CN102222591A - 电子发射器件、电子束装置和图像显示装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子发射器件、电子束装置和图像显示装置的制造方法。提供一种电子发射器件的制造方法，其减少了施加有用于驱动电子源的电压的栅极和阴极之间漏电流的发生。该电子发射器件包括：绝缘部件，在其表面上具有凹部；栅极电极，在该绝缘部件上形成并与该凹部相对地放置；阴极，在该凹部的边缘上形成并具有向该栅极电极突出的突起。该制造方法包括形成该凹部的步骤以及在凹部边缘处形成向栅极电极突出的凸部之后形成阴极的步骤。依次执行这些步骤。

Description

电子发射器件、电子束装置和图像显示装置的制造方法

技术领域

本发明涉及电子发射器件、使用该电子发射器件的电子束装置和使用该电子束装置的图像显示装置的制造方法。

背景技术

传统上，已知一类电子发射器件，在该电子发射器件中从阴极发射并且撞到与该阴极相对的栅极电极的许多电子被散射，并且然后作为电子被取出。作为以这种方式发射电子的器件，日本专利申请公开No.2009-272298讨论了一种层叠型电子发射器件。在该发明中，电子发射器件包括：绝缘部件，在其表面上具有凹部；阴极，具有位于该绝缘部件的外表面和该凹部的内表面上方的突起；栅极，位于该绝缘部件的外表面处并与该突起相对；以及阳极，经由该栅极与该突起相对地被放置。

在日本专利申请公开No.2009-272298中讨论的电子发射器件能够减少电子发射特性随时间推移的劣化。然而，在日本专利公开No.2009-272298中讨论的电子发射器件中，在绝缘部件处形成凹部之后，在该凹部的开口处形成要作为阴极的凸部。由于在形成阴极的初始时间该凹部的开口是宽的，因此可能存在其中该阴极的材料能够在该凹部内四散(go around)的情况，以使得该阴极的材料能够引起该栅极和该阴极之间的漏电流。在该情况下，用于驱动电子源的电压被施加在栅极和阴极之间。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种电子发射器件的制造方法，该电子发射器件包括：绝缘部件，具有在其表面上的凹部；栅极电极，与该凹部相对地被放置；以及阴极，具有位于该凹部的边缘处并向该栅极电极突出的突起。该制造方法包括用于形成该凹部的步骤、用于在该凹部的边缘处形成向该栅极电极突出的凸部之后形成阴极的步骤，并且依次执行这些步骤。

根据以下参考附图对示例性实施例的详细描述，本发明的更多的特征和方面将变得明显。

附图说明

被并入说明书中并组成说明书的一部分的附图示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并与说明书一起用来说明本发明的原理。

图1A至图1D示出了根据本发明的示例性实施例的电子发射器件的构造。

图2示出了在测量电子发射特性时的电位的构造。

图3A至图3H示出了根据本发明的示例性实施例的电子发射器件的制造方法。

图4A至图4D示出了在凹槽部入口处的凸部和视角之间的关系。

图5A至图5C示出了在凹槽部入口处的凸部的效果。

图6A至图6C示出了在示例性实施例和比较例中制造的电子发射器件的构造。

图7A至图7G示出了根据第一示例性实施例的电子发射器件的制造方法。

图8A至图8E示出了根据比较例的电子发射器件的制造方法。

图9示出了在第七示例性实施例中的图像显示装置。

具体实施方式

下文将参考附图详细描述本发明的各种示例性实施例、特征和方面。

然而，只要没有特别说明，在以下的示例性实施例中描述的构造部分的尺寸、材质、形状和相对位置并不限制本发明的方面.

[器件的概要]

图1A至图1D是示出由根据本发明的示例性实施例的制造方法制造的电子发射器件的构造的示意性视图。图1A是顶面视图，图1B是沿着在图1A中的线A-A得到的截面视图，而图1D是在从图1B中的箭头方向观察时的器件的侧面视图。

在图1A至1D中，绝缘部件被布置于衬底1上。根据本示例性实施例的绝缘部件包括凹部7(下文中其可以被称为“凹槽部”)。如在图1B中所示出的，该绝缘部件由例如第一绝缘层3和第二绝缘层4构成。在该构造中，凹部7由第一绝缘层3的上表面的其上没有形成第二绝缘层4的部分以及第二绝缘层4的侧表面构成。

在下文中，构成凹部7的这两个表面可以被称为“凹槽部7的内表面”。栅极电极5位于第二绝缘层4的表面处，与凹部7相对。凸部10位于凹部7的边缘(凹槽部7的入口)处，并朝向栅极电极5突出。

在设置了凸部10之后，设置阴极6A，并且该阴极6A具有朝向栅极电极5突出的突起。沿着第一绝缘层3的侧表面从其中设置有凸部10的凹部7的边缘到衬底1上地设置阴极6A。间隙8是从阴极6A的突起的顶端到栅极电极5的底表面(与凹部7相对的部分)的最短距离。通过间隙8形成用于发射电子的电场。

电极2被设置在衬底1上并与阴极6A电连接。尽管在图1中没有示出，但是在经由栅极电极5与阴极6A相对的位置处，电子发射器件包括与阴极6A的顶端相对地放置的阳极电极。阳极被设定为具有比其它部分(例如，栅极电极5、阴极6A和衬底1)高的电位。电子束装置由阳极电极和图1中的电子发射器件构成。

