Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство



Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство
Эмитирующее электроны устройство и панель отображения, включающая в себя такое устройство

 


Владельцы патента RU 2432636:

КЭНОН КАБУСИКИ КАЙСЯ (JP)

Данное изобретение относится к эмитирующему электроны устройству, имеющему слой борида лантана, и к панели отображения. Технический результат - обеспечение яркого высококачественного изображения с малыми изменениями яркости в течение более длительного периода времени. Достигается тем, что предложено эмитирующее электроны устройство, которое включает в себя электропроводный элемент и слой борида лантана на электропроводном элементе, а также включает в себя слой оксида между электропроводным элементом и слоем борида лантана. Оксид лантана может содержать лантан. Слой борид лантана может быть покрыт слоем оксида лантана. 9 н. и 14 з.п. ф-лы, 20 ил.

 

Предпосылки создания изображения

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к эмитирующему электроны устройству, имеющему слой борида лантана, и к панели отображения.

Характеристика предшествующего уровня техники

В обычном эмитирующем электроны устройстве автоэмиссионного типа между эмитирующим электроны элементом и электродом затвора прикладывается напряжение для генерирования сильного электрического поля на кончике эмитирующего электроды элемента, что и позволяет эмитирующему электроды элементу эмитировать электроны в вакуум.

В таком эмитирующем электроны устройстве автоэмиссионного типа напряженность электрического поля, используемая для эмиссии электронов, весьма зависит от работы выхода с поверхности, а также формы кончика. Теоретически полагают, что эмитирующий электроны элемент с меньшей работой выхода с поверхности может осуществлять эмиссию электронов в более слабом электрическом поле.

В выложенном патенте Японии № 01-235124 и патенте США № 4008412 описано эмитирующее электроны устройство, которое имеет поверхностный слой, сформированный из материала с малой работой выхода, т.е. из гексаборида лантана (LaB6), на вольфрамовом или молибденовом эмиттере.

В выложенном патенте Японии № 7-78553 описан автоэмиссионный микрокатод.

Для построения источника электронов можно расположить большое количество эмитирующих электроны устройств автоэмиссионного типа на подложке (задней пластине). Как и в случае электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), панель отображения можно изготовить, помещая подложку (переднюю пластину), которая включает в себя эмитирующий электроды элемент, такой как флуоресцентный элемент, который излучает свет в ответ на облучение пучком электронов, напротив задней пластины и уплотняя периферийное пространство между передней из задней пластиной.

В обычном эмитирующем электроны устройстве нагрев или иной фактор, генерируемый вследствие уплотнения или работы (эмиссии электронов), может вызвать диффузию La, находящегося в слое LaB6, в нижележащую структуру, сформированную из электропроводного элемента, или может вызвать диффузию металлов, присутствующих в этой структуре, в слой LaB6. Такая диффузия может мешать функционированию слоя LaB6 с малой работой выхода, тем самым изменяя характеристики эмиссии электронов эмитирующего электроны устройства.

Эта ситуация заметнее в поликристаллическом слое LaB6, чем в монокристаллическом слое LaB6. Это возможно потому, что диффузия металлов, содержащихся в структуре, в слой LaB6 и диффузия La, содержащегося в слое LaB6, в структуру, происходят через границы зерен в поликристаллическом слое.

Сущность изобретения

В данном изобретении предложено эмитирующее электроны устройство, которое включает в себя эмитирующий электроны элемент и осуществляет эмиссию электронов с поверхности эмитирующего электроны элемента в электрическом поле. Эмитирующий электроны элемент включает в себя электропроводный элемент и слой борида лантана, расположенный на электропроводном элементе, причем между электропроводным элементом и слоем борида лантана расположен слой оксида.

Дополнительные признаки данного изобретения станут ясными из нижеследующего описания возможных вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлено схематическое изображение эмитирующего электроны устройства в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.

На фиг.2 представлено схематическое сечение эмитирующего электроны устройства, изготовленного способом в соответствии с еще одним вариантом осуществления.

На фиг.3А-3Н представлены схематические сечения, иллюстрирующие этапы способа изготовления эмитирующего электроны устройства в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.

На фиг.4 представлено схематическое сечение поликристаллического слоя борида лантана.

На фиг.5А-5С представлены схематические сечения эмитирующего электроны устройства в соответствии с еще одним вариантом осуществления данного изобретения.

На фиг.6А изображен схематически фрагмент сечения эмитирующего электроны устройства, изготовленного способом в соответствии с еще одним вариантом осуществления данного изобретения, а также его фрагментарный вид в увеличенном масштабе, на фиг.6В представлен график, иллюстрирующий изменения в Ie для разных длин х в выемке 7с, а на фиг.6С представлен график, иллюстрирующий относительный уровень эмиссии электронов в зависимости от длины х.

На фиг.7 представлен схематический вид в плане источника электронов.

На фиг.8 представлено схематическое сечение панели отображения в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.

На фиг.9 представлена блок-схема системы отображения информации в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения.

Подробное описание изобретения

Ниже будет приведено описание вариантов осуществления, которые подробно будут описаны на примерах со ссылками на прилагаемые чертежи. Если не указано иное, то характеристики компонентов, описанные в этих вариантах осуществления, такие как размер, материал, форма, а также их компоновки, не следует считать ограничивающими объем притязаний данного изобретения.

Термин «оксид металла» употребляется в данном описании с учетом того, что металл может иметь любое число окисления. Более конкретно, «оксид металла» представляется символом MOx, где М обозначает металл как элемент периодической таблицы, а х обозначает положительное число. Например, число окисления может быть охарактеризовано выражением «оксид металла» или символом «МО2». Например, термин «оксид вольфрама» охватывает триоксид вольфрама и диоксид вольфрама. То же самое применимо и к веществам, не являющимся металлами (например, полупроводникам) и веществам, не являющимся оксидами (например, боридам).

На фиг.1 представлено схематическое изображение эмитирующего электроны устройства 10 в соответствии с вариантом осуществления данного изобретения. Электрод 2 катода расположен на подложке 1 и электрически соединен со структурой 3, сформированной из полупроводникового элемента. Структура 3 может быть выполнена из любого электропроводного материала, такого как металл или полупроводник. Структура 3 покрыта слоем 4 оксида металла, а этот слой 4 оксида металла покрыт слоем 5 борида лантана. Иными словами, слой 4 оксида металла расположен между структурой 3 и слоем 5 борида лантана. Слой 5 борида лантана выполнен из борида лантана (LaBX). Структура 3, слой 4 оксида металла и слой 5 борида лантана составляют эмитирующий электроны элемент 9. Таким образом, эмитирующий электроны элемент 9 электрически соединен с электродом 2 катода. Эмитирующий электроны элемент 9 часто называют «эмиттером электронов» или «катодом».

Показанная на фиг.1 и 2 структура 3, сформированная из электропроводного элемента, имеет коническую форму. Структура 3 также может быть сформирована из любого электропроводного элемента, имеющего такую геометрию, что можно увеличить напряженность электрического поля на поверхности эмитирующего электроны элемента, а более конкретно - на поверхности слоя 6 оксида лантана, описываемого ниже.

Электрод 2 катода покрыт изолирующим слоем 7, на котором расположен слой 8 электрода затвора. Структура 3 расположена в круглом отверстии 71 в изолирующем слое 7 и электроде 8 затвора. Таким образом, эмитирующий электроны элемент 9 также находится в отверстии 71. Отверстие 71 может быть, но не в ограничительном смысле, круглым или многоугольным.

Эмитирующее электроны устройство 10 можно возбуждать, прикладывая между электродом 2 катода и электродом 8 затвора заданное напряжение, так что электрод 2 катода имеет электрический потенциал, более низкий, чем электрод 8 затвора. Прикладываемое напряжение зависит от расстояния между эмитирующим электроны элементом 9 и электродом 8 затвора, а также формы эмитирующего электроны элемента 9 (в типичном случае - формы структуры 3) и обычно находится в диапазоне от 20 В до 100 В. Как правило, эмиссия электронов происходит в электрическом поле из слоя 5 борида лантана, который образует поверхность эмитирующего электроны элемента 9. Как описано выше, приложение напряжения между электродом катода и электродом анода в таком эмитирующем электроны устройстве автоэмиссионного типа приводит к генерированию сильного электрического поля между эмитирующим электроны элементом и электродом затвора, что и позволяет этому эмитирующему электроны элементу осуществлять эмиссию электронов в электрическом поле.

Слой 4 оксида между структурой 3 и слоем 5 борида лантана функционирует как слой диффузионного барьера. Слой 4 оксида может уменьшать диффузию элементов металлов или элементов-полупроводников, содержащихся в структуре 3, в слой 5 борида лантана и диффузию La, содержащегося в слое 5 борида лантана в структуру 3. Следовательно, слой 4 оксида лантана может стабилизировать работу эмитирующего электроны устройства 10.

Слой 4 оксида выполнен из оксида металла или оксида полупроводника. Слой 4 оксида может быть выполнен из металлического или полупроводникового компонента, образующего структуру 3. Когда и слой 4 оксида, и структура 3 выполнены из одного и того же компонента, они могут быть прочно скреплены друг с другом, дополнительно стабилизируя работу эмитирующего электроны устройства. Слой 4 оксида может быть электропроводным, не увеличивая напряжение или не способствуя переносу электронов из структуры 3 в слой 5 борида лантана.

Когда структура 3 выполнена из молибдена, слой 4 оксида может быть выполнен из оксида молибдена. Поскольку диоксид молибдена (MoO2) является электропроводным оксидом, имеющим значительно более низкое удельное сопротивление (электрическое удельное сопротивление), чем триоксид молибдена (MoO3), слой 4 оксида может быть выполнен из диоксида молибдена.

Когда структура 3 выполнена из вольфрама, слой 4 оксида может быть выполнен из оксида вольфрама. Поскольку диоксид вольфрама (WO2) является электропроводным оксидом, имеющим значительно более низкое удельное сопротивление (электрическое удельное сопротивление), чем триоксид вольфрама (WO3), слой 4 оксида может быть выполнен из диоксида вольфрама.

Толщина слоя 4 оксида зависит от его удельного сопротивления и на практике находится в диапазоне от 3 нм до 20 нм. Слой 4 оксида, имеющий толщину, которая меньше 3 нм, в частности, не может функционировать как слой диффузионного барьера. Слой 4 оксида, имеющий толщину, которая больше 20 нм, может действовать как слой сопротивления, увеличивая рабочее напряжение или препятствуя переносу электронов из структуры 3 в слой 5 борида лантана.

