CN1238548A - 制造电子发射器件及含该器件的电子源和成象装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制造电子发射器件的方法，电子发射器件包括一对电极和位于电极之间并含有电子发射区的导电薄膜，其特征在于包括对含有间隙的导电薄膜在含有一种或一种以上有机物以及具有由通式XY(其中X和Y分别表示氢原子和卤素原子)表示的成分的气体的环境中施加电压的步骤。

Description

制造电子发射器件及含 该器件的电子源和成象装置的方法
本申请是申请日1995年8月29日、申请号95116828.2、发明名称为“电子发射器件、电子源和图象形成装置及其制造方法”申请的分案申请。
本发明涉及一种制造电子发射器件的方法及制造包括所述电子发射器件的电子源和图象形成装置例如显示装置或曝光装置的方法。
已知的电子发射器件有两类：热阴极型和冷阴极型。其中，冷阴极发射型包括场发射型(以后称为FE型)器件，金属/绝缘层/金属型(以后称为MIM型)电子发射器件以及表面传导电子发射器件。FE型器件的例子包括由W·P·Dyke &W·W·Dolan提出的那些，参见“Field emission”,Advancein Electron Physics,8,89(1956)，以及C·A·Spindt,“PHYSICAL Properties of thin-film field emission cathodes withmolydenum cones”J·Appl.Phys.,47,5284(1976)。
欧洲专利申请EP0609532 A1是FE型器件的一个例子。它具有金钢石状的炭层，在该层发射侧中形成有电有效狭缝，起微小电子发射器作用。有缺点是工艺复杂，效率不高。
MIM器件的例子在一些论文中披露了，其中包括C·A·Mead,“The tunnel-emission amplifier”,J·APPL.Phys.,32,646(1961)。
表面传导型电子发射器件的例子包括由M·I·Elinson提出的那些，见Radio Eng.Electron Phys.,10(1965)。
表面传导型电子发射器件是利用这样一种现象实现的，即当在平行于在基片上形成的小的薄膜的膜面通以电流时，则有电子从膜中发出。虽然Elinson提出使用SnO2薄膜制造这类器件，但也有人提出了使用Au薄膜，见〔G·Dittmer:“Thin Solid Film”,9,137(1972)〕。而使用In2O3/SnO2以及碳薄膜也分别在〔M·Hartwell and C·G·Fonstad:“IEEE Trans.SD conf.”,519(1975)〕以及〔H·Araki et al.:“Vacuum”,Vol.26,NO.1,P.22(1983)〕中分别讨论过。
图33示意地说明由M·Hartwell提出的典型的表面传导电子发射器件。在图33中，标号1是基片，标号4是导电薄膜，一般由借助于溅射生成H形金属氧化物薄膜来制备，其中的一部分当经过以后要说明的称为“激发成形”(energization foming)的电激发处理时，最后形成电子发射区5。在图33中，隔开一对器件电极的金属氧化膜的薄的平面区域具有0.5至1〔mm〕的长度L以及0.1〔mm〕的宽度W。
通常，在表面传导电子发射器件中，借助于使导电薄膜4经受电激发预处理形成电子发射区5，这称为“激发成形”。在激发成形处理中，在给定的导电薄膜的相对端，施加恒定的直流电压或一般以1V/分的速率缓慢上升的直流电压，从而使膜局部破坏、变形或转化，因而形成电子发射区5，它具有高电阻。这样，电子发射区5就是导电薄膜4的一部分，它一般含有一个间隙或几个间隙，从而可以从间隙中发射电子。
在激发成形处理之后，电子发射器件经受“激活”处理，这时，碳与/或一种或多种碳化物的膜(碳膜)被形成在电子源的间隙附近，以便改善器件的电子发射性能。这种处理一般借助于在含有一种或多种有机物的环境中对器件施加脉冲电压进行，使碳与/或一种或多种碳化物可以淀积在电子发射区附近。注意，淀积的碳膜主要在导电薄膜的阳极侧，在阴极侧即使有的话，也极少。在某些情况下，可以对电子发射器件进行“稳定”处理，以便阻止碳与/或一种或多种碳化物过量地淀积，使器件在电子发射操作中表现出稳定的性能。在稳定处理中，任何已被器件的边缘区域吸收的有机物以及剩余在环境中的有机物被除去。
要使表面传导电子发射器件在实际应用中满意地工作，它必须满足若干要求，其中包括，它应呈现大的发射电流Ie，以及高的发射效率η(=Ie/If，其中If是流过两个器件电极之间的电流。叫作器件电流)，它必须在长期使用之后，还能稳定地发射电子，当电压加到器件上(两个器件电极之间和器件与阳极之间)时，应该观察不到电气放电现象。
虽然电子发射器件的性能受若干因素的影响，但本发明人已经发现，电子发射器件的性能极大程度上和在激活处理中在电子发射间隙及其附近形成的碳膜的形状和分布以及激活处理进行的条件有关。
因此，本发明的目的在于，提供一种制造电子发射器件的方法，使所述电子发射器件具有良好的电子发射性能。
本发明电子发射器件的方法包括，电子发射器件包括一对电极和位于电极之间并含有电子发射区的导电膜，其特征在于包括对含有间隙的导电膜在含有一种或一种以上有机物以及具有由通式XY(其中X和Y分别表示氢原子和卤素原子)表示的成分的气体的环境中施加电压的步骤。
图1A、1B是根据本发明的平面型表面传导电子发射器件的示意图。
图2是拉曼光谱分析的结果。
图3是按照本发明的台阶状表面传导电子发射器件的示意侧视图。
图4A至4D是按照本发明在不同制造步骤中的平面型表面传导电子发射器件的示意侧面图。
图5A、5B示意地表示可用于本发明的三角脉冲电压波形。
图5A、5B示意地表示可用于本发明的三角脉冲电压波形。
图6A、6B示意地表示可用于本发明的矩形脉冲电压波形。
图7是用来确定电子发射器件的电子发射性能的计量系统的方块图。
图8是电子发射器件或电子源的器件电压和器件电流之间以及器件电压和发射电流之间关系的曲线。
图9是矩阵连线型电子源的示意的局部平面图。
图10是按照本发明的并且包括矩阵连线型电子源的图象形成装置的示意的局部剖开透视图。
图11A、11B是按照本发明的图象形成装置的面板的荧光膜的两种可能的结构图。
图12是可以应用本发明的一种图象形成装置的驱动电路方块图。
图13是梯形连线型电子源的示意的平面图。
图14是按照本发明的包括梯形连线型电子源的图象形成装置的局部剖开的示意的透视图。
图15示意地说明通过TEM观察到的点阵图象。
图16示意地说明通过TEM观察到的类似石墨的膜片。
图17是在例1中获得的表面传导电子发射器件的示意的侧视图。
图18是在例2中获得的表面传导电子发射器件的示意的侧视图。
图19是在对照例1中获得的表面传导电子发射器件的示意的侧视图。
图20是按照本发明的用来制造图象形成装置的设备的示意的方块图。
图21是用拉曼激光光谱分析仪获得的石墨膜的晶体分布图。
图22是对照例5中获得的表面传导电子发射器件的示意的侧面图。
图23是通过TEM观察到的例8到例11的石墨膜的示意图。
图24A在例8、9中获得的表面传导电子发射器件的示意的侧视图，
图24B是在例10中获得的表面传导电子发射器件的示意的侧视图。
图25是在例11中获得的表面传导电子发射器件的示意的侧视图。
图26是在例21中获得的表面传导电子发射器件的示意的侧视图。
图27是矩阵连线型电子源的示意的局部平面图。
图28是沿图27中线28-28取的电子源的局部示意的截面图。
图29A到29H是按照本发明在不同制造步骤中的矩阵连线型电子源的示意的局剖截面图。
图30是按照本发明的矩阵连线型电子源的示意的平面图，说明其“公共”连接的用于“激发成形”的Y方向引线。
图31是按照本发明的图象形成装置的方块图。
图32A至32C是按照本发明在不同制造步骤中的梯形连线型电子源的示意的局部平面图。
图33是常规的表面传导电子发射器件的示意的平面图。
图了本发明的目的，石墨结晶的性质和数量借助于透射电子显微镜通过观察试样的晶格并进行拉曼光谱分析来确定。在以后将要说明的例子中，使用激光拉曼光谱仪，它配备有Ar激光的激光源，其波长为514.5nm，在试样上产生的光点直径为大约1μm。当激光点位于被试验的电子发射器件的电子发射区附近时，观察到了散射光，获得的光谱在1.335cm-1(P1)附近和在1.580cm-1(P2)附近具有峰值。从而证明碳膜的存在。所获得的光谱采用高斯型峰值分布曲线被复制。在1.490cm-1附近存在第三峰值。每种试样的石墨的微粒大小可通过比较在峰值处光的强度进行估计，在这些例子中，所估计的石墨微粒的大小和通过TEM观察获得的结果很好地吻合。
P2峰值可归因于石墨结构中发生的电子跃迁现象，而P1峰值则是由石墨晶体中的畸变产生的。虽然在理想的石墨单晶中只有P2峰值是应该能观察到的，但当石墨的结晶的微粒很小与/或石墨的晶格有缺损时，也出现P1峰值并且成为可观察到的。当石墨结晶度(crystallinity)减少时，P1峰值增加，并且如果石墨晶体结构的周期性受到干扰峰值的半宽也增加。
因为用于本发明目的的石墨膜不一定由理想的单晶石墨制成，一般可以观察到P1峰值，并且峰值的半宽可有效地用于石墨晶体的定量估计。如以后要详细说明的，大约150cm-1的值似乎是本发明电子发射器件的电子发射稳定性的一个限制。为使按照本发明的电子发射器件合适地操作，必须或者使半宽小于150cm-1或者P1峰值必须足够低。
满足上述要求的电子发射器件具有如下的效果。
电子发射器件随时间而产生的电子发射性能的降低主要是由于不希望的碳膜的淀积物的增加或减少而引起的。
这种不希望的淀积物的增加可借助于从器件被驱动操作的环境中除去任何碳化合物来进行抑制。以前被称为“稳定处理”的一种处理主要是为实现无碳化合物的环境而进行的。
虽然有许多理由都可引起碳淀积物的减少，但其中的主要原因是碳膜逐渐被剩留在器件周围环境中的O2与/或H2O所腐蚀。因此，也需要从环境中除去这些气体。
电子发射器件的电子发射性能也受由于限定电子发射区的间隙的导电薄膜的相对端逐渐相互回缩而使间隙变宽的影响。已经发现，这种现象可以借助于在导电薄膜的所述端的每一端形成碳膜而在某种程度上得到抑制，并且，如果碳膜由高结晶度的石墨制成，则抑制间隙变宽的效果相当显著。
上述效果也可以借助于在电子发射器件的间隙的阳极和阴极侧端部形成石墨膜达到。注意，石墨必须呈现上述限定的结晶度的程度。还应当注意，如果电子发射器件经过普通的稳定处理，则只在间隙的阳极侧端部、而不在阴极侧端部形成碳膜。相应地，在间隙的阴极侧导电膜膜的端部会逐渐地回缩，因而电子器件被长期使用时，会出现变宽的间隙。除非在间隙的每一端部都形成石墨膜，这种现象才能完全抑制。至于对器件的电性能的影响，会使漏电流因而也使器件的器件电器流If可能被减小。与此同时，器件的电子发射电流Ie可以借助于在激活处理中施以相当高的电压来增加，因而可以实现相当高的电子发射效率η=Ie/If。
现在，当在器件电极之间与/或器件和阳极之间施加电压时，会出现电气放电现象，这可以使电子发射器件被破坏。因此，应该彻底抑制这种现象。虽然当器件周围的气体分子被离子化时可以发生电气放电，但正常情况下器件周围的气体压力太低也不能发生电气放电。因此，如果当器件被驱动操作时发生电气放电，就意味着在器件周围某处由于某种原因已经产生气体。在可能的气体源中，最重要的一个是在激活时在器件上淀积的碳膜。当然，因为处于器件的电子发射区的间隙内的碳膜总是暴露在焦耳热中，并可被电子碰撞，但在正常情况下没有电离的气体。
在另一方面，器件的电子发射区的间隙外边的碳膜可能含有逗留在石墨晶粒周围空间内的氢，并且，如果膜用无定形碳或碳化物制成，就可能含有氢为其一种成分，这最终要作为碳氢气体释放出来。虽然在电子发射器件上可能发生的电气放电现象至今还没有完全的解释，但根据上述的理解，通过采用合理的措施，可得到的满意的抑制。
更具体地说，按照本发明的电子发射器件，在间隙中可以包括具有所要求的结晶度的石墨膜，并且在间隙外部，基本上不包括碳膜，以便避免电气放电现象。
如果在表面传导电子发射器件的导电薄膜的电子发射区的间隙的外面存在可能的气体源，从器件发出的并朝向设置在器件外面的阳极的电子可以部分地被器件阳极吸引，并进入间隙，局部地和间隙内剩余的气体碰撞，从而产生正离子并被器件的阴极吸引。最终的结果是，碳膜产生气体，最后发生电气放电现象。
因此，如果导电薄膜除去间隙外面的任何碳膜，则可以有效地抑制气体发生从而抑制电气放电的发生。事实上，本发明人采取的除去电子发射区间隙外面的碳膜的措施已被证明非常有效，这在后面详述。
按照本发明的表面传导电子发射的器件可以有各种不同的构形，从而清除电气放电现象。更具体地说，可以借助于改善存在于电子发射器件的电子发射区的间隙外面的碳膜的结晶性来有效地抑制电气放电现象。
应当注意，上述的任何构形也可以改善本发明的表面传导电子发射器件的电子发射性能。
现在说明按照本发明的表面传导电子发射器件的制造方法。
图1A、1B是按照本发明的平面型表面传导电子发射器件的示意图。其中图1A是平面图，图1B是截面图。
由图1A、1B可见，器件包括基片1，一对器件电极2、3，导电薄膜4，和电子发射区5，其上形成有间隙。
可用作基片1的材料包括石英玻璃；含有杂质例如Na的玻璃，以便减小浓度；碱玻璃；借助于溅射在碱玻璃上形成SiO2层的玻璃基片；陶瓷基片，例如氧化铝。
虽然相对设置的器件电极2、3可以由任何高电导率的材料制成，最好的材料包括：Ni,Cr,Au,Mo,W,Pt,Ti,Al,Cu以及Pd和它们的合金；由从Pd,Ag,RuO2,Pd-Ag以及玻璃中选取的金属或金属氧化物制成的可印刷的导电材料；透明的导电材料如In2O3-SnO2和半导体材料如多晶硅。
器件电极之间的距离L和器件电极的长度W，导电膜4的外形以及其它的用来设计本发明的表面传导电子发射器件的因素，可根据器件应用情况确定。分开器件电极2、3的距离L最好在几百nm到几百mm之间，根据施加在器件电极上的电压以及可以发射电子的电场强度，可设计为几mm和几十mm之间。
器件电极2、3的长度W，根据器件的电极电阻以及电子发射特性，最好在几mm和几百mm之间。器件电极2、3的膜厚在几十nm和几mm之间。
按照本发明的表面传导电子发射器件可以具有不同于图1A、1B所示的构形，并且可以借助于在基片1上层迭含有电子发射区的薄膜4，然后在薄膜上层迭一对相对放置的器件电极2、3来制备。