此外，图1B中的构造可以是图1C中的构造。图1C是沿着图1A中的线A-A得到的截面视图。图1C中的构造与图1B中的构造的不同点如下。即，凸部10的材料不仅用于在凹部7的边缘处设置凸部10，而且还用于设置沿着第一绝缘层3的侧面从凹部7的边缘到衬底1上的部分。由于在形成阴极之前在凹部7的边缘处形成凸部10，因此可以防止在阴极成膜时阴极材料进入凹部7内。因此，本实施例可以防止在栅极和阴极之间的漏电流的发生，并提供具有稳定操作性能的电子发射器件的制造方法。此外，本实施例可以提供使用该电子发射器件的电子束装置和如下文所讨论的包括该电子束装置的图像显示装置。

图2示出了由根据本示例性实施例的制造方法制造的电子发射器件。图2示出了当测量电子发射特性时电源和电位的关系。Vf是在阴极6A和栅极电极5之间施加的电压，If是在阴极和栅极电极之间流动的电流，Va是在阴极6A和阳极电极12之间施加的电压，而Ie是电子发射电流。

在图2中，从阴极6A向与阴极6A相对的栅极电极5发射的电子的一部分到达阳极电极12。剩余电子到达栅极电极5，被一次或多次散射，并且然后到达阳极电极12或消失在栅极电极5上。用这样的方式到达阳极电极12的电流是电子发射电流。

另一方面，漏电流是其中电子通过第一绝缘层3和第二绝缘层4的表面或内部从阴极6A流到栅极电极5的电流。例如，如果在凹槽部7的内表面上附着有导电材料，则该材料成为漏电流的路径。漏电流是对到达阳极电极12的电子发射电流完全没有贡献的无效电流，并且不但增大功耗，而且干扰电子发射特性的稳定性，因此希望尽可能防止。

[制造方法的概要]

图3A至3H是示出根据本示例性实施例的电子发射器件的制造方法的示意性截面视图。在图3A中，第一绝缘层3、第二绝缘层4和栅极电极5通过常规的真空成膜技术(例如，化学气相淀积(CVD)方法、真空淀积方法、溅射方法)以此次序被层叠在衬底1上。

衬底1用于机械地支撑器件。作为衬底1的材料，使用石英玻璃、减少诸如钠之类的杂质的含量的玻璃、蓝色片状玻璃和硅衬底。作为衬底1的功能，该材料不仅要具有高机械强度，而且对碱或酸(例如干法刻蚀剂、湿法刻蚀剂或显影剂)有耐性。此外，当器件用于诸如显示面板之类的集成产品时，该材料的热膨胀系数要相对于成膜材料和其它层叠部件具有小的差别。此外，使用其中通过热处理而碱金属元素几乎不从玻璃内部扩散的材料。

第一绝缘层3是由具有优秀可加工性的材料制成的绝缘层。使用硅氮化物(SiN或Si_xN_y)或二氧化硅(SiO₂)作为第一绝缘层3的材料。第一绝缘层3的厚度设定在从5nm或更大到50μm或更小的范围内，可以是从5nm或更大到800nm或更小。第一绝缘层3的下限值是可以获得足够的电子源效率的最小厚度，而第一绝缘层3的上限值是在考虑制造的容易性时的最大厚度。

第二绝缘层4是由具有优秀可加工性的材料制成的绝缘层。使用SiN或Si_xN_y、或者SiO₂作为第二绝缘层4的材料。第二绝缘层4的厚度设定在从5nm或更大到500nm或更小的范围内，或者从5nm或更大到50nm或更小的范围内。当考虑电子发射特性时，要将第二绝缘层4的厚度设定在从10nm或更大到30nm或更小的范围内。第二绝缘层4的下限值是可以获得足够的作为层间绝缘层的效果的最小厚度，而第二绝缘层4的上限值是可以获得足够的电子源效率的最大厚度。

例如，使用Si_xN_y作为第一绝缘层3的材料。使用诸如SiO₂、具有高磷浓度的磷硅酸盐玻璃(PSG)、或具有高硼浓度的硼硅酸盐玻璃(BSG)之类的绝缘材料作为第二绝缘层4的材料。此外，由于在层叠第一绝缘层3和第二绝缘层4之后形成凹槽部7，因此第一绝缘层3和第二绝缘层4的刻蚀速率应该被设定为分别具有不同的值。在一个实施例中，第一绝缘层3和第二绝缘层4之间的刻蚀速率的选择比为10或更大、或者50或更大。

栅极电极5的材料除具有导电性之外还要具有高导热性和高熔点。例如，可以适当地使用诸如铍(Be)、镁(Mg)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、铬(Cr)、金(Au)、铂(Pt)或钯(Pd)之类的金属或这些金属的合金、碳化物(比如钛碳化物(TiC)、锆碳化物(ZrC)、铪碳化物(HfC)、钽碳化物(TaC)、硅碳化物(SiC)或钨碳化物(WC))、硼化物(比如铪硼化物(HfB₂)、锆硼化物(ZrB₂)、镧硼化物(LaB₆)、铈硼化物(CeB₆)、钇硼化物(YB₄)或钆硼化物(GdB₄))、氮化物(比如钛氮化物(TiN)、锆氮化物(ZrN)、铪氮化物(HfN)或钽氮化物(TaN))、半导体(比如硅(Si)或锗(Ge))、有机聚合物、无定形碳、石墨、类金刚石碳、或者其中散布有金刚石的碳或碳化合物。

