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CN1108622C - 电子束设备及驱动该设备的方法 - Google Patents

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Abstract

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(w)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。

Description

电子束设备及驱动该设备的方法
本发明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，本发明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。
本发明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。
本发明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。
本发明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。
根据本发明第一方面所述，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 ≥ 1 π Vf Va H - - - - ( 1 )
根据本发明第二方面所述，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 ≥ 1 π Vf Va H - - - - ( 1 )
图1A是可用于本发明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是说明用于本发明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是说明从用于本发明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是可用于本发明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发明目的的表面传导电子发射装置的电压波形的图形。
图7是可用于制造用于本发明目的的表面传导电子发射装置并评估该装置性能的真空处理设备的示意图。
图8A和8B是简略说明用于本发明目的的表面传导电子发射装置电子发射性能的曲线图。
图9是具有点阵状布线的电子源的平面示意图。
图10是包括具有点阵状布线的电子源的成像设备的透视图。
图11A和11B是可用于本发明目的的荧光元件的两种可能安排。
图12是可用于显示与NTSC(美国国家电视系统委员会)电视信号相等图像的驱动电路的电路示意图。
图13是真空处理设备的框图所述真空处理设备，可用来制造用于本发明的目的的成像设备。
图14是用来实现激励形成过程的电路的示意图。
图15是具有阶梯状布线的电子源的平面示意图。
图16是包括具有梯状布线电子源的成像设备的透视图。
图17A是在高电位端装有双层结构电子散射面形成层的表面传导电子发射装置的侧面剖视图。
图17B是在高电位端装有单层结构电子散射面形成层的表面传导电子发射装置的侧面剖视图。
图17C是在高电位端装有双层结构电子散射面形成层、在低电位端装有低逸出功材料层的表面传导电子发射装置的侧面剖视图。
图18A到18F是可用于本发明目的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19是表面传导电子发射装置的截面侧视图，其具有可用于本发明目的的不同结构。
图20D到20F是具有不同结构的表面传导发射装置的侧面剖视图，给出不同的制造步骤。
图21是可用于本发明目的的电子源的局部平面图。
图22是图21的电子源沿导线22-22的局部剖视图。
图23A到23H是可用于本发明目的，具有点阵状布线的电子源的局部剖视图，给出不同的制造步骤。
图24是用于激励形成过程的电路的框图，激励形成过程用于适用于本发明目的的电子源和装有这种电子源成像设备。
图25是用根据本发明所述成像设备实现的图像显示系统的框图。
图26是M.Hartwll装置的平面示意图。
图1A和1B简略说明根据本发明第一模式制成的表面传导电子发射装置。它包括位于在高电位端导电薄膜5和(如果有必要)装置的高电位端装置电极上的电子散射面形成层6以提供对从外边入射装置的电子进行弹性散射的高效电子散射面。图1A是平面图，图1B是沿图1A的1B-1B线的侧面剖视图。参考数字1代表绝缘衬底，参考数字2和3分别代表低电位端和高电位端装置电极，参考数字4代表低电位端电极，参考数字7代表电子发射区。
电子散射面是两种不同物质的分界面，入射电子在散射面被高效弹性散射。电子散射面制作在高电位端导电薄膜5上，如果必要也制作在高电位端装置电极3上，其从电子发射区7向高电位端装置电极3延伸一段长L的距离，L最好满足公式(1)表达的关系： L ≥ 1 π Vf Va H - - - - ( 1 )
其中Vf是加在表面传导电子发射装置8的相对放置的装置电极2和3之间的电压(装置电压)，Va是加在表面传导电子发射装置8和阳极9之间的电压，将在下面对其进行描述)，H是电子发射装置和阳极之间的距离。参考图2，阳极9与表面传导电子发射装置8面对面放置以有效地捕获电子发射装置受到驱动时发出的电子。
可按如下参考图4所描述的方式增强用来有效散射电子的电子散射面的作用。参考数字25代表真空空间，外部电子经过该空间入射电子散射面形成层。参考数字26代表电子散射面形成层的表面。其反射和散射部分入射电子以提高它们各自的轨迹，这里只给出其中的一个由参考数字28指示。分界面形成在表面下，用作电子散射面27。其定义为电子散射面形成层的第一层和第二层的分界面或电子散射面形成层和高电位端导电薄膜的分界面，但其功能在两种情况下是相同的。穿过电子散射面形成层表面26的部分电子被该电子散射面反射和散射后飞入真空空间以提高其各自的轨迹，这里只给出其中一条，由参考数字29指示。穿过电子散射面27的其余电子最终将失去原有的能量，不再飞回真空空间，如参考数字30所示。所以，可以假定电子散射面27有效且高效地产生飞回真空间的散射电子。
如果电子散射面27离电子散射面形成层的表面26的距离(或深度)太大，电子在其间穿过时就会失去具有的能量，从而减小了电子散射面的电子散射效率。
如果电子散射面形成层具有双层结构，就用不同材料制备第一层和第二层以产生良好的电子散射效果。最好是所选的两层的材料使电子散射面具有大的电位差。当两种材料的负电性和逸出功都差别很大时就可获得大的电位差。如同下文将要描述的，当将半导体物质(特别是Si和B)用于第一层，将3a组金属(尤其是La和Sc)或2a组金属(尤其是Sr和Ba)用于第二层时，可取得喜人的效果。然而，可用于这两层的材料不限于上面列出的那些，如果其它材料能在电子散射面上产生高效弹性散射效果，它们也可被采用。
现在将更详细地描述用于本发明目的的表面传导电子发射装置。
可用于衬底1的材料包括石英玻璃、含低度杂质(如Na)的玻璃，钠钙玻璃，通过在钠钙玻璃上溅射形成SiO2层制备的玻璃衬底，陶瓷物质(如氧化铝和Si)。虽然相对放置的低电位端装置电极和高电位端装置电极2和3可由任何高导电率材料制成，最佳候选材料包括金属Ni，Cr，Au，Mo，W，Pt，Ti，Al，Cu和Pd，以及它们的合金，由从Pd，Ag，Au，RuO2，Pd-Ag等中选出的金属或金属氧化物与玻璃一起制成的可印刷导电材料，透明导电材料如In2O3-SnO2以及半导体材料如多晶硅。
参考图1A和1B，可根据装置的应用确定装置电极2和3分隔间隙的长度G，装置电极的长度W，低电位端和高电位端导带薄膜4和5的形状，以及其它用于设计根据本发明所述表面传导电子发射装置的因素。分隔装置电极2和3的间隙长度G最好在几百纳米和几百微米之间，在几微米到几十微米之间更好。
装置电极2和3的长度最好在几微米和几百微米之间，取决于电极的电阻和装置的电子发射特性。装置电极的膜厚d在几纳米和几微米之间。
根据本发明所述的表面传导电子发射装置可以具有不同于图1A和1B所示的结构，或者，其可通过在衬底1以及相对放置的低电位端和高电位端电极2和3上放置导电薄膜4和5来制备。
导电薄膜4和5最好是微小颗粒薄膜以保证良好的电子发射特性。导电薄膜的厚度是导电薄膜在装置电极2和3上的阶梯式覆盖层。装置电极2和3间的电阻，用于后面将要描述的形成操作的参数以及其它因素的函数，最好在零点几纳米和几百纳米之间，在一纳米到50纳米之间更好。导电薄膜4和5通常具有102到107Ω/□的薄层电阻Rs。注意，Rs是由R＝Rs(L/W)定义的电阻，其中t、w、l分别是薄膜的厚度、宽度和长度，R是沿薄膜轴向确定的电阻。还应注意，虽然是就用于本发明目的的电流传导处理对形成过程进行的描述，但形成过程并不限于此，其可包括多种在薄膜中形成裂缝以产生高阻态的处理步骤。
