CN1109205A

CN1109205A - 场致发射型电子源

Info

Publication number: CN1109205A
Application number: CN94120129A
Authority: CN
Inventors: 高木俊宜; 伊藤茂生; 谷口昌照; 渡边照男; 新山刚宏
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: US5786659A; KR100225561B1; FR2713394B1; KR950015451A; FR2713394A1; CN1059751C

Abstract

一种场致发射型电子源，可使阴极布线与每个发射极锥体之间的电阻值保持在实质上相同的水平，并可提高发射极锥体的封装密度。电子源包括设置在绝缘基片上的条状阴极布线。每个阴极布线上形成有多个窗口，以使多个岛状阴极导体和电阻值各不相同的多个电阻层与阴极布线分隔而设。然后，在其上形成电阻层、绝缘层和栅电极。在栅电极和绝缘层按两者共用方式形成开口，其内设置发射极锥体，由此使每个集合单元的发射极锥体的电子发射均匀。

Description

本发明涉及场致发射型电子源，更具体地是涉及通称为冷阴板的场致发射型电子源的改进。

把高达10°（v/m）的电场施加于金属材料的表面或者半导体材料的表面会导致隧道效应，这可使电子穿过势垒，从而即便在常温下也可在真空中形成电子放电。这被称为“场效发射”，基于此原理来发射电子而构成的阴极被称为“场致发射阴极”（以下也称为“FEC”）。

近来半导体制造技术的显著进展可形成小至微米级的FEC。众所周知，Spindl型FEC是这种场致发射阴极的一个典型例子。采用半导体精细加工技术来制造Spindl型FEC，可使每个锥状发射极或发射极锥体与栅电极之间的距离为亚微米级或小于微米级，以至于在发射极锥体与栅电极之间施加数十伏的电压可导致发射极锥体发射电子。

而且，可把各发射极锥体之间的间距设置为5至10微米，以便在单一基片布置数万至数十万个FEC。

因此，制造表面发射型FEC是可行的，并且推荐采用FEC作为场致发射型电子源，用于荧光显示器件、CRT、电子显微镜、电子束设备等。

现在，将参考图25（a）和25（b），对用作场致发射型电子源的这种FEC进行说明，其中图25（a）是FEC的平面图，图25（b）是沿图25（a）的线G-G的剖面图。

如图25（a）所示，阴极布线102构成格栅状图形，遍及格栅状阴极布线102之上形成电阻层103。电阻层103形成于由阴极布线102所确定的每格栅所围绕的具有各个发射极锥体106的部位上。而且，图25（a）所示的场致发射型电子源包含栅电极105，并布置成以构成该电子源的上表面部分。栅电极105形成有多个基本呈圆形的通孔或开口。发射极锥体106分别置于各开口中。

如图25（b）所见，格栅状阴极布线102形成于绝缘基片101上，其上形成有电阻层103，以便覆盖整个基片101。电阻层103之上依次形成有绝缘层104和栅电极105。上述开口穿过栅电极106和绝缘层104而形成，发射极锥体106设置于该开口中。

以下，将说明为什么把电阻层103布置在发射极锥体106与阴极布线102之间。

FEC一般按以下方式构成，每个发射极锥体的末端与栅极之间的距离被设置得小至亚微米，在单一基片上布置数万至数十万个发射极锥体，结果由于在FEC的生产期间所带入的灰尘等，而使得发射极锥体与栅极之间常常发生短路。即使短路仅是由于一个发射极锥体所引起的，也会使阴极与栅极之间发生短路，以至于施加电压时，损坏会波及所有的发射极锥体。因此，FEC失去作为场致发射型电子源的功能。

此外，传统的场致发射型电子源常常引发局部放气，使得在发射极锥体与栅极或阴极之间常常发生放电。这导致大电流流过阴极，导致阴极被击穿。

在多个发射极锥体中，一些发射极锥体与其余的相比，往往易于发射电子，以至于由这些发射极锥体聚集地发射的电子导致在图象平面上形成异常亮点。

为了解决上述问题，如图25（a）和25（b）所示，电阻层103布置在阴极布线102与发射极锥体106之间，以至于当一个发射极锥体106由于形状不均匀而开始发射过量的电子时，电阻层就会在栅电极105与阴极布线102之间产生电压降，依据放电电流，此电压降会引起施加于过量发射电子的发射极锥体的电压减小，以至于由此的电子发射被抑制，使得每个发射极锥体均匀地或稳定地发射电子。这就避免了阴极布线102断线。

因此，设置电阻层103提高了制造FEC的成品率，并保证FEC的稳定运行。

然而，当图25（a）和25（b）的FEC的构成使被每个阴极布线102格栅所围绕或限定的区域的面积增加，并使发射极锥体106的布置遍及该区域上时，阴极布线102与每个发射极锥体106之间的电阻值是随阴极布线102与发射极锥体106之间的距离而变化的。更具体地说，靠近阴极布线102设置的每个发射极锥体106呈降低的阴值，靠近该区域中央部位设置的每个发射极锥体106，其阻值随该发射极锥体与区域中央部位的间距的减小而增大。由此导致靠近阴极布线102的边缘设置的发射极锥体所发射的电子保持在高水平，而靠近该区域中央部位设置的发射极锥体所发射的电子，则随着发射极锥体与中央部位间的间距减小而减少。

针对这些问题，如图25（a）和25（b）所示，传统的FEC按如下方式构成，即在使发射极锥体与阴极布线102的外缘保持一定的距离的情况下，完成发射极锥体在由每个格栅所限定的区域中的布置，由此使格栅状阴极布线102与每个发射极锥体之间的电阻值的离散降低到可忽略不计的程度，从而提高各发射极锥体的电子发射的均匀性。遗憾的是，这种结构无法在阴极布线外缘与距离该外缘为L距离处之间的区域内布置发射极锥体，从而降低了发射极锥体的封装密度，或者降低了发射极锥体在该区域的装配密度。

