
Фиг. 20 - схема, демонстрирующая иллюстративный процесс изготовления источника электронов и устройства формирования изображения согласно настоящему изобретению.
Фиг. 21 - схематический вид в разрезе иллюстративного традиционного устройства электронной эмиссии.
Фиг. 22A и 22B - схемы, поясняющие иллюстративный способ наблюдения устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 23 - схема, поясняющая формирование электронного пучка.
Фиг. 24 - схематический график, поясняющий распределение интервала между выступами в устройстве электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 25 - схема, демонстрирующая наблюдение иллюстративного изображения 3D-TEM устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 26A, 26B и 26C - схемы, поясняющие способ формирования углеродной пленки путем облучения электронным пучком согласно примеру настоящего изобретения.
Фиг. 27A, 27B и 27C - вид сверху, вид сверху и вид в разрезе, соответственно, схематически демонстрирующие иллюстративную структуру устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 28A, 28B, 28C и 28D - вид сверху, вид сверху, вид в разрезе и вид в разрезе, соответственно, схематически демонстрирующие другую иллюстративную структуру устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 29 - схематический график, поясняющий идеальное распределение интервала между выступами в устройстве электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 30A и 30B - виды сверху, схематически демонстрирующие иллюстративные структуры устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 31A и 31B - виды сверху, схематически демонстрирующие другие иллюстративные структуры устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Фиг. 32 - блок-схема телевизора согласно настоящему изобретению.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения
Перейдем к описанию вариантов осуществления устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению. Прежде всего, опишем иллюстративную базовую структуру устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению, со ссылкой на фиг. 30A.
На фиг. 30A показан схематический вид сверху, демонстрирующий типичную структуру устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению. Первая электропроводящая пленка 21a и вторая электропроводящая пленка 21b находятся на изолирующей подложке 1, выполненной из стекла и т.п. Конец первой электропроводящей пленки 21a и конец второй электропроводящей пленки 21b расположены напротив друг друга с зазором 8 между ними. Иными словами, конец первой электропроводящей пленки 21a со стороны второй электропроводящей пленки 21b и конец второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a образуют периферию (край) зазора 8.
На фиг. 30A условные символы A и B обозначают участки конца первой электропроводящей пленки 21a и второй электропроводящей пленки 21b, соответственно, которые находятся напротив друг друга, причем зазор 8 между ними меньше, чем на других участках (там электрическое поле сильнее, чем на других участках). Таким образом, участки A первой электропроводящей пленки 21a также можно именовать "выступами".
При возбуждении устройства электронной эмиссии, показанного на фиг. 30A и 30B (когда оно вынуждено испускать электроны), между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b подается напряжение, в результате чего электрический потенциал второй электропроводящей пленки 21b выше, чем у первой электропроводящей пленки 21a. Таким образом, обычно, участки A первой электропроводящей пленки 21a можно называть участками электронной эмиссии.
Предпочтительно, чтобы, с точки зрения стабильности тока эмиссии, конец первой электропроводящей пленки 21a со стороны второй электропроводящей пленки 21b был снабжен большим количеством таких выступов (участков A), обращенных ко второй электропроводящей пленке 21b, как показано на фиг. 30A. Иными словами, предпочтительно, чтобы большое количество участков было обеспечено там, где зазор между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b меньше, чем на других участках.
Участки B второй электропроводящей пленки 21b обычно можно именовать участками второй электропроводящей пленки 21b, а также именовать участками второй электропроводящей пленки 21b, ближайшими к участкам A. Зазор между участком A и участком B можно определить как "d1". Для установления напряжения возбуждения, необходимого для эмиссии электронов, равным 50 В или ниже, предпочтительно 20 В или ниже, d1 задают равным 10 нм или менее, предпочтительно 5 нм или менее. С точки зрения стабильности при возбуждении и воспроизводимости при изготовлении устройства электронной эмиссии, d1 предпочтительно задавать равным 1 нм или более, и более предпочтительно задавать равным 3 нм или более.
Минимальное расстояние между концом первой электропроводящей пленки 21a со стороны второй электропроводящей пленки 21b (участком C) и концом второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a (участком D) напротив конца (участка C), который отстоит от выступа (участка A) первой электропроводящей пленки 21a на расстояние "d1", определено как "d2". В частности, минимальное расстояние между концом первой электропроводящей пленки 21a со стороны второй электропроводящей пленки 21b (участком C) и концом второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a (участком D) напротив конца (участка C), который отстоит от выступа первой электропроводящей пленки 21a вдоль конца первой электропроводящей пленки 21a, образующего периферию (край) зазора 8 в плоскости, по существу, параллельной поверхности подложки 1, на то же самое расстояние d1 определено как "d2".
Заметим, что d1 достаточно мало (10 нм или менее). Таким образом, вышеописанное "d2" можно определить как минимальное расстояние между концом первой электропроводящей пленки 21a со стороны второй электропроводящей пленки 21b (участком C), который отстоит на то же самое расстояние d1 в направлении, перпендикулярном линии, проходящей через участки A и B, задающей вышеописанное d1, и концом второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a (участком D) напротив конца (участка C). В частности, вышеописанное «d2» можно определить как минимальное расстояние между концом первой электропроводящей пленки 21a со стороны второй электропроводящей пленки 21b (участком C), который отстоит на то же самое расстояние d1 в направлении, перпендикулярном линии, проходящей через участки A и B, задающей вышеописанное d1, в плоскости, по существу, параллельной поверхности подложки 1, и концом второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a (участком D) напротив конца (участка C)(см. фиг.30B).
Заметим, что "d2" может составлять 10 нм или менее. Однако конец первой электропроводящей пленки 21a (участок C), который определяет "d2", не соответствует вышеописанному выступу (участку A). В частности, предположим, что участок C является вышеописанным выступом (участком A), тогда вышеописанный участок A находился бы в пределах "d2" от участка C, и расстояние от участка A до второй электропроводящей пленки 21b было бы меньше d2. Таким образом, согласно настоящему изобретению, если участок определен как участок A, то не существует участка, где расстояние между первой электропроводящей пленкой 21a и второй электропроводящей пленкой 21b меньше d1 в пределах d1 от участка A.
Кроме того, как описано выше, согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы устройство электронной эмиссии имело большое количество таких участков A. В таком случае расстояние от участка A до поверхности подложки 1 (высота участка A от поверхности подложки 1) может изменяться. Однако, с точки зрения стабильности характеристик электронной эмиссии, предпочтительно, чтобы различие в расстоянии от множества участков A до поверхности подложки 1 фактически было в пределах d1. Кроме того, участки A, предпочтительно, не располагаются перпендикулярно поверхности подложки 1. Иными словами, предпочтительно, чтобы множество участков A не располагалось в направлении толщины пленки для первой электропроводящей пленки 21a.
Толщина электропроводящих пленок (21a и 21b) очень мала, практически 1 мкм или менее и 1 нм или более, предпочтительно 500 нм или менее, и 1 нм или более, и более предпочтительно 200 нм или менее и 1 нм или более. Таким образом, размещение большого количества таких участков A в перпендикулярном направлении может приводить к флуктуациям характеристик электронной эмиссии в течение времени. По этой причине предпочтительно, чтобы участки A не располагались перпендикулярно.
Согласно настоящему изобретению, d1 равно 10 нм или менее, и в то же время вышеописанное отношение d1 к d2 (d2/d1) задано равным 1,2 или более. В этих условиях можно получить большой ток эмиссии Ie и высокую эффективность электронной эмиссии.
Заметим, что на фиг. 30A и 30B показаны варианты осуществления, где конец второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a является линейным. Однако, согласно настоящему изобретению, конец второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a может быть неровным (нелинейным), как показано на фиг. 31A и 31B. В таких вариантах осуществления особо предпочтительно, чтобы выступы на конце второй электропроводящей пленки 21b со стороны первой электропроводящей пленки 21a располагались в соответствии с вышеописанными участками B для повышения эффективности электронной эмиссии. Заметим, что фиг. 31A соответствует пояснению на фиг. 30A, а фиг. 31B соответствует пояснению на фиг. 30B.
Кроме того, в конфигурациях, показанных на фиг. 30A, 30B, 31A и 31B, макроскопически, зазор (или промежуток) 8 проходит перпендикулярно к направлению против первой и второй электропроводящих пленок 21a и 21b. Однако, как описано ниже, макроскопически, зазор 8 может быть нелинейным (обычно в виде серпантина или змейки). Если зазор 8 нелинейный, множество выступов (участков A) может размещаться с высокой плотностью на конце первой электропроводящей пленки 21a со стороны второй электропроводящей пленки 21b. В результате можно дополнительно противодействовать изменению количества эмитированных электронов в течение времени, что предпочтительно.
Кроме того, расстояние d3 между участками A (выступами) предпочтительно задавать равным 3 d1 или более и 2000 d1 или менее. С точки зрения повышения тока эмиссии Ie и/или подавления флуктуаций количества эмитированных электронов более предпочтительно задавать расстояние d3 однородным.
Когда такое устройство электронной эмиссии используется в дисплее высокого разрешения, площадь, занимаемая одним устройством электронной эмиссии, мала. Таким образом, существует тенденция, согласно которой флуктуации тока эмиссии (Ie) увеличиваются в отношении устройства электронной эмиссии, имеющего меньшее количество участков A (выступов) по сравнению с устройством электронной эмиссии, имеющим большее количество участков A. В результате однородность изображения, отображаемого на дисплее, снижается. В качестве практического диапазона, расстояние d3 между участками A (выступами) задано равным 2000 d1 или менее, и более предпочтительно, 500 d1 или менее. Если расстояние d3 находится в этом диапазоне, флуктуации тока эмиссии Ie можно подавлять. Хотя предпочтительно, чтобы расстояние d3 между участками A (выступами) было однородным, оно может, до некоторой степени, иметь распределение.
Теперь опишем со ссылкой на фиг. 1A, 1B и 1C вариант вышеописанного устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению. На фиг. 1A показан схематический вид сверху иллюстративного варианта устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению. На фиг. 1B показан увеличенный вид зазора 8. Различия между этим вариантом и конфигурациями, показанными на фиг. 30 и 31 таковы: (1) зазор 8 нелинеен, и острота (линейность) форма концов первой электропроводящей пленки 21a и второй электропроводящей пленки 21b низка; и (2) первая электропроводящая пленка 21a подключена к первому электроду 4A, который подключен к первому вспомогательному электроду 2, и, аналогично, вторая электропроводящая пленка 21b подключена ко второму электроду 4b, который подключен ко второму вспомогательному электроду 3. За исключением вышеуказанных пунктов (1) и (2), этот вариант, в принципе, совместим с конфигурациями устройства электронной эмиссии, описанными выше со ссылкой на фиг. 30 и 31.
По аналогии с вышеупомянутым пунктом (1), если выступы (участки A) размещены с одинаковыми интервалами, по сравнению со случаем линейного зазора 8, можно обеспечить больше выступов (участков A) и, таким образом, считается, что характеристики электронной эмиссии можно сделать более стабильными. Кроме того, по аналогии с вышеупомянутым пунктом (2), можно стабильно подавать напряжение между электропроводящими пленками 21a и 21b.
В этой конфигурации используются первый и второй вспомогательные электроды (2 и 3) и первый и второй электроды (4a и 4b). Однако, согласно настоящему изобретению, как и в конфигурациях, описанных со ссылкой на фиг. 30 и 31, для устройства электронной эмиссии требуются, по меньшей мере, первая электропроводящая пленка 21a и вторая электропроводящая пленка 21b. Иными словами, согласно настоящему изобретению, вспомогательные электроды (2 и 3) и электроды (4a и 4b) не являются обязательными компонентами устройства электронной эмиссии.
Однако, для стабильного подключения источника питания (источника напряжения), для возбуждения устройства электронной эмиссии, согласно настоящему изобретению, к электропроводящим пленкам (21a и 21b), которые очень тонки, предпочтительно использовать вспомогательные электроды (2 и 3) и/или электроды (4a и 4b). Соединяя клеммы источника питания к электродам (4a и 4b) или вспомогательным электродам (2 и 3), можно стабильно подавать напряжение между электропроводящими пленками 21a и 21b. Таким образом, вспомогательные электроды (2 и 3) и/или электроды (4a и 4b) можно подходящим образом применять также к конфигурациям устройства электронной эмиссии, описанным со ссылкой на фиг. 30 и 31.
На фиг. 1B показан схематический увеличенный вид зазора 8, показанного на фиг. 1A. Условные символы A, B, d1, d2 и d3 на фиг. 1B аналогичны описанным со ссылкой на фиг. 30 и 31.
На фиг. 1C показан схематический вид в разрезе, демонстрирующий участок между участками A и B. Хотя поверхность электропроводящих пленок (21a и 21b) параллельна поверхности подложки 1, как показано на фиг. 2C и 2D, которые будут описаны ниже, поверхность не обязана быть параллельной поверхности подложки.
Согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы устройство электронной эмиссии, включающее в себя конфигурации, описанные со ссылкой на фиг. 30 и 31, имело вогнутый участок 22 на поверхности подложки 1 между первой электропроводящей пленкой 21a и второй электропроводящей пленкой 21b (зазор 8).
Мы полагаем, что обеспечение такого вогнутого участка 22 позволит подавить неэффективный ток между первой электропроводящей пленкой 21a и второй электропроводящей пленкой 21b, который не является током эмиссии Ie. Кроме того, согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы, как показано на фиг. 1C, расстояние между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b (расстояние между участками A и B), отстоящими от поверхности подложки 1, было меньше, чем на поверхности подложки 1. Благодаря такой структуре расстояние между участками A и B вдоль поверхности можно увеличить, в результате чего неэффективный ток между первой электропроводящей пленкой 21a и второй электропроводящей пленкой 21b предположительно можно дополнительно подавить. Кроме того, предполагается, что электроны можно заставить эмитировать с участков, более близких к поверхности электропроводящей пленки 21a (позиций, отстоящих от поверхности подложки 1), для увеличения тока электронной эмиссии Ie.
При возбуждении вышеописанного устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению, например, как показано на схематическом структурном виде фиг. 3, устройство электронной эмиссии, отвечающее настоящему изобретению, располагается напротив анода 44 и возбуждается в вакууме (в пространстве, где полное давление ниже атмосферного давления). Благодаря размещению анода над устройством электронной эмиссии на расстоянии H [м] от устройства электронной эмиссии, формируется устройство электронной эмиссии. Затем напряжение возбуждения Vf [В] подается между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b, так что электрический потенциал второй электропроводящей пленки 21b выше, чем на первой электропроводящей пленке 21a. В то же время напряжение Va [В] подается между анодом 44 и первой электропроводящей пленкой 21a, так что электрический потенциал анода 44 выше, чем на первой и второй электропроводящих пленках (обычно выше, чем на первой электропроводящей пленке 21a). В результате генерируется электрическое поле между концом первой электропроводящей пленки 21a и концом второй электропроводящей пленки 21b (в зазоре 8). Если напряженность поля достаточно высока для туннелирования (квантомеханического туннелирования) электронов, то считается, что электроны с участков на конце первой электропроводящей пленки 21a, которые размещены ближе к концу второй электропроводящей пленки 21b (участки A, показанные на фиг. 1A и 1B) туннелируют с более высоким приоритетом. Большинство протуннелировавших электронов рассеивается вблизи участков B и предполагается, что, по меньшей мере, часть рассеянных электронов достигает анода 44. Заметим, что большинство электронов, которые не достигают анода 44, из протуннелировавших электронов предположительно поглощаются во второй электропроводящей пленке 21b, создавая неэффективный ток, текущий между первой электропроводящей пленкой 21a и второй электропроводящей пленкой 21b (ток устройства If).