导电薄膜4和5由从金属(如Pd，Pt，Ru，Ag，Au，Ti，In，Cu，Cr，Fe，Zn，Sn，Ta，W和Pb)，氧化物(如PdO，SnO2，In2O3，PbO，和Sb2O3)，硼化物(如HfB2，ZrB2，LaB6，CeB6，YB4，和GdB4)，碳化物(如TiC，ZrC，HfC，TaC，SiC和WC)，氮化物(如TiN，ZrN和HfN)以及类似材料中选出的材料的精细颗粒制成。
这里所用术语“微小颗粒薄膜”指的是由大量可松散地散布，紧密排列或相互且随机重叠(以在特定条件下形成岛结构)的微小颗粒构成的薄膜。用于本发明目的的微小颗粒的直径在零点几纳米和几百纳米之间，最好在一纳米和二十纳米之间。
由于术语“微小颗粒”在这里经常用到，所以下面更深入地对其进行描述。
小颗粒被称作“微小颗粒”，比微小颗粒更小的颗粒称为“超小颗粒”。比“超小颗粒”更小并由几百个原子构成的颗粒称作“原子团”。
然而，这些定义并不严格，每个术语的范围可能随要处理的颗粒的特定内容变化。“超小颗粒”在本发明应用中可能就被称作“微小颗粒”。
“实验物理课程No.14：表面/微小颗粒”(ed.，KoreoKi-noshita；Kyoritu Publication，9月1日，1986)的描述如下：
“这里所用的微小颗粒指的是直径在2到3μm之间的颗粒，这里所用的超小颗粒指的是直径在10nm与2到3nm之间的颗粒。但是这些定义决不是严格的，超小颗粒也可被简单地称作微小颗粒。因此，这些定义只是各种方法中的经验。由两个到几十个或数百个原子构成的颗粒叫作原子团”(Ibid.，P195，ll.22-26)
此外，新技术开发公司的“Hayashi超小颗粒项目”采用更小的颗粒尺寸下限定义超小颗粒如下：
“在创造科学和技术促进计划中的超小颗粒项目(1981-1986)将超小颗粒定义为直径在大约1到100nm之间的颗粒。这意味着超小颗粒是大约100到108个原子聚集在一起。从原子的角度看，超小颗粒是一个巨大的或超巨的颗粒”。(“超小颗粒—创造科学和技术”：ed.，Chikara Hayashi，Ryoji Ueda，Akira Tazaki；Mita Pub-lication，1988，P2，ll.1-4)“比超小颗粒更小并由几个到几百个原子构成的颗粒称作原子团”。(Ibid。，P.2，U.12-13)。
考虑到上面通用的定义，这里所用的术语“微小颗粒”指的是直径下限在零点几纳米到1纳米之间，上限为几微米的大量原子和/或分子的集团。
电子发射区7形成在低电位端和高电位端导电薄膜4和5之间，包括一高电阻缝隙，而其性能取决于导电薄膜4和5的厚度、性质和材料以及下面将要描述的激励形成过程。电子发射区7内可以包含直径在零点几纳米和几十纳米之间的导电的微小颗粒。这种导电的微小颗粒的材料可以包含能用来制备包括电子发射区的导电薄膜4和5的所有或部分材料。
接下来制造电子散射面形成层6。这里将就具有双层结构的电子散射面形成层进行描述。(图17A简略地说明了这种双层结构。)
首先在高电位端导电薄膜5上制作电子散射面形成层6的第二层。可用于该操作的技术包括真空蒸上和溅射以及化学技术如MOCVD(金属有机化学气相沉积)。两个或两个以上这种技术可结合使用。
如果采用真空蒸上或溅射技术，要只在必要区域形成薄膜就得进行图案形成操作。相反，如果采用MOCVD技术，却可有选择地在高电位端装置电极3和高电位端导电薄膜5上形成薄膜，而制出的膜却不一定具有预期的形状，因为随装置表面结构或其它因素的变化，可能有些区域薄膜易于生长而有些区域薄膜不易生长。如果是这种情况，可将MOCVD用于靠近电子发射区7的区域，而将真空蒸上或溅射用于其余区域。
可用于第二层的材料包括2a和3a组金属，特别是Sr，Ba，Sc和La。这些材料中的任何一种都可与一种可用于第一层的材料(将在下文描述)一起使用。可用于第二层的化学气相沉积(CVD)的源气体包括Sr(C11H19O2)3，Ba(C11H19O2)3，Sc(CnH19O2)3和La(C11H19O2)3。
注意，如果用第一层和导电薄膜的分界面作电子散射面，就不需要第二层。(图17B简略地说明了这种单层结构。)
然后，形成第一层。可用于制作第二层的方法也可用于第一层。虽然可用于第一层的材料包括半导体物质，但最好用Si或B。第一层的膜厚必须严格控制在小于10nm的水平，最好小于5nm，因为第一层的膜厚显著影响装置的弹性电子散射效率。可用于第一层的CVD的源气体包括SiH4和B(C2H5)3。
注意，双层结构电子散射面形成层的两个组成层不一定连续排列，它们可以不连续地放置。
现在，将描述公式(1)的右端。
为驱动表面传导电子发射装置发射电子，分别从十到几十伏(V)，2到8毫米(mm)和1到10千伏(KV)之间选择Vf，H和Va的值。检查电子发射装置和阳极在这些条件下产生的电场，将会发现在高电位端导电薄膜5以上区域中的电子受到指向高电位端导电薄膜5或装置电极3的向下的力。图3示意地说明这样一个由斜线指明且由参考数字10代表的区域。在该区域中，电子受到电场在该处产生的向下的力。
该区域从电子发射区向高电位端装置电极延伸一段距离： 1 π Vf Va H - - - - ( 2 )
其与公式(1)的右端相同。
电子发射区发射的大多数电子不能立即离开图3的阴影区(因为受到向下的电场力)，而是打到电子散射面形成层上。入射的电子被形成层散射和/或吸水。电子或者被弹性散射而不损失其具有的能量，或者被非弹性散射而失去其具有的部分能量。此外，入射电子可能发射二次电子。因为非弹性散射电子和被入射电子激励并二次发射的电子的能级低于弹性散射电子能级，其不能克服电场所施加的向下的力，因而不能离开阴影区域，以致最终被高电位端导电薄膜5或装置电极3吸收、成为装置电流If的一部分。于是，只有被弹性散射的电子才能克服向下的电场力，最终离开该区域产生发射电流。
电子发射区域7发射的电子显示出一定张角。虽然其中一些电子可以立即从图3的阴影区逃逸出来沿轨迹a飞向阳极9，但大多电子被所存在的向下电场力拉回并进入到电子散射面形成层6。这些电子中给定部分被弹性散射并最终离开阴影区10、到达阳极9。一旦它们离开电子发射区一段公式(2)所表示的距离，电场施加给它们的力就指向上，以使它们可产生各自的到达阳极的轨迹，如图3所示的轨迹b。
虽然如果不提供电子散射面形成层，电子发射区发射的电子被导电薄膜3弹性散射的概率不为零。但是，通过配置电子散射面形成层6来增加“存活”电子的比率从而增强装置的电子发射效率，可以显著提高电子弹性散射的概率。最好是使电子散射面形成层6完全覆盖与图3的阴影区10紧邻的高电位端导电薄膜5，如果区域10到了其上没有任何导电薄膜的高电位端位置电极3的表面，最好将电子散射面形成层6延伸至电极3的表面或使其比公式(2)表示的长度更长。
根据实现本发明的第二方式制备的表面传导电子发射装置除了第一实现方式的装置元件外还包括被置于低电位端导电薄膜4上、至少在靠近电子发射区7的区域中的低逸出功材料层83。有了这种布置，可显著增加装置的发射电流Ie。
可用于低逸出功材料层83的材料包括2a和3a组金属，如果电子散射面形成层6具有双层结构，这些材料也可用于构成形成层6的两层中的一层。换句话说，这两层可在一个生产步骤中制成，因此根据实现本发明的第一方式所述的电子发射装置和根据第二方式所述的装置可用相同数目的制造步骤制造，尽管它们也可用不同的步骤来制造。
根据实现本发明的第三方式所述的表面传导电子发射装置除了具有第一实现方式的装置的元件外，还包括置于低电位端导电薄膜上、至少在靠近电子发射区7的区域中的高熔点物质层84。
如果制成高熔点物质层84的材料也用于电子散射面形成层6(就象根据实现本发明的第二方式所述的装置一样)，上面对第二实现方式所述的制造方法也可以用于第三方式。然而，高熔点物质层的材料通常不同于电子散射面形成层的材料。通过给低电位端薄膜加正脉冲电压(与驱动该装置的情况相反)以及在含有适当源气体的气氛中应用CVD技术，在电子发射区中靠近低电位端导电薄膜的区域进行沉积可形成高熔点物质层84。
可用于高熔点物质层84的材料包括第五和第六周期的4a，5a，6a，7a和8a组金属，其中任何一种都可单独用作金属，或用作合金或混合物。具体地说，由于熔点高于2000℃，Nb，Mo，Ru，Hf，Ta，W，Re，Os和Ir中的任何一种都可单独作为金属使用。由于熔点接近2000℃，Zr和Rh中任何一种也可单独作为金属使用。对于本发明，高熔点物质层材料达到蒸气压强1.3×10-3Pa(10-5Torr)的温度从薄膜可能部分升华的角度来看最令人关心，因为加热已使高熔点物质层性能退化。Pd在1000℃达到上述蒸气压强，而W，Ta，Re，Os和Nb达到上述压强的相应温度分别为2570℃，2410℃，2380℃，2330℃，和2120℃，因此，最好将这些物质中的任一种用于本发明的目的。特别是用W最好，因为其熔点为3380℃，高于其它金属的熔点。
可用于这些金属的CVD沉积的源气体包括NbF5，NbCl5，Nb(C5H5)(CO)4，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)2H3，WF5，W(CO)6，W(C5H5)2Cl2，W(C5H5)2H2和W(CH3)6。
采用高熔点物质层配置，可显著抑制表面传导电子发射装置的发射电流随时间的减小。
根据如上所述的实现本发明的第一到第三方式中任何一种制备的电子发射装置的电子发射性能将参考图7和图8A、8B进行描述。
