DE69635770T2

DE69635770T2 - Herstellungsverfahren einer Elektronenquelle und eines Bilderzeugungsgeräts

Info

Publication number: DE69635770T2
Application number: DE69635770T
Authority: DE
Inventors: c/o Canon Kabushiki Kaisha Hisaaki Kawade; c/o Canon Kabushiki Kaisha Keisuke Yamamoto; c/o Canon Kabushiki Kaisha Masato Yamanobe; c/o Canon Kabushiki Kaisha Yasuhiro Hamamoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2016-03-14
Also published as: CA2171688A1; DE69606445T2; EP0955662A1; AU721994B2; DE69635210T2; CA2171688C; DE69606445D1; CN1086056C; AU4807196A; CN1312574A; EP0955662B1; EP0732721A1; DE69635210D1; DE69635770D1; CN1137164A; AU721994C; US6334801B1; EP0732721B1; EP0955663B1; US6034478A

Description

Es waren zwei Arten von Elektronen emittierenden Einrichtungen bekannt: der Thermokathodentyp und der Kaltkathodentyp. Von diesen bezieht sich der Kaltkathodentyp auf Einrichtungen einschließlich Feldemissionstyp-Einrichtungen (nachstehend in Kurzform als FE-Typ bezeichnet), nach dem Metall/Isolationsschicht/Metall-Prinzip arbeitende Elektronen emittierende Einrichtungen (nachstehend in Kurzform als MIM-Typ bezeichnet) und oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtungen. Beispiele des FE-Typs beinhalten diejenigen, die durch W. P. Dyke & W. W. Dolan, "Field emission", Advance in Electron Physics, 8, 89 (1956) und C. A. Spindt, "PHYSICAL Properties of the thin-film field emission cathodes with molybdenum cones", J. Appl. Phys., 47, 5248 (1976) vorgeschlagen wurden.
Beispiele des MIM-Typs sind in Aufsätzen einschließlich C. A. Mead, "Operation of Tunnel-Emission Device", J. Appl. Phys., 32, 646 (1961) offenbart.
Beispiele der oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung beinhalten eine durch M. I. Elinson, Radio Eng. Electron Phys., 10 (1965) vorgeschlagene.
Eine oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtung wird realisiert durch Nutzen des Phänomens, dass Elektronen aus einem auf einem Substrat ausgebildeten kleinen dünnen Film emittiert werden, wenn ein elektrischer Stromfluss parallel zu der Filmoberfläche erzwungen wird. Während Elinson die Verwendung eines SnO₂-Dünnfilms für eine Einrichtung dieses Typs vorschlägt, wird in G. Dittmer, "Thin Solid Films", 9, 317 (1972) ein Au-Dünnfilm vorgeschlagen, wohingegen die Verwendung von In₂O₃/SnO₂ und diejenige eines Kohlenstoff-Dünnfilms in jeweils M. Hartwell und C. G. Fonstad, "IEEE Trans. ED Conf.", 519 (1975) und H. Araki et al., "Vacuum", Band 26, Nr. 1, Seite 22 (1983) diskutiert wird.
18 der beigefügten Zeichnungen stellt vereinfacht eine durch M. Hartwell vorgeschlagene, typische oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtung dar. In 18 bezeichnet das Bezugszeichen 1201 ein Substrat. Das Bezugszeichen 1203 bezeichnet einen elektrisch leitenden Dünnfilm, der normalerweise durch Erzeugen eines H-förmigen dünnen Metalloxidfilms mittels Sputtern hergestellt wird, von dem ein Teil schließlich einen Elektronen emittierenden Bereich 1202 bildet, wenn er einer als "Energisierungserzeugung" bezeichneten Stromleitungsbehandlung unterworfen wird, wie nachstehend beschrieben wird. In 18 hat der zwischen einem Paar von Einrichtungselektroden angeordnete schmale Film eine Länge L von 0,5 bis 1 mm und eine Breite W' von 0,1 mm.
Herkömmlich wird ein Elektronen emittierender Bereich 1202 in einer oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung dadurch erzeugt, dass der elektrisch leitende Dünnfilm 1203 der Einrichtung einer Stromleitungsbehandlung unterzogen wird, welche als "Energisierungserzeugung" bezeichnet wird. In einem Energisierungserzeugungsprozess wird eine konstante Gleichspannung oder eine langsam ansteigende Gleichspannung, die typisch mit einer Rate von 1V/min ansteigt, an gegebene gegenüberliegende Enden des elektrisch leitenden Dünnfilms 1203 angelegt, um den Film teilweise zu zerstören, deformieren oder transformieren und einen Elektronen emittierenden Bereich 1202 zu erzeugen, der elektrisch hochresistiv ist. Folglich ist der Elektronen emittierende Bereich 1202 Teil des elektrisch leitenden Dünnfilms 1203, der typisch einen Spalt oder Spalte in sich enthält derart, dass Elektronen aus dem Spalt emittiert werden können. Es wird angemerkt, dass nach einem einmaligen Unterwerfen unter einen Energisierungserzeugungsprozess eine oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtung immer dann Elektronen aus seinem Elektronen emittierenden Bereich 1202 emittiert, wann immer eine geeignete Spannung an den elektrisch leitenden Dünnfilm 1203 angelegt wird, um zu bewirken, dass ein elektrischer Strom durch die Einrichtung fließt.
Bekannte oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtungen beinhalten, neben der vorstehend beschriebenen Hartwell'schen Einrichtung, eine, die in der europäischen Patentanmeldung EP 0 693 766 A vorgeschlagen ist, worin die Einrichtung durch Anordnen eines Paars von gegenüberliegend angeordneten Einrichtungselektroden eines elektrisch leitenden Materials und eines unabhängigen elektrisch leitenden Dünnfilms, der die Elektroden verbindet, oder eines isolierenden Substrats und Unterwerfen derselben unter eine Energisierungserzeugung, um einen Elektronen emittierende Bereich zu erzeugen, hergestellt wird. Das Patentdokument offenbart auch, dass Techniken, die für die Energisierungserzeugung verwendet werden können, die des Anlegens einer Impulsspannung an die Elektronen emittierende Einrichtung beinhalten, und die Signalwellenhöhe der Impulsspannung langsam angehoben wird.
Es besteht eine fortdauernde Nachfrage nach Elektronen emittierenden Einrichtungen, die gleichförmig und stabil für Elektronenemission arbeiten, wenn sie in einer Bilderzeugungsvorrichtung verwendet werden, so dass diese frei von dem Problem ungleichmäßiger Helligkeit von Pixeln sein und stabilisierte Bilder erzeugen kann.
Die vorstehend beschriebene Hartwell'sche Elektronen emittierende Einrichtung ist jedoch hinsichtlich der Gleichförmigkeit und Stabilität der Elektronenemission nicht notwendigerweise zufriedenstellend.
Der Elektronen emittierende Bereich der Einrichtung wird durch Energisierungserzeugung wie vorstehend beschrieben erzeugt, zeigt aber, nachdem der durch Energisierungserzeugung erzeugt ist, ein ungleichmäßiges und instabiles Profil über den gesamten Bereich.
Wenn solche Einrichtungen auf einem Substrat angeordnet werden, um eine Elektronenquelle einer Bilderzeugungsvorrichtung zu erzeugen, werden die Elektronen emittierenden Bereiche hinsichtlich des Profils und der Elektronenemissionsleistung natürlich ungleichmäßig sein, so dass es schwierig ist, eine Elektronenquelle zu erhalten, die gleichförmig und stabil für Elektronenemission arbeitet. Aus demselben Grund kann nicht erwartet werden, dass eine eine solche Elektronenquelle umfassende Bilderzeugungsvorrichtung gleichförmig und stabil arbeitet.
Es gab Berichte über ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung, das das vorstehend erkannte Problem in einem beträchtlichem Maße löst und daher zur Herstellung einer solche Einrichtungen umfassenden Elektronenquelle sowie einer solche Einrichtungen umfassenden Bilderzeugungsvorrichtung verwendet werden kann. Das vorstehend genannte Patentdokument beschreibt auch ein solches verbessertes Verfahren.
Um jedoch einen höheren Grad von Anwendbarkeit und Anpassbarkeit für oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtungen zu erreichen, müssen diese eine weiter verbesserte Elektronenemissionsleistung hinsichtlich der Gleichförmigkeit und Stabilität zeigen. Insbesondere muss in dem Prozess der Herstellung einer Elektronenquelle durch Anordnen einer großen Anzahl von oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen eine verhältnismäßig große Leistung zur Energisierungserzeugung zum Erzeugen von Elektronen emittierenden Bereichen in den Einrichtungen verbraucht werden. Dies bedeutet, dass ein großer elektrischer Strom durch Leitungsadern fließt, welche ihrerseits dem durchfließenden elektrischen Strom Widerstand leisten und demzufolge die Spannung herunterziehen, bis die an die Elektronen emittierenden Einrichtungen angelegte wirksame Spannung zur Energisierungserzeugung von Einrichtung zu Einrichtung signifikant schwankt und bewirkt, dass die Einrichtungen Elektronenemissionsleistungsniveaus zeigen, die beträchtlich fluktuieren.
Ergänzend, wegen der großen Leistung, die zum Ausbilden Elektronen emittierender Bereiche verwendet wird, kommen sie nicht notwendigerweise in guter Form heraus, besonders vom Standpunkt der Elektronen emittierenden Effizienz.
Die JP 07-320631 A offenbart Verfahren, um effektiv eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Elementen einer oberflächenleitenden Bauart auszubilden, die in einer Matrix angeordnet sind, so dass sie gleichförmige Eigenschaften besitzen.
Die Erfindung ist dazu bestimmt, eine Elektronenquelle mit Elektronen emittierenden Einrichtungen bereitzustellen, die stabil und gleichförmig arbeiten, und welche alle eine ausgezeichnete Elektronenemissionseffizienz zeigen. Sie ist ebenso dazu bestimmt, eine Anzeigeeinrichtung bereitzustellen, die stabil und gleichförmig arbeitet, und feine und klare Bilder erzeugt.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronenquelle, ein Verfahren zur Herstellung einer Anzeigeeinrichtung mit solch einer Elektronenquelle und eine Verfahren zur Herstellung eines Fernsehers mit solch einer Anzeigeeinrichtung, wie in den zugehörigen Ansprüchen detailliert dargelegt.
In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
1A und 1B eine vereinfachte Draufsicht und eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Elektronen emittierenden Einrichtung mit planer Oberflächenleitung;
2 eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Elektronen emittierenden Einrichtung mit stufenförmiger Oberflächenleitung;
3A bis 3C vereinfachte Querschnittsansichten der oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung von 1A und 1B, die verschiedene Herstellungsschritte zeigen;
4A und 4B Diagramme, die Spannungssignalverläufe zeigen, die zur Energisierungserzeugung zu Zwecken der Erfindung verwendet werden können;
5 ein vereinfachtes Diagramm eines Meßsystems zum Ermitteln der Elektronenemissionsleistung einer Elektronen emittierenden Einrichtung zu Zwecken der Erfindung;
6 ein Diagramm, das eine typische Beziehung zwischen dem Emissionsstrom Ie und der Einrichtungsspannung Vf sowie zwischen dem Einrichtungsstrom If und der Einrichtungsspannung Vf zeigen;
7 eine vereinfachte Draufsicht einer Elektronenquelle mit einer einfachen Matrixanordnung;
8 eine teilweise ausgeschnittene vereinfachte perspektivische Ansicht einer Bilderzeugungsvorrichtung, die eine Elektronenquelle mit einer einfachen Matrixanordnung umfasst;
9A und 9B zwei mögliche Anordnungen von fluoreszierenden Elementen, die zu Zwecken der Erfindung verwendet werden können;
10 ein vereinfachtes Schaltungsdiagramm einer Ansteuerschaltung, die zum Anzeigen von Bildern gemäß NTSC-Fernsehsignalen verwendet werden können, sowie ein Blockdiagramm einer Bilderzeugungsvorrichtung mit einer solchen Ansteuerschaltung;
11 eine vereinfachte Draufsicht auf eine Elektronenquelle mit einer leiterförmigen Anordnung;
12 eine teilweise ausgeschnittene vereinfachte perspektivische Ansicht einer Bilderzeugungsvorrichtung, die eine Elektronenquelle mit einer leiterförmigen Anordnung umfasst;
13 eine vereinfachte Draufsicht auf eine oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtung, die in Beispiel 1 hergestellt wird;
14 eine vereinfachte teilweise Draufsicht auf eine Elektronenquelle mit einer einfachen Matrixanordnung, die in Beispiel 3 hergestellt wird;
15 eine vereinfachte teilweise Querschnittsansicht der Elektronenquelle von 14 entlang einer Linie 15-15;
16A bis 16H vereinfachte teilweise Querschnittsansichten der Elektronenquelle von 14, die unterschiedliche Herstellungsschritte darstellt;
17 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Bildanzeigesystems, das durch Verwenden einer Bilderzeugungsvorrichtung realisiert wird;
18 eine vereinfachte Draufsicht auf eine bekannte oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtung;
19 ein Diagramm, das den Spannungssignalverlauf zeigt, der zur Energisierungserzeugung in einem Vergleichsbeispiel 1 verwendet wird;
20 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom zeigt, die bei dem Energisierungserzeugungsprozess des Vergleichsbeispiels 1 beobachtet wird;
21 ein vereinfachtes Diagramm der Schaltung, die zur Energisierungserzeugung für die Bilderzeugungsvorrichtung von Beispiel 11 verwendet wird;
22A bis 22C zeigt vereinfachte Darstellungen von Ansichten, die durch ein Elektronenmikroskop zum Ermitteln der Länge des Elektronen emittierenden Bereichs einer Elektronen emittierenden Einrichtung, an die Spannung anlegbar ist;
23A und 23B Diagramme, die vereinfacht die dreieckförmigen Impulsspannungen darstellen, die zur Energisierungserzeugung in Beispiel 9 verwendet werden; und
24 ein Diagramm, das die typische vereinfachte Beziehung zwischen der Spannung und dem Widerstand zeigt, die in dem Energisierungserzeugungsprozess der bekannten oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung beobachtet wird.
Nachstehend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben:
Die hierin betrachtete oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtung kann entweder ein ebener Typ oder ein stufenförmiger Typ sein.
Zunächst wird eine oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtung eines ebenen Typs beschrieben.
1A und 1B sind eine vereinfachte Draufsicht und eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Elektronen emittierenden Einrichtung mit planer Oberflächenleitung.
Das Substrat 1 kann Quarzglas, Verunreinigungen wie Na in einem reduzierten Konzentrationsniveau enthaltendes Glas, Kalk-natronglas, Glassubstrat, das durch Erzeugen einer SiO₂-Schicht auf Kalknatronglas mittels Sputtern, keramische Substanzen wie beispielsweise Aluminiumoxid oder Si umfassen.
Während die gegenüberliegend angeordneten, niedrigerpotentialseitige und höherpotentialseitige Einrichtungselektroden 4 und 5 aus einem beliebigen hoch leitfähigen Material hergestellt werden können, umfassen bevorzugte Auswahlmaterialien Metalle wie beispielsweise Ni, Cr, Au, Mo, W, Pt, Ti, Al, Cu und Pd und deren Legierungen, gedruckte leitende Materialien, die aus einem Metall oder einem Metalloxid, ausgewählt aus Pd, Ag, RuO₂, Pd-Ag etc. mit Glas, hergestellt sind, transparente leitende Materialien wie beispielsweise In₂O₃-SnO₂, und Halbleitermaterialien wie beispielsweise Polysilizium.
Bezugnehmend auf 1A und 1B können der die Einrichtungselektroden trennende Abstand L, die Länge W1 der Einrichtungselektroden, die Breite W2 des elektrisch leitenden Dünnfilms 3 und die Höhe d der Einrichtungselektroden sowie weitere Faktoren zum Entwerfen einer oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung in Abhängigkeit von der Anwendung der Einrichtung festgelegt werden. Der die Einrichtungselektroden 4 und 5 trennende Abstand L liegt beträgt bevorzugt zwischen hunderten von Nanometern und hunderten von Mikrometern, und stärker bevorzugt zwischen einigen Mikrometern und einigen zehn Mikrometern, in Abhängigkeit von der an die Einrichtungselektroden anzulegenden Spannung.
Die Länge W1 der Einrichtungselektroden beträgt bevorzugt zwischen mehreren Mikrometern und mehreren hundert Mikrometern in Abhängigkeit von dem Widerstand der Elektroden und den Elektronenemissionseigenschaften der Einrichtung. Die Filmdicke d der Einrichtungselektroden 4 und 5 beträgt zwischen mehreren zehn Nanometern und mehreren Mikrometern.
Die oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtung kann eine andere als die in 1A und 1B gezeigte Konfiguration haben und alternativ durch aufeinanderfolgendes Legen eines elektrisch leitenden Dünnfilms 3 und gegenüberliegend angeordneten Einrichtungselektroden 4 und 5 auf ein Substrat 1 hergestellt werden.
Der elektrisch leitende Dünnfilm 3 ist bevorzugt ein Film aus feinen Teilchen, um hervorragende Elektronenemissionseigenschaften bereitzustellen. Die Dicke des elektrisch leitenden Dünnfilms 3 ist als eine Funktion der abgestuften Abdeckung des elektrisch leitenden Dünnfilms auf den Einrichtungselektroden 4 und 5, des elektrischen Widerstands zwischen den Einrichtungselektroden 4 und 5 und den Parametern für den Erzeugungsvorgang, der noch zu beschreiben ist, sowie weiteren Faktoren festgelegt und beträgt bevorzugt zwischen mehreren zehntel Nanometern und mehreren hundert Nanometern, und stärker bevorzugt zwischen einem Nanometer und fünfzig Nanometern.
Der elektrisch leitende Dünnfilm 3 zeigt normalerweise einen Flächenwiderstand Rs zwischen 10² und 10⁷ Ω/☐. Es wird angemerkt, dass Rs der durch R = Rs(l/w) definierte Widerstand ist, worin w und l die Breite bzw. die Länge eines Dünnfilms sind und R der entlang der Längsrichtung des Dünnfilms ermittelte Widerstand ist.
Der elektrisch leitende Dünnfilm 3 ist aus einem aus Metallen wie beispielsweise Pd, Pt, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta und Pb, Oxiden wie beispielsweise PdO, SnO₂, In₂O₃, PbO und Sb₂O₃, Boriden wie beispielsweise HfB₂, ZrB₂, LaB₆, CeB₆, YB₄ und GdB₄, Karbiden wie beispielsweise TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC und WC, Nitriden wie beispielsweise TiN, ZrN und HfN, Halbleitern wie beispielsweise Si und Ge und Kohlenstoff ausgewählten Material hergestellt.
Der Begriff "feines Teilchen" wie hierin verwendet bezieht sich auf einen Dünnfilm, der aus einer großen Anzahl feiner Teilchen besteht, die lose verteilt, eng beieinander angeordnet oder gegenseitig und zufällig überlappend (um unter bestimmten Bedingungen eine Inselstruktur zu bilden) sein können.
Der Begriff "feines Teilchen" wie hierin verwendet bezieht sich auf ein Agglomerat aus einer großen Anzahl von Atomen und/oder Molekülen, die einen Durchmesser mit einer unteren Grenze zwischen 0,1 nm und 1 nm und eine oberen Grenze von mehreren Mikrometern haben.
Der Elektronen emittierende Bereich 2 besteht teilweise aus dem elektrisch leitenden Dünnfilm 3 und umfasst einen elektrisch hochresistiven Spalt, obwohl seine Leistung von der Dicke, dem Zustand und dem Material des elektrisch leitenden Dünnfilms 3 und dem Energisierungserzeugungsprozess, der noch zu beschreiben ist, abhängt. Der Spalt hat eine gleichförmige Breite, die nicht größer ist als 50 nm. Die Breite des Spalts wird dadurch ermittelt, dass er durch ein Elektronenmikroskop an regelmäßig gewählten Messpunkten mit Intervallen von 1 μm über die gesamte Länge des Elektronen emittierende Bereichs beobachtet wird. Wenn die beobachtete Breite des Spalts mit einer Abweichung aufgefunden wird, die den Bereich von 20% auf jeder Seite der Mittellinie über nicht weniger als 70% der gesamten Länge nicht überschreitet, wird der Spalt als "eine gleichförmige Spaltbreite" habend bezeichnet. Wenn der Begriff "Spaltbreite" verwendet wird, bezieht er sich allgemein auf den Mittelwert der beobachteten Werte. Es wird angemerkt, dass Kohlenstoff und/oder ein oder mehr als ein Kohlenstoffverbund oder Metall und/oder ein oder mehr als ein Metallverbund in dem Elektronen emittierenden Bereich 2 und dessen Nähe des elektrisch leitenden Dünnfilms 3 einer erfindungsgemäßen Elektronen emittierenden Einrichtung gefunden werden. Ebenfalls angemerkt sei, dass der Ort des Elektronen emittierenden Bereichs 2 nicht auf den in 1A und 1B gezeigten beschränkt ist.
Der Begriff "Spannungsanlegelänge" bezieht sich auf die Länge einer Zone, entlang welcher die Einrichtungsspannung in dem Elektronen emittierenden Bereich einer Elektronen emittierenden Einrichtung angelegt werden kann. Der größte Teil der an die Einrichtungselektroden angelegten Einrichtungsspannung wird an diese Zone des Elektronen emittierenden Bereichs angelegt, um einen Spannungsabfall auszulösen.
Die Spannungsanlegelänge ist auf eine nachstehend beschriebene Art und Weise festgelegt. Eine Elektronen emittierende Einrichtung wird auf einem Elektronenmikroskop auf eine solche Weise in Position gebracht, dass die Einrichtungsspannung an die Einrichtungselektroden angelegt werden kann. Das Elektronenmikroskop ist mit einer ölfreien Ultrahochvakuumpumpe versehen, um einen Ultrahochvakuumzustand oder einen Druck niedriger als 10^–4 Pa zu realisieren. Aus einer Elektronenkanone des Elektronenmikroskops emittierte Elektronen werden beschleunigt und kollidieren mit dem Elektronen emittierenden Bereich der Elektronen emittierenden Einrichtung, um sekundäre Elektronen zu erzeugen, die als sekundäre Elektronenbilder beobachtet werden, die als eine Funktion des elektrischen Potentials des Elektronen emittierenden Bereichs variieren können. Auf der Seite niedrigeren Potentials der Einrichtungselektrode und des elektrisch leitenden Dünnfilms treffen die erzeugten sekundären Elektronen den Sekundärelektronendetektor des Elektronenmikroskops und werden als ein weißes Sekundärelektronenbild beobachtet. Auf der Seite höheren Potentials der Einrichtungselektrode und des elektrisch leitenden Dünnfilms andererseits treffen nur sehr wenige Elektronen den Sekundärelektronendetektor aufgrund des nahe dem Elektronen emittierenden Bereich erzeugten elektrischen Felds und werden gemeinsam als schwarzes Bild beobachtet. Das Potential kann unter Verwendung dieses Prinzips und Beobachten von Sekundärelektronenbildern ermittelt werden.
22A ist eine vereinfachte Darstellung einer Ansicht von durch ein Elektronenmikroskop beobachteten Sekundärelektronen, wenn eine Spannung an eine Probe einer oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung angelegt wurde.
Die an die Einrichtung angelegte Spannung ist niedrig, so dass jegliche mögliche Emission von Elektronen aus der Einrichtung vernachlässigbar ist. Im einzelnen ist sie niedriger als die in 6 gezeigte Schwellenspannung V_th und beträgt typisch zwischen 1 und 4,0 V. Wenn die Spannung diesen Pegel übersteigt, können aus dem Elektronen emittierenden Bereich emittierte Elektronen die Sekundärelektronendetektoren treffen, so dass das Potential des Elektronen emittierenden Bereichs nicht korrekt beobachtet werden kann. In 22A ist die linke Seite die Seite niedrigeren Potentials, wohingegen die rechte Seite die Seite höheren Potentials der Probe der oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung ist. Sekundärelektronen werden als ein weißes Bild auf der Seite niedrigeren Potentials des Elektronen emittierenden Bereichs 2 beobachtet, wohingegen sie als ein schwarzes Bild auf der Seite höheren Potentials beobachtet werden. Obwohl die Zone, an die die Spannung angelegt wird, durch Beobachten der Grauskalaablesungen dieser Sekundärelektronenbilder, kann sie einfacher durch Aufnehmen eines Bilds der Abbilder, eines weiteren Bilds der Abbilder nach Umkehrung der an den Elektronen emittierenden Bereich angelegten Spannung und Aufeinanderlegen der entwickelten Bilder definiert werden. 22B ist ein Bild desselben Gebiets der Einrichtung von 22A nach Umkehren der daran angelegten Spannung. 22C ist ein Abbild, das durch Aufeinanderlegen der beiden Bilder erhalten wurde. In 22C repräsentiert die zwischen zwei schwarzen Sekundärelektronenbildern angeordnete weiße Zone die Zone, an die die Einrichtungsspannung wirksam angelegt wird. Die reale Länge ΔL der Zone kann durch Messen der auf dem Mikroskop erscheinenden Länge und Verwenden dessen Vergrößerung über die gesamte Länge des Elektronen emittierenden Bereichs ermittelt werden. Wie in dem Fall der Spaltbreite wird dann, wenn die Spannungsanlegelänge innerhalb einer Abweichung aufgefunden wird, die einen Bereich von 20% auf beiden Seiten der Mittellinie über nicht weniger als 70% der gesamten Messpunkte nicht überschreitet, die Spannungsanlegelänge als "gleichförmig" bezeichnet. Wenn der Begriff "Spannungsanlegelänge" verwendet wird, bezieht er sich allgemein auf den Median der beobachteten Werte.
Falls die schwarzen Bilder der Sekundärelektronen zufällig unterbrochen sind, wurde die Spannungsanlegelänge ohne Messung der Längen irgendwelcher unterbrochenen Bereiche ermittelt.
Obwohl in den Beispielen und Vergleichsbeispielen, die nachstehend beschrieben werden, nicht verwendet, kann für die vorstehenden Messvorgänge anstelle des Elektronenmikroskops ein Tunnelabtastmikroskop (STM) verwendet werden. Bei einem STM wird eine Spannung von 1 bis 2,5 V an die Elektronen emittierende Einrichtung angelegt und die Einrichtung mittels eines STM-Tastkopfs von der Seite niedrigeren Potentials zu der Seite höheren Potentials abgetastet. Aus allen Messpunkten wird das ΔL für die Gebiete, in denen ein Wert zwischen 30 und 70% der angelegten Spannung beobachtet wird, ermittelt, und die erhaltenen Werte werden zur Bestimmung des Medians der Spannungsanlegelänge verwendet.
Wenn der Elektronen emittierende Bereich und seine Umgebung mit einem Abtastelektronenmikroskop beobachtet werden, wird eine Abscheidung von Kohlenstoff, ein oder mehr als ein Kohlenstoffverbund, Metall und/oder ein oder mehr als ein Metallverbund nicht nur auf dem Elektronen emittierenden Bereich, sondern auch auf der Seite höheren Potentials des elektrisch leitenden Dünnfilms. Eine solche Abscheidung sieht aus, als wäre sie aus irgendwelchen Abschnitten des Elektronen emittierenden Bereichs ausgestoßen worden. Dies kann zur der Annahme führen, dass die Abscheidung unter der Einwirkung von aus den Abschnitten emittierten Elektronen erzeugt wird. Mit anderen Worten ausgedrückt wird durch Beobachten der Abscheidung gefunden werden, dass Elektronen aus dem gesamten Elektronen emittierenden Bereich oder nur aus einem Teil des Elektronen emittierenden Bereichs emittiert werden.
2 ist eine vereinfachte Querschnittsansicht einer stufenförmigen Elektronen emittierenden Halbleitereinrichtung.
In 2 sind die Komponenten, die gleich oder ähnlich denen der Einrichtung der 1A und 1B sind, durch dieselben Bezugssymbole bezeichnet. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet einen Stufenerzeugungsabschnitt. Die Einrichtung umfasst ein Substrat 1, Einrichtungselektroden 4 und 5, einen elektrisch leitenden Dünnfilm 3 und einen Elektronen emittierenden Bereich 2, die aus Materialien hergestellt sind, die gleich sind wie bei der vorstehend beschriebenen flachen (ebenen) oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung, sowie einen Stufenerzeugungsabschnitt 21, der aus einem isolierenden Material wie beispielsweise SiO₂, erzeugt durch Vakuumverdampfung, Drucken oder Sputtern, hergestellt ist und eine Höhe entsprechend dem die Einrichtungselektroden einer flachen oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung wie vorstehend beschrieben trennenden Abstand L oder zwischen mehreren hundert Nanometern und mehreren hundert Mikrometern hat. Bevorzugt beträgt die Höhe des Stufenerzeugungsabschnitts 21 zwischen mehreren Mikrometern und mehreren hundert Mikrometern, obwohl sie als eine Funktion des hier verwendeten Verfahrens zur Erzeugung des Stufenerzeugungsabschnitts und der an die Einrichtungselektroden anzulegenden Spannung ausgewählt wird.
Nach dem Erzeugen der Einrichtungselektroden 4 und 5 und des Stufenerzeugungsabschnitts 21 wird der elektrisch leitende Dünnfilm 3 auf die Einrichtungselektroden 4 und 5 gelegt. Während der Elektronen emittierende Bereich 2 in 2 auf dem Stufenerzeugungsabschnitt 21 ausgebildet ist, sind sein Ort und seine Kontur von den Bedingungen abhängig, unter denen er hergestellt wird, und sind die Energisierungserzeugungsbedingungen und andere verwandte Bedingungen nicht auf die hier gezeigten beschränkt.
Während verschiedene Verfahren zur Herstellung einer oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung denkbar sein können, stellen 3A bis 3C vereinfacht ein typisches solcher Verfahren dar.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung der flachen oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung unter Bezugnahme auf 3A und 3B beschrieben.

