制造电子发射设备的方法、制造电子源和图像显示设备的方法转让专利
申请号 : CN200510078159.6
文献号 : CN1722345B
文献日 : 2010-05-05
发明人 : 武田俊彦 , 糠信恒树 , 森口拓人
申请人 : 佳能株式会社
摘要 :
一种制造电子发射设备的前体的方法，包括制备电子发射部件的步骤以及交替地将电子发射部件暴露于含氧气体和含金属气体的步骤。
权利要求 :
1.一种用于制造电子发射设备的前体的方法，包括下列步骤：制备电子发射部件；以及
交替地将电子发射部件暴露于含氧气体和含金属气体中，从而所述含金属气体中包含的金属的膜或所述含金属气体中包含的金属化合物的膜被形成在所述电子发射部件的表面上，其中，所述含氧气体包括O2、H2O、或O3，所述含金属气体包括含有机金属的气体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，电子发射部件包含碳。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，电子发射部件包括碳素纤维。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，含氧气体具有在1×10-4到1×104Pa范围内的分压。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，包含金属的气体具有在1到1000Pa范围内的分压。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，含金属气体包含从包括铪、钛和锆的组中选择的金属。
7.一种用于制造电子发射设备的前体的方法，包括下列步骤：制备第一导电膜和第二导电膜；以及
交替地将第一导电膜和第二导电膜中至少之一暴露于含氧气体和含金属气体中，从而所述含金属气体中包含的金属的膜或所述含金属气体中包含的金属化合物的膜被形成在所述第一导电膜和第二导电膜中至少之一的表面上，其中，所述含氧气体包括O2、H2O、或O3，所述含金属气体包括含有机金属的气体。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，制备第一导电膜和第二导电膜的步骤包括下列子步骤：在衬底上形成导电膜；
向导电膜施加电流以在该导电膜中形成间隙；以及在包含含碳气体的气氛中向具有该间隙的导电膜施加电流，其中，第一和第二导电膜是由该间隙分开的导电膜的子部分。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，含氧气体具有在1×10-4到1×104Pa范围内的分压。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，包含金属的气体具有在1到1000Pa范围内的分压。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，含金属气体包含从包括铪、钛和锆的组中选择的金属。
12.一种制造包括多个电子发射设备的电子源的方法，该方法包括生产电子发射设备的前体的步骤，每一个电子发射设备的前体都是根据如权利要求1所述的方法生产的。
13.一种制造包括电子源和发光部件的图像显示设备的方法，该方法包括通过根据权利要求12所述的方法生产电子源的步骤。
14.一种信息显示/再现设备，包括：
用于输出接收到的广播信号中包含的视频信息、字符信息和声音信息中的至少一种类型的信息的接收器；以及连接到接收器的图像显示设备，
其中，该图像显示设备通过如权利要求13所述的方法来生产。
15.一种制造包括多个电子发射设备的电子源的方法，该方法包括生产电子发射设备的前体的步骤，每一个电子发射设备的前体都是通过如权利要求7所述的方法生产的。
16.一种制造包括电子源和发光部件的图像显示设备的方法，该方法包括通过如权利要求15所述的方法生产电子源的步骤。
17.一种信息显示/再现设备，包括：
用于输出接收到的广播信号中包含的视频信息、字符信息和声音信息中的至少一种类型的信息的接收器；以及连接到接收器的图像显示设备，
其中，该图像显示设备通过如权利要求16所述的方法来生产。
说明书 :
技术领域
本发明涉及用于制造电子发射设备的方法，制造电子源和使用该电子发射设备的图像显示设备的方法。本发明还涉及使用该图像显示设备的信息显示/再现设备。
背景技术
可以将电子发射设备分为场致发射类型或表面传导类型。
有这样的情况：电子发射设备的表面涂覆着金属膜或金属化合物膜，以降低有效功函数，提高热阻(防热)，或稳定发射电流，如日本公开专利No.10-188778、8-102247、8-273523以及9-102267中说明的。将多个电子发射设备组织起来以定义一个电子源。电子源的位置是这样的，以使其与阳极和诸如荧光体之类的发光部件相对，如此构成了平板显示器及其他图像显示设备。
有这样的情况：电子发射设备的表面涂覆着金属膜或金属化合物膜，以降低有效功函数，提高热阻(防热)，或稳定发射电流，如日本公开专利No.10-188778、8-102247、8-273523以及9-102267中说明的。将多个电子发射设备组织起来以定义一个电子源。电子源的位置是这样的，以使其与阳极和诸如荧光体之类的发光部件相对，如此构成了平板显示器及其他图像显示设备。
发明内容
为了稳定地获得更明亮的图像，需要稳定电子发射特性并提高电子发射设备的电子发射效率。
这里所提及的电子发射效率被定义为设备电流If与发射电流Ie的比率。当在与电子发射部件电连接的电极(阴极)和电极(栅电极或提取电极)之间施加电压以便施加用于从电子发射部件提取电子的电势时，设备电流If在两个电极之间流动，发射电流Ie在阴极和阳极之间流动。希望当设备电流If较低时，发射电流Ie较高。
通过稳定地控制电子发射特性，并且通过提高电子发射效率，可以制造出低功耗高质量图像形成设备，如低功耗高清晰度平板电视。此外，随着设备电流If降低，图像形成设备的组件(如驱动电路)的成本也会降低。
然而，常规电子发射设备不一定表现出令人满意的稳定电子发射特性或令人满意的电子发射效率。此外，使用常规电子发射设备的图像显示设备不一定能稳定地工作。相应地，需要一种电子发射设备，该设备可以在长时间内保持其卓越的电子发射特性。
上文所描述的用膜涂覆电子发射设备的表面的技术旨在稳定电子发射特性并提高电子发射效率。然而，该技术还没有在实际应用中使用，因为电子发射设备的电子发射特性对于电子发射部分的物理属性和表面的形状极端敏感，相应地，需要对膜涂覆的成分和厚度进行严格的控制。
具体来说，其中将表现出均匀的特性的电子源放置在较大的面积上的图像显示设备要求高度复杂的制造技术。相应地，在制造中，需要高度可控制的简单的方法。
鉴于上文所描述的缺点，本发明提供了用于制造表现出卓越的特性的电子发射设备、制造包括这样的电子发射设备的图像显示设备的简单方法。
本发明的发明人进行了深入的研究，以克服上文所描述的缺点，结果发现，通过交替地喷涂含金属气体和含氧气体，可以在电子发射设备(电子发射部件)的表面上形成高度被控制的金属或金属化合物涂覆膜.
根据本发明的第一方面，提供了制造电子发射设备的前体的方法，该方法包括准备电子发射部件的步骤、交替地将电子发射部件暴露于含氧气体和含金属气体的步骤。
含金属气体可以是有机金属。含氧气体可以是O2或H2O。电子-发射部件可以包含碳。电子发射部件可以由碳素纤维制成。含氧气体可以具有在1×10-4到1×104Pa范围内的分压。含金属气体可以具有在1到1000Pa范围内的分压。电子发射部件可以通过在包含有含碳气体的气氛中在第一导电膜和第二导电膜之间施加电流来形成。
根据本发明的另一个方面，提供了制造电子发射设备的前体的方法，该方法包括准备第一导电膜和第二导电膜的步骤、交替地将第一导电膜和第二导电膜中的至少一个暴露于含氧气体和含金属气体的步骤。
准备第一导电膜和第二导电膜的步骤可以包括下列子步骤：在衬底上形成导电膜、使电流流过导电膜以在导电膜中形成间隙、使电流在包含有含碳气体的气氛中流过具有间隙的导电膜。含金属气体可以是有机金属。含氧气体可以是O2或H2O。含氧气体可以具有在1×10-4到1×104Pa范围内的分压。含金属气体可以具有在1到1000Pa范围内的分压。
含金属气体可以包含从包括铪、钛和锆的组中选择的金属。
根据另一个方面，本发明旨在提供一种制造包括多个电子发射设备的电子源的方法，以及用于制造包括该电子源和发光部件的图像显示设备的方法。在这些方法中，电子发射设备是使用用于制造这样的设备(包括它们的前体)的前述的方法中的任何方法来生产的。
根据本发明的另一个方面，提供了信息显示/再现设备，该设备包括用于输出接收到的广播信号中包含的视频信息、字符信息和声音信息中的至少一种类型的信息的接收器，以及连接到接收器的图像显示设备。该图像显示设备通过前述的方法来生产。
根据本发明的方法，电子发射设备的表面可以覆盖着由各种类型的材料制成的高度被控制的涂覆膜。如此，通过简单的过程，可以稳定电子发射特性，并可以提高电子发射效率。
从下面参考附图对典型的实施例的描述中，本发明的其他特点和优点将变得显而易见。
这里所提及的电子发射效率被定义为设备电流If与发射电流Ie的比率。当在与电子发射部件电连接的电极(阴极)和电极(栅电极或提取电极)之间施加电压以便施加用于从电子发射部件提取电子的电势时，设备电流If在两个电极之间流动，发射电流Ie在阴极和阳极之间流动。希望当设备电流If较低时，发射电流Ie较高。
通过稳定地控制电子发射特性，并且通过提高电子发射效率，可以制造出低功耗高质量图像形成设备，如低功耗高清晰度平板电视。此外，随着设备电流If降低，图像形成设备的组件(如驱动电路)的成本也会降低。
然而，常规电子发射设备不一定表现出令人满意的稳定电子发射特性或令人满意的电子发射效率。此外，使用常规电子发射设备的图像显示设备不一定能稳定地工作。相应地，需要一种电子发射设备，该设备可以在长时间内保持其卓越的电子发射特性。
上文所描述的用膜涂覆电子发射设备的表面的技术旨在稳定电子发射特性并提高电子发射效率。然而，该技术还没有在实际应用中使用，因为电子发射设备的电子发射特性对于电子发射部分的物理属性和表面的形状极端敏感，相应地，需要对膜涂覆的成分和厚度进行严格的控制。
具体来说，其中将表现出均匀的特性的电子源放置在较大的面积上的图像显示设备要求高度复杂的制造技术。相应地，在制造中，需要高度可控制的简单的方法。
鉴于上文所描述的缺点，本发明提供了用于制造表现出卓越的特性的电子发射设备、制造包括这样的电子发射设备的图像显示设备的简单方法。
本发明的发明人进行了深入的研究，以克服上文所描述的缺点，结果发现，通过交替地喷涂含金属气体和含氧气体，可以在电子发射设备(电子发射部件)的表面上形成高度被控制的金属或金属化合物涂覆膜.