图7是包括真空室的配置的原理框图，真空室可用作确定所考虑电子发射装置性能的测量系统。参考图7，测量系统包括真空室16和真空泵17。电子发射装置置于真空室16中。该装置包括衬底1，低电位端和高电位端装置电极2和3，低电位端和高电位端薄膜4和5，以及电子发射区7。虽然图7中未给出，装置却还包括电子散射面形成层，低逸出材料层和/或高熔点物层。另外，测量系统具有给装置加装置电压Vf的电源11，测量流过装置电极2和3间的薄膜4和5的装置电流If的安培计，用来捕获装置的电子发射区7发射电子所产生的发射电流Ie的阳极15，给测量系统阳极加电压的高压源13，和用来测量装置的电子发射区7发射电子所产生的发射电流Ie的另一个安培计。为确定电子发射装置的性能。可给阳极加1到10KV的电压，阳极距离电子发射装置的距离H在2到8mm之间。
包括真空规和测量系统所必须的其它部件的仪器装配在真空室16中以便在所需的大气环境下测试电子发射装置或电子源的性能。真空泵17可装有包括涡轮泵和转子泵的普通高真空系统和包括离子泵的超高真空系统。完整的真空室包括可用加热器(未给出)加热到250℃的电子源衬底。于是，该真空处理设备就可用于“形成”过程和后续的过程。参考数字18代表用来存储必要时要引入到真空室中的物质的物质源。它可以是一安瓿瓶或一气瓶。参考数字19代表用来调节给真空室提供物质的速度的阀门。
图8A给出说明由图7的测量系统观察到的装置电压Vf与发射电流Ie及装置电流If之间关系的曲线图。注意，参考到Ie的幅度远小于If，图8A中给Ie和If人为地选择了不同的单位。注意曲线图的纵轴和横轴都是线性坐标。
如图8A所示，根据本发明所述的电子发射装置就发射电流Ie而言有三个显著特点，下面对其进行描述。
(i)第一，当所加电压超过一定电平(下文称作阈电压，图8A中用Vth表示)时，根据本发明所述的电子发射装置的发射电流Ie有突然的剧烈的增加，但当所加电压低于阈值Vth时，发射电流Ie几乎检测不到。换句话说，根据本发明所述的电子发射装置是其有明显发射电流Ie的阈电压的非线性装置。
(ii)第二，由于发射电流Ie随装置电压Vf单调增加，前者可通过后者予以有效控制。
(iii)第三，阳极5捕获的发射电荷是施加装置电压Vf持续时间的函数。换句话说，阳极15捕获的电荷数量可通过加装置电压Vf的时间予以有效控制。
由于上述的显著特点，所以应该知道包括多个根据本发明所述的电子发射装置的电子源和装有这种电子源的成像设备的电子发射行为很容易通过响应输入信号被控制。于是，这种电子源和成像设备可以有多种用途。
另一方面，装置电流If或随装置电压Vf单调增加(如图8A所示，下文称该特性为“MI特性”)，或呈如图8B所示的电压控制负阻特性(下文称作“VCNR特性”)曲线变化。装置电流的这些特性依赖制造方法。
现在将描述一些本发明适用的电子发射装置用途的例子。
根据实现本发明的第四方式所述，通过在衬底上安装多个根据实现本发明的第一到第三方式所述的电子发射装置并将这样得到电子源和成像元件装在真空容器中，可获得电子源以及由之而来的成像设备。
电子发射装置可以许多不同的方式装配在衬底上。
例如，若干电子发射装置可呈沿某方向(下文称行方向)的平行的行排列，每个装置由导线在其相对端连接，并由沿垂直于行方向的方向(下文称列方向)排列在上述电子发射装置的空隙中(以构成梯形排列)的控制电极(下文称作栅极)驱动操作。或者，多个电子发射装置沿X方向的行和沿Y方向的列排布以构成一点阵，X方向和Y方向互相垂直，同一行的电子发射装置通过每个装置的其中一个电极与公用的X方向导线相连，而同一列的电子发射装置通过每个装置的另一个电极与公用的Y方向导线相连。后一种安排被称作简单点阵排列。现在将更详细描述简单点阵排列。
从上述本发明适用的表面传导电子发射装置的三个基本特性(i)到(iii)来看，通过控制施于装置相对电极、高于阈电压电平的脉冲电压的波形高度和波形宽度可对电子发射进行控制。另一方面，在阈电压电平以下装置几乎不发射任何电子。因而，不管在设备中装配多少个电子发射装置，都可选择所希望的表面传导电子发射装置并通过给每个所选择的装置加一脉冲电压对其响应输入信号的电子发射进行控制。
图9是通过装配多个本发明适用的电子发射装置实现的电子源的衬底平面示意图，这是为了利用上述特性。图9中，电子源包括衬底21，X方向导线22，Y方向导线23，表面传导电子发射装置24及连线25。
总共装有m根X方向导线22，由DX1，DX2…DXm表示，用通过真空蒸上、印刷、或溅射制得的导电金属制成。这些导线在材料、厚度和宽度上的设计要使必要时给表面传导电子发射装置提供大致相等的电压。总共装有n根Y方向导线23，由DY1，DY2，…DYn表示，其在材料、厚度和宽度上与X方向导线23相似。在m根X方向导线22和n根Y方向导线23间放置一层层间绝缘层(未给出)以使导线间彼此隔离(m和n都是整数)。
层间绝缘层(未给出)通常由SiO2制成，其用真空蒸上，印制、或溅射方法制作在绝缘衬底21的整个表面或具有一定图形的部分表面。例如，其可形成在有X方向导线22存在的衬底21的整个表面或部分表面。选择层间绝缘层的厚度、材料及制造方法要使其经得住在任一条X方向导线22和任一条Y方向导线23在交叉点观察到的它们之间的电位差。每根X方向导线22和每根Y方向导线都被引出，形成一外部端头。
每个表面传导电子发射装置24的相对排列的成对电极(未给出)通过相应的由导电金属制成的连接导线25与有关的X方向导线22和有关的Y方向导线23相连。
装置电极的导电材料和从导线22及23伸出的连接线25的材料可以相同或包含同一成分。或者，它们彼此不同。这些材料通常可从上面所列装置电极候选材料中适当选取。如果装置电极和连接导线由相同材料制成，其可以一起被称作装置电极而不用区域连接导线。
X方向导线22与给所选行的表面传导电子发射装置24施加扫描信号的扫描信号应用装置(未给出)电连接。另一方面，Y方向导线23与给所选列表面传导电子发射装置24施加调制信号并根据输入信号调节所选列的调节信号发生装置(未给出)。注意，每个表面传导电子发射装置所加的驱动信号表示为装置所加扫描信号和调节信号的电压差。
有了上述配置，就可利用简单阵列布线选择每个装置并使其单独工作。
现在，包括具有如上所述的简单点阵排列的电子源的成像设备将参考图10，11A，11B和12予以描述。图10是成像设备部分剖开的透视图，图11A和11B是说明可用于图10成像设备的荧光膜两种可能排列的示意图，而图12是对NTSC电视信号进行操作的图10成像设备的驱动电路的框图。
首先参考说明成像设备显示板基本配置的图10，其包括上面所述的带有多个电子发射装置的电子源衬底21，紧紧托住电子源衬底21的背板31，通过在玻璃衬底33和支撑架32内表面上放置荧光膜34和金属敷层35制备的面板36，背板31和面板36用熔结玻璃粘到支撑架32上。参考数字37代表外壳，其在大气或氮气中在400-500℃被烘烤10分钟以上，并且其是气密密封的。
图10中，参考数字24代表电子发射装置，参考数字22和23分别代表与每个电子发射装置的各个装置电极相连的X方向导线和Y方向导线。
虽然在上述实施例中外壳37由面板36、支撑架32和背板31构成，但是如果衬底21本身足够坚固，就可以省去背板31，因为背板31主要用来加固衬底21。如果情况是这样，就不需要单独的背板31，衬底21可直接与支撑架32相连，从而外壳37由面板36，支撑架32和衬底21构成。通过在面板36和背板31间装置配几个叫作定位架的支撑元件(未给出)可以增加外壳37的强度。
图11A和11B示意荧光膜两种可能排列。虽然如果用显示板显示黑白画面，荧光膜34(图10)就只包括单一荧光体，但要显示彩色画面却需要包括黑色传导元件38和荧光体39，其中根据荧光体的排列将前者叫作黑带或黑点阵元素。给彩色显示板装配黑带或黑点阵元素以便使三种不同原色的荧光体39更加不可分辨，并且通过将周围区域变黑来减弱所显示外来光图象对比度的减小所带来的副作用。虽然通常石墨作黑带的主要成分，但其它具有低透光性和反射率的导电材料也可选择使用。
沉积或印制技术可用于将荧光材料加在玻璃衬底上，不管是黑白显示还是彩色显示。一普通的金属敷层35装配在荧光膜34的内表面上。提供金属敷层35是为了使荧光体发出的、向外壳里边的光线返回到面板36，以增强显示板的亮度，将金属敷层用作给电子束施回加速电压的电极，并防止荧光体由于外壳内产生的负离子与之碰撞而损坏。金属敷层通过磨平荧光膜的内表面(在通常叫作“成膜”的操作中)并在形成荧光膜后用真空蒸上的方法在其上形成一层Al膜来制备。
可在朝着荧光膜外表面的面板36上形成一透过电极(未给出)以提高荧光膜的导电性。
如果涉及彩色显示，就应该在将所列外壳元件固定在一起之前，精确对准每套彩色荧光体和电子发射装置。
现在，如图10所示的制造一种成像设备的方法描述如下。
图13表示一个可用来根据本发明制造一种成像设备的真空处理系统的原理框图，在图13中，成像设备51通过排气管道52被接到真空系统的真空室53上。真空室53通过阈门54再接到真空泵55上。压强规56，一个四极质谱计57和其它仪器放在真空室53中来测量同压强和室内气体的分压强。由于难于直接测量成像设备51的外壳压强，制造操作的参数通过测量真空室53内压强和其它可测因素来控制。