Слой 4 оксида можно формировать, например, посредством любого способа, включая общепринятый способ формирования пленки, такой как распыление, способ нагрева структуры 3 при высокой температуре в управляемой атмосфере кислорода и способ, при осуществлении которого используют облучение ультрафиолетовым светом в вакууме (УФСВ). Например, слой 4 оксида, выполненный из MoO2, можно подготавливать, распыляя Мо и облучая полученный слой Мо посредством УФСВ (например, лучами ультрафиолетового света эксимерного лазера (УФСЭЛ).

Так как слой 4 оксида может быть электропроводным, слой 4 оксида может быть выполнен из изолирующего оксида или содержать такой оксид. Следовательно, слой 4 оксида может содержать La. Символ «La» обозначает лантан как элемент периодической таблицы. Даже когда слой 4 оксида должен быть выполнен из изолирующего оксида, добавление La в изолирующий оксид может уменьшить его электрическое удельное сопротивление, тем самым обеспечивая электропроводный слой 4 оксида.

La может объединяться с кислородом оксида в слое 4 оксида, образуя более стабильный оксид лантана. Оксид лантана, дилантантриоксид (La2O3), имеет относительно низкое электрическое удельное сопротивление среди оксидов металлов и является стабильным. Таким образом, слой 4 оксида лантана способен стабильно переносить электроны из структуры 3 в слой 5 борида лантана, достигая стабильных характеристик эмиссии электронов.

Добавление La в оксид, не содержащий La, может изменить состав оксида, приводя к увеличению электропроводности этого оксида.

Когда структура 3 выполнена из молибдена, оксиды молибдена могут включать в себя изолирующий MoO3. Поскольку слой 4 оксида молибдена, содержащий La, содержит La2O3 и MoO2, слой 4 оксида молибдена, содержащий La, может быть выполнен из MoO3.

Когда структура 3 выполнена из вольфрама, оксиды вольфрама могут включать в себя изолирующий WO3. Поскольку слой 4 оксида вольфрама, содержащий La, содержит La2O3 и WO2, слой 4 оксида вольфрама, содержащий La, может быть выполнен из WO3.

Содержание La слоя 4 оксида может быть приблизительно определено с учетом характеристик эмиссии электронов и в действительности находится в диапазоне от 50% до 30% в переводе на атомную концентрацию. Поэтому, например, суммарная атомная концентрация молибдена и кислорода или вольфрама и кислорода находится в диапазоне от 70% до 95%.

Слой 4 оксида, содержащий La, можно подготовить путем легирования слоя оксида, не содержащего La, или распыления мишени, которая содержит материал, образующий оксид, и La.

Слой 5 борида лантана, используемый в данном варианте осуществления, функционирует как слой с малой работой выхода и является электропроводным. Борид лантана слоя 5 борида лантана может представлять собой гексаборид лантана (LaB6). Гексаборид лантана имеет стехиометрический состав с соотношением La:B=1:6 и имеет простую кубическую решетку. Слой 5 борида лантана может содержать борид лантана, имеющий нестехиометрический состав и другую постоянную решетки.

Слой 5 борида лантана может быть поликристаллическим слоем борида лантана, а не монокристаллическим слоем борида лантана. Поликристаллический слой борида лантана демонстрирует проводимость, аналогичную проводимости металла, и является электропроводным. Поликристаллический слой формировать легче, чем монокристаллический слой. Поликристаллический слой можно формировать на структуре 3, имеющей мелкую шероховатость сложной поверхности, и с его помощью можно уменьшить внутреннее механическое напряжение структуры 3. Хотя поликристаллический слой обладает большей работой выхода, чем монокристаллический слой, толщиной или размером кристаллитов поликристаллической слоя можно управлять, достигая работы выхода менее 3,0 эВ, и это значение является близким к работе выхода монокристаллического слоя.

Как показано на фиг.2, слой 5 борида лантана может быть покрыт слоем 6 оксида лантана. Слой 6 оксида лантана выполнен из оксида лантана (LaOX). Оксиды лантана стабильнее, чем бориды лантана, в атмосфере. Слой 6 оксида лантана в типичном случае выполнен из дилантантриоксида (La2O3). Слой La2O3, который является типичным слоем 6 оксида лантана, стабильнее в атмосфере, в частности в атмосфере, содержащей кислород, чем слой LaB6, который является типичным слоем 5 борида лантана. La2O3 имеет малую работу выхода, составляющую приблизительно 2,6 эВ, и это значение близко к работе выхода LaB6 (приблизительно 2,5 эВ). Следовательно, слой 6 оксида лантана, расположенный на слое 5 борида лантана, вносит вклад в дополнительно стабилизированные характеристики эмиссии электронов. Борид лантана может стабильно объединяться с оксидом лантана.

С практической точки зрения, слой 6 оксида лантана может иметь толщину в диапазоне 1-10 нм. Слой оксида лантана, имеющий толщину менее 1 нм, дает малый эффект. Слой оксида лантана, имеющий толщину более 10 нм, снижает уровень эмиссии электронов.

Слой 6 оксида лантана может быть сформирован на слое 5 борида лантана посредством любого способа. Например, слой 5 борида лантана можно нагревать в управляемой атмосфере кислорода для формирования на его поверхности слоя оксида лантана. В альтернативном варианте, слой 6 оксида лантана может быть сформирован посредством общепринятого способа формирования пленки, такого как осаждение в вакууме или распыление.

В эмитирующем электроны устройстве, изображенном на фиг.2, эмиссия электронов происходит из одного из слоя 5 борида лантана и слоя 6 оксида лантана, или из них обоих. На фиг.2 показано, что структура 3, слой 4 оксида, слой 5 борида лантана и слой 6 оксида лантана образуют эмитирующий электроны элемент 9. Хотя на фиг.2 слой 6 оксида лантана полностью покрывает слой 5 борида лантана, слой 6 оксида лантана может частично покрывать слой 5 борида лантана. В этом случае, непокрытая часть слоя 5 борида лантана и слой 6 оксида лантана образуют поверхность эмитирующего электроны элемента 9.

Ниже будут подробно описаны эмитирующие электроны устройства в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения.

Хотя электрод 2 катода расположен между структурой 3 и подложкой 1, как показано на фиг.1 и 2, электрод 2 катода может находиться в любом положении, при условии, что электрод 2 катода обеспечивает поступление электронов в структуру 3. Например, электрод 2 катода можно разместить рядом со структурой 3. Электрод 2 катода может быть выполнен из электропроводного материала, включая металлические материалы, как Be, Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al, Cu, Ni, Cr, Au, Pt и Pd, их сплавы, карбиды, бориды и нитриды, а также полупроводники, такие, как Si и Ge.

Как описано выше, структура 3 может быть сформирована из любого электропроводного элемента, имеющего такую геометрию, что можно увеличить напряженность электрического поля на поверхности слоя 5 борида лантана или слоя 6 оксида лантана. Более конкретно, структура 3 может иметь форму квадратной пирамиды, треугольной пирамиды, стержня, такого как углеродное волокно, иглы или мостика (пластины). Иными словами, структура 3 может в типичном случае быть любым электропроводным элементом, имеющим выступ или приподнятую часть в направлении от подложки 1. По меньшей мере, кончик выступа или приподнятой части электропроводного элемента покрыт слоем 5 борида лантана через посредством слоя 4 оксида. Хотя слой 4 оксида полностью покрывает структуру 3 и полностью покрыт слоем 5 борида лантана на фиг.1, слой 4 оксида может частично покрывать структуру 3 и может быть частично покрыт слоем 5 борида лантана. Кроме того, как показано на фиг.2, слой 6 оксида может частично покрывать слой 5 борида лантана.

Структура 3 обладает такой электропроводностью, что оказывается возможным перенос электронов из электрода 2 в слой 5 борида лантана либо и в слой 5 борида лантана, и в слой 6 оксида лантана. Структура 3 может быть выполнена из любого электропроводного материала, такого как металл или полупроводник. Поэтому структура 3 будет содержать металл или полупроводник. Структура 3 может быть выполнена из металла потому, что металл может иметь высокую температуру плавления, может обеспечить стабильное поступление электронов в слой 5 борида лантана и может быть электропроводным, как и его оксид. В частности, металлом может быть молибден или вольфрам. Между электродом 2 катода и структурой 3 либо между частью электрода может быть расположен резистор, либо он может быть частью электрода 2 катода, будучи предназначенным для ограничения тока эмиссии эмитирующего электроны устройства 10. В альтернативном варианте, сам электрод 2 катода может функционировать как резистор.

Хотя на фиг.1 и 2 для простоты показано, что электрод 2 катода и структура 3 выполнены из разных материалов, электрод 2 катода и структура 3 могут быть выполнены как единое целое с использованием единственного материала. В таком случае можно также выполнить электрод 2 катода и структуру 3 из металла с высокой температурой плавления, такого как молибден или вольфрам.

Как показано на фиг.4, поликристаллический слой 5 борида лантана в соответствии с данным вариантом осуществления обладает характеристиками поликристалла, состоящего из большого количества кристаллитов 50. Кристаллиты 50 образованы из борида лантана. Кристаллит - это крупнейший кластер, идентифицируемый как монокристалл. Поликристаллический слой 5 в соответствии с данным вариантом осуществления представляет собой металлический слой, в котором кристаллиты 50 или кластеры, каждый из которых состоит из множества кристаллитов 50, находятся в контакте друг с другом, тем самым демонстрируя электропроводность. Иногда между кристаллитами 50 или кластерами существуют пустоты и/или аморфные части. На фиг.4 представлен схематический вид, где показано, что слой 5 борида лантана является поликристаллическим слоем, не накладывая ограничения на материалы для слоя 4 оксида и структуры 3.

Поэтому поликристаллический слой в соответствии с данным вариантом осуществления отличается от мелкозернистого слоя, состоящего из мелких зерен (например, аморфных мелких зерен). Термин «зерно» часто употребляется непоследовательно и распространяется на зерно, состоящее из множества кристаллитов, аморфную частицу и зерно, имеющее внешний вид частицы.