根据本发明的第一方面，提供了制造电子发射设备的前体的方法，该方法包括准备电子发射部件的步骤、交替地将电子发射部件暴露于含氧气体和含金属气体的步骤。
含金属气体可以是有机金属。含氧气体可以是O2或H2O。电子-发射部件可以包含碳。电子发射部件可以由碳素纤维制成。含氧气体可以具有在1×10-4到1×104Pa范围内的分压。含金属气体可以具有在1到1000Pa范围内的分压。电子发射部件可以通过在包含有含碳气体的气氛中在第一导电膜和第二导电膜之间施加电流来形成。
根据本发明的另一个方面，提供了制造电子发射设备的前体的方法，该方法包括准备第一导电膜和第二导电膜的步骤、交替地将第一导电膜和第二导电膜中的至少一个暴露于含氧气体和含金属气体的步骤。
准备第一导电膜和第二导电膜的步骤可以包括下列子步骤：在衬底上形成导电膜、使电流流过导电膜以在导电膜中形成间隙、使电流在包含有含碳气体的气氛中流过具有间隙的导电膜。含金属气体可以是有机金属。含氧气体可以是O2或H2O。含氧气体可以具有在1×10-4到1×104Pa范围内的分压。含金属气体可以具有在1到1000Pa范围内的分压。
含金属气体可以包含从包括铪、钛和锆的组中选择的金属。
根据另一个方面，本发明旨在提供一种制造包括多个电子发射设备的电子源的方法，以及用于制造包括该电子源和发光部件的图像显示设备的方法。在这些方法中，电子发射设备是使用用于制造这样的设备(包括它们的前体)的前述的方法中的任何方法来生产的。
根据本发明的另一个方面，提供了信息显示/再现设备，该设备包括用于输出接收到的广播信号中包含的视频信息、字符信息和声音信息中的至少一种类型的信息的接收器，以及连接到接收器的图像显示设备。该图像显示设备通过前述的方法来生产。
根据本发明的方法，电子发射设备的表面可以覆盖着由各种类型的材料制成的高度被控制的涂覆膜。如此，通过简单的过程，可以稳定电子发射特性，并可以提高电子发射效率。
从下面参考附图对典型的实施例的描述中，本发明的其他特点和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的制造电子发射设备的过程的流程图。
图2A是其中可以应用本发明的电子发射设备的平面示意图，图2B是电子发射设备的剖面视图。
图3A和3B是在“形成”过程中施加的电压的波形的略图。
图4A和4B是在“激励”过程中施加的电压的波形。
图5是其中可以应用本发明的图像显示设备的部分地被切去的透视图。
图6A到6E是代表了使用本发明的方法制造电子发射设备的过程的示意图。
图7是其中可以应用本发明的另一个电子发射设备的示意图。
图8是其中可以应用本发明的另一个电子发射设备的示意图。
图9是根据本发明的信息显示/再现设备的方框图。
图2A是其中可以应用本发明的电子发射设备的平面示意图，图2B是电子发射设备的剖面视图。
图3A和3B是在“形成”过程中施加的电压的波形的略图。
图4A和4B是在“激励”过程中施加的电压的波形。
图5是其中可以应用本发明的图像显示设备的部分地被切去的透视图。
图6A到6E是代表了使用本发明的方法制造电子发射设备的过程的示意图。
图7是其中可以应用本发明的另一个电子发射设备的示意图。
图8是其中可以应用本发明的另一个电子发射设备的示意图。
图9是根据本发明的信息显示/再现设备的方框图。
具体实施方式
下面将参考图形详细地说明本发明。
图1显示了代表根据本发明的制造方法的流程图的一个示例。现在将参考图1描述该方法。
步骤1：将具有电子发射部件(或电子发射部分)的电子发射设备(样品)放置在真空设备(通常是真空室)(在图1中未显示)。
步骤2：步骤2：将真空设备抽空。具体来说，优选情况下，将该设备抽空到1×10-4Pa或更小的压力。
步骤3：将样品加热到所需的温度并维持在该温度。
优选情况下，将加热温度设置在50到500℃的范围。通过当样品被加热到此范围内的某一温度时执行下列步骤4到10，可以提高膜涂覆的速度。如果加热温度超过此范围之外，涂覆速度就会快速地降低，这是不利的。更优选情况下，加热温度可以维持在80到300℃的范围内。
步骤4：将含氧气体(水、氧、臭氧等等)引入到真空设备中，直到将内部压力增大到所需要的水平。一般而言，可以将设备中的含氧气体的压力设置在1×10-4到1×104Pa的范围内。
步骤5：在预先确定的时间内保持该压力。此时间取决于压力，但通常可以设置在几秒和几十秒之间。
步骤6：将该设备抽空到基础压力(background pressure)。
步骤7：将含金属气体或材料气体引入该设备，直到将内部压力增大到所需要的水平。
一般而言，可以将压力设置在1×10-4到1×103Pa的范围内。
步骤8：在预先确定的时间内保持该压力。
此时间取决于压力，但通常可以设置在1秒到100秒之间。
步骤9：将该设备抽空到基础压力。
步骤10：可以将从步骤4到步骤9的序列重复多个周期。通过一个周期的序列来形成所需要的金属化合物涂覆膜的原子层。通过多次重复该序列，就可以以高精度来形成具有所需厚度的涂覆膜。然而，在本发明中，该序列只需要执行一次。
步骤11：最后，在结束步骤9的抽空之后，或在开始步骤9的抽空之后，将在步骤3中开始的加热停下来，以便将样品逐渐冷却。当样品温度几乎达到室温时，将电子发射设备从真空设备中取出，以完成涂覆膜的形成过程。
在此过程中，用通常所使用的(常规)涡轮泵来执行抽空过程，而加热过程可以用加热器来执行。当引入材料气体时的抽空过程可以简单地用粗选真空泵来执行，取决于压力。
本发明的方法有助于在电子发射设备(或电子发射部件)的表面上或在定义了电子源的多个电子发射设备的表面上形成所需要的金属或金属化合物涂覆膜.通过使用低功函数含金属气体作为含金属气体，可以降低所产生的电子发射设备的表面上的功函数.通过使用包含具有高熔点金属的气体作为含金属气体，可以提高电子发射设备的表面的熔点.
本发明人相信，形成涂覆膜的一种可能的方式是，通过提供水(H2O)、氧气(O2)、臭氧(O3)或其他氧化性气体，将氧或羟基结合到电子发射设备(或电子发射部件)的表面，如此，该表面上覆盖了氧(O-)或羟基(OH-)。然后，使氧或羟基与随后在电子发射设备的表面上提供的含金属气体中包含的金属起反应，从而在电子发射设备的表面上形成金属化合物层。
在此过程中提供的每一种气体与电子发射设备的表面上的所有反应地点(reaction site)起反应之前，此反应不会结束，以及，剩余的多余气体可能不与表面起反应。通过交替地提供含氧气体和含金属气体，可以在电子发射设备的表面上形成或沉积厚度为原子层数量级的所需要的金属化合物层。相应地，涂覆膜的厚度基本上是通过交替的气体供应的次数来进行控制的。如此，涂覆膜的厚度可以被控制在原子层数量级的厚度。因此，本发明可以获得表现出卓越的电子发射特性的电子发射设备，并可以实现用于生产这样的电子发射设备的高度可重复的方法。
此外，由于本发明的方法提供气态的材料，因此，甚至可以在细微的电子发射部分形成均匀的涂覆膜。如此，具有复杂的形状(如微观阶梯和弯曲)的电子发射设备的电子发射部分可以被涂覆膜覆盖。
从有助于电子发射设备的表面上的交替反应和防止多余气体的观点来看，含金属气体在较低温度或室温下具有高蒸气压是优选的。具体来说，优选情况下，使用用于MOCVD的有机金属气体。
其中可以应用本发明的方法的电子发射设备包括MIM类型的电子发射设备；场致发射类型的电子发射设备(例如，所谓的Spindt类型的场致发射电子发射设备)包括通过精细地对金属或半导体进行加工所制成的锥形或金字塔形的电子发射部件；场致发射类型的电子发射设备包括碳素纤维(具有1nm或更高到小于1μm，优选情况下为1到500nm的直径)，如碳纳米管和石墨纳米纤维(nanofiber)，如下文所描述；以及其他冷阴极发射类型的电子发射设备，如表面传导类型的电子发射设备。
本发明的方法可以使用轻易地可扩散的气体来执行，还可以将涂覆膜的厚度控制为原子层数量级的厚度。因此，本发明的方法可以应用于具有在大面积上组织的多个电子发射设备的电子源以及包括这样的电子源的图像显示设备。
现在将描述应用于表面传导类型的电子发射设备的本发明的实施例，其中，通过本发明的方法形成的涂覆膜可以产生显著的效果。
图2A和2B概要显示了在使用本发明的方法的过程中生产的表面导电类型的电子发射设备.图2A是平面示意图，图2B是沿着图2A中的线b-b′截取的简要剖面图.编号1表示衬底1，编号2表示第一电极，编号3表示第二电极，编号4a表示第一辅助电极，编号4b表示第二辅助电极，编号5表示第一间隙，编号5′表示第二间隙，编号6a表示第一导电膜，编号6b表示第二导电膜，以及编号7表示通过根据本发明的方法形成的金属或金属化合物涂覆膜.优选情况下，导电膜6a和6b是由碳膜组成的.在图2A和2B中，涂覆膜7覆盖了衬底1的整个表面(为了方便起见，图2A的其他元件没有被显示为被膜7覆盖，虽然它们可以被如此覆盖，这取决于所应用的实施例).然而，为便于理解，这些图概要显示结构，涂覆膜不一定在衬底1的整个表面上或在整个设备上连续地伸展.虽然这些图概要显示了涂覆膜7将第一导电膜6a连接到第二导电膜6b，但是，第一导电膜6a不必一定通过涂覆膜7连接到第二导电膜6b，如上文所指出的，膜7无需覆盖整个设备.在本发明中，在电子发射部件的至少电子发射部分的表面上提供金属或金属化合物涂覆膜7就足够了.在本实施例中的电子发射设备中，向其施加较低的电压以便进行驱动(当发射电子时)的第一和第二导电膜6a和6b中的至少一个充当电子发射部件.
第一和第二辅助电极4a和4b用于促进“激励”过程(稍后描述)，并降低“激励”处理时间。辅助电极4a和4b可以是与第一和第二电极2和3的结构元件不同的结构元件，如图2A和2B所示。或者，辅助电极4a和4b可以省略，且电极2和3可以同时充当(用作为)辅助电极；在其他实施例中，辅助电极4a和4b可以分别被视为电极2和3的一部分。
由于电极2和3旨在确保向第一和第二导电膜6a和6b提供电压，图2A和2B所示的表面导电类型的电子发射设备包括至少第一导电膜6a和第二导电膜6b。第一导电膜6a和第二导电膜6b之间的距离为50nm或更小，优选情况下，为3到10nm。该距离可以相应于间隙5的宽度。
虽然在图2A和2B中显示第一辅助电极4a完全与第二辅助电极4b分开，但是，它们可以不完全分开，具体情况取决于它们如何形成，并且它们可以连接在一起(例如，在一个微小的区域)，只要不会对电子发射特性造成显著的影响即可。而且，在图2A和2B中，导电膜6a也被显示为完全与导电膜6b分开。然而，它们可以不完全分开，具体情况取决于它们如何形成，并且它们可以连接在一起(例如，在一个微小的区域)，只要不会对电子发射特性造成显著的影响即可。
为了驱动表面导电类型的电子发射设备，阳极的位置是这样的，以使其与衬底1相对，在衬底1和阳极之间的空间处于真空状态。然后，在电极2和电极3之间施加电压，以便电子从连接到低电位电极4a或4b的导电膜6a或6b隧穿连接到其他电极(高电位电极)4a或4b的导电膜6a或6b中的另一个。通过向设置为与衬底1有一定距离(在实际应用中为1mm或更大)的阳极施加高于电极2和3的电势的电势，某些电子已经隧穿到达阳极。到达阳极的电子被视为从电子发射设备向阳极发出的电子(发射电流Ie)。如此，表面导电类型的电子发射设备基本上具有二极管结构，而包括该电子发射设备的电子发射装置具有三极管结构。当然，也可以添加另一个电极(未显示)，以便使从电子发射设备发出的电子束成形。
现在将参考图6A到6E描述根据本发明的方法制造图2A和2B所示的电子发射设备的一个实施例。
步骤A：在衬底1上形成第一电极2和第二电极3(图6A)。
衬底1通常可以由绝缘玻璃衬底组成。衬底1的示例包括石英玻璃、包含低浓度的诸如Na之类的杂质的玻璃，钠石灰玻璃、通过溅射等涂覆有氧化硅(通常为SiO2)层的钠石灰玻璃，诸如矾土之类的陶瓷，以及Si衬底。
电极2和3可以由通常使用的导电材料制成。电极2和3的材料可以从以下材料中选择：诸如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、A、Cu以及Pd之类的金属以及它们的合金；由玻璃等等和诸如Pd、Ag、Au、RuO2或Pd-Ag之类的金属或金属氧化物构成的印制导体；诸如In2O3-SnO2之类的透明导体；以及诸如多晶硅之类的半导体材料。
电极2和3之间的间隔(空间)L(图2A)、电极2和3的宽度(在垂直于电极2和3彼此相对的方向的方向中的长度)W(图2A)，及其他尺寸是根据预先确定工作标准来设置的。
电极2和3之间的间隔(空间)L优选情况下在100nm到900μm的范围内，根据在电极2和3之间施加的电压，在1到100μm范围内则更好。
根据电极的电阻和电子发射特性，电极2和3的宽度W优选情况下在1到500μm范围内。电极2和3的厚度优选情况下在10nm到10μm范围内。
步骤B：形成导电薄膜4(图6B)(包括部分4a和4b)，以便将第一电极2连接到第二电极3(图6B)。导电薄膜4的宽度W’(图2A)是根据预先确定的工作标准而设置的。
虽然，在图2A、2B，以及6A到6E中，电极2和3以及导电薄膜4(辅助电极4a和4b)按照该顺序在衬底1上沉积，在其他实施例中，导电薄膜4可以在沉积电极2和3之前沉积。
导电薄膜4的厚度是根据各种因素设置的，包括边缘(梯阶)上的涂层、电极2和3的电阻以及“形成”过程的条件，关于这些，稍后将进行描述。例如，厚度可以设置在5到50nm的范围内。
如果在随后的步骤C中执行“形成”过程，则优选情况下，从便易“形成”过程的观点来看，导电薄膜4的电阻高到某种程度。例如，电阻可以在103到107Ω每平方的范围之内。然而，在“形成”过程之后(在形成间隙5′之后)导电薄膜4优选情况下具有这样的低电阻，以便可以通过电极2和3向间隙5′施加足够的电压。
导电薄膜4可以由诸如Pd、Pt、Ru、Ag或Au之类的金属、诸如PdO、SnO2或In2O3之类的氧化物、诸如HfB2之类的硼化物、诸如TiC或SiC之类的碳化物、诸如TiN之类的氮化物，或诸Si或Ge之类的半导体，通过墨喷涂覆、旋涂、浸渍、真空蒸发、溅射或其他技术来制成。
在上文所列出的用于导电薄膜4的材料中，PdO是合适的，因为下列原因：
(1)PdO膜可以通过在正常大气压下烘烤包含有机Pd化合物的膜来轻松地制成；
(2)PdO的厚度具有较宽的加工容限(process margin)，以便确保前述范围内的电阻，因为PdO(其为半导体)具有相对较低的导电率；
(3)在形成间隙5′之后，PdO可以容易地被转为金属Pd以降低膜的电阻。
步骤C：然后，在导电薄膜4中形成第二间隙5′(图6C)。如此，导电薄膜4被分成由第二间隙5′分隔的第一辅助电极4a和第二辅助电极4b。如上所述，第一辅助电极4a和第二辅助电极4b可以不完全分开，而是可以连接在一起(例如，在一个微小的区域)，只要不会对电子发射特性造成显著的影响即可，如上所述。
例如，可以通过“形成”过程来形成第二间隙5′。间隙5′的形状取决于导电薄膜4的厚度、纹理和材料，以及例如下面描述的“形成”过程的处理。
利用通过使电流经过导电薄膜4产生的焦耳热来执行“形成”过程，以便在导电薄膜4中形成第二间隙5′。通过在电极2和3之间施加电压，在真空中气氛或还原性气体气氛中执行“形成”过程。
通过在电极2和3之间施加电压(通过向电极施加电流)，在导电薄膜4的一个区域中形成第二间隙5′.在这种情况下，施加具有稳定的峰值电压值的包括多个脉冲的脉冲电压，如图3A所示，或施加其峰值电压值逐渐地增大的脉冲，如图3B所示.