9
10
Здесь напряженность поля, используемая при возбуждении устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению (при эмиссии электронов) (напряженность электрического поля, приложенного между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b), фактически равна 1·10 В/м или более и меньше 2·10 В/м. Если напряженность поля меньше этого диапазона, количество протуннелировавших электронов существенно уменьшается, а если напряженность поля больше этого диапазона, первая электропроводящая пленка 21a и/или вторая электропроводящая пленка 21b могут деформироваться сильным электрическим полем, и электроны часто не эмитируются стабильно.
Согласно настоящему изобретению, если d2/d1 задано равным 1,2 или более, как описано выше, устройство электронной эмиссии может уменьшать количество электронов, поглощенных во второй электропроводящей пленке 21b. В результате эффективность электронной эмиссии ((ток, достигающий анода)/(ток, текущий между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b)) можно увеличить. Причина в том, что большая сила, направленная от поверхности подложки 1 (к аноду), действует на электроны, протуннелировавшие из участков A в участки B (включая электроны, рассеянные вблизи участков B) благодаря электрическому полю, сформированному заданием d2/d1, равным 1,2 или более.
Теперь опишем вариант устройства электронной эмиссии, описанный со ссылкой на фиг. 1A-1C, со ссылкой на фиг. 2A-2D. Фиг. 2A, аналогично фиг. 1A, представляет собой схематический вид сверху. Фиг. 2B, аналогично фиг. 1B, представляет собой схематический увеличенный вид сверху зазора 8. Фиг. 2C, аналогично фиг. 1C, представляет собой схематический вид в разрезе участков A и B. На фиг. 2D показан схематический вид в разрезе, взятый по линии P-P' на фиг. 2B (через выступ второй электропроводящей пленки 21b и конец первой электропроводящей пленки 21a, противоположный выступу в направлении, перпендикулярном поверхности подложки 1).
Согласно этой конфигурации, устройство электронной эмиссии имеет, помимо признаков, описанных со ссылкой на фиг. 1A-1C, выступы в направлении, по существу, перпендикулярном поверхности подложки 1 (участки 35 и 36), как часть второй электропроводящей пленки 21b. Заметим, что выступы (участки 35 и 36) расположены по обе стороны участка B. За исключением вышеописанного, эта конфигурация, по существу, идентична устройству электронной эмиссии, описанному со ссылкой на фиг. 1A-1C.
Согласно этой конфигурации, по сравнению с устройством электронной эмиссии, описанным со ссылкой на фиг. 1A-1C, эффективность электронной эмиссии можно дополнительно увеличить. Заметим, что, поскольку выступы (участки 35 и 36) являются частью второй электропроводящей пленки 21b, необязательно, чтобы материал для формирования выступов отличался от материала для формирования участка, отличного от выступов.
Толщина второй электропроводящей пленки 21b на участке B задана меньшей, чем у второй электропроводящей пленки 21b на участках 35 и 36 (см. фиг. 2C и 2D). Поскольку участки 35 и 36 второй электропроводящей пленки 21b дальше от поверхности подложки 1, чем другие участки второй электропроводящей пленки 21b (обычно это участок B), их можно именовать "выступающие участки" или "выдающиеся участки".
Таким образом, существует разность "h" между высотой поверхности участков 35 и 36 второй электропроводящей пленки 21b от поверхности подложки 1 и высотой поверхности участка B от поверхности подложки 1 ("h" можно называть высотой выступающих участков).
Кроме того, вторая электропроводящая пленка 21b имеет, по меньшей мере, два выступающих участка, и существует ширина "w" между двумя выступающими участками. Ширину w можно, фактически, определить как зазор между участками, соответствующими "выступающим участкам", наиболее удаленным от поверхности подложки (определенный как зазор между точками (вершинами) соответствующих "выступающих участков"). Кроме того, предпочтительно, чтобы ширина w между вышеописанными "выступающими участками" была фактически задана равной 2 d1 или более и 50 d1 или менее. Если ширина w находится в этом диапазоне, можно получить большой ток эмиссии Ie и высокую эффективность электронной эмиссии. Заметим, что высота точки участка 35 от поверхности подложки 1 и высота точки участка 36 от поверхности подложки 1 могут отличаться друг от друга.
Высоту h вышеописанных "выступающих участков" можно, фактически, задать как значение, определяемое вычитанием расстояния между участком B и поверхностью подложки 1 из расстояния между участком одного из "выступающих участков" (обычно одного "выступающего участка" из двух выступающих участков (35 и 36), окружающих участок B, высота которого от поверхности подложки 1 меньше, чем у другого выступающего участка), который наиболее удален от поверхности подложки 1, и поверхностью подложки 1. Предпочтительно, чтобы высота h "выступающих участков" была задана равной 2 d1 или более и 200 d1 или менее.
Согласно настоящему изобретению, как описано выше, участки A и B образуют части периферии зазора 8 устройства электронной эмиссии. Для повышения эффективности электронной эмиссии, предпочтительно, чтобы участки 35 и 36 второй электропроводящей пленки 21b также формировали периферию зазора 8.
Кроме того, согласно настоящему изобретению, предпочтительно, чтобы, когда зазор между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b меньше, чем на других участках (между участками A и B на фиг. 2C), толщина первой электропроводящей пленки 21b (толщина на участке B) была задана меньшей или равной толщины второй электропроводящей пленки 21a (толщины на участке A) (предпочтительно, была задана меньшей толщины на участке A).
Это позволяет повысить эффективность электронной эмиссии устройства электронной эмиссии, описанного со ссылкой на фиг. 1A-1C, 30 и 31. Кроме того, более мощная сила, направленная от поверхности подложки 1 (к аноду) может действовать на электроны, туннелирующие из участков A в участки B (включая электроны, рассеянные вблизи участков B) благодаря электрическому полю, сформированному вышеописанными "выступающими участками". В результате, количество электронов, поглощенных во второй электропроводящей пленке 21b, может уменьшаться. В результате, по сравнению с устройством электронной эмиссии, описанным со ссылкой на фиг. 1A-1C, 30 и 31, эффективность электронной эмиссии ((ток, достигающий анода (Ie))/(ток, текущий между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b (If))) может значительно увеличиться.
Заметим, что фиг. 30, 31, 1A-1C и 2A-2D иллюстрируют варианты осуществления, где первая и вторая электропроводящие пленки 21a и 21b находятся напротив друг друга в направлении, параллельном поверхности подложки 1 и полностью разделены зазором 8 между ними. Однако, согласно настоящему изобретению, первая и вторая электропроводящие пленки 21a и 21b устройства электронной эмиссии могут соединяться на их участке. Иными словами, зазор 8 может быть сформирован в части одной электропроводящей пленки. В частности, хотя полное разделение является идеалом, достаточно, чтобы удовлетворительные характеристики электронной эмиссии можно было получить, даже если первая и вторая электропроводящие пленки 21a и 21b соединяются в небольшой области.
Проводящий материал, например металл или полупроводник, включая Ni, Au, PdO, Pd, Pt и C можно использовать в качестве материала для электропроводящих пленок (21a и 21b). Более предпочтительно, электропроводящие пленки представляют собой пленки, содержащие углерод, с точки зрения большого объема электронной эмиссии и стабильности в течение времени. Кроме того, практически, предпочтительно использовать пленки, содержащие углерод в качестве основного компонента (в частности, пленки, содержащие 70 процентов атомов углерода). Когда, таким образом, электропроводящие пленки (21a и 21b) сформированы пленками, содержащими углерод, электропроводящие пленки (21a и 21b) можно называть углеродными пленками.
Перейдем к описанию способа изготовления устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Хотя существует много способов изготовления, устройство электронной эмиссии согласно настоящему изобретению можно изготавливать, например, в следующих процессах (1)-(5). Конечно, устройство электронной эмиссии, отвечающее настоящему изобретению, не ограничивается изготовленным согласно нижеописанным способом изготовления.
Иллюстративные способы изготовления описаны со ссылкой на схемы, показанные на фиг. 4-9. В нижеследующих примерах вышеописанные первая и вторая электропроводящие пленки 21a и 21b сформированы из первой и второй углеродных пленок 21a и 21b, соответственно. Кроме того, согласно описанному ниже, первая углеродная пленка 21a подключена к первому электроду 4a, который подключен к первому вспомогательному электроду 2. Аналогично, вторая углеродная пленка 21b подключена ко второму электроду 4b, который подключен ко второму вспомогательному электроду 3.
Процесс 1
После того, как подложка 1 достаточно очищена, материал для формирования вспомогательных электродов 2 и 3 осаждается с использованием вакуумного испарения, напыления, и т.п. Затем первый и второй вспомогательные электроды 2 и 3 формируются с использованием фотолитографии и т.п. (фиг. 4A).
2
2
Иллюстративные материалы для подложки 1 включают в себя кварцевое стекло, известково-натриевое стекло, стеклянную подложку с наслоенным на нее оксидом кремния (обычно SiO), причем оксид кремния формируется известным методом формирования пленок, например напылением, и стеклянную подложку со сниженным щелочным компонентом. Таким образом, согласно настоящему изобретению, материал, содержащий оксид кремния (обычно SiO) предпочтителен в качестве материала подложки.
Длина L между вспомогательными электродами 2 и 3, длина W (см. фиг. 1A и 1C), толщина t1 и форма вспомогательных электродов 2 и 3 надлежащим образом подобраны в зависимости от применения устройства электронной эмиссии. Например, когда устройство электронной эмиссии используется в устройстве формирования изображения, например телевизоре, описанном ниже, параметры можно подобрать в соответствии с разрешением. В частности, применительно к телевидению высокой четкости (HD), размер пикселя мал, и требуется высокая точность. Таким образом, для получения удовлетворительной яркости при ограниченном размере устройства электронной эмиссии можно подобрать параметры таким образом, чтобы получить удовлетворительный ток эмиссии Ie. Длина L между вспомогательными электродами 2 и 3 практически равна 5 мкм или более и 100 мкм или менее. Толщина t1 вспомогательных электродов 2 и 3 практически равна 5 нм или более и 10 мкм или менее.
Процесс 2
Формируется тонкая электропроводящая пленка 4 для соединения первого и второго вспомогательных электродов 2 и 3, обеспеченных на подложке 1 (фиг. 4B). Иллюстративные способы изготовления тонкой электропроводящей пленки 4 включают в себя способ, согласно которому после формирования металлоорганической пленки путем нанесения и высушивания металлоорганического раствора металлоорганическая пленка нагревается и выжигается, затем шаблонируется путем отслаивания, травления и т.п.
2
2
3
2
Иллюстративные материалы для тонкой электропроводящей пленки 4 включают в себя электропроводящие материалы, например металлы и полупроводники. Например, можно использовать такие металлы, как Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu, Pd, Ag и пр. и их сплавы, оксиды металлов, например PdO, RuO, прозрачные проводники, например InO-SnO, и полупроводники, например поликремний.
Заметим, что иллюстративные металлоорганические растворы включают в себя растворы металлоорганических соединений, основным элементом которых является Pd, Ni, Au, Pt, и т.п. вышеописанного материала проводящей пленки. Хотя здесь описан способ формирования тонкой электропроводящей пленки 4 путем нанесения металлоорганического раствора, способ формирования тонкой электропроводящей пленки 4 этим не ограничивается, и тонкую электропроводящую пленку 4 также можно формировать методом вакуумного испарения, напыления, CVD (химическое осаждение из паровой фазы), дисперсии и нанесения, пропитки, центрифугирования, струйной печати, и т.п.
2
7
При осуществлении процесса «формирования» в следующем процессе, предпочтительно, чтобы Rs (поверхностное сопротивление) тонкой электропроводящей пленки 4 было в диапазоне от 10 Ω/ до 10 Ω/. Заметим, что Rs - это значение, выражаемое как R=Rs (l/w), где R - сопротивление в направлении длины пленки, имеющей толщину t, ширину w и длину l. Если обозначить удельное сопротивление ρ, то Rs=ρ/t. В частности, толщина пленки, имеющей вышеуказанное сопротивление, варьируется от 5 нм до 50 нм. Кроме того, ширина W' тонкой электропроводящей пленки 4 (см. фиг. 1A и 1B), предпочтительно, задана меньшей ширины W вспомогательных электродов.
Процесс 3
Затем процесс, именуемый "формированием", осуществляется путем подачи напряжения между вспомогательными электродами 2 и 3. Подача напряжения формирует второй зазор 7 в части тонкой электропроводящей пленки 4. В результате первый и второй электроды 4a и 4b могут располагаться напротив друг друга в поперечном направлении относительно поверхности подложки 1 со вторым зазором 7 между ними (фиг. 4C).
Электрическую обработку после процесса «формирования» можно осуществлять, например, помещая подложку 1 в вышеописанное устройство измерения/оценки, показанное на фиг. 3. Заметим, что устройство измерения/оценки, показанное на фиг. 3, представляет собой вакуумную камеру. Вакуумная камера снабжена оборудованием, необходимым для вакуумной камеры, например, вакуумным насосом и вакуумметром (не показаны), что позволяет производить разного рода измерение/оценку в требуемой степени вакуума. Вакуумный насос может быть выполнен в виде системы высокого вакуума, включающей в себя насос, работающий без смазки, например, турбонасос на основе магнитной левитации или безмасляный насос, и/или системы сверхвысокого вакуума, включающей в себя ионный насос. Кроме того, устройство измерения/оценки снабжено устройством ввода газа (не показано), которое позволяет вводить нужный органический материал под нужным давлением в вакуумную камеру. Подложку 1, обеспеченную на вакуумной камере и в вакуумной камере, можно нагревать нагревателем (не показан).
Процесс «формирования» можно осуществлять, повторно подавая импульс напряжения, значение высоты импульса которого представляет собой постоянное напряжение (константу). Альтернативно, процесс «формирования» можно осуществлять, подавая импульс напряжения с постепенно увеличивающимся значением высоты импульса.
На фиг. 7A показана иллюстративная импульсная волна при постоянном значении высоты импульса. На фиг. 7A, T1 и T2 обозначают ширину импульса и интервал между импульсами (период покоя), соответственно, формы сигнала импульса напряжения. T1 может составлять от 1 мкс до 10 мс, а T2 может составлять от 10 мкс до 100 мс. Что касается самой формы подаваемого импульса, можно использовать треугольную волну или квадратную волну.
Затем, на фиг. 7B показана иллюстративная импульсная волна, когда импульсное напряжение подается с возрастающим значением высоты импульса. На фиг. 7B, T1 и T2 обозначают ширину импульса и интервал между импульсами (период покоя), соответственно, формы сигнала напряжения. T1 может составлять от 1 мкс до 10 мс, а T2 может составлять от 10 мкс до 100 мс. Что касается самой формы подаваемого импульса, можно использовать треугольную волну или квадратную волну. Значение высоты импульса подаваемого импульса напряжения, например, увеличивается на около 0,1 В.
