DE19613713C1

DE19613713C1 - Field emission electron source manufacturing method

Info

Publication number: DE19613713C1
Application number: DE1996113713
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Weber; Claus-Peter Dr Klages; Andreas Dr Dietz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1997-08-21
Anticipated expiration: 2016-03-30
Also published as: TW347545B; WO1997037370A1

Abstract

The manufacturing method is used to provide a field emission electron source with a diamond content layer as the electron emitter and an anode at a given distance to the latter. A diamond particle and metal bath is used to provide a metallic dispersion layer (4) containing the diamond particles on the surface of a carrier substrate (1), e.g. via galvanic coating. The diamond particles can be doped with boron and/or phosphor before formation of the coating bath, with formation of the diamond particles via detonation synthesis.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Herstellung von Feldemissionselektronen quellen und auf Feldemissionselektronenquellen mit einer diamanthaltigen Schicht als Elektronenemitter, wie sie beispielsweise zur Herstellung von Flachbild schirmen verwendet werden. Derartige Flachbildschirme finden Verwendung für beispielsweise Anzeigetafeln, Computer- und Fernsehbildschirme, insbesondere von portablen Geräten.The present invention relates to a ver drive to the production of field emission electrons swell and on field emission electron sources a layer containing diamond as an electron emitter, like for example for the production of flat screen screens are used. Such flat screens are used for example for scoreboards, Computer and television screens, in particular from portable devices.

Herkömmliche Flachbildschirme besitzen eine Flüssig kristallanzeige. Derartige Bildschirme benötigen je doch eine eigene zusätzliche Beleuchtung und besitzen ungünstige Betrachtungseigenschaften. Daher wurden Bildschirme entwickelt, die die kalte Emission von Elektronen aus geeigneten Materialien beim Anlegen eines elektrischen Feldes (Feldemission) zur Erzeu gung von Elektronenstrahlen ausnutzen.Conventional flat screens have a liquid crystal display. Such screens ever need but own and additional lighting unfavorable viewing properties. Therefore Screens designed that the cold emission of Electrons made of suitable materials when applied of an electric field (field emission) for generation exploitation of electron beams.

Herkömmliche Feldemissionsbildschirme basieren auf der Verwendung von metallischen Mikrospitzen (soge nannte Spindt-Kathoden), wie sie in Fig. 1 gezeigt sind (siehe auch Schwoebel, P.R. und Brodie, I. "Surface-science aspects of vacuum microelectronics" in J. Vac. Sci. Technol. B 13(4), 1995, S. 1391-1410). Da bei ist auf einem Trägermaterial 1 eine Basiselektro de 2 aufgebracht. In zweidimensionaler Anordnung be finden sich zwischen dielektrischen Isolatoren 3 elektronenemittierende Metallspitzen 4. Die dielek trische Isolatorschicht 3 ist von einer Gateelektro denschicht 5 bedeckt, die im Bereich der Spitzen der Metallkegel 4 Öffnungen besitzt. Gegenüber den Me tallspitzen befindet sich auf einer Glasfront 7 des Bildschirms eine phosphorbeschichtete Anode 6. Die Glasfront 7 ist auf der dem Betrachter zugewandten Seite mit Indium-Zinnoxid beschichtet. Wird nun zwi schen der Basiselektrode 2 und den Metallkegeln 4 einerseits und der Gateelektrode 5 (Anode) anderer seits eine elektrische Spannung angelegt, so emit tieren die Spitzen der Metallkegel 4 Elektronen. Zwi schen der Gateelektrode und der phosphorbeschichteten Anode 6 wird eine Hochspannung angelegt, die die emittierten Elektronen in Richtung der Glasplatte 5 beschleunigt. Dadurch erzeugt jeder Metallkegel 4 an der ihm auf der phosphoreszierend beschichteten Glas platte zugeordneten Stelle einen Lichtpunkt. Auf die se Art und Weise hergestellte Feldemissionsanzeigen sind inzwischen kommerziell erhältlich. Aufgrund des komplizierten Aufbaus derartiger Feldemissionsanzei gen tritt während der Produktion ein hoher Ausschuß auf, wodurch die Herstellung derartiger Mikrostruktu ren sehr aufwendig und teuer ist.Conventional field emission screens are based on the use of metallic microtips (so-called Spindt cathodes), as shown in FIG. 1 (see also Schwoebel, PR and Brodie, I. "Surface-science aspects of vacuum microelectronics" in J. Vac. Sci.Technol. B 13 (4), 1995, pp. 1391-1410). Since a base electro de 2 is applied to a carrier material 1 . In a two-dimensional arrangement there are 3 electron-emitting metal tips 4 between dielectric insulators 4 . The dielectric insulator layer 3 is covered by a gate electrode layer 5 , which has 4 openings in the region of the tips of the metal cones. Opposite the metal tips there is a phosphor-coated anode 6 on a glass front 7 of the screen. The glass front 7 is coated with indium tin oxide on the side facing the viewer. If between the base electrode 2 and the metal cones 4 on the one hand and the gate electrode 5 (anode) on the other hand an electrical voltage is applied, the tips of the metal cones emit 4 electrons. Between the gate electrode and the phosphor-coated anode 6 , a high voltage is applied, which accelerates the emitted electrons in the direction of the glass plate 5 . As a result, each metal cone 4 generates a point of light at the point assigned to it on the phosphorescent coated glass plate. Field emission displays made in this manner are now commercially available. Due to the complicated structure of such Feldemissionsanzei conditions, a high reject occurs during production, which means that the manufacture of such microstructures is very complex and expensive.