栅极电极5的厚度设定在从5nm或更大到500nm或更小的范围内，可以是从10nm或更大到100nm或更小。栅极电极5的下限值是其中第二绝缘层4可以发挥足够的作为层间绝缘层的效果的最小厚度。栅极电极5的上限值是可以获得足够的电子源效率的最大厚度。

然后，在图3B中，在通过光刻技术在栅极电极5上形成抗蚀剂图形之后，通过刻蚀方法依次处理栅极电极5、第二绝缘层4和第一绝缘层3。在这种刻蚀处理中，通常可以使用反应离子刻蚀(RIE)。RIE可以通过将刻蚀气体转变为等离子体态并利用等离子体照射材料来执行材料的精确的刻蚀处理。

当要被处理的目标材料可以形成氟化物时，可以选择氟基气体(比如四氟化碳(CF₄)、三氟代甲烷(CHF₃)或六氟化硫(SF₆))作为该情况下的处理气体。当要被处理的目标材料(比如硅或铝)可以形成氯化物时，可以选择氯基气体，例如氯气(Cl₂)或三氯化硼(BCl₃)。此外，为了增加抗蚀剂的选择比，为了确保刻蚀表面的平坦性，并且为了提高刻蚀速率，在必要时可以加入氢气、氧气和氩气。

然后，在图3C中，通过使用刻蚀工艺处理第二绝缘层4，从而形成凹槽部7。当第二绝缘层4是由SiO₂构成的材料时，可以使用通常称作缓冲氢氟酸(BHF)的氟化铵和氢氟酸的混合溶液。当第二绝缘层4是由Si_xN_y构成的材料时，可以通过使用基于加热的磷酸的刻蚀溶液来刻蚀该材料。

凹槽部7的深度(从第一绝缘层3的侧表面到构成凹槽部7的第二绝缘层4的侧表面的距离)极大地影响在器件形成之后的漏电流。随着凹槽部7的深度被形成得越深，漏电流的值变得越小。这是因为，由于成为漏电流路径的凹槽部7的内表面的距离延长，因而阴极材料到凹槽部7内的进入和残余阴极材料的影响变小。然而，如果该距离被形成得太深，则可能出现其它问题(例如栅极电极5的变形)，所以凹槽部7的深度被形成为大约从30nm或更大到200nm或更小。

然后，如在图3D中所示出的，将分离层11形成在栅极电极5上。分离层11被形成为用于将在接下来步骤中淀积的阴极6B与栅极电极5分离。因此，通过例如氧化栅极电极5以形成氧化层、或者电镀分离金属以附着在栅极电极5上的方法来形成分离层11。

然后，在凹槽部7的入口处设置凸部10。如在图3E中所示出的，作为设置凸部10的方法，存在一种倾斜淀积方法，在该方法中通过常规的真空成膜技术(比如，诸如CVD方法之类的气相成膜方法、真空淀积方法和溅射方法)倾斜地成膜凸部10的材料。

层9A通过沿着第一绝缘层3的侧表面从凹槽部7的入口到衬底1上地成膜凸部10的材料而形成，并形成在凹槽部7入口处向栅极电极5延伸的凸部10。此外，在这时，凸部10的材料也附着在栅极电极5上，使得层9B形成在栅极电极5和栅极电极5的侧表面上。作为另一种方法，凸部10可以通过图形化第一绝缘层3来形成。

凸部10的高度设定在从凹槽部7的厚度(第二绝缘层4的厚度)的50％或更大至85％或更小的范围内。当凸部10的高度为凹槽部7厚度的50％时，侵入凹槽部7内的金属粒子的量可以减少大约一半，使得漏电流可以减少。

因此，当凸部10的高度为凹槽部7厚度的50％或更小时，防止漏电流的作用变小，因此其不是优选的。此外，当凸部10的高度为凹槽部7厚度的85％或更大时，在凸部10成膜之后成膜的阴极的膜厚变得太薄，使得该阴极的电阻变高，或者该阴极变成不连续层并且电阻值变得不稳定。因此，其不是优选的。

可以使用例如具有优秀的可加工性和绝缘性能的材料作为凸部10的材料。更具体地，使用SiN(Si_xN_y)、SiO₂、PSG、BSG、硅氟氧化物(SiOF)、硅碳氧化物(SiOC)、硅碳氮化物(SiCN)、二氧化钛(TiO₂)、铬氧化物(Cr₂O₃)、钽氧化物(TaO)、锶氧化物(SrO)和钴氧化物(CoO)。此外，凸部10不一定需要具有绝缘性能，并且可以使用高电阻膜，比如Si、锡氧化物(SnO₂)、锑氧化物(SbO₂)或钨锗氧氮化物(WGeON)。高电阻膜的电阻率可以是10^-4Ωm或更大。

然后，在图3F中，通过常规的真空成膜技术(比如CVD方法、真空淀积方法或溅射方法)来设置阴极6A。通过执行从设置有凸部10的凹槽部7的入口沿着绝缘层3的侧表面到衬底1上地倾斜淀积阴极6A的材料来形成阴极6A。