В вышеописанных примерах, при формировании зазора 7, импульсообразное напряжение (импульс напряжения) подается между вспомогательными электродами 2 и 3 для осуществления процесса «формирования». Однако форма сигнала импульса, подаваемого между вспомогательными электродами 2 и 3, не ограничивается треугольной, и можно использовать нужную форму сигнала, например, квадратную. Кроме того, значение высоты импульса, ширины импульса, интервала между импульсами, и пр. не ограничиваются вышеописанными значениями. Соответствующие значения можно выбирать в соответствии с сопротивлением электропроводящей пленки 4 и пр., что позволяет удовлетворительно формировать зазор 7.
Здесь проиллюстрирован способ, согласно которому первый и второй электроды 4a и 4b формируются путем осуществления процесса «формирования» в отношении тонкой электропроводящей пленки 4. Однако, согласно настоящему изобретению, первый и второй электроды 4a и 4b можно формировать с использованием известного метода шаблонирования, например, фотолитографии. Кроме того, при формировании первой и второй углеродных пленок 21a и 21b с использованием процесса «активации», описанного ниже, поскольку предпочтительно, чтобы зазор 7 между первым и вторым электродами 4a и 4b был малым, предпочтительно выбирать вышеописанный процесс «формирования». Однако для формирования первого и второго электродов 4a и 4b с малым зазором 7 между ними можно использовать способ, согласно которому зазор 7 формируется в тонкой электропроводящей пленке 4 путем облучения тонкой электропроводящей пленки 4 сфокусированными ионными пучками (FIB) или методом электронно-лучевой литографии. Кроме того, если зазор L между первым и вторым вспомогательными электродами 2 и 3 можно сделать малым (по сравнению с зазором 7) различными вышеописанными методами, первый и второй электроды 4a и 4b не являются обязательными. Однако для изготовления устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению с низкими затратами, предпочтительно использовать вышеописанные вспомогательные электроды 2 и 3 как электроды для стабильной подачи потенциала на углеродные пленки (21a, 21b), сформированные процессом «активации», описанным ниже, и использовать первый и второй электроды 4a и 4b как электроды для стабильного высокоскоростного осаждения углеродных пленок (21a, 21b) в начале процесса «активации».
Процесс 4
Затем осуществляется процесс «активации» (фиг. 4D). Процесс «активации» можно осуществлять, например, вводя углеродсодержащий газ в вакуумную камеру, показанную на фиг. 3, подавая напряжение обеих полярностей (подавая биполярное напряжение) между вспомогательными электродами 2 и 3 в атмосфере, содержащей углеродсодержащий газ. Этот процесс позволяет осаждать электропроводящие пленки (21a и 21b), которые состоят из углеродсодержащих пленок (углеродных пленок) на подложке 1 между первым и вторым электродами 4a и 4b (на подложке 1, находящейся в зазоре 7) и на первом и втором электродах 4a и 4b вблизи подложки 1 (вблизи зазора 7).
n
2n+2
n
2n
Газообразный органический материал можно использовать в качестве вышеупомянутого углеродсодержащего газа. Органические материалы могут включать в себя: алифатические углеводороды, состоящие из алканов, алкенов и алкинов; ароматические углеводороды; и органические кислоты, например спирты, альдегиды, кетоны, амины, фенол, карбоновую кислоту и сульфоновую кислоту. В частности, можно использовать органические материалы, включающие в себя: насыщенные углеводороды, представленные формулой CH, например, метан, этан и пропан; ненасыщенные углеводороды, представленные формулой CH, например, этилен и пропилен; бензол; толуол; метанол; этанол; формальдегид; ацетальдегид; ацетон; метилэтиленкетон; метиламин; этиламин; фенол; муравьиную кислоту; уксусную кислоту и пропионовую кислоту.
-6
Предпочтительно, чтобы вышеописанный углеродсодержащий газ вводился в вакуумную камеру после снижения давления до порядка 10 Па. Предпочтительное парциальное давление углеродсодержащего газа зависит от формы устройства электронной эмиссии, формы вакуумной камеры, используемого углеродсодержащего газа и пр., и устанавливается надлежащим образом.
В качестве формы сигнала напряжения, подаваемого между вспомогательными электродами 2 и 3 в ходе вышеописанного процесса «активации», предпочтительно использовать, например, форму импульса, имеющую обе полярности (импульс биполярного напряжения), показанный на фиг. 8A или фиг. 8B. Заметим, что при подаче такого импульса один из вспомогательных электродов предпочтительно заземлен, тогда как импульсное напряжение, показанное на фиг. 8A или фиг. 8B, поступает на другой вспомогательный электрод. Максимальное подаваемое напряжение (по абсолютной величине) предпочтительно выбирать соответственно в диапазоне от 10 В до 25 В. На фиг. 8A T1 обозначает ширину импульса и T2 обозначает интервал между импульсами подаваемого импульсного напряжения. Хотя, согласно этому примеру, абсолютные значения положительного напряжения и отрицательного напряжения равны, они могут отличаться друг от друга. На фиг. 8B, T1 обозначает ширину импульса импульсного напряжения, которое является положительным напряжением, и T1' обозначает ширину импульса импульсного напряжения, которое является отрицательным напряжением. T2 обозначает интервал между импульсами. Хотя, согласно этому примеру установлено соотношение T1>T1', и абсолютные значения положительного напряжения и отрицательного напряжения равны, абсолютные значения могут отличаться друг от друга.
На фиг. 9 показан профиль тока устройства (If) между вспомогательными электродами 2 и 3 в ходе процесса «активации». Предпочтительно, чтобы процесс «активации» заканчивался после того, как возрастание тока устройства станет плавным (после того, как график войдет в область с правой стороны от пунктирной линии на фиг. 9).
Подавая напряжение, имеющее форму сигнала, показанную на фиг. 8A, между вспомогательными электродами 2 и 3 в процессе «активации» можно получить форму, показанную на фиг. 1C и 2C, где толщина первой углеродной пленки 21a примерно такая же, как у второй углеродной пленки 21b. Углеродные пленки, сформированные таким образом, можно применять для формирования устройства электронной эмиссии, вариант осуществления которого показан на фиг. 1A-1C.
С другой стороны, подавая напряжение, имеющее асимметричную форму сигнала, показанную на фиг. 8B, между вспомогательными электродами 2 и 3 в процессе «активации», толщину конца второй углеродной пленки 21b, образующего периферию (край) зазора 8, можно сделать больше, чем у конца первой углеродной пленки 21a, образующего периферию зазора 8 (можно изготовить асимметричную структуру), как показано на фиг. 2D, 6A и 6B. На фиг. 6B показан схематический вид в разрезе, взятый по линии 6B-6B на фиг. 6A. Для ясности, на фиг. 2D, 6A и 6B, участок второй углеродной пленки 21b, имеющий большую толщину, чем конец первой углеродной пленки 21a, и другой участок второй углеродной пленки 21b показаны так, чтобы их можно было различить. Однако это не значит, что существуют фактические различия в материале и структуре. Углеродные пленки, сформированные таким образом, можно применять для формирования устройства электронной эмиссии, показанного на фиг. 2.
Форму сигнала, показанную на фиг. 8A, либо форму сигнала, показанную на фиг. 8B, можно использовать для формирования преобразованного участка подложки (вогнутого участка) 22, например, осуществляя процесс «активации», пока график не вошел в область с правой стороны от пунктирной линии на фиг. 9 и находится достаточно далеко от пунктирной линии. Кроме того, осуществляя процесс «активации», пока график не вошел в область с правой стороны от пунктирной линии на фиг. 9, расстояние между концом первой углеродной пленки 21a и концом второй углеродной пленки 21b, удаленным от поверхности подложки 1, можно сделать меньше, чем на поверхности подложки 1. Далее рассмотрим преобразованный участок подложки (вогнутый (ямчатый) участок подложки) 22.
2
Когда температура подложки растет в присутствие SiO (материал подложки) вблизи углерода, Si расходуется:
2
SiO + C → SiO↑ + CO↑.
Считается, что в этой химической реакции Si расходуется в подложке с образованием формы, где поверхность подложки вырезана (вогнутый участок).
Преобразованный участок подложки (вогнутый участок) 22 увеличивает расстояние между первой и второй углеродными пленками 21a и 21b вдоль поверхности подложки. Таким образом, электрический разряд, обусловленный сильным электрическим полем, приложенным между первой и второй углеродными пленками 21a и 21b при возбуждении устройства, и избыточный ток устройства If можно подавлять.
Теперь рассмотрим углерод в первой и второй углеродных пленках 21a и 21b, т.е. пленках, содержащих углерод, согласно настоящему изобретению. Углерод, содержащийся в углеродных пленках (21a и 21b), предпочтительно, является графитоподобным углеродом. Графитоподобный углерод, согласно настоящему изобретению, включает в себя углерод, имеющий совершенную кристаллическую структуру графита (так называемый ВОПГ [высокоориентированный пиролитический графит]), углерод, имеющий небольшие нерегулярности в размере зерна около 20 нм, (ПГ), углерод, имеющий более значительные нерегулярности в размере зерна около 2 нм (СУ [стеклоуглерод]), и аморфный углерод (аморфный углерод и/или смесь аморфного углерода и вышеописанного кристаллического графита). Иными словами, даже при наличии нерегулярностей в слоях, например, границы зерна между зернами графита в графитоподобном углероде, он пригоден для использования.
Процесс 5
Затем осуществляется обработка для придания первой и второй углеродным пленкам 21a и 21b формы, показанной на фиг. 1A-1C и 2A-2D.
В частности, углеродным пленкам можно придавать форму, показанную на фиг. 1A-1C или фиг. 2A-2D, с использованием, например, атомно-силового микроскопа (AFM), показанного на фиг. 10A, 10B, 11A, 11B и 11C. Хотя здесь АСМ используется в обработке для придания формы первой и второй углеродным пленкам 21a и 21b, обработка не ограничивается использованием иглы АСМ.
Вышеописанную обработку с использованием АСМ можно осуществлять, например, следующим образом.
Прежде всего, опишем случай формирования устройства электронной эмиссии, показанного на фиг. 1A и 1B.
Согласно описанному выше, при формировании устройства электронной эмиссии, показанного на фиг. 1A и 1B в вышеописанном процессе 4 (процессе «активации»), предпочтительно использовать метод повторной подачи импульсного напряжения обеих полярностей, имеющего одно и то же значение напряжения и одну и ту же ширину импульса. В результате, толщина второй углеродной пленки 21b может быть приблизительно равной толщине первой углеродной пленки 21a. Затем игла АСМ выравнивается с первой углеродной пленкой 21a (фиг. 10A). Затем игла АСМ приводится в контакт с концом первой углеродной пленки 21a (участком, образующим периферию зазора 8) для вырезания участка конца углеродной пленки 21a (фиг. 10B). В процессе резания конца углеродной пленки 21a, АСМ может находиться в контактном режиме (контактное давление регулируется напряжением). Это позволяет формировать участок A (выступ), показанный на фиг. 1A и 1B. Эта обработка осуществляется вдоль зазора 8 в множестве мест на конце первой углеродной пленки 21a (конце углеродной пленки 21a, образующем периферию зазора 8) с интервалами d3. Это позволяет изготавливать устройство электронной эмиссии, имеющее структуру, показанную на фиг. 1A и 1B.
Теперь опишем случай формирования устройства электронной эмиссии, показанного на фиг. 2A-2D.
Согласно описанному выше, при формировании устройства электронной эмиссии, показанного на фиг. 2A-2D в вышеописанном процессе 4 (процессе «активации»), предпочтительно использовать метод повторной подачи импульсного напряжения обеих полярностей, имеющего асимметричные значения напряжения и/или асимметричные ширины импульсов. Обычно достаточно, чтобы значение высоты импульса (значение напряжения) и/или ширина импульса, в котором потенциал вспомогательного электрода, подключенного к углеродной пленке, которая должна быть сформирована более толстой, чем другая углеродная пленка (вспомогательный электрод 3 в случае, показанном на фиг. 2A-2D) задан более высоким, чем потенциал вспомогательного электрода, подключенного к другой углеродной пленке (вспомогательный электрод 2 в случае, показанном на фиг. 2A-2D) было/а задано/а превышающим/ей значение высоты импульса (значение напряжения) и/или ширина импульса, в котором задано обратное соотношение потенциалов. Заметим, что, поскольку выступы (участки 35 и 36) являются частью второй электропроводящей пленки 21b, не обязательно, чтобы материал для формирования выступов отличался от материала для формирования участка, отличного от выступов. В результате, как показано на фиг. 6A и 6B, толщина второй углеродной пленки 21b может превышать толщину первой углеродной пленки 21a. Затем игла АСМ выравнивается с первой углеродной пленкой 21a. Затем игла АСМ приводится в контакт с концом первой углеродной пленки 21a (участком, образующим периферию зазора 8) для вырезания участка конца углеродной пленки 21a (фиг. 11A). Это позволяет формировать участок A (выступ), показанный на фиг. 2A-2D. После этого игла АСМ выравнивается со второй углеродной пленкой 21b (фиг. 11B). Затем игла АСМ приводится в контакт с концом второй углеродной пленки 21b (участком, образующим периферию зазора 8) для вырезания участка конца углеродной пленки 21b (фиг. 11C). Это позволяет формировать участки 35 и 36 (выступающие участки) с участком B (напротив участка A) между ними. Вышеописанная обработка осуществляется вдоль зазора 8 в множестве мест на конце второй углеродной пленки 21b (конце углеродной пленки 21b, образующем периферию зазора 8) с интервалами d3. Это позволяет изготавливать устройство электронной эмиссии, имеющее структуру, показанную на фиг. 2A-2D (фиг. 11C).
Устройство электронной эмиссии, отвечающее настоящему изобретению, имеющее структуру, показанную на фиг. 1A-1C или фиг. 2A-2D, можно изготавливать без использования вышеописанной обработки (Процесс 5). В качестве примера такого случая ниже описан способ формирования устройства электронной эмиссии, показанного на фиг. 1A-1C или фиг. 2A-2D с использованием электронного пучка (далее именуемый "электронно-лучевой обработкой").
Процессы 1-3 аналогичны вышеописанному случаю. В процессе «активации» в Процессе 4 можно использовать аналогичный углеродсодержащий газ. Этот процесс подобен вышеописанному процессу 4, за исключением того, что используется симметричная форма импульса, показанная на фиг. 8A. Согласно описанному здесь способу, в процессе «активации», после того, как график входит в область, где возрастание тока устройства If становится плавным (область с правой стороны пунктирной линии на фиг. 9), импульс напряжения подается в атмосфере, содержащей углеродсодержащий газ, одновременно с облучением электронным пучком.
Этот способ описан ниже со ссылкой на фиг. 23.