Es wurde gefunden, daß Diamant eine sehr niedrige Austrittsenergie für Elektronen besitzt, so daß bei Verwendung einer Diamantschicht als elektronenemit tierendem Material eine Strukturierung der Emissions schicht zu einer Spitze nicht nötig wäre. Dadurch ließen sich flache Elektronenemitter herstellen, die einem weniger aufwendigen Herstellungsprozeß unter liegen würden und obendrein eine höhere Pixeldichte aufweisen könnten.It has been found that diamond is very low Has exit energy for electrons, so that at Use of a diamond layer as electron emitter structuring the emissions layer to a tip would not be necessary. Thereby it was possible to manufacture flat electron emitters that a less complex manufacturing process would lie and on top of that a higher pixel density could have.

Es wurden Versuche durchgeführt, Feldemissionsanzei gen herzustellen, indem Diamant aus der Gasphase bei Temperaturen von 600 bis 900°C abgeschieden wurde. Hierzu wurde ein plasmaaktiviertes CVD-Verfahren oder ein Heißdraht-CVD-Verfahren verwendet. Aufgrund der hohen Temperaturen sind derartige Diamantbe schichtungsverfahren jedoch nicht geeignet für Glas substrate, da diese einen niedrigeren Erweichungs punkt besitzen. Weiterhin sind sie nicht geeignet, um größere Flächen wie beispielsweise für große Bild schirme zu beschichten. Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, daß während der Beschichtung die Ein haltung eines strengen Vakuums nötig ist, was den Herstellungsprozeß weiter kompliziert.Attempts have been made to field emission indicator gene by using gas phase diamond Temperatures of 600 to 900 ° C was deposited. For this purpose, a plasma-activated CVD process or uses a hot wire CVD process. Due to the Such temperatures are high temperatures Layering process, however, not suitable for glass substrate as this has a lower softening own point. Furthermore, they are not suitable to larger areas such as for large image to coat screens. Another disadvantage arises is characterized in that the one during the coating maintaining a strict vacuum is necessary Manufacturing process further complicated.

Einen ähnlichen Ansatz verfolgen Versuche (N. Kumar, H. Schmidt, C. Xie: "Diamond-based field emis sion flat panel displays", Solid State Technology, Mai 1995, S. 71-74), bei denen geschlossene Schichten aus amorphem Diamant durch Laserablation erzeugt wur den. Dieses Verfahren wird bei niedriger Temperatur unter Vakuum mit Hilfe eines gepulsten Lasers durch geführt. Abgesehen von der geringeren Temperatur er geben sich folglich jedoch ähnliche Nachteile wie bei den CVD-Verfahren.Experiments follow a similar approach (N. Kumar, H. Schmidt, C. Xie: "Diamond-based field emis sion flat panel displays ", Solid State Technology, May 1995, pp. 71-74), in which closed layers was created from amorphous diamond by laser ablation the. This procedure is done at low temperature under vacuum with the help of a pulsed laser guided. Except for the lower temperature he However, there are similar disadvantages to the CVD process.

Die DE 42 32 886 A1 offenbart eine Feldemissionselek tronenquelle, deren Emissionsteil aus einem halblei tenden Diamanten, d. h. aus einem Kohlenstoffkristall in Diamantstruktur besteht.DE 42 32 886 A1 discloses a field emission sensor tronenquelle, the emission part of a half lead tendency diamonds, d. H. from a carbon crystal exists in diamond structure.

Bei der US 5 258 685 wird auf das Emissionsteil einer Feldemissionelektronenquelle eine geschlossene Diamantschicht aufgebracht, die aus implantierten Kohlenstoff-Kristallisationskeimen aufgebaut wird.In US 5 258 685 the emission part a closed field emission electron source Diamond layer applied from the implanted Carbon nuclei is built up.

Choi et al. (Appl. Phys. Lett. 68 (1996) S. 720-722) schlagen zur Beschichtung der Emissionsteile vor, auf diese durch ein Dielektrophoreseverfahren aus einer Suspension von Diamantpartikeln in einer Flüssigkeit eine geschlossene Diamantschicht abzuscheiden.Choi et al. (Appl. Phys. Lett. 68 (1996) pp. 720-722) propose to coat the emission parts this by a dielectrophoresis method from a Suspension of diamond particles in a liquid to deposit a closed layer of diamond.

