电子发射装置和使用该装置的显示装置制造方法及图纸

一种具有高电子发射效率的电子发射装置。该装置包括：用金属或半导体制成的供电子层；在该供电子层上形成的绝缘层；以及在该绝缘层上形成的薄膜金属电极。所述绝缘层的膜厚为５０ｎｍ或更大，而且所述供电子层是由经氢化的非晶形硅制成的，在供电子层和薄膜金属之间施加电场时，该电子发射装置发射电子。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子发射装置和使用该装置的电子发射显示装置。在电子发射显示设备领域中，已知场致发射显示(FED)是一种装备冷阴极电子发射源阵列的平面发射显示装置，所述冷阴极电子发射源不需要阴极加热。例如使用Spindt型小凸出冷阴极的FED的发射原理如下虽然FED具有与阴极射线管(CRT)不同的Spindt型凸出阵列，但其发射原理与CRT类似。在FED中，电子被各栅电极吸至真空空间中，所述栅电极被Spindt型阴极隔开，然后电子碰撞涂敷在透明阳极上的荧光物质，由此导致光发射。但是，该FED的缺陷是生产率低，这是因为作为冷阴极的小Spindt型发射体阵列的制造非常复杂，而且涉及许多步骤。另外一种电子发射装置带有金属—绝缘体—金属(MIM)结构作为平面电子发射源。带有MIM结构的电子发射装置包括在基底上按顺序形成的作为基极的Al底层、厚度约为10nm的Al2O3绝缘层、和厚度约为10nm作为顶极的Au表层。如果MIM装置在真空中放置在相对电极下，在Al底层和Au表层之间施加一个电压，而且同时在相对的电极上施加一个加速电压，那么就会从Au表层中发射出一些电子并到达相对的电极上。即使具有MIM结构的电子发射装置也没有产生足够量的发射电子。为改善MIM装置发射的这些缺陷，通常考虑的是必须使Al2O3绝缘层为约几纳米厚，并使Al2O3绝缘层具有均匀的质量，以使Al2O3绝缘层和Au表层之间的界面更均匀。为产生更薄和更均匀的绝缘层，例如，一种方法是使用阳极电镀法来控制阳极电流，由此来提高电子发射特性，如在日本专利申请第7-65710号中所描述的。但是，即使是带有用阳极电镀法制造的MIM结构的电子发射装置也只能产生约1×10-5A/cm2的发射电流和约1×10-3的电子发射效率。因此，本专利技术的目的是提供一种具有高电子发射效率的电子发射装置和使用该装置的电子发射显示装置。考虑到该电子发射装置的广泛应用，在电子发射装置中使用硅(Si)作为供电子层可有效地改善装置中的电子发射稳定性，而且使用通过溅射法沉积的非晶形硅(a-Si)层可有效地提高生产率，并因而是非常有用的。但是，问题在于a-Si层的性质易于被热处理损坏，这是因为在该层中存在许多例如约1020/cm3的悬空键。由于热处理需要将装置真空包装，在a-Si层中存在许多悬空键是实际使用电子发射装置显示的障碍之一。因此，本专利技术的另一个目的是提供一种在高温下具有高稳定性的电子发射装置以及使用该装置的电子发射显示装置。为克服上述及其他问题，本专利技术的目的是通过根据本专利技术实施方案的电子发射装置来实现的，其中，根据本专利技术的装置包括用金属或半导体制成的供电子层；在该供电子层上形成的绝缘层；以及在该绝缘层上形成的、并朝向真空空间的薄膜金属电极，该装置的特征在于，所述绝缘层的膜厚为50nm或更大，而且所述供电子层是由经氢化的非晶形硅制成的，在供电子层和薄膜金属之间施加电场时，该电子发射装置发射电子。在根据本专利技术的电子发射装置中，所述经氢化的非晶形硅包括经氢化的非晶形碳化硅和经氢化的非晶形氮化硅中的至少一种。而且使用根据本专利技术之电子发射装置的显示装置包括一对相互面对的第一和第二基底，在它们之间形成一个真空空间；多个设置在第一基底上的电子发射装置；设置在第二基底上的集电极；以及形成在该集电极上的荧光层，各电子发射装置包括用金属或半导体制成的供电子层；在该供电子层上形成的绝缘层；以及在该绝缘层上形成的、并朝向真空空间的薄膜金属电极，其中，所述绝缘层的膜厚为50nm或更大，而且所述供电子层是由经氢化的非晶形硅制成的。在根据本专利技术的电子发射显示装置中，所述经氢化的非晶形硅包括经氢化的非晶形碳化硅和经氢化的非晶形氮化硅中的至少一种。根据本专利技术具有上述结构的电子发射装置，供电子层中的悬空键减少，这样可提高装置的热稳定性，而且由于绝缘层相对较厚的厚度，于其中几乎不会产生穿孔，并因而提高了生产率。本专利技术的电子发射装置是平面或点状的电子发射二极管，并可用于如象素真空管或球源、扫描或透射式电子显微镜的电子发射源、真空微电子装置等的高速装置。