Диаметр электронного пучка, испускаемого средством 41 эмиссии электронов, не требуется сужать до размера зазора 8, и предпочтительно имеет диапазон 1 мкм или более, когда зазор 8 располагается в центре, с учетом напряжения, подаваемого между вспомогательными электродами 2 и 3, парциального давления углеродсодержащего газа в ходе процесса «активации», и пр. Однако, если диапазон облучения электронным пучком слишком велик, соединение углерода может осаждаться даже в области, где это не требуется. Таким образом, предпочтительно блокировать электронный пучок, испускаемый средством 41 эмиссии электронов, с помощью средства 42 блокировки электронного пучка для подавления расширения электронного пучка. Облучение электронным пучком предпочтительно осуществлять непрерывно (наподобие постоянного тока) при подаче импульсообразного напряжения между вспомогательными электродами. Импульсное напряжение, подаваемое между вспомогательными электродами 2 и 3, предпочтительно, имеет форму сигнала и значения напряжения, показанные на фиг. 8A, и сходные с теми, которые имели место до облучения электронным пучком, которые регулируются в течение времени. Достаточно, чтобы период облучения электронным пучком находился в диапазоне, где ток в области, где возрастание тока устройства становится плавным (область с правой стороны пунктирной линии на фиг. 9), по существу, поддерживается, и период, предпочтительно, составляет от 10 минут до 60 минут.
Это также позволяет изготавливать устройство электронной эмиссии, имеющее структуру, показанную на фиг. 1A и 1B.
Другой иллюстративный способ изготовления устройства электронной эмиссии, показанного на фиг. 1A-1C или фиг. 2A-2D, путем облучения электронным пучком описан ниже со ссылкой на фиг. 26A, 26B и 26C. Хотя здесь описан пример, где вышеописанные электроды 4a и 4b не используются, электроды 4a и 4b, конечно, можно использовать.
Процесс 1'
Вспомогательные электроды 2 и 3 формируются на подложке 1 по аналогии с вышеописанным процессом 1 (фиг. 26A).
Процесс 2'
Затем первая углеродная пленка 21a и вторая углеродная пленка 21b формируются в требуемой форме между первым и вторым вспомогательными электродами 2 и 3 путем облучения электронным пучком (фиг. 26B и 26C).
Углеродные пленки 21a и 21b можно формировать, когда подложка 1 располагается в вышеописанном устройстве измерения/оценки, показанном на фиг. 3. В устройстве предусмотрены средство 41 эмиссии электронов и средство 42 блокировки/отклонения электронного пучка, показанные на фиг. 26B. Облучая нужные места электронным пучком из средства 41 эмиссии электронов, при том, что углеродсодержащий газ введен в устройство, можно осаждать углеродные пленки 21a и 21b требуемой формы.
В качестве углеродсодержащего газа можно использовать газ аналогичный вышеописанному углеродсодержащему газу (Процесс 4). При формировании углеродных пленок 21a и 21b на вспомогательные электроды 2 и 3 не подается напряжение, и на вспомогательных электродах 2 и 3 устанавливается напряжение заземления. Облучая поверхность первого и второго вспомогательных электродов 2 и 3 и поверхность подложки между вспомогательными электродами 2 и 3 электронным пучком, суженным и отклоненным средством 42 блокировки/отклонения электронного пучка, можно осаждать углеродные пленки 21a и 21b в форме, показанной на фиг. 1A-1C или фиг. 2A-2D (фиг. 26B и 26C).
Мы полагаем, что углеродные пленки 21a и 21b осаждаются потому, что углеродсодержащий газ, существующий в атмосфере, или соединение углерода, связанное с электродами 2 и 3 и подложкой 1 вследствие абсорбции углеродсодержащего газа на электродах 2 и 3 и подложке 1, разлагаются при облучении электронным пучком, что приводит к осаждению углерода.
Ускоряющее напряжение электронного пучка, предпочтительно, задано равным от около 1 кВ до 20 кВ. Облучение электронным пучком, предпочтительно, осуществляется непрерывно (подобно постоянному току). Ток электронного пучка, предпочтительно, находится в диапазоне от 0,1 мкА до 100 мкА.
Таким образом, можно изготавливать устройство электронной эмиссии согласно настоящему изобретению.
Заметим, что способ изготовления устройства электронной эмиссии согласно настоящему изобретению, описанный со ссылкой на фиг. 1A-1D и фиг. 2A-2D, и т.п., не следует ограничивать вышеописанной обработкой и облучением электронным пучком. Например, надлежащим образом регулируя (I) состав углеродсодержащего газа, (II) парциальное давление углеродсодержащего газа, (III) форму сигнала подаваемого напряжения, (IV) соотношение между хронированием выпуска углеродсодержащего газа и хронированием прекращения подачи напряжения, (V) температуру в ходе "активации", и пр., устройство электронной эмиссии, имеющее структуру, описанную со ссылкой на фиг. 1A-1D и фиг. 2A-2D и т.п., можно формировать только посредством процесса «активации», без использования описанных здесь способов. Таким образом, настоящее изобретение не исключает такой способ формирования электропроводящих пленок 21a и 21b, показанный на фиг. 1A-1D и фиг. 2A-2D с использованием процесса «активации».
Избыточные углерод и органические вещества, связанные с или осажденные на поверхность подложки 1 и другие места устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению, изготавливаемого согласно описанному выше, вследствие вышеописанного процесса «активации» и пр., предпочтительно удалять до того, как устройство будет практически возбуждено (в случае применения в устройстве формирования изображения, до облучения фосфора электронным пучком), предпочтительно, путем осуществления процесса «стабилизации», который представляет собой процесс нагрева в вакууме.
-8
-6
-7
В частности, в вакуумном контейнере, избыточные углерод и органические вещества сбрасываются. Желательно, чтобы органические вещества в вакуумном контейнере сбрасывались как можно больше, и предпочтительно исключать органические вещества, чтобы их парциальное давление составляло 1·10 Па или ниже. Кроме того, в вакуумном контейнере, полное давление газов, включающих в себя газы, отличные от органических веществ, предпочтительно, равно 3·10 Па или ниже, и особо предпочтительно, 1·10 Па или ниже. Кроме того, при осуществлении выбрасывания из вакуумного контейнера, предпочтительно нагревать вакуумный контейнер как целое.
При возбуждении устройства электронной эмиссии после процесса «стабилизации», предпочтительно поддерживать атмосферу по завершении процесса «стабилизации», но настоящее изобретение этим не ограничивается. Поскольку органические вещества в достаточной степени удаляются, даже если давление само по себе возрастает, можно поддерживать достаточно стабильные характеристики.
Перейдем к описанию основных свойств устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению, со ссылкой на фиг. 3 и 12.
На фиг. 12 показан типичный пример соотношения между током эмиссии Ie и напряжением устройства Vf, и током устройства If и напряжением устройства Vf для устройства электронной эмиссии после вышеописанного процесса «стабилизации», причем значения Ie, Vf и If измеряются с использованием устройства измерения/оценки, показанного на фиг.3.
Поскольку ток эмиссии Ie значительно меньше тока устройства If, на фиг. 12 выбраны соответствующие меры тока. Согласно фиг. 12, устройство электронной эмиссии, отвечающее настоящему изобретению, имеет три свойства в отношении тока эмиссии Ie.
Во-первых, ток эмиссии Ie устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению, внезапно начинает расти, когда подаваемое напряжение устройства достигает определенного уровня (Vth, указанного на фиг. 12 и именуемого пороговым напряжением). С другой стороны, ток эмиссии Ie почти невозможно обнаружить, когда напряжение устройства меньше или равно пороговому напряжению Vth. Иными словами, устройство электронной эмиссии, отвечающее настоящему изобретению, является нелинейным устройством, имеющим отчетливое пороговое напряжение Vth в отношении тока эмиссии Ie.
Во-вторых, поскольку ток эмиссии Ie зависит от напряжения устройства Vf, ток эмиссии Ie можно регулировать напряжением устройства Vf.
В-третьих, эмитированный электрический заряд, захваченный анодом 44, зависит от периода времени, в течение которого подается напряжение устройства Vf. Иными словами, величина электрического заряда, захваченного анодом 44, может регулироваться периодом времени, в течение которого подается напряжение устройства Vf.
Используя вышеописанные свойства устройства электронной эмиссии, можно легко управлять характеристиками электронной эмиссии в соответствии со входным сигналом.
Хотя здесь описан случай, когда устройство электронной эмиссии располагается на пластинчатой подложке 1, устройство электронной эмиссии, отвечающее настоящему изобретению, может располагаться на верхней поверхности или боковой поверхности изолирующего элемента заранее определенной формы (т.е. кубической или многогранной формы), выполненного на подложке. В частности, помещая боковую поверхность изолирующего элемента под углом к плоскости анода 44 и помещая устройство электронной эмиссии, отвечающее настоящему изобретению, на боковой поверхности (устанавливая противоположное направление между электропроводящими пленками 21a и 21b как направление к аноду), можно повысить эффективность электронной эмиссии. Например, при использовании устройства электронной эмиссии, имеющего структуру, показанную на фиг. 1A-1D и фиг. 2A-2D, предпочтительно, чтобы устройство электронной эмиссии располагалось так, чтобы линия через вспомогательные электроды 2 и 3 пересекала анод 44, где углеродная пленка 21b располагается ближе к аноду 44, чем углеродная пленка 21a. Устанавливая потенциал вспомогательного электрода 3 выше, чем у вспомогательного электрода 2, можно добиться весьма удовлетворительной эффективности электронной эмиссии.
Перейдем к описанию способа наблюдения окрестности зазора 8 устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению, показанного на фиг. 1B, 2B, 11C, и т.п. со ссылкой на фиг. 22A и 22B.
Для наблюдения можно использовать плоскостную СЭМ, секционную СЭМ, секционную ПЭМ, 3D-ПЭМ (томографию) и т.п. При наблюдении микроструктуры, например, устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению, предпочтительно использовать 3D-ПЭМ (томографию).
Для получения изображения 3D-ПЭМ, прежде всего, подложку 1 вырезают (травят) со стороны, противоположной поверхности, где располагается устройство электронной эмиссии (с задней стороны) (фиг. 22A). В частности, подложку 1 вырезают так, чтобы толщина подложки 1 непосредственно под устройством электронной эмиссии (вблизи зазора 8) составляла 100 нм или менее. Затем просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) используют для наблюдения изображения ПЭМ вблизи зазора 8 переменном угле пропускания (фиг. 22B). Здесь, при необходимости, предпочтительно покрывать окрестность зазора 8 защитной пленкой (защитную пленку можно формировать, например, путем осаждения золота из паровой фазы на все устройство электронной эмиссии). После этого путем интегрирования в трехмерное изображение множества полученных изображений ПЭМ, можно получить изображение 3D-ПЭМ (томографическое изображение). Используя такую 3D-ПЭМ можно наблюдать детальную структуру зазора 8 шириной 10 нм или менее в трех измерениях.
Ниже приведено иллюстративное применение устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению.
Множество устройств электронной эмиссии, отвечающих настоящему изобретению, можно разместить на подложке для формирования, например, источника электронов или устройства формирования изображения, например плоскопанельного телевизора.
Иллюстративные конфигурации устройств электронной эмиссии на подложке включают в себя конфигурацию, где выполнено m дорожек в направлении X и n дорожек в направлении Y и первая электропроводящая пленка 21a (обычно первый вспомогательный электрод 2) устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению, электрически подключена к одной из m дорожек в направлении X, а вторая электропроводящая пленка 21b (обычно второй вспомогательный электрод 3) электрически подключена к одной из n дорожек в направлении Y (что называется "матричная конфигурация") (m и n - положительные целые числа).
Рассмотрим подробно эту матричную конфигурацию.
Согласно вышеописанным трем основным свойствам устройства электронной эмиссии, отвечающего настоящему изобретению, когда напряжение равно пороговому напряжению или выше его, устройство электронной эмиссии может регулироваться значением высоты импульса и ширины импульса напряжения, подаваемого между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b. С другой стороны, когда напряжение ниже порогового напряжения, электроны, по существу, не эмитируются. Согласно этому свойству, даже при наличии большого количества устройств электронной эмиссии, надлежащим образом подавая вышеописанное импульсообразное напряжение на соответствующие устройства электронной эмиссии, можно управлять количеством электронов, эмитирующих из выбранного устройства электронной эмиссии, на основании входного сигнала.
Теперь опишем структуру подложки источника электронов с матричной конфигурацией, сформированного на основании вышеизложенного, со ссылкой на фиг. 13.
M дорожек 72 в направлении X Dx1, т.е. Dx2,..., Dxm сформировано на изолирующей подложке 71 с использованием вакуумного испарения, печати, напыления, и т.п. Дорожки 72 в направлении X выполнены из проводящего материала, например, металла. N дорожек 73 в направлении Y Dy1, Dy2,..., Dyn могут быть сформированы аналогичным методом и могут быть выполнены из материала, аналогичного материалу дорожек 72 в направлении X. Изолирующий слой (не показан) располагается между m дорожками 72 в направлении X и n дорожками 73 в направлении Y. Изолирующий слой может быть сформирован с использованием вакуумного испарения, печати, напыления, и т.п.
Средство подачи сигнала сканирования (не показано) для подачи сигнала сканирования электрически подключено к дорожкам 72 в направлении X. Средство подачи модулирующего сигнала (не показано) для подачи модулирующего сигнала для модуляции электрона, эмитировавшего из выбранного устройства электронной эмиссии, синхронно с сигналом сканирования электрически подключено к дорожкам 73 в направлении Y. Напряжение возбуждения Vf, подаваемое на устройства электронной эмиссии, поступает как разностное напряжение между подаваемыми сигналом сканирования и модулирующим сигналом.
Теперь, со ссылкой на фиг. 14, 15A и 15B, опишем иллюстративный источник электронов и иллюстративное устройство формирования изображения, использующие подложку источника электронов с матричной конфигурацией. На фиг. 14 изображена схема, демонстрирующая базовую конфигурацию контейнера 88 (панели дисплея), образующего устройство формирования изображения, и на фиг. 15A и 15B показаны схемы, демонстрирующие структуру фосфорной пленки.
На фиг. 14 позиция 71 обозначает подложку источника электронов, на которой расположено множество устройств 74 электронной эмиссии, отвечающих настоящему изобретению, позиция 81 обозначает заднюю пластину, на которой установлена подложка 71 источника электронов, и позиция 86 обозначает переднюю пластину, где фосфорная пленка 84, электропроводящая пленка 85, и пр. сформированы на внутренней поверхности прозрачной подложки 83, например, из стекла. Позиция 82 обозначает опорную раму. Задняя пластина 81, опорная рама 82 и передняя пластина 86 герметично связаны друг с другом путем нанесения и нагрева адгезива, например, стеклянной фритты или индия. Эта герметично соединенная структура образует контейнер 88. Заметим, что электропроводящая пленка 85 является элементом, соответствующим аноду 44, описанному со ссылкой на фиг. 3.
Контейнер 88 (панель дисплея) может быть образован передней пластиной 86, опорной рамой 82 и задней пластиной 81. Однако главная цель обеспечения задней пластины 81 состоит в усилении подложки 71. Таким образом, когда подложка 71 сама по себе достаточно прочна, задняя пластина 81 не требуется. В этом случае опорная рама 82 может быть непосредственно герметично связана с подложкой 71, в результате чего передняя пластина 86, опорная рама 82 и подложка 71 образуют контейнер 88 (панель дисплея).
Кроме того, обеспечив опорный элемент, именуемый прокладкой (не показан), между передней пластиной 86 и подложкой 71, контейнер 88 можно сделать достаточно устойчивым к атмосферному давлению.