在图3A的情况下，脉冲宽度T1优选情况下在1μs到10ms范围内，而脉冲间隔T2优选情况下在10μs到100ms范围内。峰值电压值(“形成”过程中的峰值电压)根据导电薄膜4的材料及其他因素而进行适当设置。在图3B的情况下，脉冲宽度T1和脉冲间隔T2与图3A中的相同，峰值电压值和峰值电压值的变化根据导电薄膜4的材料及其他因素而进行适当的设置。
如果导电薄膜4由金属氧化物制成，则在包含诸如氢之类的还原性气体的气氛中执行“形成”过程是有利的。这是因为第二间隙5′可以在导电薄膜4被还原时形成。如此，在步骤B中提供的金属氧化物的导电薄膜4通过“形成”过程变成主要包含金属的辅助电极4a和4b。因此，用于驱动电子发射设备的寄生电阻可以降低。可以添加另一个步骤以完全还原导电薄膜4。
通过在脉冲电压的一个间隔内施加电压到这样的程度，以使导电薄膜4不会断裂或变形，例如，大约0.1V，根据从所测量的设备电流(通过电极2和3)得出的电阻，可以确定“形成”过程的终止。例如，当电阻达到“形成”过程之前的电阻的至少1000倍的值时，“形成”过程可以终止。
作为“形成”过程的替代，可以使用电子束石版印刷术或聚焦离子束(FIB)处理来形成第二间隙5′。如果没有提供导电薄膜4，则在步骤A中可以将电极2和3之间的间隔L设置成小于100nm，以省略步骤B和C。然而，从第二间隙5′的容易和快速形成的观点来看，执行“形成”过程是优选的。
步骤D：第一导电膜6a和第二导电膜6b位于衬底1上第二间隙5′中，且在靠近辅助电极4a和4b的间隙5′的区域中(图6D)。
导电膜6a和6b例如是通过“激励”过程来形成的。“激励”过程是通过例如在真空中引入适当的含碳气体并在电极2和3之间施加包括多个脉冲的脉冲电压来执行的。“激励”过程可以大大地增大电子发射电流。如此，形成了第一和第二碳导电膜6a和6b。当然，用于“激励”过程的含碳气体可以被替换为含金属气体，以形成含金属导电膜6a和6b。
用于“激励”过程的含碳气体的压力是根据电子发射设备的应用和含碳气体的类型来设置的。
含碳气体可以是碳化合物。合适的碳化物包括脂肪族烃，如烷烃、烯烃、炔烃；芳香族烃；酒精；醛；酮；胺；苯酚；以及有机酸，如羧酸和磺酸。碳化合物气体的压力在一定程度上取决于真空设备的形状和各组件以及碳化合物的类型。如果使用适用于“激励”过程的甲苯氰，优选情况下，可以将压力设置在1×10-5到1×10-2Pa的范围内。
通过在存在碳化合物的情况下在电极2和3之间施加具有多个脉冲的脉冲电压，大气中的碳化合物形成碳膜或包含碳和/或碳化合物的导电膜6a和6b。
图4A和4B显示了用于“激励”过程的施加的脉冲电压的优选波形。优选情况下，脉冲的最大施加电压设置在10到25V的范围内。在图4A中，T1代表了正负脉冲的脉冲宽度，T2代表了脉冲间隔。正负脉冲的绝对电压值被设置为恒定值。在图4B中，T1和T1′分别代表具有正电压和负电压的脉冲的脉冲宽度，T2代表脉冲间隔。正负脉冲的绝对电压值分别被设置为恒定值，它们之间的关系为T1＞T1′。
例如根据在“激励”过程测量的设备电流(通过电极2和3，If)或发射电流(传输到阳极，Ie)，可以确定“激励”过程的终止.当设备电流和/或发射电流到达预先确定的值时，“激励”过程可终止.施加的电压的脉冲宽度、脉冲间隔、峰值及其他属性是根据碳化合物的类型和压力设置的.
虽然在图2A和2B和图6D中所显示的第一导电膜6a完全与第二导电膜6b分开，但是，它们可以不完全分开，具体情况取决于它们如何形成，它们可以连接在一起(例如，在一个微小的区域)，只要不会对电子发射特性造成影响即可。
在由“激励”过程形成的第一导电膜6a和第二导电膜6b之间形成第一间隙5。在电极2和3之间施加电压，以在第一间隙5中产生强电场，以便驱动电子发射设备。结果，电子从连接到低电位电极(2或3)的导电膜(6a或6b，碳膜)隧穿连接到另一个电极(高电位电极)的导电膜(碳膜)。如此，一个区域(该区域是连接到低电位电极的导电膜的一部分，并位于第一间隙5的附近)充当电子发射部分。具体来说，连接到低电位电极的导电膜基本上作为电子发射部件起作用。此外，连接到高电位电极的导电膜可以被视为电子发射部件，因为可以认为，从连接到低电位电极的导电膜隧穿的大多数电子在连接到高电位电极的导电膜上散布。如此，在根据本发明的表面导电类型的电子发射设备中，第一导电膜6a和第二导电膜6b两者都可以被视为电子发射部件。第一间隙5的宽度比第二间隙5′小，并位于第二间隙5′的内部。
在本实施例中，第一导电膜6a和第二导电膜6b是通过“激励”过程形成的。然而，在其他实施例中，它们可以通过电子束光刻技术、FIB过程等等来形成，而不必执行“激励”过程，只要在第一导电膜6a和第二导电膜6b之间确保50nm或更小(优选情况下为3到10nm)的间隔。
步骤E：交替地引入氧化性气体(含氧气体)和含金属气体，以在电子发射设备的表面上形成涂覆膜7(至少电子发射部件的表面或电子发射部分)，且衬底1保持在所需的温度(图6E)。
从提高电子发射部分的表面以及它们的附近的热阻以抑制特征的变化并提高电子发射效率的观点来看，含金属气体可以包含提供比导电膜6a和6b(以及辅助电极4a和4b)的热阻更高的热阻的材料。优选情况下，使用金属化合物的气体(金属化合物气体)作为含金属气体。金属化合物可以包括要形成到涂覆膜7中的金属。这样的金属化合物气体的示例包括Zr(NMe2)4、Zr(NEtMe)4、Ti(NMe2)4、Ti(NEt2)4、Pt(EtCp)Me3、Ru(EtCp)Me3、Ta(OEt)5、Ge(OMe)4、Bi(dpm)3、La(dpm)3、Ta(OEt)5、Cr(dpm)3以及Ni(dpm)3。
为了降低电子发射部分的表面及其附近的功函数以增大发射电流密度和/或提高电子发射效率，含金属气体可以包含提供比导电膜6a和6b的功函数低得多的功函数的材料。这样的气体的示例包括Hf[N(CH3)2]4、Ba(C11H19O2)2和Li(C11H19O2)。
如此，可以通过上文所描述的步骤A到E生产在其表面上具有涂覆膜7的表面导电类型的电子发射设备。
在本发明的方法中，可以在暴露于气体中的所有区域中形成涂覆膜7.因此，如果涂覆膜7具有高导电性，则各电极之间的电阻可能相对地降低，从而在电极之间产生短路(泄漏电流).因此，必须注意涂覆膜7的厚度.然而，如果衬底1由绝缘体制成，则具有适当厚度的涂覆膜7可以在电子发射设备的工作过程中抑制衬底的表面的充电.在形成涂覆膜7之后，可以执行另外的步骤，以去除涂覆膜的不必要的部分，从这些部分可能会发生泄漏电流.通过另外执行这样的步骤，可以减少电极之间的短路(泄漏电流).可以使用各种方法来减少电极之间的短路(泄漏电流).
虽然是在表面导电类型的电子发射设备的上下文中来对上面的实施例进行描述的，但是，本发明的方法例如也可以应用于使用诸如碳纳米管之类的碳素纤维6作为电子发射部件的场致发射类型的电子发射设备，如图7所示。
在图7中，编号1表示衬底1，编号2表示阴极，编号3表示控制电极(可以用作栅电极)，编号6表示碳素纤维，编号10表示绝缘层，编号11表示阳极。
尽管图7所示的场致发射类型的电子发射设备具有阴极2和控制电极3，但是本发明也可以应用于另一种形式的场致发射类型的电子发射设备，不包括控制电极(和绝缘层10)，因为碳素纤维6可以在低场强下发射电子。具体来说，本发明可以应用于在衬底1包括阴极2和碳素纤维6(并按此顺序排列)的电子发射设备(二极管或二端类型的电子发射设备，包括阳极11)。
在图7所示的电子发射设备(这是三极管类型)中，控制电极3可以充当所谓的栅电极(用于从碳素纤维6提取电子)。然而，由于碳素纤维6可以在低电场强度下发射电子，阳极11可以从碳素纤维6中提取电子，且控制电极3可以用于改变从碳素纤维中发出的电子的量，暂停电子发射，聚焦发出的电子束，以及执行其他控制。在这种情况下，向控制电极3施加的电势可以比向阴极2施加的电势低。
为了制造这种类型的电子发射设备，制造上文所描述的表面导电类型的电子发射设备的过程中的步骤A到D可以替换为下列步骤A′和B′，并执行随后的步骤E。如此，根据本发明的方法，在电子发射设备的至少电子发射部件(即，碳素纤维6)的表面上形成涂覆膜7。
步骤A′：在衬底1中沉积阴极2、绝缘层10以及控制电极3，随后形成穿过控制电极3和绝缘层10的开口，以制备将在其中配置碳素纤维6的结构。
步骤B′：在暴露于开口中的阴极2的表面上沉积许多催化粒子(例如，Pd-Co合金的粒子)。然后，通过使用含碳气体执行热CVD处理，从而在位于开口中的阴极2上形成多个碳素纤维。或者，向开口的内侧部施加包含多个碳素纤维的印刷膏(未显示)，然后，执行干燥和/或烘烤过程。如此，在位于开口中的阴极2上形成碳素纤维6。如果碳素纤维嵌入在膏的矩阵中，可以执行另外的步骤以去除覆盖在碳素纤维6上的膏的矩阵的一部分(例如，玻璃)。为了执行此去除步骤，可以使用激光辐射处理。此去除步骤可以提高来自碳素纤维的电子发射量。
尽管使用碳素纤维的此电子发射设备是垂直型，但是，在另一种实施例中，可以有另一种形式的使用碳素纤维的电子发射设备，其中，控制电极3和阴极2在衬底1上并排设置，如图8所示。这种形式是横向类型。在图8中，参考编号1代表衬底，编号2表示阴极，编号3表示控制电极(可以用作栅电极)，编号6表示碳素纤维，编号11表示阳极。
在本发明中，碳素纤维6包含碳，优选情况下，碳是碳素纤维的主要成分。从提供稳定的发射电流Ie的观点来看，碳素纤维6的直径在1nm到小于1μm的范围内，优选情况下为1到500nm，在5到100nm范围内则更好。在实际应用中，碳素纤维的长度可以至少为直径的10倍。为了增强施加的电场强度，碳素纤维的长度优选情况下至少为直径的50倍，至少为直径的100倍则更好。
石墨由层叠的碳片构成，在理想情况下，各个碳片之间的间隔为通过由具有sp2杂化的共价键形成的六角形排列的碳原子的密堆单元，形成了每一个碳片。每一个碳片叫做“石墨(graphene)”或“石墨片”。
圆柱形的石墨叫做“碳纳米管”。其中嵌套了多个石墨片的柱体被称为多壁碳纳米管。石墨的单层柱体被称为单壁碳纳米管。具体来说，其末端没有封闭的碳纳米管对于电子发射来说具有低电场阈值。虽然某些多壁碳纳米管在其空心处具有类似于竹节的结构，但是，这种碳素纤维的最外面的石墨常常与纤维的纵向(轴线方向)成大约0°的角度，这种类型也可以叫做碳纳米管。碳纳米管的特点是中空的结构，在该结构中，最外面的、圆柱形的石墨的表面基本上与纤维的轴方向(纵向)平行(石墨和纤维轴构成了大约为0°的角度)。
在另一种类型的碳素纤维中，在纤维的轴线方向可以层叠多个石墨片(未显示)。这种碳素纤维叫做“石墨纳米纤维”，且其与碳纳米管不同。具体来说，碳纳米管具有基本上垂直于纤维的轴(纤维的纵向)的c轴(在层叠了多个石墨片的方向，或垂直于石墨片的表面的方向延伸)，而石墨纳米纤维具有不垂直于(通常平行于)单个纤维的轴的c轴。通常，石墨纳米纤维中的石墨的c轴相对于纤维的轴为20°到90°。
当纤维的轴和石墨的表面(碳片或碳平面)之间的角度差几乎为90°时，纤维叫做平板类型。在平板类型中，许多石墨片像扑克牌一样沿着轴层叠。另一方面，当纤维的轴与石墨的表面形成大于0°到小于90°的角度(通常为10°到小于90°)时，纤维叫做人字形类型。人字形类型纤维可具有其中层叠了形成无底杯子的形状的石墨片的结构，或类似于层叠的打开的书的结构(层叠了V形石墨片)。
中心轴和人字形类型的纤维的附近可以是空的或充满无定形碳(在TEM级别的电子衍射中，不会显示根据晶格或亮和暗晶格图案的清晰的斑点，但显示宽的环形图案等等)。
虽然图7显示了高度线性的碳素纤维，但是，也可以在其他实施例中使用不太线性或弯曲的纤维。
碳纳米管和石墨纳米纤维两者都具有大约1到10V/μm的电子发射阈值，如此，对于电子发射材料具有合适的属性。如果使用碳素纤维作为电子发射设备的电子发射部件，则优选情况下单个电子发射设备包括多个碳素纤维。