В одном варианте осуществления кристаллиты 50 поликристаллического слоя 5 борида лантана в соответствии с данным вариантом осуществления имеют размер 2,5 нм или более. Поликристаллический слой 5 имеет толщину 100 нм или менее. Таким образом, кристаллиты 50 поликристаллического слоя 5 должны иметь размер 100 нм или менее. Аналогично, поликристаллический слой 5 должен иметь толщину 2,5 нм или более. Поликристаллический слой, имеющий размер кристаллитов 2,5 нм или более, обладает более стабильным (с меньшими флуктуациями) током эмиссии, чем поликристаллический слой, имеющий размер кристаллитов менее 2,5 нм. Размер кристаллов свыше 100 нм приводит к получению поликристаллического слоя, имеющего толщину свыше 100 нм, который зачастую отсоединяется от нижележащего слоя, а это ведет к нестабильным характеристикам эмитирующего электроны устройства. При размере кристаллитов менее 2,5 нм, работа выхода превышает 3,0 эВ. Кажется, что отношение La:B значительно отклоняется от 6,0 и что поликристаллический слой имеет такое нестабильное состояние, что не удается поддерживать кристалличность. Поликристаллический слой, имеющий толщину 20 нм или менее, обладает малыми флуктуациями характеристик эмиссии электронов.

Размер кристаллов, как правило, можно измерить посредством анализа методом рентгеновской дифрактометрии и можно определить исходя из профиля дифракционной картины способом Шеррера (Scherrer). Анализ методом рентгеновской дифрактометрии можно использовать не только для измерения размера кристаллитов, но и для контроля кристаллической ориентации, а также для установления того, выполнен ли поликристаллический слой 5 из поликристалла стехиометрического гексаборида лантана. Наблюдение за поликристаллическим слоем 5 посредством перекрестной просвечивающей электронной микроскопии (перекрестной ПЭМ) демонстрирует, по существу, параллельные полосы решетки в области, соответствующей кристаллиту. После того как выбраны две полосы решетки, которые имеют наибольшее расстояние между собой, длину самого длинного из сегментов, соединяющих конец одной из двух полос решетки с концом другой полосы решетки, рассматривают как размер кристаллитов (диаметр кристаллитов). Когда множество кристаллитов идентифицированы в зоне, наблюдаемой посредством ПЭМ, среднее значение размеров кристаллитов рассматривают как размер кристаллитов поликристаллического слоя борида лантана.

Работу выхода слоя борида лантана можно определять посредством фотоэлектронной спектроскопии, такой как вакуумная ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия (ВУФФЭС), способом Кельвина, способом измерения тока автоэлектронной эмиссии в вакууме для определения работы выхода исходя из зависимости между электрическим полем и электрическим током или посредством сочетания этих способов.

Более конкретно, пленку (например, пленку молибдена), имеющую толщину приблизительно 20 нм и известную работу выхода, формируют на остром кончике (выступе) электропроводной иглы (например, вольфрамовой иглы). Затем к этой пленке прикладывают электрическое поле в вакууме, чтобы оценить характеристики эмиссии электронов. Исходя из этих характеристик эмиссии электронов определяют коэффициент усиления поля для формы выступа электропроводной иглы. Затем на этом выступе формируют пленку борида лантана, чтобы определить работу выхода пленки борида лантана.

Ниже со ссылками на фиг.5А-5С будет описано эмитирующее электроны устройство автоэмиссионного типа, включающее в себя конические структуры, изображенные на фиг.1 и 2. На фиг.5А представлен схематический вид в плане эмитирующего электроны устройства, рассматриваемого в направлении Z. На фиг.5В представлено схематическое сечение (в плоскости Z-X), проведенное по линии VB-VB согласно фиг.5А. На фиг.5С представлен схематический вид в плане эмитирующего электроны устройства, рассматриваемого в направлении Х.

Эмитирующее электроны устройство 10 включает в себя электрод 8 затвора на изолирующем слое 7, расположенный поверх подложки 1. Изолирующий слой 7 включает в себя первый изолирующий подслой 7а и второй изолирующий подслой 7b. Подложка 1 покрыта электродом 2 катода. Электрод 2 катода соединен со структурой 3, выполненной из электропроводного элемента. Структура 3 продолжается от подложки 1 до боковой поверхности изолирующего слоя 7 (боковой поверхности первого изолирующего подслоя 7а на фиг.5). Структура 3 покрыта слоем 4 оксида, а слой 4 оксида покрыт слоем 5 борида лантана. Иными словами, слой 4 оксида расположен между структурой 3 и слоем 5 борида лантана. Структура 3, слой 4 оксида и слой 5 борида лантана образуют эмитирующий электроны элемент 9. Как понятно из фиг.5, структура 3 продолжается от подложки 1 в направлении +Z и имеет выступ. Эмитирующий электроны элемент 8 геометрически подобен структуре 3 и тоже имеет выступ. Таким образом, эмитирующий электроны элемент 8 имеет выступ с такой геометрией, что можно увеличить напряженность электрического поля на поверхности эмитирующего электроны элемента 9. Электрод 8 затвора отделен от выступа эмитирующего электроны элемента 9.

Хотя структура 3 покрыта слоем 4 оксида металла и слоем 5 борида лантана, может оказаться достаточным покрыть слоем 4 оксида металла и слоем 5 борида лантана только выступ структуры 3. Как описано со ссылками на фиг.4, слой 5 борида лантана может быть поликристаллическим слоем борида лантана. Слой 4 оксида может содержать лантан. Как описано со ссылками на фиг.2, поверхность слоя 5 борида лантана может быть покрыта слоем оксида лантана (не показан). Кроме того, в эмитирующем электроны устройстве, изображенном на фиг.5, слой оксида лантана может частично или полностью покрывать слой 5 борида лантана. Когда слой оксида лантана частично покрывает слой 5 борида лантана, непокрытая часть слоя 5 борида лантана и слой оксида лантана образуют поверхность эмитирующего электроны элемента 9.

Показанный на фиг.5А-5С электрод 8 затвора включает в себя первый подслой 8а электрода затвора и второй подслой 8b электрода затвора. Первый подслой 8а электрода затвора частично покрыт вторым подслоем 8b электрода затвора, который выполнен из электропроводного материала структуры 3. Хотя второй подслой 8b электрода затвора может быть исключен, для генерирования стабильного электрического поля второй подслой 8b электрода затвора можно и сформировать. Электрод 8 (8а и 8b) затвора может быть покрыт слоем борида лантана. Хотя на фиг.5А и 5С эмитирующий электроны элемент 9 непрерывно продолжается в направлении Y в виде гребня (пластины), множество эмитирующих электроны элементов могут быть расположены в направлении Y через заданные интервалы.

Дальнейшее описание эмитирующего электроны устройства 10 будет приведено ниже со ссылками на фиг.6А-6С. На фиг.6А изображены фрагменты сечений в увеличенном масштабе окрестности выступа структуры 3. Для краткости, структура 3 и слой 4 оксида, слой 5 борида лантана описываются не по отдельности, а в совокупности - как эмитирующий электроны элемент 9.

Второй изолирующий подслой 7b имеет меньшую ширину, чем первый изолирующий подслой 7а, в направлении Х. Боковая поверхность 173 второго изолирующего подслоя 7b утоплена относительно боковой поверхности 171 первого изолирующего подслоя 7а. Верхняя поверхность 172 первого изолирующего подслоя 7а частично раскрыта. Верхняя поверхность 172 первого изолирующего подслоя 7а находится в контакте с боковой поверхностью 171 первого изолирующего подслоя 7а через посредство угла К, который является краем боковой поверхностью 171 первого изолирующего подслоя 7а, ближе расположенным к электроду 8 затвора. Таким образом, изолирующий слой 7 имеет выемку 7с, ограниченную верхней поверхностью 172 первого изолирующего подслоя 7а и боковой поверхностью 173 второго изолирующего подслоя 7b. Как правило, верхняя поверхность 172 первого изолирующего подслоя 7а, по существу, параллельна поверхности подложки 1. Хотя боковая поверхность 171 первого изолирующего подслоя 7а, по существу, перпендикулярна подложке 1 на фиг.5В, первый изолирующий подслой 7а может быть сформирован так, что боковая поверхность 171 оказывается наклоненной относительно поверхности подложки 1. Боковая поверхность 171 может образовывать острый угол с поверхностью подложки 1. Когда боковая поверхность 171 наклонена относительно поверхности подложки 1, угол К первого изолирующего подслоя 7а может образовывать тупой угол (угол внутри первого изолирующего подслоя 1). Угол К на самом деле имеет некоторую кривизну. Поскольку верхняя поверхность 172 первого изолирующего подслоя 7а и боковая поверхность 173 второго изолирующего подслоя 7b расположены внутри выемки 7с, верхнюю поверхность 172 и боковую поверхность 173 можно назвать внутренней поверхностью изолирующего подслоя 7. Аналогичным образом, поскольку боковая поверхность 171 первого изолирующего подслоя 7а расположена снаружи выемки 7с, боковую поверхность 171 можно назвать наружной поверхностью изолирующего подслоя 7.

На фиг.6А выступ эмитирующего электроны элемента 9 имеет высоту h (h>0) относительно верхней поверхности 172 первого изолирующего подслоя 7а. Часть (выступ) эмитирующего электроны элемента 9 продолжается от боковой поверхности 171 до верхней поверхности 172 первого изолирующего подслоя 7а внутри выемки 7с. Как показано на фиг.5В, внутри выемки 7с расположена, по меньшей мере, часть (выступ) структуры 3. Иными словами, часть (выступ) эмитирующего электроны элемента 9 расположена внутри выемки 7с. Таким образом, часть выступа эмитирующего электроны элемента 9 расположена внутри выемки 7с и находится в контакте с верхней поверхностью 171 первого изолирующего подслоя 7а. Эта часть эмитирующего электроны элемента 9 включает в себя, по меньшей мере, часть структуры 3. Поверхность раздела между выступом эмитирующего электроны элемента 9 и верхней поверхностью 172 первого изолирующего подслоя 7а имеет длину х (х > 0) в направлении глубины выемки 7c. Иными словами, длина х - это расстояние между концом (точкой J) выступа в контакте с поверхностью изолирующего слоя 7 внутри выемки 7с и краем выемки 7с, то есть, выгибом (точкой К) первого изолирующего подслоя 7. Длина х зависит от глубины выемки 7с, а на практике находится в диапазоне от 10 нм до 100 нм.