为了提供优良的电子发射特征，导电薄膜4最好是细微粒膜。导电膜4的厚度根据导电膜4在器件电极2、3上的台阶覆盖要求、器件电极2、3之间的电阻以及后面要说明的成形操作的参数和其它因素确定，最好在十分之一nm和几百nm之间，更好在1nm到50nm之间。导电膜4一般呈现的每单位表面积的电阻Rs为102和107Ω/cm2之间。注意Rs是由R=Rs(1/W)限定的电阻，这里t,w和1分别是薄膜的厚度，宽度和长度。还要注意，虽然成形处理对于本发明的目的以激发成形处理进行说明，但并不限于此，可以从若干不同的物理的或化学的方法中选择，利用这些方法，可以在薄膜内形成间隙，从而形成高电阻区。
导电薄膜4由从金属例如Pd,Ru,Ag,Au,Ti,In,Cu,Cr,Fe,Zn,Sn,Ta,W和Pd，氧化物如PdO3,SnO2,In2O3,PbO,Sb2O3，硼化物如HfB2,ZrB2,LaB6,YB4和GdB4，碳化物如TiC,ZrC,HfC,TaC,SiC，和WC，氮化物如TiN,ZrN和HfN，半导体例如Si和Ge以及碳中选取的材料的细微粒制成。
术语“细微粒膜”指的是由大量细微粒构成的薄膜，细微粒可以松散地分布着，紧密地排列着或相互随机地迭放着(在某种条件下形成岛结构)。
对于本发明的目的所用的细微粒的直径在十分之一nm和几百nm之间，最好在1nm和20nm之间。
因为这里要经常使用术语“细微粒”，下面对它进行详细说明。
小的微粒被称作“细微粒”，比细微粒更小的微粒叫作“超细微粒”比超细微粒更小的且由几百原子构成的微粒叫做“原子团”。
不过，这些定义并不是严格的，每个术语的范围可随微粒所涉及的具体方面而改变。“超细微粒”可以被简单地称作“细微粒”，象本申请就是如此。
在“The Experimental Physics Course No.14:Surface/FineParticle”(ed.Koreo Kinoshita；Kyoritu Publication,September1,1986)中描述道：
“此处使用的细微粒指的是其直径大约在2至3μm之间的微粒，超细微粒指的是直径大约在10nm和2至3nm之间的微粒。不过，这些定义并不是绝对的，超细微粒也可以简单地称为细微粒。因此，这些定义总之是一种经验法则。由两个到几百个原子构成的微粒称作原子团”见(Ibid.,P.195,11.22-26)。
此外，在“the New Technology Development Corporation”的“Hayashi′s Ultrafine Particle Project”对“超细微粒”作了如下定义，对这种微粒大小使用了更窄的限制。
在“The Creative Science and Technology Promo-tingScheme”,“The Ultrafine Particle Project(1981-1986)中定义超细微粒为直径大约在1和100nm之间的微粒。这意味着超细微粒是一种大约100至108个原子的团块。从原子的观点看来，超细微粒是一种巨大的或超巨大的微粒”见(Ultrafine Particle-Creative Science and Technology:ed.,Chikara Hayashi,RyojiUeda,Akira Tazaki；Mita Publication,1988,P.2,11.1-4)“小于超细微粒的或包括几个到几百个原子的微粒一般称为原子团”见(Ibid.,P.2,11.12-13)。
考虑上述的一般定义，这里使用的术语“细微粒”指的是大量原子与/或分子的团块，其直径的下限在0.1nm和1nm之间，上限为几个mm。
电子发射区5是导电薄膜4的一部分，并包括高电阻的间隙，其性能取决于导电薄膜4的厚度和材料，以及后面要说明的激发成形处理。电子发射间隙5的间隙内可以含有直径在1nm的十分之几到几十nm之间的导电的细微粒。这种导电的细微粒可以包含制备薄膜4所用的部分或全部材料。石墨膜6被设置在电子发射区5的间隙内。
现在说明按照本发明的具有另一种外形的或台阶形表面传导电子发射器件。
图3是可以应用本发明的台阶型表面传导电子发射器件的示意的截面图。
在图3中，和图1A、1B中相同的部分用相同的标号表示。标号7表示形成台阶的部分。器件包括基片1，一对器件电极2、3，以及包含具有间隙的电子发射区5的导电薄膜4，它由和上述平面型表面传导电子发射器件相同的材料制成，以及形成台阶的部分7，它由绝缘材料例如SiO2制成，采用真空淀积、印刷或溅射形成，并具有相当于上述的分开平面型电子发射器件的器件电极的距离L的膜厚，或在几百nm和几十mm之间的膜厚。最好其膜厚在几十nm和几mm之间，虽然这根据形成台阶部分的制造方法、施加于器件电极以及适合于发射电子的电场强度而选择。
因为包括电子发射区的导电薄膜4在器件电极2、3和形成台阶部分7之后被形成，它最好迭放在器件电极2、3上。虽然图3中电子发射区5被形成在形成台阶的部分7中，但其位置和形状取决于它的制备条件、激发成形条件和其它有关条件，并不受图中所示的限制。
虽然表面传导电子发射器件可以用各种合适的方法制造，但还是在图4A至4D中给出了一种典型的方法。
现在参照图1A、1B以及4A到4D说明本发明的制造平面型表面传导电子发射器件的制造方法。
在图4A到4D中，和图1A、1B中相同的部分用相同的标号表示。
1)在用洗涤剂和纯水对基片1进行彻底清洗之后，借助于真空淀积、溅射或某些其它合适的技术在基片1上淀积上形成一对电极2、3的材料，然后通过光刻(Photolithography)形成器件电极2、3(图4A)。
2)在具有器件电极2、3的基片1上借助于涂敷有机金属溶液并使其保留一定时间，形成有机金属薄膜。有机金属溶液可以含有上述所列的用于导电薄膜4的任何金属作为其主要成分。然后，有机金属薄膜被加热、烘烤，接着使用合适的技术例如除去(lift-off)或刻蚀进行成形操作，从而形成导电薄膜4(图4B)。虽然有机金属溶液被用来产生上述的薄膜，但导电薄膜4也可以用真空淀积、溅射、化学汽相淀积、扩散、浸渍、旋转或某些其它技术形成。
3)此后，器件电极2、3进行称作“成形”(forming)的处理。这里选择激发成形进行说明。更具体地说，器件电极2、3借助于电源(未示出)进行电激发，直到具有间隙的电子发射区5在导电薄膜4的给定区域上产生为止，它表现出不同于导电薄膜4的被改变过的结构(图4C)。图5A、5B表示可用来进行激发成形的两种不同的脉冲电压。
被用来进行成形的电压最好具有脉冲波形，可以连续地施加具有恒定高度或恒定峰值的电压，如图5A所示，也可施加具有不断增加的高度或峰值的电压，如图5B所示。
在图5A中，脉冲电压具有脉宽T1和脉冲间隔T2，它们一般分别在1μsec.和100msec.之间。三角波的高度(用于激发成形操作的峰值电压)可根据表面传导器件的构形合适地选择。该电压一般施加几十分钟。不过要注意，脉冲波形不限于三角波，也可以使用矩形或其它波形。
图5B示出了一种脉冲电压，其脉冲高度随时间增加。在图6B中，脉冲电压具有宽度T1和脉冲间隔T2，它们基本上与图6A的相同。三角形波的高度(用于激发成形操作的峰值电压)例如以每步0.1V的速率增中。
当足够低的从而不使导电薄膜4发生局部破坏或变形的电压施加到器件上时，在脉冲电压的间隔T2期间，借助于测量流过器件电极的电流来结束激发成形操作。一般地，当对器件电极施加大约0.1V的电压时，对于流过导电薄膜4的器件电流所观察到的电阻大于1MΩ时，则结束激发成形操作。
4)在激发成形操作之后，对器件进行激活(activation)处理。
在激活处理中，可以在真空环境下对器件反复施加脉冲电压。在这处理中，在真空环境中以非常低的浓度存在的有机物中包含的碳或碳化物被淀积在器件上，从而引起器件电流If和器件的发射电流Ie的显著的改变。进行活化处理时一般观察着器件电流If和发射电流Ie，当发射电流Ie达到饱和值时则结束处理。
所述的环境可利用由油扩散泵和旋转泵抽空真空后在真空室内剩下的有机气体产生，或借助于离子泵把真空室完全抽空之后，再在真空室内引入有机物质的气体产生。有机物的气体压力根据要处理的电子发射器件的构形、真空室的构形、有机物的类型以及其它因素确定。可用于活化处理的有机物包括脂族的碳氢化合物，例如烷烃、烯烃和炔，芳香族的碳氢化合物，醇类，醛类，酮类，胺类，有机酸例如酚，碳酸和磺酸。具体的例子中包括饱和的碳氢化合物，其一般分子式。为CnH2n+2，例如甲烷、乙烷和丙烷，由通式CnH2n表示的非饱和碳氢化合物，如乙烯，丙烯，苯，甲苯，甲醇，乙醇，甲醛，乙醛，丙酮，甲基乙基酮，甲胺，乙胺，酚，甲酸，乙酸和丙酸。
如图6B所示的矩形脉冲电压可用作在激活处理中施加到器件上的脉冲电压。
可以有若干方法用来在电子发射区的间隙内形成石墨膜。
第一种方法是，在激活处理结束后，对器件进行刻蚀操作，以便除去碳膜的不需要的部分。
刻蚀操作借助于在含有对碳有腐蚀作用的气体的环境中，对器件施加电压来进行。
具有腐蚀效果的气体一般由通式XY表示(X和Y代表H原子或卤素原子)。在激活处理中通过淀积获得的碳膜，由腐蚀气体腐蚀，其速率取决于碳的结晶性。在电子发射区间隙的外面，碳膜被大部分腐蚀掉，因为它主要由石墨晶体、无定形碳和一种或一种以上含氢的碳化物和其它原子组成，因此，碳膜只留在间隙内部。即使在间隙内部，结晶差的部分也被腐蚀掉，从而仅使高度结晶的石墨膜6留下(图4D)。据推测当从电子发射器件发出的电子碰撞气体的分子时腐蚀气体产生氢基(radical)或其它基。
用第二种方法，腐蚀操作和激活处理并行地进行。这可通过在用于进行激活处理的真空室内同时地或交替地引入腐蚀气体例如氢气或有机物质来进行。腐蚀操作可以从激活处理一开始就开始，或在激活处理的中间的某个时刻开始。在腐蚀处理期间，可以加热基片。
如果用这第二种方法时有低结晶的碳膜形成，它可立即被除去，从而使得只允许生成高结晶的石墨膜生成，虽然，不象第一种方法，石墨也可以在间隙外面形成(见图24A)。
利用第三种方法，如图6A所示的双极性脉冲电压作为激活脉冲电压。用这种方法，碳膜被淀积在电子发射区的间隙的两侧(见图24B)。然后，不用任何腐蚀操作，在间隙中的碳膜将形成高结晶的石墨膜。碳膜不单从阳极侧生成而从间隙的两侧生成的现象可能是由于由所加电压产生的强电场所致，因为在上述两种方法中都没有观察到这种现象。注意，在腐蚀操作期间，基片可被加热，并且脉冲电压的正的高度和宽度可以等于或不等于负的高度和宽度，并可根据器件的应用选取适当的值。
第三种方法可以和第一或第二种方法一样被使用。
5)在激发成形处理和激活处理中处理过的电子发射器件，最好再经过稳定处理。这是一种用于除去真空室内剩余的有机物的处理。用于这一处理的抽真空和排空设备最好不涉及油，这样便不会产生在处理期间对被处理的器件的性能有不利影响的被蒸发的油。因而，最好选用吸附泵和离子泵。
如果用油扩散泵和旋转泵进行激活处理，并且由油产生的有机气体也被利用的话，则有机气体的局部压力必须用任何措施使其减到最小。在真空室内有机气体的局部压力最好低于1×10-6Pa，低于1×10-8Pa更好，如果没有碳或碳化物沉积的话。真空室最好被整个加热后抽空，从而使由真空室的内壁和在室内的电子发射器件中吸收的有机分子被容易地除去。虽然在大多数情况下真空室最好被加热到80到250℃5小时以上，根据真空室的大小和构形以及在室内的电子发射器件的构形和其它因素，可以选择其它加热条件。真空室内的压力需要尽量低，最好低于1至4×10-5Pa，低于1×10-6Pa更好。
在稳定处理之后，用来驱动电子源或电子发射器件的环境最好和完成稳定处理时的一样，虽然可以使用较低的压力而不破坏电子发射器件或电子源操作的稳定性，如果在室内的有机物质被充分除去的话。
借助于使用这样一种环境，则可以有效地抑制任何碳或碳化物的额外沉积的形成，从而稳定器件电流If和发射电流Ie。
通过上述处理制备的可应用本发明的电子发射器件的性能参照图7和图8进行说明。
图7是包括用于上述处理的真空室的一种装置的示意的方块图。它可以用作确定所考虑类型的电子发射器件的性能的测量系统。由图7可见，测量系统包括真空室15和真空泵16。电子发射器件被放在真空室15中。器件包括基片1，一对器件电极2、3，薄膜4和具有间隙的电子发射区5。此外，测量系统具有电源11，用来向器件提供器件电压Vf，安培表10，用来测量通过器件电极2、3之间的薄膜4的器件电流If，阳极14，用来捕捉从器件的电子发射区发射的电子产生的发射电流Ie，高压电源13，用来对计量系统的阳极提供电压，以及另一个安培表12，用来测量由从器件的电子发射区5发出的电子形成的发射电流Ie。为了确定电子发射器件的性能，对阳极施加1到10KV之间的电压，阳极距离电子发射器件的距离H在2和8mm之间。
包括真空计和其它用于测量系统的设备在真空室15内这样设置，使得可以合理地测试在室内的电子发射器件或电子源的性能。真空泵16具有普通的高真空系统，其中包括涡轮泵和旋转泵或具有无油的高真空系统，其中包括无油泵如磁悬浮涡轮泵和干泵，以及包括离子泵的超高真空系统。
图8所示为借助于图7的测量系统观察到的器件电压Vf和器件电流If之间的示意的关系曲线。注意，对于图8中的电流Ie和If的不同单位是任意选取的，这是因为Ie的大小比If小得多。还要说明的是，纵轴和横轴的刻度都是线性的。
由图8可见，按照本发明的电子发射器件，根据发射电流Ie具有三个显著的特征，现分别说明如下。
(ⅰ)首先，按照本发明的电子发射器件，当施加在其上的电压超过某一值时(该值以后叫做门限电压，在图8中用Vth表示)，发射电流Ie急剧增加，而当施加的电压低于电压Vth时，则实际上检测不到发射电流Ie。换句话说，按照本发明的电子发射器件是一种对于发射电流Ie有明显的门限电压Vth的非线性器件。
(ⅱ)第二，因为发射电流Ie极大地依赖器件电压Vf，则前者可以被后者有效地进行控制。
(ⅲ)第三，由阳极14捕捉到的所发出的电气电荷取决于器件电压Vf施加时间的长短。换句话说，由阳极14捕捉到的电荷量可借助于器件电压Vf施加时间的长短有效地进行控制。
因为上述显著的特征，便可以理解，包括多个按照本发明的电子发射器件的电子源的电子发射行为，因而也是含有这种电子源的图象形成装置的电子发射行为，可以容易地根据输入信号进行控制。因此，这种电子源和图象形成装置可以得到广泛应用。
在另一方面，器件电流If相对于器件电压Vf单调地增加(如图8中实线所示，以后称为“MI特性”)或呈现一种受电压控制的负阻特性(以后称为“VCNR特性”)。器件电流的这些特性，取决于若干因素，其中包括制造方法，测量条件以及操作器件的环境。
现在，对于可应用本发明的电子发射器件的某些用途的例子进行说明。
借助于在基片上排列多外按照本发明的电子发射器件可以形成电子源并因而形成图象形成装置。
可以用若干不同的方式把电子发射器件排列在基片上。