气体供给线58被连到真空室53以便引进操作和控制室中大气所需的气体物质。气体供给线58另一端连物质源60，它可以是一个容纳供给真空室的物质的瓶或圆柱容器。供给速度控制设备59被放在气体控制线上以便控制源60的物质供给真空室的速度。更具体地讲，根据供给物质的类型不同，供给速度控制设备可以是一个能控制漏气速度的慢漏阈，或是一个供给物质流控制器。
在通过图13所示设备对外壳37内去气后，成像设备进行形成过程。该过程可通过连接Y方向导线23到公共电极61并把脉冲电压加到电子发射装置，它以图14所示的基于线到线相连方式连接到每个X方向导线22上来实现。所用的脉冲电压的波形，过程终止条件和其它涉及此过程的因素可根据上面描述的单一电子发射装置形成过程来适当选择在图13中，参考数字63代表一个为了测量通过电流所用的电阻，参考数字64代表测量电流的示波管。
在完成形成过程后，一个电子散射平面形成层将产生。
在产生电子散射平面形成层的过程中，引入根据在外壳内所形成的层的材料适当选择的源气体并将一个脉冲电压通过CVD用于每个电子发射装置。用于形成过程的布线也用于此过程。
如果在电子散射面形成层生成之后，再在低电位端导电薄膜上制备低逸出功材料层或高熔点物质层，就要引入一个合适的有利于该过程的源气体并施加如上所述的脉冲电压，注意，所用的脉冲电压的极性和上面所用的相反。
同时注意，形成过程的一部分直到产生低逸出功材料层和高熔点物质层的过程会在准备和外壳密封前完成。
外壳37依靠真空泵单元55，例如一个包括离子油散射单元和不用油的吸附泵，通过排气管52去气，它被加热到80-250℃，直到里面降到足够低的压强且里面的有机物质消除到满意为止，此时排气管被燃烧器加热到熔化并密封。然后，进行吸气过程以便在密封后保持外壳37内所达到的真空度。在吸气过程中，放在外壳37内预定位置的吸气剂紧接在外壳37密封前或后通过电阻加热器或高频加热器加热用蒸上法形成薄膜。吸气剂一般包含主要成份Ba并可通过所蒸上的沉积膜的吸收效应保持外壳37中的真空度。
现在，将描述一个驱动显示板的驱动电路，该显示板包含有显示NTSC电视信号的电视图像的简单点阵排列的电子源，如图12。在图12中，参考数字41代表显示板。另外，该电路包括扫描电路42，控制电路43，移位寄存器44，行存贮器45，同步信号分离电路46和调制信号产生器47。图11的Vx和Va代表直流电压源。
显示板41通过端点Dox1到Doxm，Doy1到Doym以及高电压末端Hr连到解电路，其中，端点Dox1到Doxm是设计用来接收基于一对一串行驱动设备电子源行(N个装置)的扫描信号的，该设备包括一些以M行和N列矩阵排列的表面传导型电子发射装置。
另一方面，端Doy1到Doym是设计用以接收控制一个扫描信号所选中的一个行的每个表面传导型电子发射装置的输出电子束的调制信号。高电压端Hv由一个直流电压电平通常是10Kv的直流电压流提供，其电压高得足够激发已选中的表面传导型电子发射装置的荧光体。它是为表面传导型电子发射装置所发射的电子束提供能量，使其足以激发成像设备荧光体的加速电压。
扫描电路42以如下方式操作。电路包含M个开关装置(其中只有装置S1和Sm在图13中专门指示出来)，其中每个或为直流电压源Vx的输出电压或为0[v](地电位)，连到显示板41的端点Dox1到Doxm中的一个上。开关装置S1到Sm中的每一个按控制电路43提供的控制信号操作，且可由组合开关装置如场效应晶体制成。该电路的直流电压源Vx是设计来输出恒定电压，使得任何用于没有被扫描的装置的驱动电压减小到根据表面传导电子发射装置性能而定的阈值电压(或电子发射阈值电压)以下。
控制电路43协调涉及各部分的操作，以便图像能按照外部送来的视频信号正确显示。它产生控制信号Tscan，Tsft和Tmry来响应从同步信号分离电路46送来的同步信号Tsync，该信号在下面讨论。
同步信号分离电路46将外部送来的NTSC电视信号中的同步信号成份和亮度信号成份分开，并容易用常见频率分离(滤波器)电路实现。尽管同步信号分离电路46从电路信号抽出的同步信号众所周知由垂直同步信号和水平同步信号组成，在这里为方便起见，它被简单地定义为Tsync信号，而不考虑它的成份。另一方面，从电视信号中抽出的亮度信号，被送到移位寄存器44，被定义为DATA信号。
移位寄存器44对角行实现DATA信号的串行/并行转换，该信号是根据控制电路43提供的控制信号按一时间顺序串行提供的。(换句话说，控制信号Tsft用作位寄存器44的移位时钟)正在进行串/并转换(并按照为N个电子发射装置的一组驱动数据)的图像中一行的数据被作为n个并行信号Id到Idn送出移位寄存器44。
行存贮器45是存一幅图象中一行数据的存贮器，数据为信号Id1到Idn，根据从控制电路43来的控制信号Tmry其被保留一段所需的时间。存贮的数据按Id’1到Id’n送出，并提供给调制信号产生器47。
所提到的调制信号产生器47实际上是一个信号源，准确地驱动和调制每个表面传导型电子末端Doy1到Doyn被提供给显示控制板41的表面传导型电子发射装置。
如上所述，本发明所用的电子发射装置，在发射电流Ie方面具有以下特征。首先，存在一个明显的阈值电压Vth且仅当所用电压超过Vth时装置才发射电子。其次在阈电平Vth以上发射电流Ie值随所加电压的变化而变化。进一步讲，当脉冲形电压用于本发明的电子发射装置时，若采用的电压保持在阈值以下，实际上没有发射电流产生，而一旦所用电压高于阈值时，就将发出一电子束。应该注意，输出电子束的强度可通过脉冲形电压的峰值Vth来控制。另外，电子束的总电量可由脉冲宽度Pw来控制。
这样，电压调节方法或脉冲宽度调节方法可用于根据一个输入信号调节电子发射装置。用电压调节，电压调节型电路用于调制信号产生器47以便脉冲形电压的峰值按输入数据调节而脉冲宽度保持恒定。
相反，用脉冲宽度调节时，脉冲宽度调节型电路用于调制信号产生器47，以便所用电压的脉冲宽度可根据数据调节，而所用电压的峰值保持恒定。虽然上面没有专门提到，移位寄存器44和线存贮器45可是数字型的也可是模拟型的，只要视频信号的串/并转换和存贮以给定速率进行即可。
如果使用数字型装置，需要将同步信号分离电路46的输出信号DATA数字化。然而，这种转换可在同步信号分离电路46的输出端放一个A/D转换器便很容易地实现。不用说也可知道，根据线存贮器45的输出信号是数字信号或是模拟信号，对调制信号产生器47要使用不同的电路。如果使用数字信号，一种已知类型的D/A转换电路可用于调制信号产生器47并可在需要时附加使用一个放大电路。在脉冲宽度调节中，调制信号产生器47可由一个包括高速振荡器，计所述振荡器产生的波形数量的计数器和比较计数器输出和存贮器输出的比较器在内的电路实现，如果需要，可增加一个放大器将具有已调节脉冲宽度的比较器输出信号的电压，放大到根据本发明所述表面传导型电子发射装置的驱动电压值。
相反，如果电压调节采用模拟信号，一个包含已知运算放大器的放大电路可运用于调制信号产生器47且在需要时可以增加一个电平移动电路。当采用脉宽调节时，可使用一个已知电压控制型振荡电路，并且如果需要，可使用一个附加放大器把电压放大到表面传导型电子发射装置的驱动电压。
对一个可应用本发明的有如上所述规格的成像设备来说，当通过外部端点Dox1到Doxm，Doy1到Doym，给其加电压时电子发射装置发射电子。然后，所产生的电子束通过将高电压端Hv的高电压加到金属敷层35或可透过电极(未示)被加速。加速后的电子最后打到荧光膜34上，在此发光产生图像。
上述成像设备的结构只是本发明应用的一个例子，还可以有各种变化。采用这种设备的电视信号系统不限于特定的一种，任何诸NTSC，PAL和SECAM的系统均可采用它。它还可用于包含更大扫描线数目的电视信号(典型地如象MUSE系统那样的高清晰度电视系统)。
现在，将描述包含在衬底按梯形排列了多个表面传导电子发射装置的电子源和包含这种电子源的成像设备，参见图15和16。
首先参见图15，它概略地给出有梯形排列的电子源，参考数字21代表电子源衬底，参考数字24代表在衬底上的一个表面传导电子发射装置，而注释数据22代表(X方向)连接表面传导电子发射装置24的导线DX1到DX10。电子发射装置24按行排在衬底21上，构成包含多个装置行的电子源，每行有多个装置。每装置行的表面传导电子发射装置在电路上由一对公共导线互相并行连接，这样它们可以通过在这对公共线上加适当的电压分别驱动。进一步讲，采用一个超过电子发射阈值的电压到要驱动的装置行来发射电子，而对其它装置行加一个低于阈值的电压。相反，排在两个相邻装置行的外部端点可共享同一条线。因此，例如公共线DX2到DX9中，DX2和DX3可共享一条公共线而不需两条。
图16是有梯形排列电子发射装置的电子源的成像设备显示板的概略透视图。在图16中，显示板包括栅极71，其每个提供一系列允许电子通过的孔72和一组外部端点73或Dox1，Dox2…，Doxm以及另一组外部端点74或G1，G2…Gn，分别接到栅极71和电子源衬底31。该成像设备与具有图10的简单点阵排列的成像设备不同，主要由于图16的设备在电子源衬底21和面板36之间有栅极71。