而且，为了使阴极布线与每个发射极锥体之间的电阻值均匀，应考虑把阴极布线划分到这样一种程度，即足以使大约4个这种发射极锥体被安置在每个格栅状阴极布线所限定的格栅内。但是，这导致发射极锥体的封装密度降低。

此外，每个发射极锥体106相对于格栅状阴极布线102的位置会影响发射极锥体的电阻值。以至于随FEC制造期间所达到的发射极锥体的对准精度，而引起电阻值变化。因此，为了使发射极锥体106相对于阴极布线高精度地设置，必须精确地进行掩模对准，从而导致FEC的制造麻烦与困难。

此外，除了如图25（a）和25（b）所示的结构之外，传统的FEC还可以这样构成，在条状的而不是格栅状的阴极布线上形成电阻层，以使完全覆盖阴极布线，接着在如此形成于阴极布线上的电阻层上设置发射极锥体，如已有技术所公知那样。遗憾的是，这种结构会导致发射极锥体的电阻值随电阻层膜厚的均匀度而变化，从而未能使发射极锥体的电子发射均匀。而且，电阻值的确定取决于电阻层的厚度。该厚度被限制在一预定范围内，以致难以提供具有大电流容量的FEC以及使其呈现高阻值，从而削弱了电阻层的优点。

针对已有技术的上述缺点，完成了本发明。

因此，本发明的目的是提供一种场致发射型电子源，能使阴极布线与每个发射极锥体之间的电阻值基本上保持恒定，并能提高发射极锥体的封装密度。

根据本发明，提供了一种场致发射型电子源。该场效发射型电子源包括各含有一个区的多个阴极布线，与每个阴极布线对应设置的电阻层，以及通过电阻层与每个阴极布线连接的发射极。使阴极布线与发射线之间连接，以使其间的电阻值基本上保持恒定。

在本发明的优选实施例中，电子源还包含多个位于阴极布线区内并与阴极布线分隔开的阴极导体，其中阴极布线与阴极导体通过电阻层相互电连接，发射极制成锥状，且直接或通过电阻层设置在阴极导体上。

在本发明的优选实施例中，在阴极布线区内设置有无导体窗口，在其中设置电阻值不同的电阻层。而且，在电阻层上设置多个发射极锥体。如此构成电阻层，使得靠近阴极布线部位的电阻层的电阻值得以降低。

因此，本发明可使阴极布线与每个发射极锥体之间的电阻值设定为基本相同的水平，并提高发射极锥体的封装密度。

结合附图，并通过以下详细说明，会容易地了解本发明的这些及其它目的以及附带的优点。

图1是表示装于本发明的场致发射型电子源第一实施例的阴极电极的示意图。

图2是表示本发明的场致发射型电子源第一实施例的剖面图，其中安装了图1所示的阴极电极。

图3是表示本发明的场致发射型电子源第二实施例的剖面图。

图4是表示图3的场致发射型电子源的改进的剖面图。

图5（a）和5（b）均是表示岛状阴极导体的尺寸实例的示意图。

图6是表示岛状阴极导体的尺寸另一实例的示意图。

图7是表示装于本发明的场致发射型电子源的阴极电极另一实例的透视图。

图8是表示装于本发明的场致发射型电子源的阴极电极又一实例的透视图。

图9是表示装于本发明的场致发射型电子源的第三实施例的阴极电极的透视图。

图10是图9所示阴极电极的平面图。

图11是表示本发明的场致发射型电子源的第三实施例的剖面图，在其中装设了图9和10所示的阴极电极。

图12是图11的场致发射型电子源的等效电路图。

图13是表示用于本发明的场致发射型电子源第四实施例的阴极电极的平面图。

图14是表示本发明的场致发射型电子源第四实施例的剖面图，在其中装设了图13所示的阴极电极。

图15是表示用于本发明的场致发射型电子源第五实施例的阴极电极的平面图。

图16是表示本发明的场致发射型电子源第五实施例的剖面图，在其中装设了图15的阴极电极。

图17是表示装设于本发明的场致发射型电子源第六实施例的阴极电极的平面图。

图18是表示本发明的场致发射型电子源第六实施例的剖面图，在其中装设了图17所示的阴极电极。

图19是表示用于本发明的场致发射型电子源的第七实施例的阴极电极的平面图。

图20是表示本发明的场致发射型电子源第七实施例的剖面图，其中装设了图19所示的阴极电极。

图21是表示图20的改进的场致发射型电子源的剖面图。

图22是表示用于本发明的场致发射型电子源的第八实施例的阴极电极的平面图。

图23是表示本发明的场致发射型电子源第八实施例的剖面图，在其中安装了图22所示的阴极电极。

图24是表示图23的改进的场致发射型电子源的剖面图。

图25（a）是表示传统的场致发射型电子源的平面图。

图25（b）是沿图25（a）中G-G线的剖面图。

以下参考图1至24说明根据本发明的场致发射型电子源。

参见图1和2，说明本发明的场致发射型电子源的第一实施例。所示实施例的场致发射型电子源包括如图1所示那样构成的阴极电极，它含有多个相互并置并且每个均限定一个区的条状阴极布线2，图1中，为清晰起见，仅展示了一个这种阴极布线2。阴极布线2设置有多个岛形阴极导体7。每个阴极导体7均设置有围绕该阴极导体7的无导体区8，以使其通过无导体区8与阴极布线分隔开。可以通过对布线导体2进行刻除来形成无导体区8。所示实施例的场致发射型电子源还包括在岛状阴极导体7和阴极布线2上设置的电阻层3，以使阴极导体7和阴极布线2通过电阻层3相互电连接。在电阻层3上对应于岛状阴极导体7的部位上设置有起电子发射源作用的发射极锥体6。

