DE68918628T2

DE68918628T2 - Elektronen emittierende Vorrichtung und Elektronenstrahlerzeuger zur Anwendung derselben.

Info

Publication number: DE68918628T2
Application number: DE68918628T
Authority: DE
Inventors: Ichiro Nomura; Hidetoshi Suzuki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-05-26
Filing date: 1989-05-24
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: EP0343645A2; DE68918628D1; EP0343645A3; JPH01298624A; JP2630988B2; EP0343645B1; US4954744A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vor liegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektronen emittierende Vorrichtung, die auf der Oberfläche eines Substrates angeordnet ist, und einen Elektronenstrahlerzeuger, der mit der Vorrichtung ausgerüstet ist.

Zugehöriger Stand der Technik

Bisher ist als eine Vorrichtung, mit der die Emission von Elektronen unter Verwendung eines einfachen Aufbaus zu erreichen ist, die von M. I. Elinson et al (Radio Eng. Electron. Phys., Vol. 10, S. 1290-1296, 1965) veröffentlichte Kaltkatodenvorrichtung bekannt.
Diese nutzt den Effekt, daß eine Emission von Elektronen durch den Fluß eines elektrischen Stromes in eine auf einer kleinen Fläche auf einem isolierenden Substrat gebildete dünne Schicht und parallel zur Oberfläche der Schicht bewirkt wird, und wird allgemein als Elektronen emittierende Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp bezeichnet.
Diese Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp, über die berichtet worden ist, schließen solche ein, die eine SnO&sub2;(Sb)-Dünnschicht verwenden und von Elinson et al - wie oben genannt-entwickelt wurden, solche, die eine Au-Dünnschicht aufweisen (G. Dittmer, "Thin Solid Films", Vol. 9, S. 317, 1972), solche, die eine ITO- Dünnschicht aufweisen (M. Hartwell und C. G. Fonstad, "IEEE Trans. ED Conf.", S. 519, 1975) und solche, die eine Kohlenstoff-Dünnschicht aufweisen (Hisa Araki et al., "SHINKU (Vacuum)", Vol. 26, Nr. 1, S. 22, 1983).
Diese Elektronen emittierenden Vorrichtungen vom Oberflächenleitungstyp haben die Vorteile, daß:
1) sie eine hohe Wirksamkeit der Elektronenemission erreichen können,
2) sie einfach im Aufbau sind und daher mit Leichtigkeit hergestellt werden können,
3) eine Anzahl von Vorrichtungen durch deren Anordnung auf demselben Substrat gebildet werden kann,
4) sie eine hohe Ansprechgeschwindigkeit erreichen können usw. und sie daher ein breites Anwendungsfeld versprechen können.
Bei herkömmlichen Elektronen emittierenden Vorrichtungen hat jedoch das isolierende Substrat, auf dem die Elektronen emittierende Vorrichtung gebildet ist, ein instabiles Potential, was zu dem Problem führt, daß die Bahnkurven der emittierten Elektronen instabil bzw. instationär werden.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel zur Erklärung dieses Problems und stellt speziell eine Anzeigeeinheit dar, bei der eine herkömmliche Elektronen emittierende Vorrichtung mit Oberflächenleitung angewandt ist.
Die Bezugsziffer 1 bezeichnet ein isolierendes Substrat, das z. B. aus Glas hergestellt ist, und 2-5 Bestandteile der Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp, wobei die Bezugsziffer 2 eine aus einem Metall oder einem Metalloxid oder Kohlenstoff etc. hergestellte Dünnschicht bezeichnet und eine Elektronen emittierende Fläche 5 mindestens in einem Teil derselben durch eine herkömmliche formgebende Behandlung gebildet ist. Die Bezugsziffern 3 und 4 bezeichnen Elektroden, die dazu vorgesehen sind, eine Spannung an die Dünnschicht 2 anzulegen, und die unter der Vorgabe benutzt werden, daß die Elektrode 3 als die positive Elektrode und die Elektrode 4 als die negative Elektrode dient. Die Bezugsziffer 6 bezeichnet eine Glasscheibe, auf deren innerer Oberfläche ein eine transparente Elektrode 7 unterbrechendes Leuchtstofftarget vorgesehen ist.
Bei dieser Einheit kann das Leuchtstofftarget 8 durch Anlegen einer Beschleunigungsspannung von beispielsweise 10 kV an die transparente Elektrode 7 und gleichzeitiges Anlegen einer vorgegebenen Spannung zwischen den Elektroden 3 und 4 der Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp, wodurch die Emission von Elektronenstrahlen bewirkt wird, dazu veranlaßt werden, Licht zu emittieren.
Im Falle dieser Einheit sind jedoch die Bahnkurven der Elektronenstrahlen nicht notwendigerweise stabil, was eine Änderung der Formen der Leuchtpunkte auf dem Leuchtstofftarget bewirkt und zu einer Verringerung des Qualitätsniveaus des dargestellten Bildes führt, die ein ernsthaftes Problem darstellt.
Das liegt daran, daß das Substrat 1, auf dem die Elektronen emittierende Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp angeordnet ist, ein so instabiles Potential hat, daß die Elektronenstrahlen hiervon nachteilig beeinflußt werden.