在图16中，条形栅极71相对于梯形设备行垂直排列，来调节从表面传导电子发射装置发出的电子束，每个栅极有通过孔72分别对应电子发射装置以允许电子束通过。但要注意，尽管条形栅极如图16所示，电极的形状和位置不限于此。例如，它们可以替代以网状孔且放置于表面传导电子发射装置周围或附近。
栅的外部端点73和外部端点74在电路上连在控制电路上(未示)。
有如上所示结构的成像设备可被用于电子束的辐射，这通过以将调节信号同时加到图像的一行所用栅极各行进行其与基于一行一行的电子发射装置驱动(扫描)操作同步以使图像可以按一行一行地显示。
因此，根据本发明且有如上所述结构的显示设备可以有广泛的工业和商品用途，因为它可作为电视传播的显示设备，电视电话会议的终端设备，静态图象和动画的编辑设备，计算机系统的终端，包括光感鼓的激光打印和其它许多用途。
[例]
现在，将通过例子说明本发明。
(例1-3，比较例1和例2)
图17A示意地表示了为这些例子准备的表面传导电子发射装置的结构。
参见图17A，所示的装置包括衬底1，装置的电极2和3，导电薄膜4和5，电子散射平面形成层6和电子发射区域7。
在这些例子每一个中，电子散射平面形成层是双层结构，在导电薄膜5上形成的第一层81和第二层82。
制造每个电子发射装置的过程参见图18A到18F的描述。
第A步
在使用中性清洗剂，纯水和有机溶剂仔细清洗钠钙玻璃衬底1后，Ti膜和Ni通过真空蒸上依次形成分别厚5nm和100nm。此后，采用光刻胶(Hz1370，从Hoechst公司获得)并烘烤以形成抗蚀层。这样，使用光掩膜，将其暴光并通过光化反应产生相距一段距离(间距长)G(为3μm)且长W(如图F1A)为300μm的一对装置电极2和3的图形。(图18A)
第B步
通过真空蒸上形成膜原为100Vm的Cr膜使用光刻胶(RD-2000N-41：可从日立化学公司获得)并烘烤，形成抗蚀层。此后，用光掩膜将其暴光，进行光化反应且在此形成与导电薄膜图形一致的开口。在通过湿刻蚀去除导电薄膜区域的Cr膜后，抗蚀层通过溶于丙酮被去除以产生Cr掩膜83。
第C步：
通过旋转涂器将Pd氨复合济液(CCP4230：可从Okuno制药公司买到)涂到Cr掩膜上，并且在大气中300℃下烘烤10分钟形成Pdo细颗粒薄膜。然后Cr掩膜83被湿刻蚀消除且Pdo细颗粒薄膜被凸出来获得具有所需轮廓的导电薄膜86。
第d步：
该装置放在图7所示的抽真空系统的真空室中，系统的真空室16抽真空到2.7×10-3Pa的压强。然后，脉冲电压加到装置电极2和3使电流流过导电薄膜并在此激发形成过程。
用于形成过程的脉冲电压是锯齿波电压，其峰值随时间逐渐增加如图6B所示。脉冲电压的脉宽为T1＝1msec，脉冲间隔为T2＝10msec，在激发形成过程中，在上述形成电压间隔中插入一个额外的0.1V的脉冲电压，来确定导电薄膜的阻抗，并且若阻抗超过1μΩ则激发形成过程结束。结果，在部分导电薄膜中形成构成电子发射区域的缝隙7，该薄膜随后分为薄膜4和薄膜5。(图18D)
第e步：
随后，电子散射面形成层的第二层82在导电薄膜5上用MOWD形成。然后，该装置在图7的真空室16中被加热到150℃。在此装置上加波峰值16V，脉宽T1＝1msec和脉冲间隔T2＝10msec的锯齿波电压。之后，La(C11H19O2)3作为从系统的物质源18得到的源气体通入真空室16在真空室中产生10-2Pa到几Pa的压强。
这个过程持续30分钟来产生由La构成的电子散射平面形成层的第二层82。此膜厚度为大约70mm(图18E)。
第f步：
此后，电子散射面形成层的第一层81被产生，
在除去上一步引入并保存在真空室中的La(CuH19O2)3之后，一个相同的脉冲电压加到装置上并且(CzH5)3B被引入真空室来产生由B构成的电子散射平面形成层的第一层(图18F)
注意在例1、2、3中，所制备装置的电子散射平面形成层的第一层通过对这一过程持续时间的适当选择形成的厚度分别为3nm，5nm和10nm。为了比较，遵照例1，2，3中上面直到第e步的各步并且在比较例子1的装置上实施一个普通的激活过程以及在第f步为比较例子2的装置形成一个厚为20nm的电子散射平面形成层的第一层。
每一个实施例装置随后通过用图7的测量系统驱动型来测试电子发射性能。脉冲电压按下面方式加到装置上，即装置电极2和3分别作为低和高电位端的装置电极(这样其上形成了电子散射平面形成层6的导电薄膜4和导电薄膜5分别作为低和高电位端的薄膜)。采用的脉冲电压的波形高度为16V。装置和阳极之间距离H为4mm，并且它们之间的电位差为1KV。下面表1给出在每个实施例装置上观测到的发射电流Ie，装置电流If和电子发射效率η。
在测量后，通过扫描电子显微镜观察每个装置发现例3装置的电子散射平面形成层有相对连续的层结构而例1装置的有不连续的层结构。
在每个例1到例3装置中，发现电子散射平面形成层6从电子发射区域7扩展了大约L＝50μm的距离。
                           表1
    装置 第一个薄膜厚度(nm)   Ie(μA)   If(mA)   η(％)
例1 3 7.0 2.8 0.25
    例2   5   6.6   3.0   0.22
    例3 10 3.1 3.1 0.10
对比例1   0   1.2   2.5   0.048
对比例2   20   1.2   3.0   0.04
(例4到6)
图17C概略地表示了为这些例子准备的表面传导电子发射装置的结构。在每个例子中，第a步到第d步，或直到激发形成过程的那步同例1。然后进行下面的步骤。
第e步：
一对La薄膜82和83分别在导电薄膜4和5上由MOCVD形成。
然后，该装置在图7的真空室16中被加热到150℃。在此装置上加与图6C所示极性相反波形高度为16V，脉宽T1＝1msec且脉冲间隔T2＝10msec的锯齿波电压。之后，La(C11H19O2)3作为从系统物质源18来的源气体通入真空室16以通过控制阈19在真空室中产生10-2Pa到几Pa的压强。
这个过程持续30分钟，在导电薄膜4和5上分别产生La薄膜。膜厚度为大约40nm
第f步：
然后，在导电薄膜之一或导电薄膜5上，产生包含B的电子散射面形成层的第一层81，如同例一中的第f步。
注意在例4到例6中，通过对这个过程持续时间的适当选择所制备装置的B层形成的厚度分别为3nm，5nm和10nm。
如同在例1到例3的情况，每个实施例装置随后通过图7的测量系统驱动它，以测量其电子发射性能。脉冲电压按装置电极2和3分别作为低和高电位端的装置电极的方式加到装置上。(这样，在上面形成La薄膜82的第二层和第一B层81构成的电子散射平面形成层6的导电薄膜，分别作为低和高电位端的导电薄膜)。
在上面的每个装置中，La薄膜83作为低功逸出功能材料层。下面的表2表明了测试中观察的这些例子的每个实施例装置的性能。在测量后，通过扫描电子显微镜(SEM)观察每个装置，来发现电子散射平面形成层6从电子发射区域7扩展了大约L＝50nm(图17C)的距离。
                           表2
装置     第一薄膜厚度(nm)   Ie(μA)   If(mA)     η(％)
    例4     3   7.4     3.1     0.24
    例5     5   7.4     3.2     0.23
    例6     10   3.3     3.0     0.11
(例7到例12)
这些例子准备的每个装置中，电子散射平面形成层6的第一层81和第二层82分别由Si和La制成。此外，遵循例1到例6的制造步骤。SiH4用作Si的源气体。
(例13到例24)
例13到例18准备的每个装置中，电子散射平面形成层6的第一层81和第二层82分别由B和Sc制成。此外，遵循例1到例6的制造步骤，类似，例19到24准备的每个装置中，电子散射平面形成层6的第一层81和第二层82分别由Si和Sc制成。此外，遵循例1到例6的制造步骤。Sc(C11H19O2)3用作Sc的源气体。
(例25到48)
例25到30准备的每个装置中，电子散射平面形成层6的第一层81和第二层82分别由B和Sr制成。此外，遵循例1到例6的制造步骤。Sr(C11H19O2)3用作Sr的源气体。
类似，为例31到36准备的每个装置，电子散射平面形成层6的第一层81和第二层82分别由Si和Sr制成。SiH4用作Si的源气体。
同样，例37到42准备的每个装置中，电子散射平面形成层6的第一层81和第二层82分别由B和Ba制成。Ba(C11H19O2)3 -用作Ba的源气体。
同样，例43到48准备的每个装置中，电子散射平面形成层6的第一层81和第二层82分别由Si和Ba制成，SiH4用作Si的源气体而Ba(C11H19O2)3用作Ba的源气体。
每个实施例装置随后通过图7的测量系统驱动它，以测量其电子发射性能，按照例1到例3的条件。脉冲电压按装置电极2和3分别作为低和高电位端的装置电极的方式加到装置上。(这样，导电薄膜4和其上形成电子散射平面形成层6的导电薄膜5分别作为低和高电位端的导电薄膜)。下面的表3表明了测试中观察的这些例子的每个实施例装置的性能。
在表3中，“类型1”代表在高电位端有电子散射平面形成层且在低电位端无低逸出功材料的装置(图17A)，而“类型2”代表在高电位端有电子散射平面形成层且在低电位端有低逸出功材料的装置(图17C)。