对于电子发射部件，石墨纳米纤维比碳纳米管更合适，因为具有包含石墨纳米纤维的电子发射部件的电子发射设备比使用碳纳米管的电子发射设备提供更高的电子发射电流密度。
由于石墨纳米纤维不同于碳纳米管，其在表面上(周边)具有显微粗糙度，因此它可以轻松地导致电场集中，并轻松地从其表面发射电子。此外，由于在石墨纳米纤维中，石墨片的边缘朝着纤维的周边(表面)设置，因此，可以认为，石墨纳米纤维可以轻松地发射电子。
上文所描述的实施例是在单独为电子发射设备形成涂覆膜7的情况的上下文中描述的。在衬底上包括多个电子发射设备的电子源的情况下，在衬底1上形成了多个电子发射设备之后(即，除了膜7之外的设备的所有部件)，通过基本上相同的方法，可以在各设备和衬底1上形成涂覆膜7。
如果生产如下所述的图像显示设备，则在形成涂覆膜7之后，需要执行另外的步骤，例如，密封步骤。优选情况下，在真空中执行这样的步骤，而不将电子发射设备暴露于正常大气压中。
现在将描述通过根据本发明的方法制造的电子源和图像显示设备，其每一个都包括多个电子发射设备。
图5是根据本发明的图像显示设备的外壳(显示板)131的部分地被切去的透视图。
如图5所示，由大量的电子发射设备8构成的电子源位于后板(衬底)1上。优选情况下，此显示板使用如图2A和2B所示的表面导电类型的电子发射设备。后板1的表面可以几乎完全地涂上上文所描述的金属或金属化合物涂覆膜7。
Y方向的布线(下面的布线)9(每一布线都连接了对应的电子发射设备8的多个第二电极3(或第二辅助电极4b或第二导电膜6b)位于后板1上，X方向的布线(上面的布线)10位于Y方向的布线上方，它们之间有绝缘层(未显示)。X方向的布线10与Y方向的布线9交叉，多个第一电极2(或第一辅助电极4a或第一导电膜6a)通过在绝缘层中形成的接触孔(未显示)连接到对应的X方向的布线。如此，通过Y方向的布线9和X方向的布线10在电极2和3之间施加电压，可以有选择地驱动每一个电子发射设备。适当地选择Y方向的布线9和X方向的布线10的材料、厚度和宽度，以便各布线可以提供基本上均匀的电压。Y和X方向的布线9和10和绝缘层例如可以通过印刷或溅射和光刻法的组合来形成。
在由玻璃或其他透明绝缘材料制成的面板11的内表面上方提供发光部件12和金属壳13，以便与后板1相对。金属壳13是对应于上文所描述的阳极的导电膜。参考编号14代表支架，它用诸如熔融玻璃(未显示)之类的粘合剂与后板1和面板11接合在一起。如此，构建了显示板131，并保持了内部的密封。在实际应用中，面板11可以与后板1具有1到10mm范围内的距离。
由后板1、支架14以及面板11围绕的显示板(外壳)131的内部空间处于真空状态。用通过后板1或面板11提供的排气管将内部空间抽空，随后关闭排气管，便可以形成此真空状态。此外，可以在真空室中执行支架14、后板1以及面板11的粘接，以促进显示板(外壳)131的生产，并保持内部的密封。这是有利的，因为在真空室中粘接防止电子发射设备在形成涂覆膜7之后暴露于空气(正常大气压)中。
为了显示图像，用于驱动电子发射设备8的驱动电路(未显示)连接到上文所描述的显示板131(图像形成设备)，并通过Y方向的布线9和X方向的布线10向所希望的成对的电极2和3施加电压，以从电子发射部分发射电子，同时，从高压端子15向金属壳13或阳极施加5到30kV范围内的高压，以便电子束撞击在发光部件(如荧光膜)12上。此外，可以在面板11和后板1之间放置充当支撑的垫片(未显示)，以提高对抗大气压力的强度。
图5所示的显示板(外壳)131可以在信息显示/再现设备中使用。
例如，信息显示/再现设备具有用于接收TV及其他广播的信号的接收器和用于选择信号的调谐器.向显示板131输出所选择的信号中包含的视频信息、字符信息和声音信息中的至少一种信息，从而在屏幕上显示或再现.诸如电视机之类的信息显示/再现设备具有这样的结构.如果对广播的信号进行编码，本发明的信息显示/再现设备可以具有解码器.声音信息被输出到诸如扬声器之类的另外提供的声音再现单元，以便与显示在显示板131上的视频和字符信息同步地再现.
为了向显示板131输出视频信息或字符信息以便显示和/或再现，可以使用下列过程。首先，根据显示板131的像素，从接收到的视频信息或字符信息生成视频信号。将视频信号输入到显示板131的驱动电路。然后，根据输入到驱动电路的视频信号，控制从驱动电路向显示板131的电子发射设备施加的电压，如此显示图像。
图9是根据本发明的电视机的方框图。接收电路C20(包括调谐器和解码器)接收卫星或地面波广播电视信号，或通过网络接收数据广播信号，并将解码的视频数据输出到I/F UNIT(接口)C30。I/FUNIT C30将视频数据转换为图像显示设备的显示格式，并将视频数据输出到显示板131(C11)。图像显示设备C10包括显示板131(C11)、驱动电路C12以及控制电路C13。控制电路C13对输入的图像数据进行处理以便使其适用于显示板，并将图像数据和各种类型的控制信号输出到驱动电路C12。驱动电路C12根据输入图像数据将驱动信号输出到显示板131(C11)的布线的各端子(参见图5中的Doxl到Doxm以及Doyl到Doyn)，如此显示TV视频。接收电路C20和I/F UNIT C30可以容纳在不同于图像显示设备C10的壳体的机顶盒(STB)中，或在图像显示设备C10中。
可以提供输入和/或输出接口，以将图9的各部件连接到图像记录和输出设备，如打印机、数字视频摄像机、数码相机、硬盘驱动器(HDD)和数字化视频光盘(DVD)，以构成信息显示/再现设备(或电视机)，该设备可以在显示板131上显示在图像记录设备中记录的图像，或可以根据需要处理在显示板131上显示的图像，并将图像输出到图象输出设备。
已经作为一个示例描述了信息显示/再现设备的结构，根据本发明的范围和精神，可以作出各种修改。此外，通过将该设备连接到视频会议系统、计算机及其他系统，可以根据本发明提供各种类型的信息显示/再现设备。
示例
下面将参考各示例对本发明进行进一步的描述。然而，本发明不仅限于这些示例，在不偏离本发明的范围的情况下，可在形式和细节方面作出各种修改。
示例1
示例1中生产的电子发射设备具有与如图2A和2B中所示的相同结构。现在将参考图2A、2B，以及6A到6E，对用于制造本示例的电子发射设备的过程进行描述。
步骤a：通过溅射，可以在清洁的钠石灰玻璃上沉积厚度为0.5μm的氧化硅层。所产生的合成物被用作衬底1。在衬底1上形成主(host)抗蚀剂图案，随后，通过真空沉积，按顺序沉积5nm厚的Ti层和100nm厚的Ni层。然后，将主抗蚀剂图案溶于有机溶剂，以便通过除去Ni和Ti沉积层来形成电极2和3(图6A)。电极2和3之间的间隔L为3μm，宽度W为300μm。
步骤b：形成Cr掩模，以便形成导电薄膜4。具体来说，通过真空沉积，在具有电极2和3的衬底1上沉积100nm厚的Cr层，并通过已知的光刻法，根据导电薄膜4的形状在Cr层中形成凹进部分。使用所产生的膜作为Cr掩模。通过旋涂，将Pd-胺络合物溶液施加到Cr掩模上，然后，在正常大气压下，在300℃的温度下烘烤10分钟。所产生的膜主要包含PdO，厚度大约为10nm。
步骤c：通过湿式蚀刻方法去除Cr掩模.通过提升(lift-off)法，使PdO膜图形化到具有所需要的形状的导电薄膜4(图6B).导电薄膜4具有2×104Ω每平方的电阻Rs。
步骤d：将具有导电薄膜4的衬底1放置在真空室中，并对其执行“形成”过程。具体来说，用抽空设备将真空室抽空到2.3×10-3Pa的压力，并在电极2和3之间施加脉冲电压(施加脉冲)，以执行“形成”过程。如此，在导电薄膜4中形成间隙5′(图6C)。
步骤e：通过慢漏气阀，将甲苯氰引入到真空室，对真空室的内部压力进行调整，以便保持在1.3×10-4Pa。在电极2和3之间反复地施加脉冲，以执行“激励”过程。如此，形成碳膜6a和6b，或第一和第二导电膜(图6D)。
步骤f：将真空室抽空到1×10-6Pa的压力，通过开关阀，交替地引入水(H2O气体)和包含铪的有机气体(Hf[N(CH3)2]4、四(二甲基氨基)铪(tetrakis(dimethylamino)hafnium))，以便形成包含铪的涂覆膜7(图6E)。
在步骤f过程中，将衬底1的温度保持在100℃。将每一种气体引入到1Pa的压力，并在该压力下保持10秒，在步骤f的序列中将每一种气体抽空10秒，并将此序列重复100个周期。
在真空室中驱动所产生的电子发射设备，与通过步骤a到e没有步骤f产生的电子发射设备的电子发射特性相比，对电子发射特性进行评估。在18V的驱动电流下，本示例的电子发射设备的设备电流If被增大到1.5倍，且发射电流Ie被增大到2倍；因此，电子发射效率(Ie/If)增30％。
对在本示例中产生的电子发射设备进行表面元素分析。结果，从电子发射设备的整个表面检测到铪。于是确认，通过本示例的过程形成包含铪的涂覆膜。
将在本示例中产生的电子发射设备和只通过步骤a到e产生的电子发射设备的电压/电流特性进行的比较说明，本示例的电子发射设备的有效功函数显著地降低。用于获得所需要的发射电流的驱动电压减小大约2V。
示例2：
在示例2中，在示例1中用于“激励”过程的含碳气体甲苯氰被替换为Hf[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)铪)气体。四(二甲基氨基)铪气体的分压被设置在1×10-4Pa，以便用于“激励”过程。
检查在“激励”过程之后的电子发射设备的特性。结果，本示例的电子发射设备表现出与通过步骤a到e没有步骤f产生的设备的相同的特性，但与示例1的电子发射设备不同发射电流和电子发射效率没有增强。
然后，在使用四(二甲基氨基)铪气体的“激励”过程之后，将下面的步骤A和B的序列重复50个周期，衬底1的温度保持在85℃。
步骤A：将H2O气体引入到真空室中，直到压力被增大到3000Pa，并且该压力保持5秒钟。随后，将真空室抽空到大约10Pa的压力。
步骤B：将Hf[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)铪)气体引入到真空室中，直到压力增大到1000Pa，并且该压力保持5秒。随后，将真空室抽空到大约10Pa的压力。
然后，如在示例1中那样，检查所产生的电子发射设备的电子发射特性。结果，如在示例1中那样，电子发射设备表现出发射电流和效率的提高。
对电子发射设备进行表面元素分析。结果，从电子发射设备的整个表面检测到铪。于是确认，通过本示例的过程形成包含铪的涂覆膜。
示例3
在示例3中，示例1中所使用的四(二甲基氨基)铪被替换为Ti[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)铪)，并生产电子发射设备。对所产生的电子发射设备的特性进行评估。
在本示例的电子发射设备的生产过程中，以与示例1的同样的方式执行步骤a到e。然后，通过重复下列步骤A和步骤B的序列100个周期来执行步骤f，并使衬底1的温度保持在85℃。
步骤A：将H2O气体引入到真空室中，直到压力被增大到1000Pa，并且该压力保持10秒钟。随后，将真空室抽空到大约10Pa的压力。
步骤B：将Ti[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)铪)气体引入到真空室中，直到压力增大到1000Pa，并且该压力保持10秒。随后，将真空室抽空到大约10Pa的压力。
对所产生的电子发射设备的特性进行检查。结果，在形成涂覆膜前后，设备电流If不变，但发射电流Ie增大。如此可以发现，电子发射效率提高。
然而，与提供了包含铪的涂覆膜的示例1的情况不同，发射电流在低驱动电压下不增大。此外，电子发射部分的功函数的减小小于示例1的电子发射设备的功函数的减小。
