УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭМИССИИ ЭЛЕКТРОНОВ И ПАНЕЛЬ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОГО УСТРОЙСТВА, А ТАКЖЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
DEVICE FOR ELECTRON EMISSION AND PANEL FOR IMAGE CREATION WITH USE OF THIS DEVICE, ALSO DEVICE FOR IMAGE CREATION AND DEVICE FOR INFORMATION DISPLAYING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству для эмиссии электронов, по типу относящемуся к устройствам с эмиссией под действием электрического поля. Настоящее изобретение также относится к панели для создания изображения, использующей устройство для эмиссии электронов, устройству для создания изображения, которое создает изображение на основе вводимого сигнала изображения, и устройству отображения информации, которое отображает сигнал, включенный во вводимый информационный сигнал как изображение.
Уровень техники
Фиг.10 представляет собой вид в разрезе традиционного устройства для эмиссии электронов, по типу относящегося к устройствам с эмиссией под действием электрического поля. На подложке 1 расположен катодный электрод 2, а на катодном электроде 2 расположен проводящий элемент 3, представляющий собой выступ конической формы. Над катодным электродом 2 и изолирующим слоем 4 находится управляющий электрод 5, который расположен по периферии проводящего элемента 3. Между катодным электродом 2 и управляющим электродом прикладывают напряжение, в результате чего проводящий элемент 3 испускает электроны. К устройству для эмиссии электронов указанного типа с эмиссией под действием электрического поля относятся устройства типа MIM (Metal-Insulator-Metal - металл-изолятор-металл) и устройства типа BSD.
Заднюю пластину, в которой на подложке размещено множество таких устройств для эмиссии электронов указанного типа с эмиссий под действием электрического поля, и переднюю пластину, в которой находится люминесцентный материал, например фосфор, располагают друг против друга и герметизируют по периферии, в результате чего можно получить воздухонепроницаемую емкость (панель для создания изображения). После чего с панелью для создания изображения соединяют схему приведения в действие, в результате чего получают устройство для создания изображения, которое создает изображение.
В выложенной заявке на японский патент № S51-021471 и выложенной заявке на японский патент №01-235124 указано, что устройство для эмиссии электронов указанного типа с эмиссией под действием электрического поля содержит проводящий элемент, представляющий собой выступ конической формы, поверхность которого покрыта материалом, имеющим низкую величину работы выхода электронов и высокую температуру плавления.
6
6
6
6
В качестве материала с низкой величиной работы выхода электронов в статье "Pulsed laser deposition of crystalline LaB thin films" ("Нанесение тонких пленок из кристаллического LaB при помощи импульсного лазера"), V.Craciun et al., Applied Surface Science, 247, 2005, pp.384-389, и статье "Field emission studies of pulsed laser deposited LaB thin films on W and Re" ("Изучение эмиссии в поле для тонких пленок LaB на W и Re, нанесенных при помощи импульсного лазера"), Dattatray. J. Late et al., Ultramicroscopy, 107, 2007, pp.825-832, указан гексаборид лантана.
Сущность изобретения
Существует потребность в устройстве для эмиссии электронов указанного типа с эмиссией под действием электрического поля для использования в устройстве для создания изображения, чтобы обеспечить продолжительную эмиссию электронов в устойчивом режиме при более низком рабочем напряжении и более низкой степени вакуума (более высоком давлении).
Даже если поверхность проводящего элемента покрыта материалом с низкой величиной работы выхода электронов, как описано в выложенной заявке на японский патент № S51-021471, с течением времени часто становится невозможным приведение в действие при первоначальном низком напряжении и ток эмиссии часто становится неустойчивым.
Кроме того, в случае если изготавливают подобную воздухонепроницаемую емкость, иногда выполняют часто повторяющиеся процессы нагрева и охлаждения (включая охлаждение в естественных условиях) и необходимо препятствовать влиянию такого изменения температуры.
Настоящее изобретение создано с целью решить данную проблему, и с этой целью предлагается устройство для эмиссии электронов, которое включает поликристаллическую пленку из борида лантана, при этом размер кристаллита, образующего упомянутую пленку, находится в диапазоне от 2,5 нм до 100 нм.
Согласно настоящему изобретению можно уменьшить флуктуацию тока эмиссии. Кроме того, работа выхода электронов может составлять 3,0 эВ или менее, поэтому можно снизить напряжение приведения в действие. Далее, можно препятствовать отслаиванию или тому подобным явлениям на протяжении всего процесса изготовления устройства для эмиссии электронов.
Дополнительные особенности настоящего изобретения станут очевидными из приведенного далее описания примерных вариантов его реализации, рассмотренного со ссылкой на приложенные чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в разрезе примерного варианта устройства для эмиссии электронов;
на Фиг.2 показано приведение в действие устройства для эмиссии электронов в этом примере;
на Фиг.3 показано строение поликристаллической пленки из борида лантана;
на Фиг.4А-4С показан другой примерный вариант устройства для эмиссии электронов;
Фиг.5 - вид сверху примерного источника электронов;
Фиг.6 - вид в разрезе примерной панели для создания изображения;
Фиг.7 - структурная схема примерного устройства для создания изображения и примерного устройства для отображения информации;
на Фиг.8А-8F показан примерный процесс изготовления устройства для эмиссии электронов;
На Фиг.9А-9С показан еще один примерный вариант устройства для эмиссии электронов;
Фиг.10 - вид в разрезе традиционного устройства для эмиссии электронов.
Описание вариантов реализации изобретения
Далее со ссылкой на чертежи будут подробно описаны устройство для эмиссии электронов и устройство для создания изображения, соответствующие представленному варианту реализации настоящего изобретения.
Фиг.1 представляет собой вид в разрезе примерного варианта устройства 10 для эмиссии электронов, соответствующего представленному варианту реализации настоящего изобретения.
На подложке 1 расположен катодный электрод 2, а на катодном электроде 2 расположен проводящий элемент 3, имеющий электрическое соединение с этим катодным электродом 2. Катодный электрод 2 выполняет функцию регулирования потенциала проводящего элемента 3 и снабжает проводящий элемент 3 электронами. Кроме того, между катодным электродом 2 и проводящим элементом 3 может быть расположен резистивный слой. В варианте, показанном на Фиг.1, проводящий элемент 3 представляет собой выступ конической формы, однако проводящий элемент 3 может быть выполнен в любом виде, пока он включает выступающую область (или область в форме острия).
На подложке 1 расположен управляющий электрод 5, отделенный изолирующим слоем 4. Отверстие 7, называемое управляющим отверстием, проходит насквозь через изолирующий слой 4 и управляющий электрод 5, созданный на изолирующем слое 4. В отверстии 7 расположен проводящий элемент 3. В предпочтительном случае отверстие 7 имеет круглую форму, однако оно может быть выполнено в форме многоугольника. Далее, поверхность проводящего элемента 3 покрыта поликристаллической пленкой 8 из борида лантана. В данном случае показан вариант реализации настоящего изобретения, в котором вся поверхность проводящего элемента 3 покрыта поликристаллической пленкой 8 из борида лантана, однако поликристаллическая пленка 8 из борида лантана может покрывать, по меньшей мере, часть поверхности выступающей области проводящего элемента 3. Если говорить более конкретно, предпочтительным является нанесение покрытия на конец выступающей области или нанесение покрытия на ту часть выступающей области, которая наиболее близко расположена к управляющему электроду 5. В случае если проводящий элемент 3 представляет собой круглый конус, поликристаллической пленкой 8 желательно покрывать, по меньшей мере, область вершины круглого конуса. Проводящий элемент 3 может состоять из любого из следующего: металла, металлического соединения и полупроводника. В данном случае показан пример, в котором катодный электрод 2 и проводящий элемент 3 созданы как обособленные элементы, однако проводящий элемент 3 может быть выполнен как составная часть катодного электрода 2. Например, выступающая область образована на электроде 2, и эта выступающая область может быть покрыта поликристаллической пленкой 8 из борида лантана.
В представленном варианте реализации настоящего изобретения проводящим элементом 3 и поликристаллической пленкой 8 из борида лантана образован катод 9. Катод 9 представляет собой тело, испускающее электроны. Форма катода 9 соответствует выступающей области проводящего элемента 3, таким образом, катод 9 можно считать имеющим выступающую область. Соответственно поликристаллическая пленка 8 из борида лантана образует, по меньшей мере, часть выступающей области катода 9. В частности, поликристаллическая пленка 8 из борида лантана образует, по меньшей мере, часть поверхности выступающей области катода 9. В данном случае показан пример, в котором проводящий элемент 3 и поликристаллическая пленка 8 из борида лантана образуют катод 9, однако выступающая область катода 9 может быть полностью образована поликристаллической пленкой 8 из борида лантана. Более того, катод 9 может быть полностью образован поликристаллической пленкой 8 из борида лантана, либо катод 9 и катодный электрод 2 могут быть полностью образованы поликристаллической пленкой 8 из борида лантана. Однако предпочтительно, чтобы поликристаллической пленкой 8 была покрыта, по меньшей мере, часть поверхности выступающей части проводящего элемента 3, при этом формой выступающей области катода 9 управляют, используя выступающую область упомянутого проводящего элемента. В любом случае поликристаллическая пленка 8 из борида лантана образует, по меньшей мере, часть поверхности выступающей области катода 9.
В случае приведения в действие устройства 10 для эмиссии электронов таким образом, как показано на Фиг.2, это устройство 10 располагают напротив анода 21. При этом выступающая область катода 9 своим концом ориентирована в направлении анода 21. Давление между анодом 21 и устройством 10 для эмиссии электронов поддерживают на таком уровне, чтобы оно было ниже атмосферного (вакуум). Затем потенциал управляющего электрода 5 задают выше потенциала катодного электрода 2. Эти потенциалы создают электрическое поле в пространстве 6 между управляющим электродом 5 и катодом 9, и катод 9 под действием электрического поля испускает электроны. Кроме того, задание значительно более высокого потенциала на аноде 21 по сравнению с управляющим электродом 5 приводит к ускорению движения электронов, испущенных устройством 10 для эмиссии электронов, в направлении анода 21.
Как описано выше, устройство для эмиссии электронов, соответствующее представленному варианту реализации настоящего изобретения, не является так называемым горячим катодом, в котором средство нагрева является обособленным и расположено в непосредственной близости от катода, чтобы электроны испускались при нагреве катода, а представляет собой устройство для эмиссии электронов, в котором используется так называемый холодный катод, испускающий электроны под действием электрического поля.
Кроме того, здесь описано устройство для эмиссии электронов, конструктивно состоящее из катодного электрода 2, катода 9, управляющего электрода 5 и анода 21. Однако устройство для эмиссии электронов, испускающее электроны, может быть выполнено с возможностью приложения напряжения между анодом 21 и катодом 9 без установки управляющего электрода 5.