现在参照图2说明发射极锥体6。

如图2所示，在绝缘基片1上，按预定图案形成由Nb、Mo、Al等导电膜制成的阴极布线2和岛状阴极导体7。设置于岛状阴极导体7和阴极布线2之上的电阻层3由非晶硅等制成，并且遍及阴极布线2的区域之上。然后，在电阻层3之上依次形成二氧化硅（SiO₂）等制成的绝缘层4和Nb、Mo、Al、WSi₂等制成的栅电极5。在栅电极5和绝缘层4上形成两者共有的通孔，其中分别设置Mo制成的多个发射极锥体6。栅电极5是按条状方式设置，从而形成与阴极布线2配合的阵列。

在所说明的实施例中，对应于每一个岛状阴极导体，设置四行发射极锥体6，由此构成每个集合单元。图2中，在每个岛状阴极导体7上，设置构成这样一个集合单元的发射极锥体6。因此，可使靠近和远离阴极布线2设置的发射极锥体6具有基本上保持均匀的电阻值，这是由于使无导体区8形成均匀的宽度，而且电阻层3形成均匀的厚度的缘故。

参见图3，装有阴极电极的本发明的场致发射型电子源第二实施例与其内装的阴极电极一起展示于图中。第二实施例的场致发射型电子源是这样构成的，包括阴极布线2和岛状阴极导体7在内的导电部分和电阻层3的位置与上述第一实施例的方式正好相反。

在绝缘基片1上形成的电阻层3被定位于阴极布线2的区域之内。然后，在电阻层3上设置阴极布线2和岛状阴极导体7。而且，该场致发射型电子源包括SiO₂制成的绝缘层4和Nb、Mo、Al、WSi₂等制成的栅电极5，并依次形成于阴极布线2和岛状阴极导体7两者之上。在栅电极5和绝缘层4形成两者共用的通孔或开口，Mo制成的各发射极锥体6分别设置于各通孔或开口之内。

第二实施例的场致发射型电子源可按如下方式改进，仅将阴极布线2布置在绝缘基片1上，并在整个阴极布线2上形成电阻层3，随后在电阻层3上布置岛状阴极导体7。按上述第二实施例的方式，在岛状阴极导体7上设置发射极锥体6、绝缘层4和栅电极5。

上述另一实施例可按图4所示方式改进。更具体地，改进的场致发射型电子源按如下方式构成，在岛状阴极导体7与阴极布线2之间设置发射极锥体6。这种结构可使最靠近阴极布线2的发射极锥体6的电阻值实质上由处于阴极布线2与发射极锥体6之间的那部分电阻层3的长度所决定，而其余的发射极锥体6的电阻值则实质上根据处在阴极布线2与岛状阴极导体7之间的那部分电阻层3的长度以及限定着岛状阴极导体7与发射极锥体6之间的那部分电阻层3的厚度所确定。鉴于这种情况，当调节岛状阴极导体7的尺寸，以使所有发射极锥体6的电阻值基本上可保持恒定时，所有的发射极锥体6的电阻值基可上可保持恒定或相同。在图4所示的改进结构中，构成每个集合单元的发射极锥体6，除了定位于岛状阴极导体7外侧的发射极锥体6之外，其余都定位于岛状阴极导体之上。

以下参照图5（a）至6，将说明对应于岛状阴极导体7的发射极锥体集合单元的布置实例，为清楚起见，其中删去了绝缘层4和栅电极层5。

在图5（a）和5（b）所示实例中，设置了包含十六个发射极锥体6的集合单元，其中沿阴极布线2的外缘设有十二个发射极锥体6，靠近阴极布线2的中央部位设有四个发射极锥体6。这种布置可使后四个发射极锥体6的电阻值增大，因此岛状阴极导体7的布置要覆盖这四个发射极锥体，如靠近阴极布线的中央部位的虚线所示。这使得该四个发射极锥体6所具有电阻值由岛状阴极导体7来决定，以致该四个发射极锥体6的电阻值降低到基本上与其余发射极锥体6的电阻值相同的水平。

在图6所示实例中，设置了每个含有十二个发射极锥体6的两个集合单元，其中沿阴极布线2的外缘设置了十六个发射极锥体，靠近阴极布线2的中央部位设置了八个发射极锥体6，它们沿阴极布线的纵向排成两行。这种布置会使后八个发射极锥体的电阻值增大。因而设置两个岛状阴极导体7，每个用于覆盖两个集合单元之一的四个中央发射极锥体，如图6中虚线所示。这使得后者每四个中央发射极锥体6的电阻值由每个岛状阴极导体7来决定，以使其电阻值下降到基本上与其余发射极锥体的电阻值相同的水平。

为每个集合单元所设置的每个岛状阴极导体7的电阻被设定为较高的水平，且在电特性上是独立的。各集合单元可以分别对应于显示器的图象元布置。

因此，应该注意，上述各实施例的场致发射型电子源，可根据成各集合单元的发射极锥体的数量来改变岛状阴极导体7的尺寸，以使同一集合单元的发射极锥体均具有基本上恒定或相同的电阻值。这使得来自同一集合单元的所有发射极锥体的电子发射基本上达到均匀，并且增大发射电流。

而且，每个实施例的场致发射型电子源，使得形成于栅电极5的部位且与岛状阴极导体7对应的通孔或开口的掩膜对齐可以按低于已有技术的精度来完成，并可使电阻层3形成横向延长的形状，从而呈现增大的电阻值。

此外，场致发射型电子源降低了同一集合单元中各发射极锥体之间的偏差，从而提高了设置于各集合单元的发射极锥体的数量。这消除了把集合单元分成子单元的必要性，从而提高了发射极锥体的封装密度，并有利用于电子源的制造。

另外，在上述的各实施例中，每个发射极锥体的电阻值实际上取决于用于阴极布线和岛状阴极导体的掩膜层的精度和电阻层的电阻值。而且，可以利用同一掩模，同时形成阴极布线和岛状阴极导体。因此，上述每个实施例可使整个基片具有均匀的电阻值，同时具有满意的重复性。