Geis et al. (Appl. Phys. Lett. 67 (1995) S. 1328-1330) untersuchen Emissionsspitzen aus Diamant, deren Ober fläche mit O₂-Plasma behandelt, Cs-beschichtet und erhitzt sowie anschließend O₂ ausgesetzt wurde. Dabei bilden sich an der Oberfläche der Diamantspitze Dia mant-O-Cs-Salze.Geis et al. (Appl. Phys. Lett. 67 (1995) pp. 1328-1330) examine emission peaks made of diamond, their tops surface treated with O₂ plasma, Cs-coated and heated and then exposed to O₂. Here form on the surface of the diamond tip slide mant-O-Cs salts.

Auch die US 5 199 918 offenbart Emissionsspitzen zur Feldemission von Elektronen, die mit einer ge schlossenen elektrisch isolierenden Diamantschicht versehen werden. Der Auftrag der Diamantschicht er folgt dabei durch ein CVD-Verfahren.US 5 199 918 also discloses emission peaks for field emission of electrons with a ge closed electrically insulating diamond layer be provided. The application of the diamond layer follows through a CVD process.

Die vorliegende Erfindung macht es sich nun zur Auf gabe, ein Verfahren zur Herstellung von Feldemis sionselektronenquellen mit einer diamanthaltigen Schicht als Elektronenemitter zur Verfügung zu stel len, das sich für unterschiedliche Substrate, insbe sondere für Glassubstrate, als auch zur Beschichtung von großen Flächen bei industrieller Fertigung eig net. Der Herstellungsprozeß soll dabei einfach, zu verlässig und kostengünstig durchgeführt werden kön nen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Feldemissionselektronenquelle mit einer diamanthalti gen Schicht als Elektronenemitter zur Verfügung zu stellen, die einfach, kostengünstig und zuverlässig hergestellt werden kann.The present invention now makes it on gabe, a process for the production of field emis ion electron sources with a diamond Layer available as electron emitter len, which are for different substrates, esp especially for glass substrates, as well as for coating of large areas in industrial production net. The manufacturing process should be simple, too can be carried out reliably and inexpensively nen. Furthermore, it is an object of the invention to Field emission electron source with a diamond holder layer as an electron emitter make that simple, inexpensive and reliable can be manufactured.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Ober begriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkma len des Anspruchs 1 sowie durch eine Feldemissions elektronenquelle nach Anspruch 16 gelöst.This task is accomplished by a procedure based on the Ober understood in connection with the characteristic features len of claim 1 and by a field emission Electron source according to claim 16 solved.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Sub strat mit einer diamanthaltigen Schicht beschichtet, indem diese aus einem diamantpartikelhaltigen und metallhaltigen Bad stromlos oder galvanisch abge schieden wird. Dadurch wird eine metallische Dia mantpartikeldispersionsschicht auf dem Substrat er zeugt, die sich hervorragend als Feldemissionselek tronenemitter eignet. Die erfindungsgemäße Feldemis sionselektronenemitterschicht eignet sich insbesonde re zur Verwendung in der Vakuummikroelektronik. Ins besondere wird durch eine erfindungsgemäße Feldemis sionselektronenquelle die Herstellung von Flachbild schirmen einfacher, kostengünstiger und zuverlässi ger.According to the method of the invention, a sub strat coated with a diamond-containing layer, by this from a diamond particle and metal containing electroless or galvanized bathroom will be divorced. This creates a metallic slide mantparticle dispersion layer on the substrate testifies that excellently as a field emission elec Tronenemitter is suitable. The field emis according to the invention ion electron emitter layer is particularly suitable re for use in vacuum microelectronics. Ins is special by a field emis according to the invention Sionselektronenquelle the production of flat shielding is easier, cheaper and more reliable ger.

Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, daß es bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann, wodurch eine Temperaturbelastung des Substrates (bzw. des Elektronenemitters), wie bei herkömmlichen CVD-Verfahren üblich, nicht auftritt. Das erfindungsge mäße Verfahren ist auch für Glassubstrate, für große Flächen und zur industriellen Fertigung mit einem hohen Durchsatz geeignet und daher kostengünstig durchzuführen.An advantage of the method according to the invention is that it can be done at room temperature whereby a thermal load on the substrate (or of the electron emitter), as in conventional CVD process common, does not occur. The fiction The procedure is also suitable for glass substrates, for large ones Surfaces and for industrial production with one high throughput and therefore inexpensive perform.

Der Elektronenemitter der erfindungsgemäßen Feldemis sionselektronenquelle besteht folglich aus einer dia mantpartikelhaltigen Schicht, wobei die Diamantparti kel in die bei dem stromlosen bzw. galvanischen Ver fahren abgeschiedenen Metallpartikel eingebettet sind. Da die Diamantschicht nicht wie bei den her kömmlichen CVD-Verfahren geschlossen ist, kann auf eine anschließende Metallisierung der Diamantschicht verzichtet werden.The electron emitter of the field emis according to the invention Sion electron source therefore consists of a slide layer containing mant particle, the diamond part kel in the in the currentless or galvanic Ver drive embedded metal particles embedded are. Because the diamond layer is not like the one from here conventional CVD process can be closed a subsequent metallization of the diamond layer to be dispensed with.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Feldemissions elektronenquelle sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.Advantageous further developments of the invention Method and field emissions according to the invention Electron sources are in the dependent claims given.

