电子束设备及驱动该设备的方法技术

一种电子束设备包括电子发射装置，与电子发射装置相距Ｈ的阳极，给装置加电压Ｖｆ（Ｖ），和给阳极加电压Ｖａ（Ｖ）的装置。电子发射装置具有分布在与低电位端电极相连的低电位端导电薄膜和与高电位端电极相连的高电位端导电薄膜之间的电子发射区。该装置还具有含有半导体物质、厚度不超过１０ｎｍ的薄膜。含半导体的薄膜在高电位端导电薄膜上从电子发射区向高电位端电极延伸一段长度Ｌ（ｍ）。上面的Ｖｆ，Ｖａ，Ｈ和Ｌ满足关系：Ｌ≥（１／π）.（Ｖｆ／Ｖａ）.Ｈ。（*该技术在2016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采用电子发射装置的电子束设备，还涉及驱动这种设备的方法。有两种已知的电子发射装置热离子型和冷阴极型。其中，冷阴极型所指的装置包括场致发射型(下文称作FE型)装置，金属/绝缘层/金属型(下文称作MIM型)电子发射装置和表面传导电子发射装置。FE型装置的例子包括由W.P.Dyke & W.W.Dolan(“Field Emizsion”，Advance in Eleotron Physics，8，89(1956)和C.A.Spindt(“Physical Properties of thin film field emission cathodeswith molybdenum comes”，J.Appl.Phys.，47，5248(1976)所提议的那些。揭示MIM装置例子的论文包括C.A.Mead的“Operation ofTunnel—Emission Devices”，J.Appl.Phys.32，646(1961)。表面传导电子发射装置的例子有由M.I.Elinson在RadiaEng.Electron Phys，10(1965)中所提议的那个。表面传导电子发射装置是利用这样的现象实现的当迫使电流平行于薄膜表面流动时，电子便从在衬底上形成的小薄膜发射出来。虽然Elinson提议这种类型的装置使用SnO2薄膜，但使用Au薄膜却是G.Dittmer在“Thin Solid Films”，9，317(1972)中提出的，而In2O3/SnO2的使用和碳薄膜的使用是分别在M.ttartwell & C.G.Fonstad in“IEEETrans.ED.Conf”.，519(1975)和H.Araki等人的“Vaccum”，Vol.26，No.1，P.22(1983)中讨论的。附图中图26简略地说明了由M.Hartwell提出的典型表面传导电子发射装置。图26中，参考数字121代表衬底。参考数字122代表通常由用溅射方法制造的H形金属氧化物薄构成的导电薄膜，其中一部分在经过下文将要描述的电流传导处理(称作“激励形成”)时、最终形成电子发射区123。图26中，分布在装置一对电极间的窄薄膜长度G为0.5到1mm，宽度W’为0.1mm。通常，通过使装置的导电薄膜122经过预处理在表面传导电子发射装置中制成电子发射区123，所述预处理称为“激励形成”。在激励形成过程中，将恒定的直流电压或通常以1V/min的速率缓慢增加的直流电压加到导电薄膜122给定的相对端以部分地破坏、变形或转变该薄膜并产生高电阻的电子发射区123。于是，电子发射区123是通常含有缝隙的导电薄膜122的一部分，从而电子可从缝隙发射出来。注意，一旦经过激励形成过程，表面传导电子发射装置就会在每当有适当电压加到导电薄膜122上以产生通过装置的电流时，从其电子发射区123发射电子。除上面描述的M.Hartwell的装置外，已知的表面传导电子发射装置还包括由一绝缘衬底、导电材料在衬底上形成的一对相对放置的装置的电极，和用来连接装置电极的另一种导电材料薄膜构成的装置。当导电薄膜经过激励形成时，就在其中制成了电子发射区。可用作激励形成的技术包括如上所述施加缓慢升高的电压的技术和给电子发射装置加一脉冲电压并逐渐升高脉冲电压波形高度的技术。电子发射装置发出的电子束的强度可通过对已经过激励形成过程的电子发射装置进行激活处理来显著提高。