例如，若干个电子发射器件可沿一个方向并排地排列(以后叫作行方向)，每个器件被在其相对端的引线连接着，并借助于沿垂直于行方向(以后称为列方向)设置在电子发射器件上方的空间内的控制电极(以后称为栅极)进行驱动操作，从而形成一种梯形排列。另外，多个电子发射器件可以沿X方向排列成行，并且沿Y方向排列成列，从而形成矩阵，其中X和Y方向相互垂直，在同一行上的电子发射器件通过每个器件电极中的一个连到公共的X方向引线上，而在同一列的电子发射器件通过每个器件电极的另一个电极被连到公共的Y向引线上。这后一种排列叫作单矩阵排列。现在详细说明单矩阵排列。
根据上述可应用本发明的表面传导电子发射器件的三个基本特征(ⅰ)到(ⅲ)来看，可以借助于控制加于器件相对电极上的大于门限电压的脉冲电压的高度和宽度来控制电子发射。另一方面，在低于门限电压时，器件实际上不发射电子。因此，不管在装置中所排列的电子发射器件的数量，所需的表面传导电子发射器件可以被选择，并通过对每个所选的器件施加脉冲电压，响应输入信号控制电子发射。
图9是为了说明上述特征的借助于把可应用本发明的多个电子发射器件排列在基片上而实现的电子源的示意的平面图。在图9中，电子源包括基片21,X向引线22,Y向引线23，表面传导电子发射器件24，和连线25。表面传导电子发射器件可以是上述的平面型的或台阶型的。
其中有总共为m条X向引线22，用DX1,DX2,……,DXm表示，它们通过真空淀积、印刷或溅射生成的导电金属制成。这些引线根据材料、厚度和宽度如此设计，使得在表面传导电子发射器件上可以施加基本上相等的电压。还具有总数为n的Y向引线，用DY1,DY2,……DYn表示，它们在材料、厚度和宽度上和X向引线相同。在m条X向引线和n条Y向引线之间设置内部绝缘层(未示出)，从而使它们相互电气绝缘。(m和n是整数)。
内部绝缘层(未示出)一般由SiO2制成，并且形成在绝缘基片21的局部或全部上，借助于真空淀积、印刷或溅射呈现所需的形状。内部绝缘层的厚度、材料和制造方法被如此选择，使其经受得住任何一根X向引线和任何一根Y向引线交叉处其间的电位差。每条X向引线和每条Y向引线被引出，从而形成外部端子。
每个表面传导子发射器件24的相对设置的电极(未示出)借助于用导电金属制成的各自的连线25连接到相关的一条X向引线和相关的一条Y向引线上。
器件电极的导电的金属材料以及从m条X向引线22和从n条Y向引线23伸出的连线25的导电金属材料可以相同或合有共同元素作为一种成分。此外，它们也可以互不相同。这些材料一般可从上述用于器件电极的材料中合适地进行选择。如果器件电极和连线由同一种材料制成，它们可以统称为器件电极而无须再识别所述的连线。
X向引线22被电气地连接在扫描信号施加装置上(未示出)，以便对所选行的表面传导电子发射器件24施加扫描信号。另一方面，Y向引线23被电气地连接到调制信号发生装置上(未示出)，以便对所选列的表面传导电子发射器件24提供调制信号，并按照输入信号调制所选的列。注意，被施加到每个表面传导电子发射器件上的驱动信号是扫描信号和施加于器件的调制信号之间的电压差。
利用这种设置，借助于单矩阵连线布置，可以选择并驱动每个器件，进行独立地操作。
现在，参照图10,11A,11B和12说明包括具有上述单矩阵布置的电子源的图象形成装置。
图10是图象形成装置的示意的局部剖开的透视图，图11A、11B是说明可以用于图10的图象形成装置中的两种可能的荧光膜的构形的示意图，而图12是操作NTSC电视信号的图10的图象形成装置的驱动电路的方块图。
参照图10说明图象形成装置显示屏的基本构形，它包括：上述类型的电子源基片21，其上具有多个电子发射器件；刚性地保持电子源基片21的后板31；面板36，它借助于在玻璃基片33的内表面上迭放荧光膜34和金属垫层35制成；以及支撑框架32，借助于熔融玻璃把后板31和面板36连结在其上。标号37代表壳体，它在空气中或氮气中加热到400至500℃10分钟以上，然后被气密性地密封。
在图10中，标号24代表电子发射器件，标号22、23分别代表与每个电子发射器件的各个器件电极相连的X向引线和Y向引线。
虽然在上述实施例中壳体37由面板36、支撑框加32和后板31构成，但是如果基片21本身的强度足够大，则可以把后板取消，因为后板31主要用来加固基片21。在这种情况下，就不需要单独的后板31，并且基片21可以直接地连接在支撑框架32上，这样，壳体37就由面板36、支撑框架32和基片21构成。在面板36和后板31之间，可以设置若干个称为衬垫的支撑件(未示出)，来增加壳体37的总体强度。
图11A、11B示意性地说明荧光膜的两种可能的布置。虽然荧光膜34只包括一种荧光体，如果显示屏被用来显示黑白图象的话。但为了显示彩色图象，它需要包括黑的导电的构件38以及几种荧光体39，其中前者被称作黑条或黑色阵列，根据荧光体的布置而定。黑条或黑色阵列构件是为彩色显示屏而设置的，使得三种不同原色的荧光体39具有较小的可分辨性，并且借助于把背景区域变黑，使得减少外部光使显示图象的对比度减少的不利影响。虽然一般使用石墨作为黑条的主要成分，但也可以使用其它具有低的光透射性和反射性的材料。
不管黑白或彩色显示，通常用淀积或印刷技术在玻璃基片上施以荧光材料。在荧光膜34的内表面，设置有普通金属垫层35。提供金属垫层35是为了借助于使从荧光体发出的并向着壳体内部的光线朝向面板返回，从而增加显示屏的亮度，它被用作施加加速电子束的加速电压的电极，并保护荧光体当由壳体内产生的负离子碰撞时不致引起破坏。借助于把荧光膜的内表面弄平(在一般称为“成膜”处理)中，并在形成荧光膜后，通过真空淀积在其上形成Al膜来制备所述金属垫层。
在面向荧光膜34的外表面的面板36上，可以形成透明电极(未示出)，以便增加荧光膜34的传导性。
如果涉及彩色显示在上述的壳体部件连接之前应小心，以便保证每组颜色的荧光体和电子发射器件准确地对准。
在图10中说明的图象形成装置可用下述的方法制造。
壳体37借助于合适的真空泵例如离子泵或不涉及用油的吸附泵被抽空，同时象在稳定处理的情况中一样将壳体加热，直到其内部环境减少到10-5Pa的真空度，并含有足够低的量的有机物时，将其气密性密封。在密封之后，可以进行吸气剂处理，以便维持壳体37内所达到的真空度。在吸气处理中，设置在壳体37预定位置的吸气剂借助于电阻加热器或高频加热器加热，从而通过真空淀积，在壳体37密封前后形成膜，吸气剂一般含有钡为其主要成份，借助于蒸汽淀积膜的吸收作用，可以维持10-4到10-5Pa之间的真空度。在成形处理之后，制造图象形成装置的表面传导电子发射器件的方法可以合适地进行设计，以便满足特定的应用要求。
现在结合图12说明用来驱动显示屏的驱动电路，显示屏包括单矩阵排列的电子源，用来按照NTSC电视信号显示电视图象。在图12中，标号41代表显示屏，另外，该电路包括扫描电路42，控制电路43，移位寄存器44，行存储器45，同步信号分离电路46和调制信号发生器47。图12中的Vx和Va代表直流电压源。
显示屏41通过端子D0x1到D0xm、D0y1到D0ym连接到外部电路和高压端子Hv，其中，端子D0x1到D0xm被用来接收扫描信号，从而按顺序逐行地(N个器件)驱动装置中电子源的行，装置中包括大量表面传导型电子发射器件，它们以M行和N列的形式排列。
另一方面，端子D0y1到D0yn被用来接收调制信号，用来控制由扫描信号选择的行的每个表面传导电子发射器件的输出电子束。高压端Hv由直流电压源Va供给一般为10KV的直流电压，它是以激发所选的表面传导型电子发射器件的荧光体。
扫描电路42以如下方式操作。电路中包括M个开关元件(图中只示出了S1和Sm)，每个开关元件或者输出直流电压源Vx的电压，或者输出O〔V〕(地电位)，并被连接到显示屏41的D0x1到D0xm端子中的一个端子上。每个开关元件S1到Sm根据来自控制电路43的控制信号Tscan进行操作，并由晶体管例如FET构成。
本电路的DC电压源VX被用来输出恒定电压，使得加于不被扫描的器件上的任何驱动电压，由于表面传导电子发射器件的性能(或发射电子的门限电压)要求而减少到小于门限电压的值。
控制电路43协调相关元件的操作，使得可以按照外部输入的电视信号正确地显示图象。它响应来自同步信号分离电路46的同步信号Tsync产生控制信号Tscan、Tsftt和Tmry，对此在下面进行说明。
同步信号分离电路46从外部输入的NTSC电视信号中分离出同步信号和亮度信号，它可用熟知的频率分离(滤波器)电路来实现。虽然由同步信号分离电路46从电视信号中分离出的同步信号包括垂直同步信号和水平同步信号，但为简单起见，这里只简单地用Tsync表示，而不管它的分量信号。在另一方面，从电视信号中抽出的亮度信号作为DATA信号，它被送到移位寄存器44。
移位寄存器44对每第一行的DATA信号进行串/并转换，DATA信号是按照来自控制电路43输入的控制信号Tsft串行地输入移位寄存器的。(换句话说，控制信号Tsft对移位寄存器44作为移位时钟。)对于经过串/并转换的一行的数据(相应于一组用于N个电子发射器件的驱动数据)，作为N个并行信号Id1到Idn从移位寄存器44输出。
行存储器45按照来自控制电路43的控制信号Tmry，以所需要的周期用来存储用于一行的一组数据，即信号Id1到Idn。被存储的数据作为信号I′d1至I′dn输出，并送至调制信号发生器47。
事实上，所述调制信号发生器47是一种信号源，它正确地驱动并调制每个表面传导型电子发射器的操作，它的输出信号通过端子D0y1到D0yn输入到显示屏41中的表面传导型电子发射器件中。
如上所述，可以应用本发明的电子发射器件，根据发射电流Ie具有下列特征。第一，存在明显的驱动电压Vth，只有加在器件上的电压超过Vth时，器件才发射电子。第二，发射电流Ie的值根据大于门限电压Vth的施加电压的改变而改变，虽然Vth值以及施加电压和发射电流之间的关系取决于电子发射器件的材料、构形及制造方法。更具体地说，当脉冲电压加到按照本发明的电子发射器件上时，实际上当施加电压在门限电压以下时，没有发射电流产生，而当施加电压一旦超过门限电压时，就发射电子束。这里应当注意，输出电子束的强度可以借助于改变脉冲电压的峰值Vm进行控制。此外，电子束的电荷总量可借助于改变脉宽Pw进行控制。
这样，可以使用电压调制方法或脉宽调制方法来响应输入信号对电子发射器件进行调制。用电压调制方法，对于调制信号发生器47，使用电压调制型电路，从而使得脉冲状电压的峰值按照输入数据进行调制，这时脉宽保持恒定。
另一方面，利用脉宽调制，对于调制信号发生器47使用脉宽调制型电路，从而可以按照输入数据调制施加脉冲电压的脉宽，这时施加电压的峰值保持恒定。
虽然上面没有具体地说明，但移位寄存器44和行存储器45可以是数字或模拟信号型的，只要串/并转换和电视信号的存储以给定速率进行即可。
如果使用数字型的，同步信号分离电路46的输出信号DATA需要被数字化。不过，这种转换可借助于在同步信号分离电路46的输出端设置一个A/D转换器。显然，根据行存储器45的输出信号是数字信号或模拟信号，可以使用不同的电路作为调制信号发生器47。如果使用数字信号，则对于调制信号发生器47可以使用公知类型的D/A转换器，如果需要，可附加放大电路。对于脉宽调制，调制信号发生器可以使用由高速振荡器、对振荡器产生的脉冲数进行计数的计数器以及用来比较计数器的输出和存储器的输出的比较器组成的电路来实现。如果需要，可增加放大器，用来放大具有调制的脉宽的比较器的输出信号的电压电平到按照本发明的表面传导型电子发射器件所需的驱动电压电平。
在另一方面，如果对于电压调制使用模拟信号，包括公知的运算放大器的放大电路可适用作为调制信号发生器47，如果需要，可加电平移动电路。对于脉宽调制，可利用公知的电压控制型振荡电路(VCO)，如果需要，可加一级放大器，把电压放大到表面传导型电子发射器件的驱动电压的电平。
具有上述结构的按照本发明的图象形成装置，当借助于外部端子D0x1至D0xm以及D0y1至D0yn在电子发射器件上施加电压时，则发射电子。然后，产生的电子束借助于高压端子Hv对金属垫层35或透明电极(未示出)施加高压被加速。被加速的电子最后和荧光膜34碰撞，从而荧光膜34发光形成图象。
上述的图象形成装置的构形仅是可以应用本发明的一个例子，并且可以进行各种改变。这种装置使用的TV信号制式不限于具体的一种，任何制式例如NTSC,PAL或SECAM都可容易地利用。它尤其适用于涉及大量扫描行(典型的是高清晰度TV系统，例如MUSE系统)的TV信号，因为它可被用于包括大量象素的大的显示屏。
现在参照图13、14说明包括多个表面传导型电子发射器件的电子源，所述电子发射器件在基片上以梯形方式排列，并说明包括这种电子源的图象形成装置。
首先参看图13，其中21是电子源基片，24是在基片上的表面传导电子发射器件，26是用来连接表面传导电子发射器件的公共引线Dx1至Dx10。电子发射器件24沿X方向排成行(以后称为器件行)，从而形成包括多个器件行的电子源，每行具有若干器件。每个器件行的表面传导电子发射器件由一对公共引线彼此并联，从而它们可以借助于在一对公共引线上施加合适的电压被独立地驱动。更具体地说，把超过电子发射门限值的电压加于要被驱动发射电子的器件行上，而把低于电子发射门限的电压加于其余的器件行上。此外，任何两个设置在两相邻器件行之间的外部端子可以共用一条公共引线。这样，公共引线Dx2至Dx9中，Dx2和Dx3可以共用一根公共引线来代替两根引线。
图14是示意的透视图，表示含有包括梯形排列的电子发射器件的电子源的图象形成装置。在图14中，显示屏包括：栅极27，每个具有若干供电子通过的孔28；以及一组外部端子D0x1,D0x2,……,D0xm，用29表示；还有另一组外部端子G1,G2,……Gn，用30表示，并被连到各个栅极27上，以及电子源基片21。注意，在图14中，和图10、13中相同的部分用相同的标号表示。这种图象形成装置和图10的单矩阵排列的图象形成装置的不同之处主要在于，图14的装置具有位于电子源基片21和面板36之间的栅极27。
在图14中，条状的栅极27垂直于梯形器件行设置，用来调制由表面传导电子发射器件发出的电子束，每个具有相应于各个电子发射器件的通孔28，供电子束穿过。但是应注意，虽然图14中所示为条状栅极，但其形状和位置并不限于此。例如，它们可以具有网状的孔，位于表面传导电子发射器件周围或接近电子发射器件处。
外部端子29以及作为栅极30的外部端子与控制电路(未示出)电气相连。
具有上述构形的图象形成装置可以借助于逐行地执行驱动(扫描)电子发射器件的操作，从而产生电子束，与此同步，对各行栅极同时施加调制信号，以便形成图象的行，从而使图象逐行地被显示。
这样，按照本发明的具有上述构形的显示装置可以具有广泛的工业和商业上的应用，它可以用作电视广播的显示装置，用作电视会议的终端装置，用作运动与静止图象的编辑装置，用作计算机系统的终端装置、用作包括感光鼓的光学打印机以及许多其它方面。