Das Bad zur Abscheidung der diamantpartikelhaltigen metallischen Dispersionsschicht kann unter Zugabe eines diamantpartikelhaltigen Pulvers hergestellt werden. Es ist dadurch möglich, auf die Größe der Partikel bzw. auf ihre Dotierung Einfluß zu nehmen. Je nach gewünschter Emissionseigenschaft kann dieses Pulver zuvor mit Bor und/oder Phosphor oder anderen Elementen dotiert werden. Die Verwendung des Hoch drucksyntheseverfahrens bzw. des Detonationssynthese verfahrens zur Herstellung des Pulvers führt zu Dia mantpartikeln mit einer Größe zwischen 0,5 und 10 µm bzw. 2 und 500 nm. Durch die Wahl einer bestimmten Partikelgröße kann ein gewünschtes Emissionsverhalten eingestellt werden.The bath for the separation of those containing diamond particles metallic dispersion layer can be added of a powder containing diamond particles will. This makes it possible to adjust the size of the Particles or to influence their doping. Depending on the desired emission property, this can Powder beforehand with boron and / or phosphorus or others Elements. The use of the high pressure synthesis method or detonation synthesis process for making the powder leads to slide shell particles with a size between 0.5 and 10 µm or 2 and 500 nm. By choosing a specific one Particle size can have a desired emission behavior can be set.

Es läßt sich eine bestimmte räumliche Struktur der diamantpartikelhaltigen metallischen Dispersions schicht auf dem Substrat erzeugen, indem vor der Ab scheidung der Dispersion auf dem Substrat eine ent sprechende metallische Struktur aufgebracht wird, so daß anschließend bei der Abscheidung der metallischen, diamantpartikelhaltigen Dispersion diese lediglich auf den metallischen Strukturen abgeschieden wird. Dies ermöglicht auf einfachste Art und Weise bei spielsweise die Herstellung von Bildpunktanordnungen bzw. die Erzeugung beliebiger diamanthaltiger Struk turen auf dem Substrat.A certain spatial structure of the metallic dispersion containing diamond particles create layer on the substrate by before the Ab separation of the dispersion on the substrate speaking metallic structure is applied, so that subsequently during the deposition of the metallic, dispersion containing diamond particles only is deposited on the metallic structures. This enables in the simplest way for example the production of pixel arrangements or the creation of any diamond-containing structure doors on the substrate.

Besonders geeignet für das metallhaltige Bad sind die Metalle Nickel, Kupfer, Chrom und/oder jedes andere Halbedel- oder Edelmetall. Eine Dicke der diamant partikelhaltigen metallischen Dispersionsschicht zwi schen 0,1 und 10 µm hat sich als vorteilhaft erwie sen.They are particularly suitable for the metal-containing bath Metals nickel, copper, chrome and / or any other Semi-precious or precious metal. A thickness of the diamond particle-containing metallic dispersion layer between 0.1 and 10 µm has proven to be advantageous sen.

Eine weitere Verbesserung des Emissionsverhaltens der diamantpartikelhaltigen, metallischen Dispersions schicht, d. h. des bei einer angelegten bestimmten Feldstärke emittierten Elektronenstromes, läßt sich dadurch erreichen, daß die Diamantpartikel an der Oberfläche der Dispersionsschicht freigelegt werden, beispielsweise indem die Oberfläche angeätzt oder anodisch oxidiert wird. Ähnliche Verbesserungen des Verhaltens der Dispersionsschicht lassen sich er reichen, indem die Oberfläche einem Plasmaätzprozeß oder einem Sputterprozeß unterzogen wird, bei spielsweise um die Oberfläche mit geeigneten Metallen zu metallisieren. Eine derartige Metallisierung kann ebenfalls zu einer Vergrößerung des emittierten Elek tronenstromes führen. In ähnlicher Weise wirkt die Implantation von Ionen in die abgeschiedene diamant partikelhaltige metallische Dispersionsschicht.A further improvement in the emission behavior of the metallic dispersion containing diamond particles layer, d. H. of a specific one Field strength of the emitted electron current can be in that the diamond particles on the Surface of the dispersion layer are exposed, for example by etching the surface or is anodized. Similar improvements to He can behave the dispersion layer range by the surface of a plasma etching process or is subjected to a sputtering process at for example around the surface with suitable metals to metallize. Such a metallization can also to an increase in the emitted elec lead tronenstromes. It works in a similar way Implantation of ions in the deposited diamond particle-containing metallic dispersion layer.

Die abgeschiedene diamantpartikelhaltige, metallische Dispersionsschicht kann zu einer weiteren Verbesse rung ihrer Eigenschaften, beispielsweise des emit tierten Elektronenstromes bzw. ihrer mechanischen oder sonstigen Stabilität, anschließend an das erfin dungsgemäße Verfahren gemäß des Hauptanspruches ther misch konditioniert werden. Ähnlich vorteilhaft kann durch Zusatz von Graphit bzw. durch eine entsprechen de Behandlung erreicht werden, daß die diamantparti kelhaltige, metallische Dispersion zusätzlich Gra phitpartikel enthält.The separated, metallic particle-containing diamond particle Dispersion layer can further improve tion of their properties, for example the emit tated electron current or its mechanical or other stability, following the inventions Process according to the main claim ther be mixed mixed. Can be similarly advantageous by adding graphite or by a de treatment can be achieved that the diamond parti metallic dispersion containing additional gra contains phit particles.