布置沉积磷的阳极电极，使之与场致发射型电子源隔开，由此可构成显示器，其中上述集合单元可分别对应于显示器的图象元来设置。

在上述每个实施例中，用于场致发射型电子源的阴极电极包括设置在阴极布线2之内的岛状阴极导体7，并且各有围绕每个阴极导体形成的无导体区8。另外还可按图7或8的方式构成阴极电极。

图7所示的阴极电极是这样构成的，使每个区由条状阴极布线2和设置在阴极布线2两侧的各个阴极导体9所限定。每个区的阴极布线2和阴极导体9通过电阻层相互连接。对每个区都设置有电阻层，并在每两个相邻区之间设置电阻层分隔部分10。这样的结构可按如下方式实现，在每个电阻层上形成阴极布线2和阴极导体9，然后在阴极导体9上设置多个发射极锥体和栅电极，或者在阴极布线2和阴极导体9上形成电阻层，然后在与阴极导体9对应的那部分电阻层上形成多个发射极锥体和栅电极。另外还可在阴极布线2上设置电阻层，随后在电阻层上设置阴极导体9，其上再设置多个发射极锥体和栅电极。

图8所示的阴极电极是这样构成的，由条状阴极布线2-1、2-2、2-3和2-4和多个设置在阴极布线之间的阴极导体9限定出多个区。更具体地，由阴极布线2-2和2-3及设于阴极布线之间的阴极导体9限定出一个区。每个区的阴极布线2-1和阴极导体通过电阻层相互连接。同样，电阻层分别用于每个区的阴极布线2-2和2-3与阴极导体9的连接，以及每个区的阴极布2-4与阴极导体9的连接。这种结构可按如下方式实现，在电阻层上形成阴极布线2-1至2-4及阴极导体9，在每个阴极导体9上形成多个发射极锥体和栅电极，或者在阴极布线2-1至2-4及阴极导体9上形成电阻层，在与每个阴极导体9对应的那部分电阻层上形成多个发射极锥体和阴极布线。此外，这种结构可这样实现，在阴极布线2-1至2-4上形成电阻层，在电阻层上形成阴极导体9，在每个阴极导体9上设置多个发射极锥体和栅电极。

以下将说明图2和4所示的场致发射型电子源的制造。

首先，在玻璃等制成的绝缘基片1上形成由Nb、Mo、Al等薄膜制成的阴极布线2。然后，采用光刻法在阴极布线2上制成作为每个无导体区8的刻除部位。同时，采用光刻法在刻除部位内形成每个岛状阴极导体7。岛状阴极导体7不限于矩形。根据发射极锥体的布局，岛状阴极导体7可形成任何合适的形状如圆形等。

接着，采用溅射或CVD技术，形成厚为0.5至2.0微米左右的电阻层3，以便覆盖阴极布线2和岛状导体7。电阻层材料可以是非晶硅、In₂O₃、Fe₂O₃、ZnO、Ni-Cr合金、掺有任何期望的杂质的硅等，电阻层3的电阻率定为1×10¹至1×10⁶cm左右。

然后，采用溅射或CVD技术，在基片1上形成绝缘层4，以便覆盖阴极布线2和电阻层3。由二氧化硅（SiO₂）形成膜厚约1.0微米的绝缘层4。之后，采用溅射在绝缘层4上设置膜厚约为0.4微米的栅电极5。栅电极5由Nb、Mo、Al、WSi₂等制成。接着，采用光刻法在栅电极5上形成多个直径约为1.0微米的通孔或开口，随后通过开口采用缓冲的氢氟酸（BHF）等进行湿法蚀刻，或者采用气体如CHF₃等进行反应离子侵蚀法（RIE），由此使开口延伸至电阻层3。

接着，采用电子束（EB）在栅电极5上斜向沉积铝，以此在其上形成分离层。随后采用EB沉积技术，在分离层上接垂直方向进行Mo的正沉积，以致Mo在每个开口内沉积形成锥状，构成发射极锥体6。

之后，采用分离液如磷酸等通过溶解除去分离层，从而提供图2或4所示的场致发射型电子源。

以下说明图3所示的场致发射型电子源的制造。

首先，采用溅射、CVD技术等，在玻璃、陶瓷等制成的绝缘基片1上，由掺有任何期望的杂质的非晶硅、硅形成膜厚约0.5至2.0微米的电阻层3，以使其遍及阴极布线2。电阻层3的电阻率最好在1×10¹至1×10⁶cm的范围内。

接着，在电阻层3上沉积Nb、Mo、Al等金属膜，以便覆盖电阻层3，随后采用光刻进行蚀刻而形成无导体区8，以使阴极布线2和岛状阴极导体7隔着区8而相互分隔开。再采用溅射或CVD技术，在阴极布线2和岛状阴极导体7上，形成厚约1微米的二氧化硅绝缘层4。之后，采用溅射在绝缘层4上形成厚约0.4微米的Nb、Mo、Al、WSi₂等的栅电极5。

接着，采用光刻法在栅电极5上形成直径约为1微米的多个通孔或开口，通过开口进行湿法蚀刻或RIE，以此使开口延伸至岛状阴极导体7。

然后，在栅电极5上设置分离层，再在分离层上进行Mo的正沉积，从而按照上述工艺制成发射极锥体6。

现在参看图9，图中示出了装于本发明的场致发射型电子源第三实施例的阴极电极。

图9中参考标号30所表示的阴极电极，通常包括多个相互并列设置的条状阴极布线12。通过刻除阴极布线的一部分，在每个阴极布线12上形成窗口状的无导体区。每个窗口状无导体区均具有设置于其内的第一和第二电阻层13和17。第二电阻层17位于窗口的中央部位，第一电阻层13设置成围绕第二电阻层17。第二电阻层17的电阻值设定在低于第一电阻层13的水平。图10放大地展示了被如此刻除的阴极布线12，即其中第一电阻层13和第二电阻层17上形成有多个发射极锥体16，由此制成电子发射源。