另外，该电子发射装置可用作发射波长为毫米或亚毫米之电磁波的小型微波管或二极管，也可用作高速开关装置。以下结合附图对本专利技术的优选实施方案进行详细的描述，其中附图说明图1是根据本专利技术之电子发射装置的示意性截面图；图2是说明电子发射装置的发射电流与在制造根据本专利技术之电子发射显示装置的过程中焙烤或加热所述装置时的温度之间的关系的曲线图；图3是说明发射电流与根据本专利技术之电子发射装置中绝缘层膜厚之间的关系的曲线图；图4是说明电子发射效率与根据本专利技术之电子发射装置中绝缘层膜厚之间的关系的曲线图；图5是说明二极管电流Id和发射电流Ie相对于根据本专利技术之实施方案的电子发射装置的驱动电压Vd的关系的曲线图；以及图6是显示根据本专利技术之实施方案的电子发射显示装置的示意性立体图。如图1所示，包括在本专利技术中的电子发射装置具有硅(Si)供电子层12、二氧化硅(SiO2)绝缘层13、以及朝向真空空间的金(Au)薄膜金属电极15，它们按顺序层积或形成在玻璃制的装置基底10的电极表面上，在该玻璃基底上预先形成由铝(Al)、钨(W)、氮化钛(TiN)、铜(Cu)、铬(Cr)等组成的欧姆性电极11。基体而言，供电子层12是由经氢化的非晶形硅(a-SiH)制成的。绝缘层13沉积成相对较厚的厚度，其厚度为50nm或更大。将第二基底1固定在第一基底10上，以在它们之间形成真空空间。代替玻璃，可使用如Al2O3、Si3N4和BN等陶瓷作为装置基底10的材料。该电子发射装置可被视为二极管，其中，其表面处的薄膜金属电极15与正向施加的电压Vd相连，而底面，即欧姆性电极11与接地电势相连。在欧姆性电极11和薄膜金属电极15之间施加例如90V的电压Vd以向供电子层12中提供电子时，产生二极管电流。因为绝缘层13的电阻大，所以大多数的施加电场被施加在绝缘层13上。电子在绝缘层13中的导电带中朝向薄膜金属电极15移动。由于电场较强，一些接近薄膜金属电极15的电子从薄膜金属电极15中通过，并在真空空间中发射出电子。从薄膜金属电极15中释放出来的电子e(发射电流Ie)马上被施加在相对的集电极(透明电极)2上的高电压Vc加速，并在集电极处被捕集。如果在集电极2上涂敷荧光物质，即可观察到相应的可见光。电子发射装置的供电子层12所用的有效材料特别是经氢化的非晶形硅(a-SiH)，其中几乎所有的a-Si悬空键都被氢原子终止。另外，经氢化的非晶形碳化硅(a-SiCH)也可有效地用作供电子层12的材料，在该碳化硅中，部分硅原子被碳原子置换。再者，经氢化的非晶形氮化硅(a-SiNH)也可有效地用作供电子层12的材料，在该氮化硅中，部分硅原子被氮原子置换。例如，在Si∶H原子比为85∶15的a-SiH层中，悬空键被降低至1015/cm3的数量级。在非晶形硅层中，氢原子比优选为10％或更多，以出现悬空键更显著的降低。例如，使用掺杂Sb的硅靶，溅射气体为氩和氢Ar∶H＝6∶2，其总压力为8mTorr，溅射速率为50nm/min，通过溅射法形成由85％Si和15％H组成的a-SiH层。分析所得的a-SiH层的悬空键，用ESR测量为2×1015本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子发射装置，其包括： 用金属或半导体制成的供电子层； 在该供电子层上形成的绝缘层；以及 在该绝缘层上形成的、并朝向真空空间的薄膜金属电极， 该装置的特征在于，所述绝缘层的膜厚为５０ｎｍ或更大，而且所述供电子层是由经氢化的非晶形硅制成的，在供电子层和薄膜金属之间施加电场时，该电子发射装置发射电子。

【技术特征摘要】
1.一种电子发射装置，其包括用金属或半导体制成的供电子层；在该供电子层上形成的绝缘层；以及在该绝缘层上形成的、并朝向真空空间的薄膜金属电极，该装置的特征在于，所述绝缘层的膜厚为50nm或更大，而且所述供电子层是由经氢化的非晶形硅制成的，在供电子层和薄膜金属之间施加电场时，该电子发射装置发射电子。2.一种电子发射显示装置，其包括一对相互面对的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：根岸伸安，小笠原清秀，吉川高正，中马隆，岩崎新吾，伊藤宽，吉泽淳志，山田高士，柳沢秀一，酒村一到，
申请(专利权)人：先锋电子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]