Далее будет описана поликристаллическая пленка 8 из борида лантана. Поликристаллическая пленка 8 из борида лантана обладает электропроводностью. Поликристаллическая пленка 8 из борида лантана, соответствующая представленному варианту реализации настоящего изобретения, демонстрирует металлическую проводимость. Как показано на Фиг.3, поликристаллическая пленка 8 из борида лантана, соответствующая представленному варианту реализации настоящего изобретения, имеет характеристики так называемого поликристалла, который образован множеством кристаллитов 80. Каждый кристаллит 80 состоит из борида лантана. Кристаллит - общее название для монокристаллов. Кстати говоря, "зерном" часто называют объект, образованный множеством кристаллитов, объект, имеющий аморфную структуру, и объект, внешне выглядящий структурированным, то есть существует множество ситуаций, когда использование термина "зерно" не является стандартизированным. Поликристаллическая пленка 8, предлагаемая настоящим изобретением, состоит из прилегающих друг к другу (агглютинированных) кристаллитов 80 или прилегающих друг к другу (агглютинированных) образований из множества кристаллитов, поэтому поликристаллическая пленка демонстрирует электропроводность и имеет строение, как у металлической пленки. Поликристаллическая пленка отличается от так называемой пленки из микрочастиц, состоящей из скоплений частиц (например, аморфных частиц).
Хотя кристаллиты 80 или множество образований (скоплений) из кристаллитов 80 прилегают друг к другу, поликристаллическая пленка 8, соответствующая настоящему изобретению, иногда имеет поры между кристаллитами 80 или между образованиями (скоплениями) из упомянутого множества образований. Кроме того, поликристаллическая пленка в некоторых случаях может содержать аморфную область.
Размер кристаллитов 80, которые образуют поликристаллическую пленку 8 из борида лантана, соответствующую представленному варианту реализации настоящего изобретения, составляет 2,5 нм или более. Далее, толщина поликристаллической пленки 8 составляет 100 нм или менее. Как следствие, верхним пределом размера кристаллитов 80, образующих поликристаллическую пленку, неизбежно является 100 нм.
Размер кристаллитов, как правило, можно определить путем измерения дифракции рентгеновских лучей. Размер кристаллита может быть рассчитан на основе профиля дифракционной линии при помощи метода, известного как метод Шеррера.
6
При помощи измерения дифракции рентгеновских лучей можно не только рассчитать размер кристаллита, но также удостовериться, что поликристаллическая пленка 8 представляет собой поликристалл из гексаборида лантана, и исследовать ориентацию. Гексаборид лантана (LaB) представляет собой структуру, в которой отношение La к B составляет 1:6 с соблюдением стехиометричности состава и которая имеет простую кубическую решетку. Однако что касается соотношения, могут иметь место нестехиометрический состав и состав, у которого постоянная кристаллической решетки изменяется.
Кроме того, для измерения работы выхода электронов используются метод фотоэлектронной спектроскопии, например, метод ультрафиолетовой фотоэлектронной спектроскопии в вакууме (UPS, Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy) и метод зонда Кельвина, а также метод, основанный на взаимосвязи между электрическим полем и током, с измерением тока эмиссии под действием электрического поля в условиях вакуума; и упомянутое измерение может проводиться с объединением указанных методов.
Чтобы измерить характеристики эмиссии электронов, на поверхности выступающей области проводящей иглы (например, иглы из вольфрама), имеющей выступающую область в виде острия, создают пленку из материала, работа выхода электронов для которого известна, например пленку из такого металла, как Мо, толщиной приблизительно 20 нм, и в условиях вакуума создают электрическое поле. После этого на основе характеристик эмиссии электронов сначала определяют коэффициент, на который умножают величину электрического поля, зависящий от формы выступающей области, то есть конца иглы, а затем создают поликристаллическую пленку 8 из борида лантана, после чего можно вычислить величину работы выхода электронов.
Флуктуация характеризуется некоторой амплитудой при колебании тока эмиссии во времени. Временные колебания тока эмиссии можно получить, например, путем создания периодических импульсов напряжения прямоугольной формы и измерения тока эмиссии. Флуктуация может быть вычислена путем деления отклонения при упомянутом колебании тока эмиссии в единицу времени на среднее значение тока эмиссии в единицу времени.
Если говорить более конкретно, непрерывно создают импульсы напряжения прямоугольной формы с шириной 6 мс и циклом 24 мс. После чего, чтобы получить отклонение и среднее значение для периода 15 минут, с интервалом 2 секунды последовательно вычисляют среднее для значений тока эмиссии, соответствующих следующим друг за другом 32 импульсам напряжения прямоугольной формы. Кстати говоря, в случае сравнения амплитуды флуктуации для множества устройств для эмиссии электронов максимальное значение прикладываемого напряжения задают таким образом, чтобы обеспечивалось фактическое равенство средних значений тока.
В данном случае описан пример устройства для эмиссии под действием электрического поля, которое включает проводящий элемент 3 конической формы, обеспечивающий эмиссию электронов. Однако в качестве устройства для эмиссии электронов в представленном варианте реализации настоящего изобретения можно применить и устройство типа MIM, и устройства, в которых используется углеродное волокно, например нанотрубки из углерода. То есть, по меньшей мере, область испускания электронов, а в более общем случае все тело, испускающее электроны, в этих устройствах для эмиссии электронов может быть покрыто поликристаллической пленкой 8.
Далее, на Фиг.4А, 4В и 4С показана примерная схема использования поликристаллической пленки из борида лантана, предлагаемой настоящим изобретением, в другом устройстве для эмиссии электронов. Фиг.4А представляет собой вид сверху в направлении по оси Z, а Фиг.4В представляет собой вид (в плоскости координат Z-X) в сечении плоскостью А-А', показанной на Фиг.4А. Фиг.4С представляет собой вид в направлении по оси Х, указанной на Фиг.4В.
В устройстве 20 для эмиссии электронов между подложкой 11 и расположенным на ней управляющим электродом 15 имеется изолирующий слой 14. Изолирующий слой 14 включает первый изолирующий слой 14а и второй изолирующий слой 14b. Кроме того, на подложке 11 расположен катодный электрод 12, а вдоль поверхности первого изолирующего слоя 14а проходит проводящий элемент 13, соединенный с катодным электродом 12. Второй изолирующий слой 14b в направлении по оси Х имеет меньшую ширину, чем у первого изолирующего слоя 14а, и между изолирующим слоем 14 (первым изолирующим слоем 14а) и управляющим электродом 15 выполнена выемка 16. Проводящий элемент 13 выполнен в виде проводящей пленки. При этом, как видно на Фиг.4В, проводящий элемент 13 выступает от подложки 11 в направлении Z. То есть проводящий элемент 13 имеет выступающую область. Кроме того, часть проводящего элемента 13 входит в выемку 16. Как результат, можно сказать, что, по меньшей мере, часть проводящего элемента 13 включает выступающую область, находящуюся в выемке 16.
Далее, на поверхности проводящего элемента 13 расположена поликристаллическая пленка 18 из борида лантана. Этот случай иллюстрирует вариант, в котором большая часть проводящего элемента 13 покрыта поликристаллической пленкой 18 из борида лантана. Однако поликристаллической пленкой 18 из борида лантана может быть покрыта, по меньшей мере, часть поверхности выступающей области проводящего элемента 13. Если говорить более конкретно, предпочтительным является нанесение покрытия на конец выступающей области или нанесения покрытия на ту часть выступающей области, которая наиболее близко расположена к управляющему электроду 15. А именно, поликристаллическую пленку 18 из борида лантана можно расположить таким образом, чтобы она находилась между проводящим элементом 13 и управляющим электродом 15. Поликристаллическая пленка 18 из борида лантана обладает теми же особенностями, что и поликристаллическая пленка 8 из борида лантана, описанная с использованием Фиг.1, Фиг.3 и т.д.
В устройстве 20 для эмиссии электронов, соответствующем описанному здесь варианту реализации настоящего изобретения, катод 19 образован проводящим элементом 13 и поликристаллической пленкой 18, как и в рассмотренном выше варианте реализации настоящего изобретения. Катодный электрод 12 выполняет функцию регулирования потенциала проводящего элемента 13 и снабжает проводящий элемент 13 электронами. Катод 19 имеет форму, которая соответствует выступающей области проводящего элемента 13, и поэтому можно сказать, что катод 19 включает выступающую область.
Как следствие, поликристаллическая пленка 18 из борида лантана образует, по меньшей мере, часть выступающей области катода 19. В частности, поликристаллическая пленка 18 из борида лантана образует, по меньшей мере, часть поверхности выступающей области катода 19. Данный случай приведен как пример, в котором катод 19 состоит из проводящего элемента 13 и поликристаллической пленки 18 из борида лантана, однако выступающая область катода 19 может быть полностью образована поликристаллической пленкой 18 из борида лантана. Более того, катод 19 может полностью состоять из поликристаллической пленки 18 из борида лантана, либо катод 19 и катодный электрод 12 могут полностью состоять из поликристаллической пленки 18 из борида лантана. В этом примере может быть использован мембранный катод 19, как следствие, в предпочтительном случае формой выступающей области катода 19 можно управлять при помощи поликристаллической пленки 18 из борида лантана. В любом случае поликристаллическая пленка 18 из борида лантана образует, по меньшей мере, часть выступающей области катода 19.
Кроме того, как видно на Фиг.4А и 4С, проводящий элемент 13 и поликристаллическая пленка 18 проходят в направлении оси Y, не прерываясь, однако проводящий элемент 13 и поликристаллическая пленка 18 могут быть выполнены в виде множества участков, расположенных друг от друга на заранее определенном расстоянии в направлении по оси Y.
Помимо этого, на Фиг.4 показан пример, в котором часть управляющего электрода 15 покрыта проводящей пленкой 17, состоящей из того же материала, что и проводящий элемент 13. Проводящую пленку 17 можно исключить, однако в предпочтительном случае ее желательно обеспечить в целях создания стабильного электрического поля. На проводящей пленке 17 или управляющем электроде 15 может находиться поликристаллическая пленка из борида лантана.
Согласно данной конструкции управляющий электрод 15 и катод 19 размещены с образованием зазора между ними. К управляющему электроду 15 прикладывается более высокий потенциал, чем у катодного электрода 12, соответственно, в зазоре возникает электрическое поле, и катодом 19 могут испускаться электроны. В данном варианте реализации настоящего изобретения, как и на Фиг.2, анод 21 размещен в положении напротив устройства 20 для эмиссии электронов. Как результат, выступающая область катода 19 своим концом ориентирована в направлении анода.
Далее с использованием Фиг.9А-9С будет описана форма катода 19, соответствующего данному варианту реализации настоящего изобретения. Фиг.9А представляет собой вид в разрезе, иллюстрирующий в увеличенном масштабе выступающую область катода 19.
Как описано выше, катод 19 может иметь поликристаллическую пленку 18, соответствующую настоящему изобретению, по меньшей мере, на части выступающей области.