1) Nach gründlichem Reinigen eines Substrats 1 mit Reinigungsmittel und reinem Wasser wird ein Material mittels Vakuumverdampfung, Sputtern oder irgendeiner anderen geeigneten Technik für ein Paar von Einrichtungselektroden 4 und 5, die dann durch die Photolithografietechnik strukturiert werden, auf das Substrat 1 abgeschieden (3A). Falls eine der Einrich-tungselektroden 4 und 5, beispielsweise die Einrichtungselektrode 5, dicker als die andere gemacht wird, wird die Einrichtungselektrode 4 durch eine Maske abgedeckt und das Material der Einrichtungselektrode weiter auf die Einrichtungselektrode 5 abgeschieden, um den abgestuften Abschnitt der Einrichtungselektrode 5 höher als den der Einrichtungselektrode 4 zu machen.
2) Ein organischer Metalldünnfilm wird auf dem Substrat 1, das auf sich das Paar der Einrichtungselektroden 4 und 5 trägt, durch Aufbringen einer organischen Metallösung ausgebildet. Die organische Metallösung kann als einen Hauptbestandteil irgendeines der vorstehend für den elektrisch leitenden Dünnfilm 3 aufgelisteten Metalle haben. Danach wird der organische Metalldünnfilm erwärmt, gebacken und darauffolgend einem Strukturierungsvorgang unterworfen, unter Verwendung einer geeigneten Technik wie beispielsweise Abheben oder Ätzen, um einen elektrisch leitenden dünnen Film 3 zu erzeugen (3B). Während in der vorstehenden Beschreibung eine organische Metallösung verwendet wird, um Dünnfilme zu erzeugen, kann ein elektrisch leitender Dünnfilm 3 alternativ durch Vakuumverdampfung, Sputtern, chemische Dampfabscheidung, Dispersionsbeschichtung, Tauchen, Schleuderbeschichtung oder irgendeine andere Technik erzeugt werden.
3) Danach wird die Einrichtung einem Prozess unterworfen, der als Energisierungserzeugung bezeichnet wird und in einer Gasatmosphäre ausgeführt wird, der die Kohäsion bzw. das Anhaften des elektrisch leitenden Dünnfilms 3 fördert und einen Elektronen emittierenden Bereich 2 erzeugt (3A bis 3C). Als Resultat der Energisierungserzeugung wird ein Teil des elektrisch leitenden Dünnfilms 3 lokal zerstört, deformiert oder transformiert, um einen Elektronen emittierenden Bereich 2 herzustellen.

Die für die Energisierungserzeugung zu verwendende Spannung hat einen Impulssignalverlauf. Eine dreieckförmige Impulsspannung mit einer konstanten Höhe oder einer konstanten Spitzenspannung kann wie in 23A gezeigt kontinuierlich angelegt werden, oder es kann alternativ eine dreieckförmige Impulsspannung mit einer zunehmenden Signalwellenhöhe oder einer zunehmenden Spitzenspannung angelegt werden, wie in 23B gezeigt.
In 23A hat die Impulsspannung eine Impulsbreite T1 und ein Impulsintervall T2, die typisch zwischen 1 μs und 10 ms bzw. zwischen 10 μs und 10 ms betragen. Die Höhe der Dreieckswelle (die Spitzenspannung für den Energisierungserzeugungsvorgang) kann in Abhängigkeit von dem Profil der oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung geeignet ausgewählt werden, und die Impulsspannung wird für eine Zeit zwischen mehreren Sekunden und mehreren Minuten angelegt.
23B zeigt eine Impulsspannung, deren Impulshöhe mit der Zeit zunimmt. In 23B hat die Impulsspannung eine Breite T1 und ein Impulsintervall T2, die im wesentlichen zu denen von 23A ähnlich sind. Die Höhe der Dreieckswelle (die Spitzenspannung für den Energisierungserzeugungsvorgang) wird jedoch langsam erhöht.
Der Energisierungserzeugungsvorgang wird beendet durch Messen des durch die Einrichtungselektroden fließenden Stroms, wenn eine Spannung, die ausreichend niedrig ist und den elektrisch leitenden Dünnfilm 2 nicht lokal zerstören oder deformieren kann, oder etwa 0,1 V beträgt, während eines Intervalls T2 der Impulsspannung an die Einrichtung angelegt wird. Typisch wird der Energisierungserzeugungsvorgang beendet, wenn ein Widerstand größer als 1 MΩ für den durch den elektrisch leitenden Dünnfilm 3 fließenden Einrichtungsstrom beobachtet wird, während eine Spannung von näherungsweise 0,1 V an die Einrichtungselektroden angelegt wird.
Reduktive Substanzen wie beispielsweise H₂ und CO können für das Gas zum Fördern der Kohäsion des elektrisch leitenden Dünnfilms 3 verwendet werden, wenn er aus einem Metalloxid hergestellt ist. Neben H₂ und CO können organische Substanzen wie beispielsweise Methan, Ethan, Ethylen, Propylen, Benzen, Toluen, Methanol, Ethanol, Aceton ebenfalls wirkungsvoll verwendet werden. Diese Substanzen scheinen die Kohäsion des elektrisch leitenden Dünnfilms auszulösen, wenn das Metalloxid des elektrisch leitenden Dünnfilms reduziert wird, um Metall zu werden. Daher wird es, falls der elektrisch leitende Dünnfilm aus Metall besteht, nicht reduziert und gibt daher keinen Anlass zu irgendwelcher Kohäsion. H₂ jedoch arbeitet gut, um die Kohäsion zu fördern, obwohl CO und Aceton keinerlei solchen Effekt zeigt.
Wenn der Energisierungserzeugungsprozess in der vorstehend beschriebenen Atmosphäre durchgeführt wird, kann der Leistungsverbrauch gegenüber dem Niveau, das. beobachtet wird, wenn der Prozess in Vakuum ausgeführt wird, um mehrere zehn Prozent reduziert werden.
Dies kann daran liegen, dass, während Joule'sche Wärme durch den durch die Einrichtung fließenden elektrischen Strom zum Anheben der Temperatur des elektrisch leitenden Dünnfilms 3 und demzufolge lokalen Zerstören, Deformieren oder Transformieren eines Teils des Dünnfilms erzeugt wird, um dort einen Elektronen emittierenden Bereich 2 mit der herkömmlichen Energisierungserzeugung zu erzeugen, die örtliche Zerstörung, Deformation oder Transformation des elektrisch leitenden Dünnfilms durch die Substanz verursacht wird, die die Kohäsion des elektrisch leitenden Dünnfilms zum demzufolge Reduzieren des Leistungsverbrauchs fördert.
Der Gasdruck, der vorteilhaft die Kohäsion des elektrisch leitenden Dünnfilms fördern kann, variiert als eine Funktion des Typs des Gases, des Materials des elektrisch leitenden Dünnfilms, der Signalwellenform der angelegten Impulsspannung und anderer Faktoren. Falls der Druck verhältnismäßig niedrig ist, tritt der Effekt des Reduzierens des Leistungsverbrauch zum ersten Mal in Erscheinung, wenn die Energisierungserzeugung durch Anlegen einer Impulsspannung mit einer zunehmenden Impulshöhe begonnen wird. Falls der Druck angehoben wird, gibt das Gas Anlass zu dem Effekt des Bereitstellens eines Spalts mit einer gleichförmigen Breite und einem zusätzlichen Effekt, dass das Auftreten eines Leckstroms verhindert wird.

4) Nachfolgend wird die Einrichtung bevorzugt einem Aktivierungsprozess unterworfen. Ein Aktivierungsprozess ist ein Prozess, mittels dem der Einrichtungsstrom If und der Emissionsstrom Ie bemerkenswert geändert werden.

In einem Aktivierungsprozess kann eine Impulsspannung wiederholt an die Einrichtung in einer Atmosphäre des Gases einer organischen Substanz angelegt werden. Die Atmosphäre kann erzeugt werden durch Nutzen des organischen Gases, das in einer Vakuumkammer nach Evakuieren der Kammer mittels einer Öldiffusionspumpe und einer Rotationspumpe verbleibt, oder hinreichendem Evakuieren einer Vakuumkammer mittels einer Ionenpumpe und danach Einleiten des Gases einer organischen Substanz in die Vakuumkammer. Der Gasdruck der organischen Substanz ist als eine Funktion des Profils der zu behandelnden Elektronen emittierenden Einrichtung, des Profils der Vakuumkammer, der Art der organischen Substanzen und anderer Faktoren festgelegt. Organische Substanzen, die geeignet zu Zwecken des Aktivierungsprozesses verwendet werden können, beinhalten aliphatische Hydrokohlenwasserstoffe wie beispielsweise Alkane, Alkene und Alkyne, aromatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Aldehyde, Ketone, Amine, organische Säuren wie beispielsweise Phenol, Karbonsäuren und Schwefelsäuren. Spezielle Beispiele beinhalten gesättigte Hydrokohlenwasserstoffe, die durch die allgemeine Formel C_nH_2n+2 ausgedrückt werden, wie beispielsweise Methan, Ethan und Propan, ungesättigte Hydrokohlenwasserstoffe, die durch die allgemeine Formell C_nH_2n ausgedrückt werden, wie beispielsweise Ethylen und Propylen, Benzen, Toluen, Methanol, Ethanol, Formaldehyde, Acetaldehyde, Acetone, Methylethylketone, Methylamine, Ethylamine, Phenol, Ameisensäure, Essigsäure und Propionsäure. Als Resultat des Aktivierungsprozesses wird Kohlenstoff oder ein Kohlenstoffverbund auf die Einrichtung aus den in der Atmosphäre existierenden organischen Substanzen abgeschieden, um den Einrichtungsstrom If und den Emissionsstrom Ie bemerkenswert zu ändern.
Wenn ein Aktivierungsprozess auf einer Elektronen emittierenden Einrichtung in einer Atmosphäre mit einem geeigneten Dampfdruck eines Metallverbunds durchgeführt wird, kann das Metall des Verbunds auf die Einrichtung abgeschieden werden. Metallverbindungen, die zu Zwecken der Erfindung verwendet werden können, beinhalten Metallhalogenate wie beispielsweise Fluoride, Chloride, Bromide und Jodide, Alkylmetalle wie beispielsweise methylisierte, ethylisierte und benzylisierte Metalle, Metalldiketonate wie beispielsweise Acetylacetonate, Dipivanoylmethanate und Hexafluoroacetylacetonate, Metallenylkomplexe wie beispielsweise Cyclopentadienylkomplexe, Metallarenkomplexe wie beispielsweise Metallbenzenkomplexe, Metallkarbonyle, Metallalkoxide und deren zusammengesetzte Verbindungen. In Anbetracht der Tatsache, dass eine Substanz mit einem hohen Schmelzpunkt zu Zwecken der Erfindung abgeschieden werden muss, beinhalten Beispiele zu bevorzugender Verbindungen NbF₅, NbCl₅, Nb(C₅H₅) (CO₄), Nb(C₅H₅)₂Cl₂, OsF₄, Os(C₃H₇O₂)₃, Os(CO)₅, Os₃(CO)₁₂, Os(C₅H₅)₂, ReF₅, ReCl₅,
Re(CO)₁₀, ReCl(CO)₅, Re(CH₃)(CO)₅, Re(C₅H₅) (CO)₃, Ta(C₅H₅)(CO)₄, Ta(OC₂H₅)₅, Ta(C₅H₅)₂Cl₂, Ta(C₅H₅)H₂H₃, WF₆, W(CO)₆, W(C₅H₅)₂Cl₂, W (C₅H₅)₂H₂ und W(CH₃)₆. Unter bestimmten Bedingungen kann der abgeschiedene Film Kohlenstoff und andere Substanzen zusätzlich zu dem Metall enthalten.
Die Zeit der Beendigung des Aktivierungsprozesses wird geeignet festgelegt durch Beobachten des Einrichtungsstroms If und des Emissionsstroms Ie. Die Impulsbreite, das Impulsintervall und die Impulssignalwellenhöhe der für den Aktivierungsprozess zu verwendenden Impulsspannung wird geeignet ausgewählt.
Zu Zwecken der Erfindung beinhalten Kohlenstoff und Kohlenstoffverbindungen Graphit (d. h. HOPG, PG und GC, von welchen HOPG eine im wesentlichen perfekte Graphitkristallstruktur hat und PG eine etwas gestörte Kristallstruktur mit einer durchschnittlichen Kristallkorngröße von 200 × 10^–10 m (200 Angström), während die Kristallstruktur von GC weiter gestört ist mit einer durchschnittlichen Kristallkorngröße von bis zu 20 × 10^–10 m (20 Angström)) und nichtkristallinen Kohlenstoff (bezieht sich auf amorphen Kohlenstoff und ein Gemisch aus amorphem Kohlenstoff und feinen Graphitkristallkörnern), und die Dicke des abgeschiedenen Films ist bevorzugt geringer als 50 nm, stärker bevorzugt geringer als 30 nm.

5) Eine Elektronen emittierende Einrichtung, die in einem Energisierungserzeugungsprozess und einem Aktivierungsprozess behandelt wurde, wird dann bevorzugt einem Stabilisierungsprozess unterworfen. Dies ist ein Prozess zum Entfernen jeglicher in der Vakuumkammer verbleibender organischer Substanzen. Der Druck in der Vakuumkammer muss so niedrig wie möglich gemacht werden und ist bevorzugt niedriger als 1,3 × 10^–5 Pa und stärker bevorzugt niedriger als 1,3 × 10^–6 Pa. Das für diesen Prozess zu verwendende Saug- und Ausstoßgerät involviert bevorzugt nicht die Verwendung von Öl, so dass es keinerlei verdampftes Öl erzeugen kann, welches die Leistung der behandelten Einrichtung während des Prozesses nachteilig beeinflussen kann. Folglich kann die Verwendung einer Sorptionspumpe und einer Ionenpumpe eine zu bevorzugende Wahl sein. Zum Evakuieren der Vakuumkammer wird die gesamte Kammer bevorzugt erwärmt, um es leicht zu machen, die Moleküle der durch die Innenwand der Vakuumkammer und die Elektronen emittierende Einrichtung adsorbierten organischen Substanzen zu entfernen.

Nach dem Stabilisierungsprozess ist die Atmosphäre zum Ansteuern der Elektronen emittierenden Einrichtung bevorzugt dieselbe wie die dann, wenn der Stabilisierungsprozess abgeschlossen ist, obwohl ein höherer Druck alternativ verwendet werden kann, ohne der Stabilität des Betriebs der Elektronen emittierenden Einrichtung oder der Elektronenquelle zu schaden, falls die organischen Substanzen oder Metallverbindungen in der Kammer hinreichend entfernt werden.
Durch Verwenden einer derartigen Niederdruckatmosphäre kann die Bildung jeglicher zusätzlichen Abscheidung von Kohlenstoff, einer Kohlenstoffverbindung, Metall oder einer Metallverbindung wirksam unterdrückt werden, um demzufolge den Einrichtungsstrom If und den Emissionsstrom Ie zu stabilisieren.
Die Elektronen emittierende Einrichtung kann auf andere Weise hergestellt werden, wie nachstehend beschrieben wird.
Den vorstehend beschriebenen Schritten 1) und 2) wird gefolgt.