此外，在这时，阴极的材料也附着在栅极电极5上，而阴极6B形成在层9B上。当考虑电子发射特性时，阴极6A的厚度要为至少大约5nm。在一个实施例中，当通过透射电子显微镜(TEM)观察间隙8时，间隙8要被形成为从4nm或更大到12nm或更小。

阴极6A的材料应该仅具有导电性和场致发射特性。通常，阴极6A的材料具有2000℃或更高的高熔点、以及5eV或更小的功函数。此外，阴极6A的材料几乎不形成化学反应层(比如氧化层)，或者可以轻易地除去这种反应层。例如，可以使用诸如Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Au、Pt或Pd的金属或者这些金属的合金、碳化物(比如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC或者WC)、硼化物(比如HfB₂、ZrB₂、LaB₆、CeB₆、YB₄或者GdB₄)、氮化物(比如TiN、ZrN、HfN或者TaN)、无定形碳、石墨、类金刚石碳、或者其中散布有金刚石的碳和碳化合物。

然后，在图3G中，通过刻蚀除去分离层11，并且因此除去栅极电极5上的层9B和阴极6B。

然后，在图3H中，通过常规的真空成膜技术(比如CVD方法、真空淀积方法或者溅射方法)以及光刻技术形成用于与阴极6A电气导通的电极2。电极2是具有导电性的材料。例如，可以使用金属(比如Be、Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Al、Cu、Ni、Cr、Au、Pt或者Pd)或者这些金属的合金。此外，也可以使用碳化物(比如TiC、ZrC、HfC、TaC、SiC或者WC)、硼化物(比如HfB₂、ZrB₂、LaB₆、CeB₆、YB₄或者GdB₄)、或者氮化物(比如TiN、ZrN或者HfN)。

此外，可以使用半导体(比如Si或者Ge)、有机聚合物、无定形碳、石墨、类金刚石碳、其中散布有金刚石的碳以及碳化合物。电极2的厚度设定在从50nm或更大到5mm或更小的范围内，可以是从50nm或更大到5μm或更小。

电极2的下限值是可以确保足够的导电性的最小厚度。电极2的上限值是在考虑制造的容易性时的最大厚度。电极2可以由与栅极电极5相同的材料或不同的材料制成，并且可以通过与栅极电极5相同的形成方法或不同的形成方法而形成。然而，在栅极电极5中，存在其中栅极电极5的厚度设定为在比电极2的厚度薄的范围内的情况，从而栅极电极5可以由低电阻材料制成。

此外，在上述的制造方法的示例性实施例中，形成分离层11以除去栅极电极5上的阴极6B。然而，阴极6B保留在栅极电极5上的构造可以是可能的。然而，在该情况下，为了确保在栅极电极5和阴极6B之间的电连接，在形成阴极6B之前，要通过图形化除去层9B的部分。

[在凹槽部的入口处形成凸部的效果]

在上述的制造方法中，在凹槽部7的入口处设置凸部10之后成膜阴极6A和6B的效果将得到描述。

图4A是在阴极6A和6B成膜之前电子发射器件的截面视图。图4A是其中没有在凹槽部7的入口处设置凸部10的常规的构造。当在形成凹槽部7之后通过常规的真空成膜技术(比如CVD方法、真空淀积方法或者溅射方法)成膜阴极6A和6B时，到达凹槽部7最内部的角落的阴极粒子的视角变得相对地宽，如图4A中所示出的θa。

采用该构造，阴极进入凹槽部7的内表面并且漏电流出现。为了防止这种情况，成膜通常通过一些设计的方法来执行，例如，使用倾斜淀积，在成膜装置中设置用于限制粒子的飞行角度的准直仪，以及在其中粒子散射小的相对高的真空条件中(在低压强条件下)执行成膜。

图4B至4D是当在凹槽部7的入口处设置凸部10时在阴极6A和6B成膜之前的电子发射器件的截面视图。在图4B中，假定在凹槽部7的入口处的凸部10的高度为hb，并假定在凸部10的顶部边缘处的X坐标为Xb。通过在凹槽部7的入口处设置凸部10，在阴极6A和6B成膜的时候，阴极粒子的视角与图4A中的没有设置凸部10的情况相比变得非常小。

此外，如图4C中所示出的，当在凹槽部7的入口处的凸部10的高度比图4B中的高度高(hc＞hb)时，在阴极6A和6B成膜时阴极粒子到凹槽部7的视角变小(θc＜θb)。此外，如图4D中所示出的，当凹槽部7入口处的凸部10的顶端被设置在相对于图4B中的位置向凹槽部7的深度方向上的位置处(Xd＜Xb)时，在阴极6A和6B成膜时阴极粒子到凹槽部7的视角变小(θd＜θb)。

然后，描述对阴极粒子进入凹槽部7内部空间的比较的结果的示例。图5A是电子发射器件的截面视图。如图5A中所示出的，假定凹槽部7入口处的凸部10的高度为h，并假定凹槽部7的厚度(第二绝缘层4的厚度)为t。图5B和5C比较了当凸部10的高度变化时阴极到凹槽部7的内部空间中的进入。

图5B是示出在组成凹槽部7的第一绝缘层3的表面上的阴极粒子数目相对于到凹槽部7入口的距离的变化的曲线图。横轴表示用凹槽部分7的厚度t归一化的到凹槽部7入口的距离X。图5C是示出当凹槽部7入口处的凸部10的高度h变化时，在组成凹槽部7的第一绝缘层3的表面上的特定点处阴极粒子数目的变化的曲线图。