На фиг. 15A и 15B показаны конкретные иллюстративные структуры фосфорной пленки 84, изображенной на фиг. 14. Фосфорная пленка 84, в монохромном случае, сформирована только из монохромного фосфора 92. Однако при построении устройства отображения цветного изображения фосфорная пленка 84 включает в себя фосфоры 92 трех основных цветов (RGB) и светопоглощающий элемент 91, расположенный между соответствующими цветами. Светопоглощающий элемент 91 предпочтительно является черным элементом. На фиг. 15A показана конфигурация, где светопоглощающий элемент 91 размещен с образованием полосок. На фиг. 15B показана конфигурация, где светопоглощающий элемент 91 размещен с образованием матрицы. В общем случае, конфигурация, изображенная на фиг. 15A, называется "черными полосками", а конфигурация, изображенная на фиг. 15B, называется "черной матрицей". Светопоглощающий элемент 91 предусмотрен для того, чтобы делать менее заметным смешение цветов на участках изменения цвета между соответствующими фосфорами 92 трех основных цветов, что необходимо в цветном дисплее, и для подавления снижения контрастности вследствие отражения внешнего света от фосфорной пленки 84. Материал для светопоглощающего элемента 91 не ограничивается популярным материалом, основным компонентом которого является графит, и может представлять собой любой материал, не допускающий излишнего пропускания и отражения света. Кроме того, материал может быть проводящим или изолирующим.
Электропроводящая пленка 85, именуемая "металлической тыльной частью", обеспечена со стороны внутренней поверхности (со стороны устройства 74 электронной эмиссии) фосфорной пленки 84. Электропроводящая пленка 85 предусмотрена для зеркального отражения света к стороне устройства 74 электронной эмиссии из света, излучаемого фосфором 92 к стороне передней пластины 86 для повышения яркости, для использования электропроводящей пленки 85 в качестве электрода для подачи напряжения для ускорения электронного пучка, для противодействия повреждения фосфора под ударами отрицательных ионов, генерируемых в оболочке 88, и пр.
Электропроводящая пленка 85 предпочтительно представляет собой алюминиевую пленку. Электропроводящую пленку 85 можно формировать после формирования фосфорной пленки 84 путем сглаживания поверхности фосфорной пленки 84 (обычно именуемого "пленкообразованием"), с последующим осаждением Al с использованием вакуумирования и т.п.
Передняя пластина 86 может быть снабжена прозрачным электродом (не показан), выполненным из ITO и т.п., между фосфорной пленкой 84 и прозрачной подложкой 83 для повышения электропроводности фосфорной пленки 84.
Подавая напряжение на соответствующие устройства 74 электронной эмиссии в оболочке 88 через клеммы Dox1-Doxm и Doy1-Doyn, подключенные к дорожкам в направлении X и дорожкам в направлении Y, которые описаны со ссылкой на фиг. 13 и которые, в свою очередь, подключены к соответствующим устройствам электронной эмиссии, можно заставить требуемое устройство электронной эмиссии испустить электрон. При этом напряжение 5 кВ или выше и 30 кВ или ниже, предпочтительно, напряжение 10 кВ или выше и 25 кВ или ниже, подается на электропроводящую пленку 85 через высоковольтную клемму 87. Расстояние между передней пластиной 86 и подложкой 71 задано равным 1 мм или более и 5 мм или менее, более предпочтительно, 1 мм или более и 3 мм или менее. Это позволяет электронам, испущенным выбранным устройством электронной эмиссии, проходить через электропроводящую пленку 85, чтобы соударяться с фосфорной пленкой 84. Благодаря возбуждению фосфоров 92, вследствие чего они испускают свет, происходит формирование изображения.
Детали вышеописанной структуры, например материалы элементов, не ограничиваются вышеописанными и изменяются в соответствии с задачей.
Контейнер 88 (панель дисплея), отвечающий настоящему изобретению, описанный со ссылкой на фиг. 14, можно использовать для формирования устройства отображения и воспроизведения информации.
В частности, устройство отображения и воспроизведения информации включает в себя приемник для приема широковещательного сигнала для телевещания и т.п., тюнер для выбора принятого сигнала и устройство формирования изображения для вывода, по меньшей мере, одной из информации изображения, символьной информации и аудиоинформации, содержащихся в выбранном сигнале, на панель дисплея 88 для отображения и/или воспроизведения информации на экране. Можно сказать, что "экран" здесь соответствует фосфорной пленке 84 панели дисплея 88, показанной на фиг. 14. Таким образом, можно сформировать устройство отображения и воспроизведения информации, например, телевизор. Конечно, когда широковещательный сигнал закодирован, устройство отображения и воспроизведения информации, отвечающее настоящему изобретению, может включать в себя декодер. В отношении аудиосигнала, сигнал выводится на средство звуковоспроизведения, например, дополнительно предусмотренный громкоговоритель, и воспроизводится синхронно с информацией изображения или символьной информацией, отображаемой на панели дисплея 88.
Вывод информации изображения или символьной информации на панель дисплея 88 для отображения и/или воспроизведения информации на экране, может осуществляться следующим образом. Например, прежде всего, сигналы изображения, соответствующие соответствующим пикселям панели дисплея 88, генерируются из принятой информации изображения или символьной информации. Затем сгенерированные сигналы изображения поступают на схему возбуждения панели дисплея 88. Затем, на основании сигналов изображения, введенных в схему возбуждения, напряжение, подаваемое из схемы возбуждения на соответствующие устройства электронной эмиссии в панели дисплея 88, регулируется для формирования изображения.
На фиг. 32 показана блок-схема телевизора согласно настоящему изобретению. Схема C20 приема включает в себя тюнер, декодер и пр. и принимает телевизионные сигналы для спутникового вещания, наземного вещания и пр., данные, транслируемые через сеть, и пр., и выводит декодированные данные изображения на блок C30 сопряжения. Блок C30 сопряжения преобразует данные изображения в отображаемый формат устройства C10 формирования изображения и выводит данные изображения на панель дисплея 88. Устройство C10 формирования изображения включает в себя панель дисплея 88, схему C12 возбуждения и схему C13 управления. Схема C13 управления осуществляет обработку изображения, например, коррекцию, пригодную для панели дисплея 88 в отношении введенных данных изображения, и выводит данные изображения и разного рода сигналы управления на схему C12 возбуждения. Схема C12 возбуждения выводит сигнал возбуждения на соответствующие дорожки панели дисплея 88 (см. Dox1-Doxm и Doy1-Doyn на фиг. 14) на основании введенных данных изображения, и формируется телевизионное изображение. Схема C20 приема и блок C30 сопряжения могут быть заключены в корпус отдельно от устройства C10 формирования изображения в виде телевизионной приставки (STB), или могут быть заключены в тот же корпус, где заключено устройство C10 формирования изображения.
Блок C30 сопряжения может быть способен подключаться к устройству записи изображения или устройству вывода изображения, например, принтеру, цифровой видеокамере, цифровому фотоаппарату, жесткому диску (HDD) или цифровому видеодиску (DVD). Это позволяет настраивать устройство отображения и воспроизведения информации (или телевизор), чтобы с его помощью можно было воспроизводить на панели дисплея 88 изображение, записанное в устройстве записи изображения, и при необходимости, обрабатывать изображение, воспроизводимое на панели дисплея 88, и выводить изображение на устройство вывода изображения.
Структура устройства отображения и воспроизведения информации является только примером, и возможны различные варианты, основанные на принципах настоящего изобретения. Кроме того, устройство отображения и воспроизведения информации, отвечающее настоящему изобретению, может формировать различные виды устройства отображения и воспроизведения информации путем подключения к его системе видеоконференции, компьютерной системе, и т.п.
Примеры
Настоящее изобретение будет более подробно описано ниже со ссылкой на примеры.
Пример 1
Базовая структура устройства электронной эмиссии, согласно этому примеру, аналогична показанной на фиг. 1A-1C. Базовая структура устройства и способ его изготовления согласно этому примеру описаны ниже со ссылкой на фиг. 1A-1C, 3, и 4A-4D.
Процесс-a
Прежде всего, фоторезист, форма которого соответствует шаблону вспомогательных электродов 2 и 3, сформировали на очищенной кварцевой подложке 1. Затем произвели осаждение слоя Ti толщиной 5 нм и слоя Pt толщиной 45 нм в указанном порядке методом электронно-лучевого осаждения из паровой фазы. Шаблон фоторезиста растворили органическим растворителем, осажденную пленку Pt/Ti отслоили, и сформировали первый и второй вспомогательные электроды 2 и 3, расположенные напротив друг друга, на расстоянии L 20 мкм между ними. Ширина W вспомогательных электродов 2 и 3 (см. фиг. 1A-1C) составляла 500 мкм (фиг. 4A).
Процесс-b
После нанесения методом центрифугирования раствора органического соединения палладия с помощью центрифуги для соединения первого и второго вспомогательных электродов 2 и 3, выполнили обработку спеканием. Таким образом, сформировали тонкую электропроводящую пленку, основным компонентом которой является Pd.
Процесс-c
Затем тонкую электропроводящую пленку шаблонировали для формирования тонкой электропроводящей пленки 4 (фиг. 4B), имеющей ширину W' (см. фиг. 1A-1C) 100 мкм.
Электроды устройства 2 и 3 и тонкую электропроводящую пленку 4 сформировали посредством вышеописанных процессов.
Процесс-d
-6
Затем подложку 1 поместили в устройство измерения/оценки, показанное на фиг. 3, устройство измерения/оценки вакуумировали с помощью вакуумного насоса, и когда степень вакуума достигла 1·10 Па, подали напряжение между вспомогательными электродами 2 и 3 с использованием источника питания 41, выполнили процесс «формирования», сформировали второй зазор 7 в тонкой электропроводящей пленке 4 и сформировали электроды 4a и 4b (фиг. 4C). Напряжение, используемое в процессе «формирования», имело форму сигнала, показанную на фиг. 7B.
На фиг. 7B, T1 и T2 обозначают ширину импульса и интервал между импульсами, соответственно, формы сигнала напряжения. Согласно этому примеру, T1 составляла 1 мс, T2 составлял 16,7 мс и значение высоты импульса треугольной волны увеличили на 0,1 В для осуществления процесса «формирования». В процессе «формирования» импульс измерения сопротивления 0,1 В периодически подавали между вспомогательными электродами 2 и 3 для измерения сопротивления. Процесс «формирования» закончился, когда измерение с использованием импульса измерения сопротивления показало около 1 мОм или более.
Процесс-e
-4
Затем для осуществления процесса «активации» ввели акрилонитрил в вакуумную камеру через травящий клапан и поддерживали давление 1,3·10 Па. Затем импульсное напряжение, имеющее форму сигнала, показанную на фиг. 8A, подали между вспомогательными электродами 2 и 3 при условии, что T1 равно 2 мс и T2 равно 7 мс. Процесс «активации» проводили, подавая на первый вспомогательный электрод 2 постоянный потенциал заземления, и импульсное напряжение, имеющее форму сигнала, показанную на фиг. 8A, подавали на второй вспомогательный электрод 3.
По прошествии 100 минут после начала процесса активации, было подтверждено, что график достаточно глубоко вошел в область, расположенную по правую сторону пунктирной линии на фиг. 9, подачу напряжения прекратили, и травящий клапан закрыли, чтобы закончить процесс «активации». В результате, сформировали первую и вторую углеродные пленки 21a и 21b (фиг. 4D).
В этом процессе были изготовлены устройства электронной эмиссии A, прошедшие процесс «активации» при наивысшем значении напряжения, равном ±14 В, устройства электронной эмиссии B, прошедшие процесс «активации» при наивысшем значении напряжения, равном ±16 В, и устройства электронной эмиссии C, прошедшие процесс «активации» при наивысшем значении напряжения, равном ±18 В. Вышеописанным способом изготовления всего было изготовлено восемь устройств электронной эмиссии A (A1-A8). Вышеописанным способом изготовления всего было изготовлено шесть устройств электронной эмиссии B (B1-B6). Вышеописанным способом изготовления всего было изготовлено четыре устройства электронной эмиссии C (C1-C4).
Наблюдались изображения СЭМ в плоскости и изображения СЭМ в разрезе устройств электронной эмиссии (A', B' и C'), изготовленных тем же способом изготовления, который был описан выше, как процессы a-e. Было обнаружено, что независимо от напряжения, подаваемого в процессе «активации», толщина конца первой углеродной пленки 21a (участка, образующего периферию зазора 8) и толщина конца второй углеродной пленки 21b (участка, образующего периферию зазора 8) почти одинаковы, и зазор 8 имел форму серпантина. Кроме того, во всех устройствах электронной эмиссии было большое количество участков (участков A и B), где зазор между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b меньше, чем в других участках.
Наблюдалось изображение 3D-ПЭМ в окрестности зазора 8 устройств электронной эмиссии (A', B' и C'), изготовленных тем же способом изготовления, который использовался при изготовлении соответствующих устройств электронной эмиссии A, B и C. Расстояние d1 между участком A первой углеродной пленки 21a и участком B второй углеродной пленки 21b составляло в среднем 2,3 нм в отношении устройств электронной эмиссии A', в среднем 2,8 нм в отношении устройств электронной эмиссии B' и в среднем 3,3 нм в отношении устройств электронной эмиссии C'.
Минимальное расстояние d2 между участком первой электропроводящей пленки 21a, который отстоит от участка A вдоль периферии зазора 8 на такое же расстояние d1, и участком второй электропроводящей пленки 21b напротив того участка, который был измерен с использованием изображений 3D-ПЭМ, составляло в среднем 2,5 нм в отношении устройств электронной эмиссии A' (d2/d1 было равно 1,1 или менее в отношении всех устройств электронной эмиссии A'), в среднем 3,0 нм в отношении устройств электронной эмиссии B' (d2/d1 было равно 1,1 или менее в отношении всех устройств электронной эмиссии B'), и в среднем 3,5 нм в отношении устройств электронной эмиссии C' (d2/d1 было равно 1,1 или менее в отношении всех устройств электронной эмиссии C').
Процесс-f
Затем устройства электронной эмиссии согласно этому примеру (A, B и C) после переноса процесса-e из устройства измерения/оценки, показанного на фиг. 3, в атмосферу и, как описано со ссылкой на конфигурацию, первую углеродную пленку 21a обработали с использованием АСМ (см. фиг. 10A и 10B).
Согласно этому примеру, сначала вырезав конец первой углеродной пленки 21a с использованием АСМ, расстояние d1 между участком A и участком B задали равным 2,5 нм в отношении всех устройств электронной эмиссии A (A1-A8), 3,0 нм в отношении всех устройств электронной эмиссии B (B1-B6), и 3,5 нм в отношении всех устройств электронной эмиссии C (C1-C4).
Кроме того, каждый конец первой углеродной пленки 21a обработали с использованием АСМ, так что d2 устройства электронной эмиссии A1 составляло 2,8 нм, d2 устройства электронной эмиссии A2 составляло 3,0 нм, d2 устройства электронной эмиссии A3 составляло 3,3 нм, d2 устройства электронной эмиссии A4 составляло 3,6 нм, d2 устройства электронной эмиссии A5 составляло 4,0 нм, d2 устройства электронной эмиссии A6 составляло 4,2 нм, d2 устройства электронной эмиссии A7 составляло 5,0 нм, и d2 устройства электронной эмиссии A8 составляло 10 нм. Заметим, что d2/d1 составляло 1,1 в отношении устройства электронной эмиссии A1 и составляло 1,2 или более в отношении устройств электронной эмиссии A2-A8.