现在借助于举例对本发明进行说明。
〔例1，对照例1〕
在这些例子中制备的表面传导电子发射器件和图1A、1B所示意地表示的相似，事实上，在这些例子中，在基片上制备一对表面传导电子发射器件。这些器件的制造方法基本上和前面参照图4A到4D说明的方法相同。
现在参照图1A、1B以及4A到4D说明这些例子以及例子中试样的制造方法。
步a：
在彻底清洗碱玻璃板之后，通过溅射在其上形成厚度为0.5μm的氧化硅膜，以便制成基片1，在基片1上，对于每个器件涂上所需形状的光刻胶(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd.)，它具有相应于一对器件电极形状的空缺部分。然后，借助于真空淀积，按顺序形成厚度分别为5nm和100nm的Ti膜和Ni膜。之后，借助于有机容剂使光刻胶溶解，除去Ni/Ti膜的不需要的部分，从而为每个器件形成一对器件电极2、3。器件电极之间的距离L为3μm，厚度W=300μm。(图4A)
步b：制备
为了每个器件的导电薄膜4，形成Cr掩膜。更具体地说，在形成有器件电板的基片上，借助于真空淀积形成厚度为300nm的Cr膜，然后通过光刻，对每个器件形成相应于导电薄膜形状的部分。
此后，用旋转涂器对Cr膜涂以Pdk胺合成物(Complex)溶液(ccp4230:Okuno Pharmaceutical Co.,Ltd.)，并在大气中在300℃下烘烤12分钟，从而形成含有PdO为主要成分的细微粒膜。膜的厚度为7nm。
步c：
通过湿剂法除去Cr膜，并除去Pd细微粒膜，从而对每个器件获得具有所需形状的导电薄膜4。导电薄膜呈现出Rs=2×104Ω/□的电阻。(图4B)
步d：
然后把器件放到图7所示的测量系统的真空室内，真空室15的内部用真空泵抽至2.7×10-3Pa。然后在每个试样器件的器件电极2、3之间施加电压进行成形处理。所加电压为三角波电压，其峰值随时间逐渐增加，如图5B所示。所用的脉宽为T1=1msec，脉冲间隔为T2=10msec。在成形处理期间，在成形脉冲电压的间隔内插入0.1V的附加的脉冲电压(未示出)，以便确定电子发射区的电阻，一直监视着这电阻，当它超过1MΩ时，电成形处理结束。当成形处理结束时，对于两个器件的脉冲电压(成形电压)的峰值分别为5.0V和5.1V。
步e：
接着，在维持真空室15的内部压力大约为2.0×10-3Pa的条件下对一对器件进行激活处理。对每个器件施加如图6B所示的高度为Vph=18V的矩形脉冲电压，监视电流If和Ie，直到30分钟Ie达到饱和状态，激活处理结束。
然后，确定器件的电子发射性能。真空泵装置采用离子泵，以便消除真空室15内可能剩余的有机物质。该系统还包括用来捕捉电子源发出的电子的阳极，由高压电源把比加于电子源的电压高+1KV的电压加到阳极上。器件和阳极之间的距离H=4mm。在这测量期间，真空室15的内部压力为4.2×10-4Pa(有机物的局部压力4.2×10-5Pa)。
在测量时，观察到If=2.0mA,Ie=4.0μA，或电子发射效率η=Ie/If=0.2％。
步f：
把一个器件称作器件A，而另一个器件称作器件B。在步f中，只对器件A施加步e的脉冲电压。
把氢气引入真空室，从而在室内产生1.3×10-2Pa的压力。然后，器件A的器件电流If被逐渐减少，直到观察到If=1mA为止，此时，器件电流基本稳定。
然后停止供应氢气，并使内部压力减少到1.3×10-4Pa在此条件下，在器件A、B上加上18V的矩形脉冲电压，以便确定各自的电子发射率。此后，器件被连续驱动一段长的时间，观察器件性能如何改变。然后，器件被一个一个地驱动操作，阶跃地升高阳极电压，每步0.5KV，用来确定被驱动器件的不产生任何电气放电现象的电压上限，或承受电气放电电压的上限。下表表示这些例子中所获得的结果。由表可见，器件A呈现比器件B较好的电子发射效率，并维持其长期承受放电电压上限值的优良性能。
器件 If(mA) Ie(μA) η(％) If(mA)在操作中 Ie(μA)在操作中 η(％)在操作中  电气放电承受电压(kv)
    A 1.0  4.0  0.40     0.7     2.5     0.36     5.5
    B 2.0  4.0  0.20     1.4     2.5     0.18     2.5
〔例2〕
在这些例子中制备的表面传导电子发射器件和图1A、1B所示意地表示的相似。在这些例子中的基片上制造总数为4个的相同的表面传导电子发射器件。
步a：
在彻底清洗过的石英玻璃基片1上，形成具有相当于每个器件一对电极轮廓的部分的所需的光刻胶(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd)图形，然后，借助真空淀积顺序形成Ti膜和Ni膜，其厚度分别为5nm和100nm。之后，用有机溶剂溶解光刻胶，并除去Ni/Ti膜的不需要的部分，从而对每个器件形成器件电极2、3。器件电极之间的距离L=10μm，宽度W=300μm。
步b：
借助于图案形成处理形成具有所需形状的用于制备电子发射区5的导电薄膜4。更具体地说，在形成有器件电极的基片上，用真空淀积形成厚度为50nm的Cr膜，然后形成相应于每一器件一对器件电极2、3的图形的开口部分和电极之间的间隙。
然后，用旋转涂器在Cr膜上涂以Pdk胺合成物(CCP 4230:Okuno Pharmaceutical Co.,Ltd.)，并在300℃的大气中烘烤10分钟，从而形成以PdO为主要成分的导电薄膜4。膜厚为12nm。
步c：
用湿刻法除去Cr膜，并对导电薄膜4进行处理，使其呈现所需的形状。导电薄膜呈现的电阻为Rs=1.5×104Ω/□。
步d：
然后，把器件移到图7所示的测量系统的真空室内，并有真空泵(离子泵)把真空室15排空到2.6×10-6Pa的压力。以后，借助于用来对每一器件提供器件电压Vf的电源11在每个器件的器件电极2、3之间施加脉冲电压对器件进行激发成形处理。用于成形处理的电压的脉冲波形如图5B所示。
在本例中，脉冲电压的脉宽T1=1msec，脉冲间隔T2=10msec.,并且峰值电压(用于成形处理)以每步0.1V阶跃上升。在成形处理期间，在成形脉冲电压的间隔内插入0.1V的附加脉冲电压(未示出)，以便确定电子发射区的电阻。不断地检测这一电阻，当电阻超过1MΩ时，结束成形处理。当成形处理结束时，对于所有器件，脉冲电压(成形电压)的峰值为7.0V。
步e：
可调泄漏阀17被打开，从测量系统的液体容器18内引入丙酮，用四线质量分析仪(quadrapole mass analyzer)监测真空室15内丙酮的局部压力，并调节阀门使局部压力等于1.3×10-1Pa。
步f：
对每个器件施加图6B所示的波形的单极矩形脉冲电压。脉冲高度、脉宽以及脉冲间隔分别为Vph=18V,T1=1msec.以及T2=10msec。脉冲电压连续施加30分钟，然后终止施加电压。在电压终止施加时，器件电流If=1.5mA。
步g：
停止丙酮供应，并把真空室进一步抽空，同时把器件加热到80℃。
步h：
然后，通过操作流量控制器在真空室15内引入氢气，直到氢气的局部压力达1.3×10-2Pa。
步i：
和步，中相同的脉冲电压施加5分钟，然后停止施加。之后，从真空室除去氢。在停止施加电压时的器件电流If=1.2mA。
步j：
用离子泵把真空室内抽空，同时对其加热。与此同时，借助于设置在握持器中的加热器把器件加热到250℃。然后，真空室的内部压力被减少到1.3×10-6Pa，并对器件施加脉宽为100μsec．的18V的矩形脉冲电压，以确保被操作的器件稳定地发射电子。
〔对照例2〕
对和例2相似的试样进行例2中步a到步g的处理。省略步h和i，然后进行步j的稳定处理。
〔例3〕
对和例2类似的试样进行例2中的步a到步e的处理。然后，在步f和步i对试样施加具有如图6A所示波形的双极性脉冲电压。在这些步中的脉冲电压是相同的，其高度、脉宽和间隔分别为Vph=V′ph=18V,T1=T′1=lmsec.以及T2=T′2=10msec.。在步f结束时，器件电流If=1.8mA，在步i结束时，If=1.4mA。
然后，试样被经受类似于例2中步i的稳定性处理。
〔例4〕
对和例2相似的试样进行例2中步a到步d的处理。然后把试样取出真空室，并接着进行下述步骤：
步d′：
在例2中步b使用的Pd胺合成物溶液用醋酸丁酯稀释到原浓度的三分之一。用旋转涂器把稀释后的溶液涂在试样上，并在300℃的大气中对试样进行烘烤。然后，将其放在N2(98％)-H2(2％)的混合物气流中60分钟。
当器件通过扫描电子显微镜(SEM)观察时，发现直径在3和7nm之间的Pd细微粒散布在每个器件的电子发射区的间隙内。
然后，对试样进行类似于例2中步e和i的处理，因为在步f中开始时器件电流If，过早地增加，所以在开始之后把电压暂停15分钟。在步和f步i结束之后，器件电流分别为If=1.8mA和1.3mA。
然后，对试样进行例2的步j的稳定性处理。
〔例5〕
对和例2类似的试样进行例2中步d到d的处理。然后进行下述步骤。
步e″：
在真空室15中引入甲烷。真空泵装置16的主阀(未示出)被拧紧，以减少传导并调节甲烷流量，直到真空室的内部压力达到130Pa。
步f″：
对试样连续施加单极性矩形脉冲电压(图6B)60分钟。脉冲电压的高度为18V，脉宽为1msec.脉冲间隔为10msec.在施加脉冲结束时，器件电流为If=1.3mA。
步g″：
停止甲烷的供应，并把真空室15的内部抽空。之后，在真空室内引入氢气，直到内部压力达到1.3×10-2Pa。
步h″：
对试样施加和步f″相同的脉冲电压5分钟。在施加脉冲结束时器件电流If=1.1mA。之后，对试样进行如例2中步j的稳定处理。
取从例2到例5以及对照例2中的一个器件，并用图7的装置试验其电子发射性能。在试验期间，真空室的内部压力保持在2.7×10-6Pa以下，在关断加热器件的加热器并使器人冷却至室温之后对器件进行试验。
施加于器件的电压是图6B所示的单极性矩形脉冲电压，其高度、脉宽和间隔分别为Vph=18V,T1=100μsec.以及T2=10msec.。在测量系统中，器件和阳极之间隔开距离H=4mm，电位差保持为1KV。
对每个试样进行试验，以便在试验开始时和连续操作100小时之后立即评价电子发射性能。其结果如下表所示。
 脉冲电压结束     施加开始时     试验开始后100小时
   If(mA)   If(mA)   Ie(μA)   If(mA)   Ie(μA)
例2     1.2     1.1     1.2     0.9     0.8
例3     1.4     1.3     1.2     1.1     1.0
例4     1.3     1.2     1.1     1.0     0.8
例5     1.1     1.0     1.5     0.8     1.2
对照例2     1.5     1.2     0.6     0.6     0.2
从例2到例5以及对照例2中取出没有进行过上述评价电子发射性能试验的另一个器件，并对其进行承受电气放电电压的试验。对每个器件施加如图6B所示的单极矩形脉冲电压，同时从1KV起以每步0.5KV阶跃地增加阳极和器件之间的电位差(阳极电压Va)，并在每个阳极电压下使器件被驱动操作10分钟。当器件在给定的阳极电压Va下不被电气放电所破坏时，就认为器件已承受住这一阳极电压值。例2到例5以及对照例2中的器件的最大承受电压如下所示。
Figure A9910692300431
再从例2到例5以及对照例2中取出另一个没有经过上述的评价电子发射性能和承受电压试样的试样器件。借助于切开基片把每个器件分开，用扫描电子显微镜(SEM)进行观察。结果只在例2和4的器件的电子发射区的间隙的阳极侧一端观察到碳膜，在间隙外面没有发现碳膜。在例3的器件的电子发射区的间隙的阳极侧端部和阴极侧端部都发现了碳膜，而在间隙外面实际上没有观察到碳膜。
对它们进行比较可见，在对照例2的器件中，发现碳膜主要形成在阳极侧的间隙的内部和后部，而阴极侧也有少量的碳膜。
在上述例中和对照例中的每个器件的基片上，在碳膜和阴极侧导电薄膜之间或在阳极上的碳膜和阴极侧端部观察到了沟槽。
据推测，在激活处理中产生的原子团(radical)可能和基片起反应而形成沟槽。
对上述例子和对照例中，其中包括例1和对照例1中的器件用拉曼光谱仪检查了碳膜的结晶性。用Ar激光，其波长为514.5nm作为光源，在试样表面上产生了直径大约为1μm的光点。当光点落在电子发射区上或其附近时，在1.335cm-1(P1)和1.580cm-1(P2)附近获得了具有峰值的光谱，从而证明了碳膜的存在。图2示意地说明了这种光谱。对上述例子和对照例中的器件，假定在1.490cm-1附近存在第三峰值，则可以使这些峰值分开。
在峰值当中，P2是由石墨原子键中电子的转移而产生的，这是石墨这种物质的特征。而P1是由于在石墨晶体中受干扰的周期性引起的。这样，虽然纯净的石墨单晶只会出现P2，但如果石墨会有大量小的结晶体或具有有缺陷的晶格结构，P1也会成为显著的。随着石墨结晶性的减少，P1的高度和宽度会进一步增加。根据内部的晶体状态，P1的位置可能移动。
假设不同于P2的峰值的存在是由于在上述例子和对照例的任何器件中的石墨小晶体尺寸而引起的，这可能是正确的。在下文的讨论中，用P1的半宽(half width)指示上述例子和对照例中石墨的结晶性，这是因为在P1处的光强度足够强。
在对照例2的器件的间隙内部和后部，P1呈现不同的形状。当激光的光点聚焦在电子发射区的间隙上时，P1呈现大约150cm-1的半宽，但当光点离开该间隙大于1μm时，则半宽显著地减少到300cm-1，这表明在间隙内部石墨的结晶度高，而在间隙后部(bihind the gap)结晶度低。在例2到例5的器件中的间隙外面，没有观察到明显的峰值，并且P1的半宽表明其中已达到比对照例较高的结晶度。
由三个峰值的强度估计的这些例子的器件中石墨晶体直径在2和3nm之间。
例1  例2   例3  例4   例5    对照例1    对照例2
间隙附近 间隙后面 间隙附近 间隙后面
(cm-1)半宽 120  100   90  105     90  160  300  160  300