在图5C中，横轴表示用凹槽部7的厚度t归一化的凸部10的高度h。如图5B和图5C中所示出的，当凸部10的高度h变得比凹槽部7的厚度t大时，阴极到凹槽部7内的进入变少。所以，通过在凹槽部7入口处设置凸部10，可以控制在阴极6A和6B成膜时阴极粒子相对于凹槽部的视角，并可以减少阴极进入凹槽部7内。结果，可以减小漏电流。

此外，由于电子发射器件本身包含漏电流减小机制，因此不存在对例如用于阴极成膜的装置、成膜条件和阴极材料的限制，而且因此用于批量生产的适当的选择变为可能。

以下将描述第一示例性实施例。

图7A到7G是示出根据第一示例性实施例的电子发射器件的制造方法的示意性截面视图。首先，如图7A中所示出的，通过使用溅射方法依次层叠第一绝缘层3、第二绝缘层4和栅极电极5。衬底1的材料是PD200，其是低钠含量玻璃并被开发为用于等离子体显示装置。第一绝缘层3的材料是SiN(Si_xN_y)，而第一绝缘层3的厚度是500nm。第二绝缘层4的材料是SiO₂，而第二绝缘层4的厚度是30nm。栅极电极5的材料是TaN，而栅极电极5的厚度是30nm。

然后，如图7B中所示出的，在通过使用光刻技术在栅极电极5上形成抗蚀剂图形之后，通过使用干法刻蚀方法依次处理栅极电极5、第二绝缘层4和第一绝缘层3。使用基于CF₄的气体作为在这时的处理气体，因为第一绝缘层3、第二绝缘层4和栅极电极5的材料是从可以形成氟化物的材料中选出的。

作为使用此气体执行RIE的结果，在刻蚀之后，以相对于衬底的水平面大约80°的角度来形成第一绝缘层3、第二绝缘层4和栅极电极5。在分离抗蚀剂以后，如图7C中所示出的，通过使用BHF的刻蚀方法刻蚀第二绝缘层4以使凹槽部的深度变为大约70nm。结果，凹槽部7形成在由第一绝缘层3和第二绝缘层4构造的绝缘部件上。

然后，如图7D中所示出的，通过执行凸部10的材料的沿着第一绝缘层3的侧表面从凹槽部7的入口到衬底1上的倾斜淀积，而形成层9。此外，在凹槽部7的入口处形成向栅极电极5延伸的凸部10。凸部10的材料是SiO₂，而凸部10的高度是18nm，即第二绝缘层4厚度的60％。

此外，在这时，SiO₂也附着在栅极电极5上，而层9B形成在栅极电极5上。然后，如图7E中所示出的，对栅极电极5上的层9B执行图形化，并且暴露栅极电极5的一部分，以使栅极电极5可以与在接下来步骤中将成膜的阴极电连接。

然后，如图7F中所示出的，通过溅射方法沿着第一绝缘层3的侧表面从其中设置有凸部10的凹槽部7的入口到衬底1上执行Mo的倾斜成膜，而形成阴极6A(低电位侧的阴极)。此外，在这时，Mo也附着在栅极电极5上，而阴极6B成膜在栅极电极5上。

Mo的厚度被形成为在平坦平面处为12nm(在周围没有遮蔽的表面处(例如，在栅极电极5上)的厚度)。在形成阴极6A和6B之后，通过光刻技术形成抗蚀剂图形以使阴极6A的宽度成为100μm。

然后，通过使用干法刻蚀方法处理由Mo组成的阴极6A。使用基于CF₄的气体作为在这时的刻蚀气体。通过该处理，形成具有位于凹槽部7边缘处的突起部分的条带(strip)形状阴极6A。

在本示例性实施例中，阴极6A的宽度和突起部分的宽度相等。此外，突起部分的宽度意指突起部分在与凹槽部分7的深度方向垂直的方向上的沿着凹槽部7的边缘的长度。作为通过截面TEM分析的结果，在图7F中在阴极6A和栅极电极5之间的间隙8为9nm。

然后，如图7G中所示出的，通过使用溅射方法形成电极2。电极2的材料为Cu，而电极2的厚度为500nm。

图6C示出了通过上述方法制造的电子发射器件的示意性的截面视图。对于图2中的构造，通过使用公式(即效率＝Ie/(If+Ie))来评价电子发射器件的特性。已经描述了If和Ie，因此将省略其描述。在栅极电极5的电位为24V而阴极6A经由电极2的电位为0V的条件下，24V的驱动电压施加在栅极电极5和阴极6A之间。此外，Va为10kV。

结果，平均效率为6％。相对于电子发射电流，对电子发射电流没有贡献的漏电流小于电流的检测极限。此外，当器件被长时间驱动时，几乎观察不到If电流的突然变化。

[比较例]

图8A至8E是示出本比较例的电子发射器件的制造方法的截面视图。在本比较例中，执行与第一示例性实施例类似的步骤，直到形成凹槽部7。在形成凹槽部7之后，如图8D中所示出的，执行阴极6A的成膜而不在凹槽部7的入口处设置凸部10。然而，为了使低电位侧阴极6A和栅极电极5之间的影响电子发射特性的间隙与第一示例性实施例中的间隙相等，阴极6A的厚度为30nm。在形成阴极6A之后，如图8E中所示出的，执行与第一示例性实施例类似的步骤以制造电子发射器件。