由阴极布线12通过第一电阻层13向形成于第一电阻层13之上的发射极锥体16馈以电流，形成于第二电阻层17之上的每个发射极锥体16，起到通过第一和第二电阻层13和17向阴极电极12馈送电流的作用。

图11是图10中沿线A-A的剖面图。阴极布线12由Nb、Mo、Al等导电薄膜制成，并在绝缘基片11上形成预定图案。在阴极布线12上均形成有第一电阻层13和第二电阻层17，以使其延伸遍及阴极导线12的区域。各电阻层由掺有任何期望的杂质等的非晶硅制成。而且，在每个阴极布线12的第一和第二电阻层13和17上，依次形成有绝缘层14和Nb、Mo等制成的栅电极15。栅电极15和绝缘层14形成有两者共用的多个通孔或开口，各个Mo制成的发射极锥体16分别设置于其内。把栅电极5制成条状，并构成与阴极布线12相配合的阵列。

图12展示了图11的场致发射型电子源的等效电路，其中所形成的发射极锥体16-1和16-3是相互对称的，以使发射极锥体16-1与阴极布线12之间的电阻值等于发射极16-3与阴极布线12之间的电阻值。此外，中央发射极锥体16-2被设置成与阴极布线12相隔更大的距离，从而使发射极锥体16-2与阴极导线12之间的电阻值增大。因此，当位于发射极锥体16-2之下的第二电阻层17的电阻值设定在低水平时，发射极锥体16-2的电阻值基本上可与其余的发射极锥体16-1和16-2的电阻值相同。

现在返回图10，发射极锥体16排成三列，第一和第三列的发射极锥体16和第二列的最上端和最下端的发射极锥体16设置在第一电阻层13上，位于第二列中央的三个发射极锥体16设置在第二电阻层17上。如上所述，第二电阻层17的电阻值设定得低于第一电阻层13，因而阴极布线12与靠近该阴极导线12的第一和第三列中的发射极锥体之间的电阻值，与阴极布线12与处于第二电阻层17中央的三个发射极锥体16之间的电阻值相互基本上相同，这是因为第二电阻层17的电阻值降低。

此外，实施例可以这样构成，在阴极布线12的整个区之上形成由掺有任何期望的杂质的非晶硅制成的第一电阻层13，然后用激光等仅仅照射对应于第二电阻层的那部分第一电阻层13，由此进行退火，以使第二电阻层17的电阻值降低。

现在，参见图13说明用于本发明的场致发射型电子源第四实施例的阴极电极。

图13所示的阴极电极是这样构成的，多个条状阴极布线12相互并列地设置，并且通过对每个阴极布线12的部分刻除，在其上形成窗口状无导体区。在刻除形成的窗口内设置第一电阻层18和环状第二电阻层19。第二电阻层19设置在靠近阴极布线12的窗口部位，并且其电阻值高于第一电阻层18。在第一电阻层18和第二电阻层19之上设置多个作为电子发射源的发射极锥体16。由阴极布线12通过第一和第二电阻层18和19向位于第一电阻层18之上的发射极锥体16馈送电流，位于第一电阻层18之上的发射极锥体16通过距离增大的第一电阻层18向阴极布线12馈送电流。

图14是沿图13中线B-B的剖面图。阴极布线12由Nb、Mo、Al等导电薄膜制成，并在绝缘基片11上形成预定图案。在每个阴极布线12之上形成第一电阻层18和第二电阻层19，使其遍及阴极布线12的区域。电阻层由掺有任何期望的杂质等的非晶硅制成。而且，在每个阴极布线12的第一和第二电阻层18和19之上依次形成绝缘层14和Nb、Mo、等制成的栅电极15。在栅电极15和绝缘层14按两者共用的方式形成多个通孔或开口，由Mo制成的发射极锥体16分别设于其内。把栅电极15形成为条状，并构成与阴极布线12配合的阵列。

发射极锥体16排成四列。第二电阻层19设置于外边缘的发射极锥体16之下，并且在第一电阻层18内从其表面嵌入一个适中的深度。如上所述，图14是沿图13的线B-B的剖面图，因而所示的第二电阻层19仅仅设置于第一列的发射极锥体16-1和第四列的发射极锥体16-4之下。第二电阻层19的电阻值低于第一电阻层18的电阻值，并且由第二和第三列的发射极锥体16-2和16-3与阴极布线12之间限定了一增大的距离，以使阴极布线12与每个发射极锥体16-1至16-4之间的电阻值基本上相同。

此外，第四实施例可这样地构成，在阴极布线12的整个区域上形成由掺有任何期望的杂质的非晶硅制成的第二电阻层19，然后使除形成有第二电阻层19的部位之外的那部分阴极布线12暴露于穿过透明基片而向上投射的激光等，由此进行部分退火。之后，把整个阴极布线12短时间地暴露于穿过基片11向上投射的激光等，由此进行简单退火，以使第一电阻层的电阻值下降，并且在第一电阻层18内，使第二电阻层19从第一电阻层18的表面嵌入一个适中的深度，且不使第二电阻层的电阻值下降。

参看图15，说明用于本发明的场致发射型电子源第五实施例的阴极电极。图15所示的阴极电极30包括多个条状阴极布线12，象上述图1所示的阴极布线2那样，相互并列地设置。在每个阴极布线12的区域内，通过刻除阴极布线12的一部分而形成窗口状无导体区。在阴极布线12的窗口区内设置第一电阻层20和第二电阻层21。第二电阻层21仅位于预定的发射极锥体16之下。更具体地，第二电阻层21仅在靠近阴极布线12处形成的发射极锥体16之下设置，并且其电阻值高于第一电阻层20。形成在第一和第二电阻层20和21之上的多个发射极锥体16共同构成了电子发射源。在发射极锥体16中，那些设置于第二电阻层21之上的发射极锥体，使电流从该处发出而通过第一和第二电阻层20和21流向阴极布线12，设置于第一电阻层20之上的发射极锥体，使电流从该处而通过距离增大的第一电阻层20流向阴极布线12。