每个上述器件的碳膜用透射电子显微镜(TEM)检查，在例1到例5中，在电子发射区的间隙内的碳膜内观察到了晶格图象，从而证明碳膜主要由具有大小为2-3nm或以上的微粒大小的石墨晶体构成。这结果和拉曼光谱仪分析的一致。图15示意地表明在器件电子发射区的间隙的一个边缘上观察到的晶格图象。这里表示的是半个间隙。在例4的器件的电子发射区的间隙内部观察到了在Pd细微粒周围的囊状的晶格。图16示意地表明所观察到的晶格图象。也发现了某些实际不含Pd细微粒的囊。虽然也观察到了晶格图象，从而表明在对照例2的器件的间隙内部的碳膜内存在石墨，但是这种晶格仅在位于间隙后面的碳膜的一部分中存在。碳膜主要由无定形碳构成。
如上所述，当离子或电子和间隙后面的碳膜碰撞从而产生氢原子气体和碳原子气体时，由于这可能引起电气放电，则可能出现电气放电现象。在每个例子中，碳膜被从这一位置上除去，并仅使高度结晶的碳膜留在电子发射区的间隙内，因而便没有气体产生，从而使器件能够经受住相当高的阳极电压。
〔例6〕
在这一例子中，在一片基片上形成和图1A、1B相同构形的多个表面传导电子发射器件，并被放在密封的玻璃屏内，从而形成单行型电子源。该试样用下述方式制备。
(1)在彻底清洗并弄干碱玻璃基片1之后，形成具有相应于每一器件一对电极的形状的开口的光刻胶(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.，Ltd.)掩膜图形。然后通过真空淀积按顺序形成Ti膜和Pt膜，其厚度分别为5nm和30nm。
(2)光刻胶被有机溶剂溶解，并除去Pt/Ti膜的不需要的部分，从而形成每个器件的器件电极2、3。器件电极被距离L=10μm分开(图4A)。
(3)在具有器件电极的基片上形成Cr膜，用溅射方法形成，其厚度为30nm。然后使Cr膜借助于光刻形成一相应于导电薄膜形状的开口。
(4)用旋转涂器在Cr膜上涂以Pd胺合成物(CCP 4230:Okuno Pharmaceutical Co.,Ltd.)并在大气中在300℃下以烘干，从而产生含PdO为主要成分的细微粒膜。对Cr进行湿蚀，并从任何不需要的区域中除去PdO细微粒膜，从而产生导电薄膜4(图4B)。
(5)把制成的电子源和背板、具有荧光体和金属垫层的面板、支撑框架和吸气管组装起来，然后用熔融玻璃粘合，从而形成电子源屏。
(6)如图20所示，把电子源屏51连接到驱动电路52、包括离子泵为主要部件的用于超高真空的第一真空泵装置53、包括涡轮泵和旋转泵的用于高真空的第二真空泵装置54、用于监视真空室内部环境的四极质量分析器55、以及用来调节氢气流量的流量控制器56，如图20所示。
(7)用第二真空泵装置54把电子源屏51的内部抽到大约10-4Pa的真空度。
(8)用驱动电路52对电子源屏中的每个器件进行激发成形处理，以便产生具有间隙的电子发射区5(图4C)。用来进行成形处理的脉冲电压是三角波电压，其中T1=1msec.T2=10msec.具有逐渐增加的高度，如图5B所示。
(9)通过适当地调节流量控制器56，在电子源屏内引入氢气，直到氢的局部压力达到1×10-4Pa。
(10)借助于驱动电路52对每个器件施加14V的矩形脉冲电压，其脉宽为1msec.脉冲间隔为10msec.器件和作为阳极的金属垫层之间的电位差为1KV。在施加电压期间监视Ie和If，对每个器件当Ie达到5μA时停止施加电压。
(11)停止氢气供应，并用第一真空泵装置53把电子源屏51抽空，同时电子源用加热器(未示出)加热。
(12)用四极(quadrapole)质量分析仪55监测电子源屏内的环境，并加热吸气管，当其内部完全没有任何剩余有机物时进行气密性密封。
〔对照例3〕
对本例中的试样进行例6中步(1)至步(10)的处理，但是不在屏内引入氢气。之后，进行步(12)。
〔例7〕
对本例中的试样进行例6中的步(1)到步(5)的处理。然后，
(6)试样以图20所示的方式被连到驱动电路和第一真空泵装置上，但不用第二真空泵装置。该系统被这样设置，使得被蒸发的有机溶剂(丙酮)可被引入屏内。
电子源屏的内部由包括吸附泵和离子泵的真空泵装置53抽空，直到内部压力大约为10-4Pa。
在屏内引入丙酮和氢气，直到它们都呈现1×10-3Pa的压力。借助于合适地操作流量控制器56和阀门控制局部压力，同时用四极质量分析仪55监测局部压力。
(7)如同例6中的情况一样，对每个器件施加脉冲电压，对每一器件当Ie达到5μA时，停止施加电压。
(8)停止丙酮和氢气供应，并把电子源屏内部抽空，同时对其加热。此后，加热排气管，当由四极质量分析仪观察到的氢和丙酮的局部压力足够低时，进行气密性密封。
〔对照例4〕
如同例7一样制备试样，但只使用丙酮而不使用氢气。
对例6和例7以及对照例3和4的电子源屏进行关于电子发射性能的试验。在器件和金属垫层间的电位差为1KV。在进行100小时连续的发射电子的操作之后，再对每个器件的Ie和If进行观察。
此后，以上述参照例1至例5的方式试验每个器件的电气放电的承受电压。
所得结果如下。
电子源 If(mA) Ie(μA)  试验开始100小时之后  电气放电承受电压(kv)
  If(mA)   Ie(μA)
例6     2.4     2.4     2.0     1.5     5.0
对照例3     2.4     2.1     1.8     0.8     2.0
例7     2.3     2.3     1.9     1.4     5.5
对照例4     2.3     2.0     1.7     0.8     2.5
以相同的方式对例6、例7和对照例3、4的另一组器件进行处理，并用拉曼光谱分析进行测试。
   电子源     P1的半宽(cm-1)
    附近     后面
例6     120     150
对照例3     170     300
例7     100     130
对照例4     160     300
〔例8〕
在本例中，在基片上并排地制备如图1A和1B所示构形的4个电子发射器件。
步a：
在彻底清洗过的石英玻璃基片上形成具有相应于每个器件的一对电极形状的开口的光刻胶(RD-2000N-41:HitachiChemical Co.,Ltd.)图形，然后用真空淀积先后形成各自厚度为5nm和100nm的Ti膜和Ni膜。之后，用有机溶剂溶解光刻胶，并且去除Ti/Ni膜的不需要的部分，从而对每个器件形成一对器件电极2和3。器件电极之间的距离L=3μm，宽度W=300μm。
步b：
在具有器件电极2、3的基片1上用真空淀积形成厚度为50nm的Cr膜，然后通过光刻由Cr膜制成具有相应于导电薄膜形状的开口的Cr掩膜。开口的宽度W′=100μm。之后，Pd胺合成物的溶液(CCCP4230,Okuno Pharmacceutical Co.,Ltd.)用旋转涂器加于Cr膜上，在300℃的大气中烘烤12分钟，从而产生含Pdo为主要成分的导电薄膜4。其膜厚为12nm。
步c：
用湿刻法除去Cr膜，并对导电薄膜4进行处理，使其显示出希望的图形。导电薄膜呈现出的电阻Rs=1.4×104Ω/□。
步d：
然后，把器件移入图7所示的测量系统的真空室，并用真空泵装置16(离子泵)把真空室15抽空到2.6×10-6Pa的压力。然后，用对每个器件施加器件电压Vf的电源装置11在每个器件的器件电极2、3之间施加脉冲电压对试验试样进行激发成形处理。用于成形处理的脉冲电压波形如图5B所示。
所述脉冲电压的脉宽T1=1msec.脉冲间隔T2=10msec.,峰值(用于成形处理)电压每步上升0.1V。
在成形处理中，在成形脉冲电压的间隔中插入附加的0.1V的脉冲电压(未示出)，以便确定电子发射区的电阻，一直监视着这一电阻，并且当其超过1MΩ时电成形处理结束。当成形处理结束时，所有器件的脉冲电压(成形电压)的峰值为7.0V。
步e：
通过适当调节可调泄漏阀17和流量控制器(未示出)，使丙酮和氢气的局部压力分别达到1.3×10-1Pa和1.3×10-2Pa。丙酮的局部压力由差动排放型四极质量分析仪(未示出)确定，氢气的压力被认为基本等于真空室15的整个内部压力。
步f：
对每个器件施加如图6B的单极性矩形脉冲电压。脉冲高度、脉宽以及脉冲间隔分别为：Vph=18V,T1=1msec.以及T2=10msec.。在连续施加脉冲电压120分钟之后，本步骤结束。此时的器件电流If=1.7mA。
〔例9〕
本例中也采用例8中步a到步d的步骤，然后，在步e中，使丙酮的局部压力等于13Pa，在步f中，施加的单极性矩形脉冲电压的波高为20V。此外，按和例8相似的方式施加脉冲电压。因为和例1相比器件电流呈现出急剧升高，所以在开始操作90分钟之后停止施加脉冲电压。在停止施加脉冲电压时，脉冲电压改变为18V，并在此步骤结束时，器件电流If=1.9mA。
〔例10〕
对此例也进行例8中步a到步c，然后，在步f中，对每个器件施加双极性脉冲电压，其波高、脉宽、和脉冲间隔分别为18V,1msec.和10msec.。此外，器件以和例1中完全相同的方式处理，在停止施加电压时，器件电流If=2.1mA。
此后，进行类似例2中的步j的稳定化处理。
〔例11〕
本例也进行例8中步a到步d的处理。然后把器件从真空室中取出，并进行如下操作：
步d
在例8中步b使用的Pd胺合成物溶液用醋酸丁酯稀释到原浓度的三分之一。稀释过的溶液用旋转涂器施加在试样上，并把试样在300℃的大气中烘烤10分钟。之后，将其在N2(98％)-H2(2％)的混合物的气流中放置60分钟。
当器件通过扫描电子显微镜(SEM)观察时，发现在每个器件的电子发射区的间隙内分布有直径在3和7nm之间的Pd细微粒。
此后，对器件进行与例6中步e等步骤的类似处理。因为在步f中器件电流If呈现早期地上长，在开始60分钟之后，暂停施加电压。在停止施加脉冲电压时，器件电流If=1.9mA。
〔对照例5〕
本例也进行例8中步a到步d的步骤，但省略用来引入氢气的步e。丙酮和氢的局部压力以及所施加的脉冲电压和其它条件与例8的类似。因为和例6相比，器件电流If呈现早期地上升，所以在开始并且抽空真空室的内部之后30分钟暂停施加电压。在停止施加脉冲电压时，器件电流If=1.5mA。此后，对器件进行稳定化处理。
对例8到例10和对照例5的试样进行电子发射性能试验。对于这一实验，在激活处理结束之后，用离子泵抽空每个源屏，同时对器件进行加热，直到达到2.7×10-6Pa的低压，才停止加热。当器件冷却到室温时试验开始。
对器件施加单极性矩形脉冲电压，以便驱动器件，其波高、脉宽和脉冲间隔分别等于Vph=18V,T1=100μsec.以及T2=10msec.。器件和阳极之间的距离为H=4mm，并电位差保持在1KV。对每个试件也进行承受电气放电电压的试验。
在试验开始并进行100个小时之后，每个试件的器件电流Ie和发射电流If以及电气放电承受电压如下表所示。
     试验开始时     试验开始100小时之后 承受放电电压(kV)
   If(mA)   Ie(μA)   If(mA)   Ie(μA)
例8     1.5     1.1     0.9     0.6     5.5
例9     1.5     1.2     1.1     0.9     5.5
例10     1.8     1.4     1.4     1.1     5.5
例11     1.5     1.0     1.0     0.6     6.0
对照例5     1.2     0.6     0.6     0.2     2.5
从例8到例11以及对照例5中取出没有进行过上述性能实验的器件。并由拉曼光谱仪检查碳膜的结晶性。用波长为514.5nm的Ar激光作为光源，在试品的表面上产生直径大约为1μm的光点。
当光点位于电子发射区上或其附近时，得到在1.335cm-1(P1)和1.580cm-1(P2)附近具有峰值的光谱，从而证明碳膜的存在。
在以下的讨论中，P1的半宽被用来表明这些例子和对照例的石墨的结晶性，因为在P1处光的强度足够强。
用上述拉曼光谱仪的Ar激光光点从每个器件的间隙的一端到另一端进行扫描，并把获得的P1的半宽值描绘成光点位置的函数。图21示意地表明了这种测量结果。对于图21，虽然假定器件在两个器件电极的中心(刻度为0)具有间隙，但未必总是如此。刻度的正的一侧代表器件的阳极。
对于除去例10之外的每一器件，当使用双极性电压脉冲进行激活处理时，在阴极侧形成的碳膜是很小的，并表现为很低的信号值，而在阳极侧则检测到足够的信号值。在对照例5中，在间隙附近半宽小至150cm-1，而随着光点逐渐接近阳极而逐渐增加，直到在阳极端部达250cm-1。
在例8到例11中，半宽没有明显的变化。但在例8,9,10和11中，发现半宽分别在100和130cm-1,85和120cm-1,90和130cm-1以及100和130cm-1之间。
因为在上述每个例子中发现在碳膜的中心附近碳膜的结晶性高，借助于透射电子显微镜(TEM)对碳膜作了进一步的检查。
在对照例5中，碳膜主要发现在电子发射区间隙的阳极侧，而在阴极侧极少。在间隙内部的碳膜中观察到了晶格结构，从而证实碳膜主要由具有微粒大小为2-3nm或以上的石墨晶体构成。在另一方面，在离开间隙的位置上没有可观察到的清楚的晶格结构，这意味着此处的碳膜主要由非晶形碳构成。
图22示意地说明了对照例5中器件的碳膜中观察到的石墨的晶格图象。在间隙内部碳膜由石墨构成，而在间隙外部由非晶形碳构成。
在例8到例11的任何一个例子中，在器件的碳膜中的任何处都观察到了晶格图象，如图23所示，从而证实整个碳膜由石墨构成。许多晶粒的大小不小于10nm。图24A示意地表示例8和例9的每个器件，而图24B示意地表示例10的器件。
当观察例11的器件间隙的内部时，尤其注意了Pd细微粒及其周围，发现细微粒被如例4中一样的晶格图象包围着。换句话说，在例11的器件的电子发射区的间隙内观察到了围着看Pd细微粒的囊状晶格。图25示意地表示观察到的晶格的图象。
上述事实说明，在激活处理期间，If的快速增加可能是由于在间隙内Pd细微粒周围生成碳晶体所致。每个Pd微粒起了晶体生成的核心作用。
在上述例子和对照例中的每个器件的基片上的碳膜和阴极侧导电薄膜之间或阳极上的碳膜和阴极侧端部之间观察到了沟槽。
〔例12〕
在本例中制备的表面传导电子发射器件和图1A和1B所示的相似。
步a：
在彻底清洗过的石英玻璃基片1上，形成具有相应于每个器件的一对器件电极形状的开口的所需图形的光刻胶(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd.)。然后形成用真空淀积生成的厚度为100nm的Ni膜，然后，用有机溶剂溶解光刻胶，并除去Ni膜的不需要的部分，从而形成每个器件的器件电极2、3。器件电极之间的距离L=2μm，宽度W=500μm。
步b：