3) Danach wird die Einrichtung einem Energisierungserzeugungsprozess unterworfen, in dem eine Spannung an die Einrichtungselektroden 4 und 5 angelegt wird, um die Struktur eines Teils des elektrisch leitenden Dünnfilms 3 zu modifizieren und einen Elektronen emittierenden Bereich 2 zu erzeugen (3C)

4A und 4B zeigen Spannungssignalverläufe, die zur Energisierungserzeugung zu Zwecken der Erfindung verwendet werden können.
Die Signalverlaufshöhe (Spitzenwert) der Impulsspannung wird, beispielsweise, mit einer Rate von zum Beispiel 0,1 V pro Schritt erhöht, bis sie Vh erreicht, wenn der elektrisch leitende Dünnfilm 3 beginnt, anzuhaften. Danach wird die Signalverlaufshöhe von Vh für eine vorbestimmte Zeitdauer Th, welche mehrere Sekunden bis mehrere zehn Minuten sein kann, beibehalten. Falls Vh präzise festgelegt wurde, kann die Signalverlaufshöhe der Impulsspannung von Anfang an für eine vorbestimmte Zeitdauer auf diesem Pegel gehalten werden.
Ein Bereich unterbrochenen Films aus feinen Teilchen wird aus einem Teil des elektrisch leitenden Dünnfilms erzeugt, wenn die angelegte Spannung für eine vorbestimmte Zeitdauer Th auf Vh gehalten wird, weil durch die angelegte Spannung bewirkt wird, dass die Substanz des elektrisch leitenden Dünnfilms langsam anhaftet. Während dieser Zeitdauer steigt der Widerstand zwischen den Einrichtungselektroden 4, 5 einschließlich des elektrisch leitenden Dünnfilms 3 bis auf einen hinreichend hohen Pegel an, wenn der Energisierungserzeugungsprozess beendet ist. Falls der Widerstand während der Zeitdauer Th nicht hinreichend ansteigt, kann die Impulsbreite der an die Einrichtung angelegten Spannung erhöht werden, um den Widerstand anzuheben, bevor die Energisierungserzeugung beendet wird (4A).
Andernfalls kann die Signalverlaufshöhe der Impulsspannung weiter angehoben werden, um den Widerstand der Einrichtung zu erhöhen, bevor die Energisierungserzeugung beendet wird (4B).
Alternativ können die Technik des Erhöhens der Impulsbreite und die des Erhöhens der Signalverlaufshöhe gleichzeitig verwendet werden.
Als Ergebnis dieses Energisierungserzeugungsprozesses wird ein Spalt mit einer Breite nicht größer als 50 nm in einem Teil des elektrisch leitenden Dünnfilms 3 gebildet, um einen Elektronen emittierenden Bereich 2 zu erzeugen.
Die Impulsbreite T1 beträgt typisch zwischen 1 μs und 10 ms und die Impulsbreite T2 beträgt typisch zwischen 100 μs und 1 s, während T1' typisch zwischen 10 μs und 1 s beträgt und Vh näherungsweise als eine Funktion des Materials und der Kontur des elektrisch leitenden Dünnfilms 3 sowie der Werte von T1 und T2 festgelegt ist, obwohl diese auf jeweiligen Werten gehalten werden, die das Mehrfache eines Zehntels eines Prozents bis mehrere zehn Prozent niedriger sind als die Werte, die für die Erzeugungsspannung V_form eines herkömmlichen Energisierungserzeugungsprozesses gewählt werden, welche monoton erhöht wird, um einen abrupten Anstieg des Widerstands der Einrichtung herbeizuführen. Ein hinreichend großer Wert muss für das Impulsintervall T2 relativ zu der Impulsbreite T1 derart gewählt werden, dass ihr Verhältnis den Ausdruck T2/T1 > 5, bevorzugt T2/T1 > 10 und stärker bevorzugt T2/T1 > 100 erfüllen kann. Es wird angemerkt, dass zu Zwecken der Erfindung eine dreieckförmige Signalverlaufsform anstelle der dargestellten rechteckförmigen Signalverlaufsform verwendet werden kann, obwohl die Auswahl eines Werts für Vh vorsichtig erfolgen sollte, weil er nicht nur durch die Werte von T1 und T2, sondern auch durch die Signalverlaufsform der angelegten Impulsspannung beeinflusst wird.
Der vorstehend beschriebene Energisierungserzeugungsprozess wird in einer Atmosphäre durchgeführt, die ein Gas enthält, das die Kohäsion des elektrisch leitenden Dünnfilms fördert.
Wenn der elektrisch leitende Dünnfilm aus einem Metalloxid hergestellt ist, der verhältnismäßig einfach reduziert werden kann, wird erwartet, dass die Verwendung von Gas die Wirkung des Unterdrückens von Schwankungen in der Elektronenemissionsleistung der Einrichtung zeigt, falls solche Schwankungen durch Schwankungen des Widerstands des elektrisch leitenden Dünnfilms verursacht werden. Im einzelnen neigt dann, wenn veranlasst wird, dass ein elektrischer Strom durch einen aus einem Metalloxid hergestellten elektrisch leitenden Dünnfilm in der vorstehenden Gasatmosphäre fließt, das Metalloxid dazu, durch die durch den elektrischen Strom erzeugte Wärme reduziert zu werden, um den Widerstand des elektrisch leitenden Dünnfilms zu reduzieren. Da die Signalverlaufshöhe der an die Einrichtung angelegten Impulsspannung auf einem konstanten Pegel gehalten wird, wird der durch den elektrisch leitenden Dünnfilm fließende elektrische Strom erhöht, und wird auch die Rate der Wärmeerzeugung erhöht. Die zur Zeit der Erzeugung des Elektronen emittierenden Bereichs generierte Wärmemenge wird unabhängig von dem anfänglichen Widerstand des elektrisch leitenden Dünnfilms der zu behandelnden Einrichtungen als im wesentlichen konstant angenommen. Daher wird der Elektronen emittierende Bereich erzeugt, wenn der Widerstand des elektrisch leitenden Dünnfilms auf ein gegebenes Niveau gesenkt ist, falls die Impulsspannung unter denselben Bedingungen angelegt wird. Mit anderen Worten ausgedrückt, werden beliebige Einrichtungen verarbeitet, um einen Elektronen emittierenden Bereich unter denselben Bedingungen zu erzeugen, um demzufolge Schwankungen in der Elektronenemissionsleistung zu unterdrücken.
Dann folgen Aktivierungs- und Stabilisierungsschritte wie in dem Fall der vorstehend beschriebenen Schritte 4) und 5).
5 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Anordnung, die eine Vakuumkammer umfasst, die als Meßsystem zum Ermitteln der Leistung einer Elektronen emittierenden Einrichtung des betrachteten Typs verwendet werden kann.
Bezugnehmend auf 5 sind diejenigen Komponenten, die ähnlich oder gleich denen der 1A und 1B sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet. Das Meßsystem beinhaltet eine Vakuumkammer 55 und eine Vakuumpumpe 56. Eine Elektronen emittierende Einrichtung wird in die Vakuumkammer 55 eingebracht. Die Einrichtung umfasst ein Substrat 1, ein Paar von Einrichtungselektroden 4 und 5, einen elektrisch leitenden Dünnfilm 3 und einen Elektronen emittierenden Bereich 2. Zudem weist das Meßsystem eine Leistungsquelle 51 zum Anlegen einer Einrichtungsspannung Vf an die Einrichtung, ein Amperemeter 50 zum Messen des Einrichtungsstroms If, der durch den Dünnfilm 3 zwischen den Einrichtungselektroden 4 und 5 fließt, eine Anode 54 zum Aufnehmen des Emissionsstroms Ie, der durch von dem Elektronen emittierenden Bereich der Einrichtung emittierte Elektronen erzeugt wird, eine Hochspannungsquelle 53 zum Anlegen einer Spannung an die Anode 54 des Meßsystems, und ein weiteres Amperemeter 52 zum Messen des Emissionsstroms Ie, der durch von dem Elektronen emittierenden Bereich 2 der Einrichtung emittierte Elektronen erzeugt wird. Zum Ermitteln der Leistung der Elektronen emittierenden Einrichtung kann eine Spannung zwischen 1 und 10 kV an die Anode angelegt werden, welche um einen Abstand H, der zwischen 2 und 8 mm beträgt, von der Elektronen emittierenden Einrichtung beabstandet ist.
Die oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtung und die Anode 54 sowie weitere Komponenten sind in der Vakuumkammer 55 angeordnet, die mit einer (nicht gezeigten) Vakuum-Messuhr und anderen notwendigen Instrumenten ausgerüstet ist, so dass die Leistung der Elektronen emittierenden Einrichtung in der Kammer in einem Vakuum eines gewünschten Grads geeignet gemessen werden kann.
Die Vakuumpumpe 56 kann mit einem gewöhnlichen Hochvakuumsystem, umfassend eine Turbopumpe oder eine Rotationspumpe, und einem Ultrahochvakuumsystem, umfassend eine Ionenpumpe, die nach Wunsch zuschaltbar verwendet werden kann, versehen sein. Die gesamte Vakuumkammer 55 und das Substrat einer darin enthaltenen Elektronen emittierenden Einrichtung können mittels einer (nicht gezeigten) Heizeinrichtung erwärmt werden.
Somit kann diese Vakuumverarbeitungsanordnung für einen Energisierungserzeugungsprozess und die nachfolgenden Prozesse verwendet werden.
6 zeigt ein Diagramm, das vereinfacht die Beziehung zwischen der Einrichtungsspannung Vf und dem Emissionsstrom Ie sowie dem Einrichtungsstrom If zeigt, die typisch durch das Meßsystem von 5 beobachtet werden. Es wird angemerkt, dass in Anbetracht der Tatsache, dass Ie eine Größe hat, die bei weitem kleiner ist als die von If, in 6 unterschiedliche Einheiten für Ie und If frei ausgewählt sind. Es wird angemerkt, dass sowohl die vertikale Achse als auch die Längsachse des Diagramms einen linearen Maßstab repräsentieren.
Wie aus 6 ersichtlich ist, hat eine Elektronen emittierende Einrichtung gemäß der Erfindung drei bemerkenswerte Merkmale hinsichtlich des Emissionsstroms Ie, die nachstehend beschrieben werden.

(i) Erstens zeigt die Elektronen emittierende Einrichtung wie beschrieben einen plötzlichen und steilen Anstieg des Emissionsstroms Ie, wenn die an sie angelegte Spannung einen bestimmten Pegel (der nachstehend als Schwellenspannung bezeichnet und in 6 durch Vth angegeben ist) übersteigt, wohingegen der Emissionsstrom Ie praktisch nicht erfassbar ist, wenn die angelegte Spannung niedriger ist als der Schwellenwert Vth. Anders ausgedrückt ist die Elektronen emittierende Einrichtung eine nichtlineare Einrichtung mit einer klaren Schwellenspannung Vth für den Emissionsstrom Ie.
(ii) Zweitens kann, da der Emissionsstrom Ie als stark von der Einrichtungsspannung Vf abhängig monoton ansteigt, der erstgenannte mittels der letztgenannten wirksam gesteuert werden.
(iii) Drittens ist die emittierte elektrische Ladung, die durch die Anode 54 (5) eingefangen wird, eine Funktion der Zeitdauer des Anlegens der Einrichtungsspannung Vf. Mit anderen Worten ausgedrückt kann die Menge der durch die Anode 54 eingefangenen elektrischen Ladung über die Zeit, während der die Einrichtungsspannung Vf angelegt wird, wirksam gesteuert werden.