激活过程中，将脉冲电压加到置于真空室中的装置上，以便通过真空室的真空中存在的有机物质在靠近电子发射区处的沉积，在装置上制成碳或碳化合物。日本专利申请公告No.6—141670公开一种表面传导电子发射装置，其配置以及制造这种装置的方法。然而，当表面传导电子发射装置用于扁平型成象设备时，装置的电子发射产生的电流(发射电流Ie)与流过每个装置的电流(装置电流Id)的比最好尽可能大，以便提高装置的发射效率，从而获得良好的图象显示质量。并同时减小装置的功耗值。大的发射电流与装置电流的比对包括大量象素并通过安排多个电子发射装置实现的高分辨率成像设备尤其重要，因为这种设备不可避免地以加倍的速度消耗功率，并且带有电子发射装置的设备的相当一部分衬底被连线装置的导线占据了。如果每个电子发射装置具有很好的电子发射效率并消耗很少功率，就可使用较小的导线从而保证整个成像设备设计具有更高的自由度。此外，为产生明亮清晰的图像，不仅要提高电子发射效率还要提高每个装置的发射电流Ie。最后，需要每个电子发射装置在较长的时间内保持良好的电子发射性能，以使包括这种装置的成像设备在很长的服务寿命内可靠地工作。考虑到上面提出的技术问题，本专利技术的目的是提供一种电子束设备或成像设备，其包括具有提高的发射电流的一个或多个电子发射装置。本专利技术的另一个目的是提供一个电子束设备，或一个设备，设备特别地要包括一个或多个具有增长的发射电流的电子发射装置。本专利技术另一个目的是提供一种驱动包括一个或多个电子发射装置的电子束设备或成像设备的方法，其能提高电子发射装置的电子发射效率。本专利技术再一个目的是提供一种驱动包括一个或多个电子发射装置的电子束设备或成像设备的方法，其能提高电子发射装置的发射电流。根据本专利技术第一方面所述，提供一种电子束设备，其包括电子发射装置，阳极，给所述电子发射装置加电压Vf(V)的装置和给所述阳极加另一电压Va(V)的装置，所述电子发射装置和所述阳极分开一段距离H(m)，所述电子发射装置具有位于与低电位端电极相连的低电位端导电薄膜和与高电位端电极相连的高电位端导电薄膜之间的电子发射区，还具有包含半导体物质且厚度不超过10nm的薄膜，所述含半导体薄膜在所述高电位端导电薄膜上从所述电子发射区向所述高电位端电极延伸长L(m)的距离，L(m)满足下面的公式(1)表述的关系L≥1πVfVaH----(1)]]>根据本专利技术第二方面所述，提供一种驱动电子束设备的方法。所述电子束设备包括电子发射装置和与所述电子发射装置相距H(m)放置的阳极。所述电子发射装置具有位于与低电位端电极相连的低电位端导电薄膜和与高电位端电极相连的高电位端导电薄膜之间的电子发射区，还具有包含半导体物质、厚度不超过10nm的薄膜，所述含半导体薄膜在所述高电位端导电薄膜上从所述电子发射区向所述高电位端电极延伸长L(m)的距离。驱动电子束设备的方法是使加到所述电子发射装置上的电压Vf(V)和加到所述阳极的电压Va(V)满足公式(1)所表述的关系L≥1πVfVaH---(1)]]>附图说明图1A是可用于本专利技术目的的表面传导电子发射装置的平面示意图。图1B是图1A的装置沿直线1B—1B的剖面图。图2是说明用于本专利技术目的的表面传导电子发射装置和阳极间位置关系的示意图。图3是说明从用于本专利技术目的表面传导电子发射装置发射电子的两种可能轨迹的示意图。图4是说明电子散射面功能的示意图。图5A到5D是可用于本专利技术目的表面传导电子发射装置的侧面剖视图，说明不同的制造步骤。图6A到6C说明可用于制造和驱动用于本专利技术目的的表面传导电子发射装置的电压波形的图形。图7是可用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子束设备，其包括电子发射装置，阳极，给所述电子发射装置加电压Ｖｆ（Ｖ）的装置和给所述阳极加电压Ｖａ（Ｖ）的装置，所述电子发射装置和所述阳极分开一段距离Ｈ（ｍ），其中所述电子发射装置具有分布在与低电位端电极相连的低电位端导电薄膜和与 高电位端电极相连的高电位端导电薄膜之间的电子发射区，还具有包括半导体物质、厚度不超过１０ｎｍ的薄膜，所述含半导体薄膜在所述高电位端导电薄膜上从所述电子发射区向所述高电位端电极延伸，其长度满足公式（１）表达的关系：Ｌ≥１／π Ｖｆ／ＶａＨ …（１）。