用真空淀积在具有器件电极2、3的基片1上形成厚度为50nm的Cr膜，然后通过光刻由Cr膜制备具有相应于导电薄膜形状的开口的Cr掩膜。开口的宽度W′=300μm。此后，用旋转涂器在Cr膜上涂以Pd胺合成物(CCCP 4230:Okuno PharmaceuticalCo.,Ltd.)，并在300℃下在大气中烘烤10分钟，从而生成以PdO为主要成分的导电薄膜。膜的细微粒的平均直径和膜厚大约为7nm。
步c：
用湿刻法除去Cr膜，并对导电薄膜4进行处理，使其呈现所需形状。导电薄膜呈现的电阻为Rs=5.0×104Ω/□。
步d：
然后把基片移至图7所示的测量系统的真空室内，并用真空装置16(离子泵)把真空室15抽空到2.7×10-6Pa的压力。此后，借助于对每个器件施加器件电压Vf的电源11在每个器件的器件电极2、3之间施加脉冲电压对器件进行激发成形处理。用于激发成形处理的施加的电压的脉冲波形如图5B所示。
三角脉冲电子的脉宽T1=1msec.脉冲间隔T2=10msec.并且峰值电压(用于成形处理)以每步0.1V逐步地上升。在成形处理期间，在成形脉冲电压的间隔内插入额外的0.1V的脉冲电压(未示出)，以便确定电子发射区的电阻，不停地监测这一电阻，当其超过1MΩ时结束电成形处理。当成形处理结束时，用于器件的脉冲电压(成形电压)的峰值为5.0V。
步e：
在真空室15内引入丙酮，直到丙酮的局部压力为1.3×10-3Pa为止。对器件施加如图6B所示的三角波脉冲电压，进行第一激活处理10分钟。脉冲的高度为8V,T1=100μmsec.T2=10msec.。
步f：
使丙酮的局部压力为1.3×10-1Pa，并引入氢，使其呈现13Pa的局部压力为止。以3.3mv/sec.的速率增加脉冲电压的高度，逐步地从8V上升到14V，以便进行第二激活处理，总的处理时间为120分钟。之后，停止供给丙酮和氢气，并把真空室的内部抽空，直到1.3×10-6Pa为止。
〔对照例6〕
和例12类似制造和例12相类似的器件，只是在步f中不引入氢。
〔例13〕
和例12类似的试样经过例12中步a到步d的处理。之后，
步f：
在真空室内引入甲烷和氢气，使甲烷的局部压力达6.7Pa，氢的局部压力达130Pa。然后施加同例12中的脉冲电压进行第二激活处理120分钟。此后，从真空室内除去甲烷和丙酮，使真空室的内部压力降到1.3×10-6Pa以下。
〔例14〕
如同例13一样制备试样，只是在第二激活处理步f中器件被加热到200℃。
对于例12到14以及对照例6各制造两个器件。在每例中的器件当中，一个用来通过施加同激活处理一样的脉冲电压进行电子发射性能的估计，该器件和阳极彼此隔开4mm，之间的电位差为1KV。在器件开始时、开始后1小时以及开始后100小时测量每个器件电流和发射电流。还测量电气放电的承受电压。
时间           0            1          100 电气放电承受电压(kV)
器件 If(mA) Ie(μA) If (mA) Ie(μA) If(mA) Ie(μA)
例12     1.0     0.5     0.7     0.3     0.5    0.2     4.5
对照例6     3.0     1.4     1.0     0.5     0.7     0.2     2.5
例13     2.0     1.6     1.0     1.3     0.6     0.3     5.0
例14     1.6     1.8     1.5     1.6     1.1     1.2     6.0
上述例子中的没有用来进行测试电子发射性能的每另一个器件用TEM进行晶格图象观察。虽然对于例12到14中的每一例观察到了类似于图23表示的晶体结构，但仅在对照例6的器件的间隙的外面的碳膜的部分上发现了晶格图象。推测在间隙外面的碳膜大部分由非晶形碳构成。
对器件进行拉曼光谱分析，器件的P1的半宽如下所示。
  器件         半宽(cm-1)
  间隙附近 间隙后面
例12     120     150
对照例6     160     300
例13     110     140
例14     90     130
〔例15〕
在本例中，在基片上制备4个具有图1A、1B所示构形的电子发射器件。
步a：
在彻底清洗过的石英玻璃基片1上形成具有相应于每个器件的一对电极形状的开口的所需形状的光刻胶(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd.)。然后用真空淀积顺序形成Ti膜和Ni膜，其厚度分别为5nm和10nm。然后，用有机溶剂溶解光刻胶，并除去Ni/Ti膜的不需要的部分，从而形成每个器件的电极2、3。器件电极之间的距离为L=10μm，宽度为W=300μm。
步b：
对于每一器件，对导电薄膜4进行处理，使其呈现给定的形状，以便形成电子发射区5。更具体地说，在具有器件电极2、3的基片1上用真空淀积形成厚度为50nm的Cr膜。然后由Cr膜制备具有相应于器件电极2、3形状的开口以及将器件电极分开的间隔的Cr掩膜。开口宽度W′=100μm。此后，用旋转涂器把Pd胺合成物(CCCP 4230:Okuno Pharmaceutical Co.,Ltd.)涂在Cr膜上，并在300℃下在大气中烘烤10分钟，从而形成以Pdo为主要成份的导电薄膜4。其膜厚为12nm。
步c：
用湿刻法除去Cr膜，导电薄膜4被处理成所需的形状。导电薄膜呈现的电阻Rs=1.4×104Ω/□。
步d：
然后把器件移到图7所示测量系统的真空室内，并用真空泵装置16(吸附泵和离子泵)把真空室15内抽空到2.7×10-6Pa。此后，借助于对每个器件施加器件电压Vf的电源11在每个器件的器件电极2、3之间施加脉冲电压对被试器件进行激发成形处理。用于成形处理的施加电压脉冲波形如图5B所示。
三角波脉冲电压的脉宽T1=1msec.脉冲间隔T2=10msec.峰值电压(用于成形处理)以每步0.1V逐步上升。在成形处理期间，在成形脉冲电压的间隔内插入0.1V的额外脉冲电压，以便确定电子发射区的电阻。不断地监测这电阻值，当其超过1MΩ时电成形处理结束。在成形处理结束时，脉冲电压的峰值(成形电压)对所有器件都是7.0V。
步e：
在真空室内引入丙酮，通过适当调节可调泄漏阀17，使丙酮的局部压力达1.3×10-1Pa。
步f：
对每个器件施加如图6B所示的单极性矩形脉冲电压。其脉冲高度、脉宽和脉冲间隔分别为Vph=18V,T1=100μsec.以及T2=10msec.。在连续施加脉冲电压10分钟后此步结束。暂停丙酮的供给，并把真空室内部抽空。
步g：
然后，通过操作流量控制器(未示出)使真空室25内的甲烷和氢气的局部压力分别达到130Pa和1.3Pa。对器件再施加相同的脉冲电压120分钟，然后停止施加电压。在此步结束时器件电流If=2.5mA。以后，真空室内部被抽空到2.7×10-6Pa以下。
此后，对器件进行例2中步j的激活处理。
〔例16〕
在本例中也进行例15的步a到步f，然后，在步g中施加和上例中步g相同的脉冲电压，同时把器件加热到200℃。在此步结束时器件电流If=2.2mA。
此后，对器件进行激活处理。
对例15和例16所选的器件施加的用于激活处理的相同的脉冲电压，从而确定Ie和If。器件和阳极彼此相隔4mm，其间电位差为1KV。在试验开始时和开始100小时之后立即测量每个器件的器件电流和发射电流。同时测量电气放电承受电压。
时间     0     100  电气放电承受电压(kV)
器件 If(mA) Ie(μA) If(mA) Ie(μA)
例15     1.4     1.4     1.2     1.0     6.0
例16     1.2     2.0     0.9     1.5     6.5
对上述每个例子中没有用来进行电子发射性能评价的器件借助于TEM检查其晶格图象。对例15和16的每个所观察到的晶体结构类似于图23所示。
借助于拉曼光谱仪对器件进行检查，从而对每个器件找出如前述例子中的两个峰值。器件的P1的半宽如下所示。在接近每个器件的间隙处观察到较高的结晶性。
器件     间隙附近(cm-1)     间隙外面(cm-1)
例15     80     120
例16     70     100
在本例中，在基片上制造具有如图1A、1B所示构形的4个电子发射器件。
步a：
在0.5μm厚的彻底清洗过的碱玻璃基片1上形成具有相应于每个器件的一对电极形状的开口的所需的光刻胶(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd.)图形。然后用真空淀积顺序地形成厚度分别为5nm和100nm的Ti膜和Ni膜。此后，用有机溶剂溶解光刻胶，并除去Ti/Ni膜的不需要的部分，从而形成每个器件的一对器件电极2、3。器件电极之间距离L=3μm，宽度W=300μm。
步b：
对于每个器件，导电薄膜4被处理成给定的形状，以便形成电子发射区5。更具体地说，在具有器件电极对2、3的基片1上用真空淀积形成厚度为50nm的Cr膜，然后由Cr膜制成具有相应于器件电极2、3的形状的开口的Cr掩膜。开口的宽度W′=100μm。此后，用旋转涂器把Pd胺合成物(CCCP 4230:OkunoPharmaceuticl Co.,Ltd.)涂去Cr膜上，并在300℃下在大气中烘烤10分钟，从而产生以PdO为主要成分的导电薄膜4。膜厚为10nm。
步c：
用湿刻法除去Cr膜，并把导电薄膜4处理成所需的形状。导电薄膜呈现的电阻Rs=2.0×104Ω/□。
步d：
然后，把器件移到图7所示的用于测量的系统中真空室内，并用真空泵装置16(吸附泵和离子泵)把真空室15的内部抽空为2.7×10-6Pa。此后，借助于对每个器件施加器件电压Vf的电源11在每个器件的器件电极2、3之间施加脉冲电压对受试器件进行激发成形处理。用于成形处理的脉冲波形如图5B所示。
三角波脉冲电压的脉宽T1=1msec.脉冲间隔T2=10msec.峰值电压(用于成形处理)以每步0.1V逐步增加。在成形处理期间，在成形脉冲电压的间隔内插入0.1V的额外电压脉冲，以便确定电子发射区的电阻，不断地监测这一电阻值，当其超过1MΩ时电成形处理结束。当盛开有处理结束时，所有器件的脉冲电压的峰值(成形电压)为5.0-5.1V。
步e：
用加热器(未示出)把器件加热到400℃，并把真空室内抽空到1.3×10-4Pa。此后，在真空室内交替地引入甲烷和氢气，并连续地对器件施加脉冲电压进行激活处理。甲烷和氢气的局部压力相同且等于1.3Pa。甲烷和氢气以20秒为周期被引入。在激活处理30分钟之后形成厚度为50nm的石墨膜。
〔例18〕
在本例中，在基片上制造具有图1A、1B所示构形的4个电子发射器件。
步a：
在厚度为0.5μm的被彻底清洗过的碱玻璃基片1上对每个器件形成具有相应于一对器件电极形状的开口的所需形状的光刻胶(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd.)图形。然后借助真空淀积顺序地形成有厚度分别为5nm和100nm的Ti膜和Ni膜。此后，用有机溶剂溶解光刻胶，并除去Ni/Ti膜的不需要的部分。从而形成每个器件的器件电极2、3。器件电极之间的距离L=3μm，宽度W=300μm。
步b：
对每个器件，导电薄膜4被进行处理，使其呈现给定的形状，以便形成电子发射区5。更具体地说，用真空淀积在含有器件电极对2、3的基片1上形成厚度为50nm的Cr膜，然后由Cr膜制成具有相应于器件电极2、3形状的开口的并具有将其分开的间隔的Cr掩膜。开口的宽度为W′=100μm。此后，用旋转涂器把Pa胺合成物(CCCP 4230:Okuno Pharmaceutical Co.,Ltd.)涂在Cr膜上，并在大气中在300℃下烘烤10分钟，从而形成以PdO为主要成分的导电薄膜4。其厚度为10nm。
步c：
用湿刻法除去Cr膜，并对导电薄膜4进行处理，使其成为所需的形状。导电薄膜4呈现的电阻Rs=2.0×104Ω/□。
步d：
然后，把器件移入图7所示的测量系统的真空室内，并用真空泵装置(吸附泵和离子泵)把真空室15的内部抽空到2.7×10-6Pa。此后，借助于用来给每个器件施加器件电压Vf的电源11在每个器件的器件电极2、3之间施加脉冲电压对器件进行激发成形处理。用于成形处理的施加的脉冲电压的波形如图5B所示。
三角波脉冲电压的脉宽T1=1msec.脉冲间隔T2=10msec.并且峰值电压(用于成形处理)以每步0.1V逐步上升。在成形处理期间，在成形脉冲电压的间隔内插入0.1V的额外脉冲电压，以便确定电子发射区的电阻，不断地监测这电阻，当其超过1MΩ时，成形处理结束。当成形处理结束时，所有器件的脉冲电压的峰值(成形电压)为5.0V-5.3V。
步e：
真空室内部被抽空到1.3×10-4Pa。此后，在真空室内交替地引入甲烷和氢气。同时对器件连续地施加脉冲电压，以便进行激活处理。甲烷和氢气的局部压力分别为0.13Pa和13Pa。甲烷和氢气以20秒为周期被引入。在激活处理13分钟之后，形成了厚度为30nm的石墨膜。
〔例19〕
本例中也进行例18中的步a到步d，然后，步e：
真空室的内部被抽空为1.3×10-4Pa。然后，在真空室内引入氢气，同时连续地施加脉冲电压对器件进行激活处理。在整个这一步中在真空室内部的环境中始终存在氢气。氢的局部压力保持为13Pa。与此同时，在真空室内断续地引入乙烯，直到其局部压力达到0.13Pa。乙烯以20秒为周期被断续地引入。在激活处理30分钟之后，形成了厚度为50nm的石墨膜。
真空室内的内部压力被减少到1.3×10-4Pa，并测量例17到19中每个器件的If和Ie，此时连续地施加着14V的矩形电压。器件和阳极彼此分开4mm，并且其间的电位差为1KV。在开始时和开始100小时之后立即测量每个器件的器件电流和发射电流，同时还测量电气放电承受电压。
时间     0     100 电气放电承受电压(kV)
器件 If(mA) Ie(μA) If(mA) Ie(μA)
例17     1.5     1.6     1.2  1.2     6.5
例18     1.0     2.0     0.8  1.5     6.0
例19     1.0     2.2     0.8  1.7     6.5
如同例15和16中的情况一样，用激光拉曼光谱仪观察例17到例19中的没有用来进行评价电子发射性能的每个器件。观察结果如下。
器件     间隙附近(cm-1)     间隙外面(cm-1)
例17     50     80
例18     60     95
例19     50     85
〔例20，对照例7〕
在本例中，在基片上制造如图1A、1B所示构成的一对电子发射器件。
步a：