Aufgrund der vorstehenden bemerkenswerten Merkmale ist klar, dass das Elektronenemissionsverhalten einer Elektronenquelle, die eine Vielzahl von erfindungsgemäß hergestellten Elektronen emittierenden Einrichtungen umfasst, und daher das einer Bilderzeugungsvorrichtung, die eine solche Elektronenquelle integriert, in Antwort auf das Eingangssignal leicht gesteuert werden kann. Folglich können eine solche Elektronenquelle und Bilderzeugungsvorrichtung eine Vielzahl von Anwendungen finden.
Andererseits steigt der Einrichtungsstrom If entweder monoton relativ zu der Einrichtungsspannung Vf an (wie in 6 gezeigt, eine Kennlinie, die nachstehend als "MI-Kennlinie" bezeichnet wird), oder ändert sich derart, dass eine (nicht gezeigte Kurve aufgezeigt wird, die für eine Spannungssteuerungs-Negativwiderstand-Kennlinie (eine Kennlinie, die nachstehend als "VCNR-Kennlinie" bezeichnet wird, obwohl sie nicht dargestellt ist). Diese Kennlinien des Einrichtungsstroms sind abhängig von einer Anzahl von Faktoren einschließlich dem Herstellungsverfahren, den Bedingungen, unter denen sie gemessen werden, und der Umgebung für den Betrieb der Einrichtung.
Nachstehend werden einige Beispiele der Verwendung von Elektronen emittierenden Einrichtungen, auf die die Erfindung anwendbar ist, beschrieben.
Eine Elektronenquelle und daher eine Bilderzeugungsvorrichtung, die eine solche Elektronenquelle umfasst, kann eine Anordnung aus einer Vielzahl von Elektronen emittierenden Einrichtungen umfassen, die in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt sind.
Solche Elektronen emittierenden Einrichtungen können auf einem Substrat in einer Anzahl unterschiedlicher Konfigurationen angeordnet sein.
Beispielsweise kann eine Anzahl von Elektronen emittierenden Einrichtungen in parallelen Zeilen entlang einer Richtung (nachstehend als Zeilenrichtung bezeichnet), wobei jede Einrichtung durch Leitungsadern an gegenüberliegenden Enden derselben verbunden ist und so gesteuert wird, dass sie durch Steuerelektroden (nachstehend als Gitter bezeichnet), die in einem Raum über den Elektronen emittierenden Einrichtungen entlang einer Richtung senkrecht zu der Zeilenrichtung (nachstehend als Spaltenrichtung bezeichnet) angeordnet sind, um eine leiterförmige Anordnung zu realisieren. Alternativ kann eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Einrichtungen in Zeilen entlang einer X-Richtung und Spalten entlang einer Y-Richtung angeordnet sein, um eine Matrix zu bilden, wobei die X- und Y-Richtungen senkrecht zueinander sind und die Elektronen emittierenden Einrichtungen auf einer gleichen Zeile über eine der Elektroden jeder Einrichtung mit einer gemeinsamen x-gerichteten Leitungsverbindung verbunden sind, während die Elektronen emittierenden Einrichtungen auf einer gleichen Spalte über die andere Elektrode jeder Einrichtung mit einer gemeinsamen y-gerichteten Leitungsverbindung verbunden sind. Die letztgenannte Anordnung wird als eine einfache Matrixanordnung bezeichnet. Nachstehend wird die einfache Matrixanordnung im einzelnen beschrieben.
In Anbetracht der vorstehend beschriebenen drei grundlegenden charakteristischen Merkmale (i) bis (iii) einer oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung, auf die die Erfindung anwendbar ist, kann diese durch Steuern der Signalverlaufshöhe und der Signalverlaufsbreite der an die gegenüberliegenden Elektroden der Einrichtung angelegten Impulsspannung über den Schwellenspannungspegel für Elektronenemission gesteuert werden. Andererseits emittiert die Einrichtung praktisch unterhalb des Schwellenspannungspegels praktisch keinerlei Elektronen. Daher können unabhängig von der Anzahl der in einer Vorrichtung angeordneten Elektronen emittierenden Einrichtungen gewünschte oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen durch Anlegen einer Impulsspannung an jede der ausgewählten Einrichtungen für Elektronenemission in Antwort auf ein Eingangssignal ausgewählt und gesteuert werden.
7 ist eine vereinfachte Draufsicht auf das Substrat einer durch Anordnen einer Vielzahl von Elektronen emittierenden Einrichtungen, auf die die Erfindung anwendbar ist, realisierten Elektronenquelle, um die vorstehenden charakteristischen Merkmale auszuwerten. In 7 umfasst die Elektronenquelle ein Elektronenquellensubstrat 71, X-gerichtete Leitungsadern 72, Y-gerichtete Leitungsadern 73, oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtungen 74 und Anschlussleitungsadern 75. Die oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen können entweder von der früher beschriebenen flachen Bauart oder stufenförmigen Bauart sein.
Es sind insgesamt m x-gerichtete Leitungsadern 72 bereitgestellt, die durch Dx1, Dx2, ... Dxm bezeichnet und aus einem elektrisch leitenden Metall hergestellt sind, das durch Vakuumverdampfung, Drucken oder Sputtern erzeugt wurde. Diese Leitungsadern sind hinsichtlich des Materials, der Dicke und der Breite geeignet ausgelegt. Insgesamt n y-gerichtete Leitungsadern 73 sind angeordnet und durch Dy1, Dy2, ..., Dyn bezeichnet, welche hinsichtlich des Materials, der Dicke und der Breite zu den x-gerichteten Leitungsadern 72 ähnlich sind. Eine (nicht gezeigte) Zwischenschicht-Isolationsschicht ist zwischen den m x-gerichteten Leitungsadern 72 und den n y-gerichteten Leitungsadern 73 eingebracht, um diese elektrisch voneinander zu isolieren (sowohl m als auch n sind Ganzzahlen).
Die (nicht gezeigte) Zwischenschicht-Isolationsschicht ist typisch mittels Vakuumverdampfung, Drucken oder Sputtern aus SiO₂ hergestellt und auf der gesamten Oberfläche oder einem Teil der Oberfläche des isolierenden Substrats 71 ausgebildet, um eine gewünschte Kontur zu zeigen. Beispielsweise kann sie auf der gesamten Oberfläche oder einem Teil der Oberfläche des Substrats 71 ausgebildet sein, auf der die X-gerichteten Leitungsadern 72 erzeugt wurden. Die Dicke, das Material und das Herstellungsverfahren der Zwischenschicht-Isolationsschicht sind so ausgewählt, dass die der Potentialdifferenz zwischen einer beliebigen der X-gerichteten Leitungsadern 72 und einer beliebigen der Y-gerichteten Leitungsadern 73 widerstehen, die an deren Kreuzung beobachtbar ist.
Die gegenüberliegend angeordneten paarweisen (nicht gezeigten) Elektroden jeder der oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen 74 sind durch jeweilige Verbindungsleitungsadern 75, die aus einem elektrisch leitenden Metall hergestellt sind, mit einer in Bezug stehenden der m X-gerichteten Leitungsadern 72 und einer in Bezug stehenden der n Y-gerichteten Y-Leitungsadern verbunden.
Das elektrisch leitende Metallmaterial der Leitungsadern 72 und 73, die Einrichtungselektroden und die Verbindungsleitungsadern 75, die sich von den Leitungsadern 72 und 73 erstrecken, kann dasselbe sein oder ein gemeinsames Element als Bestandteil enthalten. Alternativ können sie sich voneinander unterscheiden.
Diese Materialien können typisch geeignet aus den vorstehend für die Einrichtungselektroden gelisteten Auswahlmaterialien ausgewählt werden. Falls die Einrichtungselektroden und die Verbindungsleitungsadern aus demselben Material hergestellt sind, können die kollektiv als Einrichtungselektroden bezeichnet werden, ohne die Verbindungsanschlussadern zu unterscheiden.
Die X-gerichteten Leitungsadern 72 sind elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Abtastsignalanlegeeinrichtung zum Anlegen eines Abtastsignals an eine ausgewählte Zeile von oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen 74 verbunden. Andererseits sind die Y-gerichteten Leitungsadern 73 elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Modulationssignalanlegeeinrichtung zum Anlegen eines Modulationssignals an eine ausgewählte Spalte von oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen 74 und Modulieren der ausgewählten Spalte in Übereinstimmung mit einem Eingangssignal verbunden. Es wird angemerkt, dass das an jede oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtung anzulegende Ansteuersignal als die Spannungsdifferenz des Abtastsignals und des Modulationssignals, die an die Einrichtung angelegt werden, ausgedrückt wird.
Mit der vorstehenden Anordnung kann jede der Einrichtungen mittels einer einfachen Matrixleitungsaderanordnung ausgewählt und so angesteuert werden, dass sie unabhängig arbeitet.
Nachstehend wird eine Bilderzeugungsvorrichtung, die eine Elektronenquelle mit einer einfachen Matrixanordnung wie vorstehend beschrieben unter Bezugnahme auf 8, 9A, 9B und 10 beschrieben. 8 ist eine teilweise ausgeschnittene vereinfachte perspektivische Ansicht der Bilderzeugungsvorrichtung, und 9A und 9B zeigen zwei mögliche Konfigurationen eines fluoreszierenden Films, der für die Bilderzeugungsvorrichtung von 8 verwendet werden kann, wohingegen 10 ein Blockdiagramm einer Ansteuerschaltung für die Bilderzeugungsvorrichtung von 8 ist, die für NTSC-Fernsehsignale arbeitet.
Zunächst auf 8 Bezug nehmend, die die grundlegende Konfiguration des Anzeigefelds der Bilderzeugungsvorrichtung zeigt, umfasst dieses ein Elektronenquellensubstrat 71 des vorstehend beschriebenen Typs, das auf sich eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Einrichtungen trägt, eine Rückplatte 81, die das Elektronenquellensubstrat 71 fest hält, eine Frontplatte 86, die durch Legen eines fluoreszierenden Films 84 und eines Metallrückens 85 auf die innere Oberfläche eines Glassubstrats 83 hergestellt ist, und einen Stützrahmen 82, an den die Rückplatte 81 und die Frontplatte mittels eines Fritteglases geklebt sind. Das Bezugszeichen 88 bezeichnet einen Umschlag, der auf 400 bis 500° für mehr als 10 Minuten in Luft oder in Stickstoff gebacken und hermetisch und luftdicht versiegelt ist.
In 8 bezeichnet das Bezugszeichen 74 den Elektronen emittierenden Bereich jeder Elektronen emittierenden Einrichtung, der dem Elektronen emittierenden Bereich 2 von 1A und 1B entspricht, und die Bezugszeichen 72 bzw. 73 bezeichnen die X-gerichtete Leitungsader und die Y-gerichtete Leitungsader, die mit den jeweiligen Einrichtungselektroden jeder Elektronen emittierenden Einrichtung verbunden sind.
Während in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel der Umschlag 88 aus der Frontplatte 86, dem Stützrahmen 82 und der Rückplatte 81 besteht, kann die Rückplatte 81 weggelassen werden, falls das Substrat 71 selbst stark genug ist, weil die Rückplatte 81 in der Hauptsache zum Verstärken des Substrats 71 bereitgestellt ist. Falls dies der Fall ist, kann eine unabhängige Rückplatte 81 nicht erforderlich sein, und kann das Substrat 71 direkt an den Stützrahmen 82 geklebt sein, so dass der Umschlag 88 aus einer Frontplatte 86, einem Stützrahmen 82 und einem Substrat 71 besteht. Die Gesamtfestigkeit des Umschlags 88 kann durch Anordnen einer Anzahl von Stützelementen, die als (nicht gezeigte) Abstandshalter bezeichnet werden, zwischen der Frontplatte 86 und der Rückplatte 81 erhöht werden.
9A und 9B stellen vereinfacht zwei mögliche Anordnungen eines fluoreszierenden Films dar. Während der fluoreszierende Film 84 nur einen einzigen fluoreszierenden Körper umfasst, falls das Anzeigefeld zum Anzeigen von schwarzweißen Bildern verwendet wird, muss er zum Anzeigen von Farbbildern schwarze leitende Elemente 91 und fluoreszierende Körper 92 umfassen, von welchen die erstgenannten in Abhängigkeit von der Anordnung der fluoreszierenden Körper als schwarze Streifen oder Elemente einer schwarzen Matrix bezeichnet werden. Schwarze Streifen oder Elemente einer schwarzen Matrix sind für eine Farbanzeige derart angeordnet, dass die fluoreszierenden Körper 89 dreier verschiedener Primärfarben weniger unterscheidbar sind und der nachteilige Effekt der Verringerung des Kontrasts angezeigter Bilder externen Lichts durch Schwärzen der umgebenden Bereiche abgeschwächt wird. Während Graphit normalerweise als ein Hauptbestandteil der schwarzen Streifen verwendet wird, kann alternativ ein anderes leitendes Material mit geringer Lichtdurchlässigkeit und Reflektivität verwendet werden.
Eine Abscheidungs- oder Drucktechnik wird geeigneterweise zum Aufbringen eines fluoreszierenden Materials auf das Glassubstrat 83 unabhängig von einer Schwarzweiß- oder Farbanzeige verwendet. Ein gewöhnlicher Metallrücken 85 ist auf der inneren Oberfläche des fluoreszierenden Films 84 angeordnet. Der Metallrücken 85 ist bereitgestellt, um die Luminanz des Anzeigefelds durch Bewirken, dass die von den fluoreszierenden Körpern emittierten und in das Innere des Umschlags gerichteten Lichtstrahlen in Richtung der Frontplatte 86 umkehren, zu steigern, und ihn als Elektrode zum Anlegen einer Beschleunigungsspannung für Elektronenstrahlen und zum Schützen der fluoreszierenden Körper gegen Schäden zu verwenden, die verursacht werden können, wenn im Inneren des Umschlags generierte negative Ionen mit ihnen kollidieren. Er wird durch Glätten der inneren Oberfläche des fluoreszierenden Films (als Vorgang normalerweise als "filming" bezeichnet) und Ausbilden eines Al-Films darauf durch Vakuumverdampfung nach Erzeugen des fluoreszierenden Films hergestellt.
Eine (nicht gezeigte) transparente Elektrode kann auf der Frontplatte 86, die zur äußeren Oberfläche des fluoreszierenden Films 84 gerichtet ist, ausgebildet werden, um die Leitfähigkeit des fluoreszierenden Films 84 anzuheben.
Jeder Satz von farbigen fluoreszierenden Körpern und eine Elektronen emittierende Einrichtung sollten vorsichtig genau ausgerichtet werden, wenn eine Farbanzeige involviert ist, bevor die vorstehend aufgelisteten Komponenten des Umschlags miteinander verklebt werden.
Nachdem der Umschlag 88 zusammengeklebt und hermetisch versiegelt ist, werden die Elektronen emittierenden Einrichtungen einem Energisierungserzeugungsprozess unterworfen. Nach dem zufriedenstellenden Evakuieren des Umschlags mittels einer Vakuumvorrichtung wird ein gewünschtes Gas, falls notwendig, in den Umschlag eingeleitet, und wird eine Impulsspannung an sämtliche der Elektronen emittierenden Einrichtungen einer ausgewählten Einrichtungszeile angelegt. Die Werte für die Impulsbreite T1, das Impulsintervall T2 und die Signalverlaufshöhe müssen geeignet ausgewählt werden, wie in dem Fall eines Energisierungserzeugungsprozesses, der über eine einzelne Elektronen emittierende Einrichtung durchzuführen ist. Die Impulsspannung könnte an die Elektronen emittierenden Einrichtungen einer ausgewählten Zeile angelegt werden, und nach dem Abschluss des Energisierungserzeugungsprozesses über die Elektronen emittierenden Einrichtungen für diese Zeile können die Einrichtungen der ausgewählten nächsten Zeile der Energisierungserzeugung auf einer zeilenweisen Basis unterworfen werden. Gemäß der Erfindung jedoch ist eine Einrichtungszeilenauswahleinrichtung zwischen dem Impulsgenerator und der Elektronenquelle angeordnet, so dass eine Vielzahl von Einrichtungszeilen durch Umschalten von Zeile zu Zeile für jeden Impuls gleichzeitig einem Energisierungserzeugungsprozess unterworfen wird. Da das Impulsintervall T2 beträchtlich länger ist als die Impulsbreite T1, kann die letztgenannte Technik vorteilhaft verwendet werden, um die für den Energisierungserzeugungsprozess notwendige Gesamtzeit zu reduzieren. Es wird angemerkt, dass mit der letztgenannten Technik sämtliche der Einrichtungszeilen der Elektronenquelle gleichzeitig behandelt werden können; alternativ können die Einrichtungszeilen in eine Anzahl von Blöcken unterteilt und die Einrichtungen der Einrichtungszeilen jedes Blocks gleichzeitig behandelt werden. Eines der Verfahren kann in Abhängigkeit von der Größe der Elektronenquelle, der Form des Impulses und anderer Faktoren geeignet ausgewählt werden.
Falls der elektrisch leitende Dünnfilm aus einem Metalloxid hergestellt ist, der chemisch leicht reduziert werden kann, und der Energisierungserzeugungsprozess in einer Atmosphäre durchgeführt wird, die ein Gas enthält, das die Kohäsion des elektrisch leitenden Dünnfilms fördert, wie beispielsweise H₂, ist das vorstehend genannte zweite Verfahren besonders effektiv. Denn in einer solchen Atmosphäre kann die chemische Reduktion des den elektrisch leitenden Dünnfilm bildenden Metalloxids auch dann sehr langsam voranschreiten, wenn kein elektrischer Strom durch diese fließt, um Wärme zu erzeugen. Falls dies der Fall ist und der Energisierungserzeugungsprozess auf einer zeilenweisen Grundlage durchgeführt wird, kann der Widerstand des elektrisch leitenden Dünnfilms der Elektronen emittierenden Einrichtungen, die zu einer Zeile gehören, die nach einer vorangehenden Zeile behandelt wird, bemerkenswert reduziert werden, weil die chemische Reduktion langsam voranschreitet, während die vorangehende Zeile einen Energisierungserzeugungsvorgang erfährt, so dass die Einrichtungen differenzierten Energisierungserzeugungsbedingungen unterworfen werden können, um demzufolge zu bewirken, dass die Einrichtungen variierte Elektronenemissionsleistungen zeigen.
Demgegenüber kann das vorgenannte Verfahren des Umschaltens von Zeile zu Zeile für jeden Impuls ein solches Problem vermeiden, weil sämtliche der Einrichtungszeilen im wesentlichen gleichzeitig behandelt werden.
Der Umschlag 88 wird mittels eines Evakuierungssystems, das kein Öl verwendet und beispielsweise eine Ionenpumpe und eine Sorptionspumpe sowie eine (nicht gezeigte) Abgasleitung umfasst, evakuiert, bis die Atmosphäre im Innern auf ein Vakuum von 10^–5 Pa, enthaltend organische Substanzen mit einer sehr geringen Konzentration, reduziert ist, wenn er hermetisch versiegelt ist, während er geeignet erwärmt wird, wie in dem Fall des vorstehend beschriebenen Stabilisierungsprozesses. Ein Getterprozess kann durchgeführt werden, um den erreichten Grad von Vakuum im Innern des Umschlags 88 aufrechtzuerhalten, nachdem er versiegelt ist. In einem Getterprozess wird ein an einer (nicht gezeigten) vorbestimmten Position in dem Umschlag 88 angeordneter Getter mittels einer Widerstandsheizeinrichtung oder einer Hochfrequenzheizeinrichtung erwärmt, um unmittelbar bevor oder nachdem der Umschlag 88 versiegelt wird, einen Film durch Dampfabscheidung auszubilden. Ein Getter enthält typisch Ba als einen Hauptbestandteil und kann durch den Adsorptionseffekt des Dampfabscheidefilms ein Vakuum zwischen 1,3 × 10^–3 Pa und 1,3 × 10^–5 Pa aufrechterhalten. Die Prozesse der Herstellung oberflächenleitender Elektronen emittierender Einrichtungen der Bilderzeugungsvorrichtung nach dem Erzeugungsprozess können geeignet so ausgestaltet werden, dass die bestimmten Anforderungen der beabsichtigten Anwendung erfüllt werden.
Nachstehend wird eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern eines Anzeigefelds, das eine Elektronenquelle mit einer einfachen Matrixanordnung umfasst, zum Anzeigen von Fernsehbildern gemäß NTSC-Fernsehsignalen unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. In 10 bezeichnet das Bezugszeichen 101 eine Bilderzeugungsvorrichtung. Zudem umfasst die Schaltung eine Abtastschaltung 102, eine Steuerschaltung 103, ein Schieberegister 104, einen Zeilenspeicher 105, eine Synchronisationssignaltrennschaltung 106 und einen Modulationssignalgenerator 107. Vx und Va in 10 bezeichnen Gleichspannungsquellen.
Die Bilderzeugungsvorrichtung 101 ist über Anschlüsse Dox1 bis Doxm, Doy1 bis Doym und den Hochspannungsanschluss Hv mit externen Schaltungen verbunden, von welchen die Anschlüsse Dox1 bis Doxm ausgelegt sind zum Empfangen von Abtastsignalen zum aufeinanderfolgenden Ansteuern, auf einer Eins-zu-Eins-Grundlage, der Zeilen (von N Einrichtungen) einer Elektronenquelle in der Vorrichtung, die eine Anzahl von oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen umfasst, welche in Form einer Matrix mit M Zeilen und N Spalten angeordnet sind.
Andererseits sind die Anschlüsse Doy1 bis Doyn sind ausgelegt zum Empfangen eines Modulationssignals zum Steuern des Aus-gangselektronenstrahls jeder der oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen einer durch ein Abtastsignal ausgewählten Zeile. Der Hochspannungsanschluss Hv wird durch die Gleichspannungsquelle Vy mit einer Gleichspannung eines Pegels von typisch um etwa 10 kV gespeist, der ausreichend hoch ist, um die fluoreszierenden Körper der ausgewählten oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen zu erregen.
Die Abtastschaltung 102 arbeitet auf eine Art und Weise wie folgt. Die Schaltung umfasst M Umschalteinrichtungen (von welchen nur Einrichtungen S1 und Sm in 10 spezifisch angegeben sind), von denen jede entweder die Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle Vx oder 0[V] (den Massepotentialpegel) annimmt und mit einem der Anschlüsse Dox1 bis Doxm des Anzeigefelds 101 verbunden ist. Jede der Umschalteinrichtungen S1 bis Sm arbeitet in Übereinstimmung mit einem Steuersignal Tscan, das von der Steuerschaltung 103 zugeführt wird und durch Kombinieren von Transistoren wie beispielsweise FETs erzeugt werden kann. Die Gleichspannungsquelle Vx dieser Schaltung ist ausgelegt zum Ausgeben einer konstanten Spannung derart, dass eine beliebige Ansteuerspannung, die an die Einrichtungen angelegt wird, die nicht abgetastet werden, aufgrund der Leistung der oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen auf weniger als die Schwellenspannung (oder die Schwellenspannung für Elektronenemission) reduziert wird.