Кроме того, каждый конец первой углеродной пленки 21a обработали с использованием АСМ, так что d2 устройства электронной эмиссии B1 составляло 3,3 нм, d2 устройства электронной эмиссии B2 составляло 3,6 нм, d2 устройства электронной эмиссии B3 составляло 4,0 нм, d2 устройства электронной эмиссии B4 составляло 4,2 нм, d2 устройства электронной эмиссии B5 составляло 5,0 нм, d2 устройства электронной эмиссии B6 составляло 10 нм. Заметим, что d2/d1 составляло 1,1 в отношении устройства электронной эмиссии B1 и составляло 1,2 или более в отношении устройств электронной эмиссии B2-B6.
Кроме того, каждый конец первой углеродной пленки 21a обработали с использованием АСМ, так что d2 устройства электронной эмиссии C1 составляло 4,0 нм, d2 устройства электронной эмиссии C2 составляло 4,2 нм, d2 устройства электронной эмиссии C3 составляло 5,0 нм, d2 устройства электронной эмиссии C4 составляло 10 нм. Заметим, что d2/d1 составляло 1,1 в отношении устройства электронной эмиссии C1 и составляло 1,2 или более в отношении устройств электронной эмиссии C2-C4.
Кроме того, тем же способом изготовления, который был описан выше как Процессы a-e, три вида устройств электронной эмиссии изготовили в порядке Сравнительного примера 1. Разные устройства электронной эмиссии, согласно Сравнительному примеру 1, имели разные напряжения, подаваемые в процессе активации. В процессе активации наивысшее значение напряжения составляло ±14 В для первого устройства, ±16 В для второго устройства и ±18 В для третьего устройства. Вышеописанный Процесс-f не осуществляли в отношении устройств электронной эмиссии согласно Сравнительному примеру 1.
Процесс-g
Затем устройства электронной эмиссии, изготовленные согласно этому примеру после Процесса-f, и устройства электронной эмиссии согласно Сравнительному примеру 1 поместили в устройство измерения/оценки, показанное на фиг. 3. Вакуумировав устройство измерения/оценки, осуществили процесс «стабилизации».
-8
В частности, вакуумную камеру вакуумировали, поддерживая вакуумную камеру и устройства электронной эмиссии при температуре около 250°C, нагревая их нагревателем. По истечении 20 часов нагрев с помощью нагревателя прекратили, чтобы дать им достичь комнатной температуры. Давление в вакуумной камере достигло около 1·10 Па. Затем измерили характеристики электронной эмиссии.
При измерении характеристик электронной эмиссии расстояние H между анодом 44 и устройством электронной эмиссии составляло 2 мм, и высоковольтный источник питания 43 выдавал потенциал 1 кВ на анод 44. Поддерживая это состояние, источник питания 41 использовали для подачи напряжения возбуждения между вспомогательными электродами 2 и 3 соответствующих устройств электронной эмиссии, при этом потенциал на первом вспомогательном электроде 2 был ниже, чем на втором вспомогательном электроде 3. Квадратное импульсное напряжение, имеющее значение высоты импульса 12 В, подавали на устройства электронной эмиссии A1-A8 и первое устройство согласно Сравнительному примеру 1, квадратное импульсное напряжение, имеющее значение высоты импульса 14 В, подавали на устройства электронной эмиссии B1-B6 и второе устройство согласно Сравнительному примеру 1, и квадратное импульсное напряжение, имеющее значение высоты импульса 16 В, подавали на устройства электронной эмиссии C1-C4 и третье устройство согласно Сравнительному примеру 1.
При измерении ток устройства If и ток эмиссии Ie устройств электронной эмиссии согласно этому примеру и согласно Сравнительному примеру 1 измеряли амперметрами 40 и 42, соответственно, и вычисляли эффективность электронной эмиссии (Ie/If).
В Таблице 1 показана вычисленная эффективность электронной эмиссии и в Таблице 2 показан ток эмиссии Ie. Ток устройства If составлял около 1,0 мА в отношении всех устройств электронной эмиссии.
Таблица 1
d2 [нм]
Сравнитель-ный пример 1
2,8
3
3,3
3,6
4
4,2
5
10
Напряжение возбуждения 12 В(d1=2,5 нм)
0,05%
0,06%(A1)
0,09%(A2)
0,10%(A3)
0,11%(A4)
0,12%(A5)
0,13%(A6)
0,14%(A7)
0,14%(A8)
Напряжение возбуждения 14 В(d1=3,0 нм)
0,08%
0,09%(B1)
0,14%(B2)
0,14%(B3)
0,15%(B4)
0,16%(B5)
0,16%(B6)
Напряжение возбуждения 16 В(d1=3,5 нм)
0,12%
0,13%(C1)
0,16%(C2)
0,18%(C3)
0,19%(C4)
Таблица 2
d2 [нм]
Сравнитель-ный пример 1
2,8
3
3,3
3,6
4
4,2
5
10
Напряжение возбуждения 12 В(d1=2,5 нм)
0,5 мкА
0,6 мкА (A1)
0,9 мкА(A2)
0,9 мкА(A3)
1,1 мкА(A4)
1,1 мкА(A5)
1,1 мкА(A6)
1,2 мкА(A7)
1,4 мкА(A8)
Напряжение возбуждения 14 В(d1=3,0 нм)
0,8 мкА
0,9 мкА(B1)
1,3 мкА(B2)
1,3 мкА(B3)
1,4 мкА(B4)
1,5 мкА(B5)
1,6 мкА(B6)
Напряжение возбуждения 16 В(d1=3,5 нм)
1,1 мкА
1,3 мкА(C1)
1,7 мкА(C2)
1,7 мкА(C3)
1,9 мкА(C4)
Результат показывает, что, когда d2/d1 равно 1,2 или более, устройства электронной эмиссии согласно этому примеру имеют больший ток эмиссии Ie и более высокую эффективность электронной эмиссии, чем устройства электронной эмиссии согласно Сравнительному примеру 1. Кроме того, после оценки характеристик, то же импульсное напряжение, которое подавалось при оценке характеристик, подавали на устройства электронной эмиссии согласно этому примеру, и устройства возбуждали в течение продолжительного времени. Характеристики, показанные в Таблицах 1 и 2, поддерживались в течение продолжительного времени без больших флуктуаций в течение времени.
После оценки вышеописанных характеристик окрестность зазора 8 устройств электронной эмиссии (A, B и C), изготовленных согласно этому примеру, наблюдали с использованием вышеописанной 3D-ПЭМ. Расстояние d1 между участком A первой углеродной пленки 21a и участком B второй углеродной пленки 21b уверенно составляло 2,5 нм в отношении устройств электронной эмиссии A, 3,0 нм в отношении устройств электронной эмиссии B, и 3,5 нм в отношении устройств электронной эмиссии C. Аналогично, расстояние d2 уверенно составляло 2,8 нм в отношении устройства электронной эмиссии A1, 3,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии A2, 3,3 нм в отношении устройства электронной эмиссии A3, 3,5 нм в отношении устройства электронной эмиссии A4, 4,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии A5, 4,2 нм в отношении устройства электронной эмиссии A6, 5,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии A7, 10 нм в отношении устройства электронной эмиссии A8, 3,3 нм в отношении устройства электронной эмиссии B1, 3,5 нм в отношении устройства электронной эмиссии B2, 4,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии B3, 4,2 нм в отношении устройства электронной эмиссии B4, 5,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии B5, 10 нм в отношении устройства электронной эмиссии B6, 4,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии C1, 4,2 нм в отношении устройства электронной эмиссии C2, 5,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии C3, и 10 нм в отношении устройства электронной эмиссии C4.
В отношении всех устройств электронной эмиссии, было подтверждено, что преобразованный участок подложки (вогнутый участок) 22 был сформирован на поверхности подложки 1 между первой и второй углеродными пленками 21a и 21b.
Расстояние d3 между соответствующими выступами измеряли с использованием видов сверху СЭМ, и исследовали распределение. На фиг. 24 показан схематический график распределения.
В отношении всех устройств электронной эмиссии распределение расстояния d3 составляло от 3 d1 до 500 d1 с пиком в пределах от 30 до 40 d1. Хотя распределение расстояния d3 было описано выше в отношении устройств электронной эмиссии A-C согласно этому примеру, настоящее изобретение этим не ограничивается, и расстояние d3 может иметь более широкое распределение. Однако для получения тока эмиссии Ie в практическом диапазоне, предпочтительно, чтобы распределение было в пределах 2000 d1.
Кроме того, для получения большего тока эмиссии Ie, наиболее предпочтительно, чтобы d3 составляло от 3 d1 до 40 d1 и все d3 были одинаковыми (распределение было сконцентрированным).
Пример 2
Этот пример является наиболее предпочтительным примером настоящего изобретения.
Согласно этому примеру устройства электронной эмиссии были изготовлены таким же образом, как в Примере 1, за исключением того, что Процесс-e и Процесс-f согласно примеру 1 были видоизменены согласно описанному ниже. Таким образом, перейдем к описанию Процесса-e и Процесса-f.
Процесс-e
Согласно Процессу-e для осуществления процесса активации ввели акрилонитрил в вакуумную камеру через травящий клапан. Затем импульсное напряжение, имеющее форму сигнала, показанную на фиг. 8B, подали между вспомогательными электродами 2 и 3, причем T1 составляла 1 мс, T1' составляла 0,3 мс, и T2 составлял 5 мс. Процесс «активации» проводили, подавая на первый вспомогательный электрод 2 постоянный потенциал заземления, и импульсное напряжение, имеющее форму сигнала, показанную на фиг. 8B, подавали на второй вспомогательный электрод 3.
По прошествии 120 минут после начала процесса активации, убедились в том, что график достаточно глубоко вошел в область, расположенную по правую сторону пунктирной линии на фиг. 9, и подачу напряжения прекратили, и травящий клапан закрыли, чтобы закончить процесс «активации». В результате сформировали первую и вторую углеродные пленки 21a и 21b (фиг. 4D).
В этом процессе были изготовлены устройства электронной эмиссии D, прошедшие процесс «активации» при наивысшем значении напряжения, равном ±14 В, устройства электронной эмиссии E, прошедшие процесс «активации» при наивысшем значении напряжения, равном ±16 В, и устройства электронной эмиссии C, прошедшие процесс «активации» при наивысшем значении напряжения, равном ±18 В. Вышеописанным способом изготовления всего было изготовлено восемь устройств электронной эмиссии D (D1-D8). Вышеописанным способом изготовления всего было изготовлено шесть устройств электронной эмиссии E (E1-E6). Вышеописанным способом изготовления всего было изготовлено четыре устройства электронной эмиссии F (F1-F4).
Наблюдались виды сверху СЭМ и виды в разрезе СЭМ устройств электронной эмиссии, изготовленные тем же способом изготовления, который представлен вышеописанными Процессами a-e. Было обнаружено, что независимо от напряжения, подаваемого в процессе «активации», толщина конца первой углеродной пленки 21a и толщина конца второй углеродной пленки 21b (участка, образующего периферию зазора 8) асимметричны, и зазор 8 имел форму серпантина. Кроме того, во всех устройствах электронной эмиссии существовало множество участков (участков A и B), где зазор между первой и второй электропроводящими пленками 21a и 21b меньше, чем в других участках.
Проводилось наблюдение изображения 3D-ПЭМ в окрестности зазора 8 устройств электронной эмиссии (D', E' и F'), изготовленных тем же способом изготовления, который использовался при изготовлении соответствующих устройств электронной эмиссии D, E и F. Расстояние d1 между участком A первой углеродной пленки 21a и участком B второй углеродной пленки 21b составляло в среднем 2,3 нм в отношении устройств электронной эмиссии D', в среднем 2,8 нм в отношении устройств электронной эмиссии E', и в среднем 3,3 нм в отношении устройств электронной эмиссии F'.
Минимальное расстояние d2 между участком первой электропроводящей пленки 21a, который отстоит от участка A вдоль периферии зазора 8 на такое же расстояние d1, и участком второй электропроводящей пленки 21b напротив того участка, который был измерен с использованием изображений 3D-ПЭМ, составляло в среднем 2,5 нм в отношении устройств электронной эмиссии D' (d2/d1 было равно 1,1 или менее в отношении всех устройств электронной эмиссии D'), в среднем 3,0 нм в отношении устройств электронной эмиссии E' (d2/d1 было равно 1,1 или менее в отношении всех устройств электронной эмиссии E'), и в среднем 3,5 нм в отношении устройств электронной эмиссии F' (d2/d1 было равно 1,1 или менее в отношении всех устройств электронной эмиссии F').
Окрестность зазора 8 устройств электронной эмиссии D' наблюдали с использованием видов в разрезе СЭМ. Толщина конца первой углеродной пленки 21a составляла 20 нм, и толщина конца второй углеродной пленки 21b составляла 75 нм. Толщина второй углеродной пленки 21b, которая существует на линии, проходящей в направлении, в котором участок A первой углеродной пленки 21a находится напротив участка B второй углеродной пленки 21b (в направлении эмиссии электронов), составляла 100 нм.
Процесс-f
Затем устройства электронной эмиссии согласно этому примеру (D, E и F) после переноса процесса-e из устройства измерения/оценки, показанного на фиг. 3, в атмосферу, и, как описано со ссылкой на вариант осуществления, первую углеродную пленку 21a обработали с использованием АСМ (см. фиг. 11A, 11B и 11C).
Вырезав конец первой углеродной пленки 21a, расстояние d1 между участком A первой углеродной пленки 21a и участком B второй углеродной пленки 21b задали равным 2,5 нм в отношении всех устройств электронной эмиссии D (D1-D8), 3,0 нм в отношении всех устройств электронной эмиссии E (E1-E4), и 3,5 нм в отношении всех устройств электронной эмиссии F (F1-F4).
Кроме того, каждый конец первой углеродной пленки 21a обработали с использованием АСМ, так что d2 устройства электронной эмиссии D1 составляло 2,8 нм, d2 устройства электронной эмиссии D2 составляло 3,0 нм, d2 устройства электронной эмиссии D3 составляло 3,3 нм, d2 устройства электронной эмиссии D4 составляло 3,6 нм, d2 устройства электронной эмиссии D5 составляло 4,0 нм, d2 устройства электронной эмиссии D6 составляло 4,2 нм, d2 устройства электронной эмиссии D7 составляло 5,0 нм, и d2 устройства электронной эмиссии D8 составляло 10 нм. Заметим, что d2/d1 составляло 1,1 в отношении устройства электронной эмиссии D1 и составляло 1,2 или более в отношении устройств электронной эмиссии D2-D8.
