电子发射器件及利用此电子发射器件的显示器件制造技术

一种电子发射器件具有高电子发射效率。该器件包括金属或半导体的电子提供层、形成于电子提供层上的绝缘层、及形成于此绝缘层上的薄膜金属电极。绝缘层的膜厚大于或等于５０ｎｍ，并具有场稳定层。在电场加于电子提供层和薄膜金属电极之间时，此电子发射器件发射电子。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电子发射器件及利用此电子发射器件的电子发射显示器件。在场电子发射显示装置中，已知场发射显示器(FED)为装有不需要阴极加热的冷阴极电子发射源阵列的平面发射显示器件。例如利用微突起Spindt型冷阴极的FED的发射原理如下尽管这种FED具有不同于阴极射线管(CRT)的Spindt型突起阴极阵列，但其发射原理与CRT类似。在FED中，由与Spindt型阴极隔开的各栅极将电子引入真空空间，并使电子打到涂在透明阳极上的荧光物质上，从而引起光发射。然而，由于作为冷阴极的微Spindt型发射极阵列的制造复杂，包含许多工艺，所以，这种FED存在着生产成品率低的问题。还有一种具有金属—绝缘体—金属(MIM)结构作为平面电子发射源的电子发射器件。具有MIM结构的电子发射器件包括依次形成于基片上的作为下电极的Al底层、厚约10nm的Al2O3绝缘层、及作为上电极的厚约10nm的Au上层。在这种MIM器件设置于真空的相对电极下的情况下，当在Al底层和Au上层间加电压，并同时在相对电极上加加速电压时，有一些电子从Au上层发射出来，并到达相对电极。甚至这种MIM结构的电子发射器件仍不能提供足量的发射电子。为了克服这种MIM器件发射的这些缺点，一般认为有必要使Al2O3绝缘层更薄，约几个纳米，并使Al2O3绝缘层均质，以便Al2O3绝缘层和Au上层间的界面更均匀。为了提供更薄和更均匀的绝缘层，例如，人们试图利用阳极氧化法控制阳极氧化电流，从而改善电子发射特性，如日本专利申请公开号平7-65710描述的专利技术。然而，即使由这种阳极氧化方法制造的具有MIM结构的电子发射器件，也只能保证约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器件，该器件能够利用加于其上的低施加电压稳定地发射电子，及利用此电子发射器件的电子发射显示装置。为了克服上述和其它问题，利用根据本专利技术实施方案的电子发射器件实现了本专利技术的目的，根据本专利技术的器件包括由设置于欧姆电极上的金属或半导体构成的电子提供层；形成于电子提供层上的绝缘层；及形成于此绝缘层上并面对真空空间的薄膜金属电极，其特征在于，所说绝缘层至少具有一个电导率高于所说绝缘层的场稳定层，因而，在电场加于电子提供层和薄膜金属层之间时，此电子发射器件发射电子。在根据本专利技术的电子发射器件中，所说场稳定层设置于薄膜金属电极和绝缘层之间的界面上。在根据本专利技术的电子发射器件中，所说场稳定层设置于绝缘层和电子提供层之间的界面的。在根据本专利技术的电子发射器件中，所说场稳定层设置于所说绝缘层的中间区域。在根据本专利技术的电子发射器件中，在厚度方向交替层叠有多层场稳定层和绝缘层。在根据本专利技术的电子发射器件中，所说层叠的多层场稳定层的厚度沿厚度方向逐渐减小。在根据本专利技术的电子发射器件中，所说层叠的多个场稳定层的厚度沿厚度方向逐渐增大。而且，利用本专利技术的电子发射器件的显示器件包括一对彼此面对且其间具有真空空间的第一和第二基片；设置于第一基片上的多个电子发射器件；设置于第二基片的收集电极；及形成于收集电极上的荧光层，每个电子发射器件包括金属或半导体的电子提供层；形成于电子提供层上的绝缘层；及形成于此绝缘层上且面对真空空间的的薄膜金属电极，其中所说绝缘层至少具有一个电导率高于所说绝缘层的场稳定层。在根据本专利技术的电子发射显示器件中，所说场稳定层设置于薄膜金属电极和绝缘层之间的界面上。在根据本专利技术的电子发射显示器件中，所说场稳定层设置于绝缘层和电子提供层之间的界面上。在根据本专利技术的电子发射显示器件中，所说场稳定层设置于所说绝缘层的中间区域。在根据本专利技术的电子发射显示器件中，在厚度方向交替层叠有多层场稳定层和绝缘层。在根据本专利技术的电子发射显示器件中，所说层叠的多层场稳定层的厚度沿厚度方向逐渐减小。在根据本专利技术的电子发射显示器件中，所说层叠的多个场稳定层的厚度沿厚度方向逐渐增大。根据具有上述结构的本专利技术电子发射器件，由于场稳定层将绝缘层中的电场均化，所以器件的发射电流被场稳定层稳定，甚至在绝缘层中存在杂质和/或缺陷时也如此。因此，在该电子发射器件用作显示器件时，可以提供很高的亮度，并能抑制驱动电流的消耗，从而减少热的产生，并可以降低器件驱动电路的负载。