Электрод 8 затвора находится рядом с выемкой 7с и отделен от выступа эмитирующего электроны элемента 9. Более конкретно, электрод 8 затвора обращен к верхней поверхности 172 первого изолирующего подслоя 7а и отделен от этой верхней поверхности 172 расстоянием Т2. Расстояние Т2 соответствует толщине второго изолирующего подслоя 7b. Таким образом, второй изолирующий подслой 7b определяет расстояние между верхней поверхностью 172 первого изолирующего подслоя 7а и электродом 8 затвора.

Как показано на фиг.6А, электрод 8 затвора и кончик выступа эмитирующего электроны элемента 9 разделены расстоянием d. Расстояние d - это кратчайшее расстояние между электродом 8 затвора и эмитирующим электроны элементом 9. Кончик выступа имеет радиус r кривизны. При постоянной разности потенциалов между электродом 8 затвора и эмитирующим электроны элементом 9 напряженность электрического поля в окрестности кончика выступа зависит от радиуса r кривизны и расстояния d. Меньший радиус r кривизны приводит к большей напряженности электрического поля в окрестности кончика выступа. Меньшее расстояние d тоже приводит к большей напряженности электрического поля в окрестности кончика выступа.

При постоянной напряженности электрического поля в окрестности кончика выступа расстояние d обратно пропорционально радиусу r кривизны. Частота (количество) рассеяний электронов электродом 8 затвора зависит от расстояния d. Эффективность эмитирующего электроны устройства увеличивается с увеличением радиуса r кривизны и расстояния d. Эффективность (η) задается уравнением η=Ie/(If+Ie), где If обозначает электрический ток, измеренный, когда к эмитирующему электроны устройству прикладывается напряжение, а Ie обозначает электрический ток, отбираемый в вакууме.

Присутствие части структуры 3 внутри выемки 7с имеет следующие выгоды.

(1) Упомянутое присутствие увеличивает площадь контакта между структурой 3 и первым изолирующим подслоем 7а, тем самым увеличивая механическое сцепление (адгезионную прочность) между ними. Это может предотвратить отсоединение эмитирующего электроны элемента 9 в процессе изготовления эмитирующего электроны устройства.

(2) Упомянутое присутствие может увеличивать площадь контакта между структурой 3 и первым изолирующим подслоем 7а, тепа самым эффективно рассеивая тепло, генерируемое из эмитирующей электроны части.

(3) Упомянутое присутствие может уменьшить напряженность электрического поля в тройном сопряжении между изолятором, вакуумом и электрическим проводником в выемке 7с, тем самым уменьшая сферу действия явления разряда, обуславливаемого генерированием аномального электрического поля.

Ниже приводится подробное описание преимущества (2).

Фиг.6В иллюстрирует изменения Ie для различных длин х в выемке 7с. В том смысле, в каком он употребляется здесь, термин «Ie» обозначает уровень эмиссии электронов, то есть количество электронов, которые достигают анода. В качестве начального значения измеряли средний уровень Ie эмиссии электронов за 10 секунд с начала работы эмитирующего электроны устройства. Строили график изменений уровня эмиссии электронов относительно начального Ie изображали в зависимости от десятичного логарифма времени. Фиг.6В показывает, что снижение уровня эмиссии электронов уменьшается с увеличением длины х. Стрелка слева на фиг.6В показывает снижение уровня эмиссии электронов, а стрелка в центре показывает уменьшение длины х.

Измерение, проиллюстрированное на фиг.6В, проводили для нескольких эмитирующих электроны устройств (фиг.6С). На фиг.6С представлен график относительного уровня эмиссии электронов относительно исходного Ie в зависимости от длины х в предварительно определенный момент времени после начала работы эмитирующих электроны устройств. Как явствует из фиг.6С, снижение уровня эмиссии электронов уменьшается с увеличением длины х. При длине х более 20 нм относительный уровень эмиссии электронов меньше зависит от длины х. Таким образом, длина х может составлять 20 нм или более.

Эти результаты позволяют предположить, большая длина х приводит к большей площади контакта между выступом и первым изолирующим слоем 7а, тем самым уменьшая тепловое сопротивление между ними. Кроме того, увеличение объема выступа эмитирующего электроны элемента 9 приводит к увеличению теплоемкости выступа. Малое тепловое сопротивление может уменьшить рост температуры эмитирующего электроны устройства 9, тем самым уменьшая начальные изменения уровня эмиссии электронов.

Вместе с тем, чрезмерно большая длина х приводит к увеличению тока утечки между эмитирующим электроны элементом 9 и электродом 8 затвора через посредством внутренней поверхности выемки 7с, то есть верхней поверхности 172 первого изолирующего подслоя 7а и боковой поверхности 173 второго изолирующего подслоя 7b. Таким образом длину х можно сделать меньшей, чем глубина выемки 7с.

Ниже будет подробно описано преимущество (3).

Сопряжение трех субстанций, имеющих разные диэлектрические постоянные, таких как вакуум, изолятор и электрический проводник, называют тройным сопряжением. В зависимости от условий, тройное сопряжение, имеющее электрическое поле, предельно усиленное по сравнению с условиями окружающей среды, может индуцировать разряд. Точка J на фиг.6А отображает тройное сопряжение вакуума (области V), изолятора (области I) и электрического проводника (области С). Когда угол θ между выступом эмитирующего электроны элемента 9 и первым изолирующим подслоем 7а составляет 90° или более, тройное сопряжение J не имеет электрического поля, существенно отличающегося от электрического поля окружающей среды. Когда выступ эмитирующего электроны элемента 9 имеет угол θ, составляющий 90° или более, напряженность электрического поля в тройном сопряжении можно уменьшить, а также можно предотвратить явление разряда, обуславливаемое генерированием аномального электрического поля.

Угол θ между поверхностью эмитирующего электроны элемента 9 (в частности, поверхностью в окрестности конца (точки J) эмитирующего электроны элемента 9) и верней поверхностью 172 первого изолирующего слоя 7а может быть больше 90°. Угол θ может быть меньше 180°. Следует отметить, что угол θ - это угол между поверхностью эмитирующего электроны элемента 9 и верхней поверхностью 172 первого изолирующего подслоя 7а на стороне вакуума. Когда верхняя поверхность 172 плоская, угол контакта между эмитирующим электроны элементом 9 и верхней поверхностью 172 выражается формулой 180°-θ. Поскольку верхняя поверхность 172 первого изолирующего подслоя 7а является практически плоской, угол контакта между верхней поверхностью 172 и эмитирующим электроны элементом 9 может быть больше 0°, но меньше 90°. Поверхность эмитирующего электроны элемента 9 внутри выемки 7с может быть немного наклонена относительно верхней поверхности 172 первого изолирующего подслоя 7а. Более конкретно, угол между касательной в любой точке на поверхности эмитирующего электроны элемента 9 внутри выемки 7с и верхней поверхностью 172 первого изолирующего подслоя 7а может быть меньше 90°.

Ниже будет приведено описание возможного способа изготовления эмитирующего электроны устройства, изображенного на фиг.5.

Подложка 1 может быть выполнена из кварцевого стекла, стекла, содержащего меньшее количество примесей, таких как Na, натриево-кильциево-силикатного стекла, или кремния. Подложка может обладать стойкостью к сухому травлению, травлению в растворе, к щелочи и кислоте, такой как применяемые в проявителе, а также высокой механической прочностью. В случае составной подложки, такой как панель отображения, различие в тепловом расширении между подложкой и пленкообразующим материалом или другим элементом, подлежащим наслаиванию, может оказаться мало. Подложка может быть выполнена из материала, который способен уменьшить диффузию щелочных элементов изнутри подложки при термообработке.

Сначала на подложке последовательно, за один этап, формируют первый изолирующий подслой 7а и второй изолирующий подслой 7b. На втором изолирующем подслое 7b формируют электрод 8 затвора (первый электропроводный подслой 8а).

Первый изолирующий подслой 7а представляет собой изолирующую пленку, выполняемую из легкообрабатываемого материала, такого как нитрид кремния или оксид кремния, и формируется посредством обычного осаждения в вакууме, такого как химическое осаждение из паровой фазы (ХОПФ), испарение в вакууме или распыление. Первый изолирующий подслой 7а имеет толщину в диапазоне от нескольких нанометров до нескольких десятков микрометров и имеет толщину в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров.

Второй изолирующий подслой 7b представляет собой изолирующую пленку, выполняемую из легкообрабатываемого материала, такого как нитрид кремния или оксид кремния, и может быть сформирован посредством обычного осаждения в вакууме, такого как ХОПФ, испарение в вакууме или распыление. Второй изолирующий подслой 7b имеет толщину Т2 в диапазоне от нескольких нанометров до нескольких сотен нанометров и имеет толщину в диапазоне от нескольких нанометров до нескольких десятков нанометров.

Хотя ниже описываются соответствующие подробности, первый изолирующий подслой 7а и второй изолирующий подслой 7b могут быть выполнены из разных материалов с целью точного формирования выемки 7с. Например, первый изолирующий подслой 7а выполняют из нитрида кремния, а второй изолирующий подслой 7b выполняют из оксида кремния, фосфосиликатного стекла (ФСС), имеющего высокое содержание фосфора, или боросиликатного стекла (БСС), имеющего высокое содержащие бора.

Первый электропроводный слой 8а проводит электрический ток и может быть сформирован обычным методом осаждения в вакууме, таким как осаждение из паровой фазы или распыление. Электрод 8 затвора имеет толщину Т1 в диапазоне от нескольких нанометров до нескольких сотен нанометров и имеет толщину в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров.

Материал для первого электропроводного подслоя 8а может обладать высокой теплопроводностью и высокой температурой плавления, а также высокой электропроводностью. Примеры этого материала включают в себя металлы, такие, как Be, Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al, Cu, Ni, Cr, Au, Pt и Pd и их сплавы. Примеры этого материала также включают в себя бориды, нитриды, карбиды, полупроводники, углерод и соединения углерода.

В первом изолирующем подслое 7а, втором изолирующем подслое 7b и первом электропроводном подслое 8а могут быть сформированы рисунки посредством фотолитографии и травления. Травление может быть реактивным ионным травлением.

Затем проводили селективное травление второго изолирующего подслоя 7b, чтобы сформировать выемку 7с в изолирующем слое 7, который состоит из первого изолирующего подслоя 7а и второго изолирующего подслоя 7b. Отношение скорости травления второго изолирующего подслоя 7b к скорости травления первого изолирующего подслоя 7а может составлять 10 или более либо 50 или более.