Кроме того, каждый конец первой углеродной пленки 21a обработали с использованием АСМ, так что d2 устройства электронной эмиссии E1 составляло 3,3 нм, d2 устройства электронной эмиссии E2 составляло 3,6 нм, d2 устройства электронной эмиссии E3 составляло 4,0 нм, d2 устройства электронной эмиссии E4 составляло 4,2 нм, d2 устройства электронной эмиссии E5 составляло 5,0 нм, d2 устройства электронной эмиссии E6 составляло 10 нм. Заметим, что d2/d1 составляло 1,1 в отношении устройства электронной эмиссии E1 и составляло 1,2 или более в отношении устройств электронной эмиссии E2-E6.
Кроме того, каждый конец первой углеродной пленки 21a обработали с использованием АСМ, так что d2 устройства электронной эмиссии F1 составляло 4,0 нм, d2 устройства электронной эмиссии F2 составляло 4,2 нм, d2 устройства электронной эмиссии F3 составляло 5,0 нм, d2 устройства электронной эмиссии F4 составляло 10 нм. Заметим, что d2/d1 составляло 1,1 в отношении устройства электронной эмиссии F1 и составляло 1,2 или более в отношении устройств электронной эмиссии F2-F4.
В отношении каждого устройства электронной эмиссии, резание производилось так, чтобы толщина участков B второй электропроводящей пленки 21b была равна толщине участков A первой электропроводящей пленки 21a, и различие в толщине h между участками B и участками 35 и 36 второй электропроводящей пленки 21b (высота h "выступающих участков" (см. фиг. 2C и 2D)) сделали равным 50 нм. Кроме того, ширина w между участками 35 и 36 (ширина w между "выступающими участками") составляла 5 нм в отношении устройств электронной эмиссии D, 6 нм в отношении устройств электронной эмиссии E, и 7 нм в отношении устройств электронной эмиссии F.
Толщина второй углеродной пленки 21b, которая существует на линии, проходящей в направлении, в котором участок A первой углеродной пленки 21a находится напротив участка B второй углеродной пленки 21b (в направлении эмиссии электронов), составляла 100 нм.
Кроме того, тем же способом изготовления, который был описан выше как процессы a-e, три вида устройств электронной эмиссии изготовили в порядке Сравнительного примера 2. Разные устройства электронной эмиссии согласно Сравнительному примеру 2 имели разные напряжения, подаваемые в процессе активации. В процессе активации наивысшее значение напряжения составляло ±14 В для первого устройства, ±16 В для второго устройства и ±18 В для третьего устройства. Вышеописанный Процесс-f не осуществляли в отношении устройств электронной эмиссии согласно Сравнительному примеру 2.
Процесс-g
Затем устройства электронной эмиссии после Процесса-f, и устройства электронной эмиссии согласно Сравнительному примеру 2 поместили в устройство измерения/оценки, показанное на фиг. 3. Вакуумировав устройство измерения/оценки, осуществили процесс «стабилизации».
-8
В частности, вакуумную камеру вакуумировали, поддерживая вакуумную камеру и устройства электронной эмиссии при температуре около 250°C, нагревая их нагревателем. По истечении 20 часов нагрев с помощью нагревателя прекратили, чтобы дать им достичь комнатной температуры. Давление в вакуумной камере достигло около 1·10 Па. Затем измерили характеристики электронной эмиссии.
При измерении характеристик электронной эмиссии расстояние H между анодом 44 и устройством электронной эмиссии составляло 2 мм, и высоковольтный источник питания 43 выдавал потенциал 1 кВ на анод 44. Поддерживая это состояние, источник питания 41 использовали для подачи напряжения возбуждения между вспомогательными электродами 2 и 3 соответствующих устройств электронной эмиссии, так что потенциал на первом вспомогательном электроде 2 был ниже, чем на втором вспомогательном электроде 3. Квадратное импульсное напряжение, имеющее значение высоты импульса 12 В, подавали на устройства электронной эмиссии D1-D8 и первое устройство согласно Сравнительному примеру 2, квадратное импульсное напряжение, имеющее значение высоты импульса 14 В, подавали на устройства электронной эмиссии E1-E6 и второе устройство согласно Сравнительному примеру 2, и квадратное импульсное напряжение, имеющее значение высоты импульса 16 В, подавали на устройства электронной эмиссии F1-F4 и третье устройство согласно Сравнительному примеру 2.
При измерении, ток устройства If и ток эмиссии Ie устройств электронной эмиссии согласно этому примеру и согласно Сравнительному примеру 2 измеряли амперметрами 40 и 42, соответственно, и вычисляли эффективность электронной эмиссии (Ie/If).
В Таблице 3 показана вычисленная эффективность электронной эмиссии и в Таблице 4 показан ток эмиссии Ie. Ток устройства If составлял около 1,0 мА в отношении всех устройств электронной эмиссии.
Таблица 3
d2 [нм]
Сравнитель-ный пример 2
2,8
3
3,3
3,6
4
4,2
5
10
Напряжение возбуждения 12 В(d1=2,5 нм)
0,08%
0,13%(D1)
0,18%(D2)
0,19%(D3)
0,20%(D4)
0,21%(D5)
0,22%(D6)
0,24%(D7)
0,25%(D8)
Напряжение возбуждения 14 В(d1=3,0 нм)
0,11%
0,18%(E1)
0,23%(E2)
0,24%(E3)
0,26%(E4)
0,28%(E5)
0,29%(E6)
Напряжение возбуждения 16 В(d1=3,5 нм)
0,16%
0,23%(F1)
0,32%(F2)
0,34%(F3)
0,34%(F4)
Таблица 4
d2 [нм]
Сравнитель-ный пример 2
2,8
3
3,3
3,6
4
4,2
5
10
Напряжение возбуждения 12 В(d1=2,5 нм)
0,9 мкА
1,2 мкА (D1)
1,6 мкА(D2)
1,6 мкА(D3)
1,8 мкА(D4)
1,9 мкА(D5)
1,9 мкА(D6)
2,0 мкА(D7)
2,2 мкА(D8)
Напряжение возбуждения 14 В(d1=3,0 нм)
1,2 мкА
1,6 мкА(E1)
2,0 мкА(E2)
2,1 мкА(E3)
2,4 мкА(E4)
2,5 мкА(E5)
2,7 мкА(E6)
Напряжение возбуждения 16 В(d1=3,5 нм)
1,9 мкА
2,2 мкА(F1)
2,8 мкА(F2)
3,0 мкА(F3)
3,2 мкА(F4)
Результат показывает, что, когда d2/d1 равно 1,2 или более, устройства электронной эмиссии, согласно этому примеру, имеют больший ток эмиссии Ie и более высокую эффективность электронной эмиссии η, чем устройства электронной эмиссии согласно Сравнительному примеру 2. Кроме того, после оценки характеристик то же импульсное напряжение, которое подавалось при оценке характеристик, подавали на устройства электронной эмиссии, согласно этому примеру, и устройства возбуждали в течение продолжительного времени. Характеристики, показанные в Таблицах 3 и 4, поддерживались в течение продолжительного времени без больших флуктуаций в течение времени.
После оценки вышеописанных характеристик окрестность зазора 8 устройств электронной эмиссии (D, E и F), изготовленных согласно этому примеру, наблюдали с использованием вышеописанной 3D-ПЭМ. Расстояние d1 между участком A первой углеродной пленки 21a и участком B второй углеродной пленки 21b уверенно составляло 2,5 нм в отношении устройств электронной эмиссии D (D1-D8), 3,0 нм в отношении устройств электронной эмиссии E (E1-E6), и 3,5 нм в отношении устройств электронной эмиссии F (F1-F4). Аналогично, расстояние d2 уверенно составляло 2,8 нм в отношении устройства электронной эмиссии D1, 3,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии D2, 3,3 нм в отношении устройства электронной эмиссии D3, 3,6 нм в отношении устройства электронной эмиссии D4, 4,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии D5, 4,2 нм в отношении устройства электронной эмиссии D6, 5,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии D7, 10 нм в отношении устройства электронной эмиссии D8, 3,3 нм в отношении устройства электронной эмиссии E1, 3,6 нм в отношении устройства электронной эмиссии E2, 4,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии E3, 4,2 нм в отношении устройства электронной эмиссии E4, 5,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии E5, 10 нм в отношении устройства электронной эмиссии E6, 4,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии F1, 4,2 нм в отношении устройства электронной эмиссии F2, 5,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии F3, и 10 нм в отношении устройства электронной эмиссии F4.
В отношении всех устройств электронной эмиссии было подтверждено, что преобразованный участок подложки (вогнутый участок) 22 был сформирован на поверхности подложки 1 между первой и второй углеродными пленками 21a и 21b.
Кроме того, ширина w между участками 35 и 36 (ширина w между «выступающими участками») уверенно составляла 5 нм в отношении устройств электронной эмиссии D, 6 нм в отношении устройств электронной эмиссии E, и 7 нм в отношении устройств электронной эмиссии F. Эти значения (ширины w) были в два раза больше d1 соответствующих устройств электронной эмиссии.
Расстояние d3 между соответствующими выступами (участками A) измеряли с использованием видов сверху СЭМ, и исследовали распределение. Распределение было аналогично показанному на фиг. 24. В отношении всех устройств электронной эмиссии, распределение расстояния d3 между выступами составляло примерно от 3 d1 до 500 d1 с пиком в пределах от 35 d1 до 45 d1. Хотя распределение расстояния d3 было описано выше в отношении устройств электронной эмиссии D-F, согласно этому примеру, настоящее изобретение этим не ограничивается, и расстояние d3 может иметь более широкое распределение. Однако для получения тока эмиссии Ie в практическом диапазоне предпочтительно, чтобы распределение было в пределах 2000 d1. Заметим, что когда d3 задано меньшим, чем 3 d1, было обнаружено, что флуктуации тока электронной эмиссии в течение времени больше, чем для устройств электронной эмиссии, где d3 составляло 3 d1 или более. Предположительно, причина в том, что выступы (участки A), которые, предположительно, вносят вклад в электронную эмиссию, столь близки друг к другу, что мешают друг другу.
Кроме того, для получения большего тока эмиссии Ie, наиболее предпочтительно, чтобы d3 составляло от 3 d1 до 45 d1 и все d3 были одинаковыми (распределение было сконцентрированным).
Кроме того, в отношении устройств электронной эмиссии, изготовленных способом, аналогичным способу изготовления устройства электронной эмиссии E3, было изготовлено семь видов устройств электронной эмиссии (E3-1 - E3-7), имеющие разные значения ширины w, и были оценены характеристики соответствующих устройств. Ширина w составляла 3 нм в отношении устройства электронной эмиссии E3-1, 5 нм в отношении устройства электронной эмиссии E3-2, 6 нм в отношении устройства электронной эмиссии E3-3, 15 нм в отношении устройства электронной эмиссии E3-4, 50 нм в отношении устройства электронной эмиссии E3-5, 150 нм в отношении устройства электронной эмиссии E3-6 и 300 нм в отношении устройства электронной эмиссии E3-7. При подаче напряжения 14 В на эти устройства электронной эмиссии для возбуждения устройств эффективность электронной эмиссии η и ток эмиссии Ie для E3-2 были почти такими же, как для E3-1. Ток эмиссии Ie для E3-3 был почти таким же, как для E3-2, но эффективность электронной эмиссии η для E3-3 повысилась примерно в 1,1 раза по сравнению с E3-2. Ток эмиссии Ie и эффективность электронной эмиссии η для E3-4 повысились примерно в 1,2 раза по сравнению с E3-3. Эффективность электронной эмиссии η для E3-5 повысилась примерно в 1,1 раза по сравнению с E3-4. Эффективность электронной эмиссии η и ток эмиссии Ie для E3-6 были почти такими же, как для E3-5. Эффективность электронной эмиссии η и ток эмиссии Ie для E3-7 снизились по сравнению с E3-6. Аналогичная тенденция наблюдалась в других устройствах электронной эмиссии (D, E и F) согласно этому примеру. Вышеприведенный результат свидетельствует о том, что задав w вдвое или более большей, чем d1, можно повысить ток эмиссии Ie и эффективность электронной эмиссии η. Также очевидно, что когда w превышает 50 d1, этот эффект начинает ослабевать.
Кроме того, в отношении различия в толщине h (высоты h "выступающих участков"), были оценены характеристики пяти видов устройств электронной эмиссии (E3-8 - E3-12), имеющих разные значения различия в толщине h и изготовленных способом изготовления, аналогичным способу изготовления устройства электронной эмиссии E3. Различие в толщине h составляло 3 нм в отношении устройства электронной эмиссии E3-8, 4 нм в отношении устройства электронной эмиссии E3-9, 6 нм в отношении устройства электронной эмиссии E3-10, 10 нм в отношении устройства электронной эмиссии E3-11, и 70 нм в отношении устройства электронной эмиссии E3-12.
При подаче напряжения 14 В на эти устройства электронной эмиссии для возбуждения устройств, эффективность электронной эмиссии η и ток эмиссии Ie для E3-9 были почти такими же, как для E3-8. Ток эмиссии Ie для E3-10 увеличился примерно в 1,2 раза по сравнению с E3-9, а эффективность электронной эмиссии η для E3-10 была почти такой же, как для E3-9. Эффективность электронной эмиссии η для E3-11 увеличилась примерно в 1,2 раза по сравнению с E3-10. Эффективность электронной эмиссии η для E3-12 повысилась примерно в 1,1 раза по сравнению с E3-11, но ток эмиссии Ie для E3-12 был почти таким же, как для E3-11.
Вышеприведенный результат свидетельствует о том, что, задав h вдвое большей или более чем d1, можно повысить ток эмиссии Ie и эффективность электронной эмиссии η. Аналогичная тенденция наблюдалась в других устройствах электронной эмиссии (D, E и F) согласно этому примеру. Кроме того, поскольку из вычислений авторам настоящего изобретения ясно, что ток эмиссии Ie возрастает, и эффективность электронной эмиссии η повышается, даже когда различие в толщине h составляет 70 нм или более, верхний предел различия в толщине h не ограничивается. Однако, с точки зрения производственных затрат и проблем, связанных с качеством (электрический разряд и пр.), фактически предпочтительно задавать различие в толщине h меньшим 200 d1.
Пример 3
Согласно этому примеру, устройство электронной эмиссии, показанное на фиг. 27A-27C, было изготовлено с использованием облучения электронным пучком. Поскольку Процесс-a, согласно этому примеру, такой же, как Процесс-a согласно примеру 1, его описание будет опущено.
Процесс-b
-6
Затем, подложку 1, на которой сформированы вспомогательные электроды 2 и 3, поместили в устройство измерения/оценки, показанное на фиг. 3 (со средством облучения электронным пучком (не показано)). Затем, устройство измерения/оценки вакуумировали с помощью вакуумного насоса, пока не достигли вакуума 1·10 Па. После этого ввели акрилонитрил в вакуумную камеру через травящий клапан. Затем, на электроды 2 и 3 подали потенциал заземления и облучение электронным пучком проводили так, чтобы сформировать первую и вторую углеродные пленки 21a и 21b, показанные на фиг. 27A-27C. Ускоряющее напряжение электронного пучка составляло 5 кВ и ток был равен 10 мкА. Ширина W' углеродных пленок 21a и 21b составляла 100 мкА.
Здесь толщина конца первой углеродной пленки 21a и толщина конца второй углеродной пленки 21b (участка, образующего периферию зазора 8) были заданы для формирования симметричной структуры (см. фиг. 27C), и зазор 8 имел форму серпантина. Регулируя время облучения электронным пучком, расстояние d1 между участком A первой углеродной пленки 21a и участком B второй углеродной пленки 21b сделали равным 3,5 нм.