另外，由于绝缘层有较厚的厚度，不容易在其中形成通孔，所以其生产成品率提高。本专利技术的电子发射器件是一平面或点状的电子发射二极管，可应用于如象素真空管或真空管的源、扫描或传送电子显微镜的电子发射源、真空微电子器件等的高速器件。此外，这种电子发射器件可以用作发射毫米或亚毫米波长的电磁波的微小微波管或二极管，还可用作高速开关器件。附图说明图1是根据本专利技术电子发射器件的示意剖面图；图2是展示发射电流与实现本专利技术的电子发射器件绝缘层中的场稳定层膜厚的依赖关系的曲线图；图3是展示本专利技术实施方案的电子发射器件的发射电流随时间波动的曲线图；图4是展示对照方案的电子发射器件的发射电流随时间波动的曲线图；图5是展示二极管电流Id和发射电流Ie与本专利技术一个实施方案的电子发射器件的驱动电压Vd间关系的曲线图；图6-10皆是展示根据本专利技术另一个实施方案的电子发射器件的局部放大剖面图，示出了场稳定层的相邻区域；及图11是展示根据本专利技术一个实施方案的电子发射显示器件的示意透视图。下面参照各附图详细说明本专利技术的优选实施方案。本专利技术人发现，在用所加电压驱动包括薄绝缘层的电子发射器件时，由于绝缘层中存在杂质和/或缺陷导致了电场紊乱，这种性质又导致了电子发射的不稳定。为解决这个问题，本专利技术人提出在绝缘层和电子提供层之间，或薄膜金属电极和绝缘层之间，或绝缘层之间插入场稳定层或高导电性薄膜来稳定该电场。稳定电场的该高导电性薄膜即场稳定层具有1nm-100nm的厚度。场稳定层设置于绝缘层的一部分或许多部分之上，或可以将绝缘层分成三部分，各部分之间插有高导电性薄膜。这种高导电性薄膜的电导率高于如氧化硅SiOx等绝缘层的电导率，其中下标x表示原子比。如图1所示，实现本专利技术的电子发射器件具有硅(Si)电子提供层12，二氧化硅(SiO2)绝缘层13和面对真空空间的金(Au)薄膜金属电极15，它们依次层叠或形成于玻璃器件基片10的电极表面上，玻璃器件基片上预先形成有由铝(Al)、钨(W)、氮化钛(TiN)、铜(Cu)、铬(Cr)等构成的欧姆电极11。具体说，在电子提供层12中，在其中间区域设置由如Al、W等高导电性金属构成的场稳定层14。把第二基片1固定于第一基片10之上，使两者间夹有真空空间。在第二基片1的内表面提供透明收集电极2和对应于红(R)、绿(G)和蓝(B)色发射的荧光物质。绝缘层13淀积是较厚的，以便具有50nm或50nm以上的厚度。这种电子发射器件可当作一个二极管，其表面上的薄膜金属电极15与正施加电压Vd相连，背电极即欧姆电极11接地电势。在例如90伏的电压Vd加到欧姆电极11和薄膜金属电极15间以向电子提供层12供应电子时，具有二极管电流Id。由于绝缘层13具有高电阻，所以所加电场的大部分加到绝缘层13上。电子在绝缘层13的导带中向薄膜金属电极15行进。由于很强的电场，某些到达薄膜金属电极15附近的电子穿过薄膜金属电极15，发射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子发射器件，包括： 由金属或半导体构成的电子提供层； 形成于电子提供层上的绝缘层；及 形成于此绝缘层上并面对真空空间的薄膜金属电极， 其特征在于，所说绝缘层至少具有一个电导率高于所说绝缘层的场稳定层，因而，在电场加于电子提供层和薄膜金属层之间时，此电子发射器件发射电子。

【技术特征摘要】
1.一种电子发射器件，包括由金属或半导体构成的电子提供层；形成于电子提供层上的绝缘层；及形成于此绝缘层上并面对真空空间的薄膜金属电极，其特征在于，所说绝缘层至少具有一个电导率高于所说绝缘层的场稳定层，因而，在电场加于电子提供层和薄膜金属层之间时，此电子发射器件发射电子。2.如权利要求1所述的电子发射器件，其中所说场稳定层设置于薄膜金属电极和绝缘层之间的界面上。3.如权利要求1所述的电子发射器件，其中所说场稳定层设置于绝缘层和电子提供层之间的界面上。4.如权利要求1所述的电子发射器件，其中所说场稳定层设置于所说绝缘层的中间区域。5.如权利要求1所述的电子发射器件，其中在厚度方向交替层叠有多层场稳定层和绝缘层。6.如权利要求5所述的电子发射器件，其中所说层叠的多层场稳定层的厚度沿厚度方向逐渐减小。7.如权利要求5所述的电子发射器件，其中所说层叠的多层场稳定层的厚度沿厚度方向逐渐增大。8.一种电子发射显示器件，包括一对彼此面对且其...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩崎新吾，小笠原清秀，吉川高正，中马隆，根岸伸安，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]