示例4
在示例4中，示例1中所使用的四(二甲基氨基)铪被替换为Zr[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)铪)，并生产电子发射设备。对所产生的电子发射设备的特性进行评估。
在本示例的电子发射设备的生产过程中，以与示例1的同样的方式执行步骤a到e。然后，通过重复下列步骤A和步骤B的序列100个周期来执行步骤f，使衬底1的温度保持在85℃。
步骤A：将H2O气体引入到真空室中，直到压力被增大到1000Pa，并且该压力保持10秒钟。随后，将真空室抽空到大约10Pa的压力。
步骤B：将Zr[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)铪)气体引入到真空室中，直到压力增大到1000Pa，并且该压力保持10秒。随后，将真空室抽空到大约10Pa的压力。
对所产生的电子发射设备的特性进行检查。结果，在形成涂覆膜前后，设备电流If不变，但发射电流Ie增大到2倍。因此，电子发射效率增大到2倍。
示例5
在示例5中，生产了图5所示的图像显示设备。
首先，通过平板印刷，然后进行烘烤在具有SiO2层的后板(衬底)1上印刷Pt膏。如此，形成了几个单元，每一个单元都包括一对电极2和3：在Y方向有240个单元，在X方向有720个单元。此外，还通过丝网印刷Ag膏，随后进行烘烤来形成240个Y方向的布线9和720个X方向的布线10。通过丝网印刷绝缘膏，随后进行烘烤，为Y方向的布线9和X方向的布线10的交叉点提供了绝缘层(未显示)。在电极2和3的每一个单元中，电极2连接到其中一个X方向的布线，电极3连接到其中一个Y方向的布线。
然后，通过墨喷印刷方法在电极2和3之间施加钯络合物溶液，并在350℃烘焙30分钟，以形成氧化钯的导电薄膜4。
如此，为后板1提供了成对的电极2和3，导电薄膜4跨越电极2和3，Y方向的布线9以及X方向的布线10位于其上面。
然后，在后板1的上方放置防护罩(未显示)，以便覆盖各个单元(每一个单元都包括一对电极(2，3)和氧化钯膜)，并将由后板1和防护罩限定的空间抽空到大约1.33×10-1Pa的压力。在这种情况下，Y方向的布线8和X方向的布线10的末端被暴露于空气中作为端子。
由后板1和防护罩所限定的空间被真空泵(未显示)进一步抽空，直到内部压力降低到2×10-3Pa。
然后，将含氢的氮气引入到后板1和防护罩之间的空间中，并通过Y方向的布线9和X方向的布线10的端子(暴露在空气中的末端)在电极2和3之间施加脉冲电压，以在导电薄膜4中形成间隙5′。所施加的脉冲电压具有与如图3A所示的相同波形，脉冲宽度T1为0.1ms，脉冲间隔T2为10ms，峰值为10V。
在后板1和防护罩之间的空间被抽空之后，执行“激励”过程。在此“激励”过程中，通过X方向的布线10和Y方向的布线8在电极2和3之间反复地施加脉冲，如在前述的“形成”过程中那样。使用甲苯氰作为含碳气体，防护罩和后板1之间的空间的压力保持在1.3×10-4Pa。所施加的电压具有与如图4A所示的相同波形，脉冲宽度T1为1ms，脉冲间隔T2为10ms，峰值为16V。
当在大约60分钟之后设备电流If基本上饱和时，“激励”过程终止。
然后，将具有通过前述的步骤生产的许多电子发射设备的后板1在真空中接合到具有发光部件的面板。具体来说，支架14被固定到后板1上，并与具有发光部件12的面板11和金属壳13一起放在真空密封设备(未显示)中。预先为将要被接合到面板11和后板1的支架14的接合区域提供铟。然后，通过在真空中于350℃烘烤，使放在密封设备中的面板11和后板1脱气，它们之间保持足够的距离。
然后，将后板1冷却到180℃的温度，并交替地将水(H2O气体)和包含铪的气体引入到密封设备中，保持衬底的温度(180℃)。如此，在每一个电子发射设备上形成铪涂覆膜。
为了形成铪涂覆膜，重复下列步骤A和步骤B的序列50个周期，并使衬底的温度保持在180℃。
步骤A：将H2O气体引入到密封设备(真空室)中，直到压力被增大到1000Pa，并且该压力保持10秒钟。随后，将密封设备(真空室)抽空到大约1Pa的压力。
步骤B：将Hf[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)铪)气体引入到密封设备(真空室)中，直到压力增大到1000Pa，并且该压力保持10秒。随后，将密封设备(真空室)抽空到大约1Pa的压力。
将预先沉积了钡吸气剂的具有金属壳13的面板11逐渐地靠近涂有铪涂覆膜的后板1。如此，两个粘合接在一起，其中，铟预先施加到支架14上。
在上述过程完成之后，完成了真空密封图像显示设备(显示板)131。
将所产生的图像显示设备连接到驱动器(未显示)，对电子发射设备8的特性进行评估，并显示测试图。结果，初始电子发射效率是每个电子发射设备8为3％，初始发射电流至少为每一个像素所需的发射电流的2倍。此外，电子发射设备能够在低电压下被驱动。
此外，在图像显示设备的整个表面上显示更明亮的图像。此外，在比较长的时间内可以保持基本上恒定的电子发射效率，且发射电流的绝对值不变。如此，与常规的设备相比，所产生的图像显示设备表现出卓越的特性。
尽管是参考典型的实施例来对本发明进行描述的，但是，应该理解，本发明不仅限于所说明的实施例。相反，本发明涵盖了包括在所附的权利要求的精神和范围内的各种修改和等同内容。下列权利要求的范围可以作最广泛的解释，以便包含所有这样的修改和等同结构和功能。
本申请要求优选于2004年6月17日申请的日本专利申请No.2004-179929的优先权，在这里对其全部内容进行引用，恰如在本文中完全阐述了一样。
图1显示了代表根据本发明的制造方法的流程图的一个示例。现在将参考图1描述该方法。
步骤1：将具有电子发射部件(或电子发射部分)的电子发射设备(样品)放置在真空设备(通常是真空室)(在图1中未显示)。
步骤2：步骤2：将真空设备抽空。具体来说，优选情况下，将该设备抽空到1×10-4Pa或更小的压力。
步骤3：将样品加热到所需的温度并维持在该温度。
优选情况下，将加热温度设置在50到500℃的范围。通过当样品被加热到此范围内的某一温度时执行下列步骤4到10，可以提高膜涂覆的速度。如果加热温度超过此范围之外，涂覆速度就会快速地降低，这是不利的。更优选情况下，加热温度可以维持在80到300℃的范围内。
步骤4：将含氧气体(水、氧、臭氧等等)引入到真空设备中，直到将内部压力增大到所需要的水平。一般而言，可以将设备中的含氧气体的压力设置在1×10-4到1×104Pa的范围内。
步骤5：在预先确定的时间内保持该压力。此时间取决于压力，但通常可以设置在几秒和几十秒之间。
步骤6：将该设备抽空到基础压力(background pressure)。
步骤7：将含金属气体或材料气体引入该设备，直到将内部压力增大到所需要的水平。
一般而言，可以将压力设置在1×10-4到1×103Pa的范围内。
步骤8：在预先确定的时间内保持该压力。
此时间取决于压力，但通常可以设置在1秒到100秒之间。
步骤9：将该设备抽空到基础压力。
步骤10：可以将从步骤4到步骤9的序列重复多个周期。通过一个周期的序列来形成所需要的金属化合物涂覆膜的原子层。通过多次重复该序列，就可以以高精度来形成具有所需厚度的涂覆膜。然而，在本发明中，该序列只需要执行一次。
步骤11：最后，在结束步骤9的抽空之后，或在开始步骤9的抽空之后，将在步骤3中开始的加热停下来，以便将样品逐渐冷却。当样品温度几乎达到室温时，将电子发射设备从真空设备中取出，以完成涂覆膜的形成过程。
在此过程中，用通常所使用的(常规)涡轮泵来执行抽空过程，而加热过程可以用加热器来执行。当引入材料气体时的抽空过程可以简单地用粗选真空泵来执行，取决于压力。
本发明的方法有助于在电子发射设备(或电子发射部件)的表面上或在定义了电子源的多个电子发射设备的表面上形成所需要的金属或金属化合物涂覆膜.通过使用低功函数含金属气体作为含金属气体，可以降低所产生的电子发射设备的表面上的功函数.通过使用包含具有高熔点金属的气体作为含金属气体，可以提高电子发射设备的表面的熔点.
本发明人相信，形成涂覆膜的一种可能的方式是，通过提供水(H2O)、氧气(O2)、臭氧(O3)或其他氧化性气体，将氧或羟基结合到电子发射设备(或电子发射部件)的表面，如此，该表面上覆盖了氧(O-)或羟基(OH-)。然后，使氧或羟基与随后在电子发射设备的表面上提供的含金属气体中包含的金属起反应，从而在电子发射设备的表面上形成金属化合物层。
在此过程中提供的每一种气体与电子发射设备的表面上的所有反应地点(reaction site)起反应之前，此反应不会结束，以及，剩余的多余气体可能不与表面起反应。通过交替地提供含氧气体和含金属气体，可以在电子发射设备的表面上形成或沉积厚度为原子层数量级的所需要的金属化合物层。相应地，涂覆膜的厚度基本上是通过交替的气体供应的次数来进行控制的。如此，涂覆膜的厚度可以被控制在原子层数量级的厚度。因此，本发明可以获得表现出卓越的电子发射特性的电子发射设备，并可以实现用于生产这样的电子发射设备的高度可重复的方法。
此外，由于本发明的方法提供气态的材料，因此，甚至可以在细微的电子发射部分形成均匀的涂覆膜。如此，具有复杂的形状(如微观阶梯和弯曲)的电子发射设备的电子发射部分可以被涂覆膜覆盖。
从有助于电子发射设备的表面上的交替反应和防止多余气体的观点来看，含金属气体在较低温度或室温下具有高蒸气压是优选的。具体来说，优选情况下，使用用于MOCVD的有机金属气体。
其中可以应用本发明的方法的电子发射设备包括MIM类型的电子发射设备；场致发射类型的电子发射设备(例如，所谓的Spindt类型的场致发射电子发射设备)包括通过精细地对金属或半导体进行加工所制成的锥形或金字塔形的电子发射部件；场致发射类型的电子发射设备包括碳素纤维(具有1nm或更高到小于1μm，优选情况下为1到500nm的直径)，如碳纳米管和石墨纳米纤维(nanofiber)，如下文所描述；以及其他冷阴极发射类型的电子发射设备，如表面传导类型的电子发射设备。
本发明的方法可以使用轻易地可扩散的气体来执行，还可以将涂覆膜的厚度控制为原子层数量级的厚度。因此，本发明的方法可以应用于具有在大面积上组织的多个电子发射设备的电子源以及包括这样的电子源的图像显示设备。
现在将描述应用于表面传导类型的电子发射设备的本发明的实施例，其中，通过本发明的方法形成的涂覆膜可以产生显著的效果。
图2A和2B概要显示了在使用本发明的方法的过程中生产的表面导电类型的电子发射设备.图2A是平面示意图，图2B是沿着图2A中的线b-b′截取的简要剖面图.编号1表示衬底1，编号2表示第一电极，编号3表示第二电极，编号4a表示第一辅助电极，编号4b表示第二辅助电极，编号5表示第一间隙，编号5′表示第二间隙，编号6a表示第一导电膜，编号6b表示第二导电膜，以及编号7表示通过根据本发明的方法形成的金属或金属化合物涂覆膜.优选情况下，导电膜6a和6b是由碳膜组成的.在图2A和2B中，涂覆膜7覆盖了衬底1的整个表面(为了方便起见，图2A的其他元件没有被显示为被膜7覆盖，虽然它们可以被如此覆盖，这取决于所应用的实施例).然而，为便于理解，这些图概要显示结构，涂覆膜不一定在衬底1的整个表面上或在整个设备上连续地伸展.虽然这些图概要显示了涂覆膜7将第一导电膜6a连接到第二导电膜6b，但是，第一导电膜6a不必一定通过涂覆膜7连接到第二导电膜6b，如上文所指出的，膜7无需覆盖整个设备.在本发明中，在电子发射部件的至少电子发射部分的表面上提供金属或金属化合物涂覆膜7就足够了.在本实施例中的电子发射设备中，向其施加较低的电压以便进行驱动(当发射电子时)的第一和第二导电膜6a和6b中的至少一个充当电子发射部件.