Чтобы провести селективное травление, когда второй изолирующий подслой 7b представляет собой оксид кремния, можно использовать буферизованную фтористоводородную (БФВ) кислоту, которая представляет собой раствор смеси фторида аммония и плавиковой кислоты. Когда второй изолирующий подслой 7b представляет собой нитрид кремния, можно использовать горячий травитель на основе фосфорной кислоты.

Глубина выемки 7с (ширина части верхней поверхности 172 первого изолирующего подслоя 7а, раскрытой посредством селективного травления) тесно связана с током утечки эмитирующего электроны устройства 10. Большая глубина выемки 7с приводит к меньшему току утечки. Однако чересчур увеличенная глубина выемки 7с может привести к деформации электрода 8 затвора. Таким образом, глубина выемки 7с может находиться в диапазоне приблизительно от 30 нм до 200 нм.

Вместо селективного травления разных материалов, когда часть боковой поверхности изолирующего слоя 7 покрыта маской, можно удалять незамаскированную часть изолирующего слоя 7 для формирования выемки 7с. В этом случае первый изолирующий слой 7а и второй изолирующий слой 7b можно формировать в виде одного-единственного слоя из одного-единственного материала. В альтернативном варианте изолирующий слой 7 может состоять из трех подслоев, второй слой может быть селективно протравленным. В этом случае поверхность электрода 8 затвора рядом с выемкой 7с покрыта третьим подслоем.

Затем на верхнюю поверхность 172 и боковую поверхность 171 первого изолирующего слоя 7а наносят материал для структуры 3. Материал для структуры 3 может обладать высокой теплопроводностью и высокой температурой плавления, а также высокой электропроводностью. Материал для структуры 3 может иметь работу выхода 5 эВ или менее. Примеры упомянутого материала включают в себя металлы, такие как Be, Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, Al, Cu, Ni, Cr, Au, Pt и Pd и их сплавы. Примеры упомянутого материала также включают в себя нитриды, оксиды, карбиды, полупровдники, углерод и соединения углерода. Среди прочих, материалом для структуры 3 могут быть Mo и W.

Структура 3 может быть сформирована посредством обычного метода осаждения в вакууме, такого как осаждение из паровой фазы или распыление. Как описано выше, в данном варианте осуществления угол падения материала для структуры 3, время формирования пленки, температуру формирования пленки и глубину вакуума следует регулировать для управления формой выступа эмитирующего электроны элемента 9. Угол падения электропроводного материала можно определить с учетом толщины Т1 электрода 8 затвора и расстояния Т2 между первым изолирующим подслоем 7а и электродом 8 затвора.

Слой 4 оксида и слой 5 борида лантана формируют на структуре 3 таким же образом, как на коническом эмитирующем электроны элементе 9. Слой 5 борида лантана может быть покрыт слоем 6 оксида лантана.

Электрод 2 катода может быть сформирован посредством обычного метода осаждения в вакууме, такого как осаждение из паровой фазы или распыление. В альтернативном варианте, электрод 2 катода может быть сформирован посредством обжига исходного материала, содержащего электропроводный материал. Формирование рисунков можно осуществить с помощью фотолитографии или методом печати.

Материал для электрода 2 катода может быть любым электропроводным материалом, и он же может быть материалом для электрода 8 затвора. Электрод 2 катода имеет толщину в диапазоне от нескольких десятков нанометров до нескольких микрометров и имеет толщину в диапазоне от нескольких десятков до нескольких сотен нанометров. Электрод 2 катода можно формировать до или после формирования структуры 3. Электрод 2 катода можно формировать после формирования эмитирующего электроны элемента 9.

Как описано выше, в эмитирующем электроны устройстве в соответствии с данным вариантом осуществления между первым электродом (электродом катода) и вторым электродом (электродом затвора), отстоящим от первого электрода, приложено напряжение для осуществления эмиссии электронов в электрическом поле из первого электрода. Для облучения некоторого элемента (например, электрода анода), не являющегося электродом затвора, электронами, эмиссия которых происходит из эмитирующего электроны устройства, облучаемый элемент (электрод анода) расположен на расстоянии от подложки 1, как показано на фиг.1, 2 и 5. Выступ эмитирующего электроны элемента 9 и его кончик направлены к аноду. Расстояние между анодом и подложкой 1 гораздо больше, чем расстояние между электродом 2 катода и электродом 8 затвора, и в типичном случае находится в диапазоне от 500 мкм до 2 мм. Электрический потенциал, прикладываемый к аноду, значительно выше, чем электрический потенциал, прикладываемый к электроду 8 затвора. Это позволяет электронам, отбираемым электродом 8 затвора (электронам, эмиссия которых происходит в электрическом поле) достигать анода. Такое эмитирующее электроны устройство (устройство, вырабатывающее пучок электронов) имеет структуру с тремя выводами (структуру с электродом катода, электродом затвора и электродом анода). Можно использовать эмитирующее электроны устройство, имеющее структуру с двумя выводам (структуру с электродом катода и электродом анода), полученную путем исключения электрода затвора или путем использования электрода затвора в качестве электрода анода.

Флуктуации тока эмиссии, идущего из эмитирующего электроны устройства, отображают временные изменения тока эмиссии. Например, наблюдают за током эмиссии посредством периодического приложения напряжения в форме прямоугольных импульсов. Флуктуации тока эмиссии можно вычислить путем деления отклонения изменений тока эмиссии в единицу времени на средний ток эмиссии.

Более конкретно, осуществляют непрерывное приложение напряжения в форме прямоугольных импульсов, имеющего ширину импульсов 6 мс и период 24 мс. Последовательность измерения среднего значения токов эмиссии в ответ на напряжения в форме 32 прямоугольных импульсов реализуют через интервалы 2 секунды и получают отклонение и средний ток эмиссии за 30 минут. Чтобы сравнить флуктуации эмиссии электронов среди множества эмитирующих электроны устройств, пиковое значение прикладываемого напряжения регулируют до получения, по существу, постоянного среднего тока эмиссии.

Теперь, со ссылками на фиг.7, будет описан источник 32 электронов, который включает в себя большое количество эмитирующих электроны устройств 10 на подложке 1. Эмитирующие электроны устройства 10 включают в себя конический эмитирующий электроны элемент 9, описанный выше. На фиг.7 представлен схематический вид сверху источника 32 электронов.

Источник 32 электронов включает в себя подложку 1 и множество эмитирующих электроны устройств 10, расположенных на подложке 1. Подложка 1 может быть изолирующей подложкой, такой как стеклянная подложка. На подложке 1 расположена матрица эмитирующих электроны устройств 10, изображенных на фиг.1. Эмитирующее электроны устройство 10 может быть эмитирующим электроны устройством 10, изображенным на фиг.2 или 5.

Каждый столбец эмитирующих электроны устройств 10 соединен электродом 8 затворов, а каждая строка эмитирующих электроны устройств 10 соединена с электродом 2 катодов. После выбора заданного количества электродов 2 катодов и 8 затворов между этими электродами прикладывается напряжение, что позволяет предварительно определенным эмитирующим электроды устройствам 10 осуществлять эмиссию электронов.

Хотя на фиг.7 показано, что одно эмитирующее электроны устройство 10 находится в соответствующей пересечению части электрода 2 катода и электрода 8 затвора, в этой соответствующей пересечению части может находиться множество эмитирующих электроны устройств 10. Например, в случае эмитирующих электроны устройств 10, изображенных на фиг.1 или 2, множество отверстий 71 предусмотрено в соответствующей пересечению части между электродом 2 катода и электродом 8 затвора, а эмитирующий электроны элемент 9 находится в каждом из первых отверстий 71.

Для краткости, на фиг.7 показано, что в соответствующей пересечению части между электродом 2 катода и электродом 8 затвора расположено одно отверстие 71. Однако количество эмитирующих электроны устройств в соответствующей пересечению части может быть увеличено с целью уменьшения флуктуаций тока эмиссии. Причина заключается в том, что большое количество эмитирующих электроны устройств может нивелировать флуктуации тока эмиссии. Вместе с тем, чересчур большое количество эмитирующих электроны устройств в соответствующей пересечению части может снизить производительность. Применение эмитирующего электроны устройства в соответствии с данным изобретением может уменьшить флуктуации тока эмиссии. Следовательно, флуктуации тока эмиссии можно уменьшить, не увеличивая количество эмитирующих электроны устройств.

Ниже, со ссылками на фиг.8, будет описана панель 100 отображения, которая включает в себя источник 32 электронов. Панель 100 отображения включает в себя множество эмитирующих электроны устройств 10 в каждой соответствующей пересечению части.

Панель 100 отображения герметично уплотнена, имея внутреннее давление меньше атмосферного давления (т.е. соответствующее вакууму), и также называется воздухонепроницаемым контейнером.

На фиг.8 представлено схематическое сечение панели 100 отображения. Панель 100 отображения включает в себя - в качестве задней пластины 32, источник 32 электронов, изображенный на фиг.7. Задняя пластина 32 обращена к передней пластине 31.

Между задней пластиной 32 и передней пластиной 31 расположена имеющая форму замкнутого кольца (или прямоугольная) рама 27 для поддержания предварительно определенного расстояния между ними. Расстояние между задней пластиной 32 и передней пластиной 31 находится в диапазоне от 500 мкм до 2 мм (на практике составляет приблизительно 1 мм). Рама 27 и передняя пластина 31, а также рама 27 и задняя пластина 32 герметично соединены с помощью уплотнительного соединения 28, такого как соединение из индиевого или стеклянного припоя. Рама 27 служит также для герметичного уплотнения внутреннего пространства панели 100 отображения. В случае крупной панели 100 отображения, между передней пластиной 31 и задней пластиной 32 можно разместить множество прокладок 34 для поддержания предварительно определенного расстояния между ними.

Передняя пластина 31 включает в себя светоизлучающий слой 25, анод 21, расположенный на светоизлучающем слое 25, и прозрачную подложку 22. Светоизлучающий слой 25 включает в себя светоизлучающие элементы 23, которые излучают свет в ответ на облучение электронами из эмитирующего электроны устройства 10.

Прозрачная подложка 22 предназначена для пропускания света от светоизлучающего слоя 25, и поэтому ее выполняют, например, из стекла.