图6B示出了通过使用上述方法而制造的电子发射器件的示意性截面视图。当对该电子发射器件执行与第一示例性实施例同样的特性评价时，检测到大约为器件电流If的1％的漏电流。

图3示出了根据第二示例性实施例的电子发射器件的制造方法。在第二示例性实施例中，执行与第一示例性实施例类似的步骤，直到形成凹槽部7。在形成凹槽部7之后，如图3D中所示出的，在栅极电极5上形成分离层11。通过使用电解镀敷方法电解淀积Ni，而在栅极电极5上形成分离层11。

然后，如图3E中所示出的，通过溅射方法沿着第一绝缘层3的侧表面从凹槽部7的入口到衬底1上执行凸部10的材料的倾斜淀积，而形成层9A。在凹槽部7的入口处形成向栅极电极5延伸的凸部10。凸部10的材料为SiO₂，而凸部10的高度为18nm，即第二绝缘层4厚度的60％。此外，在这时，SiO₂也附着在栅极电极5上，而层9成膜在栅极电极5上。

然后，如图3F中所示出的，通过使用溅射方法沿着第一绝缘层3的侧表面从其中设置有凸部的凹槽部7的入口到衬底1上执行Mo的倾斜淀积，而形成阴极6A(低电位侧的阴极)。此外，在这时，Mo也附着在栅极电极5上，而阴极6B形成在栅极电极5上。Mo被成膜为在平坦平面处具有12nm的厚度。

作为通过截面TEM分析的结果，在图3F中在阴极6A和栅极电极5之间的间隙8为9nm。在阴极6A和6B成膜之后，如图3G中所示出的，通过使用包含碘和碘化钾的刻蚀溶液除去淀积在栅极电极5上的Ni分离层11，将阴极6B与栅极电极5分离。在分离阴极6B之后，如图3H中所示出的，通过执行与第一示例性实施例类似的步骤，处理阴极6A以形成电极2，从而制造电子发射器件。

图6A示出了通过上述方法而制造的电子发射器件的示意性截面视图。对该电子发射器件执行与第一示例性实施例同样的特性评价。作为其结果，平均效率为8％。相对于电子发射电流，对电子发射电流没有贡献的漏电流小于电流的检测极限。

此外，当器件被长时间驱动时，几乎观察不到If电流的突然变化。除与第一示例性实施例同样的效果之外，在本示例性实施例中，由于在栅极电极5上的层9B和阴极6B被分离，因此从阴极发射的电子可以以高效率到达阳极电极。所以，与第一示例性实施例中的情况相比，电子发射效率提高。

在第三示例性实施例中，执行与第二示例性实施例类似的步骤，直到形成凹槽部7。在形成凹槽部7之后，如图3D中所示出的，形成分离层11。通过使用电解镀敷方法在栅极电极5上电解淀积Ni而形成分离层11。然后，如图3E中所示出的，通过溅射方法沿着第一绝缘层3的侧表面从凹槽部7的入口到衬底1上执行凸部10的材料的倾斜淀积，而形成层9。此外，在凹槽部7的入口处还形成向电极5延伸的凸部10。

凸部10的材料为SiN，而凸部10的高度为18nm，即第二绝缘层4厚度的60％。此外，在这时，SiN也附着在栅极电极5上，而层9B形成在栅极电极5上。然后，如图3F中所示出的，通过溅射方法沿着第一绝缘层3的侧表面从其中设置有凸部10的凹槽部7的入口到衬底1上执行Mo的倾斜淀积，而形成阴极6A(低电位侧的阴极)。此外，在这时，Mo也附着在栅极电极5上，而阴极6B成膜在栅极电极5上。

Mo被成膜为使其在平坦平面处具有12nm的厚度。作为截面TEM分析的结果，在图3F中阴极6A和栅极电极5之间的间隙8为9nm。在阴极6A和6B成膜之后，如图3G中所示出的，通过与第二示例性实施例中类似的方法除去淀积在栅极电极5上的Ni分离层11，从而将阴极6B与栅极电极5分离。

在分离阴极6B之后，通过光刻技术形成抗蚀剂图形以使阴极6A的宽度成为100μm。然后，通过使用干法刻蚀方法处理由Mo组成的阴极6A。在图形化阴极6A之后，通过使用BHF的剥离技术除去附着在凹槽部7内表面上的残余物质。通过BHF对SiN的刻蚀速率比SiO₂小一个数量级。

在本示例性实施例中，由于在凹槽部7入口处的凸部10由SiN制成，因此在BHF处理时凸部10没有被刻蚀。由于在凹槽部7内表面处的残余物质导致漏电流，因此在本示例性实施例中的电子发射器件可以比在第二示例性实施例中的电子发射器件更多地减小漏电流因素。在除去残余物质以后，如图3H中所示出的，通过执行与第二示例性实施例中类似的步骤而形成电极2，从而制造电子发射器件。

图6A示出了通过上述方法而制造的电子发射器件的示意性截面视图。对该电子发射器件执行与第一示例性实施例同样的特性评价。结果，平均效率为8％。相对于电子发射电流，对电子发射电流没有贡献的漏电流小于电流的检测极限，此外，当器件被长时间驱动时，与第二示例性实施例中的情况相比，更好地防止了If电流的突然变化。