在测量之后，通过扫描电子显微镜(SEM)观察每个装置，发现电子散射平面形成层6从电子发射区域7扩展了大约L＝50nm。
装置例子 类型 第一层材料 第一层厚度(nm) 第二层材料 Ie(μA) If(mA) η(％)
  789101112131415161718192021222324252627   111222111222111222111   SiSiSiSiSiSiBBBBBBSiSiSiSiSiSiBBB   3510351035103510351035103510   LaLaLaLaLaLaScScScScScScScScScScScScSrSrSr   5.14.82.96.05.13.25.44.62.85.14.52.83.53.53.03.72.92.46.85.92.8   2.72.82.93.03.03.22.72.72.83.03.03.12.72.72.82.72.72.82.72.72.8   0.190.170.100.200.170.100.200.170.100.170.150.090.130.130.110.140.120.0850.250.220.10
    282930313233343536373839404142434445464748     222111222111222111222     BBBSiSiSiSiSiSiBBBBBBSiSiSiSiSiSi     3510351035103510351035103510     SrSrSrSrSrSrSrSrSrBaBaBaBaBaBaBaBaBaBaBaBa   7.85.93.05.13.92.55.24.32.87.87.03.19.07.43.36.45.13.06.55.23.1   2.92.82.82.72.62.72.92.52.72.92.83.23.23.13.22.92.73.03.12.93.1   0.270.220.110.190.150.0930.180.170.100.270.250.0970.280.240.100.220.190.100.210.180.10
                        表3(例49到51，对比例3到例5)
图17B概括地表示了为这些例子准备的表面传导电子发射装置的结构。在为这些例子准备的每个实施例装置中，电子散射平面形成层6有单层结构。
这些例子的表面传导电子发射装置按以下方法准备。
对为这些例子准备的每个装置，遵循例1的第a步到第c步。随后各步参考图20D到20F中描述。
第d步
B的薄膜85a由高频溅射到位于装置电极3的导电薄膜86一部分来形成。所形成的膜厚度为3nm。在这步中，装置覆盖以金属掩膜，来使B薄膜85的外边界到分离装置电极的间隙的中心的距离L’基于所需值(图20D)(其实际等于要制备的电子散射面形成层的长度L)。
第e步：
该装置如图7中所示置于抽真空系统的真空室中并经过与例1第d步相同的处理来产生电子发射区域7。(图20E)
第f步
如同例1的第e步，另一个B薄膜85b在电子发射区域7和B薄膜85A之间沉积形成。在结束这步前，在该装置上加10分钟脉冲电压。10分钟的时间是为了在电子发射区域和第d步形成的B薄膜85a之间沉积3～5nm厚的B而预先设定的时间。虽然附加的B可能已经沉积在第d步形成的B薄膜85a那部分上，薄膜85a上的B的总厚度却在任何地方都不超过6nm。
由以上步骤，有设计长度为L的电子散射平面形成层6就产生了。注意这些例子的装置在长度L上彼此不同。
同时注意步骤d省略了，且电子散射平面形成层6只通过用于对比例3的装置的第f步产生。
每个实施例装置随后通过图7的测量系统驱动它，测量其电子发射性能。装置到阳极的距离为H＝4mm而阳极相对装置的电位为Va＝1KV加到装置的脉冲电压为高度16V，脉宽T＝10msec且脉冲间隔为T2＝16.7msec的方波。脉冲电压按装置电极2和3分别作为低和高电势侧的装置电极的方式加到装置上。(这样，其上有电子散射平面形成层的导电薄膜5就成为高电位端导电薄膜。
下面的表4说明了测试中观察的这些例子的每个实施例装置的性能。
    装置     L(μm)    Ie(μA)     If(mA)     η(％)
对比例3     2    0.25     0.25     0.10
对比例4     7    0.30     0.25     0.12
对比例5     12    0.38     0.25     0.15
例49     22    0.50     0.25     0.20
    例50     32    0.55     0.25     0.22
    例51     42    0.58     0.25     0.23
                        表4
在测量后，通过扫描电子显微镜(SEM)观察每个装置，以了解电子散射平面形成层6的长度L。对每个装置，公式(1)的右边约为20μm的对比例3到5相比在电子发射效率上有明显提高
[例52]
图19概略地表示了为该例准备的表面传导电子发射装置的剖面图。
该例的表面传导电子发射装置由以下步骤准备—按例1中的a-f然后进行下述第g步。
第g步
真空室16再次抽真空然后引入W(CO)6，控制局部压强达到1.3×10-1Pa。随后，在该装置上加例1第f步采用的但极性相反的脉冲电压5分钟，使W在导电薄膜4的电子发射区域7附近沉积，产生高熔点物质层84。
然后，用测量例1系统的方法测量该装置的电子发射性能。
脉冲电压按装置电压2和3分别作为低和高电位端的装置电极的方式加到该装置上。(这样，其上已形成电子散射平面形成层6的导电薄膜5成高电位端导电薄膜。
本例的装置表明Ie＝6.2μA，If＝2.5mA，且η＝0.25％。该装置的Ie值比例1中装置的稍小，而两个装置的电子发射效率几乎相同。
因此，驱动本例和例1的装置来发射电子且观察各自装置的发射电流检测以检查其随时间的变化。结果发现，本装置发射电流比例1装置的随时间下降的少。
可以认为，本例装置的低电位端的导电薄膜2由于存在高熔点物质，在电子发射区域附近不容易由于Joule焦耳热和其它原因而畸变。
在测量后，通过扫描电子显微镜(SEM)观察每个装置，发现电子散射平面层6从电子发射区域7扩展了大约L＝5nm(图19)的距离。
(例53)
在本例中，通过安置许多如同前面例子中形成的电子发射装置以及它们用导线阵列相连来准备一个电子源。电子源在沿X方向每行包括300个装置，在沿Y方向的每列包括100个装置。
图21是放大的该例电子源部分平面示意图。图22是沿图21中线21-22的电子源的局部剖视图。
在这些图中，参考数字1代表衬底而参考数字22和23分别代表X方向连线(低线)和Y方向连线(高线)，而参考数字2和3代表装置电极且参考数字86代表由图案形成操作准备的导电薄膜。为简单起见，低电位端的导电薄膜，高电位端的导电薄膜，电子发射区域和电子散射形成层一同表示。参考数字87代表层间绝缘层而注释数字88代表电连接装置电极3和低线22的连接孔，
现在，以电子发射装置描述制造成像设备的方法，见图23A到23H。注意以下制造步骤。即第A到第H步，分别对应图23A到23H。
第A步：
在仔细清洗了钠钙玻璃板后，通过溅射在其上形成0.5μm厚的氧化硅薄膜制成衬底1，其上依次加上厚度分别为5nm和600nm的Cr和Au，然后通过旋转在上面涂上光刻胶(Az1370：从Hoechst公司获得)边旋转膜边烘烤。此后，将光掩腌图象暴光并进行光化反应产生X方向导线(低线)的抗蚀图形然后沉积的Au/Cr膜被蚀刻最后产生有所需形成的X方向导线(低线)
第B步
通过RF溅射，形成1.0μ厚的氧化硅薄膜作为层间绝缘层。
第C步
为了在第B步沉积的氧化硅薄膜上产生连接孔88，准备光刻胶图形，连孔88通过作用掩膜用光刻胶图形对层间绝缘层87进行湿刻蚀在该氧化硅薄膜上实际形成。刻蚀操作应用的是，采用CF4和H2气体的反应离子刻蚀(RIE)技术。
第D步
此后，为一对装置电极2和3以及分离这些电极的均G而形成光刻胶图形(RD-2000N-41，从日立化学公司获得)然后通过真空蒸上依次沉积厚度分别为5nm和100nm的Ti和Ni。光刻胶图形在有机溶剂中溶解，Ni/Ti沉积薄膜用除去(liftoff)技术处理，产生一对宽W1＝300μm且相互间距为3μm的装置电极2和3。
第E步：
在除连接孔88以外的所有区域准备光刻胶图形，然后通过真空蒸上依次沉积厚度分别为5nm和100nm的Ti和Au。通过除去技术去除无用区域掩埋连接孔。
第F步：
在形成Y方向导线(上线)的光刻胶图形后，通过真空蒸上依次沉积厚度分别为5nm和100nm为Ti和Au，然后用除去(liftoff)技术去除无用区域实际产生有所需形状的Y方向导线(上线)23，
第G步：
然后，通过真空蒸上形成膜厚为30nm的Cr膜，并经处理后显示出具有与导电薄膜86形状相符的开孔的图形。把Pd氨混合物(CCP4230)溶液旋转涂到Cr膜上在300℃下烘烤12分钟产生Pdo微细颗粒构成的膜厚为70nm的导电薄膜90。
第H步