Кроме того, на Фиг.9А в целях упрощения описания показан вариант реализации настоящего изобретения, в котором часть управляющего электрода 15 не покрыта проводящей пленкой 17. Однако даже если проводящая пленка 17 покрывает управляющий электрод 17, эта проводящая пленка 17 обладает фактически тем же потенциалом, что и у управляющего электрода 15, поэтому можно рассматривать проводящую пленку 17 как часть управляющего электрода 15.
Далее поверхности изолирующего слоя 14, состоящего из первого изолирующего слоя 14а и второго изолирующего слоя 14b будут рассмотрены для каждой части, используя разные представления. Если говорить более конкретно, поверхность изолирующего слоя 14 может быть разделена на боковую поверхность 141 первого изолирующего слоя 14а, верхнюю поверхность 142 первого изолирующего слоя 14а и боковую поверхность 143 второго изолирующего слоя 14b. Из поверхностей первого изолирующего слоя 14а верхняя поверхность 142 данного слоя - это поверхность, формирующая выемку 16. Из поверхностей первого изолирующего слоя 14а боковая поверхность 141 данного слоя - это поверхность, проходящая до верхней поверхности 142 первого изолирующего слоя 14а. Как описано выше, первый изолирующий слой 14а - это структура, которая имеет ступеньку. При этом в непосредственной близости от места изменения направления (точка K), являющегося границей между верхней поверхностью 142 и боковой поверхностью 141 образована выступающая область катода 19. Боковая поверхность 143 второго изолирующего слоя 14b - это поверхность, формирующая выемку 16. Таким образом, выемку 16 формируют верхняя поверхность 142 и боковая поверхность 143. Верхняя поверхность 142 первого изолирующего слоя 14а и боковая поверхность 143 второго изолирующего слоя 14b - это поверхности, расположенные внутри выемки 16, поэтому упомянутые верхняя поверхность 142 и боковая поверхность 143 могут быть представлены как внутренние поверхности изолирующего слоя 14. С другой стороны, боковая поверхность 141 первого изолирующего слоя 14а - это поверхность, расположенная снаружи выемки 16, поэтому эта боковая поверхность может быть представлена как внешняя поверхность изолирующего слоя 14.
Как правило, верхняя поверхность 142 первого изолирующего слоя 14а фактически параллельна поверхности подложки 11. С другой стороны, на Фиг.4 показан вариант реализации настоящего изобретения, в котором боковая поверхность 141 первого изолирующего слоя 14а перпендикулярна поверхности подложки 11, и изменение направления в первом изолирующем слое 14а происходит под прямым углом. Однако боковая поверхность 141 первого изолирующего слоя 14b может быть наклонена к поверхности подложки 11. То есть боковая поверхность 141 может быть выполнена как наклонная поверхность. В частности, в предпочтительном случае боковая поверхность 141 может быть наклонена таким образом, чтобы образовывать острый угол с поверхностью подложки 11. В этом случае, когда боковая поверхность 141 является наклонной поверхностью, угол изменения направления (угол на стороне изолирующего слоя, обозначенный как I на Фиг.9А) в первом изолирующем слое 14а может быть тупым. В данном случае использованные слова "острый угол" или "тупой угол" не подразумевают математическую точность, и поверхности могут в некоторой степени обладать кривизной.
Управляющий электрод 15 расположен на расстоянии Т2 от верхней поверхности 142 первого изолирующего слоя 14а. Расстояние Т2 соответствует толщине второго изолирующего слоя 14b. То есть второй изолирующий слой 14b представляет собой слой, который также предназначен для регулирования интервала между верхней поверхностью 142 первого изолирующего слоя 14а и управляющим электродом 15.
В предпочтительном случае в представленном варианте реализации настоящего изобретения выступающая область катода 19 проходит по верхней поверхности 142 первого изолирующего слоя 14а и боковой поверхности 141 первого изолирующего слоя 14а. То есть часть выступающей области катода 19 находится в выемке 16 и в предпочтительном случае может контактировать с верхней поверхностью 142 первого изолирующего слоя 14а. При такой конфигурации между выступающей областью катода 19 и верхней поверхностью 142 первого изолирующего слоя 14а возникает поверхность раздела.
На Фиг.9А расстояние h (h>0) показывает, что выступающая область катода 19 выступает от верхней поверхности первого изолирующего слоя 14а на высоту h. Участок на высоте h является концом выступающей области. Расстояние х (х>0) представляет собой ширину, измеряемую в направлении вглубь выемки 16 на граничной поверхности между выступающей областью катода 19 и верхней поверхностью первого изолирующего слоя 14а. Другими словами, расстояние х представляет собой расстояние от края (точка J) выступающей области, контактирующей с поверхностью изолирующего слоя 14, который образует выемку 16, до края выемки 16, то есть до места изменения направления (точка K) в первом изолирующем слое 14а. Фактически, хотя расстояние х зависит от глубины выемки 16, оно находится в диапазоне от 10 до 100 нм.
При такой конфигурации увеличивается площадь контакта между выступающей областью катода 19 и первым изолирующим слоем 14а и повышается сила механического сцепления между выступающей областью катода 19 и первым изолирующим слоем 14а. Это может воспрепятствовать возникновению отслаиваний или тому подобного для катода 19 на протяжении всего процесса изготовления устройства для эмиссии электронов.
При такой конфигурации можно воспрепятствовать колебаниям тока эмиссии. Далее опишем это подробно.
На Фиг.9В показана величина временных колебаний Ie в случае изменения расстояния х в выемке 16. К тому же, Ie в данном случае обозначает степень эмиссии электронов и число электронов, достигающих анода 21. В качестве исходного значения принято среднее число испущенных электронов Ie, обнаруженное в первые 10 секунд после запуска устройства 20 для эмиссии электронов. Затем на основе исходного значения выполнена стандартизация, и изменение степени эмиссии электронов нанесено на график в виде десятичного логарифма. Как можно понять из Фиг.9В, со снижением расстояния х усиливается тенденция к уменьшению количества испущенных электронов по сравнению с исходным значением.
Фиг.9С представляет собой чертеж, на котором то же измерение, что и на Фиг.9В, выполнено для нескольких устройств. На Фиг.9С стандартизация выполнена на основе исходного значения для числа испущенных электронов в зависимости от расстояния х, и на график нанесена степень эмиссии электронов в заранее определенный момент времени после запуска устройства 20 для эмиссии электронов. Как видно из этого чертежа, чем меньше расстояние х, тем сильнее уменьшение по сравнению с исходным значением. Далее, если расстояние х превышает 20 нм, тенденция зависимости данного свойства от расстояния х ослабевает. Как описано выше, в предпочтительном случае расстояние х составляет 20 нм или более.
С учетом этих результатов предполагаемой причиной является то, что при увеличении расстояния х увеличивается площадь контакта между выступающей областью и первым изолирующим слоем 14а, за счет чего может уменьшиться тепловое сопротивление. В дополнение к этому предполагаемой причиной является то, что увеличивается теплоемкость из-за увеличения объема выступающей области катода 19. То есть, предположительно, уменьшается степень возрастания температуры катода 19, поэтому снижается вероятность ранних колебаний.
С другой стороны, если расстояние х увеличивается чрезмерным образом, увеличивается ток утечки между катодом 19 и управляющим электродом 15 через внутреннюю поверхность выемки, то есть через верхнюю поверхность первого изолирующего слоя 14а и боковую поверхность второго изолирующего слоя 14b. Во всяком случае, предпочтительно, чтобы расстояние х было меньше глубины выемки 16.
Кроме того, предпочтительно, чтобы угол θ, образованный поверхностью катода 19 (в частности, краем катода (точка J), находящимся на верхней поверхности 142) и верхней поверхностью 142 первого изолирующего слоя 14а, составлял больше 90°. Помимо этого, предпочтительно, чтобы угол θ был меньше 180°. В данном случае угол θ представляет собой угол на стороне существования вакуума (обозначенной как V на Фиг.9А), образованный поверхностью катода 19 и верхней поверхностью 142 первого изолирующего слоя 14а. Если предположить, что верхняя поверхность 142 является плоской, угол сопряжения между катодом 19 и верхней поверхностью 142 составляет 180° - θ. Фактически, исходя из предположения, что верхняя поверхность 142 первого изолирующего слоя 14а является плоской, угол сопряжения между верхней поверхностью 142 и катодом 19 в предпочтительном случае может быть задан больше 0° и меньше 90°.
Помимо этого, в выемке 16 поверхность катода 19 в предпочтительном случае может постепенно наклоняться относительно верхней поверхности 142 первого изолирующего слоя 14а. То есть в предпочтительном случае угол между касательной к поверхности катода 19 в произвольном месте выемки 16 и верхней поверхностью 142 первого изолирующего слоя 14а меньше 90°.
Это может воспрепятствовать возникновению аномального разряда. Этот момент рассмотрим далее более подробно.
В общем случае место, в котором друг с другом одновременно контактируют три типа материалов с различающимися диэлектрическими постоянными, например вакуум, изолятор и проводник, называют местом тройного контакта.
Несмотря на зависимость от определенных обстоятельств электрическое поле в месте тройного контакта чрезмерно увеличивается по сравнению с окружающей зоной, что иногда вызывает возникновение разряда. В данном варианте реализации настоящего изобретения точка J, показанная на Фиг.9А, также является местом тройного контакта вакуума (V), изолятора (I) и проводника (С). Если угол θ, под которым выступающая область катода 19 контактирует с первым изолирующим слоем 14а, составляет 90° или больше, электрическое поле в месте тройного контакта не слишком сильно отличается от электрического поля в окружающей зоне. Выступающая область катода 19 образует угол θ, поэтому напряженность электрического поля в месте тройного контакта, возникающем в зоне "изолятор - вакуум - проводник", ослабевает и становится возможным предотвратить появление разряда, обусловленного возникновением аномального электрического поля.
На Фиг.9А кратчайшее расстояние между управляющим электродом 15 и концом выступающей области катода 19 обозначено d. В этом примере расстояние d также является кратчайшим расстоянием между управляющим электродом 15 и катодом 19. Кроме того, форма поблизости от конца выступающей области, показанной на Фиг.9А, может быть охарактеризована радиусом r кривизны.
В случае если разность потенциалов между управляющим электродом 15 и катодом 19 является постоянной, напряженность электрического поля, возникшего в непосредственной близости от концевой зоны, различается в зависимости радиуса r кривизны и расстояния d. А именно, чем меньше радиус r, тем более сильное электрическое поле может быть создано в непосредственной близости от концевой зоны.
В случае когда электрическое поле поблизости от конца выступающей области является постоянным, если расстояние d является относительно небольшим, радиус r кривизны может быть относительно большим. И наоборот, если радиус r кривизны является относительно небольшим, расстояние d может быть относительно большим. Разница в расстоянии d влияет на разницу в числе испущенных электронов, которые рассеялись, поэтому чем меньше r и больше d, тем большую эффективность устройства 20 для эмиссии электронов можно обеспечить. В этом случае, используя электрический ток (If), измеряемый при приложении напряжения к устройству, и ток (Ie), получаемый в условиях вакуума, можно определить эффективность (η) следующим образом:
η=Ie/(If+Ie).