Im folgenden werden einige Beispiele des erfindungs gemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Feld emissionselektronenquelle dargestellt.The following are some examples of the invention according to the method and the field of the invention emission electron source shown.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Feldemissions anzeige auf der Basis sogenannter Spindt-Kathoden. Fig. 1 shows a conventional field emission display based on so-called Spindt cathodes.

Fig. 2 zeigt im Querschnitt den Aufbau der Emissionsschicht einer erfindungsgemä ßen Feldemissionselektronenquelle. Fig. 2 shows in cross section the structure of the emission layer of an inventive SEN field emission electron source.

Wie oben beschrieben, werden bei der in Fig. 1 ge zeigten herkömmlichen Feldemissionselektronenquelle Elektronen aus den metallischen Kegeln 4 aufgrund eines zwischen der Gateelektrode 5 und den Kegeln 4 bestehenden elektrischen Feldes emittiert. Die Emis sion ist dabei abhängig vom Krümmungsradius der Spit ze der Kegel 4. Es ist daher eine präzise Fertigung der gezeigten geometrischen Strukturen nötig.As described above, in the conventional field emission electron source shown in FIG. 1, electrons are emitted from the metallic cones 4 due to an electric field existing between the gate electrode 5 and the cones 4 . The emission is dependent on the radius of curvature of the tip of the cone 4 . Precise manufacture of the geometric structures shown is therefore necessary.

Fig. 2 zeigt demgegenüber die Emissionsschicht einer erfindungsgemäßen Feldemissionselektronenquelle. Auf einem Glassubstrat 1 mit einer Dicke von 1 mm befin det sich eine Chromkontakt-Kathode 2 mit den Außenmaßen 200 µm × 200 µm und mit einer Dicke von 0,5 µm. Diese metallische Kontaktkathode wurde durch ein Aufdampf verfahren hergestellt. Die Chromkontakt-Kathode 2 ist von einer Kupferkathode 8 umgeben, die mit einer Dicke von 0,1 µm aufgedampft wurde. Die Kupferkathode ist umgeben von einer Dispersionsschicht 4 von Dia mantpartikeln in Nickel mit einer Dicke von 1,0 µm, die stromlos oder galvanisch aufgebracht wurde. Diese Dispersionsschicht emittiert bei Anlegen eines elek trischen Feldes schon bei geringen elektrischen Feld stärken Elektronen. Der generelle Aufbau eines Bild schirms, der die erfindungsgemäße Elektronenemitter struktur gemäß Fig. 2 verwendet, ist prinzipiell ähn lich dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau. Statt der metal lischen Kegel 4 mit der Basiskathode 2 wird nun je doch die in Fig. 2 gezeigte Elektronenemitterstruktur verwendet. Dabei dient die Kupfer- und die Chromkon takt-Kathode dem Anlegen eines Potentials an die Nickeldiamantdispersionsschicht. Fig. 2 shows, in contrast, the emission layer of a field emission electron source according to the invention. On a glass substrate 1 with a thickness of 1 mm is a chrome contact cathode 2 with the external dimensions 200 µm × 200 µm and with a thickness of 0.5 µm. This metallic contact cathode was produced by an evaporation process. The chrome contact cathode 2 is surrounded by a copper cathode 8 , which was evaporated with a thickness of 0.1 μm. The copper cathode is surrounded by a dispersion layer 4 of diamond particles in nickel with a thickness of 1.0 μm, which was applied without current or galvanically. This dispersion layer emits strong electrons when an electric field is applied even with a small electric field. The general structure of a screen that uses the electron emitter structure according to the invention according to FIG. 2 is in principle similar to the structure shown in FIG. 1. Instead of the metal cone 4 to the base 2, the cathode electron emitter structure shown in Fig. 2 will now be used depending yet. The copper and the Chromkon contact cathode serve to apply a potential to the nickel diamond dispersion layer.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben. In the following some embodiments of the given method according to the invention.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Auf eine Glasplatte (70×70 mm²) wird eine Metall maske gelegt und damit die gewünschte Metallstruktur für die Bildpunkterzeugung aufgedampft. Hierzu be dient man sich einer UHV-Elektronenstrahlaufdampfan lage. Zunächst wird eine ca. 0,5 µm dicke Chrom schicht als Haftschicht abgeschieden. Hierauf wird dann noch eine ca. 0,1 µm dicke Kupferschicht aufge dampft, da Kupfer wiederum einen besseren Haftverbund zur Dispersionsschicht darstellt. Die so strukturier te Glasplatte wird in einen Nickel-Elektrolyten mit der Zusammensetzung 255 g/l Nickelsulfat, 65 g/l Nickelchlorid, 40 g/l Borsäure getaucht. In diesem Nickelelektrolyten befinden sich außerdem 50 g/l bor dotiertes Diamantpulver mit einer Korngröße von 1-3 µm. Die Metallstruktur auf dem Glas wird mit der Kathode einer Gleichstromspannungsquelle verbunden. Unter Rühren-bei einer Temperatur von 70°C wird dann die Abscheidung bei einer Stromdichte von 1 A/dm² bei Raumtemperatur durchgeführt. Nach fünf Minuten wächst unter diesen Bedingungen eine diamantpartikelhaltige Nickelschicht mit einer Dicke von 2 µm. Der Aufbau des durch dieses Verfahren erzeugten Elektronenemit tersystems ist schematisch in Fig. 2 gezeigt und oben beschrie ben.A metal mask is placed on a glass plate (70 × 70 mm²) and thus the desired metal structure for the pixel generation is evaporated. For this purpose, a UHV electron beam vapor system is used. First, an approximately 0.5 µm thick chrome layer is deposited as an adhesive layer. An approximately 0.1 µm thick copper layer is then vapor-deposited thereon, since copper in turn represents a better adhesive bond to the dispersion layer. The glass plate structured in this way is immersed in a nickel electrolyte with the composition 255 g / l nickel sulfate, 65 g / l nickel chloride, 40 g / l boric acid. This nickel electrolyte also contains 50 g / l boron-doped diamond powder with a grain size of 1-3 µm. The metal structure on the glass is connected to the cathode of a DC voltage source. With stirring at a temperature of 70 ° C., the deposition is then carried out at a current density of 1 A / dm 2 at room temperature. After five minutes, a diamond layer containing nickel layer with a thickness of 2 µm grows under these conditions. The structure of the electron emitter system produced by this method is shown schematically in FIG. 2 and described above.