Die Steuerschaltung 103 koordiniert die Betriebsabläufe zueinander in Bezug stehender Komponenten derart, dass Bilder in Übereinstimmung mit von außen zugeführten Videosignalen korrekt dargestellt werden können. Sie erzeugt Steuersignale Tscan, Tsft und Tmry in Antwort auf ein Synchronisationssignal Tsync, das von der Synchronisationssignaltrennschaltung 106, zugeführt wird, wie nachstehend beschrieben wird.
Die Synchronisationssignaltrennschaltung 106 trennt die Synchchronisationssignalkomponente und die Luminanzsignalkomponente von einem von außen zugeführten NTSC-Fernsehsignal und kann unter Verwendung einer allgemein bekannten Frequenztrennschaltung (Filterschaltung) leicht realisiert werden. Obwohl ein aus einem Fernsehsignal durch die Synchronisationssignaltrennschaltung 106 extrahiertes Synchronisationssignal, wie gut bekannt ist, aus einem vertikalen Synchronisationssignal und einem horizontalen Synchronisationssignal besteht, wird es unter Nichtbeachtung seiner Komponentensignale hier zu Zwecken der Bequemlichkeit einfach als Tsync-Signal bezeichnet. Andererseits wird ein aus einem Fernsehsignal gezogenes Luminanzsignal, welches dem Schieberegister 104 zugeführt wird, als DATA-Signal bezeichnet.
Das Schieberegister 104 führt für jede Zeile eine Seriell/Parallel-Umwandlung über DATA-Signale durch, die seriell auf einer zeitseriellen Grundlage in Übereinstimmung mit dem von der Steuerschaltung 103 zugeführten Steuersignal Tsft zugeführt werden. (Mit anderen Worten ausgedrückt arbeitet ein Steuersignal Tsft als ein Schiebetakt für das Schieberegister 104). Ein Satz von Daten für eine Zeile, die eine Seriell/Parallel-Umwandlung durchlaufen haben (und einem Satz von Ansteuerdaten für N Elektronen emittierende Einrichtungen entsprechen) wird aus dem Schieberegister 104 als N parallele Signale Id1 bis Idn ausgesandt.
Der Zeilenspeicher 105 ist ein Speicher zum Speichern eines Satzes von Daten für eine Zeile, welches Signale Id1 bis Idn sind, für eine erforderliche Zeitdauer in Übereinstimmung mit dem von der Steuerschaltung 103 kommenden Steuersignal Tmry. Die gespeicherten Daten werden als I'd1 bis I'dn ausgesandt und dem Modulationssignalgenerator 107 zugeführt.
Der Modulationssignalgenerator 107 ist in Wirklichkeit eine Signalquelle, den Betriebsablauf jeder der oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen in Übereinstimmung mit Bilddaten I'd1 bis I'dn geeignet ansteuert und moduliert, und Ausgangssignale dieser Einrichtung werden über die Anschlüsse Doy1 bis Doyn den oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen in dem Anzeigefeld 101 zugeführt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist eine Elektronen emittierende Einrichtung, auf die die Erfindung anwendbar ist, durch die folgenden Merkmale hinsichtlich des Emissionsstroms Ie gekennzeichnet. Erstens existiert eine klare Schwellenspannung Vth, und die Einrichtung emittiert nur dann Elektronen, wenn eine Vth überschreitende Spannung an diese angelegt wird. Zweitens ändert sich das Niveau des Emissionsstroms Ie als eine Funktion der Änderung der angelegten Spannung über den Schwellenpegel Vth. Im einzelnen wird dann, wenn eine impulsförmige Spannung an die in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellte Elektronen emittierende Einrichtung angelegt wird, praktisch kein Emissionsstrom erzeugt, soweit die angelegte Spannung unter dem Schwellenpegel bleibt, wohingegen ein Elektronenstrahl emittiert wird, wenn die angelegte Spannung einmal über den Schwellenpegel ansteigt. Es sollte hier angemerkt werden, dass die Intensität eines Ausgangselektronenstrahls durch Ändern des Spitzenpegels Vm der impulsförmigen Spannung gesteuert werden kann. Zusätzlich kann die Gesamtmenge elektrischer Ladung eines Elektronenstrahls durch Ändern der Impulsbreite Pw gesteuert werden.
Somit kann das Spannungsmodulationsverfahren oder das Impulsbreitenmodulationsverfahren zum Modulieren einer Elektronen emittierenden Einrichtung in Antwort auf ein Eingangssignal verwendet werden. Bei der Spannungsmodulation wird eine Spannungsmodulationsschaltung für den Modulationssignalgenerator 107 verwendet, so dass der Spitzenpegel der impulsförmigen Spannung in Übereinstimmung mit Eingangsdaten moduliert wird, während die Impulsbreite konstant gehalten wird.
Bei der Impulsbreitenmodulation andererseits wird eine nach dem Impulsbreitenmodulationsprinzip arbeitende Schaltung für den Modulationssignalgenerator 107 verwendet, so dass die Impulsbreite der angelegten Spannung in Übereinstimmung mit Eingangsdaten moduliert werden kann, während der Spitzenpegel der angelegten Spannung konstant gehalten wird.
Obwohl es vorstehend nicht insbesondere erwähnt ist, können das Schieberegister 104 und der Zeilenspeicher 105 entweder mit digitalen Signalen oder mit analogen Signalen arbeiten, solange die Seriell/Parallel-Umwandlungen und die Speicherung von Videosignalen mit einer gegebenen Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Falls nach dem Digitalprinzip arbeitende Einrichtung verwendet werden, muss das Ausgangssignal DATA der Synchronisationssignaltrennschaltung 106 digitalisiert werden. Eine solche Umwandlung kann jedoch leicht ausgeführt werden durch Anordnen eines A/D-Umsetzers an dem Ausgang der Synchronisationssignaltrennschaltung 106. Es erübrigt sich zu sagen, dass verschiedene Schaltungen für den Modulationssignalgenerator in Abhängigkeit davon, ob Ausgangssignale des Zeilenspeichers 105 digitale Signale oder analoge Signale sind, verwendet werden können. Falls digitale Signale verwendet werden, kann eine D/A-Umsetzerschaltung eines bekannten Typs für den Modulationssignalgenerator 107 verwendet werden, und eine Verstärkerschaltung kann zusätzlich verwendet werden, falls notwendig. Was die Impulsbreitenmodulation betrifft, kann der Modulationssignalgenerator 107 realisiert werden durch Verwenden einer Schaltung, die einen schnellen Oszillator, einen Zähler zum Zählen der Anzahl von durch den Oszillator generierten Wellen und einen Vergleicher zum Vergleichen der Ausgabe des Zählers und der des Speichers kombiniert. Falls notwendig, kann ein Verstärker hinzugefügt werden, um die Spannung des Ausgangssignals des Vergleichers mit einer modulierten Impulsbreite auf den Pegel der Ansteuerspannung einer oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung gemäß der Erfindung zu verstärken.
Falls andererseits analoge Signale mit Spannungsmodulation verwendet werden, kann eine Verstärkerschaltung umfassend einen bekannten Operationsverstärker geeigneterweise für den Modulationssignalgenerator 107 verwendet werden, und eine Pegelschieberschaltung kann hinzugefügt werden, falls notwendig.
Was die Impulsbreitenmodulation anbelangt, kann eine bekannte, nach dem Spannungssteuerungsprinzip arbeitende Oszillationsschaltung (VCO) mit, falls notwendig, einem zusätzlichen Verstärker zur Verwendung zur Spannungsverstärkung bis auf die Ansteuerspannung der oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtung verwendet werden.
Mit einer Bilderzeugungsvorrichtung mit einer Konfiguration wie vorstehend beschrieben, auf die die Erfindung anwendbar ist, emittieren die Elektronen emittierenden Einrichtungen Elektronen, wenn eine Spannung an diese über die externen Anschlüsse Dox1 bis Doxm und Doy1 bis Doyn angelegt wird. Dann werden die generierten Elektronenstrahlen durch Anlegen einer Hochspannung an den Metallrücken 85 oder eine (nicht gezeigte) transparente Elektrode über den Hochspannungsanschluss Hv beschleunigt. Die beschleunigten Elektronen kollidieren schließlich mit dem fluoreszierenden Film 84, welcher daraufhin leuchtet, um Bilder zu erzeugen. Die vorstehende Konfiguration der Bilderzeugungsvorrichtung ist nur ein Beispiel, auf das die Erfindung anwendbar ist, und kann verschiedenen Modifikationen unterworfen werden. Das mit einer solchen Vorrichtung zu verwendende Fernsehsignalsystem ist nicht auf ein bestimmtes beschränkt, so dass ein beliebiges System wie beispielsweise NTSC, PAL oder SECAM machbar mit ihm verwendet werden kann. Sie ist besonders geeignet für Fernsehsignale, die eine größere Anzahl von Abtastzeilen involviert (typisch für ein hochauflösendes Fernsehsystem wie beispielsweise das MUSE-System), weil sie für ein großes Anzeigefeld, das eine große Anzahl von Pixeln umfasst, verwendet werden kann.
Nachstehend werden eine Elektronenquelle, die eine Vielzahl von oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen umfasst, welche in einer leiterförmigen Art und Weise auf einem Substrat angeordnet sind, und eine Bilderzeugungsvorrichtung, die eine solche Elektronenquelle umfasst, unter Bezugnahme auf 11 und 12 beschrieben.
Zunächst auf 11 Bezug nehmend, die vereinfacht eine Elektronenquelle mit einer leiterförmigen Anordnung zeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 110 ein Elektronenquellensubstrat, und bezeichnet das Bezugszeichen 111 eine oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtung, die auf dem Substrat angeordnet ist, wohingegen das Bezugszeichen 112 (X-gerichtete) Leitungsadern Dx1 bis Dx10 zum Verbinden der oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen 111 bezeichnet. Die oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen 111 sind in Zeilen (die nachstehend als Einrichtungszeilen bezeichnet werden) auf dem Substrat 110 angeordnet, um eine Elektronenquelle zu bilden, die eine Vielzahl von Einrichtungszeilen umfasst, wobei jede Zeile eine Vielzahl von Einrichtungen in der X-Richtung aufweist. Die oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen jeder Einrichtungszeile sind durch ein Paar von gemeinsamen Leitungsadern elektrisch parallel miteinander verbunden, so dass sie durch Anlegen einer geeigneten Ansteuerspannung an das Paar gemeinsamer Leitungsadern unabhängig angesteuert werden können. Im einzelnen wird eine Spannung, die den Elektronenemissionsschwellenpegel überschreitet, an Einrichtungszeilen angelegt, die anzusteuern sind, um Elektronen zu emittieren, wohingegen eine Spannung unter dem Elektronenemissionsschwellenpegel an die verbleibenden Einrichtungszeilen angelegt wird. Alternativ können beliebige zwei externe Anschlüsse, die zwischen zwei benachbarten Einrichtungszeilen angeordnet sind, eine einzelne gemeinsame Leitungsader teilen. Folglich können sich beispielsweise von den gemeinsamen Leitungsadern Dx2 bis Dx9 Dx2 und Dx3 anstelle von zwei Leitungsadern eine einzige Leitungsadern teilen.
12 ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht des Anzeigefelds einer Bilderzeugungsvorrichtung, die eine Elektronenquelle mit einer leiterförmigen Anordnung von Elektronen emittierenden Einrichtungen integriert. In 12 umfasst das Anzeigefeld Gitterelektroden 120, von denen jede mit einer Anzahl von Bohrungen versehen ist, um es Elektronen zu erlauben, hindurchzutreten, und einen Satz äußerer Anschlüsse 122, oder Dox1, Dox2, ..., Doxm, zusammen mit einem weiteren Satz äußerer Anschlüsse 123, oder G1, G2, ..., Gn, die mit den jeweiligen Gitterelektroden 120 und dem Elektronenquellensubstrat 110 verbunden sind. Die Bilderzeugungsvorrichtung von 12 unterscheidet sich von der Bilderzeugungsvorrichtung mit einer einfachen Matrixanordnung von 8 in der Hauptsache dadurch, dass die Vorrichtung von 12 Gitterelektroden aufweist, die zwischen dem Elektronenquellensubstrat 110 und der Frontplatte 86 angeordnet sind.
In 12 sind die streifenförmigen Gitterelektroden 120 zwischen dem Substrat 100 und der Frontplatte 86 relativ zu den leiterförmigen Einrichtungszeilen senkrecht angeordnet zum Modulieren von Elektronenstrahlen, die von den oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen emittiert werden, wobei jede mit Durchbohrungen 121 in Entsprechung zu jeweiligen Elektronen emittierenden Einrichtungen zum Erlauben, dass Elektronenstrahlen hindurchtreten, versehen ist. Es wird jedoch angemerkt, dass, obwohl in 12 streifenförmige Gitterelektroden gezeigt sind, das Profil und die Orte der Elektroden nicht hierauf beschränkt sind. Beispielsweise können sie alternativ mit maschenförmigen Öffnungen versehen sein und um die oder nahe an den oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen angeordnet sein.
Die äußeren Anschlüsse 122 und die äußeren Anschlüsse 123 für die Gitter sind elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Steuerschaltung verbunden.
Eine Bilderzeugungsvorrichtung mit einer wie vorstehend beschriebenen Konfiguration kann für eine Elektronenstrahlbestrahlung durch gleichzeitiges Anlegen von Modulationssignalen an die Zeilen von Gitterelektroden für eine einzelne Zeile eines Bilds synchron mit dem Vorgang des Ansteuerns (Abtastens) der Elektronen emittierenden Einrichtungen auf einer reihenweisen Grundlage derart, dass das Bild auf einer zeilenweisen Grundlage angezeigt werden kann, betrieben werden.
Folglich kann eine Anzeigevorrichtung mit einer wie vorstehend beschriebenen Konfiguration eine große Vielzahl von industriellen und kommerziellen Anwendungen haben, weil sie als eine Anzeigevorrichtung für Fernsehausstrahlungen, als eine Endgerätevorrichtung für Videotelekoferenzen, als eine Bearbeitungseinrichtung für Still- und Bewegtbilder, als eine Endgerätevorrichtung für eine Computervorrichtung, als ein optischer Drucker, der eine photoempfindliche Trommel umfasst, und auf vielen andere Arten und Weisen arbeiten kann.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Beispielen beschrieben. Es werden auch Beispiele, in welchen die Energisierungserzeugung in Vakuum durchgeführt wird, zu Vergleichszwecken gegeben. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist, so dass sie Änderungen und Modifikationen zugänglich ist, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
[Beispiele 1-2, Vergleichsbeispiel 1]
1A und 1B stellen vereinfacht Elektronen emittierende Einrichtungen dar, die in diesen Beispielen hergestellt werden. Der zur Herstellung jeder der Elektronen emittierenden Einrichtungen eingesetzte Prozess wird unter Bezugnahme auf 3A bis 3C beschrieben.
Schritt a:
In jedem Beispiel wurde nach gründlichem Reinigen einer Kalk-natronglasplatte durch Sputtern ein Siliziumoxidfilm mit einer Dicke von 0,5 μm darauf ausgebildet, um ein Substrat 1 zu erzeugen, auf dem eine Struktur aus Photoresist (RD-2000N-41: erhältlich von Hitachi Chemical Co., Ltd.) mit Öffnungen entsprechend zu der Struktur eines Paars von Elektroden geformt wurde. Dann wurden ein Ti-Film und ein Ni-Film aufeinanderfolgend mit jeweiligen Dicken von 5 nm und 100 nm durch Vakuumverdampfung gebildet. Danach wurden der Photoresist durch ein organisches Lösungsmittel aufgelöst und der Ni/Ti-Film abgehoben, um ein Paar von Einrichtungselektroden 4 und 5 zu erzeugen. Die Einrichtungselektroden waren durch einen Abstand L von 10 μm getrennt und hatten eine Länge W1 von 300 μm (3A).
Schritt b:
Um einen elektrisch leitenden Dünnfilm 3 zu erzeugen, wurde eine Maske aus Cr-Film auf der Einrichtung mit einer Dicke von 100 nm durch Vakkumverdampfung gebildet, und dann eine Öffnung entsprechend der Struktur eines elektrisch leitenden Dünnfilms durch Photolithografie geformt. Danach wurde eine organische Pd-Lösung (ccp4230: erhältlich von Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) auf den Cr-Film mittels eines Spinners bzw. einer Schleudereinrichtung aufgebracht und bei 300°C für 10 Minuten in Luft gebacken.
Schritt c:
Die Cr-Maske wurde durch Nassätzen abgehoben, und der Film aus feinen PdO-Teilchen wurde abgehoben, um einen elektrisch leitenden Dünnfilm 3 mit einem gewünschten Profil zu erhalten (3B).
Schritt d:
Die vorstehend beschriebene Einrichtung wurde in der Vakuumkammer 55 eines Meßsystems wie in 5 dargestellt plaziert, und die Vakuumkammer 55 des Systems wurde mittels einer Vakuumpumpeneinheit 56 auf einen Druck von 1, 3 × 10^–3 Pa für Beispiel 1 und 1,3 × 10^–2 Pa für Beispiel 2 evakuiert, und danach wurde ein N₂ zu 98% und H₂ zu 2% enthaltendes Gasgemisch in die Vakuumkammer 55 eingeleitet. Für das Vergleichsbeispiel 1 wurde die Vakuumkammer auf einen Druck von 1,3 × 10^–3 Pa evakuiert, aber es wurde kein Gas eingeleitet. Darauffolgend wurde eine Impulsspannung zwischen den Einrichtungselektroden 4 und 5 angelegt, um einen Elektroerzeugungsprozess auszuführen und einen Elektronen emittierenden Bereich 2 in dem elektrisch leitenden Dünnfilm 3 zu erzeugen. Die Impulsspannung war eine dreieckförmige Impulsspannung, deren Spitzenwert mit der Zeit langsam anstieg, wie in 23B gezeigt. Die Impulsbreite von T1 = 1 ms und das Impulsintervall von T2 = 10 ms wurden verwendet. Während des Elektroerzeugungsprozesses wurde ein zusätzlicher rechteckförmiger Impuls von 0,1 V (nicht gezeigt) in die Intervalle der Erzeugungsimpulsspannung eingefügt, um den Widerstand der Elektronen emittierenden Einrichtung zu ermitteln, und der Elektroerzeugungsprozess wurde beendet, wenn der Widerstand 1 MΩ überstieg. Dann wurde die Vakuumkammer evakuiert. Am Ende dieses Schritts war ein Elektronen emittierender Bereich 2 für jedes Beispiel hergestellt (3C).
Während dieses Schrittes wurden auch der durch die Einrichtung fließende maximale Strom, oder Erzeugungsstrom I_form, die Spannung, die angelegt wurde, um I_form zu erhalten, oder V_form, und das Produkt der beiden Werte, oder die Erzeugungsspannung P_form, beobachtet.
Tabelle 1 zeigt die für die drei Parameter erhaltenen Werte.
Tabelle 1
Schritt e:
Darauffolgend wurde ein Aktivierungsprozess ausgeführt.
Der Druck in der Vakuumkammer 55 in diesem Schritt war 1,3 × 10^–3 Pa. Der Aktivierungsprozess wurde durchgeführt durch Anlegen einer dreieckförmigen Impulsspannung mit einer Signalverlaufshöhe von 14V für die Dauer von 20 Minuten.
Schritt f:
Danach wurde ein Stabilisierungsprozess ausgeführt. In diesem Schritt wurde die Vakuumpumpeneinheit 56 von dem Satz aus einer Sorptionspumpe und einer Ionenpumpe auf eine Ultrahochvakuumpumpeneinheit umgeschaltet und die Einrichtung in der Vakuumkammer 55 auf 120°C für etwa 10 Stunden erwärmt, wobei der Druck in der Vakuumkammer 55 ziemlich niedrig gehalten wurde.
Die Anode 54 und die Einrichtung wurden um einen Abstand H von 5 mm getrennt, und eine Spannung von 1 kV wurde von der Hochspannungsquelle 53 an die Anode 54 angelegt.
Eine Impulsspannung mit einer Signalverlaufshöhe von 14 V wurde an die Elektronen emittierende Einrichtung angelegt, um den Einrichtungsstrom If und den Emissionsstrom Ie unter dieser Bedingung zu beobachten.
Die Vakuumkammer zeigte einen Innendruck von 4,3 × 10^–5 Pa.
Für jede der Einrichtungen wurden Werte von Ie = 0,9 μA und If = 1,0 mA erhalten.
[Beispiel 3, Vergleichsbeispiel 2]
Die in jedem dieser Beispiele hergestellte oberflächenleitende Elektronen emittierende Einrichtung war dieselbe wie diejenigen der vorstehend beschriebenen Beispiele 1 und 2, mit der Ausnahme, dass der Abstand zwischen den Einrichtungselektroden gleich L = 2 μm war. Durch Verfolgen der vorstehend für die Beispiele 1 und 2 beschriebenen Schritte a bis c wurde ein Paar von Einrichtungselektroden 4, 5 und ein elektrisch leitender Dünnfilm 3 auf einem Substrat 1 für das Beispiel 3 und das Vergleichsbeispiel 2 erzeugt (3B).
Schritt d:
Die Einrichtung wurde in der Vakuumkammer 55 planiert, und die Vakuumkammer wurde evakuiert. Dann wurde für Beispiel 3 Aceton in dir Vakuumkammer 55 eingeleitet, um den Innendruck auf 1,3 × 10^–2 Pa anzuheben. Wie in dem Fall der Beispiele 1 und 2 wurde eine Impulsspannung zwischen den Einrichtungselektroden 2 und 3 zur Energisierungserzeugung angelegt, um einen Elektronen emittierenden Bereich 2 in dem elektrisch leitenden Dünnfilm 3 zu erzeugen (3C).
Für das Vergleichsbeispiel 2 wurde kein Aceton eingeleitet, und die Vakuumkammer wurde vor dem Anlegen einer Impulsspannung für einen Energisierungserzeugungsprozess auf weniger als 1,3 × 10^–3 Pa evakuiert.
Tabelle 2 zeigt die Werte von I_form, V_form und P_form die für das Beispiel 3 und das Vergleichsbeispiel 2 erhalten wurden.
Tabelle 2
Darauffolgend wurden ein Aktivierungsprozess und ein Stabilisierungsprozess wie in dem Fall der Beispiele 1 und 2 ausgeführt. Wenn die Elektronenemissionsleistung beobachtet wurde, arbeitete die Einrichtung des Beispiels 3 hervorragend, wie diejenigen der Beispiele 1 und 2.
[Beispiel 4, Vergleichsbeispiel 3]
In jedem dieser Beispiele wurde eine Elektronenquelle hergestellt, die eine große Anzahl von auf einem Substrat angeordneten und mit einer Matrixverdrahtungsanordnung versehenen oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen umfasst.
14 ist eine teilweise Draufsicht auf die in diesen Beispielen hergestellte Elektronenquelle. 15 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 15-15. Es wird angemerkt, dass die Komponenten, die in 14, 15 und 16A bis 16H einander ähnlich sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
71 bezeichnet ein Substrat, und 72 bzw. 73 bezeichnen eine X-gerichtete Leitungsader (untere Leitungsader) und eine Y-gerichtete Leitungsader (obere Leitungsader). Zudem sind ein elektrisch leitender Dünnfilm 3, Einrichtungselektroden 4 und 5, eine Zwischenschicht-Isolationsschicht 131 und ein Kontaktloch 132 zum elektrischen Verbinden der Einrichtungselektrode 4 und der unteren Leitungsader 72 gezeigt.