Далее будет описан примерный способ изготовления устройства 20 для эмиссии электронов.
В качестве подложки 11 можно использовать кварцевое стекло - стекло, в котором уменьшено содержание примесей, например Na, известково-натриевое стекло и кремний. К необходимым функциям подложки желательно отнести не только обеспечение необходимой механической прочности, но также и высокую стойкость к щелочи и кислоте, например, раствору для сухого травления, влажного травления и проявления, а также наличие небольших различий в тепловом расширении по сравнению с наносимым материалом и другими компонентами, используемыми в качестве слоев при создании многослойной структуры, в случае их использования как единого тела, такого как панель отображения информации. Помимо этого, желательно использовать материал, который мало подвержен диффузии щелочного элемента из стекла при проведении термической обработки.
Сначала, чтобы получить ступеньку на подложке, последовательно создают первый изолирующий слой 14а и второй изолирующий слой 14b. Управляющий электрод 15 в виде слоя наносят на второй изолирующий слой 14b.
Первый изолирующий слой 14а представляет собой изолирующую пленку, состоящую из материала, обладающего превосходной обрабатываемостью, например нитрида кремния и оксида кремния, и его создание выполняют при помощи обычного метода вакуумной металлизации, такого как метод распыления, метод химического осаждения из паровой фазы и метод испарения в вакууме. Кроме того, его толщину задают в диапазоне от нескольких нм до нескольких десятков нм, в предпочтительном случае толщину выбирают в диапазоне от нескольких десятков нм до нескольких сотен нм.
Второй изолирующий слой 14b представляет собой изолирующую пленку, состоящую из материала, обладающего превосходной обрабатываемостью, например нитрида кремния и оксида кремния, и его создание выполняют при помощи обычного метода вакуумной металлизации, например метода химического осаждения из паровой фазы, метода испарения в вакууме и метода распыления. Кроме того, его толщину Т2 задают в диапазоне от нескольких нм до нескольких сотен нм, в предпочтительном случае толщину выбирают в диапазоне от нескольких нм до нескольких десятков нм.
Хотя это подробно будет описано позднее, чтобы создать выемку 16 точным образом, первый изолирующий слой 14а и второй изолирующий слой 14b в предпочтительном случае могут быть разными материалами. В качестве первого изолирующего слоя 14а можно использовать нитрид кремния, а второй изолирующий слой 14b может быть образован, например, из оксида кремния, фосфоросиликатного стекла (PSG, PhosphoSilicate Glass), имеющего высокую концентрацию фосфора, боросиликатного стекла (BSG, BoroSilicate Glass), имеющего высокую концентрацию бора, или тому подобного.
Управляющий электрод 15 обладает электропроводностью и может быть создан при помощи обычной технологии вакуумной металлизации, такой как метод испарения или метод распыления. Толщину Т1 управляющего электрода 15 задают в диапазоне от нескольких нм до нескольких сотен нм, в предпочтительном случае толщину выбирают в диапазоне от нескольких десятков нм до нескольких сотен нм.
Материал управляющего электрода 15 в дополнение к электронной проводимости обладает высокой теплопроводностью, и в предпочтительном случае может использоваться материал, имеющий высокую температуру плавления. Например, можно использовать такие металлы, как Be, Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al, Cu, Ni, Cr, Au, Pt или Pd, либо их сплав. Кроме того, можно также использовать соединение, например нитрид, оксид или карбид; полупроводниковый материал; углерод; соединение углерода или тому подобное.
Создание рисунка из первого изолирующего слоя 14а, второго изолирующего слоя 14b и управляющего электрода 15 можно выполнять, используя технологию фотолитографии и травление. В качестве процесса травления можно использовать реактивное ионное травление.
Затем проводят избирательное травление второго изолирующего слоя 14b, таким образом, на изолирующем слое 14, состоящем из первого изолирующего слоя 14а и второго изолирующего слоя 14b, можно создать выемку 16. В предпочтительном случае отношение степеней травления для первого изолирующего слоя 14а и второго изолирующего слоя 14b составляет 10 или более и, более предпочтительно, составляет 50 или более.
При избирательном травлении, например, если второй изолирующий слой 14b представляет собой оксид кремния, используется раствор в виде смеси из фторида аммония и фтористоводородной кислоты, называемый буферной фтористоводородной кислотой (BHF), а если второй изолирующий слой 14b представляет собой нитрид кремния, можно использовать раствор для травления в виде термосистемы на основе фосфорной кислоты.
Глубина выемки 16 (ширина открытой верхней поверхности 142 первого изолирующего слоя 14а) в значительной степени связана с током утечки после создания элемента, и чем глубже созданная выемка 16, тем меньшим становится ток утечки. Однако если созданная выемка слишком глубока, то возникает проблема, заключающаяся в деформации управляющего электрода 15. Поэтому в предпочтительном случае глубина выемки 16 составляет от 30 до 200 нм.
Избирательное травление по материалам не выполняется, но часть боковой поверхности изолирующего слоя маскируется, и часть изолирующего слоя удаляется, в результате чего может быть создана выемка 16. В этом случае нет необходимости создавать первый изолирующий слой 14а и второй изолирующий слой 14b из разных материалов, и можно выполнить изолирующий слой как один слой. Кроме того, изолирующий слой состоит из трех слоев, и избирательное травление можно применить для второго слоя. В этом случае выемку 16 создают из трех изолирующих слоев.
Далее на верхнюю и боковую поверхности первого изолирующего слоя 14а наносят материал проводящего элемента 13. В качестве материала проводящего элемента 13 в предпочтительном случае можно использовать материал, имеющий высокую температуру плавления, и материал, имеющий в дополнение к электропроводности высокую теплопроводность. Кроме того, в предпочтительном случае можно использовать материал, у которого работа выхода электронов составляет 5 эВ или меньше. Например, можно использовать такие металлы, как Be, Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al, Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Pd, или их сплав либо тому подобное. Помимо этого, можно также подходящим образом использовать соединение, например нитрид, оксид, карбид или тому подобное; полупроводниковый материал; углерод; соединение углерода или тому подобное. В частности, предпочтительно использовать Мо или W.
Проводящий элемент 13 может быть создан при помощи обычной технологии вакуумной металлизации, такой как метод испарения или метод распыления. Как описано выше, в представленном варианте реализации настоящего изобретения упомянутое создание необходимо выполнять, управляя углом наклона и временем нанесения проводящего материала, а также температурой и степенью вакуума во время этого создания, чтобы контролировать форму выступающей области катода. Угол наклона проводящего материала можно определить, принимая во внимание толщину Т1 управляющего электрода 15, расстояние Т2 в выемке 16 или тому подобное.
Далее, на поверхности проводящего элемента 13 создают поликристаллическую пленку 18 из борида лантана, соответствующую настоящему изобретению. Поликристаллическая пленка 18 из борида лантана может быть создана при помощи метода распыления, как будет описано позднее.
Катодный электрод 12 может быть создан с использованием обычной технологии вакуумной металлизации, такой как метод испарения или метод распыления, либо упомянутое создание может быть выполнено путем спекания материала-предшественника, содержащего проводящий материал. В качестве метода создания рисунка можно использовать технологии фотолитографии и печати.
В качестве материала катодного электрода 12 может использоваться любой материал, пока он обладает электропроводностью, и можно использовать тот же материал, из которого изготовлен управляющий электрод 15. Толщину катодного электрода 12 задают в диапазоне от нескольких десятков нм до нескольких мкм, и в предпочтительном случае может быть выбран диапазон от нескольких десятков нм до нескольких сотен нм. Кстати говоря, катодный электрод 12 может быть образован до создания проводящего элемента 13 либо может быть образован после создания проводящего элемента 13 или поликристаллической пленки 18.
Далее с использованием Фиг.5 будет описан примерный источник 32 электронов, который получен путем размещения множества устройств 10 для эмиссии электронов, соответствующих данному варианту реализации настоящего изобретения, на подложке 1. Фиг.5 представляет собой вид сверху источника 32 электронов.
Описанный здесь источник 32 электронов образован подложкой 1 и множеством устройств 10 для эмиссии электронов, созданных на подложке 1. Подложка 1 может представлять собой подложку-изолятор, например, в предпочтительном случае можно применить стеклянную подложку. Источник 32 электронов получен путем размещения множества устройств 10 для эмиссии электронов, которые описаны с использованием Фиг.1 и т.д., в виде матрицы на подложке 1. Устройства 10 для эмиссии электронов, относящиеся к одному столбцу, соединены с общим управляющим электродом 5, а устройства 10 для эмиссии электронов, относящиеся к одной строке, соединены с общим катодным электродом 2. Вместо устройства 10 для эмиссии электронов также можно использовать устройство 20 для эмиссии электронов, описанное с использованием Фиг.4.
Из множества катодных электродов 2 выбирают электрод с заранее определенным номером, из множества управляющих электродов 5 выбирают электрод с заранее определенным номером и между выбранными электродами прикладывают напряжение, в результате чего электроны могут испускаться заранее определенным устройством 10 для эмиссии электронов.
В данном случае в месте пересечения катодного электрода 2 и управляющего электрода 5 расположено одно устройство 10 для эмиссии электронов, однако в предпочтительном случае может быть расположено множество устройств 10 для эмиссии электронов. Например, в соответствующих местах пересечения катодных электродов 2 и управляющих электродов 5 может быть выполнено множество отверстий 7, и в каждом из отверстий 7 расположен катод 9.
На Фиг.5 показан простой пример, в котором в каждом месте пересечения катодного электрода 2 и управляющего электрода 5 выполнено одно отверстие 7. Однако, с точки зрения уменьшения флуктуаций тока эмиссии, чем больше катодов 9 расположено в каждом месте пересечения, тем более предпочтительной является конструкция. Причина состоит в том, что при большом количестве катодов 9 флуктуация тока эмиссии усредняется. С другой стороны, расположение слишком большого количества катодов нежелательно с точки зрения эффективности производства. Флуктуация тока может быть снижена путем использования поликристаллической пленки, соответствующей настоящему изобретению, таким образом, эту флуктуацию можно снизить без увеличения количества катодов 9.
С использованием Фиг.6 будет описан пример, в котором при помощи источника 32 электронов получена панель 100 для создания изображения. В примере, показанном в данном случае, в каждом месте пересечения создано множество катодов 9.
Кстати говоря, в панели 100 для создания изображения поддерживается воздухонепроницаемость, в результате чего давление внутри ниже атмосферного (вакуум), как следствие, ее можно по-другому назвать воздухонепроницаемой емкостью.
Фиг.6 представляет собой вид в разрезе панели 100 для создания изображения. В панели 100 для создания изображения в качестве задней пластины используется источник 32 электронов, показанный на Фиг.5, а задняя пластина 32 и передняя пластина 31 размещены друг против друга.