С использованием такого способа изготовили устройства электронной эмиссии (G1-G5), имеющие разные значения d2. Расстояние d2 составляло 3,7 нм в отношении устройства электронной эмиссии G1, 4,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии G2, 4,2 нм в отношении устройства электронной эмиссии G3, 5,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии G4, и 10 нм в отношении устройства электронной эмиссии G5. Расстояние d3 устройств электронной эмиссии было задано равным 30 d1. Заметим, что d2/d1 составляло 1,1 в отношении устройств электронной эмиссии G1 и G2 и составляло 1,2 или более в отношении устройств электронной эмиссии G3-G5.
Процесс-c
-8
Затем, вакуумировав вакуумную камеру, устройства электронной эмиссии согласно этому примеру после Процесса-b нагрели и подали на них напряжение. По истечении 20 часов нагрев с помощью нагревателя прекратили, чтобы дать им достичь комнатной температуры. Давление в вакуумной камере достигло около 1·10 Па. Затем измерили характеристики электронной эмиссии.
При измерении характеристик электронной эмиссии расстояние H между анодом 44 и устройством электронной эмиссии составляло 2 мм, и высоковольтный источник питания 43 выдавал потенциал 1 кВ на анод 44. Поддерживая это состояние, источник питания 41 использовали для подачи квадратного импульсного напряжения, имеющего значение высоты импульса 16 В между вспомогательными электродами 2 и 3, при этом потенциал на первом вспомогательном электроде 2 был ниже, чем на втором вспомогательном электроде 3.
При измерении ток устройства If и ток эмиссии Ie устройств электронной эмиссии, согласно этому примеру, измеряли амперметрами 40 и 42, соответственно, и вычисляли эффективность электронной эмиссии.
В Таблице 5 показаны вычисленные эффективность электронной эмиссии и ток эмиссии Ie. Ток устройства If составлял около 2,5 мА в отношении всех устройств электронной эмиссии.
Таблица 5
d2 [нм]
Эффективность [%]
Ie [мкА]
G1
3,7
0,12
3
G2
4
0,12
3
G3
4,2
0,16
4
G4
5
0,18
4,25
G5
10
0,19
4,75
Результат показал, что когда d2/d1 составляет 1,2 или более, устройства электронной эмиссии, согласно этому примеру, имеют больший ток эмиссии Ie и более высокую эффективность электронной эмиссии η. Кроме того, после оценки характеристик, то же импульсное напряжение, которое подавалось при оценке характеристик, подавали на устройства электронной эмиссии, согласно этому примеру, и устройства возбуждали в течение продолжительного времени. Характеристики, представленные в Таблице 5, поддерживались в течение продолжительного времени без больших флуктуаций в течение времени по сравнению с устройствами электронной эмиссии, изготовленными согласно Примеру 1.
После оценки характеристик окрестность зазора 8 устройств электронной эмиссии, изготовленных согласно этому примеру, наблюдали с использованием изображений 3D-TEM, и структура была примерно такой, как схематически показано на фиг. 25. Дальнейшее детальное наблюдение подтвердило наличие большого количества участков вдоль зазора 8, где зазор меньше, чем в других участках, и расстояние (d1) составляло 10 нм или менее. Расстояние d1 составляло 3,5 нм. Кроме того, на поверхности подложки 1 был сформирован вогнутый участок 22, глубина которого была меньше, чем у вогнутого участка, сформированного в Примере 2.
Расстояние d2 составляло 3,7 нм в отношении устройств электронной эмиссии G1, 4,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии G2, 4,2 нм в отношении устройства электронной эмиссии G3, 5,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии G4, и 10 нм в отношении устройства электронной эмиссии G5.
Распределение расстояния d3 исследовали с использованием видов сверху СЭМ. На фиг. 29 показан схематический график распределения. В отношении всех устройств электронной эмиссии распределение расстояния d3 между выступами в направлении зазора 8 имел резкий пик на 30 d1.
Пример 4
Согласно этому примеру устройства электронной эмиссии с первой и второй углеродными пленками 21a и 21b, показанные на фиг. 28A-28D, были изготовлены с использованием облучения электронным пучком. Согласно этому примеру устройства электронной эмиссии (G1'-G5') были изготовлены со следующими модификациями относительно Процесса-b в способе изготовления устройств электронной эмиссии (G1-G5) согласно примеру 3. Остальные этапы способа изготовления были в целом аналогичны примеру 3.
Были проведены четыре модификации Процесса-b устройств электронной эмиссии согласно примеру 3: (1) в отношении устройств электронной эмиссии (G1-G5), облучение электронным пучком использовалось так, что толщина участков B второй углеродной пленки 21b была равна толщине участков A первой углеродной пленки 21a (см. фиг. 28C); (2) облучение электронным пучком использовалось так, что различие в толщине h между участками B и участками 35 и 36 второй электропроводящей пленки 21b (высота h "выступающих участков") стала равной 50 нм; (3) облучение электронным пучком использовалось так, что ширина w между участками 35 и 36 (ширина w между «выступающими участками») стала равной 7 нм (см. фиг. 28B); и (4) толщина второй углеродной пленки 21b, которая существует на линии, проходящей в направлении, в котором участок A первой углеродной пленки 21a находится напротив участка B второй углеродной пленки 21b (в направлении эмиссии электронов), стала равной 100 нм (см. фиг. 28D).
При измерении характеристик устройства электронной эмиссии, изготовленного согласно этому примеру, расстояние H между анодом 44 и устройством электронной эмиссии составляло 2 мм, и высоковольтный источник питания 43 выдавал потенциал 1 кВ на анод 44. Поддерживая это состояние, источник питания 41 использовали для подачи квадратного импульсного напряжения, имеющего значение высоты импульса 16 В между вспомогательными электродами 2 и 3, при этом потенциал на первом вспомогательном электроде 2 был ниже, чем на втором вспомогательном электроде 3.
При измерении ток устройства If и ток эмиссии Ie устройств электронной эмиссии согласно этому примеру измеряли амперметрами 40 и 42, соответственно, и вычисляли эффективность электронной эмиссии.
В Таблице 6 показаны вычисленные эффективность электронной эмиссии и ток эмиссии Ie. Ток устройства If составлял около 2,5 мА в отношении всех устройств электронной эмиссии.
Таблица 6
d2 [нм]
Эффективность [%]
Ie [мкА]
G1'
3,7
0,2
5
G2'
4
0,2
5
G3'
4,2
0,27
7
G4'
5
0,29
7,3
G5'
10
0,32
8
Результат показал, что, когда d2/d1 составляет 1,2 или более, устройства электронной эмиссии (G1'-G5'), согласно этому примеру, имеют больший ток эмиссии Ie и более высокую эффективность электронной эмиссии η. Кроме того, после оценки характеристик, то же импульсное напряжение, которое подавалось при оценке характеристик, подавали на устройства электронной эмиссии, согласно этому примеру, и устройства возбуждали в течение продолжительного времени. Характеристики, представленные в Таблице 6, поддерживались в течение продолжительного времени без больших флуктуаций в течение времени по сравнению с устройствами электронной эмиссии, изготовленными согласно Примеру 2.
После оценки характеристик устройства электронной эмиссии, изготовленные согласно этому примеру, наблюдали с использованием 3D-ПЭМ. Значение d1 составляло 3,5 нм. Значение d2 составляло 3,7 нм в отношении устройства электронной эмиссии G1', 4,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии G2', 4,2 нм в отношении устройства электронной эмиссии G3', 5,0 нм в отношении устройства электронной эмиссии G4', и 10 нм в отношении устройства электронной эмиссии G5'.
Толщина участков B второй углеродной пленки 21b была равна толщине участков A первой углеродной пленки 21a, и различие в толщине h между участками B и участками 35 и 36 второй электропроводящей пленки 21b (высота h «выступающих участков») составляло 50 нм. Кроме того, ширина w между участками 35 и 36 (ширина w между «выступающими участками») составляла 7 нм.
Расстояние d3 между соответствующими выступами измеряли с использованием видов сверху СЭМ, и исследовали распределение. Аналогично распределению, показанному на фиг. 27A-27C, в отношении всех устройств электронной эмиссии, распределение расстояния d3 имело резкий пик на 30 d1.
Пример 5
Согласно этому примеру большое количество устройств электронной эмиссии, изготовленных способом изготовления, аналогичным способу изготовления устройства электронной эмиссии C3 согласно Примеру 1 настоящего изобретения, разместили в виде матрицы на подложке для формирования источника электронов, и источник электронов использовали для изготовления устройства формирования изображения, показанного на фиг. 14. Далее рассмотрим процесс изготовления устройства формирования изображения, изготовленного согласно этому примеру.
Процесс изготовления вспомогательных электродов
2
Пленку SiO сформировали на стеклянной подложке 71. Кроме того, большое количество первых и вторых вспомогательных электродов 2 и 3 сформировали на подложке 71 (фиг. 16). В частности, после формирования на подложке 71 многослойной структуры из титана Ti и платины Pt толщиной 40 нм многослойную структуру шаблонировали с использованием фотолитографии. Согласно этому примеру длина L между первым и вторым вспомогательными электродами 2 и 3 составляла 10 мкм и ширина W вспомогательных электродов 2 и 3 составляла 100 мкм.
Процесс формирования дорожек в направлении Y
Затем, согласно фиг. 17, сформировали дорожки 73 в направлении Y, основным компонентом которых является серебро, подключенные к вспомогательным электродам 3. Дорожки 73 в направлении Y функционируют как дорожки, на которые подается модулирующий сигнал.
Процесс формирования изолирующего слоя
Затем, согласно фиг. 18, для изоляции дорожек 72 в направлении X, подлежащих формированию в следующем процессе, и вышеописанных дорожек 73 в направлении Y, обеспечен изолирующий слой 75, выполненный из оксида кремния. Изолирующий слой 75 располагается под дорожками 72 в направлении X, которые описаны ниже, покрывая ранее сформированные дорожки 73 в направлении Y. В изолирующем слое 75 сформированы контактные отверстия, обеспечивающие электрическое соединение между дорожками 72 в направлении X и вспомогательными электродами 2.
Процесс формирования дорожек в направлении X
Согласно фиг. 19 дорожки 72 в направлении X, основным компонентом которых является серебро, были сформированы на ранее сформированном изолирующем слое 75. Дорожки 72 в направлении X пересекают дорожки 24 в направлении Y, причем между ними располагается изолирующий слой 75, и подключены к вспомогательным электродам 2 через контактные отверстия в изолирующем слое 75. Дорожки 72 в направлении X функционируют как дорожки, на которые подается сигнал сканирования. Таким образом, была сформирована подложка 71, имеющая матричные дорожки.
Процесс формирования первого и второго электродов
Методом струйной печати тонкая электропроводящая пленка 4 была сформирована между вспомогательными электродами 2 и 3 на подложке 71, на которой сформированы матричные дорожки (фиг. 20).
Согласно этому примеру раствор органо-палладиевого комплекса использовали в качестве чернил для струйной печати. Раствор органо-палладиевого комплекса подали между вспомогательными электродами 2 и 3. После этого подложку 71 нагрели и спекли в воздухе для формирования тонкой электропроводящей пленки 4, выполненной из оксида палладия (PdO).
Процесс формирования и процесс активации
Затем подложку 71, на которой имеется множество блоков, образованных вспомогательными электродами 2 и 3, и тонкая электропроводящая пленка 4 для соединения вспомогательных электродов 2 и 3, поместили в вакуумную камеру 23. После вакуумирования в вакуумной камере провели процесс «формирования» и процесс «активации». Форма сигнала напряжения, подаваемого на соответствующий блок в процессе «формирования» и процессе «активации» и пр., была такой, как описано в способе изготовления устройства электронной эмиссии C3 согласно примеру 1.
Процесс «формирования» осуществляли, подавая импульсы один за другим на множество дорожек 72 в направлении X, последовательно выбираемых одна за другой. В частности, процесс, где "после подачи одного импульса на одну дорожку в направлении X, выбранную из множества дорожек 72 в направлении X, выбирают другую дорожку в направлении X, и на нее подается один импульс", повторяли.
Таким образом, можно изготовить подложку 71, на которой сформировано множество устройств электронной эмиссии.
Обработка
Затем два вида подложек 1, на которых сформировано большое количество устройств электронной эмиссии, после процесса «активации» перенесли из вакуумной камеры в атмосферу и, как описано в способе изготовления устройства электронной эмиссии C3 согласно примеру 1, углероду придали форму с использованием АСМ.
В отношении всех устройств электронной эмиссии d1 задали равным 3,5 нм и d2 задали равным 5,0 нм (d2/d1=1,4).
Таким образом, изготовили подложку 71, на которой сформирован источник электронов согласно этому примеру (множество устройств электронной эмиссии).
Затем, согласно фиг. 14, переднюю пластину 86, имеющую фосфорную пленку 84 и металлическую тыльную часть 85, наслоенную на ее внутреннюю поверхность, расположили в 2 мм над подложкой 71 через опорную раму 82.
Хотя на фиг. 14 показан случай, когда задняя пластина 81 обеспечена как усиливающий элемент подложки 71, согласно этому примеру, задняя пластина исключена. Соединения передней пластины 86, опорной рамы 82 и подложки 1 загерметизировали путем нагрева и охлаждения индия (In), который является легкоплавким металлом. Поскольку процесс герметизации производили в вакуумной камере, герметизацию и уплотнение производили одновременно без использования выпускной трубы.
Согласно этому примеру, для реализации цветного дисплея, фосфорная пленка 84, которая являлась элементом формирования изображения, представляла собой фосфор в форме полосок (см. фиг. 15A). Сначала сформировали черные полоски 91, и соответствующие частицы фосфора 92 нанесли в промежутки между черными полосками методом суспензии для формирования фосфорной пленки 84. В качестве материала для черных полосок 91 использовали популярный материал, основным компонентом которого является графит.
Металлическую тыльную часть 85, выполненную из алюминия, обеспечили со стороны внутренней поверхности (со стороны устройств электронной эмиссии) фосфорной пленки 84. Металлическую тыльную часть 85 сформировали методом вакуумного испарения Al со стороны внутренней поверхности фосфорной пленки 84.
Требуемое устройство электронной эмиссии выбирали посредством дорожки в направлении X и дорожки в направлении Y устройства формирования изображения, изготовленного согласно описанному выше, и импульсное напряжение +18 В подавали так, что потенциал со стороны второго вспомогательного электрода выбранного устройства электронной эмиссии был выше, чем со стороны первого вспомогательного электрода. В то же время напряжение 10 кВ подавали на металлическую тыльную часть 73 через высоковольтную клемму Hv. Яркое и удовлетворительное изображение может отображаться в течение продолжительного времени.
Вышеописанные варианты осуществления и примеры, согласно настоящему изобретению, носят исключительно иллюстративный характер, и настоящее изобретение не исключает различные вариации, касающиеся материала и размера.
Данная заявка испрашивает приоритет на основании патентной заявки Японии № 2004-379955, поданной 28 декабря 2004 г., которая, таким образом, включена сюда посредством ссылки.