Insbesondere hat das Potential im Randgebiet des Elektronen emittierenden Gebietes 5, das durch den schraffierten Abschnitt in der Figur bezeichnet ist, einen starken Einfluß auf die Bahnen der Elektronenstrahlenbündel. Diese Schwierigkeit trat sogar bei anderen Einheiten auf, die einen sich von Fig. 1 unterscheidenden Aufbau haben, beispielsweise bei einer Anzeigeeinheit, die eine zusätzlich zwischen der Elektronen emittierenden Vorrichtung und der transparenten Elektrode 7 zum Zwecke des Herausziehen, der Intensitätsmodulation oder Ablenkung der Elektronenstrahlenbündel vorgesehene Elektrode aufweist, oder einer Elektronenstrahl-Schreibeinheit, die mit einem anderen bilderzeugenden Material als dem Leuchtstoffals Target der Elektronenstrahlen ausgestattet ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektronen emittierende Vorrichtung bereitzustellen, bei der eine sehr geringe Schwankung (oder Instabilität) der Bahnen der emittierten Elektronen auftritt und die in der Lage ist, eine stationäre Elektronenstrahlbahn zu liefern, sowie einen Elektronenstrahlerzeuger, der diese Vorrichtung benutzt.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Elektronen emittierende Vorrichtung bereit, die einander gegenüberliegend auf der Oberfläche eines Substrates vorgesehene Elektroden und eine Elektronen emittierende Fläche, die zwischen den Elektroden angeordnet ist, aufweist, wobei eine leitfähige Schicht, die einen elektrischen Widerstand hat, der größer als derjenige der Elektronen emittierenden Fläche und nicht größer als 10¹&sup0; Ohm/Quadrat ist, auf der Oberfläche des Substrates mindestens im Randgebiet der Elektronen emittierenden Fläche in dem Zustand vorgesehen ist, daß sie mit den Elektroden elektrisch verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung stellt auch einen Elektronenstrahlerzeuger bereit, der einander gegenüberliegend auf der Oberfläche eines Substrates angeordnete Elektroden, eine zwischen den Elektroden angeordnete Elektronen emittierende Fläche, eine leitfähige Schicht, die einen elektrischen Widerstand hat, der größer als derjenige der Elektronen emittierenden Fläche und nicht größer als 10¹&sup0; Ω/Quadrat ist, die auf der Oberfläche des Substrates mindestens im Randgebiet der Elektronen emittierenden Fläche in dem Zustand vorgesehen ist, daß sie mit den Elektroden elektrisch verbunden ist, und eine elektrische Quelle zum Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden aufweist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung einer herkömmlichen Anzeigeeinheit,
Fig. 2-1A bis 2-4 sind Draufsichten, die dazu dienen, die Elektronen emittierende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zu beschreiben, wobei Fig. 2-1A und 2-1B Beispiele darstellen, in denen die vorliegende Erfindung nicht ausgeführt ist, und
Fig. 2-2 bis 2-4 verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen,
Fig. 3-1 bis 3-4 sind Darstellungen zur Verdeutlichung der Vorgehensweisen zur Präparation der Vorrichtung nach der in Fig. 2-4 gezeigten Ausführungsform,
Figs. 4 bis 6 sind Ansichten, die Zwischenschritte für den Präparationsprozeß der Elektronen emittierenden Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigen sollen,
Fig. 7 stellt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar,
Fig. 8 und 9 stellen weitere Ausführungsformen dar,
Fig. 10, 11 und 12 stellen einen weiteren Präparationsprozeß dar,
Fig. 13 stellt eine weitere Ausführungsform der Elektronen emittierenden Vorrichtung dar und
Figs. 14 und 15 stellen einen weiteren Präparationsprozeß dar.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung sind eine Elektronen emittierende Vorrichtung, die einander gegenüberliegend auf der Oberfläche eines Substrates angeordnete Elektroden und eine zwischen den Elektroden vorgesehene Elektronen emittierende Fläche aufweist, wobei eine leitfähige Schicht, die einen elektrischen Widerstand hat, der größer als derjenige der Elektronen emittierenden Fläche und nicht größer als 10¹&sup0; Ohm/Quadrat ist, auf der Oberfläche des Substrates mindestens im Randgebiet der Elektronen emittierenden Fläche in dem Zustand vorgesehen ist, daß sie mit den Elektroden elektrisch verbunden ist; und ein Elektronenstrahlerzeuger, der eine elektrische Quelle zum Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden der Elektronen emittierenden Vorrichtung aufweist. Die Elektronen emittierende Vorrichtung und der Elektronenstrahlerzeuger können dazu dienen, ein stabiles Oberflächenpotential des Substrats und stabile Bahnkurven der Elektronenstrahlbündel zu erreichen.
Als die oben erwähnte leitfähige Schicht kann mindestens ein aus der aus Boriden, Carbiden, Nitriden, Metallen, Metalloxiden, Halbleitern und Kohlenstoff bestehenden Materialgruppe ausgewähltes Material verwendet werden.
Aus den obigen Materialien ist in Fällen, in denen als Material für die leitfähige Schicht Materialien verwendet werden, die einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 1 · 10&sup4; Ohm·cm und nicht mehr als 1 · 10&sup7; Ohm·cm, einschließlich eines Teils von Oxiden, beispielsweise NiO, SiC und V&sub2;O&sub5; das Material in einer zusammenhängenden Schicht gebildet, und die Schicht kann eine geeignete Schichtdicke t (cm) haben, die durch die folgende Beziehung (1) bestimmt ist:
ρ/ Rd > t > ρ·10&supmin;¹&sup0;,
worin ρ den spezifischen Widerstand (Ohm·cm) des verwendeten Materials und Rd den Flächenwiderstand (Ohm/Quadrat) der Elektronen emittierenden Fläche darstellen.