Далее, между задней пластиной 32 и передней пластиной 31 размещена опорная рама 27 в виде замкнутого контура (прямоугольной формы), в результате чего расстояние между задней пластиной 32 и передней пластиной 31 становится заранее определенной величины. Между опорной рамой 27 и передней пластиной 31, а также между опорной рамой 27 и задней пластиной 32 установлен соединительный элемент 28, играющий роль уплотнителя, например, из индия и фриттованного стекла, который обеспечивает воздухонепроницаемость. Опорная рама 27 также обеспечивает герметизацию внутреннего пространства панели 100 для эмиссии электронов, предотвращая поступление воздуха. Между передней пластиной 31 и задней пластиной 32 внутри панели 100 для создания изображения в предпочтительном случае может быть установлено множество промежуточных элементов 34, чтобы сохранить неизменным расстояние между передней пластиной 31 и задней пластиной 32 в случае, если панель 100 для создания изображения имеет большую площадь.
Передняя пластина 31 состоит из люминесцентного слоя 25, содержащего люминесцентный материал 23, который испускает свет при его облучении электронами, испущенными устройством 10 для эмиссии электронов, анодного электрода 21, расположенного на люминесцентном слое 25, и прозрачной подложки 22.
Прозрачная подложка 22 представляет собой, например, стеклянную подложку, что объясняется необходимостью прохождения через нее света, испущенного люминесцентным слоем 25.
В качестве люминесцентного материала 23 в общем случае можно использовать фосфор. Люминесцентный слой 25 создан с использованием люминесцентного материала, испускающего красный свет, люминесцентного материала, испускающего зеленый свет, и люминесцентного материала, испускающего синий свет, таким образом, можно получить панель 100 для создания изображения с полным спектром цветов. В варианте, показанном на Фиг.6, люминесцентный слой 25 включает черный компонент 24, расположенный между люминесцентными материалами. Черный компонент 24 представляет собой компонент, предназначенный для улучшения контраста создаваемого изображения и обычно называется черной матрицей.
Устройство 10 для эмиссии электронов, которое облучает электронами каждый люминесцентный материал 23, располагают напротив этого люминесцентного материала 23. То есть каждое устройство 10 для эмиссии электронов соответствует одному люминесцентному материалу 23.
Как правило, анодный электрод 21, обычно называемый металлической основой, может быть выполнен из алюминиевой пленки. Кроме того, анодный электрод 21 может быть расположен между люминесцентным слоем 25 и прозрачной подложкой 22. В этом случае анодный электрод выполнен из оптически прозрачной проводящей пленки, такой как пленка из оксида индия-олова (ITO, Indium Tin Oxide).
Процесс скрепления передней пластины 31 и задней пластины 32 с обеспечением воздухонепроницаемости обычно выполняют в нагретом состоянии, при котором компоненты панели 100 для создания изображения обеспечивают ее воздухонепроницаемость.
В процессе скрепления между передней пластиной 31 и задней пластиной 32 обычно размещают опорную раму 27, снабженную соединительным элементом, например, из фриттованного стекла. Затем переднюю пластину 31, заднюю пластину 32 и опорную раму 27 нагревают до температуры в диапазоне от 100 до 400°С, одновременно прижимая их друг к другу, с последующим охлаждением до комнатной температуры. Кроме того, перед процессом скрепления для задней пластины 32 часто применяют дегазирование или тому подобное за счет нагрева. Даже пройдя весь процесс, сопровождаемый подобным нагревом и охлаждением, поликристаллическая пленка из борида лантана, описанная в представленном варианте реализации настоящего изобретения, не отслаивается от проводящего элемента 13.
Кроме того, даже в случае, когда панель 100 для создания изображения аналогичным образом изготавливают с использованием устройства 20 для эмиссии электронов, даже пройдя весь процесс, сопровождаемый подобным нагревом и охлаждением, поликристаллическая пленка 18 из борида лантана не отслаивается, а также не отслаивается проводящий элемент 13. Затем, как показано на Фиг.7, с панелью 100 для создания изображения соединяют схему 110 приведения в действие, предназначенную для управления этой панелью 100, таким образом, можно получить устройство 200 для создания изображения. Далее, присоединяют устройство 400 для вывода сигнала изображения, которое выводит информационный сигнал, такой как сигнал телевизионной трансляции, и сигнал, записанный в устройстве для записи информации в виде сигнала изображения, таким образом, можно создать устройство 500 для отображения информации.
Устройство 200 для создания изображения включает, по меньшей мере, панель 100 для создания изображения и схему 110 приведения в действие, в предпочтительном случае может быть включена схема 120 управления. Схема 120 управления производит подходящую для панели 100 обработку введенного сигнала изображения в целях коррекции или тому подобного и выводит сигнал изображения и сигналы управления различного типа в схему 110 приведения в действие. Схема 110 приведения в действие выводит сигнал приведения в действие в каждое внутреннее соединение (см. катодный электрод 2 и управляющий электрод 5, показанные на Фиг.5) панели 100 для создания изображения исходя из введенного сигнала изображения. Схема приведения в действие содержит схему модуляции, предназначенную для преобразования сигнала изображения в сигнал приведения в действие, и схему сканирования, предназначенную для выбора внутреннего соединения. Напряжением, прикладываемым к устройству для эмиссии электронов каждого пикселя в панели 100 для создания изображения, управляют при помощи сигнала приведения в действие, поступающего из схемы 110 приведения в действие. При этом каждый пиксель испускает свет с яркостью, соответствующей сигналу изображения, и изображение выводится на экран. Можно сказать, что "экран" соответствует люминесцентному слою 25 в панели 100 для создания изображения, показанной на Фиг.4.
Согласно настоящему изобретению в устройстве для эмиссии электронов используется поликристаллическая пленка с низкой величиной работы выхода, что позволяет уменьшить прикладываемое напряжение, необходимое для эмиссии электронов (приведения в действие устройства для эмиссии электронов), за счет чего можно уменьшить энергопотребление устройства для создания изображения. Кроме того, можно получить стабильный ток эмиссии, соответственно, может быть улучшено качество создаваемого изображения.
Фиг.7 представляет собой структурную схему примерного устройства для отображения информации. Устройство 500 для отображения информации включает устройство 400 для вывода сигнала изображения и устройство 200 для создания изображения. Устройство 400 для вывода сигнала изображения содержит схему 300 обработки информации и в предпочтительном случае может содержать схему 320 обработки изображения. Устройство 400 для вывода сигнала изображения может быть установлено в свой корпус, отдельно от устройства 200 для создания изображения, либо, по меньшей мере, часть устройства 400 для вывода сигнала изображения может быть установлена в том же корпусе, что и устройство 200 для создания изображения. Конструкция устройства для отображения информации в данном случае является примерной, и могут быть внесены различные модификации.
В схему 300 обработки информации вводится информационный сигнал, например телевизионный сигнал, транслируемый наземной станцией или со спутника, а также сигнал данных или тому подобное, транслируемый через сеть электрической связи, например Интернет, соединенную при помощи радиосети, телефонной сети, цифровой сети, аналоговой сети и протокола TCP/IP. Может использоваться такое конструктивное решение, при котором с панелью 100 для создания изображения соединено запоминающее устройство, например полупроводниковая память, оптический диск или магнитное запоминающее устройство, и информационный сигнал, записанный в такое запоминающее устройство, может выводиться на эту панель 100. Кроме того, может использоваться такое конструктивное решение, при котором с панелью 100 для создания изображения соединено устройство ввода видеоинформации, такое как видеокамера, фотокамера или сканер, и изображение, полученное от такого устройства ввода видеоинформации, может выводиться на эту панель 100. Может использоваться такое конструктивное решение, которое позволяет соединить систему для проведения телеконференции и систему, например, из нескольких компьютеров.
Далее, можно реализовать конструкцию с обработкой изображения (если это необходимо), выводимого на панель 100 для создания изображения, и выводом его на принтер, также можно реализовать конструкцию с записью в запоминающее устройство.
Информация, включенная в информационный сигнал, представляет собой, по меньшей мере, одно из следующего: видеоинформацию, текстовую информацию и аудиоинформацию. Схема 300 обработки информации может включать схему 310 приемника, которая снабжена тюнером, отбирающим необходимую информацию из сигнала трансляции, и декодером, декодирующим информационный сигнал в случае, если он кодирован.
Сигнал изображения, полученный схемой 300 обработки информации, выводится в схему 320 обработки изображения. Схема 320 обработки изображения может включать схему, обеспечивающую различную обработку сигнала изображения. Например, могут быть включены схема гамма-коррекции, схема преобразования разрешения и интерфейсная схема. Затем сигнал изображения, преобразованный в формат сигнала устройства 200 для создания изображения, выводится в это устройство 200.
Способ вывода видеоинформации или текстовой информации в панель 100 для создания изображения и отображения ее на экране может содержать следующие этапы: например, на основе видеоинформации и текстовой информации в информационных сигналах, введенных в схему 300 обработки информации, генерируют сигнал изображения, соответствующий каждому пикселю панели 100 для создания изображения, затем сгенерированный сигнал изображения вводят в схему 120 управления, находящуюся в устройстве 200 для создания изображения, после чего на основе сигнала изображения, введенного в схему 110 приведения в действие, управляют напряжением, подаваемым схемой 110 приведения в действие на каждое устройство для эмиссии электронов в панели 100 для создания изображения, и создают изображение. Аудиосигнал выводят в средство воспроизведения звука (не показано), такое как отдельно расположенный громкоговоритель, синхронно с видеоинформацией и текстовой информацией, выводимой на панель 100 для создания изображения, и этот сигнал воспроизводят.
Примеры
Ниже настоящее изобретение будет дополнительно более подробно описано путем приведения Примеров.
Пример 1
Поликристаллическая пленка из борида лантана была создана методом распыления. При этом образцы в состояниях А-D, указанные в Таблице 1, были изготовлены путем такого изменения параметров процесса изготовления, чтобы у них различались качество и толщина пленки. В качестве подложки была использована кристаллическая пластинка из Si.
6
Толщина пленки для состояний, указанных в Таблице 1, измерялась при помощи устройства для измерения перепада высот типа стилуса. Кроме того, размеры кристаллитов были определены методом Шеррера с использованием метода дифракции рентгеновских лучей. При измерении дифракции рентгеновских лучей были использованы следующие условия: метод тонких пленок, угол падения составлял 0,5° и источником рентгеновских лучей был CuKα. Вычисление проводилось на основе определения максимума дифракции в плоскости {100} кристаллического LaB с кубической решеткой. Помимо этого, для состояний А-С во время распыления на постоянном токе (DC) изменялось давление Ar, а для состояния D использовалось высокочастотное распыление (RF).
Состояние А:
давление во время нанесения покрытия: 0,3 Па;
источник энергии и мощность: DC 900 Вт.
Состояние В:
давление во время нанесения покрытия: 2,0 Па;
источник энергии и мощность: DC 900 Вт.
Состояние С:
давление во время нанесения покрытия: 12,0 Па;
источник энергии и мощность: DC 900 Вт.
Состояние D:
давление во время нанесения покрытия: 6,7 Па;
источник энергии и мощность: RF 800 Вт.