第一和第二辅助电极4a和4b用于促进“激励”过程(稍后描述)，并降低“激励”处理时间。辅助电极4a和4b可以是与第一和第二电极2和3的结构元件不同的结构元件，如图2A和2B所示。或者，辅助电极4a和4b可以省略，且电极2和3可以同时充当(用作为)辅助电极；在其他实施例中，辅助电极4a和4b可以分别被视为电极2和3的一部分。
由于电极2和3旨在确保向第一和第二导电膜6a和6b提供电压，图2A和2B所示的表面导电类型的电子发射设备包括至少第一导电膜6a和第二导电膜6b。第一导电膜6a和第二导电膜6b之间的距离为50nm或更小，优选情况下，为3到10nm。该距离可以相应于间隙5的宽度。
虽然在图2A和2B中显示第一辅助电极4a完全与第二辅助电极4b分开，但是，它们可以不完全分开，具体情况取决于它们如何形成，并且它们可以连接在一起(例如，在一个微小的区域)，只要不会对电子发射特性造成显著的影响即可。而且，在图2A和2B中，导电膜6a也被显示为完全与导电膜6b分开。然而，它们可以不完全分开，具体情况取决于它们如何形成，并且它们可以连接在一起(例如，在一个微小的区域)，只要不会对电子发射特性造成显著的影响即可。
为了驱动表面导电类型的电子发射设备，阳极的位置是这样的，以使其与衬底1相对，在衬底1和阳极之间的空间处于真空状态。然后，在电极2和电极3之间施加电压，以便电子从连接到低电位电极4a或4b的导电膜6a或6b隧穿连接到其他电极(高电位电极)4a或4b的导电膜6a或6b中的另一个。通过向设置为与衬底1有一定距离(在实际应用中为1mm或更大)的阳极施加高于电极2和3的电势的电势，某些电子已经隧穿到达阳极。到达阳极的电子被视为从电子发射设备向阳极发出的电子(发射电流Ie)。如此，表面导电类型的电子发射设备基本上具有二极管结构，而包括该电子发射设备的电子发射装置具有三极管结构。当然，也可以添加另一个电极(未显示)，以便使从电子发射设备发出的电子束成形。
现在将参考图6A到6E描述根据本发明的方法制造图2A和2B所示的电子发射设备的一个实施例。
步骤A：在衬底1上形成第一电极2和第二电极3(图6A)。
衬底1通常可以由绝缘玻璃衬底组成。衬底1的示例包括石英玻璃、包含低浓度的诸如Na之类的杂质的玻璃，钠石灰玻璃、通过溅射等涂覆有氧化硅(通常为SiO2)层的钠石灰玻璃，诸如矾土之类的陶瓷，以及Si衬底。
电极2和3可以由通常使用的导电材料制成。电极2和3的材料可以从以下材料中选择：诸如Ni、Cr、Au、Mo、W、Pt、Ti、A、Cu以及Pd之类的金属以及它们的合金；由玻璃等等和诸如Pd、Ag、Au、RuO2或Pd-Ag之类的金属或金属氧化物构成的印制导体；诸如In2O3-SnO2之类的透明导体；以及诸如多晶硅之类的半导体材料。
电极2和3之间的间隔(空间)L(图2A)、电极2和3的宽度(在垂直于电极2和3彼此相对的方向的方向中的长度)W(图2A)，及其他尺寸是根据预先确定工作标准来设置的。
电极2和3之间的间隔(空间)L优选情况下在100nm到900μm的范围内，根据在电极2和3之间施加的电压，在1到100μm范围内则更好。
根据电极的电阻和电子发射特性，电极2和3的宽度W优选情况下在1到500μm范围内。电极2和3的厚度优选情况下在10nm到10μm范围内。
步骤B：形成导电薄膜4(图6B)(包括部分4a和4b)，以便将第一电极2连接到第二电极3(图6B)。导电薄膜4的宽度W’(图2A)是根据预先确定的工作标准而设置的。
虽然，在图2A、2B，以及6A到6E中，电极2和3以及导电薄膜4(辅助电极4a和4b)按照该顺序在衬底1上沉积，在其他实施例中，导电薄膜4可以在沉积电极2和3之前沉积。
导电薄膜4的厚度是根据各种因素设置的，包括边缘(梯阶)上的涂层、电极2和3的电阻以及“形成”过程的条件，关于这些，稍后将进行描述。例如，厚度可以设置在5到50nm的范围内。
如果在随后的步骤C中执行“形成”过程，则优选情况下，从便易“形成”过程的观点来看，导电薄膜4的电阻高到某种程度。例如，电阻可以在103到107Ω每平方的范围之内。然而，在“形成”过程之后(在形成间隙5′之后)导电薄膜4优选情况下具有这样的低电阻，以便可以通过电极2和3向间隙5′施加足够的电压。
导电薄膜4可以由诸如Pd、Pt、Ru、Ag或Au之类的金属、诸如PdO、SnO2或In2O3之类的氧化物、诸如HfB2之类的硼化物、诸如TiC或SiC之类的碳化物、诸如TiN之类的氮化物，或诸Si或Ge之类的半导体，通过墨喷涂覆、旋涂、浸渍、真空蒸发、溅射或其他技术来制成。
在上文所列出的用于导电薄膜4的材料中，PdO是合适的，因为下列原因：
(1)PdO膜可以通过在正常大气压下烘烤包含有机Pd化合物的膜来轻松地制成；
(2)PdO的厚度具有较宽的加工容限(process margin)，以便确保前述范围内的电阻，因为PdO(其为半导体)具有相对较低的导电率；
(3)在形成间隙5′之后，PdO可以容易地被转为金属Pd以降低膜的电阻。
步骤C：然后，在导电薄膜4中形成第二间隙5′(图6C)。如此，导电薄膜4被分成由第二间隙5′分隔的第一辅助电极4a和第二辅助电极4b。如上所述，第一辅助电极4a和第二辅助电极4b可以不完全分开，而是可以连接在一起(例如，在一个微小的区域)，只要不会对电子发射特性造成显著的影响即可，如上所述。
例如，可以通过“形成”过程来形成第二间隙5′。间隙5′的形状取决于导电薄膜4的厚度、纹理和材料，以及例如下面描述的“形成”过程的处理。
利用通过使电流经过导电薄膜4产生的焦耳热来执行“形成”过程，以便在导电薄膜4中形成第二间隙5′。通过在电极2和3之间施加电压，在真空中气氛或还原性气体气氛中执行“形成”过程。
通过在电极2和3之间施加电压(通过向电极施加电流)，在导电薄膜4的一个区域中形成第二间隙5′.在这种情况下，施加具有稳定的峰值电压值的包括多个脉冲的脉冲电压，如图3A所示，或施加其峰值电压值逐渐地增大的脉冲，如图3B所示.
在图3A的情况下，脉冲宽度T1优选情况下在1μs到10ms范围内，而脉冲间隔T2优选情况下在10μs到100ms范围内。峰值电压值(“形成”过程中的峰值电压)根据导电薄膜4的材料及其他因素而进行适当设置。在图3B的情况下，脉冲宽度T1和脉冲间隔T2与图3A中的相同，峰值电压值和峰值电压值的变化根据导电薄膜4的材料及其他因素而进行适当的设置。
如果导电薄膜4由金属氧化物制成，则在包含诸如氢之类的还原性气体的气氛中执行“形成”过程是有利的。这是因为第二间隙5′可以在导电薄膜4被还原时形成。如此，在步骤B中提供的金属氧化物的导电薄膜4通过“形成”过程变成主要包含金属的辅助电极4a和4b。因此，用于驱动电子发射设备的寄生电阻可以降低。可以添加另一个步骤以完全还原导电薄膜4。
通过在脉冲电压的一个间隔内施加电压到这样的程度，以使导电薄膜4不会断裂或变形，例如，大约0.1V，根据从所测量的设备电流(通过电极2和3)得出的电阻，可以确定“形成”过程的终止。例如，当电阻达到“形成”过程之前的电阻的至少1000倍的值时，“形成”过程可以终止。
作为“形成”过程的替代，可以使用电子束石版印刷术或聚焦离子束(FIB)处理来形成第二间隙5′。如果没有提供导电薄膜4，则在步骤A中可以将电极2和3之间的间隔L设置成小于100nm，以省略步骤B和C。然而，从第二间隙5′的容易和快速形成的观点来看，执行“形成”过程是优选的。
步骤D：第一导电膜6a和第二导电膜6b位于衬底1上第二间隙5′中，且在靠近辅助电极4a和4b的间隙5′的区域中(图6D)。
导电膜6a和6b例如是通过“激励”过程来形成的。“激励”过程是通过例如在真空中引入适当的含碳气体并在电极2和3之间施加包括多个脉冲的脉冲电压来执行的。“激励”过程可以大大地增大电子发射电流。如此，形成了第一和第二碳导电膜6a和6b。当然，用于“激励”过程的含碳气体可以被替换为含金属气体，以形成含金属导电膜6a和6b。
用于“激励”过程的含碳气体的压力是根据电子发射设备的应用和含碳气体的类型来设置的。
含碳气体可以是碳化合物。合适的碳化物包括脂肪族烃，如烷烃、烯烃、炔烃；芳香族烃；酒精；醛；酮；胺；苯酚；以及有机酸，如羧酸和磺酸。碳化合物气体的压力在一定程度上取决于真空设备的形状和各组件以及碳化合物的类型。如果使用适用于“激励”过程的甲苯氰，优选情况下，可以将压力设置在1×10-5到1×10-2Pa的范围内。
通过在存在碳化合物的情况下在电极2和3之间施加具有多个脉冲的脉冲电压，大气中的碳化合物形成碳膜或包含碳和/或碳化合物的导电膜6a和6b。
图4A和4B显示了用于“激励”过程的施加的脉冲电压的优选波形。优选情况下，脉冲的最大施加电压设置在10到25V的范围内。在图4A中，T1代表了正负脉冲的脉冲宽度，T2代表了脉冲间隔。正负脉冲的绝对电压值被设置为恒定值。在图4B中，T1和T1′分别代表具有正电压和负电压的脉冲的脉冲宽度，T2代表脉冲间隔。正负脉冲的绝对电压值分别被设置为恒定值，它们之间的关系为T1＞T1′。
例如根据在“激励”过程测量的设备电流(通过电极2和3，If)或发射电流(传输到阳极，Ie)，可以确定“激励”过程的终止.当设备电流和/或发射电流到达预先确定的值时，“激励”过程可终止.施加的电压的脉冲宽度、脉冲间隔、峰值及其他属性是根据碳化合物的类型和压力设置的.
虽然在图2A和2B和图6D中所显示的第一导电膜6a完全与第二导电膜6b分开，但是，它们可以不完全分开，具体情况取决于它们如何形成，它们可以连接在一起(例如，在一个微小的区域)，只要不会对电子发射特性造成影响即可。
在由“激励”过程形成的第一导电膜6a和第二导电膜6b之间形成第一间隙5。在电极2和3之间施加电压，以在第一间隙5中产生强电场，以便驱动电子发射设备。结果，电子从连接到低电位电极(2或3)的导电膜(6a或6b，碳膜)隧穿连接到另一个电极(高电位电极)的导电膜(碳膜)。如此，一个区域(该区域是连接到低电位电极的导电膜的一部分，并位于第一间隙5的附近)充当电子发射部分。具体来说，连接到低电位电极的导电膜基本上作为电子发射部件起作用。此外，连接到高电位电极的导电膜可以被视为电子发射部件，因为可以认为，从连接到低电位电极的导电膜隧穿的大多数电子在连接到高电位电极的导电膜上散布。如此，在根据本发明的表面导电类型的电子发射设备中，第一导电膜6a和第二导电膜6b两者都可以被视为电子发射部件。第一间隙5的宽度比第二间隙5′小，并位于第二间隙5′的内部。
在本实施例中，第一导电膜6a和第二导电膜6b是通过“激励”过程形成的。然而，在其他实施例中，它们可以通过电子束光刻技术、FIB过程等等来形成，而不必执行“激励”过程，只要在第一导电膜6a和第二导电膜6b之间确保50nm或更小(优选情况下为3到10nm)的间隔。
步骤E：交替地引入氧化性气体(含氧气体)和含金属气体，以在电子发射设备的表面上形成涂覆膜7(至少电子发射部件的表面或电子发射部分)，且衬底1保持在所需的温度(图6E)。
从提高电子发射部分的表面以及它们的附近的热阻以抑制特征的变化并提高电子发射效率的观点来看，含金属气体可以包含提供比导电膜6a和6b(以及辅助电极4a和4b)的热阻更高的热阻的材料。优选情况下，使用金属化合物的气体(金属化合物气体)作为含金属气体。金属化合物可以包括要形成到涂覆膜7中的金属。这样的金属化合物气体的示例包括Zr(NMe2)4、Zr(NEtMe)4、Ti(NMe2)4、Ti(NEt2)4、Pt(EtCp)Me3、Ru(EtCp)Me3、Ta(OEt)5、Ge(OMe)4、Bi(dpm)3、La(dpm)3、Ta(OEt)5、Cr(dpm)3以及Ni(dpm)3。
为了降低电子发射部分的表面及其附近的功函数以增大发射电流密度和/或提高电子发射效率，含金属气体可以包含提供比导电膜6a和6b的功函数低得多的功函数的材料。这样的气体的示例包括Hf[N(CH3)2]4、Ba(C11H19O2)2和Li(C11H19O2)。
如此，可以通过上文所描述的步骤A到E生产在其表面上具有涂覆膜7的表面导电类型的电子发射设备。
在本发明的方法中，可以在暴露于气体中的所有区域中形成涂覆膜7.因此，如果涂覆膜7具有高导电性，则各电极之间的电阻可能相对地降低，从而在电极之间产生短路(泄漏电流).因此，必须注意涂覆膜7的厚度.然而，如果衬底1由绝缘体制成，则具有适当厚度的涂覆膜7可以在电子发射设备的工作过程中抑制衬底的表面的充电.在形成涂覆膜7之后，可以执行另外的步骤，以去除涂覆膜的不必要的部分，从这些部分可能会发生泄漏电流.通过另外执行这样的步骤，可以减少电极之间的短路(泄漏电流).可以使用各种方法来减少电极之间的短路(泄漏电流).