Zur Untersuchung der Elektronenemission wird mit ei ner geeigneten Meßvorrichtung die Elektronenemission gemessen. Hierbei ergab sich bei obigen Parametern ein Elektronenstrom von ca. 0,3 mA/mm² bei einer Feldstärke von 20 V/µm. Die se Dispersionsschicht wurde in einer Plasmaätzappara tur mit Argonionen beschossen. Hierzu wurde die Dis persionsschicht auf der Substratelektrode einer Hoch frequenzspannung (13,56 MHz) von -250 V bei einem Druck von 1 Pa ausgesetzt. Durch diese Maßnahme erhöhte sich die Elektronenemission auf einen Wert von 0,9 mA/mm².To study the electron emission, ei ner suitable measuring device, the electron emission measured. With the above parameters, an electron current of 0.3 mA / mm² at a field strength of 20 V / µm. The This dispersion layer was in a plasma etching apparatus bombarded with argon ions. The Dis Persion layer on the substrate electrode of a high frequency voltage (13.56 MHz) of -250 V at a pressure exposed to 1 Pa. This measure increased the electron emission to a value of 0.9 mA / mm².

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Die im ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Glas platte wird in ein Nickelbad mit der Zusam mensetzung 30 g/l Nickelsulfat, 35 g/l Natriumhypo phosphit, 50 g/l Diamantpulver (Korngröße 1-3 µm) bei einer Temperatur von 90°C eingetaucht. Nach zehn Minuten bildet sich eine 4 µm dicke Nickel/Diamant-Dispersionsschicht auf der aufgedampften Metall struktur. Es wurde ein Elektronenstrom von ca. 0,5 mA/mm² gemessen.The glass described in the first embodiment plate is placed in a nickel bath together composition 30 g / l nickel sulfate, 35 g / l sodium hypo phosphite, 50 g / l diamond powder (grain size 1-3 µm) at immersed in a temperature of 90 ° C. After ten Minutes a 4 µm thick forms Nickel / diamond dispersion layer on the evaporated metal structure. An electron current of approx. 0.5 mA / mm² measured.

Nach einer kurzen chemischen Anätzung durch Eintau chen (20 sec) der vorher beschriebenen Nickel-Dia mantschicht in eine 30%ige Salzsäure, nachfolgender Spülung mit dest. Wasser und einer 45 minütigen ther mischen Nachbehandlung bei 300°C erhöhte sich der Elektronenstrom auf 0,8 mA/mm².After a short chemical etching by thawing chen (20 sec) of the previously described nickel slide coat in a 30% hydrochloric acid, below Rinse with dist. Water and a 45 minute ther mixing aftertreatment at 300 ° C increased Electron current to 0.8 mA / mm².

Die so thermisch nachbehandelte Nickeldiamantschicht wurde einem Mikrowellen-Wasserstoffplasma (500 W, Druck 2·10³ Pa, 1 Standard Liter pro Minute) 30 Minu ten lang ausgesetzt. Dadurch wurde eine leichte Gra phitisierung der Diamantoberfläche und eine Absätti gung der Oberfläche mit Wasserstoff erreicht. Der Elektronenstrom erhöhte sich durch diese Maßnahme auf 1,0 mA/mm².The nickel diamond layer thermally treated in this way a microwave hydrogen plasma (500 W, Pressure 2 · 10³ Pa, 1 standard liter per minute) 30 minu long exposed. This made a slight gra phitization of the diamond surface and saturation reached with hydrogen. Of the Electron current increased due to this measure 1.0 mA / mm².