用湿刻的方法除去Cr膜90以及Pdo细微颗粒的导电薄膜的任何无用部分，用刻蚀剂产生具有所需形状的导电薄膜86。导电薄膜具有平均Rs＝4×104Ω/□的电阻。
第I步
该步和以后各步参见图10到11A
在将电子源衬底21固定在背板31上后，面板36(带有发光膜34和在玻璃衬底同表面33有金属敷层35)安排在衬底21上面5mm处，且在二者之间有支架32，随后将烧结玻璃用到面板36的接触部位、支架32以后面板31并在大气中400℃下烘烤10分钟将容器密封。衬底21也通过烧结玻璃固定在背板上。
如果设备用于显示黑白图像，荧光膜34仅由荧光体构成，表示在图11A的本例的发光膜34，是通过在第一位置形成黑条38并在间隙中填入原色的条形发光成份39来准备的。粘合技术收发光物质粘到玻璃衬底33上。
在发光膜34内表面放置金属敷层35。在准备好荧光膜后，通过在发光膜内表面进行平操作(通常叫做“成膜”)并在此后通过真空蒸上在其上形成铝膜来制备金属敷层35。
虽然可在面板36的发光膜34外表面放置透过电极以便增强它的导电性时，它却不用于本例，因为只用金属敷层荧光膜就显示出足够的导电性。
对以上粘接操作，元件是仔细排列的以保证在彩色荧光元件和电子发射装置之间准确的位置对应。
第J步：
然后将成像设备放进图B所示的真空处理系统，并且将真空室抽真空使内部压强降到2.6×10-3Pa。图24表示本例中用于形成操作的布线图。参见图24，将脉冲产生器91产生的一个脉冲加到由线选择器选择的X方向导线22之一上。脉冲产生器和线选择器均由控制单元93控制操作。电子源93的Y方向导线23连到一起并接地。图24中的粗实线代表控制线，而细实线代表许多导线。所用脉冲电压为按图6B增加波形高度的锯齿波脉冲。如同例1的情况，在锯齿波脉冲间隔处插入波开高度为0.1V的方波脉冲电压，以测量每个装置行的阻抗，并且当每个装置行阻抗超过3.3KΩ(或装置阻抗超过1MΩ)时，中止形成过程，然后，通过线选择器将加电压的线切换为另一线。在形成操作结束时，所有线的脉冲高度为大约7.0V。
第K步：
将La(C11H19O2)3引入真空室直到内部压强达到1.3×10-1Pa，与第J步相同的布线同样应用于将脉冲电压加到每个电子发射装置。由脉冲产生器产生的脉冲波形是具有18脉冲波形高度，100μsec脉宽以及167μsec脉间隔的方波。换句话说，用于X方向导线且有T1＝100μsec的脉宽以及T2＝16.7msec脉冲间隔(或按频率算为60Hz)的脉冲电压每167μsec由线选择器顺序按一线接一线方式切换。脉冲产生器和线选择器在控制单元控制下被驱动来同步操作。
作为这步骤的结果，通过沉积在高电位端导电薄膜上产生电子散射面形成层的第二个La层。
第L步
一旦外壳抽真空后，(C2H5)3B被引入外壳并且把第K步所用的那样脉冲电压加到每个装置上产生电子散射面形成层的第一B层。
外壳再次抽真空使内部压强降到大约10-5Pa，同时加热整个板到80℃，用气体燃烧器将排气管(未示)加热熔化然后将外壳密封。最后，放在外壳中的消气剂(未示)用高频加热方式加热实现消气过程。
在上述步骤后产生的成像设备然后被驱动工作，它通过把从信号发生器(未示)来的扫描信号和调制信号经外端点DX1到DXm和DY1到DYn加到电子发射装置上，使得14V电压加到选中的装置上，其随后发射电子通过把大于5KV的高电压由高电压端点Hv加到金属敷层35上使发射的电子束加速打到荧光膜34上，该膜随即被激发并发光来显示图像。
然后，成像设备被拆开，将装置取出并通过扫描电子显微镜观察发现，在每个装置中，电子散射平面形成层的第一层(B薄膜)厚度在5-10nm之间且扩展了大约10-20μm的距离。
图25是利用根据本发明的方法和例11中配备的显示板实现的，并配备用来提供从包括电视发射和其它图像源的各种信息源来的视频信息的显示设备的框图。
在图25中，表示了有：显示板101，显示板驱动器102，显示板控制器103，多路复用器104，解码器105，输入/输出接口电路106，CPU107，图像产生器108，图像输入存贮接口电路109，110和111，图像输入接口电路112，电视信号接收器113，114和输入单元115(如果显示装置用来接收由视频和音频组成的电视信号，则需要电路扬声器，和其它装置，用来与图中所示的电路一同接收，分离，恢复，处理和存贮音频信号，然而，这些电路和装置在这里考虑到本发明的范围被省略了)。
现在在图像信号的流程之后，将描述本设备的元件。
首先，电视信号接收器114是一个电路，用来接收通过无线发射系统用电磁波发射的，或通过空间光电信网发射的电视图像信号。所使用的电视信号系统并不局限于特定的一个，且任何系统如NTSC，PAL或SECAM均可同它一同使用。它尤其适合于包括较大数目扫描行(典型的如高清晰度的电视系统，如MUSE系统)的电视信号，因为它能够用于包括大数目象素的大显示板101，由电视信号接收器114接收的电视信号被送到解码器105。
电视信号接收器113是个电路，其用来接收通过有线发射系统，利用海底电缆成光纤发射的电视图像信号。和电视信号接收器114一样，使用的电视信号系统并不局限于特定的一个。且由电路接收的电视信号被送到解码器105。
图像输入接口电路112是个电路。其用来接收从图像输入装置诸如电视摄像机或图像获取扫描器发送的图像信号。它也将接收的图像信号发送到解码器105。
图像输入存贮接口电路111是个电路，其用来检索存贮在视频磁带记录仪(以后指作VTR)中的图像信号，且检索到的图像信号也发送到解码器105。
图像输入存贮接口电路110是个电路，其用来检索存贮在视频盘中的图像信号，且检索的图像信号也发送到解码器105。
图像输入存贮接口电路109是个电路，其用来检索存贮在用于存贮静止图像数据如被叫作静止盘的装置中的图像信号，且该检索的图像信号也送到解码器105。
输入/输出接口电路106是个电路，其用来连接显示设备和外部输出信号源，如计算机，计算机网络和打印机。它对图像数据和字符和图形数据执行输入、输出操作，如果合适，也对控制信号以及显示设备的CPU107和外部输出信号源之间的数字信号执行操作。
图形产生电路108是个电路，其根据通过输入/输出接口电路106，从外部输出信号源输入的图像数据及字符和图形数据，或从CPU107来的数据，产生将显示在显示屏上的图像数据。该电路包括可重写存贮器，用于存贮图像数据和字符、图形数据，只读存贮器，用于存贮对应于给定字符码的图像模式；处理器，用于处理图像数据；和其它对屏幕图像产生所必要的电路元件。
由图像产生电路108产生的用于显示的图像信号被送到解码器105，如果合适，它们也通过输入/输出接口电路106送到外部电路，如计算机网络或打印机。
CPU107控制显示设备并执行产生、选择和发射将显示在显示屏上的图像的操作。
例如，CPU107发射控制信号到多路复用器104，并适当地选择或组合用于显示在显示屏上的图像的信号。同时，它为显示板控制器103产生控制信号，并根据图像显示频率，扫描方法(如隔行扫描或非隔行扫描)，每帧扫描行的数目等等，控制显示设备的操作。
CPU107也直接发射图像数据和字符、图形数据到图像产生电路108，并通过输入/输出接口电路106访问外部计算机和存贮器，以获得外部图像数据和图形、字符数据，CPU107还可设计来像个人计算机或字处理器CPU一样参与包括产生和处理数据的操作的显示设备的其它操作，CPU107也还通过输入/输出接口电路106连接到外部计算机网络上，以此共同执行计算和其它操作。
输入单元115用于将操作员给它的指令，程序，和数据发送到CPU107。事实上，它可以从各种输入装置，如键盘，鼠标，控制杆，条形码阅读机和声音识别装置，和其中的任何组合中加以选择。
解码器105是个电路，其用来将由所述电路108到114输入的各种图像信号转换成三原色信号，亮度信号和I和Q信号，更可取的是，解码器105包括如图25中点线表示的图像存贮器，用来处理诸如要求图像存贮器作信号转换的MUSE系统中的电视信号。图像存贮器的补充方便了静止图像的显示，以及由解码器105与图像产生电路108和CPU107共同选择执行的诸如细化，插入，扩大，减少，合成和发射帧的操作。
多路复用器104用来根据由CPU107给出的控制信号，适当地选择显示在显示屏上的图像。换句话说，多路复用器104选择从解码器105来的确定的已转换图像信号，且将其发射到驱动电路102。它也能将显示屏划分成多个帧，来通过在显示单个帧的时间间隔内将一组图像信号切换到不同组的图像信号，来同时显示不同的图像。
显示板控制器103是个电路，其用来根据从CPU107发射的控制信号，控制驱动电路102的操作。
此外，它发射信号到驱动电路102，以控制驱动显示板的电源(未示出)的操作顺序，以定义显示板的基本操作，它还发射信号到驱动电路102，来控制图像显示频率和扫描方法(如隔行扫描或非隔行扫描)，以定义驱动显示板的模式。
如果适用显示板控制器103发射控制信号以从驱动电路102图像的亮度，对比度，色调和/或清晰度方面控制要显示的图像质量。
驱动电路102是个电路，其用来产生作用到显示板101的驱动信号。其根据从所述多路复用器104来的图像信号和从显示板控制器103来的控制信号进行操作。