在第四示例性实施例中，执行与该第一示例性实施例类似的步骤，直到形成凹槽部7。在形成凹槽部7之后，如图7D中所示出的，通过溅射方法沿着第一绝缘层3的侧表面从凹槽部7的入口到衬底1上执行凸部10的材料的倾斜淀积，而形成层9A。此外，在凹槽部7的入口处形成向栅极电极5延伸的凸部10。

凸部10的材料为SiO₂，而凸部10的高度为25nm，即第二绝缘层4厚度的85％。此外，SiO₂也附着在栅极电极5上，而层9B成膜在栅极电极5上。

然后，如图7E中所示出的，通过执行栅极电极5上的层9的图形化，暴露栅极电极5的一部分，从而使栅极电极5能够与在接下来步骤中将成膜的阴极电连接。然后，如图7F中所示出的，通过溅射方法沿着第一绝缘层3的侧表面从其中设置有凸部10的凹槽部7的入口到衬底1上执行Mo的倾斜淀积，而形成阴极6A(低电位侧的阴极)。此外，在这时，Mo也附着在栅极电极5上，而阴极6A成膜在栅极电极5上。Mo被成膜为使其在平坦平面处具有5nm的厚度。

然后，通过执行与第一示例性实施例类似的步骤处理阴极6A。作为通过截面TEM分析的结果，在图7F中低电位侧阴极6A和栅极电极5之间的间隙8为9nm。然后，如图7G中所示出的，通过溅射方法形成电极2。电极2的材料为Cu，而电极2的厚度为500nm。

图6C示出了通过上述方法制造的电子发射器件的示意性截面视图。对该电子发射器件执行与第一示例性实施例同样的特性评价。作为其结果，平均效率为3％。在该电子发射器件中，减小了阴极的厚度并增大了阴极的电阻，使得阴极6A的电位变为小于24V。出于该理由，认为在本示例性实施例中的器件的效率变得小于第一示例性实施例中的器件的效率。

相对于电子发射电流，对电子发射电流没有贡献的漏电流小于电流的检测极限，此外，当器件被长时间驱动时，几乎观察不到If电流的突然变化。

在第五示例性实施例中，执行与第一示例性实施例类似的步骤，直到形成凹槽部7。在形成凹槽部7之后，如图7D中所示出的，通过溅射方法沿着第一绝缘层3的侧表面从凹槽部7的入口到衬底1上执行凸部10的材料的倾斜淀积，而形成层9A。此外，在凹槽部7的入口处形成向栅极电极5延伸的凸部10。

凸部10的材料为SiO₂，而凸部10的高度为15nm，即第二绝缘层4厚度的50％。此外，SiO₂也附着在栅极电极5上，而层9B成膜在栅极电极5上。然后，如图7E中所示出的，执行栅极电极5上的层9B的图形化，并暴露栅极电极5的一部分，从而使栅极电极5能够与在接下来步骤中成膜的阴极电连接。

然后，如图7F中所示出的，通过溅射方法从其中设置有凸部10的凹槽部的入口到衬底1上执行Mo的倾斜淀积，而形成阴极6A(低电位侧的阴极)。此外，在这时，Mo也附着在栅极电极5上，而阴极6B成膜在栅极电极5上。

Mo被成膜为在平坦平面处具有15nm的厚度。然后，通过执行与第一示例性实施例类似的步骤而处理阴极6A。作为通过使用截面TEM分析的结果，在图7F中低电位侧阴极6A和栅极电极5之间的间隙8为9nm。然后，如图7G中所示出的，通过溅射方法形成电极2。电极2的材料为Cu，而电极2的厚度为500nm。

图6C示出了通过上述方法而制造的电子发射器件的示意性截面视图。对该电子发射器件执行与第一示例性实施例同样的特性评价。作为其结果，平均效率为6％。相对于电子发射电流，对电子发射电流没有贡献的漏电流约为0.1％。认为其原因在于，由于向凹槽部7内部的阴极材料的遮蔽效果变小，因此漏电流增大。

在第六示例性实施例中，执行与第一示例性实施例类似的步骤，直到形成凹槽部7。在形成凹槽部7之后，如图7D中所示出的，通过溅射方法沿着第一绝缘层3的侧表面从凹槽部7的入口到衬底1上执行凸部10的材料的倾斜淀积，而形成层9A。此外，还在凹槽部7的入口处形成向栅极电极5延伸的凸部10。

凸部10的材料为Si，而凸部10的高度为18nm，即第二绝缘层4的60％。此外，Si也附着在栅极电极5上，而层9B成膜在栅极电极5上。然后，如图7E中所示出的，执行栅极电极5上的层9B的图形化，并暴露栅极电极5的一部分，从而使栅极电极5能够与接下来步骤中成膜的阴极电接触。

然后，如图7F中所示出的，通过溅射方法沿着第一绝缘层3的侧表面从其中设置有凸部10的凹槽部7的入口到衬底1上执行Mo的倾斜淀积，而形成阴极6A(较低电位侧的阴极)。

此外，在这时，Mo也附着在栅极电极5上，而阴极6B成膜在栅极电极5上。Mo被成膜为在平坦平面处具有12nm的厚度。然后，通过执行与第一示例性实施例类似的步骤而处理阴极6A。作为通过使用截面TEM分析的结果，在图7F中在较低电位侧的阴极6A和栅极电极5之间的间隙8为9nm。然后，如图7G中所示出的，通过溅射方法形成电极2。电极2的材料为Cu，而电极2的厚度为500nm。