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

Die wie unter Ausführungsbeispiel 2 beschrieben abge schiedene Nickel-Diamant-Dispersionsschicht wurde wie beschrieben mit einem Säurebad angeätzt. Die so an geätzte Nickel-Diamant-Dispersionsschicht wurde in einer herkömmlichen Sputteranlage mit einer 50 nm dicken Nickelschicht bedeckt. Durch diese Maßnahme erhöhte sich der Elektronenstrom von 0,5 mA/mm² auf 0,9 mA/mm².The abge as described in embodiment 2 different nickel-diamond dispersion layer was like described etched with an acid bath. The so on etched nickel-diamond dispersion layer was in a conventional sputtering system with a 50 nm covered with a thick layer of nickel. By this measure the electron current increased from 0.5 mA / mm² 0.9 mA / mm².

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Feldemissionselek tronenquellen mit einer diamanthaltigen Schicht als Elektronenemitter und einer in einem be stimmten Abstand zum Elektronenemitter angeord neten Anode, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem diamantpartikel- und metallhalti gen Bad eine diamantpartikelhaltige, metallische Dispersionsschicht als Elektronenemitter stromlos oder galvanisch auf einem Substrat abge schieden wird.1. A process for the production of Feldemissionselek electron sources with a diamond-containing layer as an electron emitter and an anode arranged at a certain distance from the electron emitter, characterized in that from a diamond particle and metallhalti gene a diamond particle-containing, metallic dispersion layer as an electron emitter electroless or galvanically a substrate is deposited.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Bad unter Zugabe eines dia mantpartikelhaltigen Pulvers hergestellt wird.2. The method according to claim 1, characterized records that the bath with the addition of a dia powder containing mantle particles is produced.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantpartikel zumindest teilweise vor der Her stellung des Bades dotiert werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Diamond particles at least partially before position of the bath.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Diamantpartikel mit Bor und/oder Phosphor dotiert werden.4. The method according to claim 3, characterized records that the diamond particles with boron and / or Be doped with phosphorus.

5. Verfahren nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantpartikel zumindest teilweise durch Hoch drucksynthese hergestellt werden.5. Follow one of the previous procedures the claims, characterized in that the Diamond particles at least partially through high pressure synthesis are produced.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantpartikel zumindest teilweise durch Deton ationssynthese hergestellt werden.6. Procedure according to one of the Claims 1-4, characterized in that the Diamond particles at least in part by Deton ation synthesis.

7. Verfahren nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat zumindest teilweise Glas verwendet wird.7. Follow one of the previous procedures the claims, characterized in that as Glass substrate at least partially used becomes.

8. Verfahren nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Abscheidung der diamantpartikelhaltigen, me tallischen Dispersion auf dem Substrat metalli sche Strukturen aufgebracht werden.8. Follow one of the previous procedures the claims, characterized in that before the separation of the diamond particles, me metallic dispersion on the substrate metalli cal structures are applied.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die diamantpartikelhaltige, metal lische Dispersion stromlos oder galvanisch nur auf den metallischen Strukturen abgeschieden wird.9. The method according to claim 8, characterized records that the diamond particle-containing, metal electrical or electroless dispersion only deposited on the metallic structures becomes.

10. Verfahren nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das metallhaltige Bad mit den Metallen Nickel, Kup fer, Chrom und/oder einem anderen Halbedel- oder Edelmetall hergestellt wird.10. Follow one of the previous procedures the claims, characterized in that the metal-containing bath with the metals nickel, copper fer, chrome and / or another semi-precious or Precious metal is produced.

11. Verfahren nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die diamantpartikelhaltige, metallische Dispersion in einer Dicke zwischen 0,1 und 10 µm abgeschieden wird.11. Follow one of the previous procedures the claims, characterized in that the Metallic dispersion containing diamond particles deposited in a thickness between 0.1 and 10 microns becomes.

12. Verfahren nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedene diamantpartikelhaltige, metallische Dispersion an der Oberfläche angeätzt und/oder anodisch oxidiert wird.12. Proceed according to one of the preceding the claims, characterized in that the deposited metallic particles containing diamond particles Dispersion etched on the surface and / or is anodized.

13. Verfahren nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedene diamantpartikelhaltige, metallische Dispersion an der Oberfläche einem Plasmaätzpro zeß oder einem Sputterprozeß unterzogen wird.13. Proceed according to one of the preceding the claims, characterized in that the deposited metallic particles containing diamond particles Dispersion on the surface of a plasma etch zeß or subjected to a sputtering process becomes.

14. Verfahren nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die abgeschiedene diamantpartikelhaltige, metal lische Dispersion Ionen implantiert werden.14. Proceed according to one of the preceding the claims, characterized in that in the deposited, diamond particle-containing, metal ionic dispersion.

15. Verfahren nach einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschiedene diamantpartikelhaltige, metallische Dispersion thermisch konditioniert wird.15. Do one of the previous procedures the claims, characterized in that the deposited metallic particles containing diamond particles Dispersion is thermally conditioned.