Таблица 1
СостояниеА
СостояниеВ
СостояниеС
СостояниеD
Толщинапленки, нм
100
100
100
100
Размер кристаллита, нм
3,1
9,5
14,1
16,1
Отношение В к La
6,7
6,2
6,1
6,0
Как показано в Таблице 1, размер кристаллита может меняться в зависимости от условий распыления. Хотя это нельзя полностью отнести к зависимости от конструкции устройства для распыления, например расстояния между подложкой и мишенью, а также размера мишени, проявилась следующая тенденция: чем ниже было давление Ar во время распыления, тем меньше был размер кристаллита.
Практически любая из пленок, созданных согласно состояниям А-D, не отслаивалась, однако в случае нанесения пленки с толщиной более 100 нм, а именно в случае продления времени нанесения, иногда происходило отслаивание пленки. Кроме того, отслаивание пленки иногда происходило даже при попытке увеличить толщину до значения более 100 нм путем увеличения мощности. Кстати говоря, это отслаивание происходило не только во время нанесения, но также иногда спустя определенное время, составлявшее от нескольких часов до нескольких дней. Кроме того, выполнялось создание рисунка, поэтому иногда отслаивание появлялось в ходе фотолитографического процесса, например при нанесении кислотостойкого вещества, проявлении и удалении слоя. При добавлении нагрева отслаивание стало значительным. По этой причине можно сказать, что толщина поликристаллической пленки из борида лантана в предпочтительном случае может составлять 100 нм или менее. В случае если толщина пленки больше 100 нм, иногда пленка отслаивается и надежность устройства для эмиссии электронов как такового иногда снижается. Поэтому в результате верхний предел размера кристаллитов также составляет 100 нм.
Существует ситуация, когда максимум дифракции, характеризующий степень кристалличности при дифракции рентгеновских лучей, не может быть обнаружен из-за условий распыления, и такая ситуация, вероятно, является аморфным вариантом. Такая аморфная пленка (она может быть описана как пленка с чрезвычайно малым размером кристаллитов) появлялась в случае чрезвычайно низкой мощности. Кроме того, даже при использовании в качестве метода создания пленки метода электронно-лучевого напыления получалась аморфная пленка. В этом случае нельзя было обеспечить энергию, необходимую для роста кристаллов, из-за низкой энергии испаряемых молекул или атомов, и в результате, по всей видимости, возникала аморфная пленка.
Что касается отношения в составе La и В для состояний (включая состояния А-D), когда была подтверждена кристалличность, то при помощи метода спектрометрии с использованием индуктивно-связанной плазмы (ICP, Induction-Coupled Plasma) было определено, что отношение В к La составляло 6,0-6,7. Чем больше размер кристаллита, тем меньше отношение В к La, то есть имелась тенденция в направлении к 6, исходя из этого было сделано предположение, что возникает взаимосвязь между приближением к стехиометрическому составу и увеличением размера кристаллита.
6
По этой причине аморфной пленке, вероятно, не хватало энергии, необходимой для роста кристаллов, или она, вероятно, находилась в неустойчивом состоянии, в котором кристалличность не могла сохраняться из-за сильного отклонения отношения В к La от 6 в составе. Хотя это будет описано позднее, в аморфной пленке работа выхода электронов повышается до уровня более 3 эВ, и ее характеристики значительно отличаются от поликристаллической пленки. Это означает, что наличие кристаллической структуры LaB важно для обеспечения работы выхода электронов не более 3 эВ.
Далее, были изготовлены образцы с состояниями Е-Н и образец, соответствующий Сравнительному примеру 1, которые показаны в Таблице 2.
Для подложки была использована кристаллическая пластинка из Si, и кристалличность пленки была подтверждена при помощи измерения толщины и дифракции рентгеновских лучей. Кроме того, в целях одновременного изучения характеристик эмиссии электронов на иглу из вольфрама, на которой была создана молибденовая пленка толщиной 20 нм, была также нанесена поликристаллическая пленка из борида лантана, причем конец (выступающая область) иглы имел радиус кривизны приблизительно 100 нм. Далее эта игла из вольфрама называется W-иглой с Мо-грунтом.
-3
-1
-8
При предварительном исследовании W-иглы с Мо-грунтом с целью подтвердить ее форму методом сканирующей электронной микроскопии (SEM, Scanning Electron Microscopy) не было обнаружено каких-либо аномалий. К тому же, при предварительном вычислении коэффициента, на который умножают величину электрического поля, на основе характеристик эмиссии электронов для W-иглы с Мо-грунтом путем построения зависимости Фаулера-Нордхейма было получено значение 5,8×10 (см) при работе выхода электронов для Мо, равной 4,6 эВ. В данном случае измерение характеристик эмиссии электронов выполнялось при размещении анода, имеющего плоскую поверхность, на расстоянии 3 мм от конца W-иглы с Мо-грунтом в условиях сверхвысокого вакуума, составлявшего 1×10 Па или менее, после чего к аноду прикладывалось постоянное напряжение и измерялся ток, протекающий в аноде из-за эмиссии под действием электрического поля.
Далее будут описаны условия создания пленки.
Состояния Е-Н представляют собой состояния, которые возникли во время распыления на постоянном токе, состояние Е - это состояние, при котором толщина пленки составляет 30 нм за счет регулирования времени нанесения при том же давлении и мощности, что и для состояния А. Аналогичным образом, состояние F - это состояние, при котором толщина пленки в условиях состояния В составляет 30 нм, состояние G - это состояние, при котором толщина пленки в условиях состояния С составляет 30 нм, и состояние Н - это состояние, при котором толщина пленки в условиях состояния D составляет 30 нм.
Сравнительный пример А был получен для аморфной пленки, а именно для метода электронно-лучевого напыления. Что касается пленки в Сравнительном примере А, то максимум, характеризующий кристалличность, при дифракции рентгеновских лучей не наблюдался.
Таблица 2
Состояние Е
Состояние F
Состояние G
Состояние Н
Сравнительный пример
Толщина пленки, нм
30
30
30
30
30
Размер кристаллита, нм
3,0
8,0
12,0
14,0
Аморфность
Работа выхода электронов, эВ
2,6
2,8
2,7
2,7
3,8
Флуктуация
15,7%
10,0%
7,8%
5,0%
Не оценена
6
В Таблице 2 размер кристаллита указывает размер, полученный с использованием метода дифракции рентгеновских лучей для кристаллита, созданного на подложке из Si. Для пленки LaB, созданной на W-игле с Мо-грунтом, методом просвечивающей электронной микроскопии (TEM, Transmission Electron Microscopy) было исследовано поперечное сечение, и наблюдаемая упорядоченная решетка подтвердила кристалличность. Размер составлял в среднем, например, приблизительно 3 нм в состоянии Е, этот результат хорошо согласуется с размером кристаллита, созданного на подложке из Si, который был определен при помощи дифракции рентгеновских лучей.
При исследовании поперечного сечения методом просвечивающей электронной микроскопии в области, соответствующей кристаллиту, обнаруживается множество граничных зон решетки, расположенных фактически параллельно. Затем из множества граничных зон решетки выбираются две наиболее удаленных друг от друга, и длина наибольшего отрезка, соединяющего край одной граничной зоны и край другой граничной зоны, может быть принята за размер кристаллита (диаметр кристаллита). Тогда, если в области поперечного сечения, исследуемой методом просвечивающей электронной микроскопии, обнаружено множество кристаллитов, средний размер этих кристаллитов можно принять как размер кристаллита в поликристаллической пленке из борида лантана.
-8
6
Для пленок, соответствующих состояниям Е-Н, созданных на W-игле с Мо-грунтом, и Сравнительному примеру А, работа выхода электронов была определена при размещении анода, имеющего плоскую поверхность, на расстоянии 3 мм от конца иглы в условиях сверхвысокого вакуума, составлявшего 1×10 Па или менее. К аноду прикладывалось постоянное напряжение, и измерялся ток, протекающий в аноде из-за эмиссии под действием электрического поля. Постоянное напряжение постепенно снижали, и соответственно электрический ток быстро прекращался, однако это напряжение (пороговое напряжение) в любом из состояний Е-Н и Сравнительном примере А было ниже по сравнению со случаем W-иглы только с Мо-грунтом. В Таблице 2 показано соотношение между напряжением и током, а именно значение вычисленной работы выхода электронов, полученной из наклона графика зависимости Фаулера-Нордхейма, притом что работа выхода электронов для Мо составляет 4,6 эВ. Из Таблицы 2 видно, что можно обеспечить чрезвычайно низкое значение работы выхода электронов, составляющее 3,0 эВ или меньше, в состояниях Е-Н, в которых размер кристаллита составляет 3,0 нм или более, за исключением Сравнительного примера А с некристаллической пленкой. Как описано выше, в Сравнительном примере А, который представляет собой аморфную пленку, причиной того, что работа выхода электронов, составляющая 3,8 эВ, выше по сравнению с состояниями Е-Н с поликристаллической пленкой, является, по всей видимости, невозможность создания кристаллической структуры LaB. В Сравнительном примере А эмиссия электронов является чрезвычайно нестабильной, а если говорить более конкретно, возникали колебания порогового напряжения при эмиссии электронов.
Ниже описаны условия измерения флуктуации тока эмиссии.
6
Устройство, используемое для оценки, аналогично используемому для вычисления работы выхода электронов. Как объект для оценки в данном случае использовалась конструкция, в которой катодом служила W-игла с Мо-грунтом, на которой была создана пленка LaB, соответствующая состояниям Е-Н, а анод, имеющий плоскую поверхность, был расположен на расстоянии 3 мм от конца этой иглы. На анод подавалось импульсное постоянное напряжение (напряжение с прямоугольной формой волны), и измерялся ток, протекающий в аноде из-за эмиссии под действием электрического поля. Если говорить более конкретно, подавалось импульсное напряжение, имеющее прямоугольную форму волны, с шириной импульса 6 мс и циклом импульсов 24 мс. Затем, с интервалом 2 секунды последовательно вычисляли среднее для значений тока эмиссии, соответствующих следующим друг за другом 32 импульсам напряжения прямоугольной формы, и получали отклонение и среднее значение для периода 15 минут, таким образом, была вычислена флуктуация, показанная в Уравнении (1).
Флуктуация = Отклонение за 15 мин/Среднее значение за 15 мин
Уравнение (1)
В Таблице 2 приведены значения флуктуации, соответствующие состояниям Е-Н. В данном случае значения флуктуации были получены при регулировании максимального значения подаваемого импульсного напряжения прямоугольной формы таким образом, чтобы это давало фактически 1 мкА в среднем значении измеряемого тока. В Таблице 2 показано, что амплитуда флуктуации связана с размером кристаллита, и при одинаковой толщине пленки чем больше размер кристаллита, тем меньше флуктуация. Предполагаемой причиной является то, что при увеличении размера кристаллита уменьшается число промежутков между границами кристаллических зерен или кристаллов в единице объема и уменьшается влияние диффузии примесей или тому подобного на изменение работы выхода электронов в непосредственной близости от области эмиссии электронов. Для поликристаллической пленки из борида лантана с размером кристаллита до 100 нм, хотя это и зависит от размера кристаллита по отношению к толщине пленки, могут быть получены те же хорошие характеристики эмиссии электронов.