图16是沿图15的线C-C的剖面图。阴极布线12由Nb、Mo、Al等导电薄膜制成，如图16所示，在绝缘基片11上设置成预定图案。上述第一和第二电阻层20和21设置于阴极布线12之上，覆盖该阴极布线12的整个区域。电阻层20和21可由Nb、Mo、Al等导电薄膜制成。二氧化硅（SiO₂）制成的绝缘层14和Nb、Mo等制成的栅电极15设置在每个阴极布线12的第一和第二电阻层20和21上。在栅电极15和绝缘层14上按两者共用的方式形成有通孔或开口，各个由Mo制成的发射极锥体16分别设于其内。把栅电极15制成条状，并构成与阴极布线12配合的阵列。

发射极锥体16排成四列。第二电阻层21围绕紧靠外边缘发射极锥体16之下的部位设置。如上所述，图16是沿图15的线C-C的剖面图，所以显示出第二电阻层21仅设置在第一列的发射极锥体16-1和第四列的发射极锥体16-4之下。每个第二电阻层21具有的电阻值低于第一电阻层18，并且由第二和第三列的发射极锥体16-2和16-3与阴极布线12之间限定了一增大的距离，从而使阴极布线12与每个发射极锥体16-1至16-4之间的电阻值基本上相同。

而且，第五实施例可以这样构成，在阴极布线12的整个区域上，设置由掺有任何期望的杂质的非晶硅制成的第二电阻层21，然后使除形成有第二电阻层19的部位之外的那部分阴极布线12暴露于穿过透明基片11的向上投射的激光等，以此进行部分退火，以致第一电阻层的电阻值降低，并且可避免第二电阻层19的电阻值降低。

参照图17，说明用于本发明的场致发射型电子源第六实施例的阴极电极。

图17中由标号30所指的阴极电极，包括多个条状阴极布线12。包含每个阴极布线12的一个区域内设置有第一电阻层22和第二电阻层23。第二电阻层23位于部分发射极锥体16之下。而且，第二电阻层23均被形成岛状，并且仅设置在远离阴极布线12的发射极锥体16之下。此外，每个第二电阻层23的电阻值均低于第一电阻层22。设于第一和第二电阻层22和23之上的多个发射极锥体16构成电子发射源。在发射极锥体16中，设于第二电阻层23上的那些发射极锥体，使电流从该处通过第一第二电阻层22和23流向阴极布线12，设于第一电阻层22上的那些发射极锥体，使电流从该处通过第一电阻层22流向阴极布线12。标号24表示电阻层分隔部分，其上未形成第一和第二电阻层22和23，起到条状阴极导线12之间的电绝缘作用。

图18是沿图17的线D-D的剖面图。由Nb、Mo、Al等导电薄膜制成的阴极布线12，如图18所示，在绝缘基片11上布置成预定的图案。在阴极布线12上设置上述第一和第二电阻层22和23，覆盖阴极电极12的整个区域。电阻层22和23可由Nb、Mo、Al等导电薄膜制成。在每个阴极布线12的第一和第二电阻层22和23上设置二氧化硅（SiO₂）制成的绝缘层14和Nb、Mo等制成的栅电极15。在栅电极15和绝缘层14上以两者共用方式形成通孔或开口，各个Mo制成的发射极锥体分别设于该通孔或开口内。把栅电极15形成条状，并构成与阴极布线12配合的阵列。

在图18所示结构中，每个发射极锥体16-1和16-3与阴极布线12之间的电阻值取决于第一电阻层22的长度。而且，发射极锥体16-2和16-4被设置成与阴极布线12隔开一个增大的距离，通常这使发射极锥体与阴极布线12之间的电阻值增大。因此，当位于发射极锥体16-2和15-4之下的第二电阻层23被制成呈降低的电阻值时，这些发射极锥体的电阻值可基本上等同于发射极锥体16-1和16-3的电阻值。

更具体地，在每个阴极布线12的区域，设置两列发射极锥16，如图17和18所示，其中在第一电阻层22上设置第一列的发射极锥体16-1和16-3，在岛状第二电阻层23上设置第二列的发射极锥体16-2和16-4。如上所述，把第二电阻层23的电阻值设定为低于第一电阻层22，以使靠近阴极布线12设置的第一列的发射极锥体16-1和16-3的电阻值与远离阴极布线12设置的第二列的发射极锥体16-2和16-4的电阻值基本上相互等同，这是由于第二电阻层22的电阻值已被降低。

在上述第六实施例中，仅在阴极布线12的一侧设置第一和第二电阻层22和23。还可以采用另一种方式，即它们可设置在阴极布线12的两侧。而且，阴极布线12直接设置在基片11上。再一种方式是可以设置在第一电阻层22上。

第六实施例可以这样构成，在阴极布线12的整个区域上，设置由掺有任何期望的杂质的非晶硅制成的第一电阻层22，使除形成有第二电阻层23的部位之外的那部分阴极布线12暴露于激光等，以此进行部分退火，以使第二电阻层的电阻值降低。

参照图19，图中说明用于本发明的场致发射型电子源第七实施例的阴极电极。

图19中由标号30所指的阴极电极，包括多个相互并列设置的条状阴极布线12。每个阴极布线12具有设置第一电阻层25的区域，以便从阴极布线12两侧向相反方向延伸，同时跨在阴极布线12上。阴极电极30还包括第二电阻层26，它在阴极布线12的两侧，并位于靠近阴极布线12设置的发射极锥体16之下，从第一电阻层25的表面嵌入第一电阻层一个适中的深度。第二电阻层26的电阻值被设定为高于第一电阻层25。发射极锥体16还设置在限定于第二电阻层26之外的那部分第一电阻层25上。因此，设置在第一和第二电阻层25和26两者之上的发射极锥体16构成电子发射源。发射极锥体16中，在第二电阻层26上设置的那些发射极锥体，使电流从该处通过第一和第二电阻层25和26流向阴极布线12，在第一电阻层25上设置的那些发射极锥体，使电流从该处通过距离增大的第一电阻层25流向阴极布线12。