在厚度为0.5nm的并被彻底清洗的碱玻璃基片1上对每个器件形成具有相应于一对器件电极形状的开口的所需形状的光刻胶(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd)图形。然后借助于真空淀积顺序地形成有厚度分别为5nm和100nm的Ti膜和Ni膜。此后，用有机溶剂溶解光刻胶，并除去Ti/Ni膜的不需要部分，从而形成每个器件的器件电极2、3。器件电极之间的距离L=10μm，宽度W=300μm。
步b：
对每个器件，导电薄膜4被进行处理，使其呈现给定的形状，以便形成电子发射区5。更具体地说，用真空淀积在含有器件电极对2、3的基片1上形成厚度为50nm的Cr膜，然后由Cr膜制成具有相应于器件电极2、3形状的开口的并具有将其分开的间隔的Cr掩膜。开口的宽度W′=100μm。此后，用旋转涂器把Pa胺合成物(CCCP4230:Okuno Pharmaceutical Co.,Ltd.)涂在Cr膜上，并在大气中在300℃下烘烤10分钟，从而形成以PdO为主要成分的导电薄膜，其厚度为12nm。
步c：
用湿刻法除去Cr膜，并对导电薄膜4进行处理，使其成为所需的形状。导电薄膜4呈现的电阻Rs=1.5×104Ω/□。
步d：
然后，把器件移到图7所示的测量系统的真空室内，并用真空泵装置(离子泵)把真空室15的内部抽到2.7×10-3Pa。此后，借助于用来给每个器件施加器件电压Vf的电源11在每个器件的器件电极2、3之间施加脉冲电压对器件进行激发成形处理。用于成形处理的施加的脉冲电压的波形如图5B所示。
三角波脉冲电压的脉宽T1=1msec.脉冲间隔T2=10msec.并且峰值电压(用于成形处理)以每步0.1V逐步上升。在成形处理期间，在成形脉冲电压的间隔内插入0.1V的额外脉冲电压(未示出)，以便确定电子发射区的电阻，不断地监测这电阻，当其超过1MΩ时，成形处理结束。当成形处理结束时，所有器件的脉冲电压(成形电压)的数值为7V。
步e：
把一个器件称为器件A，而另一个称为器件B。
把图6A所示的双极矩形脉冲电压加于器件A(例20)上，以进行激活处理。脉冲高度为±18，宽度和脉冲间隔分别为T1=T1′=100μsec.以及T2=10msec.。
把图6B所示的单极性矩形脉冲电压施加到器件B上(对照例7)，以进行激活处理。脉冲高度、脉宽和脉冲间隔分别为Vph=18V、T1=100μsec.和T2=10msec.。激活处理时器件和阳极之间的距离为4mm，电位差为1KV，同时监测着电流If和Ie。在这些条件下，真空室的内部压力为2.0×10-3Pa。激活处理大约经过30分钟，当Ie达到饱和值时结束。
真空泵装置改为离子泵，并对真空室及其内部的器件进行加热。同时把真空室的压力排空到1.3×10-4Pa。在施加18V的矩形脉冲电压开始时以及开始100小时之后立即测量例20和对照例7中每个器件的If和Ie。
时间     0     100
器件     If(mA)   Ie(μA)   If(mA)   Ie(μA)
例20     1.0     0.9     0.7     0.5
对照例7     1.2     0.6     0.6     0.2
借助于激光拉曼光谱仪检查例20和对照例7的每个器件，从而观察每个器件间隙外面以及间隙附近P1的半宽。所得结果如下。
器件     间隙附近(cm-1)     间隙外面(cm-1)
例20     120     300
对照例7     160     300
由上可以看出，例20的器件A比对照例7的器件B在间隙附近具有较高的结晶性。这可能是因为在不墨生长显著的位置上产生了较强的电场的缘故。事实上，石墨尤其生成在电子发射器件间隙的两端。
下例和对照中的每个器件具有图1A、1B所示的构形。每个例子在一个基片上并排地制备总数为4个的器件。
〔例21〕
步a：
在厚度为0.5mm的并被彻底清洗过的石英玻璃基片1上对每个器件形成具有相应于一对电极形状的开口的所需形状的光刻胶(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd.)图形。然后借助真空淀积顺序地形成有厚度分别为5nm和100nm的Ti膜和Ni膜。此后，用有机溶剂溶解光刻胶，并除去Ni/Ti膜的不需要的部分，从而形成每个器件的器件电极2、3。器件电极之间的距离L=10μm，宽度W=300μm。
步b：
对每个器件，借助于真空淀积在含有器件电极2、3的基片1上形成厚度为50nm的Cr膜，然后由Cr膜制成具有相应于器件电极2、3形状的开口的并具有将其分开的距离的Cr掩膜。开口宽度W′=100μm。此后，用旋转涂器把Pd胺合成物涂在Cr膜上，并在大气中在300℃下烘烤10分钟，从而形成以PdO为主要成分的导电薄膜4。其厚度为12nm。
步C：
用湿刻法除去Cr膜，并对导电薄膜4进行处理，使其呈现需要的形状。导电薄膜4呈现出的电阻Rs=1.5×104Ω/□。
步d：
然后，把经过处理的基片移到图7所示的测量系统的真空室内，借助于真空泵装置16(离子泵)把真空室15抽空到2.7×10-6Pa。此后，借助于用来对每个器件施加器件电压Vf的电源61在每个器件的器件电极2、3之间施加脉冲电压对器件进行激发成形处理，用于成形处理的施加的脉冲电压的波形如图5B所示。
三角波的脉冲电压其脉宽T1=1msec.脉冲间隔T2=10msec.并且峰值电压(用于成形处理)以每步0.1V逐步上升。在成形处理期间，在成形脉冲电压的间隔内插入0.1V的额外脉冲电压(未示出)，以便确定电子发射区的电阻，不断地监测这电阻，当其超过1MΩ时成形处理结束。成形处理结束时每个器件的脉冲电压(成形电压)的数值为7.0V。
步e：
借助于打开可调泄漏阀17从容器18中把丙酮引入真空室。调节阀门使真空室15内丙酮的局部压力为1.3×10-1Pa，这借助于四极质量分析仪(未示出)进行观察。
步f：
对器件施加如图6A所示的双极性矩形脉冲电压进行激活处理。脉冲高度、脉宽以及间隔分别为Vph=V′ph=18V,T1=T′1=100μsec.以及T2=100msec.。脉冲电压施加30分钟后停止。当施加脉冲电压时，器件电流If=1.8mA。
步g：
暂停丙酮供应，并除去真空室内的丙酮，把器件加热到250℃。真空室本身也用加热器加热。
〔例22〕
本例中除去丙酮的局部压力升高到13Pa以及双极脉冲电压的高度保持20V之外，其余步骤和例21的相同。因为If比例1中上升得更快，施加脉冲电压在15分钟内停止，并除去真空室内的丙酮，把器件加热到250℃。真空室本身也被加热。在停止施加脉冲电压时，器件电流If=2.1mA。
〔对照例8〕
在本例中，使丙酮的局部压力等于例1中的，或等于1.3×10-1Pa，并用图6B所示的高度为Vph=18V的单极矩形脉冲电压进行激活处理。此外，执行例21的步骤。在停止施加脉冲电压时，器件电流If=1.5mA。
〔对照例9〕
在本例中，丙酮的局部压力等于例1中的或等于1.3×10-1Pa，并用高度为Vph=6V的双极脉冲电压进行激活处理。此外，执行例21中的步骤。在停止施加脉冲电压时，器件电流If=3.0mA。
此后，进行稳定化处理。
从例21以及例22和对照例8、9中取出一个器件借助于图7的装置试验其电子发射性能。在试验期间，真空室的内部压力维持在2.7×10-6Pa以下，并关断加热器件的加热器和加热真空室的加热器并把器件冷却至室温后进行试验每个器件的性能。
施加于器件的电压是如图6B所示的单极矩形脉冲电压，其高度、脉宽以及间隔分别为Vph=18V,T1=100μsec.以及T2=10msec.。在测量系统中，器件和阳极间的距离H=4mm，电位差保持为1KV。
在试验开始之后以及在连续操作100小时之后立即测量每个器件的电子发射性能。注意当停止施加激活脉冲电压时以及试验开始时，对照例的器件电流If显著下降并且Ie大大低于其它器件，使得后来对它们没有再作试验。结果如下表所示。
施加脉冲电压结束 试验开始时       试验开始100小时之后
    If(mA)   If(mA)   Ie(μA)    If(mA)   Ie(μA)
例21     1.8     1.0     1.2     0.7     0.7
例22 2.1 1.2 1.5 1.0 1.1
对照例8     1.5     1.2     0.6     0.6     0.2
对照例9     3.0     0.3     0.1     -     -
从例21和22以及对照例8和9中取出没有用来进行上述性能试验的器件并用拉曼光谱仪检查碳膜的结晶性。波长为514.5nm的Ar激光作为光源，它在试品表面上产生大约直径为1μm的光点。
使上述拉曼光谱仪的Ar激光点从每个器件间隙的一端扫描到另一端。把得到的P1的半宽的值绘成光点位置的函数。例21和22的器件在P1的中心处呈现出半宽减少，如图21所示。同时对照例8的器件获得了相似的观察结果，在电极之间的间隙的阳极侧，器件呈现在P1的中心处半宽减少，虽然信号值很小，这是因为在阳极侧只发现极少的碳膜。结果列于下表：
器件     间隙附近(cm-1)     间隙外面(cm-1)
例21     110     300
例22     90     300
对照例8     160     300
对照例9     280     300
因为在上述每例中的中心及中心附近处发现碳的结晶度高，所以用透射电子显微镜(TEM)作进一步观察。
就例21和22的每个器件而言，虽然在电子发射区的间隙的两侧都发现了碳膜。但在位于间隙内部的碳膜中，沿导电薄膜的边缘观察到了晶格图像，这证明存在石墨。石墨晶体的微粒大小为几个nm。在另一方面，在离开间隙的区域内没有观察到晶格图像，这表明那里的碳膜主要由无定形碳构成。
图26示意地说明在例21的器件的碳膜中观察到的石墨的晶格图像，碳膜由导电薄膜的间隙5内部的石墨6和间隙外部的无定形碳构成。虽然在图26中分开石墨膜的间隙和电子发射区的间隙一致，但它们的位置不一定彼此一致，并且前者可能位于后者边缘附近。
在例22中，即使在离开间隙的区域中也观察到了晶格图像，从而证明碳膜更广泛地由石墨构成。
就对照例8而言，在阴极侧碳膜的量比在阳极侧的小，虽然在间隙内部的阳极的碳膜中观察到了和例21中相同的晶格图像。在对照例9中，在整个碳膜中没有发现晶格图像，从而表明整个碳膜由无定形碳构成。
在上述例子和对照例的每个器件的基片上，在相对电极碳膜的碳膜之间观察到了槽8(相当于对照例1的碳膜和阴极之间的槽)。在例22的器件中的槽比较深。这可能表明原子团和基片已经起了反应，因为这里的器件在该区域内的电场比其它器件的较强，并且在该器件中产生的器件电极相对较大的缘故。比较例21和22可见，例22的η=Ie/If大于例21，原因之一可能是例22的深槽断开了，在相对电极之间可能产生漏电流的路径的缘故。换句话说，深槽可以改善电子发射器件的电子发射效率。
〔例23〕
在本例中，借助于在基片上排列若干表面传导电子发射器件，并连接成矩阵形式制备电子源。
图27示意地表明这种电子源的局部平面图。图28是沿图27的线28-28剖开的示意的截面图。图29A到29H示意地说明这种电子源的制造步骤。
电子源具有基片1、X向引线22和Y向引线23(也称作上引线)。电子源的每个器件由一对器件电极2、3和包含电子发射区的导电薄膜4构成。此外，电子源还具有层间绝缘层61和接触孔62，每个接触孔连接相应的器件电极22和相应的下引线22。
现在参照图29A到29H说明电子源的制造步骤。这些图分别和制造步骤对应。
步A：
在对碱玻璃板进行彻底清洗之后，通过溅射在其上形成厚度为0.5μm的氧化硅膜，从而形成基片1，在基片1上顺序地形成厚度分别为5nm和600nm的Cr膜和Au膜，然后，用旋转涂器在膜上形成光刻胶(AZ1370:Hoechst Corpration)，同时使膜转动并烘烤。此后，光掩膜图像被曝光并显影从而形成下引线22的抗蚀剂图形，然后对淀积的Au/Cr膜进行湿刻，从而形成下引线22。
步B：
利用RF溅射形成厚度为1.0μm的氧化硅膜作为中间绝缘层61。
步C：
制备光刻胶图形，用来在步B淀积的氧化硅膜中产生接触孔62，使用作为掩膜的光刻胶图形。通过对中间绝缘层61进行刻蚀来形成接触孔62。对于刻蚀操作，利用使用CF4和H2气的RIE(反应离子刻蚀Reactive Ion Etching)技术。
步D：
然后，形成用于每对器件电极2、3和分开电极的间隙G的光刻胶(RD-2000N-41:Hitachi Chemical Co.,Ltd.)图形，然后用真空淀积在其上顺序地淀积厚度分别为5nm和100nm的Ti和Ni。用有机溶剂溶解光刻胶图形，并使用去除(lift-off)技术处理Ni/Ti淀积膜，从而形成一对器件电极2、3，其宽度为300μm，之间距离G为3μm。
步E：
在器件电极2、3上形成用于上引线23的光刻胶图形之后，利用真空淀积顺序地淀积厚度分别为5nm和500nm的Ti和Au，然后利用去除技术除去不需要的部分，从而形成所需形状的上引线23。
步F：
然后用真空淀积形成厚度为30nm和Cr膜63，然后对其进行处理，使其呈现具有开口的导电薄膜4的形状。此后，用旋转涂器在Cr膜上涂上Pd胺合成物(CCP 4230)溶液，同时使膜旋转，并在300℃下烘烤12分钟。所形成的导电薄膜64由以PdO为主要成分的细微粒构成，其厚度为70nm。
步G：
使用刻蚀剂对Cr膜63进行湿刻，并除去导电薄膜4的不需要的部分，从而形成需要的图形。其电阻Rs=4×104Ω/□。
步H：
然后制备用来对除接触孔62之外的整个表面区域涂以光刻胶的图形，并用真空淀积顺序形成厚度分别为5nm和500nm的Ti、Au。利用去除技术除去不需要的部分，从而隐藏接触孔。
使用按上述方式制备的电子源制造图像形成装置，这参照图10、11A和11B来说明。
在把电子源基片21固定在后板31上之后，在基片21的上方5mm用支撑框架32设置面板36(在玻璃基片33表面上含有荧光膜34和金属垫层35)，然后在面板36，支撑框架32和后板31的接触部分施加熔融玻璃并在400至500℃下在大气中或在氮气中烘烤10分钟以上，从而对壳体进行气密性密封。用熔融玻璃把基片21也固定在后板31上，在图10中，24是电子发射器件，22和23分别是器件的X向引线和Y向引线。
虽然当该装置用于黑白图像时，荧光膜34只由荧光体本身构成，但本例中的荧光膜34通过形成黑条并用红、绿、兰色条状荧光体填充间隙构成。黑条用以石墨为主要成分的通用材料构成，使用粘合液技术在玻璃基片33上施加荧光材料。
在荧光膜34的内表面上设置金属垫层35。在制备荧光膜之后，通过在荧光膜的内表面进行″平滑″操作(一般称为″成膜″)并用真空淀积在其上淀积一层铝层来制造金属垫层。