Aus dem obigen Material wird in Fällen, in denen die Materialien, die einen spezifischen Widerstand von weniger als 1 · 10&sup4; Ohm·cm haben, einschließlich Metallen, eines Teils von Boriden, eines Teils von Carbiden, eines Teils von Nitriden, eines Teils von Oxiden und eines Teils von Halbleitern, als das Material für die leitfähige Schicht verwendet werden, beispielsweise Boride wie LaB&sub6;, CeB&sub6;, YB&sub4; und GdB&sub4;, Carbide wie TiC, ZrC, HfC, TaC und WC, Nitriden wie TiN, ZrN und HfN, Metalle wie Nb, Mo, Rh, Hf, Ta, W, Re, Ir, Pt, Ti, Au, Ag, Cu, Cr, Al, Co, Ni, Fe, Pb, Pd, Cs, Mg und Ba, Metalloxide wie In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2; und Sb&sub2;O&sub3;, Halbleiter wie Si und Ge, die Störstellen enthalten, und Kohlenstoff, das Material in einer unzusammenhängenden Schicht gebildet, bei der das Material in Form kleiner Teilchen (Partikel) dispergiert ist.
Insbesondere können Materialien, die dieselbe Zusammensetzung wie das Material, das die Elektronen emittierende Fläche der Elektronen emittierenden Vorrichtung bildet, als das Material verwendet werden, das die unzusammenhängende Schicht bildet, so daß die Eigenschaften der Elektronen emittierenden Vorrichtung nicht nachteilig beeinflußt werden können, was es auch erleichtert, die Vorrichtung zu präparieren.
Auf die beschriebene Weise kann die Dichte der kleinen Teilchen geeignet ausgewählt werden, wodurch der Widerstand der Substratoberfläche auf einen geeigneten Wert gesteuert werden kann. Bei der vorliegenden Erfindung kann die dünne Schicht vorzugsweise insbesondere einen elektrischen Widerstand von 1 · 10&sup8; Ohm/Quadrat bis 1 · 10¹&sup0; Ohm/Quadrat haben.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Bildung der oben erwähnten leitfähigen Schicht beschrieben.
Zuerst wird zur Bildung der leitfähigen Schicht mit einem elektrischen Widerstand größer als dem der Elektronen emittierenden Fläche und nicht größer als 10¹&sup0; Ohm/Quadrat unter Verwendung des Materials, das einen spezifischen Widerstand ρ von 1 · 10&sup4; bis 1 · 10&sup7; Ohm·cm hat, als Material für die leitfähige Schicht, beispielsweise NiO, SiC und V&sub2;O&sub5;, eine zusammenhängende Schicht durch einen Vakuumabscheideprozeß wie Elektronenstrahlabscheidung, Sputtern oder Hochtemperaturabscheidung so gebildet, daß die Schichtdicke t der obigen Beziehung (1) genügt. Eine derartige Schichtbildung kann ausgeführt werden, nachdem die Elektroden und die Elektronen emittierende Fläche auf der Substratoberfläche angeordnet wurden, oder die leitfähige Schicht kann gebildet worden sein, bevor die Elektroden und die Elektronen emittierende Fläche auf das Substratoberfläche gebildet werden. Die nach der Schichtbildung erhaltende leitfähige Schicht wird durch eine Mustererzeugungstechnik wie fotolithographisches Ätzen und Abheben in eine gewünschte Form strukturiert. Alternativ kann die Schichtbildung außer durch fotolithographisches Ätzen und Abheben auch durch eine maskierte Abscheidung oder einen ähnlichen Prozeß ausgeführt werden, was es ermöglicht, die Anzahl der Herstellungsschritte zu verringern.
Als nächstes wird, um die leitfähige Schicht mit einem elektrischen Widerstand, der größer als der der Elektronen emittierenden Fläche und nicht größer als 10¹&sup0; Ohm/Quadrat ist, unter Verwendung des Materials mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 1 · 10&sup4; Ohm·cm als Material für die leitfähige Schicht, beispielsweise aus Boriden wie LaB&sub6;, CeB&sub6;, YB&sub4; und GdB&sub4;, Carbiden wie TiC, TrC, HfC, TaC und WC, Nitriden wie TiN, ZrN und HfN, Metallen wie Nb, Mo, Rh, Hf, Ta, W, Re, Ir, Pt, Ti, Au, Ag, Cu, Cr, Al, Co, Ni, Fe, Pb, Pd, Cs, Mg und Ba, Metalloxiden wie In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2; und Sb&sub2;O&sub3;, Halbleitern wie Si und Ge, die Störstellen enthalten, oder Kohlenstoff, zu bilden, das Material durch ein Beschichtungsverfahren wie Eintauchen, Schleuderbeschichten und Sprühbeschichten unter Verwendung einer durch Dispergieren des Materials in Form feiner Partikel erhaltenen Dispersion in einer diskontinuierlichen Schicht gebildet. In diesem Falle kann die Dichte der feinen Partikel in der unzusammenhängenden (diskontinuierlichen) Schicht in Abhängigkeit von den verwendeten Materialien geeignet bestimmt werden. Auch in dem Fall, daß der Vakuumabscheidungsprozeß verwendet wird, kann die gewünschte diskontinuierliche Schicht erhalten werden, wenn die Schicht in der Anfangsstufe der Abscheidung verwendet wird.
Auch bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Schichtbildung ausgeführt werden, nachdem die Elektroden und die Elektronen emittierende Fläche auf der Substratoberfläche angeordnet wurden, oder bevor die Elektroden und die Elektronen emittierende Fläche auf der Substratoberfläche gebildet werden.
Das Strukturieren der Schicht wird in derselben Weise ausgeführt, wie oben für die kontinuierliche Schicht beschrieben.