【技术特征摘要】
JP 1996-1-26 31224/96;JP 1995-1-31 32799/951.一种电子束设备，其包括电子发射装置，阳极，给所述电子发射装置加电压Vf(V)的装置和给所述阳极加电压Va(V)的装置，所述电子发射装置和所述阳极分开一段距离H(m)，其中所述电子发射装置具有分布在与低电位端电极相连的低电位端导电薄膜和与高电位端电极相连的高电位端导电薄膜之间的电子发射区，还具有包括半导体物质、厚度不超过10nm的薄膜，所述含半导体薄膜在所述高电位端导电薄膜上从所述电子发射区向所述高电位端电极延伸，其长度满足公式(1)表达的关系L≥1πVfVaH---(1)]]>2.根据权利要求1所述的电子束设备，其中所述含半导体薄膜分布在材料不同于半导体物质、位于所述高电位端导电薄膜表面的薄膜的表面。3.根据权利要求2所述的电子束设备，其中所述不同材料的主要成分包含周期表2a或3a组中的元素。4.根据权利要求2所述的电子束设备，其中所述半导体物质包含Si或B，所述不同材料包括至少Sr，Ba，Sc和La中的一种。5.根据权利要求1所述的电子束设备，其中所述含半导体物质的薄膜直接置于所述高电位端导电薄膜的表面。6.根据权利要求5所述的电子束设备，其中所述半导体物质包含Si或B。7.根据权利要求1所述的电子束设备，其中所述含半导体物质的薄膜构成电子散射面。8.根据权利要求7所述的电子束设备，其中所述含半导体物质的薄膜分布在材料与半导体物质不同、位于所述高电位端导电薄膜表面上的薄膜的表面上，所述电子散射面形成在所述半导体物质和所述不同材料的分界面上。9.根据权利要求8所述的电子束设备，其中所述不同材料的主要成分包含周期表2a或3a组元件。10.根据权利要求8所述的电子束设备，其中所述半导体物质包含Si或B，所述不同材料至少包括Sr，Ba，Sc和La中的一种。11.根据权利要求7所述的电子束设备，其中所述含半导体物质的薄膜直接位于所述高电位端导电薄膜的表面，所述电子散射面在所述半导体物质和所述不同材料的界面上形成。12.根据权利要求7所述的电子束设备，其中所述半导体物质包含Si或B。13.根据权利要求1所述的电子束设备，其中所述电子发射装置在所述低电位端导电薄膜上、至少在电子发射区附近还包括一层逸出功低于所述低电位端导电薄膜材料逸出功的物质。14.根据权利要求1所述的电子束设备，其中所述电子发射装置在所述低电位端导电薄膜上、至少在电子发射区附近还包括一层熔点高于所述低电位端导电薄膜材料熔点的物质。15.根据权利要求14所述的电子束设备，其中所述高熔点材料至少包含Nb，Mo，Ru，Hf，Ta，W，Re，Os，Ir，Zr和Rh中的一种。16.根据权利要求1到15中任何一个所述的电子束设备，其中，它包括多个排布在衬底上的电子发射装置。17.根据权利要求16所述的电子束设备，其中所述多个电子发射装置由多条行方向导线和多条列方向导线连线，形成矩阵布线方案。18.根据权利要求16所述的电子束设备，其中所述多个电子发射装置以梯状方式排列。19.根据权利要求1到15中任何一个所述的电子束设备，其中它包括受所述电子发射装置发射的电子束辐射以产生图像的成像元件。20.根据权利要求19所述的电子束设备，其中所述多个电子发射装置排布在衬底上。21.根据权利要求20所述的电子束设备，其中所述多个电子发射装置由多条行方向导线和多条列方向导线连线，形成阵列布线方案。22.根据权利要求20所述的电子束设备，其中所述多个电子束发射装置以梯状方式排列。23.一种驱动电子束设备的方法，所述电子束设备包括电子发射装置和阳极，所述电子发射装...

【专利技术属性】
技术研发人员：织田仁，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]