根据本发明且具有上面所述和图25表示的结构的显示设备，在显示板101上显示各种从不同图像数据源给出的各种图像。更具体地，图像信号如电视图像信号，由解码器105转换回去，然后在发送到驱动的电路102之前由多路复用器104选择。另一方面，显示控制器103根据要显示在显示板101上的图像的图像信号产生控制信号，来控制驱动电路102的操作。驱动电路102然后根据图像信号和控制信号将驱动信号加到显示板101。这样，图像被显示在显示板101上，所有上述操作由CPU107以协调的方式控制。
上述显示设备不仅能从给它的许多图像中选择和显示特定图像，还能在装入解码器105的图像存贮器、图像产生电路108和CPU107参与时执行各种图像处理操作，包括用于对图像放大降低，旋转，加重边界，细化，插入，改变图像颜色和宽高比；和编辑操作，包括合成，擦除，连接，替换。虽然未根据上述实施例进行描述，有可能提供给它以专用于音频信号处理和发射操作的另外电路。
这样，根据本发明且具有如上所述结构的显示设备能具有较广泛的工业和商业应用，因为它能用作电视广播的显示设备，电视电话会议的终端设备，静止和移动画面的发射设备，计算机系统的终端设备，诸如字处理器的OA设备，游戏机以及许多其它方面。
无需说明，图25仅给出了显示设备的可能结构的例子，该设备包括一个提供有通过装备许多表面传导电子发射装置而配备的电子源的显示板，且本发明并不局限于此，例如，对于特定应用，不必要的图25中的一些电路元件可以省略，相反，根据应用，可以装备另外的元件。例如，如果根据本发明的显示设备用作电视电话，它可适当地制作为包含另外的元件，如电视摄像机，麦克风，发光设备和包括调制器的发射/接收电路。
如上详细描述，通过在表面传导电子发射装置的高电位端导电薄膜上装备对入射电子进行弹性散射、长度L由公式(1)确定(深度不超过10nm)的电子散射面。该设备的电子发射效率可大大改善，另外，通过在接近电子发射区域，低电位端导电薄膜上配备一个低逸出功物质层，该设备的发射电流可以提高，或者通过配备一个高熔点物质层，发射电流的降低可以被抑制。

Claims (29)

1、电子束设备，包括：电子发射装置、阳极、给所述电子发射装置施加电压Vf的装置和给所述阳极施加另一电压Va的装置，其中，
所述电子发射装置具有分布在低电位端电极和高电位端电极之间的电子发射区，位于电子发射区和高/低电位端电极之间的高/低电位端导电薄膜，在位于所述高电位端电极一侧的所述电子发射装置的除所述电子发射区之外的表面上还具有电子散射面形成层，所述电子散射面形成层在所述电子发射装置的表面和所述电子散射面形成层之间的界面处引起电子的弹性散射，从而与没有电子散射面形成层的情况相比，增加了发射电流。
2、权利要求1的电子束设备，其特征在于：所述电子散射面形成层是具有厚度不大于10nm的半导体材料的薄膜。
3、权利要求1的电子束设备，其特征在于：所述半导体材料包含Si或B。
4、电子束设备，包括：电子发射装置、阳极、给所述电子发射装置施加电压Vf的装置和给所述阳极施加另一电压Va的装置，其中，
所述电子发射装置具有分布在低电位端电极和高电位端电极之间的电子发射区，位于电子发射区和高/低电位端电极之间的高/低电位端导电薄膜，在位于所述高电位端电极一侧的所述电子发射装置的除所述电子发射区之外的表面上还具有由不同材料构成的两个电子散射面形成层，所述两个电子散射面形成层在该两个所述电子散射面形成层之间的界面处引起电子的弹性散射，从而与没有电子散射面形成层的情况相比，增加了发射电流。
5、权利要求1的电子束设备，其特征在于：所述两个电子散射面形成层是由具有厚度不大于10nm的半导体材料的薄膜构成的第1层和位于所述电子发射装置表面上由不同于该半导体材料的材料构成的第2层。
6、权利要求5的电子束设备，其特征在于：所述不同材料的主要成分包含周期表2a或3a族中的元素。
7、权利要求5的电子束设备，其特征在于：所述半导体材料包含Si或B，所述不同材料包含Sr、Ba、Sc和La中的至少一种。
8、权利要求1-7中任一项的电子束设备，其特征在于：
所述电子发射装置和所述阳极分开一段距离H，所述电子散射面形成层从所述电子发射区向所述高电位端电极延伸长度L，该距离H和长度L满足下面的公式(1)： L ≥ 1 π Vf Va H - - - - ( 1 )
9、权利要求1-8中任一项的电子束设备，其特征在于：所述电子发射装置在所述低电位端导电膜上、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。
10、权利要求1-8中任一项的电子束设备，其特征在于：所述电子发射装置在所述低电位端导电膜上、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。
11、权利要求10的电子束设备，其特征在于：所述高熔点材料包含Nb、Mo、Ru、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Zr和Rh中的至少一种。
12、权利要求1-11中任一项的电子束设备，其特征在于：在衬底上分布有多个电子发射装置。
13、权利要求12的电子束设备，其特征在于：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。
14、权利要求12的电子束设备，其特征在于：所述多个电子发射装置以梯状方式排列。
15、权利要求1-14中任一项的电子束设备，其特征在于：还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。
16、电子束设备的驱动方法，所述电子束设备包括电子发射装置和阳极，所述电子发射装置具有分布在低电位端电极和高电位端电极之间的电子发射区，位于电子发射区和高/低电位端电极之间的高/低电位端导电薄膜，还具有从所述电子发射区向所述高电位端电极延伸长度L的电子散射面形成层，其中所述电子散射面形成层在所述电子发射装置的表面和所述电子散射面形成层之间的界面处引起电子的弹性散射，从而与没有所述电子散射面形成层的情况相比，增加了发射电流，所述阳极和所述电子发射装置分开一段距离H，其中，
驱动电子束设备时使施加于所述电子发射装置的电压Vf(V)和施加于所述阳极的电压Va(V)满足下面的公式(1)所表达的关系： L ≥ 1 π Vf Va H - - - - ( 1 )
17、权利要求16的电子束设备的驱动方法，其特征在于：电子散射面形成层是具有厚度不大于10nm的半导体材料的薄膜。
18、权利要求17的电子束设备的驱动方法，其特征在于：所述半导体材料包含Si或B。
19、电子束设备的驱动方法，所述电子束设备包括电子发射装置和阳极，所述电子发射装置具有分布在低电位端电极和高电位端电极之间的电子发射区，位于电子发射区和高/低电位端电极之间的高/低电位端导电薄膜，还具有从所述电子发射区向所述高电位端电极延伸长度L的由不同材料构成的两个电子散射面形成层，其中所述两个电子散射面形成层在该两个电子散射面形成层之间的界面处引起电子的弹性散射，从而与没有所述电子散射面形成层的情况相比，增加了发射电流，所述阳极和所述电子发射装置分开一段距离H，其中，
驱动电子束设备时使施加于所述电子发射装置的电压Vf和施加于所述阳极的电压Va满足下面的公式(1)所表达的关系： L ≥ 1 π Vf Va H - - - - ( 1 )
20、权利要求19的电子束设备的驱动方法，其特征在于：所述两个电子散射面形成层是包含半导体材料且厚度不大于10nm的的第1层和由不同于该半导体材料的材料薄膜构成的第2层。
21、权利要求20的电子束设备的驱动方法，其特征在于：所述不同材料的主要成分包含周期表2a或3a族中的元素。
22、权利要求20的电子束设备的驱动方法，其特征在于：所述半导体材料包含Si或B，所述不同材料包含Sr、Ba、Sc和La中的至少一种。
23、权利要求16-22中任一项的电子束设备的驱动方法，其特征在于：所述电子发射装置在所述低电位端导电膜上、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。
24、权利要求16-22中任一项的电子束设备的驱动方法，其特征在于：所述电子发射装置在所述低电位端导电膜上、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。
25、权利要求24的电子束设备的驱动方法，其特征在于：所述高熔点材料包含Nb、Mo、Ru、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Zr和Rh中的至少一种。
26、权利要求16-25中任一项的电子束设备的驱动方法，其特征在于：在衬底上分布有多个电子发射装置。
27、权利要求26的电子束设备的驱动方法，其特征在于：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。
28、权利要求27的电子束设备的驱动方法，其特征在于：所述多个电子发射装置以梯状方式排列。
29、权利要求14-28中任一项的电子束设备的驱动方法，其特征在于：还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。
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