Die Elektronen emittierende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung weist die Elektronen emittierende Fläche auf, die durch eine herkömmliche formgebende Behandlung (Fig. 2-1A) oder durch Dispergieren feiner Partikeln (Fig. 2-1B) ohne Ausführung der formgebenden Behandlung gebildet werden kann, und kann zufriedenstellend sein, wenn sie eine Form hat, die die Emission von Elektronenstrahlbündeln durch Anlegen einer geeigneten Spannung an die Elektronen emittierende Fläche ermöglicht. Die in der Elektronen emittierenden Fläche verwendeten Materialien können speziell Boride wie LaB&sub6;, CeB&sub6;, YB&sub4; und GdB&sub4;, Carbide wie TiC, ZrC, HfC, TaC und WC, Nitride wie TiN, ZrN und HfN, Metalle wie Nb, Mo, Rh, Hf, Ta, W, Re, Ir, Pt, Ti, Au, Ag, Cu, Cr, Al, Co, Ni, Fe, Pb, Pd, Cs, Mg und Ba, Metalloxide wie In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2; und Sb&sub2;O&sub3;, Halbleiter wie Si und Ge, die Störstellen enthalten, und Kohlenstoff einschließen. Vom Standpunkt des Wirkungsgrades der Elektronenemission aus ist es wünschenswert, die aus einer dieser Materialien gebildete Schicht einer Formierungs- Behandlung zu unterziehen oder diese Materialien in Form feiner Partikel zwischen den Elektroden zu dispergieren, wodurch die Elektronen emittierende Fläche so gebildet wird, daß sie einen elektrischen Widerstand hat, der vorzugsweise insbesondere bei 1 · 10&sup4; Ohm/Quadrat bis 1 · 10&sup7; Ohm/Quadrat liegt.
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Abbildungen im einzelnen beschrieben.
Fig. 2-1A bis 2-4 sind Darstellungen, die dazu dienen, die vorliegende Erfindung zu beschreiben und stellen Draufsichten der Elektronen emittierenden Vorrichtung dar. Hier wird hauptsächlich ein Isolator als Substrat verwendet. Die vorliegende Erfindung kann in Elektronen emittierenden Vorrichtungen und die Elektronen emittierenden Vorrichtungen enthaltenden Elektronenstrahlerzeugern breit angewandt werden.
Fig. 2-1A zeigt einen Zustand, in dem die Bedeckung mit der leitfähigen Schicht, die die vorliegende Erfindung charakterisiert, nicht ausgeführt wurde. Die Bezugsziffer 1 bezeichnet ein aus einem Isolator, beispielhaft verkörpert durch Glas, dargestelltes Substrat, und die Bezugsziffern 2 bis 5 bezeichnen Bestandteile der Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp, wobei die Bezugsziffer 2 eine aus einem Metall oder Metalloxid oder Kohlenstoff etc. hergestellte dünne Schicht bezeichnet und eine Elektronen emittierende Fläche 5 in einem Teil dieser durch ein herkömmliches Formgebungsverfahren gebildet ist. Die Elektronen emittierende Fläche 5 hat im allgemeinen einen Flächenwiderstand von nicht mehr als 10&sup7; Ohm/Quadrat, der in Abhängigkeit von den verwendeten Materialien oder Bedingungen für den Bildungsvorgang variabel ist. Die Bezugsziffern 3 und 4 bezeichnen Elektroden, die dazu vorgesehen sind, eine Spannung an die dünne Schicht 2 anzulegen, und die unter der Vorgabe verwendet werden, daß die Elektrode 3 als die positive Elektrode und die Elektrode 4 als die negative Elektrode dient, und die Spannung wird durch eine (nicht gezeigte) elektrische Quelle zwischen den beiden Elektroden angelegt.
In Fig. 2-2 ist eine Ausführung dargestellt, in der das oben erwähnte isolierende Substrat der Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp mit einer leitfähigen Schicht bedeckt ist. In Fig. 2-2 zeigt der schraffierte Abschnitt 9 den mit der Schicht bedeckten Teil. Die leitfähige Schicht, mit der das Substrat bedeckt ist und die in der in Fig. 2-2 dargestellten Weise aufgebracht ist, ist elektrisch mit einer positiven Elektrode 3 und einer negativen Elektrode 4 der Elektronen emittierenden Vorrichtung verbunden.
Als Bedeckungsmaterialien (Dünnschichtmaterialien) werden Materialien verwendet, die eine höhere Leitfähigkeit als das Material des isolierenden Substrates haben, beispielsweise Metalle wie Au, Pt, Ag, Cu, W, Ni, Mo, Ti, Ta und Cr, Metalloxide wie Sn, O&sub2; und ITO Indiumzinnoxid, sowie Carbide, Boride, Nitride, Halbleiter und Kohlenstoff.
Bei diesen Materialien wird in Fällen, in denen solche mit einem spezifischen Widerstand von nicht mehr als 1 · 10&sup4; Ohm·cm verwendet werden, das Material dispergiert in der Form feiner Partikel auf dem Substrat angeordnet, so daß es eine unzusammenhängende dünne Schicht bildet. Andererseits wird von diesen bei Materialien, die einen spezifischen Widerstand von nicht weniger als 1 · 10&sup4; Ohm·cm und nicht mehr als 1 · 10&sup7; Ohm·cm haben, eine zusammenhängende Schicht mit der durch die oben erwähnte Beziehung (1) dargestellten Schichtdicke t so angeordnet, daß sie den schraffierten Abschnitt 9 bedeckt.