虽然在荧光膜34的外表面可以设置透明电极(未示出)以便增加其导电性。但在本例中没有使用，因为荧光膜只用金属垫层就已经呈现出足够的导电性(Electro Conductivity)。
对于上述的组装操作，各元件被小心地对准，以便确保彩色荧光器件和电子发射器件之间的精确的位置对应关系。
制成的玻璃壳体的内部(气密性密封容器)然后用排气管和真空泵抽到足够的真空度，此后，对器件通过公共连接的Y方向引线逐行地进行成形处理。在图30中，标号64是公共电极，它与Y方向引线相连，65是电源，而标号66和67分别表示测量电流的电阻和监视电流的示波器。
然后，当屏的内部被再次抽空为内部压力1.3×10-4Pa时，当对器件再一次施加相似的脉冲电压之前在屏内引入氢气。
然后，真空装置改用离子泵，把屏内进一步抽空为4.2×10-5Pa，用时利用加热器对整个屏加热。
接着，矩阵引线被驱动，以确保屏的工作正常和稳定地显示图像，然后排气管(未示出)借助于气体喷灯加热并溶化进行密封，从而气密性地密封整个壳体。
最后，对显示屏进行吸气剂操作，以便维持其内部的高真空度。
为了驱动制备的包括显示屏的图像形成装置，通过外部端子DX1到DXm以及DY1到DYn把扫描信号和调制信号施加到电子发射器件上，从而按各个信号发生装置发射电子，同时由高压端子Hv对金属垫层19或透明电极(未示出)施加5.0KV的高电压，使得从冷阴极器件发出的电子被加速并撞击荧光膜54，从而激发荧光膜发光并产生图像。
虽然例22的电子源包括若干如同例1中制造的表面传导电子发射器件，但按照本发明的电子源和图像形成装置并不限于使用这种电子发射器件。此外，电子源可以通过排列例2到例21任何一例中制备的电子发射器件来制备，并且，相应于例22的图像形成装置可用这种电子源来制备。
图31是借助于使用例22的图像形成装置(显示屏)实现的显示装置方块图，用来提供来自各种信息源其中包括电视传输及其它图像源的电视信息。在图31中，70是显示屏，71是显示屏驱动器，72是显示屏控制器，73是多路复用器，74是译码器，75是输入/输出接口，76是CPU,77是图象发生器，78、79和80是图像输入存储接口，81是图像输入接口，82和83是TV信号接收器，84是输入单元。(如果显示装置用来接收由视频信号和音频信号组成的电视信号，在图中还需要用来接收、分离、复制、处理以及存储音频信号的电路、扬声器及其它装置，不过，这种电路和装置根据本发明的范围被省略了)。
现在按照图像信号的流程说明该装置中的各个部分。
首先，TV信号接收器83是一种用来接收通过使用电磁波的无线电传输系统与/或空间光通讯网络传输的TV图像信号的电路。要被使用的TV信号系统不限于具体的一种，并且任何制式例如NTSC、PAL或SECAM都可以一起使用。尤其适用于涉及大量扫描行的TV信号(典型的如高清晰度TV系统如MUSE系统)。因为它可用于大的包括大量象素的显示屏70，由TV信号接收器73级到的TV信号向前传给译码器74。
第二，TV信号接收器82是一种用来接收通过使用同轴电缆与/或光导纤维的有线传输系统传输的TV图像信号和TV信号接收器83一样，要被使用的TV信号系统不限于具体的一种，并且由该电路收到的TV信号向前传送给译码器74。
图像输入接口81是一种用来接收来图像输入装置。例如TV摄像机或图像输入扫描器输出的图像信号，它也把接收到的图像信号输入给译码器74。
图像输入存储接口80是一种用来恢复存储在电视磁带录象机(以后称VTR)中的图像信号的电路，被恢复的图像信号也被输入给译码器74。
图像输入存储接口79是一种用来恢复存储在视盘中的图像信号的电路，被恢复的图像信号也被输出给译码器74。
图像输入存储接口78是一种用来恢复存储在存储静止图像数据如所谓的静止盘中的图像信号的电路，并把恢复的图像信号也输出给译码器74。
输入/输出接口75是一种用来连接显示装置和外部输出信号源。例如计算机、计算机网络或打印机的电路。它对图像数据以及字符、图表的数据进行输入/输出操作，如果合适的话，还用作显示装置的CPU76和外部输出信号源之间的控制信号和数字数据的输入/输出的操作。
图像发生电路77是一种用来在显示屏上产生要被显示的图像数据的电路，它根据通过输出/输出接口75由外部输出信号源输入的图像数据或字符数据和图表数据或来自CPU76的这些数据进行操作。该电路包括可再加载的存储器，用来存储图象数据、字符数据或图表数据，只读存储器，用来根据给定的符号代码存储图象类型，用来处理图像数据的处理器，以及用来产生屏幕图像所需的其它电路元件。
由图像发生电路77产生的用于显示的图像数据被输入给译码器74，并且如果合适的话，也通过输入/输出接口75输入给外部电路例如计算机网络或打印机。
CPU76用来控制显示装置，并对在显示屏上要显示的图像进行发生、选择和编辑的操作。
例如，CPU76向多路复用器73输出控制信号并对要在显示屏上显示的图像信号进行合适的选择和组合。同时它还对显示屏控制器72发出控制信号，根据图像显示频率、扫描方法(如隔行还是非隔行扫描)、每帧的扫描行数等控制显示装置的操作。
CPU76也直接发出图像数据和字符数据图表数据给图像发生电路77，并通过输入/输出接口75访问外部计算机和存储器，从而获得外部图像数据、字符数据和图表数据。
CPU76还可以附带地参与显示装置的其它操作，包括发生和处理如个人计算机或文字处理机的数据。
CPU76还可以通过输入/输出接口75和外部计算机网络相连，从而协同一道进行计算和其它操作。
输入装置84用来向CPU76输入由操作者给定的程序和数据。事实上，可以从不同的输入装置中选择，例如键盘、鼠标、游戏棒、棒码读出器、声音识别装置及它们的任意组合。译码器74是用来把通过所述电路77到73输入各种图像信号转换成三种主要颜色信号、亮度信号和I、Q信号的电路。最好译码器74包括图像存储器，如图33中虚线所示，用来处理例如MUSE系统的需要图象存储器进行信号转换的电视信号。图像存储器还帮助静止图像的显示，以及由译码器74结合图象发生电路77和CPU76选择地进行的例如变薄、插入、放大、缩小、同步以及对帧进行编辑的操作。
多路复用器73用来按照CPU76给定的控制信号合适地选择要在显示屏上显示的图像。换句话说，多路复用器73选择来自译码器74的某一被转换的图像信号并将其送入驱动电路71。
它也可以把显示屏分为几帧，借助于在显示一帧的时间间隔内从一组图像信号转换为另一组图像信号来同时显示不同的图像。
显示屏控制器72是用来按照来自CPU76的控制信号控制驱动电路71的操作的电路。
其中，它进行操作使得向驱动电路71传输信号，以便控制用来驱动显示屏的电源(未示出)的操作顺序，从而确定显示屏70的基本操作。它还向驱动电路71传输信号，用来控制图像显示频率和扫描方法(例如隔行扫描或非隔行扫描)，从而限定驱动显示屏70的方式。
如果需要，它还向驱动电路71传输信号，用来根据亮度、对比度、色调和清晰度控制要在显示屏上显示的图像质量。
驱动电路71是用于发生施加于显示屏70上的驱动信号的电路。它按照来自多路复用器73的图像信号和来自显示屏控制器72的控制信号进行操作。
按照本发明的并具有如图31所示的构成的显示装置，可以在显示屏70上显示由各种图像数据源给定的各种图像，更具体地说，图像信号例如电视图像信号被译码器74转换，然后由多路复用器73选择，再送入驱动电路71。另一方面，显示控制器72发出控制信号用来根据用于要在显示屏70上显示的图像的图像信号控制驱动电路71的操作。然后驱动电路71按照图像信号和控制信号向显示屏70施加驱动信号。这样，便在显示屏70上显示图像。所有上述操作都由CPU76以协调的方式进行控制。
上述显示装置不但可以从若干种给定的图像中进行选择并显示。而且还可以进行各种图像处理操作，包括放大、缩小、旋转、加重边缘、变薄、插入、改变颜色以及改变图像的宽高比，以及编辑操作，包括综合，抹去，连接，代替和插入图像，这时译码器74中的图像存储器，图像发生电路77和CPU76参与这些操作。
虽然上述实施例中没有说明，但可以附加专用于处理音频信号的电路，进行音频信号的处理和编辑操作。
这样，按照本发明的并具有上述结构的显示装置，可以具有广泛的工业的和商业方面的应用，因为它可以用作电视、广播的显示装置，电视会议的终端装置，静态、动态图像的编辑装置、计算机系统的终端设备、OA设备例如文字处理机、游戏机以及其它许多方面。
显然，图31只表示了一种显示装置可能具有的结构的例子，其中包括通过排列大量表面传导电子发射器件制备的电子源，但本发明并不限于此。例如，图31的某些电路元件省去或增加某些元件，这视应用而定。例如，如果本发明的显示装置用作电视电话，它就可以包括如电视摄像机、麦克风、灯光设备以及包括调制解调器的发送/接收电路。
随然用于上例中的激活处理采用了例1中类型的表面传导电子发射器件所用的方法。但当合适时可以使用相应于例2到例22中之一的激活处理方法。
〔例24〕
在本例中，结合图32A到32C说明具有梯形连线型的电子源及包括这种电子源的图像形成装置的制造方法，图中说明的是制造步骤的一部分。
步A：
在对碱玻璃板进行彻底清洗之后，利用溅射在上面形成厚度为0.5μm的氧化硅膜，从而形成基片21，在其上形成相应于一对电极形状的具有开口的光刻胶(RD-2000N-41:Hitachi ChemicalCo.,Ltd.)图形。然后，利用真空淀积顺序地形成厚度分别为5nm和100nm的Ti膜和Ni膜。此后，由有机溶剂溶解光刻胶，并且除去Ni/Ti膜，从而形成作为器件电极操作的公共引线26，器件电极之间的距离L=10μm(图32A)。
步B：
用真空淀积在器件上形成厚度为300nm的Cr膜，然后用光刻形成相应于导电薄膜形状的开口92。此后，由Cr膜形成Cr掩膜，从而形成导电薄膜(图32B)。
然后，用旋转涂器把Pd胺合成物(CCP 4230:OkunoPharmaceutical Co.,Ltd.)涂在Cr膜上，并在300℃下烘烤12分钟，从而生成含PdO为主要成分的细微粒膜，膜厚为7nm。
步C：
用湿刻法除去Cr掩膜，并去除PdO细微粒膜，以获得所需形状的导电薄膜4。导电薄膜呈现出的电阻大约为Rs=2×104Ω/□(图32C)。
步D：
如同例23一样制备显示屏，但本例中的屏与例23中的稍有不同，即本例中的屏具有栅极。如图14所示，电子源基片21、后板31、面板36和栅极27组装在一起，并把外部端子29和外部栅极端子30连接于其上。
按照例23进行图像形成装置的成形激活和稳定处理，然后把排气管(未示出)熔化并进行气密性密封。最后进行吸气剂操作，这借助于高频加热进行。
本例中的图像形成装置可如图例23一样被驱动操作。
虽然上例中所用的激活处理采用的是例1中的表面传导电子发射器件所用的处理方式，但只要合适，可采用相应于例2到例22中的任何一种。这同例23的情况一样。
如上面详细说明的，按照本发明，通过在电子发射器件的电子发射区的间隙内设置高结晶度的碳膜，对于电子发射操作，可有效地防止随电子发射器件的使用时间而产生的质量劣化。从而大大改善器件的稳定性。当这种石墨膜形成在电子发射区的间隙的阳极、阴极侧两端时，电子发射器件可以在高效率下发射电子，从而进一步改善了电子发射效率η=Ie/If。
此外，如果器件在间隙内部除石墨膜之外没有任何碳膜，或者如果在间隙外面有碳膜，而该碳膜又是由高度结晶的石墨构成的。则器件可以有效地克服在操作中可能出现的电气放电现象。
最后，通过在电子发射区形成槽，可以显著地减少器件漏电流，从而进一步改善器件的电子发射效率。

Claims (15)

1．一种制造电子发射器件的方法，电子发射器件包括一对电极和位于电极之间并含有电子发射区的导电薄膜，其特征在于包括对含有间隙的导电薄膜在含有一种或一种以上有机物以及具有由通式XY(其中X和Y分别表示氢原子和卤素原子)表示的成分的气体的环境中施加电压的步骤。
2．一种制造包括一对电极以及位于电极之间的并包括电子发射区的导电薄膜的电子发射器件的制造方法，其特征在于包括对其中含有间隙的导电薄膜施加电压的步骤，所述电压是一种双极性脉冲电压。
3．一种如权利要求1或2的制造电子发射器件的方法，其中所述对导电薄膜施加电压的步骤包括在含有一种或一种以上有机物的第一环境中施加电压以及在含有具有由通式XY(其中X和Y分别表示氢原子和卤素原子)表示的成分的气体的第二环境中施加电压的步骤。
4．如权利要求3的制造电子发射器件的方法，其中所述在第一环境中施加电压的步骤和在第二环境中施加电压的步骤被交替地进行。
5．如权利要求1或2的制造电子发射器件的方法，其中所述对导电薄膜施加电压的步骤在含有一种或一种以上的有机物以及具有以通式XY(其中X和Y分别表示氢原子和卤素原子)表示的成分的气体的环境中进行。
6．一种制造包括一对电极以及位于电极之间的并含有电子发射区的导电薄膜的电子发射器件的方法，其特征在于在包括电子发射区的所述的导电薄膜上形成石墨膜以及除去不同于所述石墨膜的任何淀积物的步骤。
7．如权利要求6的制造电子发射器件的方法，其中所述形成石墨膜的步骤包括对所述导电薄膜在含有一种或一种以上有机物的环境中施加电压的步骤。
8．如权利要求6或7的制造电子发射器件的方法，其中所述除去任何淀积物的步骤包括对所述导电薄膜在含有具有以通式XY(其中X和Y代表氢或卤素原子)表示的成分的气体的环境中施加电压的步骤。
9．如权利要求6或7的制造电子发射器件的方法，其中所述除去任何淀积物的步骤包括对所述导电薄膜在含有具有以通式XY(其中X和Y分别表示氢原子和卤素原子)表示的成分的气体以及一种或一种以上有机物的环境中施加电压的步骤。
10．如权利要求6的制造电子发射器件的方法，其中所述形成石墨膜的步骤和除去淀积物的步骤作为同一个步骤进行。
11．如权利要求10的制造电子发射器件的方法，其中所述形成石墨膜和除去淀积物的步骤包括对所述导电薄膜在含有具有以通式XY(其中X和Y分别表示氢原子和卤素原子)表示的成分的气体以及一种或一种以上有机物的环境中施加电压的步骤。
12．如权利要求1或2或6的制造电子发射器件的方法，其中所述电子发射器件是表面传导电子发射器件。
13．一种制造包括由各自引线共同连接的排列成行的多个电子发射器件的电子源的方法，其特征在于，所述电子发射器件是由权利要求1、2或6的方法制造的。
14．一种制造包括由引线连接成矩阵形的多个电子发射器件的电子源的方法，其特征在于，所述电子发射器件是由权利要求1、2或6的方法制造的。
15．一种制造包括电子发射器件和图像形成构件的图像形成装置的方法，其特征在于所述电子发射器件是由权利要求1、2或6的方法制造的。
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