16. Feldemissionselektronenquellen mit einer dia manthaltigen Schicht als Elektronenemitter und einer in einem vorbestimmten Abstand zum Elek tronenemitter angeordneten Anode, dadurch gekennzeichnet, daß die diamanthaltige Schicht aus einer dia mantpartikelhaltigen metallischen, Dispersions schicht besteht.16. Field emission electron sources with a dia layer containing an electron emitter and one at a predetermined distance from the elec anode arranged in the tronenemitter, characterized, that the diamond-containing layer from a dia metallic particle-containing dispersions layer exists.

17. Feldemissionselektronenquelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantpartikel zumindest teilweise dotiert sind. 17. The field emission electron source according to claim 16, characterized in that the diamond particles are at least partially endowed.

18. Feldemissionselektronenquelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantpartikel mit Bor und/oder Phosphor dotiert sind.18. The field emission electron source according to claim 17. characterized in that the diamond particles are doped with boron and / or phosphorus.

19. Feldemissionselektronenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, daß die Diamantpartikel eine Größe zwischen 0,5 und 10 µm besitzen.19. Field emission electron source after one of claims 16 to 18, characterized records that the diamond particles are one size have between 0.5 and 10 µm.

20. Feldemissionselektronenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekenn zeichnet, daß die Diamantpartikel eine Größe zwischen 2 und 500 nm besitzen.20. Field emission electron source after one of claims 16 to 18, characterized records that the diamond particles are one size have between 2 and 500 nm.

21. Feldemissionselektronenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekenn zeichnet, daß das Substrat zumindest teilweise Glas ist.21. Field emission electron source after one of claims 16 to 20, characterized records that the substrate at least partially Glass is.

22. Feldemissionselektronenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekenn zeichnet, daß auf dem Substrat metallische Strukturen aufgebracht sind.22. Field emission electron source after one of claims 16 to 21, characterized records that on the substrate metallic Structures are applied.

23. Feldemissionselektronenquelle nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die diamantpartikel haltige, metallische Dispersion nur auf den me tallischen Strukturen aufgebracht ist.23. The field emission electron source according to claim 22. characterized in that the diamond particles containing metallic dispersion only on the me metallic structures is applied.

24. Feldemissionselektronenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekenn zeichnet, daß die Metallmatrix der diamantparti kelhaltigen, metallischen Dispersion die Metalle Nickel, Kupfer, Chrom und/oder ein anderes Hal bedel- oder Edelmetall enthält. 24. Field emission electron source after one of claims 16 to 23, characterized records that the metal matrix of the diamond parti low-temperature, metallic dispersion of the metals Nickel, copper, chrome and / or another hal contains bedel or precious metal.

25. Feldemissionselektronenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekenn zeichnet, daß die diamantpartikelhaltige, metal lische Dispersion eine Dicke zwischen 0,1 und 10 µm besitzt.25. Field emission electron source after one of claims 16 to 24, characterized records that the diamond particle-containing, metal dispersion between 0.1 and 10 µm.

26. Feldemissionselektronenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekenn zeichnet, daß die diamantpartikelhaltige, metal lische Dispersion an der Oberfläche angeätzt und/oder anodisch oxidiert ist.26. Field emission electron source after one of claims 16 to 25, characterized records that the diamond particle-containing, metal etched dispersion etched on the surface and / or anodized.

27. Feldemissionselektronenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekenn zeichnet, daß die abgeschiedene diamantpartikel haltige, metallische Dispersion an der Oberfläche plasmageätzt oder mit einem Sputterprozeß behandelt sind.27. Field emission electron source after one of claims 16 to 26, characterized records that the deposited diamond particle containing metallic dispersion on the surface plasma etched or with a sputtering process are treated.

28. Feldemissionselektronenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekenn zeichnet, daß die abgeschiedenen diamantparti kelhaltigen, metallischen Dispersionen ionenim plantiert sind.28. Field emission electron source after one of claims 16 to 27, characterized records that the deposited diamond parti metallic ionic dispersions containing ions are planted.

29. Feldemissionselektronenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekenn zeichnet, daß die diamanthaltige, metallische Dispersion Graphiteinlagerungen besitzt.29. Field emission electron source after one of claims 16 to 28, characterized records that the diamond-containing, metallic Dispersion has graphite inclusions.

30. Feldemissionselektronenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 29, dadurch gekenn zeichnet, daß die abgeschiedene diamantpartikel haltige, metallische Dispersion thermisch kondi tioniert ist. 30. Field emission electron source after one of claims 16 to 29, characterized records that the deposited diamond particle containing metallic dispersion thermally condi is dated.

31. Verwendung einer Feldemissionselektronenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 30 in der Vakuummikroelektronik.31. Use of a field emission electron source according to any one of claims 16 to 30 in vacuum microelectronics.

32. Verwendung einer Feldemissionselektronenquelle nach einem der Ansprüche 16 bis 30 zur Herstellung von Bildschirmen.32. Use of a field emission electron source according to one of claims 16 to 30 for the production of screens.