Eine solche Bedeckung führt zu einer immer konstanten Potentialverteilung im Randgebiet des Elektronen emittierenden Gebietes 5. Genauer gesagt ist, angenommen, das an die positive Elektrode 3 angelegte Potential sei V&sub3; und das an die negative Elektrode 4 angelegte Potential sei V&sub4;, wenn Elektronenstrahlbündel von der Elektronen erzeugenden Vorrichtung erzeugt werden, das Potential V&sub5; auf der Oberfläche des Substrates im Randgebiet der Elektronen emittierenden Fläche 5 innerhalb des Bereiches V&sub3; ≥ V&sub5; ≥ V&sub4; (V&sub3; > V&sub4;). Folglich kann die Schwankung der Bahnkurven der Elektronenstrahlen im Vergleich mit dem Fall, bei dem das Substrat in der Randfläche des Elektronen emittierenden Gebietes 5 in einem elektrisch schwimmenden Zustand ist, wie bei der der Vorrichtung nach Fig. 2-1, merklich verringert werden.
Hier sei angemerkt, daß im oben erwähnten schraffierten oder bedeckten Gebiet 9 ein Strom zwischen der positiven Elektrode 3 und der negativen Elektrode 4 fließt. Die in diesem Gebiet verbrauchte elektrische Leistung trägt jedoch nicht zur Emission von Elektronenstrahlen bei und sollte daher so klein wie möglich sein.
In Fig. 2-3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der der schraffierte Abschnitt 9 mit dem leitfähigen Schichtmaterial in derselben Weise wie in der obigen Ausführungsform der Fig. 2-2 bedeckt ist, und dies ist hochwirksam, um die Bahnkurven der Elektronenstrahlen stabil zu machen, wie in der Ausführungsform nach Fig. 2-2. Die Bedeckung in der Form der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht eine Präparation der Schicht nicht nur durch fotolithographisches Ätzen oder Abheben, sondern auch durch maskierte Abscheidung, was es ermöglicht, die Anzahl der Bearbeitungsschritte zu verringern.
In der vorangehenden, sich auf die Fig. 2-2 und 2-3 beziehenden Beschreibung ist eine Beschreibung des Falles gegeben, bei dem die leitfähige Schicht 2 der Elektronen emittierenden Vorrichtung vorab einer Formierungsbehandlung zum Erhalt der Elektronen emittierenden Fläche 5 unterzogen wird, worauf die Bedeckung mit dem Material der leitfähigen Schicht folgt, aber die Vorrichtung muß nicht notwendigerweise unter Befolgung dieses Ablaufes präpariert werden. Es kann nämlich die dünne Schicht 2 zuerst auf dem Substrat 1 gebildet werden, worauf ein Bedecken mit dem Material der leitfähigen Schicht folgt und worauf weiter die formgebende Behandlung zur Bildung der Elektronen emittierenden Fläche 5 folgt. In diesem Falle wird die dünne Schicht 2 aufgeheizt, und danach wird im Schritt der Ausführung der Formierungs-Behandlung auch die sie umgebende Fläche auf eine relativ hohe Temperatur aufgeheizt. Unter Berücksichtung dessen kann ein hochschmelzendes Material, beispielsweise W, Ta, C, Ti oder Pd, als Bedeckungsmaterial verwendet werden, so daß die Bahnkurven der Elektronenstrahlen stabil gemacht werden können, ohne irgendeine Verunreinigung zu bewirken, die die Parameter der Elektronen emittierenden Vorrichtung nachteilig beeinflussen kann. Sogar wenn das hochschmelzende Material nicht verwendet wird, können sehr stabile Eigenschaften auch erreicht werden, wenn das Substrat mit einem Material bedeckt wird, das die gleiche Zusammensetzung wie die dünne Schicht 2 hat. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß, weil das Material dieselbe Zusammensetzung hat, sogar dann keine Verunreinigung, die die Oberfläche der Elektronen emittierenden Fläche 5 nachteilig beeinflussen kann, erzeugt wird, wenn ein Teil des Bedeckungsmaterials im Ergebnis der hohen Temperatur geschmolzen oder verdampft worden ist.
Als ein weiteres Vorgehen zur Präparation der Elektronen emittierenden Vorrichtung ist zu nennen, daß sie gebildet werden kann, nachdem das isolierende Substrat mit dem leitfähigen Schichtmaterial bedeckt wurde, und beispielsweise die in Fig. 2-4 dargestellte Ausführungsform gewählt werden kann, um gute Eigenschaften zu erhalten.
(In der Abbildung zeigen die mit gepunkteten Linien schraffierten Abschnitte Gebiete, die mit der Elektrode 3 und der Elektrode 4 bedeckt sind.) Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise durch das folgende Vorgehen präpariert:
Zuerst wird, wie in Fig. 3-1 dargestellt, auf dem isolierenden Substrat 1, das Glas, Keramik o. ä. aufweist, ein Fotoresistmuster 10 gebildet. Danach wird, wie in Fig. 3-2 dargestellt, das obige Substrat auf seiner ganzen Oberfläche mit dem Material der leitfähigen Schicht bedeckt. Die Bedeckung wird durch Beschichten mit einer durch Dispergieren feiner Partikel des Materials der leitfähigen Schicht erhaltenen Dispersion ausgeführt. Beispielsweise werden die feinen Partikel und ein Additiv, das die Dispersion der feinen Partikel zu beschleunigen vermag, einem Butylacetat oder Alkohol aufweisenden organischen Lösungsmittel hinzugefügt, anschließend umgerührt usw., um die Dispersion der feinen Partikel zu erhalten. Diese Dispersion feiner Partikel wird durch Eintauchen, Schleuderbeschichten oder Aufsprühen, gefolgt durch ein Erwärmen auf eine Temperatur, bei der das Lösungsmittel usw. verdampft werden - beispielsweise auf 250ºC für 10 Minuten - aufgebracht, und so werden die kleinen Teilchen dispers angeordnet.