虽然是在表面导电类型的电子发射设备的上下文中来对上面的实施例进行描述的，但是，本发明的方法例如也可以应用于使用诸如碳纳米管之类的碳素纤维6作为电子发射部件的场致发射类型的电子发射设备，如图7所示。
在图7中，编号1表示衬底1，编号2表示阴极，编号3表示控制电极(可以用作栅电极)，编号6表示碳素纤维，编号10表示绝缘层，编号11表示阳极。
尽管图7所示的场致发射类型的电子发射设备具有阴极2和控制电极3，但是本发明也可以应用于另一种形式的场致发射类型的电子发射设备，不包括控制电极(和绝缘层10)，因为碳素纤维6可以在低场强下发射电子。具体来说，本发明可以应用于在衬底1包括阴极2和碳素纤维6(并按此顺序排列)的电子发射设备(二极管或二端类型的电子发射设备，包括阳极11)。
在图7所示的电子发射设备(这是三极管类型)中，控制电极3可以充当所谓的栅电极(用于从碳素纤维6提取电子)。然而，由于碳素纤维6可以在低电场强度下发射电子，阳极11可以从碳素纤维6中提取电子，且控制电极3可以用于改变从碳素纤维中发出的电子的量，暂停电子发射，聚焦发出的电子束，以及执行其他控制。在这种情况下，向控制电极3施加的电势可以比向阴极2施加的电势低。
为了制造这种类型的电子发射设备，制造上文所描述的表面导电类型的电子发射设备的过程中的步骤A到D可以替换为下列步骤A′和B′，并执行随后的步骤E。如此，根据本发明的方法，在电子发射设备的至少电子发射部件(即，碳素纤维6)的表面上形成涂覆膜7。
步骤A′：在衬底1中沉积阴极2、绝缘层10以及控制电极3，随后形成穿过控制电极3和绝缘层10的开口，以制备将在其中配置碳素纤维6的结构。
步骤B′：在暴露于开口中的阴极2的表面上沉积许多催化粒子(例如，Pd-Co合金的粒子)。然后，通过使用含碳气体执行热CVD处理，从而在位于开口中的阴极2上形成多个碳素纤维。或者，向开口的内侧部施加包含多个碳素纤维的印刷膏(未显示)，然后，执行干燥和/或烘烤过程。如此，在位于开口中的阴极2上形成碳素纤维6。如果碳素纤维嵌入在膏的矩阵中，可以执行另外的步骤以去除覆盖在碳素纤维6上的膏的矩阵的一部分(例如，玻璃)。为了执行此去除步骤，可以使用激光辐射处理。此去除步骤可以提高来自碳素纤维的电子发射量。
尽管使用碳素纤维的此电子发射设备是垂直型，但是，在另一种实施例中，可以有另一种形式的使用碳素纤维的电子发射设备，其中，控制电极3和阴极2在衬底1上并排设置，如图8所示。这种形式是横向类型。在图8中，参考编号1代表衬底，编号2表示阴极，编号3表示控制电极(可以用作栅电极)，编号6表示碳素纤维，编号11表示阳极。
在本发明中，碳素纤维6包含碳，优选情况下，碳是碳素纤维的主要成分。从提供稳定的发射电流Ie的观点来看，碳素纤维6的直径在1nm到小于1μm的范围内，优选情况下为1到500nm，在5到100nm范围内则更好。在实际应用中，碳素纤维的长度可以至少为直径的10倍。为了增强施加的电场强度，碳素纤维的长度优选情况下至少为直径的50倍，至少为直径的100倍则更好。
石墨由层叠的碳片构成，在理想情况下，各个碳片之间的间隔为通过由具有sp2杂化的共价键形成的六角形排列的碳原子的密堆单元，形成了每一个碳片。每一个碳片叫做“石墨(graphene)”或“石墨片”。
圆柱形的石墨叫做“碳纳米管”。其中嵌套了多个石墨片的柱体被称为多壁碳纳米管。石墨的单层柱体被称为单壁碳纳米管。具体来说，其末端没有封闭的碳纳米管对于电子发射来说具有低电场阈值。虽然某些多壁碳纳米管在其空心处具有类似于竹节的结构，但是，这种碳素纤维的最外面的石墨常常与纤维的纵向(轴线方向)成大约0°的角度，这种类型也可以叫做碳纳米管。碳纳米管的特点是中空的结构，在该结构中，最外面的、圆柱形的石墨的表面基本上与纤维的轴方向(纵向)平行(石墨和纤维轴构成了大约为0°的角度)。
在另一种类型的碳素纤维中，在纤维的轴线方向可以层叠多个石墨片(未显示)。这种碳素纤维叫做“石墨纳米纤维”，且其与碳纳米管不同。具体来说，碳纳米管具有基本上垂直于纤维的轴(纤维的纵向)的c轴(在层叠了多个石墨片的方向，或垂直于石墨片的表面的方向延伸)，而石墨纳米纤维具有不垂直于(通常平行于)单个纤维的轴的c轴。通常，石墨纳米纤维中的石墨的c轴相对于纤维的轴为20°到90°。
当纤维的轴和石墨的表面(碳片或碳平面)之间的角度差几乎为90°时，纤维叫做平板类型。在平板类型中，许多石墨片像扑克牌一样沿着轴层叠。另一方面，当纤维的轴与石墨的表面形成大于0°到小于90°的角度(通常为10°到小于90°)时，纤维叫做人字形类型。人字形类型纤维可具有其中层叠了形成无底杯子的形状的石墨片的结构，或类似于层叠的打开的书的结构(层叠了V形石墨片)。
中心轴和人字形类型的纤维的附近可以是空的或充满无定形碳(在TEM级别的电子衍射中，不会显示根据晶格或亮和暗晶格图案的清晰的斑点，但显示宽的环形图案等等)。
虽然图7显示了高度线性的碳素纤维，但是，也可以在其他实施例中使用不太线性或弯曲的纤维。
碳纳米管和石墨纳米纤维两者都具有大约1到10V/μm的电子发射阈值，如此，对于电子发射材料具有合适的属性。如果使用碳素纤维作为电子发射设备的电子发射部件，则优选情况下单个电子发射设备包括多个碳素纤维。
对于电子发射部件，石墨纳米纤维比碳纳米管更合适，因为具有包含石墨纳米纤维的电子发射部件的电子发射设备比使用碳纳米管的电子发射设备提供更高的电子发射电流密度。
由于石墨纳米纤维不同于碳纳米管，其在表面上(周边)具有显微粗糙度，因此它可以轻松地导致电场集中，并轻松地从其表面发射电子。此外，由于在石墨纳米纤维中，石墨片的边缘朝着纤维的周边(表面)设置，因此，可以认为，石墨纳米纤维可以轻松地发射电子。
上文所描述的实施例是在单独为电子发射设备形成涂覆膜7的情况的上下文中描述的。在衬底上包括多个电子发射设备的电子源的情况下，在衬底1上形成了多个电子发射设备之后(即，除了膜7之外的设备的所有部件)，通过基本上相同的方法，可以在各设备和衬底1上形成涂覆膜7。
如果生产如下所述的图像显示设备，则在形成涂覆膜7之后，需要执行另外的步骤，例如，密封步骤。优选情况下，在真空中执行这样的步骤，而不将电子发射设备暴露于正常大气压中。
现在将描述通过根据本发明的方法制造的电子源和图像显示设备，其每一个都包括多个电子发射设备。
图5是根据本发明的图像显示设备的外壳(显示板)131的部分地被切去的透视图。
如图5所示，由大量的电子发射设备8构成的电子源位于后板(衬底)1上。优选情况下，此显示板使用如图2A和2B所示的表面导电类型的电子发射设备。后板1的表面可以几乎完全地涂上上文所描述的金属或金属化合物涂覆膜7。
Y方向的布线(下面的布线)9(每一布线都连接了对应的电子发射设备8的多个第二电极3(或第二辅助电极4b或第二导电膜6b)位于后板1上，X方向的布线(上面的布线)10位于Y方向的布线上方，它们之间有绝缘层(未显示)。X方向的布线10与Y方向的布线9交叉，多个第一电极2(或第一辅助电极4a或第一导电膜6a)通过在绝缘层中形成的接触孔(未显示)连接到对应的X方向的布线。如此，通过Y方向的布线9和X方向的布线10在电极2和3之间施加电压，可以有选择地驱动每一个电子发射设备。适当地选择Y方向的布线9和X方向的布线10的材料、厚度和宽度，以便各布线可以提供基本上均匀的电压。Y和X方向的布线9和10和绝缘层例如可以通过印刷或溅射和光刻法的组合来形成。
在由玻璃或其他透明绝缘材料制成的面板11的内表面上方提供发光部件12和金属壳13，以便与后板1相对。金属壳13是对应于上文所描述的阳极的导电膜。参考编号14代表支架，它用诸如熔融玻璃(未显示)之类的粘合剂与后板1和面板11接合在一起。如此，构建了显示板131，并保持了内部的密封。在实际应用中，面板11可以与后板1具有1到10mm范围内的距离。
由后板1、支架14以及面板11围绕的显示板(外壳)131的内部空间处于真空状态。用通过后板1或面板11提供的排气管将内部空间抽空，随后关闭排气管，便可以形成此真空状态。此外，可以在真空室中执行支架14、后板1以及面板11的粘接，以促进显示板(外壳)131的生产，并保持内部的密封。这是有利的，因为在真空室中粘接防止电子发射设备在形成涂覆膜7之后暴露于空气(正常大气压)中。
为了显示图像，用于驱动电子发射设备8的驱动电路(未显示)连接到上文所描述的显示板131(图像形成设备)，并通过Y方向的布线9和X方向的布线10向所希望的成对的电极2和3施加电压，以从电子发射部分发射电子，同时，从高压端子15向金属壳13或阳极施加5到30kV范围内的高压，以便电子束撞击在发光部件(如荧光膜)12上。此外，可以在面板11和后板1之间放置充当支撑的垫片(未显示)，以提高对抗大气压力的强度。
图5所示的显示板(外壳)131可以在信息显示/再现设备中使用。
例如，信息显示/再现设备具有用于接收TV及其他广播的信号的接收器和用于选择信号的调谐器.向显示板131输出所选择的信号中包含的视频信息、字符信息和声音信息中的至少一种信息，从而在屏幕上显示或再现.诸如电视机之类的信息显示/再现设备具有这样的结构.如果对广播的信号进行编码，本发明的信息显示/再现设备可以具有解码器.声音信息被输出到诸如扬声器之类的另外提供的声音再现单元，以便与显示在显示板131上的视频和字符信息同步地再现.