Nachstehend wird das Verfahren, das zur Herstellung der Bilderzeugungsvorrichtung verwendet wird, hinsichtlich einer Elektronen emittierenden Einrichtung derselben unter Bezugnahme auf 16A bis 16H beschrieben. Es wird angemerkt, dass die folgenden Herstellungsschritte, oder Schritt A bis Schritt H, jeweils 16A bis 16H entsprechen.
Schritt A:
Nach gründlichem Reinigen einer Kalknatronglasplatte wurde durch Sputtern ein Siliziumoxidfilm mit einer Dicke von 0,5 μm darauf ausgebildet, um ein Substrat 72 zu erzeugen, auf das aufeinanderfolgend Cr und Au mit Dicken von 5 nm bzw. 600 nm gelegt wurden, und dann wurde darauf ein Photoresist (AZ1370: erhältlich von Hoechst Corporation) mittels eines Spinners ausgebildet und gebacken. Danach wurde ein Photomaskenbild Licht ausgesetzt und photochemisch entwickelt, um eine Resiststruktur für eine untere Leitungsader 72 zu erzeugen, und dann wurde der abgeschiedene Au/Cr-Film nassgeätzt, um tatsächlich eine untere Leitungsader 72 mit einem gewünschten Profil zu erzeugen.
Ein Siliziumoxidfilm wurde als eine Zwischenschicht-Isolati-onsschicht 131 mit einer Dicke von 1,0 μm durch RF-Sputtern erzeugt.
Eine Photoresiststruktur wurde zum Erzeugen eines Kontaktlochs 132 in dem in Schritt B abgeschiedenen Siliziumoxidfilm hergestellt, welches Kontaktloch 132 dann durch Ätzen der Zwischenschicht-Isolationsschicht 131 unter Verwendung der Photoresiststruktur als Maske tatsächlich ausgeformt wurde. Für den Ätzvorgang wurde ein RIE (Reactive Ion Etching)-Verfahren unter Verwendung von CF₄- und H₂-Gas verwendet.
Schritt D:
Danach wurde eine Struktur aus Photoresist für ein Paar von Einrichtungselektroden 4 und 5 und einen die Elektroden trennenden Spalt L erzeugt, und dann wurden Ti und Ni aufeinanderfolgend mit Dicken von 5 nm bzw. 50 nm durch Vakuumverdampfung darauf abgeschieden. Die Photoresiststruktur wurde in einem organischen Lösungsmittel gelöst, und der Ni/Ti-Abscheidefilm wurde unter Verwendung einer Abhebetechnik behandelt, um ein Paar von Einrichtungselektroden 4 und 5 mit einer Breite W1 = 300 μm und einem Abstand zwischeneinander von L = 10 μm zu erzeugen.
Schritt E:
Eine Photoresiststruktur wurde für eine obere Leitungsader 73 auf den Einrichtungselektroden 4 und 5 hergestellt, und Ti und Au wurden aufeinanderfolgend durch Vakuumverdampfung mit Dicken von 5 nm bzw. 500 nm abgeschieden. Sämtliche unnötigen Abschnitte des Photoresists wurden mittels einer Abhebetechnik entfernt, um eine obere Leitungsader 73 mit einem gewünschten Profil zu erzeugen.
Schritt F:
Dann wurde ein Cr-Film 133 mit einer Filmdicke von 100 nm durch Vakuumverdampfung erzeugt und strukturiert, um ein gewünschtes Profil zu erzeugen, unter Verwendung einer Maske mit einer Öffnung für den die Einrichtungselektroden trennenden Spalt L und seine Umgebung. Eine Lösung aus Pd-Aminokomplex (ccp4230: erhältlich von Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) wurde auf den Cr-Film mittels eines Spinners aufgebracht und bei 300°C für 12 Minuten gebacken, um einen aus feinen Pdo-Partikeln bestehenden elektrisch leitenden Dünnfilm 134 mit einer Dicke von 70 nm zu erzeugen.
Schritt G:
Der Cr-Film 133 wurde zusammen mit jeglichen unnötigen Abschnitten des elektrisch leitenden Films 134 aus feinen PdO-Teilchen durch Nassätzen unter Verwendung eines säurehaltigen Ätzmittels zum Erzeugen eines elektrisch leitenden Dünnfilms 3 mit einem gewünschten Profil entfernt. Der elektrisch leitenden Dünnfilm 3 zeigte eine Filmdicke von 7 nm und einen elektrischen Widerstand von Rs = 2,1 × 10⁴ Ω/☐.
Schritt H:
Resist wurde unter Verwendung einer Maske auf die gesamte Oberfläche aufgebracht und Licht ausgesetzt. Dann wurde der Resist photochemisch entwickelt und nur in dem Bereich für ein Kontaktloch 132 entfernt. Danach wurden Ti und Au sequentiell durch Vakuumverdampfung mit jeweiligen Dicken von 5 nm und 500 nm abgeschieden, und das Kontaktloch wurde durch Entfernen des unnötigen Bereichs mittels einer Abhebetechnik entfernt.
Als Ergebnis der vorstehenden Schritte wurden eine untere Leitungsader 72, eine Zwischenschicht-Isolationsschicht 131, eine obere Leitungsader 73, ein Paar von Einrichtungselektroden 4 und 5 und ein elektrisch leitender Dünnfilm 3 auf dem Substrat 71 für jede Einrichtung erzeugt, so dass als Ganzes eine Vielzahl von elektrisch leitenden Dünnfilmen 3 durch untere Leitungsadern 73 und obere Leitungsadern 72 verbunden wurden, um eine Matrixverdrahtungsstruktur auf dem Substrat einer Elektronenquelle zu bilden, die einem Energisierungserzeugungsprozess zu unterwerfen war.
Dann wurde das hergestellte Elektronenquellensubstrat, das nicht der Energisierungserzeugung unterworfen war, verwendet, um durch Verfolgen der nachstehend beschriebenen Schritte eine Bilderzeugungsvorrichtung herzustellen. Dies wird unter Bezugnahme auf 8, 9A und 9B beschrieben.
Nach Befestigen eines Elektronenquellensubstrats 71 auf einer Rückplatte 81 wurde eine Frontplatte 86 (die einen fluoreszierenden Film 84 und einen Metallrücken 85 auf der inneren Oberfläche eines Glassubstrats 83 trägt) 5 mm oberhalb des Substrats 71 mit einem dazwischen eingebrachten Tragrahmen angeordnet, und danach wurde Fritteglas auf die Kontaktbereiche der Frontplatte 86, des Stützrahmens 82 und der Rückplatte 81 aufgebracht und bei 400°C in Luft für 10 Minuten gebacken, um den Behälter hermetisch zu versiegeln. Das Substrat 71 wurde mittels Fritteglas auch an der Rückplatte befestigt.
Während der fluoreszierende Film 84 nur aus einem fluoreszierenden Körper besteht, falls die Vorrichtung für schwarzweiße Bilder vorgesehen ist, wurde der fluoreszierende Film 84 dieses Beispiels (9A) durch Erzeugen von schwarzen Streifen 91 an erster Stelle und Füllen der Lücken mit streifenförmigen fluoreszierenden Elementen 92 von Primärfarben hergestellt. Die schwarzen Streifen 91 wurden aus einem populären Material hergestellt, das Graphit als einen Hauptbestandteil enthält. Eine Aufschlämmtechnik wurde zum Aufbringen fluoreszierenden Materials auf das Glassubstrat 71 verwendet.
Ein Metallrücken 85 ist auf der inneren Oberfläche des fluoreszierenden Films 84 angeordnet. Nach Herstellen des fluoreszierenden Films wurde der Metallrücken 85 durch Ausführen eines Glättungsvorgangs (normalerweise als "filming" bezeichnet) auf der inneren Oberfläche des fluoreszierenden Films 84 und danach Erzeugen einer Aluminiumschicht durch Vakuumverdampfung darauf vorbereitet.
Für den vorstehenden Verklebevorgang wurden die Komponenten vorsichtig ausgerichtet, um eine präzise positionelle Entsprechung zwischen den farbigen fluoreszierenden Elementen und den Elektronen emittierenden Einrichtungen sicherzustellen.
Die Bilderzeugungsvorrichtung wurde dann in ein Vakuumverarbeitungssystem plaziert, und die Vakuumkammer wurde evakuiert, um den Innendruck auf weniger als 1,3 × 10^–3 Pa zu reduzieren. Danach wurde ein Gasgemisch aus N₂ und H₂, jeweils zu 98% bzw. 2%, in den Vakuumbehälter eingeleitet, bis der Innendruck auf 5 × 10^–2 Pa anstieg.
21 zeigt ein vereinfachtes Diagramm der Verdrahtungsanordnung, die zum Anlegen einer Impulsspannung in jedem dieser Beispiele verwendet wurde. Bezugnehmend auf 21 wurden die Y-gerichteten Leitungsadern 73 gemeinsam mit einer gemeinsamen Elektrode 1401 verbunden, und ferner durch Verbinden ihrer externen Anschlüsse Doy1 bis Doyn mit der gemeinsamen Elektrode 1401 mit einem masseseitigen Anschluss eines Impulsgenerators 1402 verbunden. Die X-gerichteten Leitungsadern 72 wurden über ihre externen Anschlüsse Dox1 bis Doxm mit einer Steuerumschaltschaltung 1403 verbunden. (In 21 sind m = 20 und n = 60.) Die Umschaltschaltung wurde für jeden der Anschlüsse entweder dem Impulsgenerator 1402 oder der Masse zugeordnet, wie in 21 vereinfacht dargestellt.
Für einen Energisierungserzeugungsprozess wurde eine der entlang der X-Richtung angeordneten Einrichtungszeilen durch die Umschaltschaltung 1403 ausgewählt, an welche eine Impulsspannung angelegt wurde, und nach dem Anlegen der Impulsspannung wurde eine andere Einrichtungszeile zum Anlegen der Impulsspannung ausgewählt. Auf diese Art und Weise wurden sämtliche der Einrichtunszeilen gleichzeitig dem Anlegen der Impulsspannung unterworfen. Die angelegte Impulsspannung war ähnlich der in Beispiel 1 oder 2 verwendeten.
Ein Energisierungserzeugungsprozess wie vorstehend beschrieben wurde auch über die Vorrichtung des Vergleichsbeispiels 3 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass kein Gasgemisch eingeleitet wurde und die Vakuumkammer auf 1,3 × 10^–3 Pa evakuiert wurde, bevor die Vorrichtung einem Energisierungserzeugungsprozess unterworfen wurde, unter Verwendung einer ähnlichen Impulsspannung.
Danach wurde ein Aktivierungsprozess ausgeführt. In dieser Stufe des Betriebsablaufs zeigte die Vakuumkammer einen Druck von 2,7 × 10^–3 Pa. Eine dreieckförmige Impulsspannung mit einer Signalverlaufshöhe von 14 V und einer Impulsbreite von 30 μs wurde an die Einrichtungszeilen wie in dem Fall der Energisierungserzeugung angelegt.
Nach dem Aktivierungsprozess wurde der Umschlag erneut evakuiert, um den Innendruck auf etwa 1,3 × 10^–4 Pa zu reduzieren, während die Vakuumkammer erwärmt wird, und die (nicht gezeigte) Abgasleitung wurde durch einen Gasbrenner bis zum Schmelzen erhitzt, um den Umschlag hermetisch zu versiegeln. Schließlich wurde der in dem Umschlag angeordnete (nicht gezeigte) Getter durch eine Hochfrequenzerwärmung erwärmt, um einen Getterprozess auszuführen.
Die nach den vorstehenden Schritten erzeugte Bilderzeugungsvorrichtung wurde dann durch Anlegen eines Abtastsignals und eines Modulationssignals aus einem (nicht gezeigten) Signalgenerator an die Elektronen emittierenden Einrichtungen, unter Verwendung der einfachen Matrixverdrahtung, um die Elektronen emittierenden Einrichtungen zu veranlassen, aufeinanderfolgend Elektronen zu emittieren, für den Betrieb angesteuert. Dann wurde der Emissionsstrom Ie für jede Einrichtung beobachtet, um die Leistungsschwankungen der Einrichtung zu ermitteln. Es wurde gefunden, dass die Schwankungen innerhalb eines Bereichs von 5% für die Vorrichtung von Beispiel 4 und innerhalb eines Bereichs von 15% für die Vorrichtung des Vergleichsbeispiels 3 lagen, um zu beweisen, dass die erstgenannte bei weitem hervorragender war als die letztgenannte.
Es darf gewiss angenommen werden, dass die überlegene Leistung der erstgenannten ein Ergebnis des Energisierungserzeugungsprozesses war, der in einer Atmosphäre durchgeführt wurde, die eine Substanz enthielt, die das Anhaften des elektrisch leitenden Dünnfilms förderte, so dass ein niedrigerer elektrischer Strom zur Energisierungserzeugung erforderlich war und daher ein kleinerer Spannungsabfall aufgrund des Widerstands der Leitungsadern die Schwankungen in der zur Energisierungserzeugung an die Einrichtung angelegten Spannung reduzierte, welches gleichförmige Bedingungen für die Einrichtungen bereitstellte.
[Beispiele 5-1 bis 5-6, Vergleichsbeispiel 4]
In jedem dieser Beispiele wurde eine Elektronen emittierende Einrichtung mit einer Konfiguration wie vereinfacht in 1A und 1B dargestellt hergestellt. Diese Beispiele werden unter Bezugnahme auf 3A bis 3C beschrieben.
Schritt a:
In jedem Beispiel wurde nach gründlichem Reinigen eines Substrats 1 aus Quartzglas mit einem Reinigungsmittel, reinem Wasser und einem organischen Lösungsmittel Pt für Einrichtungselektroden durch Sputtern auf das Substrat mit einer Dicke von 50 nm abgeschieden. Die Einrichtungselektroden 4, 5 wurden durch Bedecken des Substrats 1 mit einer Maske mit Öffnungen entsprechend den Profilen der Einrichtungselektroden, die durch einen Abstand L von 3 μm getrennt waren, erzeugt (3A).
Schritt b:
Um einen elektrisch leitenden Dünnfilm 3 zu erzeugen, wurde eine (nicht gezeigte) Maske aus Cr-Film auf der Einrichtung mit einer Dicke von 50 nm durch Vakuumverdampfung auf der Einrichtung ausgebildet, und dann wurde eine Öffnung entsprechend der Struktur eines elektrisch leitenden Dünnfilms durch Photolithografie erzeugt. Die Öffnung hatte eine Breite von 100 μm.
Schritt c:
Danach wurde eine organische Pd-Lösung (ccp4230: erhältlich von Okuno Pharmaceutical Co., Ltd) mittels eines Spinners auf den Cr-Film aufgebracht und bei 310°C in Luft gebacken, um einen elektrisch leitenden Dünnfilm 3 zu erzeugen, der feine Teilchen (mit einem mittleren Durchmesser von 5 nm) aus Palladiumoxid (PdO) als einen Hauptbestandteil enthält. Die Filmdicke betrug etwa 6 nm. Dann wurde die Cr-Maske durch Nassätzen entfernt, und der Film aus feinen PdO-Teilchen wurde für einen elektrisch leitenden Dünnfilm 3 mit einem gewünschten Profil abgehoben. Der elektrisch leitende Dünnfilm 3 zeigte einen Widerstand von Rs = 4,0 × 10^–4 Ω/☐ (3B).
Schritt d:
Die vorstehend beschriebene Einrichtung wurde in der Vakuumkammer 55 eines Meßsystems wie in 5 dargestellt plaziert, und eine Impulsspannung wurde zwischen den Einrichtungselektroden 4 und 5 aus der Leistungsquelle 51 zum Anlegen einer Einrichtungsspannung Vf zum Durchführen eines elektrischen Erzeugungsprozesses und Erzeugen eines Elektronen emittierenden Bereichs 2 in dem elektrisch leitenden Dünnfilm 3 angelegt.
Die für die Energisierungserzeugung verwendete Impulsspannung war eine rechteckförmige Impulsspannung wie in 4A unter Bezugnahme auf das vorstehende Beispiel 5 gezeigt. In den Anfangsstufen wurde die Impulswellenhöhe mit der Zeit langsam angehoben, bis sie Vh erreichte. Von dann an wurde der Pegel von Vh für eine Zeitdauer von Th aufrechterhalten. Die Impulsbreite von T1 = 1 ms und das Impulsintervall von T2 = 100 ms wurden verwendet. Die Dauer der Zeit Th betrug 10 Minuten. Die Wellenhöhenspannung Vh betrug 6 V für das Beispiel 5-1, 10 V für das Beispiel 5-2, 14 V für das Beispiel 5-3 und 18 V für das Beispiel 5-4. Für jede Bedingung wurden zwei Einrichtungen verwendet. Während die Impulswellenhöhe auf Vh gehalten wurde, stieg der Widerstand der Einrichtung langsam an, und fiel der durch die Einrichtung fließende Strom langsam ab. Nach 10 Minuten wurde T1 auf 5 ms modifiziert. Dann stieg, nach dem Anlegen mehrerer Impulse, der Widerstand der Einrichtung über 1 MΩ, wenn der Energisierungserzeugungsprozess beendet wurde (3C).
Eine rechteckförmige Impulsspannung wie in 19 gezeigt wurde an die Einrichtung des Vergleichsbeispiels 4 angelegt, wobei Werte von T1 = 1 ms und T2 = 10 ms ausgewählt wurden. Die Impulswellenhöhe wurde ausgehend von 0 V langsam erhöht. 20 zeigt die Beziehung zwischen dem durch die Einrichtung fließende Strom und der Wellenhöhe der angelegten Impulsspannung. Die Einrichtung zeigte einen konstanten Widerstand, bis die Spannung 4,5V erreichte, wo der Widerstand ein wenig zu fallen begann und dann rapide anstieg, als die Spannung auf den niedrigsten Pegel von 6 V fiel. Der Energisierungserzeugungsprozess wurde beendet, wenn der Widerstand 1 MΩ überstieg.
Eine der beiden Einrichtungen für jedes der Beispiele 5-1 bis 5-4 und das des Vergleichsbeispiels 4 wurde für den Elektronen emittierenden Bereich durch ein Elektronenmikroskop beobachtet.
Schritt e:
Darauffolgend wurde ein Aktivierungsprozess für die andere der beiden Einrichtungen für jedes Beispiel durch Plazieren derselben in einer Vakuumkammer 55 ausgeführt. Für diesen Prozess wurde Aceton in die Vakuumkammer 55 eingeleitet, und eine rechteckförmige Impulsspannung mit einer Wellenhöhe von 15 V, einer Impulsbreite von 1 ms und einem Impulsintervall von 10 ms wurde zwischen die Einrichtungselektroden 4 und 5 für 15 min bei 1,3 × 10^–2 Pa angelegt.
Schritt f:
Ein Stabilisierungsprozess wurde dann ausgeführt. Die Vakuumkammer wurde evakuiert, während sie für 6 Stunden erwärmt wurde, bis der Druck in der Vakuumkammer 55 etwa 10^–6 Pa erreichte.
Zusätzlich wurden Elektronen emittierende Einrichtungen für Beispiele 5-5 und 5-6 wie in dem Fall der Beispiele 5-1 und 5-3 hergestellt, mit der Ausnahme dass eine Dauer von 25 Minuten für den Aktivierungsprozess ausgewählt wurde.
Jede der vorbereiteten Einrichtungen wurde angesteuert, um in der Vakuumkammer zu arbeiten, wobei der Innendruck unverändert blieb, um den Einrichtungsstrom If und den Emissionsstrom Ie zu beobachten.
Die Anode 54 und die Einrichtung wurden durch einen Abstand H von 5 mm getrennt, und eine Spannung von 1 kV wurde von der Hochspannungsquelle 53 an die Anode 54 angelegt. Eine Impulsspannung mit einer Wellenhöhe von 15 V wurde an die Elektronen emittierende Einrichtung angelegt. Die Einrichtungselektrode 4 war die Anode und die Einrichtungselektrode 5 war die Kathode der Einrichtung.
Tabelle 3 zeigt die Resultate der Beobachtung.
Tabelle 3
Als Ergebnis von Beobachtungen durch ein Elektronenmikroskop zeigten die Einrichtungen der Gruppe 5-Beispiele bei Vh = 6 V, 10 V und 14 V einen gleichförmig profilierten Spalt mit einer Breite nicht größer als 50 nm über die gesamte Länge des Elektronen emittierenden Bereichs. In dem Fall der Einrichtung mit Vh = 18 V überschritt die Spaltbreite 50 nm, zeigte aber einen im wesentlichen gleichförmigen Wert. Demgegenüber zeigte die Einrichtung des Vergleichsbeispiels 4 einen Spalt mit einer Breite, die zufällig zwischen 40 und 100 nm variierte, so dass kein Median ermittelt werden konnte.
In jeder einzelnen der in den vorstehenden Gruppe 5-Beispielen dem Aktivierungsprozess und den nachfolgenden Prozessen unterworfenen Einrichtungen wurde ein Kohlenstoffilm im wesentlichen über dem gesamte Elektronen emittierenden Bereich 2 ausgebildet, um zu enthüllen, dass Elektronen aus der gesamten Oberfläche des Elektronen emittierenden Bereichs 2 emittiert wurden. In dem Fall des Vergleichsbeispiels 4 wurde andererseits auf einem Teil des Elektronen emittierenden Bereichs 2 kein Kohlenstoffilm ausgebildet. Dies mit dem Niveau des Emissionsstroms Ie zusammenhängen.
Jede der Einrichtungen der Gruppe 5-Beispiele zeigte einen Einrichtungsstrom If, der kleiner ist als der der Einrichtung des Vergleichsbeispiels 4. Dies kann daran liegen, dass ein gleichförmiger Spalt in dem Elektronen emittierenden Bereich der erstgenannten Einrichtung erzeugt wurde, welche daher in dem nachfolgenden Aktivierungsschritt zum Unterdrücken jeglichen Leckstroms gleichförmig aktiviert wurde. Da der Spalt des Elektronen emittierenden Bereichs der Einrichtung des Vergleichsbeispiels 4 nicht gleichförmig war, könnte der Elektronen emittierende Bereich ungleichmäßig aktiviert worden sein, um einen Leckstrom-pfad in einem Teil des Bereichs zu erzeugen.
Wenn die Einrichtungen der Beispiele 5-1 und 5-3 mit denjenigen der Beispiele 5-5 und 5-6 verglichen werden, wird erkennbar, dass die Einrichtung mit einer Spaltbreite von 20 nm weder irgendeine Änderung in Ie und If, obwohl eine längere Dauer für den Aktivierungsschritt verwendet wurde, noch in der Spannungsanlegelänge zeigten. Sowohl Ie als auch If der Einrichtung mit einer Spaltbreite von 50 nm stiegen beträchtlich an, um zu beweisen, dass sie eine reduzierte Spaltanlegelänge hatte. Aus diesen Beobachtungen ist klar, dass durch Verlängern der Dauer des Aktivierungsprozesses die Spannungsanlegelänge reduziert und Ie erhöht werden können, falls eine gleichförmige Spaltbreite erzielt wird. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass die Grenze der Spannungsanlegelänge 3,0 nm unter den vorstehend genannten Bedingungen für Aktivierung liegt. Mit anderen Worten ausgedrückt können durch Verwenden einer langen Zeitdauer für die Aktivierung sowohl Ie als auch die Spannungsanlegelänge von Einrichtungen auch dann auf einem im wesentlichen konstanten Niveau gehalten werden, wenn die Spaltbreite der Einrichtungen verhältnismäßig große Schwankungen zeigen. Die Zeit, die erforderlich ist, um den Grenzwert zu erreichen, kann durch Verwenden einer kurzen Spaltbreite verringert werden.
[Beispiele 6-1 bis 6-4, Vergleichsbeispiel 5]
Einrichtungen der Beispiele 6-1 bis 6-4 wurden durch Verfolgen der Schritte der Beispiele 5-1 bis 5-4 hergestellt. Die zum Messen der Leistung und Beobachten der Einrichtungen verwendeten Prozeduren waren ebenfalls dieselben wie diejenigen, die in den vorangehenden Beispielen verwendet wurden.
Der Energisierungserzeugungsprozess der Einrichtungen der Gruppe 6-Beispiele wurde in einer H₂-enthaltenden Atmosphäre mit einem Druckniveau von 1,3 Pa durchgeführt. Für jede der Einrichtungen wurde der Energisierungserzeugungsprozess beendet, wenn der Widerstand der Einrichtung 1 MΩ überschritt, während eine Impulsspannung von Vh angelegt ist.
Für die Einrichtung des Vergleichsbeispiels 5 wurde der Energisierungserzeugungsprozess in Vakuum eines Drucks von 1, 3 × 10^–5 Pa mit T1 = 1 ms, T2 = 10 ms und Vh = 6 V für 30 Minuten durchgeführt. Der Widerstand der Einrichtung stieg langsam an, überstieg jedoch niemals 1 MΩ.
Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse der Beobachtung.
Tabelle 4
Als Ergebnis von Beobachtungen durch ein Elektronenmikroskop zeigten die Einrichtungen der Gruppe 6-Beispiele bei Vh = 6 V, 10 V und 14 V einen gleichförmig profilierten Spalt mit einer Breite nicht größer als 50 nm über die gesamte Länge des Elektronen emittierenden Bereichs. In dem Fall der Einrichtung mit Vh = 18 V überschritt die Spaltbreite 50 nm, zeigte aber einen im wesentlichen gleichförmigen Wert. Demgegenüber zeigte die Einrichtung des Vergleichsbeispiels 5 einen Spalt mit einer unzureichenden Breite kleiner als 35 nm, so dass der elektrisch leitende Dünnfilm an bestimmten Stellen überbrückt worden sein könnte.