图20是沿图19的线E-E的剖面图。阴极布线12由Nb、Mo、Al等导电薄膜制成，如图20所示，并在绝缘基片11上布置成预定图案。在每个阴极布线12上设置上述的第一和第二电阻层25和26，覆盖阴极布线12的所有区域。电阻层25和26可由Nb、Mo、Al等导电薄膜制成。在每个阴极布线12的第一和第二电阻层25和26上，设置二氧化硅（SiO₂）制成的绝缘层14和Nb、Mo等制成的栅电极15。在栅电极15和绝缘层14上按两者共用方式形成通孔或开口，各个由Mo制成的发射极锥体16分别设于其内。把栅电极15形成条状，并构成与阴极布线12配合的阵列。

如图19所示，在阴极布线12的两侧各设置两列发射极锥体16，每个第二电阻层26设置在阴极布线12每侧靠近该阴极布线12的发射极锥体16-1和16-4之下，并从第一电阻层25的表面嵌入第一电阻层25一个适中的深度。第二电阻层26的电阻值被设定为高于第一电阻层25，在第二列的发射极锥体16-2、16-3与阴极布线12之间限定了一个增大的距离，以使阴极布线12与每个发射极锥体16-1至16-4之间的电阻值基本上相等。

而且，第七实施例可这样构成，在阴极布线12的整个区域上设置由掺有任何期望的杂质的非晶硅制成的第二电阻层26，然后使形成第二电阻层26的部位除外的那部分阴极布线12暴露于穿过透明基片11向上投射的激光等，以此进行局部退火。之后，使整个阴极布线12短时间地暴露于穿过基片11向上投射的激光等，从而进行简单退火，以使第一电阻层25电阻值降低，并避免第二电阻层26电阻值降低，从第一电阻层25的表面嵌入第一电阻层25一个适中的深度。标号24表示其上未形成第一和第二电阻层25和26的电阻层隔离部分，在各条状阴极布线12之间起到电绝缘的作用。

此外，在第七实施例中，在阴极布线12的两侧均设置第一和第二电阻层25和26。另一种方式是电阻层25和26可设置于阴极布线12两侧的任何一边。而且，阴极布线12直接设置在基片11上。此外，它还可设置在第一电阻层25上，如图21所示。

参照图22，说明用于本发明的场致发射型电子源第八实施例的阴极电极。

图22中由标号30表示的阴极电极包括多个相互并列设置的条状阴极布线12。每个阴极布线12具有设置第一电阻层27的区域，以使其从阴极布线12的两侧朝相反方向延伸，同时跨在阴极布线上。阴极电极30还包括第二电阻层28，它靠近这样的位置设置，即紧贴在靠近阴极布线12设置的发射极锥体16之下的位置。第二电阻层28的电阻值被设定为高于第一电阻层27。而且，发射极锥体16设置在由第二电阻层28之外缘限定的那部分第一电阻层27上。因此，设置在第一和第二电阻层27和28之上的发射极锥体16构成电子发射源。发射极锥体16中，设置在第二电阻层28上的那些发射极锥体，使电流从该处通过第一和第二电阻层27和28流向阴极布线12，设置在第一电阻层27上的那些发射极锥体，使电流从该处通过距离增大的第一电阻层27流向阴极布线12。

图23是沿图22的线F-F的剖面图。如图23所示，由Nb、Mo、Al等导电薄膜制成的阴极布线12在绝缘基片11上设置成预定图案。在每个阴极布线12上设置上述第一和第二电阻层27和28，覆盖阴极布线12的整个区域。电阻层可由Nb、Mo、Al等导电薄膜制成。在每个阴极布线12的第一和第二电阻层27和28上，设置二氧化硅（SiO₂）制成的绝缘层14和Nb、Mo等制成的栅电极15。在栅电极15和绝缘层14上按两者共用的方式形成通孔和开口，各个Mo制成的发射极锥体16分别设于该通孔和开口之内。把栅电极15形成条状，并构成与阴极布线12配合的阵列。

如图23所示，在阴极布线12的两侧各设置两列发射极锥体16，每个第二电阻层28靠近这样的位置设置，即在阴极布线12的每侧，紧贴在靠近阴极布线12设置的发射极锥体16-1和16-4之下的位置。每个第二电阻层28的电阻值设定为高于第一电阻层27，在第二列的发射极锥体16-2和16-3与阴极布线12之间限定了一个增大的距离，以致阴极布线12与每个发射极锥体16-1至16-4之间的电阻值基本上相同。

而且，第八实施例可这样构成，在阴极布线12的整个区域上，设置由掺有任何期望的杂质的非晶硅制成的第二电阻层28，然后使形成第二电阻层28的部位除外的那部分阴极布线12暴露于穿过透明基片11向上投射的激光等，以此进行部分退火，以便使第一电阻层27的电阻值下降，并使第二电阻层28避免电阻值下降。标号24代表其上未形成有第一和第二电阻层27和28的电阻层隔离部分，起到在条状阴极布线12之间实现由绝缘的作用。

此外，在第八实施例中，在阴极布线12的每侧设置第一和第二电阻层27和28。另一种方式是，仅在阴极布线12两侧中的任何一边设置电阻层。此外，阴极布线12是直接设置在基片11上的。另一方式是，也可将阴极布线12设在第一电阻层27上，如图24所示。

如上述可见，本发明的场致发射型电子源可使设置于阴极布线12的区域内的各发射极锥体具有基本相同的电阻值，以致该区域内的所有发射极锥体基本上可具有相同的电子发射，并可增大发射电流。