为了向显示板131输出视频信息或字符信息以便显示和/或再现，可以使用下列过程。首先，根据显示板131的像素，从接收到的视频信息或字符信息生成视频信号。将视频信号输入到显示板131的驱动电路。然后，根据输入到驱动电路的视频信号，控制从驱动电路向显示板131的电子发射设备施加的电压，如此显示图像。
图9是根据本发明的电视机的方框图。接收电路C20(包括调谐器和解码器)接收卫星或地面波广播电视信号，或通过网络接收数据广播信号，并将解码的视频数据输出到I/F UNIT(接口)C30。I/FUNIT C30将视频数据转换为图像显示设备的显示格式，并将视频数据输出到显示板131(C11)。图像显示设备C10包括显示板131(C11)、驱动电路C12以及控制电路C13。控制电路C13对输入的图像数据进行处理以便使其适用于显示板，并将图像数据和各种类型的控制信号输出到驱动电路C12。驱动电路C12根据输入图像数据将驱动信号输出到显示板131(C11)的布线的各端子(参见图5中的Doxl到Doxm以及Doyl到Doyn)，如此显示TV视频。接收电路C20和I/F UNIT C30可以容纳在不同于图像显示设备C10的壳体的机顶盒(STB)中，或在图像显示设备C10中。
可以提供输入和/或输出接口，以将图9的各部件连接到图像记录和输出设备，如打印机、数字视频摄像机、数码相机、硬盘驱动器(HDD)和数字化视频光盘(DVD)，以构成信息显示/再现设备(或电视机)，该设备可以在显示板131上显示在图像记录设备中记录的图像，或可以根据需要处理在显示板131上显示的图像，并将图像输出到图象输出设备。
已经作为一个示例描述了信息显示/再现设备的结构，根据本发明的范围和精神，可以作出各种修改。此外，通过将该设备连接到视频会议系统、计算机及其他系统，可以根据本发明提供各种类型的信息显示/再现设备。
示例
下面将参考各示例对本发明进行进一步的描述。然而，本发明不仅限于这些示例，在不偏离本发明的范围的情况下，可在形式和细节方面作出各种修改。
示例1
示例1中生产的电子发射设备具有与如图2A和2B中所示的相同结构。现在将参考图2A、2B，以及6A到6E，对用于制造本示例的电子发射设备的过程进行描述。
步骤a：通过溅射，可以在清洁的钠石灰玻璃上沉积厚度为0.5μm的氧化硅层。所产生的合成物被用作衬底1。在衬底1上形成主(host)抗蚀剂图案，随后，通过真空沉积，按顺序沉积5nm厚的Ti层和100nm厚的Ni层。然后，将主抗蚀剂图案溶于有机溶剂，以便通过除去Ni和Ti沉积层来形成电极2和3(图6A)。电极2和3之间的间隔L为3μm，宽度W为300μm。
步骤b：形成Cr掩模，以便形成导电薄膜4。具体来说，通过真空沉积，在具有电极2和3的衬底1上沉积100nm厚的Cr层，并通过已知的光刻法，根据导电薄膜4的形状在Cr层中形成凹进部分。使用所产生的膜作为Cr掩模。通过旋涂，将Pd-胺络合物溶液施加到Cr掩模上，然后，在正常大气压下，在300℃的温度下烘烤10分钟。所产生的膜主要包含PdO，厚度大约为10nm。
步骤c：通过湿式蚀刻方法去除Cr掩模.通过提升(lift-off)法，使PdO膜图形化到具有所需要的形状的导电薄膜4(图6B).导电薄膜4具有2×104Ω每平方的电阻Rs。
步骤d：将具有导电薄膜4的衬底1放置在真空室中，并对其执行“形成”过程。具体来说，用抽空设备将真空室抽空到2.3×10-3Pa的压力，并在电极2和3之间施加脉冲电压(施加脉冲)，以执行“形成”过程。如此，在导电薄膜4中形成间隙5′(图6C)。
步骤e：通过慢漏气阀，将甲苯氰引入到真空室，对真空室的内部压力进行调整，以便保持在1.3×10-4Pa。在电极2和3之间反复地施加脉冲，以执行“激励”过程。如此，形成碳膜6a和6b，或第一和第二导电膜(图6D)。
步骤f：将真空室抽空到1×10-6Pa的压力，通过开关阀，交替地引入水(H2O气体)和包含铪的有机气体(Hf[N(CH3)2]4、四(二甲基氨基)铪(tetrakis(dimethylamino)hafnium))，以便形成包含铪的涂覆膜7(图6E)。
在步骤f过程中，将衬底1的温度保持在100℃。将每一种气体引入到1Pa的压力，并在该压力下保持10秒，在步骤f的序列中将每一种气体抽空10秒，并将此序列重复100个周期。
在真空室中驱动所产生的电子发射设备，与通过步骤a到e没有步骤f产生的电子发射设备的电子发射特性相比，对电子发射特性进行评估。在18V的驱动电流下，本示例的电子发射设备的设备电流If被增大到1.5倍，且发射电流Ie被增大到2倍；因此，电子发射效率(Ie/If)增30％。
对在本示例中产生的电子发射设备进行表面元素分析。结果，从电子发射设备的整个表面检测到铪。于是确认，通过本示例的过程形成包含铪的涂覆膜。
将在本示例中产生的电子发射设备和只通过步骤a到e产生的电子发射设备的电压/电流特性进行的比较说明，本示例的电子发射设备的有效功函数显著地降低。用于获得所需要的发射电流的驱动电压减小大约2V。
示例2：
在示例2中，在示例1中用于“激励”过程的含碳气体甲苯氰被替换为Hf[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)铪)气体。四(二甲基氨基)铪气体的分压被设置在1×10-4Pa，以便用于“激励”过程。
检查在“激励”过程之后的电子发射设备的特性。结果，本示例的电子发射设备表现出与通过步骤a到e没有步骤f产生的设备的相同的特性，但与示例1的电子发射设备不同发射电流和电子发射效率没有增强。
然后，在使用四(二甲基氨基)铪气体的“激励”过程之后，将下面的步骤A和B的序列重复50个周期，衬底1的温度保持在85℃。
步骤A：将H2O气体引入到真空室中，直到压力被增大到3000Pa，并且该压力保持5秒钟。随后，将真空室抽空到大约10Pa的压力。
步骤B：将Hf[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)铪)气体引入到真空室中，直到压力增大到1000Pa，并且该压力保持5秒。随后，将真空室抽空到大约10Pa的压力。
然后，如在示例1中那样，检查所产生的电子发射设备的电子发射特性。结果，如在示例1中那样，电子发射设备表现出发射电流和效率的提高。
对电子发射设备进行表面元素分析。结果，从电子发射设备的整个表面检测到铪。于是确认，通过本示例的过程形成包含铪的涂覆膜。
示例3
在示例3中，示例1中所使用的四(二甲基氨基)铪被替换为Ti[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)铪)，并生产电子发射设备。对所产生的电子发射设备的特性进行评估。
在本示例的电子发射设备的生产过程中，以与示例1的同样的方式执行步骤a到e。然后，通过重复下列步骤A和步骤B的序列100个周期来执行步骤f，并使衬底1的温度保持在85℃。
步骤A：将H2O气体引入到真空室中，直到压力被增大到1000Pa，并且该压力保持10秒钟。随后，将真空室抽空到大约10Pa的压力。
步骤B：将Ti[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)铪)气体引入到真空室中，直到压力增大到1000Pa，并且该压力保持10秒。随后，将真空室抽空到大约10Pa的压力。
对所产生的电子发射设备的特性进行检查。结果，在形成涂覆膜前后，设备电流If不变，但发射电流Ie增大。如此可以发现，电子发射效率提高。
然而，与提供了包含铪的涂覆膜的示例1的情况不同，发射电流在低驱动电压下不增大。此外，电子发射部分的功函数的减小小于示例1的电子发射设备的功函数的减小。
示例4
在示例4中，示例1中所使用的四(二甲基氨基)铪被替换为Zr[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)铪)，并生产电子发射设备。对所产生的电子发射设备的特性进行评估。
在本示例的电子发射设备的生产过程中，以与示例1的同样的方式执行步骤a到e。然后，通过重复下列步骤A和步骤B的序列100个周期来执行步骤f，使衬底1的温度保持在85℃。
步骤A：将H2O气体引入到真空室中，直到压力被增大到1000Pa，并且该压力保持10秒钟。随后，将真空室抽空到大约10Pa的压力。
步骤B：将Zr[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)铪)气体引入到真空室中，直到压力增大到1000Pa，并且该压力保持10秒。随后，将真空室抽空到大约10Pa的压力。
对所产生的电子发射设备的特性进行检查。结果，在形成涂覆膜前后，设备电流If不变，但发射电流Ie增大到2倍。因此，电子发射效率增大到2倍。
示例5
在示例5中，生产了图5所示的图像显示设备。
首先，通过平板印刷，然后进行烘烤在具有SiO2层的后板(衬底)1上印刷Pt膏。如此，形成了几个单元，每一个单元都包括一对电极2和3：在Y方向有240个单元，在X方向有720个单元。此外，还通过丝网印刷Ag膏，随后进行烘烤来形成240个Y方向的布线9和720个X方向的布线10。通过丝网印刷绝缘膏，随后进行烘烤，为Y方向的布线9和X方向的布线10的交叉点提供了绝缘层(未显示)。在电极2和3的每一个单元中，电极2连接到其中一个X方向的布线，电极3连接到其中一个Y方向的布线。
然后，通过墨喷印刷方法在电极2和3之间施加钯络合物溶液，并在350℃烘焙30分钟，以形成氧化钯的导电薄膜4。
如此，为后板1提供了成对的电极2和3，导电薄膜4跨越电极2和3，Y方向的布线9以及X方向的布线10位于其上面。
然后，在后板1的上方放置防护罩(未显示)，以便覆盖各个单元(每一个单元都包括一对电极(2，3)和氧化钯膜)，并将由后板1和防护罩限定的空间抽空到大约1.33×10-1Pa的压力。在这种情况下，Y方向的布线8和X方向的布线10的末端被暴露于空气中作为端子。
由后板1和防护罩所限定的空间被真空泵(未显示)进一步抽空，直到内部压力降低到2×10-3Pa。
然后，将含氢的氮气引入到后板1和防护罩之间的空间中，并通过Y方向的布线9和X方向的布线10的端子(暴露在空气中的末端)在电极2和3之间施加脉冲电压，以在导电薄膜4中形成间隙5′。所施加的脉冲电压具有与如图3A所示的相同波形，脉冲宽度T1为0.1ms，脉冲间隔T2为10ms，峰值为10V。
在后板1和防护罩之间的空间被抽空之后，执行“激励”过程。在此“激励”过程中，通过X方向的布线10和Y方向的布线8在电极2和3之间反复地施加脉冲，如在前述的“形成”过程中那样。使用甲苯氰作为含碳气体，防护罩和后板1之间的空间的压力保持在1.3×10-4Pa。所施加的电压具有与如图4A所示的相同波形，脉冲宽度T1为1ms，脉冲间隔T2为10ms，峰值为16V。
当在大约60分钟之后设备电流If基本上饱和时，“激励”过程终止。
然后，将具有通过前述的步骤生产的许多电子发射设备的后板1在真空中接合到具有发光部件的面板。具体来说，支架14被固定到后板1上，并与具有发光部件12的面板11和金属壳13一起放在真空密封设备(未显示)中。预先为将要被接合到面板11和后板1的支架14的接合区域提供铟。然后，通过在真空中于350℃烘烤，使放在密封设备中的面板11和后板1脱气，它们之间保持足够的距离。
然后，将后板1冷却到180℃的温度，并交替地将水(H2O气体)和包含铪的气体引入到密封设备中，保持衬底的温度(180℃)。如此，在每一个电子发射设备上形成铪涂覆膜。
为了形成铪涂覆膜，重复下列步骤A和步骤B的序列50个周期，并使衬底的温度保持在180℃。
步骤A：将H2O气体引入到密封设备(真空室)中，直到压力被增大到1000Pa，并且该压力保持10秒钟。随后，将密封设备(真空室)抽空到大约1Pa的压力。
步骤B：将Hf[N(CH3)2]4(四(二甲基氨基)铪)气体引入到密封设备(真空室)中，直到压力增大到1000Pa，并且该压力保持10秒。随后，将密封设备(真空室)抽空到大约1Pa的压力。
将预先沉积了钡吸气剂的具有金属壳13的面板11逐渐地靠近涂有铪涂覆膜的后板1。如此，两个粘合接在一起，其中，铟预先施加到支架14上。
在上述过程完成之后，完成了真空密封图像显示设备(显示板)131。
将所产生的图像显示设备连接到驱动器(未显示)，对电子发射设备8的特性进行评估，并显示测试图。结果，初始电子发射效率是每个电子发射设备8为3％，初始发射电流至少为每一个像素所需的发射电流的2倍。此外，电子发射设备能够在低电压下被驱动。
此外，在图像显示设备的整个表面上显示更明亮的图像。此外，在比较长的时间内可以保持基本上恒定的电子发射效率，且发射电流的绝对值不变。如此，与常规的设备相比，所产生的图像显示设备表现出卓越的特性。
尽管是参考典型的实施例来对本发明进行描述的，但是，应该理解，本发明不仅限于所说明的实施例。相反，本发明涵盖了包括在所附的权利要求的精神和范围内的各种修改和等同内容。下列权利要求的范围可以作最广泛的解释，以便包含所有这样的修改和等同结构和功能。
本申请要求优选于2004年6月17日申请的日本专利申请No.2004-179929的优先权，在这里对其全部内容进行引用，恰如在本文中完全阐述了一样。