图6C示出了通过上述方法而制造的电子发射器件的示意性截面视图。对该电子发射器件执行与第一示例性实施例同样的特性评价。作为其结果，平均效率为6％。相对于电子发射电流，对电子发射电流没有贡献的漏电流小于电流的检测极限。

在第七示例性实施例中，通过执行与第二示例性实施例类似的步骤而制造的大量电子发射器件以矩阵方式布置在衬底上，以形成电子源衬底。通过使用该电子源衬底来制造图像显示装置。

首先，通过执行与第二示例性实施例类似的步骤而将SiN/SiO₂/TaN/SiO₂/Mo层顺序地成膜在玻璃衬底13上，并且制造电子发射器件23。

然后，Y方向的布线18被布置为使其与栅极电极连接。该Y方向布线用作其中施加调制信号的布线。然后，为了使X方向布线14与Y方向布线18绝缘，布置由硅氧化物制成的绝缘层。X方向布线14在接下来步骤中被制造。该绝缘层被布置为使其在X方向布线14之下并覆盖Y方向布线18。

然后，X方向布线14形成在预先布置的绝缘层上。X方向布线14用作其中施加扫描信号的布线，并包括银作为主要成分。X方向布线14布置为具有绝缘层插入在X方向布线14和Y方向布线18之间，并与Y方向布线18交叉。以该构造，制造具有矩阵布线的玻璃衬底13。

然后，在玻璃衬底13上侧2mm处，经由支撑框架16布置面板22。通过层叠荧光体膜20和金属背(metal back)21而在玻璃衬底19的内表面上形成面板22。荧光体膜20为发光部件而金属背21为阳极电极。

此外，图9示出了其中构成容器17的背板15被设置作为玻璃板13的支撑部件的示例。然而，在本示例性实施例中，省略了背板15。通过加热铟(Id)并冷却来密封并接合面板22、支撑部件16和玻璃板13的接合部分。Id是低熔点金属。该密封和接合处理在真空室中执行，使得不用排气管而同时执行密封和接合处理。

在本示例性实施例中，为了实现彩色图像，作为图像形成部件的荧光体膜20是具有条带形状的荧光体。通过首先形成黑色条带(未示出)，并通过使用浆料方法在黑色条带的间隙部分中涂敷各种颜色荧光体(未示出)，而形成荧光体膜20。作为黑色条带的材料，使用通常使用的包括石墨作为主要成分的材料。此外，在荧光体膜20的内表面侧(电子发射器件侧)，设置由Al构成的金属背21。通过向荧光体膜20的内表面侧真空蒸发Al而制造金属背21。

通过上述方法制造的图像显示装置可以实现具有稳定显示图像的显示装置。上述的实施例可以涉及电子发射器件、使用该电子发射器件的电子束装置、以及使用该电子束装置的图像显示装置的容易且简单的制造方法，该电子发射器件减少在栅极和阴极之间的漏电流的发生，并且可以执行稳定的操作。

尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，从而包含所有变型、等同结构和功能。

Claims (10)

1.一种电子发射器件的制造方法，该电子发射器件包括绝缘部件、栅极电极以及阴极，该绝缘部件在该绝缘部件的表面上具有凹部，该栅极电极被形成在该绝缘部件的表面上并被布置为面向该凹部，该阴极包括向该栅极电极突出并布置在该凹部的边缘处的突起部分，该制造方法按以下顺序包括：

形成该凹部；以及

在形成在该凹部的边缘处形成的并且向该栅极电极突出的凸部之后形成该阴极。

2.根据权利要求1的制造方法，

其中通过使用具有绝缘性能或者具有10^-4Ωm或更大电阻率的高电阻的材料来形成该凸部。

3.根据权利要求1的制造方法，

其中该凸部是通过气相淀积方法来成膜的。

4.根据权利要求1的制造方法，

其中当形成该凸部时，该凸部的材料还同时在该栅极电极上成膜，

当形成该阴极时，该阴极的材料还同时在该栅极电极上成膜，

在形成该阴极之后，将在该栅极电极上成膜的该凸部的材料与在该栅极电极上成膜的该阴极的材料分离。

5.一种包括电子发射器件与阳极电极的电子束装置的制造方法，该制造方法包括：

通过根据权利要求1的制造方法来制造电子发射器件；以及

将该阳极电极布置为与该阴极的顶端相对。

6.一种包括电子束装置和光发射部件的图像显示装置的制造方法，该制造方法包括：

通过根据权利要求5的制造方法来制造电子束装置，

其中层叠光发射部件和阳极电极。

7.一种电子发射器件，包括：

绝缘部件，具有在该绝缘部件表面上的凹部；

栅极电极，被形成在该绝缘部件的表面上并被布置为面向该凹部；

阴极，包括向该栅极电极突出并被布置在该凹部的边缘处的突起部分；以及

凸部，形成在该凹部的边缘处并向该栅极电极突出。

8.根据权利要求7的电子发射器件，

其中该凸部由具有绝缘性能或者具有10^-4Ωm或更大的电阻率的高电阻的材料制成。

9.根据权利要求7的电子发射器件，

其中该凸部被形成为膜。

10.根据权利要求7的电子发射器件，

其中该栅极电极、该阴极以及该凸部的材料被形成为膜。

Images