Das Verfahren der Dispersions-Anordnung der feinen Partikel schließt - zusätzlich zur oben erwähnten Bildung durch Beschichten - ein Verfahren ein, in dem beispielsweise eine Lösung einer organischen Metallverbindung auf das Substrat aufgebracht wird, worauf eine thermische Zersetzung zur Bildung der feinen Partikel darauffolgt. Im Hinblick auf für eine Vakuumabscheidung geeignete Materialien können die feinen Partikel auch durch Steuerung der Abscheidebedingungen wie der Substrattemperatur oder durch Anwendung eines Vakuumabscheideverfahrens wie einer maskierten Abscheidung gebildet werden.
Als nächstes wird, wie in Fig. 3-3 dargestellt, die Oberfläche des Substrates unter Abheben des Fotoresistmusters 10 teilweise belichtet.
Um die oben erwähnten, dispergiert angeordneten kleinen Teilchen fest auf der Substratoberfläche zu fixieren, kann z. B. eine durch Mischen kleiner Teilchen eines niedrigschmelzenden Frittenglases in die oben erwähnte Dispersion feiner Partikeln präparierte Mixtur auf die Oberfläche aufgebracht werden, worauf ein Backen bei Temperaturen über dem Erweichungspunkt des niedrigschmelzenden Frittenglases folgt.
Alternativ kann, bevor die feinen Partikel dispergiert angeordnet werden, das niedrigschmelzende Frittenglas vorab auf das Substrat 1 aufgebracht werden, um eine Unterlageschicht zu bilden, und dann können die feinen Partikel aufgebracht werden, worauf ein Backen folgt.
Bei dieser Gelegenheit kann eine flüssige isolierende Deckschicht (wie beispielsweise Tokyo Ohka OCD: eine SiO&sub2;- Isolierschicht) anstelle des niedrigschmelzenden Frittenglases verwendet werden.
Dann wird die dünne Schicht 2 der Elektronen emittierenden Vorrichtung gebildet, weiter werden die Elektrode 3 und die Elektrode 4 gebildet, und schließlich wird die Formgebung zur Bildung der Elektronen emittierenden Fläche 5 ausgeführt.
Die Vorrichtung nach der Ausführungsform der Fig. 2-4 kann entsprechend der oben beschriebenen Vorgehensweise präpariert werden.
Wie oben beschrieben, ist die Oberfläche des isolierenden Substrates, auf der die Elektronen emittierende Vorrichtung gebildet worden ist, mit der leitfähigen Schicht bedeckt, um einen elektrischen Widerstand zu ergeben, der größer als derjenige der Elektronen emittierenden Fläche der Elektronen emittierenden Vorrichtung und nicht größer als 10¹&sup0; Ohm/Quadrat ist, und die leitfähige Schicht ist elektrisch mit den Elektroden der Elektronen emittierenden Vorrichtung verbunden, wodurch das Oberflächenpotenial des Substrates in einen nichtschwimmenden Zustand, sondern einen Zustand mit vorgegebener Verteilung gebracht werden kann. Im Ergebnis dessen können die Bahnkurven der Elektronenstrahlen sehr stabil gemacht werden.
In jenem Beispiel kann durch geeignete Auswahl der in der leitfähigen Schicht verwendeten Materialien der Flächenwiderstand des isolierenden Substrates bis auf einen geeigneten Wert verringert werden, ohne daß auf die Eigenschaften der Elektronen emittierenden Vorrichtung irgendwelche nachteiligen Einflüsse ausgeübt werden.
Die oben beschriebene Ausführungsform ist ein Beispiel, bei dem die vorliegende Erfindung in der Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp angewandt ist, das den Formierungsprozeß bei der Formung der Elektronen emittierenden Fläche erfordert. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch in einer Vorrichtung angewandt werden, die keinen Formgebungsprozeß erfordert, wie im folgenden verdeutlicht wird.
Die Fig. 4 bis 7 sind Draufsichten, die dazu dienen, eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, d. h. eine Ausführungsform zu beschreiben, bei der eine Vorrichtung verwendet wird, die keinen Formierungsprozeß erfordert. Fig. 4 zeigt die Abmessungen der Vorrichtung, die Fig. 5 und 6 stellen Zwischenschritte der Herstellung dar, und Fig. 7 stellt die Form einer fertiggestellten Vorrichtung dar.
In Fig. 4 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein aus Glas, Keramik o. ä. hergestelltes isolierendes Substrat, und eine positive Elektrode 3 und eine negative Elektrode 4 sind auf dem Substrat angeordnet. Die Elektroden 3 und 4 können leicht durch Vakuumabscheidung und fotolithographisches Ätzen oder Abheben oder Drucken - wie es im Stand der Technik vorbekannt ist - gebildet werden. Als Elektrodenmaterialien sind allgemein verfügbare leitfähige Materialien , Metalle wie Au, Pt und Ag ebenso wie oxidische leitfähige Materialien wie SnO&sub2; und ITO, verwendbar.
Die Elektroden 3 und 4 können jeweils eine Dicke von einigen hundert Å bis zu annähernd einigen um haben, was angenäherte Werte sind, sind aber in keiner Weise darauf beschränkt. Was die Abmessung der Lücke G zwischen den Elektroden angeht, können die Elektroden einander mit einer Lücke von zweckmäßigerweise einigen hundert Å bis einigen zehn um und mit einer Lückenbreite W von zweckmäßigerweise annähernd einigen um bis einigen mm gegenüberliegen, sind jedoch in keiner Weise auf diese Größenwerte beschränkt.