In jeder der in den Gruppe 6-Beispielen dem Aktivierungsprozess und den nachfolgenden Prozessen unterworfenen Einrichtungen wurde ein Kohlenstoffilm über im wesentlichen den gesamten Elektronen emittierenden Bereich 2 ausgebildet, um zu enthüllen, dass Elektronen aus der gesamten Oberfläche des Elektronen emittierenden Bereichs 2 emittiert wurden. In dem Fall des Vergleichsbeispiels 5 andererseits wurde auf einem Teil des Elektronen emittierenden Bereichs 2 kein Kohlenstoffilm ausgebildet. Dies kann mit dem Niveau des Emissionsstroms Ie zusammenhängen.
Jede der Einrichtungen der Gruppe 6-Beispiele zeigte einen Einrichtungsstrom If, der kleiner ist als der der Einrichtung des Vergleichsbeispiels 5. Dies kann daran liegen, dass ein gleichförmiger Spalt in dem Elektronen emittierenden Bereich der erstgenannten Einrichtung erzeugt wurde, welche daher in dem nachfolgenden Aktivierungsschritt zum Unterdrücken jeglichen Leckstroms gleichförmig aktiviert wurde. Der Spalt des Elektronen emittierenden Bereichs könnte an bestimmten Stellen in der Einrichtung des Vergleichsbeispiels 5 überbrückt worden sein, um einen oder mehr als einen Leckstrompfad in dem Bereich zu erzeugen.
Wie durch Vergleichen der Tabellen 3 und 4 deutlich wird, wurden eine Reduktion der Spaltbreite und der Spannungsanlegelänge sowie eine Zunahme des Emissionsstroms bei den Einrichtungen der Gruppe 6-Beispiele im Vergleich zu denjenigen der Gruppe 5-Beispiele beobachtet. Dies kann daran liegen, dass der Energisierungserzeugungsprozess für die erstgenannten Einrichtungen in einer H₂ enthaltenden Atmosphäre ausgeführt wurde, um die chemische Reduktion und die Kohäsion des elektrisch leitenden Dünnfilms zu fördern, wohingegen für die letztgenannten Einrichtungen der Prozess in Vakuum durchgeführt wurde. Folglich wurde der Leistungsverbrauch in dem Energisierungserzeugungsprozess für die erstgenannten Einrichtungen reduziert, um die Spalte zu verengen.
Für die Einrichtung des Vergleichsbeispiels 5 könnten die Leckstrompfade gebildet worden sein, weil T1 nicht verlängert wurde, nachdem die angelegte Impulsspannung Vh erreichte und auf diesem Niveau gehalten wurde.
[Beispiele 7-1 bis 7-4]
Einrichtungen dieser Beispiele wurden durch Verfolgen der Schritte der Beispiele 5-1 bis 5-4 hergestellt.
In jedem dieser Beispiele wurde der elektrisch leitende Dünnfilm 3 durch Sputtern von Pt erzeugt. Der elektrisch leitende Dünnfilm 3 zeigte eine Filmdicke von etwa 2,5 nm und einen elektrischen Widerstand von Rs = 3,5 × 10⁴ Ω/☐.
Die Atmosphären in der Vakuumkammer für den Energisierungserzeugungsprozess der Beispiele 7-1 bis 7-4 waren jeweils (1) Vakuum (etwa 1, 3 × 10^–4 Pa), (2) H₂ 1,3 Pa, (3) CO 130 Pa, (4) Aceton 1,3 × 10^–3 Pa. Die angelegte Impulsspannung hatte T1 = 1 ms, T2 = 100 ms, Vh = 10 V und Th = 10 min. Obwohl der Widerstand langsam anstieg, überschritt er mit Ausnahme des Beispiels, in dem H₂ verwendet wurde, 1 MΩ nicht. Wenn die Impulswellenhöhe auf 12 V angehoben wurde, überschritt der Widerstand 1 MΩ nach Anlegen mehrere Impulse, so dass daher der Energisierungserzeugungsprozess dann in jedem Beispiel beendet wurde.
Nach dem Energisierungserzeugungsprozess wurde die Vakuumkammer 55 für 6 Stunden auf 180°C erwärmt und evakuiert, um den Innendruck für einen Aktivierungsprozess auf etwa 1,3 × 10^–6 Pa zu reduzieren.
Tabelle 5 zeigt die Resultate der Beobachtung.
Tabelle 5
Als Ergebnis von Beobachtungen durch ein Elektronenmikroskop zeigten sämtliche der Einrichtungen eine Spaltbreite mit einer gleichförmigen Breite von weniger als 20 nm über den gesamten Elektronen emittierenden Bereich, nachdem die der Energisierungserzeugung unterworfen wurden. Die Spaltbreite jeder der Einrichtungen dieser Beispielgruppe war kleiner als die irgendeiner der Einrichtungen der Gruppe 5 und 6-Beispiele und der Vergleichsbeispiele 4 und 5. Dies kann dadurch erklärt werden, dass die Spaltbreite in Abhängigkeit von dem Material des elektrisch leitenden Dünnfilms variiert, und dass das Material des elektrisch leitenden Dünnfilms dieser Einrichtungen einen Schmelzpunkt hat, der höher ist als der der Materialien der vorangehenden Beispiele.
Nach dem Aktivierungsprozess zeigte jede der Einrichtungen dieser Beispielgruppe einen Kohlenstoffilm, der gleichförmig auf dem gesamten Elektronen emittierenden Bereich 2 ausgebildet war, um zu beweisen, dass Elektronen aus im wesentlichen der gesamten Oberfläche des Elektronen emittierenden Bereichs emittiert worden waren.
Die Einrichtungen dieser Beispielgruppe zeigten einen Einrichtungsstrom, der kleiner war als der irgendeiner der Einrichtungen der Vergleichsbeispiele 4 und 5. Dies kann daran liegen, dass kein Leckstrompfad erzeugt wurde, als dort ein gleichförmiger Spalt ausgebildet wurde, und der Elektronen emittierende Bereich in jeder der Einrichtungen dieser Beispielgruppe gleichförmig aktiviert wurde.
Wie durch Betrachten der Tabelle 5 klar wird, zeigte die Einrichtung, für welche der Energisierungserzeugungsprozess in einer H₂ enthaltenden Atmosphäre durchgeführt wurde, eine kleinere Spaltbreite und einen größeren Emissionsstrom als irgendeine andere Einrichtung. Dies kann daran liegen, dass die Kohäsion des elektrisch leitenden Dünnfilms (Pt) durch das Vorhandensein von H₂ gefördert wurde, und dass der Energisierungserzeugungsprozess auf einem reduzierten Stromniveau durchgeführt wurde, um demzufolge die Spaltbreite zu reduzieren. Andererseits zeigten CO und Aceton keinerlei Wirkung zum Fördern der Kohäsion von Pt-Teilchen wie in dem Fall von Vakuum.
[Beispiele 8-1 und 8-2]
Einrichtungen dieser Beispiele wurden wie in dem Fall der Beispiele 5-1 bis 5-4 hergestellt, mit folgenden Ausnahmen.
In jedem dieser Beispiele wurde der elektrisch leitende Dünnfilm 3 aus feinen PdO-Teilchen hergestellt, wie in dem Fall der Gruppe 5-Beispiele. Die zur Energisierungserzeugung verwendete Impulsspannung war ein rechteckförmiger Impuls mit T1 = 1 ms, T2 = 100 ms und Vh = 6,0 V. Der Widerstand stieg langsam an, während Vh = 6,0 V aufrechterhalten wurde, und der Energisierungserzeugungsprozess wurde beendet, wenn die Impulswellenhöhe auf 7,0 V angehoben wurde und der Widerstand über 1 MΩ hinausging.
Die Atmosphären in der Vakuumkammer für die Energisierungserzeugung der Beispiele 8-1 und 8-2 waren jeweils (1) CO 13 Pa und (2) Aceton 1,3 × 10^–3 Pa.
Tabelle 6 zeigt die Resultate der Beobachtung.
Tabelle 6
Wie vorstehend beschrieben wurde, zeigten CO und Aceton keinerlei Wirkung zum Fördern der Kohäsion des elektrisch leitenden Dünnfilms in den Gruppe 7-Beispielen, in denen der elektrisch leitende Dünnfilm aus Pt hergestellt war. Demgegenüber wurden die chemische Reduktion und die resultierende Kohäsion des elektrisch leitenden Dünnfilms in dieser Beispielgruppe gefördert, um den Leistungsverbrauch für den Energisierungserzeugungsprozess und auch die Spaltbreite zu reduzieren. Die Verwendung anderen leicht reduzierbaren Materials für elektrisch leitende Dünnfilme kann ähnliche Wirkungen bereitstellen.
[Beispiele 9-1 bis 9-5]
Einrichtungen dieser Beispiele wurden wie in dem Fall der Beispiele 5-1 bis 5-4 hergestellt, mit folgenden Ausnahmen:
In diesen Beispielen wurde der Energisierungserzeugungsprozess in Vakuum von 1,3 × 10^–4 Pa durchgeführt, und die zur Energisierungserzeugungsprozess verwendete Impulsspannung war ein rechteckförmiger Impuls mit T1 = 1 ms und veränderlichem T2 von (1) 2 ms, (2) 5 ms, (3) 10 ms, (4) 100 ms und (5) 1 s für jeweilige Beispiele. Eine konstante Spannung von Vh = 6,0 V wurde ausgewählt. Der Widerstand stieg langsam an, während Vh = 6,0 V aufrechterhalten wurde, und danach wurde Vh auf 7,0 V angehoben, um zu sehen, dass der Widerstand der Einrichtung über 1 MΩ hinausging, wenn der Energisierungserzeugungsprozess beendet wurde.
Tabelle 7 zeigt die Resultate der Beobachtung.
Tabelle 7
Aus der vorstehenden Tabelle 7 ist ersichtlich, dass die Spaltbreite, die Spannungsanlegelänge und die Elektronenemissionsleistung von dem zur Energisierungserzeugung verwendeten Impulsintervall T2 abhängig sind. Dies kann daran liegen, dass dann, wenn das Impulsintervall T2 relativ zu dem Impulsintervall T1 nicht groß ist, die durch das Anlegen einer Impulsspannung generierte Wärme in der Einrichtung akkumuliert wird, um die Temperatur des Elektronen emittierenden Bereichs anzuheben und die Spaltbreite zu vergrößern. Daher ist T2 bevorzugt fünf mal, stärker bevorzugt zehn mal und am stärksten bevorzugt einhundertmal größer als T1.
[Beispiel 10, Vergleichsbeispiel 6]
In jedem dieser Beispiele wurde eine Vielzahl von Einrichtungen auf einem einzigen Substrat wie in 13 gezeigt hergestellt, wobei jede der Einrichtungen eine Konfiguration wie in 1A und 1B hat. Die Einrichtungen dieser Beispiele wurden durch Verfolgen der Schritte der Beispiele 5-1 bis 5-4 hergestellt, vermessen und beobachtet.
In jedem dieser Beispiele wurde der elektrisch leitende Dünnfilm 3 jeder Einrichtung durch Sputtern von Pt erzeugt. Der elektrisch leitende Dünnfilm 3 zeigte eine Filmdicke von etwa 1,5 nm und einen elektrischen Widerstand von Rs = 5 × 10⁴ Ω/☐.
Der Energisierungserzeugungsprozess jedes der Beispiele wurde in Vakuum von Etwa 1,3 × 10^–4 Pa durchgeführt. Die angelegte Impulsspannung hatte T1 = 1 ms, T2 = 100 ms, Vh = 5,5 V und Th = 10 min. Nach dem Halten der Spannung für die vorbestimmte Zeitdauer wurde T1 auf 5 ms geändert, und der Widerstand der Einrichtung ging über 1 MΩ hinaus, wenn der Energisierungserzeugungsprozess beendet wurde.
Die Spannung war für beide Beispiele eine rechteckförmige Impulsspannung mit einer langsam ansteigenden Wellenhöhe, wie in dem Vergleichsbeispiel 1.
Eine Einrichtungsspannung Vf von 22 V wurde für Beispiel 10 verwendet, wohingegen 18 V für die Einrichtungsspannung des Vergleichsbeispiels 6 ausgewählt wurde. If und Ie wurden insbesondere hinsichtlich Schwankungen beobachtet.
Tabelle 8 zeigt die Resultate der Beobachtung.
Tabelle 8
Als Ergebnis der Beobachtungen durch ein Elektronenmikroskop zeigte die Einrichtung des Beispiels 10 Spalte mit einer gleichförmigen Breite von weniger als 50 n über den gesamten Elektronen emittierenden Bereich, nachdem die der Energisierungserzeugung unterworfen wurde, wohingegen die Einrichtung des Vergleichsbeispiels 6, die bis zu dem Energisierungserzeugungsprozess unterworfen wurde, ungleichmäßige Spalte mit einer Breite zeigte, die zwischen 40 und 100 nm schwankte.
In jeder der Einrichtungen, die die Schritte nach dem Aktivierungsprozess durchlaufen hatte, wurde ein Kohlenstoffilm auf dem gesamten Elektronen emittierenden Bereich ausgebildet, um zu beweisen, dass Elektronen aus dem gesamten Elektronen emittierenden Gebiet dieses Bereichs emittiert wurden. Demgegenüber war ein Teil des Elektronen emittierenden Bereichs 2 der Einrichtungen dieses Vergleichsbeispiels 6 frei von Kohlenstoffilm.
Folglich zeigten die in Übereinstimmung mit Beispiel 10 hergestellten Einrichtungen eine gleichförmige Elektronenemissionsleistung.
[Beispiel 11]
Die Einrichtung dieses Beispiels wurden wie in dem Fall der Beispiele 5-1 bis 5-4 hergestellt, mit den folgenden Ausnahmen.
In diesem Beispiel wurden die Einrichtungselektroden durch einen Abstand L von 2 μm getrennt. Der elektrisch leitende Dünnfilm wurde aus feinen PdO-Teilchen hergestellt, wie in dem Fall der Gruppe 5-Beispiele, und zeigte eine Filmdicke von etwa 6 nm und einen Widerstand von Rs = 4, 2 × 10⁹ Ω/☐. Der
Energisierungserzeugungsprozess wurde in Vakuum von 10^–6 Pa durchgeführt, und die zur Energisierungserzeugung verwendete Impulsspannung war ein rechteckförmiger Impuls mit T1 = 1 ms, T2 = 100 ms, Vh = 5, 5 V und Th = 10 min. Nach der vorbestimmten Zeit wurde T1 auf 5 ms geändert, um zu sehen, dass der Widerstand der Einrichtung 1 MΩ überschritt, wenn der Energisierungserzeugungsprozess beendet wurde.
Der Aktivierungsprozess wurde in einer Vakuumkammer 55 durchgeführt, wobei WF₆ eingeleitet wurde, um einen Innendruck von 1,3 × 10^–1 Pa zu realisieren. Zu dieser Zeit wurde eine rechteckförmige Impulsspannung von T1 = 2 ms, T2 = 10 ms verwendet, und wurde eine Wellenhöhe von 20 V angelegt. Das Substrat wurde auf 150°C erwärmt.
Für den Stabilisierungsprozess wurde die Vakuumkammer für 2 Stunden auf 200°C erwärmt und evakuiert, bis der Druck auf etwa 10^–6 Pa absank.
Zum Überwachen der Leistung wurde eine Impulsspannung mit einer Wellenhöhe von 20 V an die Einrichtung angelegt.
Tabelle 9 zeigt die Resultate der Beobachtung.
Tabelle 9
Als Ergebnis der Beobachtungen durch ein Elektronenmikroskop zeigte die Einrichtung dieses Beispiels einen gleichförmigen Spalt mit einer Breite von 30 nm über die gesamte Länge des Elektronen emittierenden Bereichs 2, wenn der Energisierungserzeugungsprozess abgeschlossen war. Wenn die Schritte nach dem Aktivierungsprozess vorüber waren, wurde ein Film einer W-Abscheidung auf dem gesamten Elektronen emittierenden Bereich 2 beobachtet, um zu beweisen, dass Elektronen aus der gesamten Oberfläche des Elektronen emittierenden Bereichs emittiert wurden.
Folglich realisierten die Einrichtungen, die in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt wurden, eine gleichförmige und hervorragende Elektronenemissionsleistung.
[Beispiel 12, Vergleichsbeispiel 7]
Einrichtungen dieser Beispiele wurden durch Verfolgen der Schritte 5-1 bis 5-4 hergestellt.
In jedem dieser Beispiele wurden die Einrichtungselektroden durch Abscheiden von Ni mittels Sputtern erzeugt. Die Einrichtungselektroden wurden durch einen Länge L von 50 μm getrennt. Der elektrisch leitende Dünnfilm wurde aus feinen PdO-Teilchen hergestellt und hatte eine Filmdicke von 10 nm. Der Film zeigte einen Widerstand von Rs = 8 × 10⁹ Ω/☐.
In Beispiel 12 wurde eine rechteckförmige Impulsspannung wie in 23A gezeigt mit T1 = 100 μs und T2 = 10 ms für dem Energisierungserzeugungsprozess verwendet. Die Impulswellenhöhe wurde auf einem konstanten Pegel von 10 V gehalten. Der durch die Einrichtung fließende elektrische Strom zeigte einen Spitzenwert von 2,5 mA. Die Atmosphäre in der Vakuumkammer war anfänglich gleich 1,3 × 10^–4 Pa, welche dann durch Einleiten eines Gasgemischs von H₂2%-N₂98% auf 1,3 × 10³ Pa angehoben wird.
Der durch die Einrichtung fließende elektrische Strom fiel nach der Einleitung des Gasgemischs langsam ab, stieg dann ab der Zeit 3 Minuten nach dem Beginn der Gaseinleitung auf 8,5 mA an und fiel dann plötzlich auf weniger als 10 nA ab. Die maximale Leistungsverbrauchsrate während dieser Periode betrug 85 mW.
Die Einrichtung des Vergleichsbeispiels 7 wurde durch Anlegen einer dreieckförmigen Impulsspannung mit einer zunehmenden Wellenhöhe wie in 23B gezeigt der Energisierungserzeugung unterworfen. Die anfängliche Wellenhöhe war 5 V, welche langsam auf 14 V angehoben wurde, wenn der Energisierungserzeugungsprozess beendet wurde. Der maximale elektrische Strom war 147 mW während dieser Periode. Die Vakuumkammer wurde auf 1,3 × 10^–4 Pa gehalten. If und Ie jeder Einrichtung wurden durch Anlegen einer rechteckförmigen Impulsspannung von 20 V an die Einrichtung beobachtet.
Tabelle 10 zeigt die Resultate der Überwachung.
Tabelle 10
[Beispiel 13]
Eine Einrichtung dieses Beispiels wurde durch Verfolgen der Schritte der Beispiele 8-1 und 8-2 hergestellt.
In Beispiel 13 wurde eine rechteckförmige Impulsspannung mit T1 = 100 μs und T2 = 16,7 ms für den Energisierungserzeugungsprozess verwendet. Die Impulswellenhöhe wurde auf einem konstanten Niveau von 10 V gehalten. Der durch die Einrichtung fließende elektrische Strom zeigte einen Spitzenwert von 1,7 mA. Unter dieser Bedingung wurde langsam ein Gasgemisch von H₂1%-Ar99% in die Vakuumkammer eingeleitet, bis der Druck auf 1,3 × 10³ Pa anstieg. Der Energisierungserzeugungsprozess wurde etwa 15 Minuten nach Beginn der Einleitung des Gasgemischs beendet. If und Ie der Einrichtung wurden durch Anlegen einer Impulsspannung von 18 V an die Einrichtung beobachtet.
Tabelle 11 zeigt die Resultate der Beobachtung.
Tabelle 11
[Beispiele 14-1 bis 14-3, Vergleichsbeispiel 8]
In jedem dieser Beispiele wurden Elektronenquellen, von denen jede eine große Anzahl von oberflächenleitenden Elektronen emittierenden Einrichtungen umfasst, die auf einem Substrat angeordnet sind und mit einer Matrixverdrahtungsanordnund versehen ist, hergestellt und in jeweilige Bilderzeugungsvorrichtungen wie in dem Fall von 4 integriert. Elektronen emittierende Einrichtungen wurden in einer Matrix von 20 Zeilen und 60 Spalten einschließlich solcher für Primärfarben integriert.
Den Schritten A bis H und den hermetischen Versiegelungsprozeduren der Beispiele 4 wurde für diese Beispiele gefolgt. Für jede Einrichtung jedoch wurden die Einrichtungselektroden durch einen Abstand von L = 3 μm getrennt und hatten eine Länge von W1 = 200 μm. Ein elektrisch leitender Pt-Dünnfilm wurde durch Sputtern mit einer Dicke von 1,5 nm erzeugt. Die Cr-Maske, die zur Strukturierung verwendet wurde, hatte eine Dicke von 50 nm. Der elektrische Widerstand des elektrisch leitenden Dünnfilms war Rs = 5 × 10⁴Ω/☐.
Nach Abschluss des hermetischen Versiegelungsvorgangs wurden drei Paare von Bilderzeugungsvorrichtungen der Energisierungserzeugung unter Verwendung jeweiliger Verfahren A bis C, die nachstehend beschrieben werden unterworfen. Für das Vergleichsbeispiel 8 wurde darüber hinaus ein weiteres Paar von Bilderzeugungsvorrichtungen ebenfalls der Energisierungserzeugung unter Verwendung eines vierten Verfahrens, oder Verfahrens D, unterworfen, welches ebenfalls nachstehend beschrieben wird. Eines von jedem Paar von Vorrichtungen wurde nach de, Energisierungserzeugungsprozess durch ein Elektronenmikroskop beobachtet.
Wie in 21 gezeigt, wurden die Y-gerichteten Leitungsadern 73 gemeinsam mit einer gemeinsamen Elektrode 1401 verbunden, und ferner durch Verbinden ihrer externen Leitungsadern Doy1 bis Doy60 mit der gemeinsamen Elektrode 1401 mit einem masseseitigen Anschluss eines Impulsgenerators 1402 verbunden. Die X-gerichteten Leitungsadern 72 wurden über ihre externen Anschlüsse Dox1 bis Dox20 mit einer Steuerumschaltschaltung 1403 verbunden. Die Umschaltschaltung wurde für jeden der Anschlüsse derart ausgestaltet, dass sie entweder mit dem Impulsgenerator 1402 oder mit der Masse verbindet, wie vereinfacht in 21 gezeigt.
Verfahren A:
Der Umschlag 88 wurde durch eine Abgasleitung mittels einem Vakuumsystem evakuiert, bis der Innendruck unter 1,3 × 10^–4 Pa fiel, und dann wurde eine Impulsspannung an die Einrichtung angelegt. Die Wellenhöhe der Impulsspannung wurde langsam von 0 V an erhöht, um 6 V zu erreichen, wenn die Wellenhöhe auf diesem Pegel gehalten wurde. Die Impulsbreite war T1 = 100 μs, und das Impulsintervall betrug T2 = 833 μs, welches zu einer Frequenz von f = 1200 Hz äquivalent war. Gleichzeitig wurde die Umschaltschaltung 1403 durch einen der externen Anschlüsse Dox1 bis Dox20 mit dem Impulsgenerator 1402 und ebenfalls mit der Masse verbunden, um synchron mit T2 zyklisch eine der Einrichtungszeilen auszuwählen. Folglich wurde eine Impulsspannung mit einer Impulsbreite von T1 = 100 μs und einem Impulsintervall von T2 = 16,7 ms mit einer Frequenz von f = 60 Hz an jede der Elektronen emittierenden Einrichtungen angelegt.
Die Impulswellenhöhe wurde für zehn Minuten auf 6 V gehalten, während welchen der Einrichtungsstrom langsam fiel. Danach wurde die Impulsbreite auf T = 500 s geändert. Wenn der Widerstand jeder X-gerichteten Leitungsader, der aus der Impulswellenhöhe und dem Einrichtungsstrom ermittelt wird, 16,7 kΩ (oder einen Widerstand von 1 MΩ für jede Einrichtung) überstieg, wurde das Anlegen der Impulsspannung beendet.
Verfahren B:
Nach dem Evakuieren des Umschlags 88 wie in dem Fall des vorstehenden Verfahrens A wurde H₂-Gas in diesen eingeleitet, bis der Druck 1,3 Pa erreichte.
Danach wurde eine Impulsspannung gleich der des Verfahrens A angelegt, und wurde Wellenhöhe auf 6 V für 10 Minuten angelegt, um aufzufinden, dass der Widerstand jeder X-gerichteten Leitungsader, der aus der Impulswellenhöhe und dem Einrichtungsstrom ermittelt wird, 16,7 kΩ überstieg, so dass das Anlegen der Impulsspannung in diesem Augenblick beendet wurde. Dann wurde der Umschlag erneut evakuiert.
Verfahren C (kein Ausführungsbeispiel der Erfindung):
Nach dem Evakuieren des Umschlags 88 wie in dem Fall des vorstehenden Verfahrens A wurde nur Dox1 der X-gerichteten Leitungsadern mit dem Impulsgenerator 1402 verbunden, um eine Impulsspannung mit einer Impulsbreite von T1 = 100 μm und einem Impulsintervall von T2 = 16,7 ms an jede der Elektronen emittierenden Einrichtungen mit einer Frequenz von f = 60 Hz anzulegen. Wie in dem Fall des Verfahrens A wurde die Impulswellenhöhe auf 6 V für zehn Minuten gehalten und danach die Impulsbreite auf T1 = 500 μs gehalten. Wenn der Widerstand der X-gerichteten Leitungsader 16,7 kΩ überschritt, wurde das Anlegen der Impulsspannung beendet. Dann wurde die Umschalteinrichtung betätigt, um die nächste Einrichtungszeile für einen weiteren Energisierungserzeugungsvorgang auszuwählen. Diese Prozedur wurde wiederholt, bis sämtliche der 20 Einrichtungszeilen für die Erregungserzeugung behandelt wurden.
Verfahren D:
Nach Evakuieren des Umschlags 88 wie in dem Fall des vorstehenden Verfahrens A wurden eine Impulsspannung mit einer Impulsbreite von T1 = 100 μs und einem Impulsintervall von T2 = 833 μs an jede der Elektronen emittierenden Einrichtungen angelegt. Die Umschaltschaltung wurde auf eine Art und Weise wie in dem Fall des Verfahrens A betrieben. Folglich wurden, wie bei Verfahren A, eine Impulsspannung mit einer Impulsbreite von T1 = 100 μs und einem Impulsintervall von T2 = 16,7 ms an jede der Elektronen emittierenden Einrichtungen mit einer Frequenz von f = 60 Hz angelegt.