Светоизлучающий элемент 23 в общем случае представляет собой флуоресцентный элемент. Когда светоизлучающий слой 25 включает в себя светоизлучающие элементы, излучающие красный, зеленый и синий свет, панель 100 отображения может отображать многоцветное изображение. Светоизлучающий слой 25 включает в себя черные элементы 24 между светоизлучающими элементами. Черные элементы 24 обычно называют черной матрицей и увеличивают контрастность отображаемых изображений.

Эмитирующие электроны устройства 10 обращены к светоизлучающим элементам 23 и облучают светоизлучающие элементы 23 электронами. Каждое из эмитирующих электроны устройств 10 обращено к соответствующему светоизлучающему элементу 23.

Анод 21 обычно называют металлизацией и он в типичном случае выполнен из пленки алюминия. Анод 21 может быть расположен между светоизлучающим слоем 25 и прозрачной подложкой 22. В этом случае, анод 21 выполнен из прозрачной электропроводной пленки, такой как пленка оксида индия-олова (ITO).

Процесс герметичного соединения передней пластины 31 и задней пластины 32 (процесс соединения или уплотнения) осуществляют, нагревая при этом элементы воздухонепроницаемого контейнера - панели 100 отображения.

В процессе соединения (процессе уплотнения) рама 27 вместе с соединениями 28, такими как соединения из стеклянного припоя, в типичном случае располагается между передней пластиной 31 и задней пластиной 32. Переднюю пластину 31, заднюю пластину 32 и раму 27 соединяют друг с другом, нагревая их при температуре, находящейся, например, в диапазоне от 100°C до 400°C, прижимая их друг к другу, а затем охлаждают до комнатной температуры. Перед процессом соединения заднюю пластину 32 часто нагревают для удаления газов.

Даже при таком процессе, предусматривающем нагрев и охлаждение, поликристаллический слой 5 борида лантана не отсоединяется от эмитирующего электроны элемента 9.

Как показано на фиг.9, панель 100 отображения соединяют со схемой 100 возбуждения, предназначенной для возбуждения панели 100 отображения, тем самым изготавливая устройство 200 отображения изображения. Устройство 200 отображения изображения может быть соединено с устройством 400 выдачи сигнала изображения, что приводит к образованию системы 500 отображения изображения. Устройство 400 выдачи сигнала изображения выдает информационный сигнал, такой как сигнал телевизионного вещания или сигнал, хранимый в устройстве записи информации. Иными словами, устройство 200 отображения изображения может быть оснащено устройством 400 выдачи сигнала изображения.

Устройство 200 отображения изображения включает в себя панель 100 отображения и схему 110 возбуждения и может дополнительно включать в себя схему 120 управления. Схема 120 управления осуществляет обработку входного сигнала изображения, такую как коррекцию, для панели 100 отображения и выдает сигнал изображения и различные сигналы управления в схему 110 возбуждения. Схема 110 возбуждения выдает сигнал возбуждения в шины панели 100 отображения (см. электрод 2 катода и электрод 8 затвора на фиг.8). Схема 110 возбуждения включает в себя схему модуляции, предназначенную для преобразования сигнала изображения в сигнал возбуждения, и схему сканирования, предназначенную для выбора шины. На основании сигнала возбуждения из схемы 110 возбуждения, панель 100 отображения управляет напряжениями, прикладываемыми к эмитирующему электроны устройству, которое соответствует некоторому пикселю. Пиксели излучают свет с яркостью, соответствующей сигналу изображения, тем самым отображая изображение на экране. «Экран» соответствует светоизлучающему слою 25 панели 100 отображения, изображенной на фиг.8.

На фиг.9 представлена блок-схема системы 500 отображения информации. Система 500 отображения информации включает в себя устройство 400 выдачи сигнала изображения и устройство 200 отображения изображения. Устройство 400 выдачи сигнала изображения включает в себя схему 300 обработки информации и может дополнительно включать в себя схему 320 обработки изображения. Устройство 400 выдачи сигнала изображения может быть размещено в корпусе отдельно от устройства 200 отображения изображения или, по меньшей мере, одна часть устройства 400 выдачи сигнала изображения и устройство 200 отображения изображения могут быть размещены в одном и том же корпусе. Упомянутая система 500 отображения информации является лишь примером, и в нее могут быть внесены различные изменения.

Схема 300 обработки информации принимает информационный сигнал. Примеры информационного сигнала включают в себя сигнал телевизионного вещания, например, спутникового вещания и наземного вещания, и сигналы трансляции данных через линии телекоммуникаций, такие как сеть беспроводной связи, телефонная сеть, цифровая сеть, аналоговая сеть и Internet, с помощью протокола управления передачей/протокола Internet (TCP/IP). Схема 300 обработки информации может быть соединена с запоминающим устройством, таким как полупроводниковая память, оптический диск или магнитное запоминающее устройство, вследствие чего информационные сигналы, хранимые в этих запоминающих устройствах, можно отображать на панели 100 отображения. Схема 300 обработки информации может быть соединена с системой для видеоконференций или компьютером.

Схема 300 обработки информации может также обрабатывать изображение, подлежащее отображению на панели 100 отображения, и выдавать это изображение на принтер или в запоминающее устройство.

Информация, содержащаяся в информационном сигнале, может быть одной из изобразительной информации, текстовой информации и звуковой информации. Схема 300 обработки информации может включать в себя принимающую подсхему 310, включающую в себя тюнер для выбора информации из сигналов вещания, и/или декодер для декодирования информационного сигнала в случае, если информационный сигнал закодирован.

Информация, содержащаяся в информационном сигнале, представляет собой, по меньшей мере, одну, выбранную из изобразительной информации, текстовой информации и звуковой информации. Схема 300 обработки информации может включать в себя принимающую схему 310, включающую в себя тюнер для выбора информации из сигналов вещания, и декодер для декодирования закодированного информационного сигнала.

Схема 300 обработки информации выдает сигнал изображения в схему 320 обработки изображения. Схема 320 обработки изображения может включать в себя схему обработки сигнала изображения, такую как схема гамма-коррекции, схема преобразования разрешения и схема сопряжения. Схема 320 обработки изображения преобразует упомянутый сигнал изображения в некоторый сигнал изображения в формате сигнала для устройства 200 отображения изображения и выдает преобразованный сигнал изображения в устройство 200 отображения изображения.

Изобразительную или текстовую информацию можно выдавать на панель 100 отображения с целью отображения на экране следующим образом. Во-первых, изобразительную и/или текстовую информацию информационного сигнала, вводимого в схему 300 обработки информации, преобразуют в сигнал изображения для каждого пикселя панели 100 отображения. Этот сигнал изображения вводят в схему 120 управления устройством 200 отображения изображения. На основании вводимого сигнала изображения схема 110 возбуждения управляет напряжением, прикладываемым к эмитирующему электроны устройству 10 панели 100 отображения, из схемы 110 возбуждения, вследствие чего осуществляется отображение изображения. Звуковой сигнал выдается в звуковоспроизводящее устройство (не показано), такое как динамик, для воспроизведения синхронно с изобразительной и/или текстовой информацией, отображаемой на панели 100 отображения.

В соответствии данным изобретением стабильный ток эмиссии из эмитирующего электроны устройства может повысить качество изображения, получаемого с помощью устройства отображения изображения.

Примеры

Теперь будут описаны более конкретные примеры данного изобретения.

Пример 1

Ниже, со ссылками на фиг.3А-3Н, будут описаны эмитирующее электроны устройство в соответствии с данным примером и способ изготовления этого эмитирующего электроны устройства. Эмитирующее электроны устройство включает в себя коническую структуру 3.

Сначала размещают на стеклянной подложке 1 электрод 2 ниобиевого катода, изолирующий слой 70 диоксида кремния (имеющий толщину приблизительно 1 мкм) и электропроводный слой 80 ниобия (фиг.3А).

В электропроводном слое 80 ниобия посредством процесса травления формировали круглое отверстие 81 диаметром приблизительно 1 мкм для формирования электрода 8 затвора (фиг.3В).

Изолирующий слой 70 диоксида кремния травили, используя электрод 8 затвора в качестве маски, чтобы сформировать изолирующий слой 7, имеющий круглое отверстие 71 (фиг.3С).

Затем на электроде 8 затвора формировали удаляемый слой 82 (фиг.3D).

В первом отверстии 71 сформировали коническую структуру 3 из молибдена (фиг.3Е).

Осуществляли удаление слоя 30 молибдена, находящегося на удаляемом слое 82 никеля, вместе с удаляемым слоем 82 никеля (фиг.3F).

Подложку 1, на которой была сформирована структура 3, изображенная на фиг.3F, размещали в вакуумной камере. На структуре 3 посредством процесса распыления с использованием мишени из оксида молибдена формировали на структуре 3 слой 4 оксида молибдена, имеющий толщину около 4 нм (фиг.3G).

На слое 4 оксида посредством процесса распыления в высокочастотном (ВЧ) разряде формировали поликристаллический слой 5 гексаборида лантана, имеющий толщину 10 нм, тем самым завершая изготовление эмитирующего электроны устройства в соответствии с данным примером (фиг.3Н). Распыление в ВЧ-разряде проводили при давлении Ar 1,5 Па и мощности ВЧ-разряда 250 Вт. Поликристаллический слой 5 имел размер кристаллитов 7 нм и работу выхода 2,85 эВ. Как показано на фиг.3Н, на электроде 8 затвора формировали поликристаллический слой гексаборида, имеющий такие же свойства, как поликристаллический слой 5 гексаборида лантана. Этот слой гексаборида можно оставлять на электроде 8 затвора или удалять с него. Чтобы удалить слой гексаборида, например, после формирования маски на слое 5 гексаборида лантана, слой гексаборида на электроде 8 затвора вытравливают. В альтернативном варианте, на этапе, изображенном на фиг.3D, в дополнение к удаляемому слою 82 никеля можно формировать еще один удаляемый слой, а слой гексаборида можно удалять вместе с упомянутым другим удаляемым слоем.