Что касается флуктуации, то в случае, когда ток составлял более 1 мкА, проявлялась тенденция к снижению вычисляемой флуктуации. И наоборот, в случае, когда ток был меньше 1 мкА, проявлялась тенденция к повышению вычисляемой флуктуации.
Далее, при работе в течение 10 часов при импульсном напряжении с прямоугольной формой волны, при котором флуктуация вычислялась для состояний Е-Н, практически не возникало ухудшения характеристик и повышения тока, и был подтвержден факт устойчивого функционирования.
Как описано выше, в устройстве для эмиссии электронов, соответствующем приведенному Примеру, содержащем поликристаллическую пленку из борида лантана, можно обеспечить устойчивую эмиссию электронов с небольшой работой выхода и небольшой флуктуацией.
Пример 2
Образцы с состояниями I-K, приведенными в Таблице 3, были изготовлены при изменении условий нанесения таким образом, чтобы отличались качество и толщина поликристаллической пленки из борида лантана.
-3
-1
При изготовлении данных образцов на кристаллической пластинке из Si была создана поликристаллическая пленка из борида лантана. Измерения толщины пленки и размера кристаллита были проведены для пленки на кристаллической пластинке. Далее, с целью исследования характеристик эмиссии электронов также была создана поликристаллическая пленка из борида лантана на W-игле с Мо-грунтом. При предварительном исследовании W-иглы с Мо-грунтом с целью подтвердить ее форму методом сканирующей электронной микроскопии не было обнаружено каких-либо аномалий. При предварительном вычислении коэффициента, на который умножают величину электрического поля, на основе характеристик эмиссии электронов для W-иглы с Мо-грунтом путем построения зависимости Фаулера-Нордхейма было получено значение 5,8×10 (см) при работе выхода электронов для Мо, равной 4,6 эВ.
Сначала будут описаны условия создания поликристаллической пленки из борида лантана.
2
Состояние I - это состояние, полученное с использованием того же устройства распыления, что и для состояний А-Н, описанных в Примере 1, а состояния J и K получены с использованием другого устройства распыления. Таким образом, нельзя просто сравнить условия нанесения покрытия. Состояния J и K получены путем изменения времени нанесения покрытия. К тому же, в состояниях J и K плотность мощности составляла 0,77 Вт/см. Кроме того, расстояние между мишенью и образцом было установлено на уровне 95 мм.
Состояние I:
давление во время нанесения покрытия: 2,0 Па;
источник энергии и мощность: RF 800 Вт.
Состояние J:
давление во время нанесения покрытия: 1,5 Па;
источник энергии и мощность: RF 250 Вт.
Состояние K:
давление во время нанесения покрытия: 1,5 Па;
источник энергии и мощность: RF 250 Вт.
Таблица 3
Состояние I
Состояние J
Состояние K
Толщина пленки, нм
7
10
20
Размер кристаллита, нм
2,5
7,0
10,7
Отношение интегральных интенсивностей I<sub>{100}</sub>/I<sub>{110}</sub> (100) к (110)
0,54
1,3
2,8
Работа выхода электронов, эВ
2,85
2,85
2,8
Флуктуация
6,7%
7,4%
7,7%
6
(100)
(110)
(100)
(110)
(100)
(110)
(100)
(110)
(100)
(110)
В Таблице 3 толщина пленки измерялась при помощи устройства измерения перепада высот типа стилуса. Кроме того, размер кристаллитов был получен при помощи метода дифракции рентгеновских лучей и метода Шеррера. При измерении дифракции рентгеновских лучей для состояний J и K были использованы следующие условия: метод тонких пленок, угол падения составлял 0,5° и источником рентгеновских лучей был CuKα. Для состояния I был использован метод "в плоскости". Размер кристаллита был вычислен на основе максимума дифракции в плоскости {100} для кристаллического LaB с кубической решеткой. Кроме того, чтобы исследовать ориентацию кристаллографических направлений в поликристаллической пленке 8, было получено отношение интегральных интенсивностей I/I для интегральной интенсивности I максимума дифракции, представленного плоскостью (100), и интегральной интенсивности I максимума дифракции, представленного плоскостью (110). Максимум, характеризующий кристалличность, наблюдался для любой из пленок в состояниях I-K, было подтверждено, что пленка являлась поликристаллической и размер кристаллита составлял 2,5 нм или более. В состоянии I отношение интегральных интенсивностей I/I составляло 0,54. Когда его сравнили с данными JCPDS (Joint Committee on Power Diffraction Standards, Объединенный комитет по химическому анализу с использованием порошковых дифракционных методов при Национальном бюро стандартов США), была продемонстрирована хорошая согласованность со значениями (JCPDS#34-0427), наблюдаемыми при отсутствии ориентации. По этой причине можно сказать, что пленка в состоянии I является неориентированной пленкой, имеющей случайную кристаллографическую ориентацию. С другой стороны, в состояниях J и K отношение интегральных интенсивностей I/I превышает 0,54, и сильна ориентация в плоскости (100). По сравнению с состоянием J отношение интегральных интенсивностей становится больше в состоянии K, когда толщина пленки больше, соответственно, это показывает, что чем больше толщина пленки, тем более сильна ориентация в направлении, соответствующем максимуму дифракции, представленному плоскостью (100). При толщине пленки больше 20 нм и равной или больше 30 нм отношение I/I составляло более чем 2,8. При толщине пленки, не превышающей 20 нм, интегральная интенсивность в каждом из направлений, отличающихся от плоскости (100) и плоскости (110), была ниже интегральной интенсивности в плоскости (100) и плоскости (110). Помимо этого, при большей толщине пленки становится большим размер кристаллита.
-8
В случае пленок в состояниях I-K, созданных на W-игле с Мо-грунтом, анод, имеющий плоскую поверхность, был установлен на расстоянии 3 мм от конца иглы в условиях сверхвысокого вакуума, составлявшего 1×10 Па или менее. Затем к аноду прикладывали постоянное напряжение и измеряли ток, протекающий в аноде из-за эмиссии под действием электрического поля, в результате чего определяли работу выхода электронов. В Таблице 3 приведены значения работы выхода электронов, которые были получены на основе взаимосвязи между напряжением и током, а именно путем построения графика зависимости Фаулера-Нордхейма с определением его наклона, притом что работа выхода электронов для Мо составляла 4,6 эВ. Как показано в Таблице 3, в любом из состояний I-K работа выхода электронов составляет 3,0 эВ или менее, и эти состояния имеют превосходные характеристики эмиссии электронов.
В дополнение к этому, что касается флуктуации, измерение проводилось методом оценки, который описан в Примере 1, и результат приведен в Таблице 3. Любое из состояний I-K характеризуется небольшой флуктуацией. В состоянии I флуктуация является небольшой, несмотря на то что размер кристаллита невелик, предполагаемой причиной является то, что толщина пленки мала по отношению к размеру кристаллита либо пленка не имеет ориентации и является неориентированной.
(100)
(110)
Как описано выше, при размере кристаллита из борида лантана, составляющем 2,5 нм или более, толщину поликристаллической пленки задают на уровне не более 20 нм, соответственно, как работа выхода электронов, так и флуктуация могут быть чрезвычайно стабильными и небольшими, как следствие, такая конфигурация является особенно предпочтительной. Помимо этого, при поликристаллической пленке, толщина которой составляет 20 нм или менее, и размере кристаллита из борида лантана, составляющем 2,5 нм или более, особенно предпочтительно, чтобы отношение I/I находилось в диапазоне от 0,54 до 2,8, включая границы, что приводит к снижению как работы выхода электронов, так и флуктуации с обеспечением беспрецедентной стабильности.
Как описано выше, в случае, если толщина пленки больше 100 нм, иногда пленка отслаивается, поэтому такая конфигурация не является предпочтительной. Даже если рисунок на поликристаллической пленке из борида лантана создается при помощи сухого травления или влажного травления, предпочтительно, чтобы пленка была тонкой исходя из сокращения времени обработки и точности обработки. Кроме того, в диапазоне толщин пленки не более 20 нм отслаивание не происходит даже при нагреве до приблизительно 500°С. Также в этой связи можно сказать, что при толщине пленки не более 20 нм можно обеспечить хорошие характеристики эмиссии электронов, поэтому такая конфигурация является предпочтительной. Далее, в случае создания формы с острым концом, если толщина создаваемой пленки является большой, существуют опасения, что острый конец затупится, поэтому чем меньше толщина пленки, тем лучше.
Пример 3
В этом примере были изготовлены образцы с состояниями L и М, в которых соблюдались условия нанесения покрытия, соответствующие Примеру 2, чтобы получить толщину поликристаллической пленки, превышающую 20 нм. В состоянии L покрытие наносили, чтобы получить пленку толщиной 20 нм в состоянии K, а на ней получить пленку толщиной 10 нм в состоянии J, в результате чего получалась поликристаллическая пленка, у которой толщина составляла 30 нм. Отношение интегральных интенсивностей в зоне в пределах 10 нм от поверхности поликристаллической пленки, полученной в данном состоянии L, можно было оценить просто на основе разницы между интегральной интенсивностью у этой пленки и интегральной интенсивностью у пленки, полученной в состоянии J. Оказалось, что отношение интегральных интенсивностей, оцененное при помощи этого метода, составляет менее 2,8, соответствующих состоянию K. Отношение интегральных интенсивностей можно также вычислить, задавая угол падения рентгеновских лучей менее 0,5°. И эта поликристаллическая пленка продемонстрировала меньшую флуктуацию тока эмиссии, чем у поликристаллической пленки толщиной 20 нм, полученной в состоянии K, хотя и не меньшую, чем в состоянии J.
Для состояния М наносили аморфную пленку толщиной 30 нм, соответствующую Сравнительному примеру А, а на нее наносили пленку в состоянии I, в результате чего получали пленку с толщиной 37 нм. Отношение интегральных интенсивностей в зоне в пределах 7 нм от поверхности пленки, полученной в этом состоянии М, показало хорошее соответствие с результатом дифракции рентгеновских лучей в состоянии I, причем упомянутое отношение оценивалось на основе разницы между интегральной интенсивностью для этой пленки и интегральной интенсивностью для пленки, полученной в Сравнительном примере А.
(100)
(110)
По всей видимости, работа выхода электронов и флуктуация определяются поверхностью и расположенной под ней структурой тела, испускающего электроны. Соответственно, принимая во внимание результаты Примера 2, поликристаллическая пленка, имеющая размер кристаллита, составляющий 2,5 нм или более, и имеющая приповерхностный слой глубиной 20 нм или менее, характеристики которого аналогичны характеристикам поликристаллической пленки из Примера 2, может обеспечить низкое значение работы выхода электронов и небольшую флуктуацию. Другими словами, предпочтительное отношение интегральных интенсивностей I/I в зоне, глубина которой составляет 20 нм или менее от поверхности поликристаллической пленки, находится в пределах диапазона от 0,54 до 2,8, включая границы.