而且，本发明使阴极布线12区域内的发射极锥体之间的电阻值之差减至最小，从而提高了设于该区之内的发射极锥体的数量，且有利于本发明的器件的生产。

把沉积磷的阳极电极与本发明的场致发射型电子源相隔而设置，由此提供一显示器，其中使阴极布线12的区域设置成分别与显示器的图象元相对应。

在上述第三至第八的每个实施例中，第一和第二电阻层均可由掺有任何期望的杂质的非晶硅、多晶硅等制成。在材料中掺入的杂质可选自由P、Bi、Ga、In、Tl等组成的一组元素，以使电阻层的电阻值可适于在10¹至10⁶cm的范围内调节。这可使第三实施例的第二电阻层17、第四实施例的第一电阻层18、第五实施例的第一电阻层20、第六实施例的第二电阻层23、第七实施例的第一电阻层25和第八实施例的第一电阻层27的电阻值下降。

此外，XeCl准分子激光（波长＝308nm）可便于用作本发明的退火。激光照射时间约为0.1秒。也可用灯替换激光来进行退火。

按上述构成的本发明可使阴极电极与每个发射极锥体之间的电阻值恒定，从而保证设于阴极区内的发射极锥体的电子发射均匀。而且，即使发射极锥体靠近阴极电极设置，也能保证发射极锥体的电子发射的均匀性，由此提高了设于阴极区域内的发射极锥体的数量，从而改善了发射极锥体的封装密度。

尽管说明了本发明的最佳实施例，但在上述技术的见解下，可作出各种显而易见的改进和变化。因而应该了解，在权利要求书的范围内，本发明可按其它方式实施。

Claims

1、场致发射型电子源，包括：

各自包含一个区域的阴极布线；

与所述的每个阴极布线对应设置的电阻层；以及

通过所述的电阻层与每个所述的阴极布线连接的发射极；

在所述阴极布线与所述发射极之间形成连接，以使其间的电阻值基本上相等。

2、根据权利要求1所述的场致发射型电子源，还包括设置在所述阴极布线的所述区域中的并与所述阴极布线分隔开的多个阴极导体;

所述阴极布线与所述阴极导体通过所述电阻层相互电连接;

所述发射极被制成锥状，直接或通过所述电阻层设置在所述阴极导体上。

3、根据权利要求2所述的场致发射型电子源，还包括绝缘基片;

所述阴极布线和所述阴极导体设置在所述绝缘基片上。

4、根据权利要求2所述的场致发射型电子源，还包括绝缘基片;

所述电阻层设置在所述绝缘基片上;

所述阴极布线和所述阴极导体安装在所述电阻层上。

5、根据权利要求2至4中任何一个所述的场致发射型电子源，其中所述阴极布线被制成条状;

在每个阴极导体的外边缘设置无导体区，并把阴极导体制成岛状;以及

所述阴极导体设置于所述阴极布线之内。

6、根据权利要求5所述的场致发射型电子源，其中所述岛状阴极导体中至少一个设置成与显示器的图象元相对应。

7、根据权利要求1所述的场致发射型电子源，其中在所述的阴极布线的区域内设置无导体窗口;

所述电阻层设置于所述窗口内;

所述发射极制成锥状，并设置在所述电阻层上;

如此地构成所述电阻层，以使其中央部位的电阻值低于其外边缘部位的电阻值。

8、场致发射型电子源;包括：

阴极布线;

每个所述阴极布线具有其内设置有无导体窗口的区域;

设置于所述窗口内的电阻层;

设置于所述电阻层上制成为锥状的发射极;

在所述电阻层的外边缘部位上设置的部分发射极;

其上设置有所述部分发射极的所述电阻层部位，从所述电阻层表面延深一个适中的深度，该部位具有较高的电阻值。

9、场致发射型电子源，包括：

阴极布线;

所述每个阴极布线具有其内设置有无导体窗口的区域;

设置于所述窗口内的电阻层;

设置于所述电阻层上制成为锥状的发射极;

在所述电阻层外边缘部位上设置的部分所述发射极;

在靠近所述的部分发射极的部位，所述电阻层具有高的电阻值。

10、场致发射型电子源，包括：

绝缘基片;

制成为条状的阴极布线，并设置在所述绝缘基片上;

设置于这样一个区域的电阻层，该区域包含每个所述阴极布线，并限定于所述绝缘基片上;

设于所述电阻层并制成为锥状的发射极;

所述电阻层在其远离所述阴极布线的部位，设置有电阻值降低的岛状部分。

11、场致发射型电子源，包括：

绝缘基片;

设置于所述绝缘基片上并制成为条状的阴极布线;

设置于一个这样的区域的电阻层，该区域包含每个所述阴极布线，并限定于所述绝缘基片上;

设于所述电阻层上并制成为锥状的发射极;

靠近所述阴极布线设置的部分所述发射极;

其上设置有所述部分发射极的所述电阻层部位，从所述电阻表面深入一个适中的深度，该部位具有较高的电阻值。

12、场致发射型电子源，包括：

绝缘基片;

设于所述绝缘基片上并制成为条状的阴极布线;

设于所述电阻层上并制成为锥状的发射极;

靠近所述阴极布线设置的部分所述发射极;

所述电阻层在位于所述部分发射极之下的部位具有较高的电阻值。

13、根据权利要求7至12中任何一个的场致发射型电子源，其中所述阴极布线形成在所述电阻层上。

14、根据权利要求7至13中任何一个的场致发射电子源，其中所述阴极布线布置在透明绝缘基片上。

15、根据权利要求7至14中任何一个的场致发射型电子源，其中所述电阻层的一部分受到退火处理，从而提供一个电阻值下降的部分。

16、根据权利要求7至9、14和15中的任何一个的场致发射型电子源，其中所述阴极布线设有至少一个窗口，设置成与显示器的每个图象元相对应。