Размером кристаллитов можно управлять, определяя надлежащим образом условия распыления, в частности давление Ar и мощность ВЧ-разряда. Например, при давлении Ar 2,0 Па, мощности ВЧ-разряда 800 Вт и толщине пленки 7 нм размер кристаллитов составлял 2,5 нм, а работа выхода составляла 2,85 эВ. При давлении Ar 1,5 Па, мощности ВЧ-разряда 250 Вт и толщине пленки 20 нм размер кристаллитов составлял 10,7 нм, а работа выхода составляла 2,8 эВ. В условиях осаждения для формирования пленки толщиной 7 нм отношение I(100)/I(110) интегральных интенсивностей дифракционных пиков составляло 0,54, что хорошо согласовывалось со значением, полученным при отсутствии ориентации (документ № 34-0427 Объединенного комитета по химическому анализу с использованием порошковых дифракционных методов при Национальном бюро стандартов США (JCPDS #34-0427)). Это доказывает, что слой 5 борида лантана, подготовленный в этом примере, является неориентированным поликристаллическим слоем. Увеличение толщины способствует ориентации, соответствующей дифракционному пику, принадлежащему плоскости (100). При толщине пленки, превышающей 20 нм, как правило, составляющей 30 нм или более, отношение I(100)/I(110) было больше, чем 2,8. При толщине пленки, составляющей 20 нм или менее, интегральная интенсивность для любой ориентации плоскости, отличающейся от (100) и (200), была меньшей, чем интегральные для ориентаций плоскостей, соответствующих (100) и (200). Размер кристаллитов увеличивался с увеличением толщины пленки. Работа выхода составляла более 3,0 эВ при размере кристаллитов менее 2,5 м. Вероятно, это происходит из-за того, что упомянутый размер кристаллитов слишком мал, чтобы поддерживать кристалличность.

Изготовленное эмитирующее электроны устройство помещали в вакуумный аппарат, из которого затем откачивали воздух до уровня 10-8 Па. Между электродом 2 катода и электродом 8 затвора в режиме повторения прикладывали напряжения в форме прямоугольных импульсов, имеющие ширину импульсов 6 мс и частоту импульсов 25 Гц. Электрод 8 затвора имел более высокий потенциал, чем электрод 2 катода. Осуществляли оперативный контроль тока затвора, текущего через электрод 8 затвора. В положении, находившемся в 5 мм над подложкой 1, устанавливали пластину анода. Осуществляли также оперативный контроль тока (анодного тока), чтобы измерить изменения тока эмиссии. Для измерения изменений (флуктуаций) тока эмиссии последовательность измерения среднего тока эмиссии (анодного тока) в ответ на напряжения в форме 32-х последовательных прямоугольных импульсов реализовали через интервалы 2 секунды и получали отклонение среднего тока эмиссии за 30 минут. Исходя из данных измерения вычисляли (в %) в качестве флуктуаций величины стандартного отклонения, деленного на среднее значение и умноженного на 100.

В целях сравнения, также оценивали таким же образом эмитирующее электроны устройство, не имеющее слоя 4 оксида молибдена между структурой 3 и поликристаллическим слоем 5 гексаборида лантана.

Множество эмитирующих электроны устройств в соответствии с данным примером и множество сравнительных эмитирующих электроны устройства оценивали так, как описано выше. Среднее значение изменений электрического тока для эмитирующего электроны устройства, имеющего слой 4 оксида молибдена, составляло 0,6 от среднего значения изменений в сравнительном эмитирующем электроны устройстве, не имеющем слоя оксида. Дисперсия электрического тока среди эмитирующих электроны устройств в соответствии с данным примером составляла 0,5 от дисперсии электрического тока между сравнительными эмитирующими электроны устройствами.

Эти результаты ясно показывают, что слой 4 оксида молибдена может уменьшать изменения электрического тока и дисперсию электрического тока среди эмитирующих электроны устройств, обеспечивая возможность изготовления стабильно работающего эмитирующего электроны устройства.

Пример 2

В данном примере описывается эмитирующее электроны устройство, включающее в себя структуру 3, выполняемую из вольфрама. Процессы вплоть до процесса формирования удаляемого слоя 82 никеля на электроде 8 затвора (фиг.3D) проводились так же, как в примере 1.

После этого на отверстии 71 формировали коническую структуру 3 из молибдена (фиг.3Е). Слой 30 вольфрама, осажденный на удаляемом слое 82, удаляли вместе с этим удаляемым слоем 82 (фиг.3F).

Подложку 1, на которой была сформирована структура 3, как показано на фиг.3F, помещали в вакуумную камеру. На структуре 3 посредством распыления с использованием мишени из оксида вольфрама формировали слой 4 оксида вольфрама, имеющий толщину приблизительно 4 нм.

Как описано в примере 1, на слое 4 оксида посредством распыления формировали поликристаллический слой 5 гексаборида лантана, имеющий толщину 10 нм, тем самым завершая изготовление эмитирующего электроны устройства в соответствии с данным примером (фиг.3Н).

Эмитирующее электроны устройство помещали в вакуумный аппарат, и измеряли изменения анодного тока, как описано в примере 1. В целях сравнения, также оценивали таким же образом эмитирующее электроны устройство, не имеющее слоя 4 оксида между структурой 3 и поликристаллическим слоем 5 гексаборида лантана. Дисперсия электрического тока среди эмитирующих электроны устройств в соответствии с данным примером составляла 0,6 от дисперсии электрического тока между сравнительными эмитирующими электроны устройствами. Эти результаты ясно показывают, что слой 4 оксида вольфрама может уменьшать изменения электрического тока и дисперсию электрического тока среди эмитирующих электроны устройств, обеспечивая возможность изготовления стабильно работающего эмитирующего электроны устройства.

Пример 3

В данном примере слой 4 оксида молибдена эмитирующего электроны устройства, сформированного так, как описано в примере 1, дополнительно содержал La.

Как и в процессе, проиллюстрированном на фиг.3G согласно примеру 1, посредством процесса распыления с использованием мишени, содержащей оксид молибдена и лантан, формировали слой 4 оксида металла, имеющий толщину около 6 нм. Другие процессы были такими же, как в примере 1. Анализ посредством рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) изготовленного эмитирующего электроны устройства показал, что атомная концентрация La в слое 4 оксида составляла 10% и указывала на присутствие лантана и оксида лантана. Слой 4 оксида дополнительно содержал MoO2.

Эмитирующее электроны устройство в соответствии с данным примером инициировало эмиссию электронов при меньшем напряжении, чем эмитирующее электроны устройство в соответствии с примером 1.

Еще одно эмитирующее электроны устройство изготавливали путем последовательного формирования слоя оксида молибдена, содержащего La, и поликристаллического слоя LaB6 на слое молибдена, осажденного на плоской подложке, таким же образом, как описано в данном примере. В целях сравнения, еще одно эмитирующее электроны устройство изготавливали путем последовательного формирования слоя оксида молибдена, не содержащего La и поликристаллический слой LaB6, таким же образом, как описано в примере 1. Эмитирующее электроны устройство, имеющее слой оксида молибдена, содержащий La, имело сопротивление в направлении толщины, по меньшей мере, на порядок величины меньшее, чем эмитирующее электроны устройство, имеющее слой оксида молибдена, не содержащий La. Этот результат подтверждает, что La в слое 4 оксида молибдена уменьшал сопротивление эмитирующего электроны устройства, тем самым уменьшая напряжение, при котором инициировалась эмиссия электронов.

Пример 4

В данном примере слой 4 оксида лантана эмитирующего электроны устройства, сформированного как в примере 2, дополнительно содержал La.

Как и в процессе, проиллюстрированном на фиг.3G согласно примеру 2, посредством процесса распыления с использованием мишени, содержащей оксид вольфрама и лантан, формировали слой 4 оксида, имеющий толщину около 6 нм. Другие процессы были такими же, как в примере 2. Анализ посредством ФАС изготовленного эмитирующего электроны устройства показал, что атомная концентрация La в слое 4 оксида составляла 10% и что слой 4 оксида содержал лантан и оксид лантана. Слой 4 оксида дополнительно содержал WO2.

Эмитирующее электроны устройство в соответствии с данным примером инициировало эмиссию электронов при меньшем напряжении, чем эмитирующее электроны устройство в соответствии с примером 2.

Еще одно эмитирующее электроны устройство изготавливали путем последовательного формирования слоя оксида вольфрама, содержащего La, и поликристаллического слоя LaB6 на слое вольфрама, осажденного на плоской подложке, таким же образом, как описано в данном примере. В целях сравнения, еще одно эмитирующее электроны устройство изготавливали путем последовательного формирования слоя оксида вольфрама, не содержащего La и поликристаллический слой LaB6, таким же образом, как описано в примере 2. Эмитирующее электроны устройство, имеющее слой оксида вольфрама, содержащий La, имело сопротивление в направлении толщины, по меньшей мере, на порядок величины меньшее, чем эмитирующее электроны устройство, имеющее слой оксида вольфрама, не содержащий La. Этот результат подтверждает, что La в слое 4 оксида вольфрама уменьшал сопротивление эмитирующего электроны устройства, тем самым уменьшая напряжение, при котором инициировалась эмиссия электронов.

Пример 5

В данном примере описывается эмитирующее электроны устройство, в котором слой 6 оксида лантана был сформирован на поликристаллическом слое 5 LaB6 эмитирующего электроны устройства в соответствии с примером 3.

Процессы вплоть до процесса формирования поликристаллического слоя 5 LaB6 (фиг.3Н) проводились так же, как в примере 3. После этого посредством распыления формировали на поликристаллическом слое 5 LaB6 слой La2O3, имеющий толщину приблизительно 3 нм, тем самым завершая изготовление эмитирующего электроны устройства в соответствии с данным примером.

Среднее значение изменений электрического тока для эмитирующего электроны устройства в соответствии с данным примером составляло 0,7 от среднего значения изменений для эмитирующего электроны устройства в соответствии с примером 3. Дисперсия электрического тока среди эмитирующих электроны устройств в соответствии с данным примером составляла 0,7 от дисперсии электрического тока между эмитирующими электроны устройствами в соответствии с примером 3.

Эти результаты ясно показывают, что слой 4 оксида молибдена может уменьшать изменения электрического тока и дисперсию электрического тока среди эмитирующих электроны устройств, обеспечивая возможность изготовления стабильно работающего эмитирующего электроны устройства.

Слой 6 оксида лантана на поликристаллическом слое 5 борида лантана может уменьшить изменения электрического тока и дисперсию электрического тока среди эмитирующих электроны устройств, обеспечивая изготовление стабильно работающего эмитирующего электроны устройства.

Как и в данном примере, формирование слоя 6 оксида лантана на поликристаллическом слое 5 LaB6 эмитирующих электроны устройств в соответствии с примерами 1, 2 и 4 повышало стабильность эмитирующих электроны устройств по сравнению с эмитирующими электроны устройствами, не имеющими слоя 6 оксида лантана.