Очевидно, что размер кристаллита в этой зоне составляет 2,5 нм или более. В такой поликристаллической пленке могут быть снижены значения работы выхода электронов и флуктуации с обеспечением беспрецедентной стабильности, как и у поликристаллической пленки, имеющей толщину менее 20 нм, даже если толщина такой пленки превышает 20 нм.
Пример 4
Было изготовлено устройство 10 для эмиссии электронов, в котором в качестве поликристаллической пленки 8 на поверхности проводящего элемента 3 в виде круглого конуса, показанной на Фиг.1, была создана пленка, соответствующая состояниям I-K, характеристики которой приведены в Примере 2, и измерение эмиссии электронов было выполнено за счет приведения устройства в действие, как показано на Фиг.2. В данном случае на подложке 1 было создано 100 устройств для эмиссии электронов.
Далее с использованием Фиг.8А-8F будет описан способ изготовления устройства для эмиссии электронов. Кстати говоря, в данном случае поликристаллическая пленка 8 из борида лантана была создана только на выступающей области (конце) проводящего элемента 3 в виде круглого конуса.
Процесс 1
2
На стеклянной подложке 1 после того, как на ней методом распыления был создан слой из Cr, путем нанесения рисунка был создан катодный электрод 2. После этого на катодном электроде 2 при помощи метода химического осаждения из паровой фазы в качестве изолирующего слоя был создан слой 4 из SiO, и далее на изолирующем слое 4 при помощи метода распыления был создан слой 5 из Cr, служащий управляющим электродом (Фиг.8А).
Процесс 2
2
2
После того как в слое 5 из Cr, служащем управляющим электродом, при помощи фотолитографии и влажного травления было образовано круглое отверстие, путем влажного травления слоя 4 из SiO с использованием слоя 5 из Cr в качестве маски было создано управляющее отверстие 7 (Фиг.8В). В данном случае было создано 100 отверстий 7, имеющих расположение в виде узлов решетки, чтобы получить 10 узлов по горизонтали на 10 узлов по вертикали. Влажное травление слоя 4 из SiO выполнялось до тех пор, пока катодный электрод 2 не стал открытым.
Процесс 3
На слое 5 из Cr путем полноазимутального наклонного напыления был создан слой 50 из Al, используемый в качестве удаляемого слоя (Фиг.8С).
Процесс 4
На подложку в перпендикулярном к ней направлении методом распыления наносился Мо. При использовании этого метода на катодном электроде 2 был получен проводящий элемент 3, состоящий из Мо, который имел по существу коническую форму (Фиг.8D).
Процесс 5
С использованием гексаборида лантана в качестве мишени было выполнено распыление с направлением внутрь управляющего отверстия 7. При использовании этого метода на конце (выступающей области) проводящего элемента 3 из Мо, имеющего по существу коническую форму, была создана поликристаллическая пленка 8 из лантана борида (Фиг.8Е).
Процесс 6
И наконец, было выполнено избирательное влажное травление Al-слоя, используемого в качестве удаляемого слоя, соответственно были удалены находящиеся на Al-слое Мо и поликристаллическая пленка из борида лантана. В результате при помощи описанных процессов было создано устройство для эмиссии электронов (Фиг.8F).
В созданном таким образом устройстве для эмиссии электронов между катодным электродом 2 и управляющим электродом 5 прикладывается напряжение, как показано на Фиг.2, соответственно можно инициировать работу 100 упомянутых устройств.
-8
Кроме того, устройство 10 для эмиссии электронов вместе с анодом 21 находится в вакуумной емкости (не показана), и устройство 10 для эмиссии электронов соединено с источником питания, который предназначен для приложения напряжения между катодным электродом 2 и управляющим электродом 5 через токоподводящий контакт, и с источником питания, который предназначен для подачи напряжения на анод 21. В данном случае между анодом 21 и источником питания, предназначенным для подачи на него напряжения, устанавливают шунтирующий резистор (не показан) и измеряют разницу в напряжении на концах этого резистора, соответственно можно измерить электрический ток, возникающий из-за эмиссии электронов. Во внутреннем пространстве вакуумной емкости поддерживают давление, составляющее 1×10 Па или менее, при помощи ионного насоса. Анод 21 размещен на расстоянии 3 мм от устройства 10 для эмиссии электронов.
В данном случае источник питания, который предназначен для приложения напряжения между катодным электродом 2 и управляющим электродом 5, может прикладывать импульсное напряжение (напряжения с прямоугольной формой волны), и, если говорить более конкретно, прикладывается напряжение в виде импульсов прямоугольной формы с шириной 6 мс и циклом 24 мс, соответственно создается электрическое поле, необходимое для эмиссии электронов. Между катодным электродом 2 и управляющим электродом 5 прикладывалось напряжение в виде импульсов прямоугольной формы в состоянии, когда к аноду 21 было приложено напряжение 1 кВ, после чего с интервалом 2 секунды последовательно вычисляли среднее для значений тока эмиссии, возникающего при подаче следующих друг за другом 32 импульсов напряжения прямоугольной формы, и получали отклонение и среднее значение для периода 15 минут, в результате чего вычисляли флуктуацию, как показано Уравнением (1). При этом предварительно регулировали максимальное значение напряжения в виде волны прямоугольной формы, приложенного между катодным электродом 2 и управляющим электродом 5, таким образом, чтобы получить 10 мкА в среднем значении тока.
В Таблице 4 приведены значения напряжения, необходимого для получения тока 10 мкА. Кроме того, приведена амплитуда флуктуации.
Таблица 4
Состояние I
СостояниеJ
СостояниеK
Приложенное управляющее напряжение (V), необходимое для получения количества испущенных электродов, соответствующего 10 мкА
38
40
45
Флуктуация
1,3%
1,1%
1,2%
Помимо этого, эмиссию электронов пытались создать при нанесении пленки из Мо толщиной 20 нм вместо создания поликристаллической пленки из борида лантана, однако нельзя было получить количество испущенных электронов, соответствующих 10 мкА, даже при подаче на управляющий электрод напряжения до 60 V. По всей видимости, это связано с тем, что у Мо значение работы выхода электронов больше, чем у поликристаллической пленки из борида лантана в состояниях I-K, приведенных в Таблице 4.
Как показано в Таблице 3, в состояниях I-K для поликристаллической пленки из борида лантана, имеющей толщину не более 20 нм и размер кристаллита, находящийся в диапазоне от 2,5 нм до 10,7, включая его границы, обеспечивается работа выхода электронов, составляющая 3,0 эВ или менее. Тогда, как показано в Таблице 4, при сильной эмиссии электронов флуктуацию, в общем, можно удерживать на уровне не более 1,3%.
Пример 5
В представленном Примере с использованием поликристаллической пленки 18, имеющей те же характеристики, что и поликристаллическая пленка 8, созданная в состоянии J Примера 2, было изготовлено устройство 20 для эмиссии электронов, показанное на Фиг.4.
2
6
В случае Фиг.4 в качестве подложки 11 была использована кварцевая подложка, а катодный электрод 12 и управляющий электрод 15 были изготовлены в виде пленки из TaN, имеющей толщину 20 нм. Первый изолирующий слой 14а представляет собой пленку из SiN и имеет толщину 500 нм. Второй изолирующий слой 14b представляет собой пленку из SiO и имеет толщину 30 нм. Боковая поверхность 141 первого изолирующего слоя 14а наклонена к подложке 11 под углом 80°. Проводящий элемент 13 создан в виде пленки из Мо при помощи метода электронно-лучевого напыления таким образом, чтобы его толщина на боковой поверхности 141 первого изолирующего слоя 14а составляла 15 нм. Одновременно на управляющем электроде 15 также создана проводящая пленка 17, состоящая из Мо. При этом наклон подложки 11 выбран таким образом, чтобы угол Мо относительно боковой поверхности первого изолирующего слоя 14а составлял 20°. Поликристаллическая пленка 18 из лантана борида представляет собой ту же поликристаллическую пленку из LaB, которая создана в состоянии J Примера 2, и ее толщина (толщина, измеряемая от конца выступающей области из Мо) задана на уровне 10 нм. Кроме того, расстояние х, показанное на Фиг.9А, составляет 10 нм, а расстояние d составляет 5 нм.
При оценке характеристик эмиссии электронов устройства 20 для эмиссии электронов, изготовленного в представленном Примере, как и в случае устройства для эмиссии электронов, изготовленного в Примере 4, был сделан вывод, что, как и в Примере 4, эти характеристики могут быть очень хорошими.
Пример 6
В представленном Примере, как показано видом в разрезе на Фиг.6, панель 100 для создания изображения была изготовлена с использованием устройств 10 для эмиссии электронов, показанных на Фиг.4.
Если говорить более конкретно, устройства 10 для эмиссии электронов размещены в виде решетки из 5760 узлов по горизонтали на 1200 узлов по вертикали на стеклянной подложке 1, чтобы получить заднюю пластину 32. С другой стороны, чтобы получить переднюю пластину 31, люминесцентные материалы 23 были размещены на прозрачной стеклянной подложке 22, образующей переднюю пластину, таким образом, чтобы число пикселей стало 1920 элементов по горизонтали на 1200 элементов по вертикали. В данном случае один пиксель состоит из люминесцентного материала, который светится красным цветом, люминесцентного материала, который светится зеленым цветом, и люминесцентного материала, который светится синим цветом. Между соответствующими люминесцентными слоями расположена черная матрица, служащая черным элементом 24, и на люминесцентном материале 23 и черном элементе 24 в качестве анодного электрода 21 размещена металлическая основа, состоящая из алюминия.
Конструкция была установлена в вакуумной камере, при этом между задней пластиной 32 и передней пластиной 31 была размещена опорная рама 27, снабженная соединительными элементами 28, изготовленными из индия, и внутри камеры был создан вакуум при одновременном повышении температуры. После этого, когда было подтверждено, что в камере достигнута достаточная степень вакуума, заднюю пластину 32 и/или переднюю пластину 31 в нагретом состоянии прижимали друг к другу в таком направлении, чтобы они располагались друг против друга, чтобы скрепить заднюю пластину 32 и переднюю пластину 31 через опорную раму 27. В ходе этого процесса была получена панель 100 для создания изображения.
Когда с панелью 100 для создания изображения, изготовленной в представленном Примере, была соединена схема приведения в действие и было создано изображение, при низком напряжении приведения в действие продолжительное время можно было получать устойчивое изображение с высокой яркостью.
Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примерные варианты его реализации, необходимо понимать, что это изобретение не ограничивается описанными примерными вариантами. Объем изобретения, закрепленный в пунктах приложенной Формулы изобретения, должен соответствовать наиболее широкому пониманию, чтобы охватить все модификации, а также эквивалентные конструкции и функции.