Die Impulswellenhöhe wurde mit einem Schritt von 0,1 V schrittweise angehoben. Wenn die Wellenhöhe 12V erreichte, überschritt der Widerstand jeder der Einrichtungen 16,7 kΩ, so dass das Anlegen der Impulsspannung beendet wurde.
In dem Elektronen emittierenden Bereich 2 jeder der verarbeiteten Einrichtungen wurde ein gleichförmiger Spalt von 10 nm (Verfahren B) oder 15 nm (Verfahren A oder C) beobachtet. In dem Vergleichsbeispiel 8 war die Spaltbreite ungleichmäßig und fluktuierte zwischen 100 und 200 nm.
Danach wurden die Einrichtungen einem Aktivierungsprozess unterworfen durch Anlegen einer Impulsspannung an dieselben. In der Beispiel 14-Gruppe wurde eine rechteckförmige Impulsspannung mit der Impulsbreite und dem Impulsintervall, die unter Bezugnahme auf Verfahren A beschrieben wurden, verwendet, jedoch wurde eine Wellenhöhe von 15 V ausgewählt. Aceton wurde in den Umschlag 88 eingeleitet, bis der Innendruck 1,3 × 10^–2 Pa erreichte, während der Einrichtungsstrom If beobachtet wurde.
Darauffolgend wurde ein Stabilisierungsprozess ausgeführt. In diesem Prozess wurde der Umschlag 88 auf 160°C erwärmt und evakuiert, bis der Innendruck auf 1,3 × 10^–5 Pa fiel. Dann wurde die (nicht gezeigte) Abgasleitung durch Schmelzen derselben mit einem Gasbrenner geschlossen, um den Umschlag 88 hermetisch zu versiegeln. Eine Getterbehandlung wurde mittels einer Hochfrequenzheiztechnik durchgeführt, um das Innere des Umschlags auf diesem Grad von Vakuum zu halten.
Jede der hergestellten Bilderzeugungsvorrichtungen wurde dann für den Betrieb angesteuert durch Anlegen eines Abtastsignals und eines Modulationssignals aus einem (nicht gezeigten) Signalgenerator über die externen Anschlüsse Dox1 bis Dox20 und Doy1 bis Doy60, so dass eine Spannung an jede der Elektronen emittierenden Einrichtungen 74 angelegt wurde, um sie zu veranlassen, Elektronen zu emittieren. Gleichzeitig wurde eine Hochspannung von 7 kV an den Metallrücken 85 über den Hochspannungsanschluss Hv angelegt, um die Elektronenstrahlen zu beschleunigen, bis sie mit dem fluoreszierenden Film 84 kollidierten und diesen erregten, welcher daraufhin fluoreszierte, um feine und hervorragende Bilder auf einer stabilen Grundlage zu erzeugen.
Gleichzeitig wurden der in den Hochspannungsanschluss Hv fließende Strom und der Emissionsstrom Ie gemessen. Für jede Vorrichtung sind die Schwankungen ΔIe und der mittlere Ie jeder Einrichtungszeile (60 Einrichtungen) in der untenstehenden Tabelle 12 gezeigt.
Tabelle 12
Das ΔIe der Elektronenquelle jedes der Beispiele 14-1 bis 14-3 war im Vergleich zu seinem Gegenstück der Elektronenquelle des Vergleichsbeispiels 8 war sehr klein, um die Gleichförmigkeit der Elektronen emittierenden Einrichtungen zu beweisen. Die Elektronen emittierenden Einrichtungen der Elektronenquelle jedes der Beispiele 14-1 bis 14-3 hielten die gegebene Impulswellenhöhe Vh (6 V) während des Energisierungserzeugungsprozesses, wohingegen diejenigen der Elektronenquelle des Vergleichsbeispiels 8 bemerkenswerte Schwankungen zwischen 0 und 12 V zeigten. Die Schwankungen in dem Widerstand der Einrichtungen (vor der Energisierungserzeugung) wurden auf die Schwankungen in der an die Elektronen emittierenden Einrichtungen angelegten Spannung reflektiert. Darüber hinaus war die in Beispiel 8 verwendete Impulsspannung höher als ihr Gegenstück der Gruppe 14-Beispiele.
[Beispiel 15]
17 ist ein Blockdiagramm einer Anzeigevorrichtung, die unter Verwendung eines Verfahrens gemäß der Erfindung sowie eines in Beispiel 14 hergestellten Anzeigefelds realisiert und zum Bereitstellen visueller Informationen, die von einer Vielzahl von Quellen einschließlich Fernsehübertragung und andere Bildquellen kam, angeordnet wurde.
In 17 sind ein Anzeigefeld 1001, ein Anzeigefeldtreiber 1002, eine Anzeigefeldsteuereinrichtung 1003, ein Multiplexer 1004, ein Dekodierer 1005, eine Eingangs/Ausgangs-Schnittstellenschaltung 1006, eine CPU 1007, ein Bildgenerator 1008, Bildeingangsspeicherschnittstellenschaltungen 1009, 1010 und 1011, eine Bildeingangsschnittstellenschaltung 1012, Fernsehsignalempfänger 1013 und 1014 und eine Eingabeeinheit 1015 gezeigt. (Falls die Anzeigevorrichtung zum Empfangen von Fernsehsignalen verwendet wird, die aus Video- und Audiosignalen bestehen, sind Schaltungen, Lautsprecher und andere Einrichtungen zum Empfangen, Trennen, Wiedergeben, Verarbeiten und Speichern von Audiosignalen zusätzlich zu den in der Zeichnung gezeigten Schaltungen erforderlich. In Anbetracht des Rahmens der Erfindung sind derartige Schaltungen hier jedoch weggelassen.) Nachstehend werden die Komponenten der Vorrichtung dem Signalfluss durch diese folgend beschrieben.
Zunächst ist der TV- bzw. Fernsehsignalempfänger 1014 eine Schaltung zum Empfangen von Fernsehbildsignalen, die über ein drahtloses Übertragungssystem unter Verwendung von elektromagnetischen Wellen und/oder räumlichen optischen Telekommunikationsnetzwerken übertragen werden. Das zu verwendende Fernsehsignalsystem ist nicht auf ein bestimmtes beschränkt, sondern es kann jedes beliebige System wie beispielsweise NTSC, PAL oder SECAM machbar mit ihm verwendet werden. Es ist besonders geeignet für Fernsehsignale, die eine größere Anzahl von Abtastzeilen (typisch für ein hochauflösendes Fernsehsystem wie beispielsweise das MUSE-System) involvieren, weil es für ein großes Anzeigefeld 1001, das eine große Anzahl von Pixeln umfasst, verwendet werden kann. Die durch den Fernsehsignalempfänger 1014 empfangenen Fernsehsignale werden an den Dekodierer 1005 weitergeleitet.
Der Fernsehsignalempfänger 1013 ist eine Schaltung zum Empfangen von Fernsehsignalen, die über ein drahtgebundenes Übertragungssystem unter Verwendung von Koaxialkabeln und/oder optischen Fasern übertragen werden. Wie der Fernsehsignalempfänger 1014 ist das zu verwendende Fernsehsignalsystem nicht auf ein bestimmtes beschränkt, und die durch die Schaltung empfangenen Fernsehsignale werden an den Dekodierer 1005 weitergeleitet.
Die Bildeingangsschnittstellenschaltung 1012 ist eine Schaltung zum Empfangen von Bildsignalen, die von einer Bildeingabeeinrichtung wie beispielsweise einer Fernsehkamera oder einem bildaufnehmenden Scanner weitergeleitet werden. Sie leitet ebenfalls das empfangene Bild an den Dekodierer 1005 weiter.
Die Bildeingangsspeicherschnittstellenschaltung 1011 ist eine Schaltung zum Wiedergewinnen von in einem Videobandrekorder (nachstehend als VTR bezeichnet) gespeicherten Bildsignalen, und die wiedergewonnenen Bildsignale werden ebenfalls an den Dekodierer 1005 weitergeleitet.
Die Bildeingangsschnittstellenschaltung 1010 ist eine Schaltung zum Wiedergewinnen von auf einer Videoplatte gespeicherten Bildsignalen, und die wiedergewonnenen Bildsignale werden ebenfalls an den Dekodierer 1005 weitergeleitet.
Die Bildeingangsspeicherschnittstellenschaltung 1009 ist eine Schaltung zum Wiedergewinnen von Bildsignalen, die in einer Einrichtung zum Speichern von Stillbilddaten, wie beispielsweise einer sogenannten Stillplatte, gespeichert sind, und die wiedergewonnenen Bildsignale werden ebenfalls an den Dekodierer 1005 weitergeleitet.
Die Eingangs/Ausgangs-Schnittstellenschaltung 1006 ist eine Schaltung zum Verbinden der Anzeigevorrichtung und einer externen Ausgangssignalquelle, wie beispielsweise einem Computer, einem Computernetzwerk oder einem Drucker. Sie führt Eingabe/Ausgabe-Operationen für Bilddaten und Daten über Zeichen und Grafiken und, falls geeignet, für Steuersignale und numerische Daten zwischen der CPU 1007 der Anzeigevorrichtung und einer externen Ausgangssignalquelle aus.
Die Bilderzeugungsschaltung 1008 ist eine Schaltung zum Erzeugen von Bilddaten, die auf dem Anzeigeschirm anzuzeigen sind, auf der Grundlage der Bilddaten und der Daten über Zeichen und Grafiken, die von einer externen Ausgangssignalquelle über die Eingangs/Ausgangs-Schnittstellenschaltung 1006 zugeführt werden, oder derjenigen, die von der CPU 1007 kommen. Die Schaltung umfasst wiederladbare Speicher zum Speichern von Bilddaten und Daten über Zeichen und Grafiken, Nurlesespeicher zum Speichern von Bildstrukturen entsprechend gegebenen Zeichenkodes, einen Prozessor zum Verarbeiten von Bilddaten, und andere Schaltungskomponenten, die zur Erzeugung von Schirmbildern notwendig sind.
Bilddaten, die durch die Bilderzeugungsschaltung 1008 zur Anzeige erzeugt wurden, werden an den Dekodierer 1005 gesendet, und können, falls zweckmäßig, über die Eingangs/Ausgangs-Schnittstellenschaltung 1006 auch an eine externe Schaltung wie beispielsweise ein Computernetzwerk oder einen Drucker gesendet werden.
Die CPU 1007 steuert die Anzeigevorrichtung und führt den Betriebsablauf des Erzeugens, Auswählens und Bearbeitens von auf dem Anzeigeschirm anzuzeigenden Bildern durch.
Beispielsweise sendet die CPU 1007 Steuersignale an den Multiplexer 1004 und wählt oder kombiniert geeignet Signale für auf dem Anzeigeschirm anzuzeigende Bilder. Gleichzeitig erzeugt sie Steuersignale für die Anzeigefeldsteuereinrichtung 1003 und steuert den Betriebsablauf der Anzeigevorrichtung hinsichtlich der Bildanzeigefrequenz, des Abtastverfahrens (beispielsweise Abtastung mit Zeilensprung oder Abtastung ohne Zeilensprung), die Anzahl von Abtastzeilen pro Vollbild usw.
Die CPU 1007 sendet auch Bilddaten und Daten über Zeichen und Grafiken direkt an die Bilderzeugungsschaltung 1008 aus und greift auf externe Computer und Speicher über die Eingangs/Ausgangs-Schnittstellenschaltung 1006 zu, um externe Bilddaten und Daten über Zeichen und Grafiken zu erhalten. Die CPU 1007 kann zusätzlich so ausgestaltet sein, dass sie an anderen Betriebsabläufen der Anzeigevorrichtung einschließlich dem Betriebsablauf des Erzeugens und Verarbeitens von Daten teil hat, wie etwa die CPU eines Personal Computers oder einer Textverarbeitung. Die CPU 1007 kann über die Eingangs/Ausgangs-Schnittstellenschaltung 1006 auch mit einem externen Computernetzwerk verbunden sein, um, mit diesem zusammenwirkend, Berechnungen und andere Operationen auszuführen.
Die Eingabeschaltung 1015 wird zum Weiterleiten der Anweisungen, Programme und Daten, die ihr durch den Bediener gegeben werden, an die CPU 1007 verwendet. Natürlich kann sie aus einer Vielzahl von Eingabeeinrichtungen wie beispielsweise Tastaturen, Mäusen, Steuerknüppeln, Balkenkodelesern und Spracherkennungseinrichtungen sowie beliebigen Kombinationen derselben ausgewählt werden.
Der Dekodierer 1005 ist eine Schaltung zum Umwandeln verschiedener Bildsignale, die über die Schaltungen 1008 bis 1014 zugeführt wurden, zurück in Signale für drei Primärfarben, Luminanzsignale und I- und Q-Signale. Bevorzugt umfasst der Dekodierer 1005 Bildspeicher, wie durch eine gepunktete Linie in 22A bis 22C angegeben, zum Umgehen mit Fernsehsignalen wie beispielsweise denjenigen des MUSE-Systems, das Bildspeicher zur Signalumwandlung erfordert. Die Bereitstellung von Bildspeichern erleichtert zusätzlich die Anzeige von Stillbildern sowie solche Betriebsabläufe wie Ausdünnen, Interpolieren, Vergrößern, Verkleinern, Zusammensetzen und Bearbeiten von Vollbildern, die optional durch den Dekodierer 1005 in Zusammenwirkung mit der Bilderzeugungsschaltung 1008 und der CPU 1007 auszuführen sind. Der Multiplexer 1004 wird verwendet zum geeigneten Auswählen von auf dem Anzeigeschirm anzuzeigenden Bildern in Übereinstimmung mit durch die CPU 1007 gegebenen Steuersignalen. Mit anderen Worten ausgedrückt wählt der Multiplexer 1004 bestimmte umgewandelte Bildsignale, die von dem Dekodierer 1005 kommen, aus und sendet diese an die Ansteuerschaltung 1002. Er kann auch den Anzeigeschirm in eine Vielzahl von Rahmen teilen, um unterschiedliche Bilder gleichzeitig anzuzeigen, durch Umschalten von einem Satz von Bildsignalen auf einen anderen Satz von Bildsignalen innerhalb der Zeitdauer zum Anzeigen eines einzelnen Vollbilds.
Die Anzeigefeldsteuereinrichtung 1003 ist eine Schaltung zum Steuern des Betriebsablaufs der Ansteuerschaltung 1002 in Übereinstimmung mit Steuersignalen, die von der CPU 1007 übertragen werden.
Unter anderem arbeitet sie derart, dass Signals an die Ansteuerschaltung 1002 übertragen werden zum Steuern der Folge von Betriebsabläufen der (nicht gezeigten) Leistungsquelle zum Ansteuern des Anzeigefelds, um den grundlegenden Betriebsablauf des Anzeigefelds zu definieren. Sie überträgt auch Signale an die Ansteuerschaltung 1001 zum Steuern der Bildanzeigefrequenz und des Abtastverfahrens (beispielsweise Abtastung mit Zeilensprung oder Abtastung ohne Zeilensprung), um den Modus der Ansteuerung des Anzeigefelds zu definieren. Falls zweckmäßig, überträgt sie auch Signale an die Ansteuerschaltung 1002 zum Steuern der Qualität der auf dem Anzeigeschirm anzuzeigenden Bilder hinsichtlich Luminanz, Kontrast, Farbton und Schärfe.
Falls zweckmäßig überträgt die Anzeigefeldsteuereinrichtung 1003 Steuersignale zum Steuern der Qualität des anzuzeigenden Bilds hinsichtlich Helligkeit, Kontrast, Farbton und/oder Schärfe des Bilds an die Ansteuerschaltung 1002.
Die Ansteuerschaltung 1002 ist eine Schaltung zum Erzeugen von Ansteuersignalen, die an das Anzeigefeld 1001 anzulegen sind. Sie arbeitet in Übereinstimmung mit Bildsignalen, die von dem Multiplexer 1004 kommen, und Steuersignalen, die von der Anzeigefeldsteuereinrichtung 1003 kommen.
Eine Anzeigevorrichtung mit einer wie vorstehend beschriebenen Konfiguration und wie in 22A bis 22C dargestellt kann auf dem Anzeigefeld 1001 verschiedene Bilder anzeigen, die von einer Vielzahl von Bilddatenquellen gegeben werden. Im einzelnen werden Bildsignale wie beispielsweise Fernsehsignale durch den Dekodierer 1005 zurückgewandelt und dann durch den Multiplexer 1004 ausgewählt, bevor sie an die Ansteuerschaltung 1002 gesendet werden. Andererseits erzeugt die Anzeigesteuereinrichtung 1003 Steuersignale zum Steuern des Betriebs der Ansteuerschaltung 1002 in Übereinstimmung mit den Bildsignalen für die auf dem Anzeigefeld 1001 anzuzeigenden Bildern. Die Ansteuerschaltung 1002 legt dann Ansteuersignale an das Anzeigefeld 1001 in Übereinstimmung mit den Bildsignalen und den Steuersignalen an. Folglich werden Bilder auf dem Anzeigefeld 1001 angezeigt. Sämtliche der vorstehend beschriebenen Betriebsabläufe werden durch die CPU 1007 auf koordinierte Art und Weise gesteuert.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Elektronenquelle mit einer Vielzahl von Elektronen emittierenden Einrichtungen (74), von denen jede einen Elektronen emittierenden Bereich (2) hat, der in einem elektrisch leitenden Film (3) ausgebildet ist, wobei die Vielzahl von Elektronen emittierenden Einrichtungen in einer Vielzahl von Reihen (Dox1 bis Doxm) angeordnet ist, von denen jede eine entsprechende Vielzahl von Elektronen emittierenden Einrichtungen (74) hat, die gemeinsam angeschlossen sind (72), mit den Schritten: Bereitstellen eines Substrats (71) mit entsprechenden elektrisch leitenden Filmen (3) darauf, die in Reihen (Dox1 bis Doxm) angeordnet und verbunden sind; und Anlegen einer Impulsspannung mit Impulsen einer vorbestimmten Impulsbreite (T1), die in einem vorbestimmten Impulsintervall (T2) regelmäßig verteilt sind, in einer reduzierenden Atmosphäre an jeden der elektrisch leitenden Filme zur Energisierungserzeugung Reihe für Reihe in einer solchen Weise, dass nachdem ein Impuls an eine spezifische Reihe angelegt wird, die aus der Vielzahl von Reihen (Dox1 bis Doxm) ausgewählt wird, eine andere Reihe ausgewählt wird, die von der spezifischen Reihe verschieden ist, und ein Impuls an die andere Reihe angelegt wird, bis alle Reihen der Impulsspannung ausgesetzt sind.
Verfahren zur Herstellung einer Elektronenquelle mit einer Vielzahl von Elektronen emittierenden Einrichtungen (74), von denen jede einen Elektronen emittierenden Bereich (2) hat, der in einem elektrisch leitenden Film (3) ausgebildet ist, wobei die Vielzahl von Elektronen emittierenden Einrichtungen in einer Vielzahl von Reihen (Dox1 bis Doxm) angeordnet ist, von denen jede eine entsprechende Vielzahl von Elektronen emittierenden Einrichtungen (74) hat, die gemeinsam angeschlossen sind (72), mit den Schritten: Bereitstellen eines Substrats (71) mit entsprechenden elektrisch leitenden Filmen (3) darauf, die in Reihen (Dox1 bis Doxm) angeordnet und verbunden sind; und Anlegen einer Impulsspannung mit Impulsen einer vorbestimmten Impulsbreite (T1), die in einem vorbestimmten Impulsintervall (T2) regelmäßig verteilt sind, in einer reduzierenden Atmosphäre an jeden der elektrisch leitenden Filme zur Energisierungserzeugung Reihe für Reihe in einer solchen Weise, dass die Vielzahl von Reihen in eine Anzahl von Blöcken unterteilt wird und für jeden Block, nachdem ein Impuls an eine spezifische Reihe angelegt wird, eine andere Reihe, die von der spezifischen Reihe verschieden ist, aus dem gleichen Block ausgewählt wird und ein Impuls an die andere Reihe angelegt wird, bis alle Reihen in dem Block der Impulsspannung ausgesetzt sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Schritt zum Anlegen einer Impulsspannung in einer Weise durchgeführt wird, die das Erfordernis T2 ≥ 5 × T1 erfüllt, wobei T1 die Dauer von einem durchgehenden Anlegen einer Spannung darstellt und T2 die Länge des vorbestimmten Zeitintervalls darstellt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Impulshöhe in dem Schritt zum Anlegen einer Impulsspannung fortschreitend erhöht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei in dem Schritt zum Anlegen einer Impulsspannung die Impulshöhe fortschreitend bis auf einen vorbestimmten Spannungspegel (Vh) erhöht wird und danach auf diesem Pegel gehalten wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei in dem Schritt zum Anlegen einer Impulsspannung die Impulshöhe auf einem vorbestimmten Spannungspegel (Vh) gehalten wird und dann fortschreitend erhöht wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die reduzierende Atmosphäre H2, CO oder eine andere gasförmige organische Substanz enthält.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt zum Anlegen einer Impulsspannung gefolgt wird von einem Schritt zum Ablagern von Kohlenstoff, eines Kohlenstoffverbunds, eines Metalls oder eines Metallverbunds auf jeden Elektronen emittierenden Bereich.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der Schritt zum Ablagern von Kohlenstoff, eines Kohlenstoffverbunds, eines Metalls oder eines Metallverbunds auf jeden Elektronen emittierenden Bereich ein Schritt zum Fließenlassen eines elektrischen Stroms durch die elektrisch leitenden Filme in einer Atmosphäre ist, die einen gasförmigen organischen Verbund oder einen gasförmigen Metallverbund enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Schritt zum Fließenlassen eines elektrischen Stroms ein Schritt zum Anlegen einer Impulsspannung an die elektrisch leitenden Filme ist.
Verfahren zur Herstellung eines Anzeigefeldes mit einem Bildschirm, das eine Elektronenquelle und ein bilderzeugendes Element aufweist, wobei die Elektronenquelle gemäß einem Verfahren hergestellt wird, wie in einem der Ansprüche 1 bis 10 definiert ist, und eine Vielzahl von Elektronen emittierenden Einrichtungen, die die Elektronenquelle bilden, angepasst ist zum Bestrahlen des bilderzeugenden Elements mit Elektronen, um ein Bild anzuzeigen.
Verfahren zur Herstellung eines Fernsehers, mit den Schritten: Montieren eines Anzeigefeldes (1001) mit einem Bildschirm, das gemäß dem Verfahren von Anspruch 11 hergestellt wird, zusammen mit einer TV-Signalempfangsschaltung (1013, 1014) zum Empfangen eines TV-Signals und einer Treiberschaltung (1002) zum Anzeigen eines Bildes auf dem Bildschirm gemäß einem TV-Signal.
Verfahren zur Herstellung einer Anzeigeeinrichtung, mit den Schritten: Montieren eines Anzeigefeldes (1001) mit einem Bildschirm, das gemäß dem Verfahren von Anspruch 11 hergestellt wird, zusammen mit einer Schnittstelle (1012) zum Empfangen von Bildsignalen und einer Treiberschaltung (1002) zum Anzeigen eines Bildes auf dem Bildschirm gemäß den Bildsignalen.
Verfahren zur Herstellung einer Anzeigeeinrichtung gemäß Anspruch 13, weiter montiert mit einer TV-Signalempfangsschaltung (1013, 1014) zum Empfangen eines TV-Signals, wobei die Treiberschaltung (1002) eine ist, die angepasst ist, um zu ermöglichen, dass ein Bild auf dem Bildschirm gemäß dem TV-Signal angezeigt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Anzeigeeinrichtung, mit den Schritten: Montieren eines Anzeigefeldes (1001) mit einem Bildschirm, das gemäß dem Verfahren von Anspruch 14 hergestellt wird, zusammen mit einer Schnittstelle (1006) zum Empfangen und Ausgeben von Bildsignalen und einer Treiberschaltung (1002) zum Anzeigen eines Bildes auf dem Bildschirm gemäß den Bildsignalen.
Verfahren zur Herstellung einer Anzeigeeinrichtung gemäß Anspruch 15, wobei die Schnittstelle (1006) eine ist, die angepasst ist, um eine Verbindung mit zumindest einem Computer, einem Computernetzwerk, einem Drucker oder einer Bildspeichereinrichtung zu ermöglichen, und wobei die Bildspeichereinrichtung eine TV-Kamera, ein Videorekorder oder eine Bildplatte ist.