Пример 6

В данном примере описывается способ изготовления эмитирующего электроны устройства 10, изображенного на фиг.5. На подложке 1 осаждали нитрид кремния и оксид кремния в качестве материалов для первого изолирующего подслоя 7а и второго изолирующего подслоя 7b. Затем на втором изолирующем подслое 7b осаждали вольфрам в качестве материала для электрода 8 затвора. Фотолитография и сухое травление этих материалов, образовавших первый изолирующий подслой 7а и электрод 8 затвора, описаны в связи с фиг.5В. Первый изолирующий подслой 7а имел наклонную боковую поверхность 171. Слой оксида кремния селективно травили в растворе для формирования второго изолирующего подслоя 7b и выемки 7с.

Затем на боковой поверхности 171 первого изолирующего подслоя 7а осаждали молибден посредством распыления. Молибден простирался в выемку 7с по верхней поверхности 172 первого изолирующего подслоя 7а, образуя структуру 3, имеющую выступ по направлению к электроду 8 затвора. При этом на электроде 8а затвора был сформирован молибденовый электрод 8b затвора.

Как описано в примере 1, затем на структуре 3 посредством распыления с использованием мишени из оксида вольфрама формировали слой 4 оксида молибдена. На слое 4 оксида молибдена в условиях, описанных в примере 1, формировали поликристаллический слой 5 борида лантана.

Таким образом, 200 полосок эмитирующих электроны элементов 9 были сформированы на подложке 1 чрез интервалы 3 мкм в направлении Y, как показано на фиг.5С. В заключение, формировали ниобиевый электрод 2 катода, делая его соединенным с эмитирующими электроны элементами 9.

Между электродами 2 катодов и электродами 8 затворов прикладывали напряжения таким образом, что потенциал электродов 8 затворов был выше, вследствие чего были получены однородные надлежащие свойства эмиссии электронов, а также преимущества, описанные в примере 1. Эмитирующие электроны устройства согласно рассматриваемому примеру имели меньшее пороговое значение эмиссии электронов, чем устройства согласно примеру 1.

Когда между электродом 2 катода и электродом 8 затвора прикладывали напряжение таким образом, что электрод 8 затвора имел более высокий электрический потенциал, чем электрод 2 катода, эмитирующее электроны устройство 10 проявляло превосходные характеристики эмиссии электронов. Напряжение, при котором наблюдалась эмиссия электронов, в данном примере было ниже, чем в примере 1.

Как описано в примере 3, использование мишени из оксида молибдена, содержащей лантан, при формировании слоя 4 оксида молибдена обеспечивало возникновение эмиссии электронов при более низком напряжении, чем при использовании мишени из оксида молибдена, не содержащей лантан.

Как описано в примере 5, когда посредством распыления на поликристаллическом слое 5 борида лантана формировали слой оксида лантана, эмитирующее электроны устройство 10 имело стабильные характеристики эмиссии электронов в течение длительного периода времени.

Пример 7

В данном примере описывается изготовление устройства отображения изображения, показанное на фиг.8, с использованием эмитирующего электроны устройства в соответствии с примером 3. Это устройство отображения изображения представляло собой дисплей с плоской панелью и диагональю 50 дюймов, имеющий 1920 пикселей в горизонтальном направлении и 1080 пикселей в вертикальном направлении.

Как показано на фиг.7, большое количество эмитирующих электроны устройств в соответствии с примером 3 были расположены на подложке катода для изготовления источника 32 электронов. Этот источник 32 электронов использовали в качестве задней пластины. Подготавливали переднюю пластину 31, которая включала в себя светоизлучающий слой 25 и анод 21, расположенный на светоизлучающем слое 25. Светоизлучающий диод 25 включал в себя большое количество флуоресцентных элементов. С передней пластиной 31 и задней пластиной 32 скрепляли раму 27 для поддержания расстояния 2 мм между ними. Скрепление осуществляли в вакууме. Посредством этих процессов была изготовлена панель 100 отображения, имевшая внутри вакуум (фиг.8).

Панель 100 отображения соединяли со схемой 110 возбуждения и другими компонентами, чтобы изготовить устройство отображения изображения, показанное на фиг.9. Приложение напряжения в форме импульсов к выбранным эмитирующим электроны устройствам приводило к отображению яркого высококачественного изображения с малыми изменениями яркости в течение длительного периода времени.

Устройство отображения изображения, которое включало в себя эмитирующее электроны устройство в соответствии с примером 5, отображало яркое высококачественное изображение с малыми изменениями яркости в течение более длительного периода времени, чем устройство отображения изображения, которое включало в себя эмитирующее электроны устройство в соответствии с примером 3.

Устройство отображения изображения, которое включало в себя эмитирующее электроны устройство в соответствии с примером 6, также было высококачественным устройством отображения изображения.

Хотя данное изобретение было описано со ссылками на возможные варианты осуществления, следует понять, что изобретение не ограничивается описанными возможными вариантами осуществления. Объем притязаний нижеследующей формулы изобретения следует интерпретировать в самом широком смысле как охватывающий все модификации и эквивалентные структуры и функции.

1. Эмитирующее электроны устройство, которое включает в себя эмитирующий электроны элемент и эмитирует электроны с поверхности эмитирующего электроны элемента в электрическом поле, причем эмитирующий электроны элемент включает в себя электропроводный элемент и слой из борида лантана, расположенный на электропроводном элементе, при этом между электропроводным элементом и слоем борида лантана расположен слой оксида.

2. Эмитирующее электроны устройство по п.1, в котором слой оксида содержит элемент лантана.

3. Эмитирующее электроны устройство по п.1, в котором эмитирующий электроны элемент включает в себя слой из оксида лантана, расположенный на слое из борида лантана.

4. Эмитирующее электроны устройство по п.2, в котором эмитирующий электроны элемент включает в себя слой из оксида лантана, расположенный на слое из борида лантана.

5. Эмитирующее электроны устройство по п.1, в котором электропроводный элемент выполнен из молибдена, а слой оксида содержит оксид молибдена и оксид лантана, или электропроводный элемент выполнен из вольфрама, а слой оксида содержит оксид вольфрама и оксид лантана.

6. Эмитирующее электроны устройство по любому из пп.1-5, в котором слой из борида лантана представляет собой поликристаллический слой из борида лантана.

7. Эмитирующее электроны устройство по любому из пп.1-5, дополнительно включающее в себя изолирующий слой, имеющий верхнюю поверхность и боковую поверхность в контакте с верхней поверхностью, и электрод затвора, расположенный на изолирующем слое, при этом электропроводный элемент продолжается от боковой поверхности к верхней поверхности.

8. Эмитирующее электроны устройство, которое включает в себя электропроводный элемент и слой из борида лантана, расположенный на электропроводном элементе, при этом между электропроводным элементом и слоем из борида лантана расположен слой оксида, причем слой оксида содержит элемент лантана.

9. Эмитирующее электроны устройство по п.8, в котором слой из оксида лантана расположен на слое из борида лантана.

10. Эмитирующее электроны устройство по п.8, в котором электропроводный элемент выполнен из молибдена, а слой оксида содержит оксид молибдена и оксид лантана, или электропроводный элемент выполнен из вольфрама, а слой оксида содержит оксид вольфрама и оксид лантана.

11. Эмитирующее электроны устройство по любому из пп.8-10, в котором слой из борида лантана представляет собой поликристаллический слой из борида лантана.

12. Эмитирующее электроны устройство по любому из пп.8-10, дополнительно включающее в себя изолирующий слой, имеющий верхнюю поверхность и боковую поверхность в контакте с верхней поверхностью, и электрод затвора, расположенный на изолирующем слое, при этом электропроводный элемент продолжается от боковой поверхности к верхней поверхности.

13. Эмитирующее электроны устройство, которое включает в себя электропроводный элемент и слой из борида лантана, расположенный на электропроводном элементе, при этом между электропроводным элементом и слоем из борида лантана расположен слой оксида, а на слое из борида лантана расположен слой из оксида лантана.

14. Эмитирующее электроны устройство по п.13, в котором слой из оксида лантана выполнен из дилантантриоксида.

15. Эмитирующее электроны устройство по п.13, в котором электропроводный элемент выполнен из молибдена, а слой оксида содержит оксид молибдена и оксид лантана, или электропроводный элемент выполнен из вольфрама, а слой оксида содержит оксид вольфрама и оксид лантана.

16. Эмитирующее электроны устройство по любому из пп.13-15, в котором слой из борида лантана представляет собой поликристаллический слой из борида лантана.

17. Эмитирующее электроны устройство по любому из пп.13-15, дополнительно включающее в себя изолирующий слой, имеющий верхнюю поверхность и боковую поверхность в контакте с верхней поверхностью, и электрод затвора, расположенный на изолирующем слое, при этом электропроводный элемент продолжается от боковой поверхности к верхней поверхности.

18. Панель отображения, содержащая множество эмитирующих электроны устройств и светоизлучающий элемент, который излучает свет в ответ на облучение электронами из эмитирующих электроны устройств, при этом каждое из эмитирующих электроны устройств представляет собой эмитирующее электроны устройство по любому из пп.1-5, 8-10 и 13-15.

19. Панель отображения, содержащая множество эмитирующих электроны устройств и светоизлучающий элемент, который излучает свет в ответ на облучение электронами из эмитирующих электроны устройств, при этом каждое из эмитирующих электроны устройств представляет собой эмитирующее электроны устройство по любому из пунктов 6, 11 и 16.

20. Панель отображения, содержащая множество эмитирующих электроны устройств и светоизлучающий элемент, который излучает свет в ответ на облучение электронами из эмитирующих электроны устройств, при этом каждое из эмитирующих электроны устройств представляет собой эмитирующее электроны устройство по любому из пунктов 7, 12 и 17.

21. Система отображения информации, содержащая схему обработки информации, в которую поступает информационный сигнал, и панель отображения по п.18, которая отображает информацию, содержащуюся в информационном сигнале.

22. Система отображения информации, содержащая схему обработки информации для приема информационного сигнала и панель отображения по п.19, которая отображает информацию, содержащуюся в информационном сигнале.

23. Система отображения информации, содержащая схему обработки информации для приема информационного сигнала и панель отображения по п.20, которая отображает информацию, содержащуюся в информационном сигнале.



 

Наверх