Das zwischen der positiven Elektrode 3 und der negativen Elektrode 4 bestimmte Gebiet W · G ist mit feinen Partikeln von Elektronen emittierendem Material - wie weiter unten genauer beschrieben - bedeckt, um annähernd einen Flächenwiderstand im Bereich von 1 · 10&sup4; bis 1 · 10&sup7; Ohm/Quadrat zu haben, und so ist die Elektronen emittierende Fläche in diesem Gebiet gebildet. Die Substratoberfläche außerhalb des obigen Gebietes W · G ist mit dem Material der leitfähigen Schicht bedeckt, um einen größeren elektrischen Widerstand als die Elektronen emittierende Fläche, aber nicht größer als 1 · 10¹&sup0; Ohm/Quadrat und vorzugsweise annähernd von 1 · 10&sup8; bis 1 · 1010 Ohm/Quadrat, zu haben. Die Vorgehensweise dafür wird unten beschrieben. In Fig. 5 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei der ein Fotoresistmuster 12 auf dem obigen, in Fig. 4 gezeigten Substrat gebildet ist, und eine Öffnung ist auf dem obigen Gebiet W · G gebildet. Diese Öffnung kann mit dem Gebiet W · G identische Abmessungen haben, wenn überhaupt keine Lageabweichung vorkommen kann, aber bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Öffnung so erzeugt, daß sie etwas größere Abmessungen hat, um die Herstellung zu erleichtern.
Als nächstes wird das in Fig. 5 gezeigte Substrat mit dem Elektronen emittierenden Material, das eine höhere Leitfähigkeit als das Substrat hat, bedeckt. Hier muß sich die Bedeckung nicht notwendigerweise auf einen Zustand beziehen, in dem die Oberfläche in ihrer Gesamtheit bedeckt ist, sondern kann sich auch auf einen Zustand beziehen, in dem die feinen Partikel des Elektronen emittierenden Materials dispergiert in einer diskontinuierlichen Weise mit geeigneten Abständen angeordnet sind.
Speziell ist festzustellen, daß die Bedeckung beispielsweise unter Verwendung ein-kleine Teilchen des Elektronen emittierenden Materials aufweisenden Dispersion ausgeführt wird. Die feinen Teilchen und ein zur Beschleunigung der Dispergierung der feinen Teilchen fähiges Additiv werden beispielsweise einem Alkohol o. ä. aufweisenden organischen Lösungsmittel hinzugefügt, worauf ein Umrühren usw. folgt, um die Dispersion der feinen Teilchen zu präparieren. Diese Dispersion aus feinen Partikeln wird durch Beschichten oder Aufsprühen aufgebracht, oder das Substrat wird in die Dispersion der feinen Partikel getaucht, worauf es bei einer Temperatur gehalten wird, bei der das Lösungsmittel usw. verdampft werden - beispielsweise für 10 Minuten bei 140ºC - und so wird das Elektronen emittierende Material dispergiert mit angemessenen Abständen aufgebracht.
Die hierbei für die feinen Teilchen verwendeten Materialien erstrecken sich über einen sehr breiten Bereich , und aus leitfähigen Materialien wie üblicherweise verfügbaren Metallen, Halbmetallen und Halbleitern könne solche mit einem spezifischen Widerstand von ρ < 1 · 10&sup4; Ohm·cm ausgewählt werden. Insbesondere sind jene bevorzugt, die die Eigenschaften einer niedrigen Austrittsarbeit, eines hohen Schmelzpunktes und gleichzeitig eines niedrigen Dampfdruckes haben. Dazu gehören insbesondere beispielsweise Boride wie LaB&sub6;, CeB&sub6;, YB&sub4; und GdB&sub4;, Carbide wie TiC, ZrC, HfC, TaC und WC, Nitride wie TiN, ZrN und HfN, Metalle Nb, Mo, Rh, Hf, Ta, W, Re, Ir, Pt, Ti, Au, Ag, Cu, Cr, Al, Co, Ni, Fe, Pb, Pd, Cs, Mg und Ba, Metalloxide wie In&sub2;O&sub3;, SnO&sub2; und Sb&sub2;O&sub3;, Halbleiter wie Si und Ge, die Störstellen enthalten, und Kohlenstoff.
Die Dichte, mit der die feinen Teilchen angeordnet sind, kann durch die Präparation der Dispersion der feinen Teilchen oder die Anzahl der Beschichtungsschritte gesteuert werden. Hierbei kann das Beschichten (oder Eintauchen) hinreichend oft ausgeführt werden, und danach wird das oben erwähnte Fotoresistmuster abgehoben, was zu dem in Fig. 6 dargestellten Zustand führt. In diesem Zustand hat die Lücken-Fläche zwischen der positiven Elektrode 5 und der negativen Elektrode 4 einen Flächenwiderstand, der größer ist als der gewünschte Widerstand von 1 · 10&sup4; bis 1 · 10&sup7; Ohm/Quadrat.
Als nächstes wird - auf dieselbe Weise wie bei dem Substrat der Fig. 5 - die gesamte Oberfläche des Substrates der Fig. 6 durch Beschichten oder Eintauchen mit dem Material der leitfähigen Schicht bedeckt. Das Beschichten (oder Eintauchen) kann in geeigneter Weise wiederholt werden, womit die in Fig. 7 gezeigte Form fertiggestellt wird. In Fig. 7 hat die Umgebung der Lückenfläche zwischen der positiven Elektrode 3 und der negativen Elektrode 4, die aus feinen Partikeln des Elektronen emittierenden Materials, die mit einer hohen Dichte dispergiert angeordnet sind, besteht, einen Flächenwiderstand von 1 · 10&sup4; bis 1 · 10&sup7; Ohm/Quadrat. Die Randfläche hiervon, die aus mit einer relativ niedrigen Dichte dispergiert angeordneten feinen Teilchen des Materials der leitfähigen Schicht besteht, hat einen Flächenwiderstand, der größer als derjenige der Lückenfläche zwischen den Elektroden und nicht größer als 1 · 10¹&sup0; Ohm/Quadrat ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Öffnung im Resistmuster größer als das Gebiet W · G im Schritt der Fig. 5 gemacht, so daß das mit hoher Dichte bedeckte Gebiet eine Form hat, in der es sich etwas über die Lücke zwischen der positiven und der negativen Elektrode hinaus erstreckt. Dies bewirkte jedoch keine Verschlechterung in der Emissionstromstärke oder der Emissions-Effizienz der Elektronen emittierenden Vorrichtung.
Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in keiner Weise auf die in Fig. 7 dargestellte Form beschränkt. Was die Bahnkurven der Elektronenstrahlenbündel beeinflußt, ist primär das Substratpotential im Randgebiet der Elektronen emittierenden Fläche. Dementsprechend muß nicht die gesamte Substratoberfläche mit dem Material der leitfähigen Schicht bedeckt sein, wie in Fig. 7 dargestellt, und die Vorrichtung kann die Form haben, wie sie in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist. In diesen Zeichnungen bezeichnet die Bezugsziffer 11 die Fläche, die vorzugsweise einen Flächenwiderstand von 1 · 10&sup4; bis 1 · 10&sup7; Ohm/Quadrat hat, und 9 die Fläche, die einen Flächenwiderstand von 1 · 10&sup8;bis 1 · 10¹&sup0; Ohm/Quadrat (den Flächenwiderstand der isolierenden Oberfläche) hat. Diese Ausführungsform kann die verbrauchte elektrische Leistung gegenüber der Form nach Fig. 7 verringern.
Auch die Präparationsmethoden sind nicht auf die unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 7 beschriebenen Prozesse beschränkt, und es kann - wie in Fig. 10 dargestellt - die gesamte Substratoberfläche, auf der die Elektroden 3 und 4 gebildet worden sind, mit dem Material der leitfähigen Schicht bedeckt werden, um ihr vorab einen Flächenwiderstand annähernd im Bereich von 1 · 10&sup8; bis 1 · 10¹&sup0; Ohm/Quadrat zu geben. Danach wird ein Fotoresistmuster 12 gebildet, wie in Fig. 11 dargestellt, die Öffnungsgebiete des Fotoresistmusters werden weiter mit dem Elektronen emittierenden Material bedeckt, bis sich ein Flächenwiderstand von annähernd im Bereich von 1 · 10&sup4; bis 1 · 10&sup7; Ohm/Quadrat einstellt, und dann wird das Fotoresistmuster entfernt.
Alternativ kann die gesamte Oberfläche des Substrates, auf der die Elektroden gebildet worden sind, mit dem Elektronen emittierenden Material bedeckt werden, um ihr vorab einen Widerstand von annähernd 1 · 10&sup4; bis 1 · 10&sup7; Ohm/Quadrat (den Widerstand der Oberfläche des isolierenden Substrates) zu geben, und danach wird das Fotoresistmuster 12 so gebildet, wie im schraffierten Abschnitt in Fig. 12 gezeigt. Dann wird unter Verwendung eines zur Auflösung des Elektronen emittierenden Materials fähigen Ätzmittels ein Ätzen ausgeführt, bis der Flächenwiderstand der freigelegten Fläche sich zu 1 · 10&sup8; bis 1 · 10¹&sup0; Ohm/Quadrat einstellt. Danach kann das Fotoresistmuster entfernt werden, womit die in Fig. 13 dargestellte Form erhalten wird. Diese Ausführungsform kann auch im wesentlichen die gleiche Leistungsfähigkeit wie diejenige der Fig. 7 erreichen.
Als weitere Alternative ist ein Prozeß geeignet, bei dem ein wasserlösliches Material (wie etwa Polyvinylalkohol oder Gelatine) zusätzlich zum Fotoresist verwendet wird, wie unten beschrieben.
Dazu ist zu sagen, daß zuerst ein Resistmuster 12 - wie in Fig. 14 gezeigt - gebildet wird, worauf ein Beschichten mit dem wasserlöslichen Material wie Polyvinylalkohol oder Gelatine folgt und das obige Resistmuster unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels entfernt wird, wodurch ein wasserlösliches Maskenmuster 12 - wie in Fig. 15 gezeigt - gebildet wird. Die nachfolgenden Handhabungen sind ähnlich den unter Bezugnahme auf die obigen Fig. 5 bis 7 beschriebenen, aber die das Material der leitfähigen Schicht aufweisende Dispersion sollte nach dem Beschichten vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 60ºC getrocknet werden. In dem Falle, daß ein solches wasserlösliches Maskenmuster verwendet wird, kann die Wahlfreiheit hinsichtlich des in der Dispersion des Materials der leitfähigen Schicht einsetzbaren organischen Lösungsmittels vergrößert werden, was zu Erleichterungen der Herstellung führt.

Beispiele

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend durch Angabe von Beispielen genauer beschrieben.

Beispiel 1

Zuerst wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung bei der in Fig. 2-1A dargestellten Vorrichtung, d. h. der Elektronen emittierenden Vorrichtung, in der Weise angewandt ist, daß die formgebende Behandlung auf die ein Elektronen emittierendes Material aufweisende dünne Schicht 2 angewandt wird, um die Elektronen emittierende Fläche 5 zu formen.
Speziell ist festzustellen, daß auf dem aus einem 7059- Glassubstrat, das von den Corning Glass Works erhältlich ist, bestehenden Substrat 1 die aus Au hergestellte dünne Schicht 2 mit einer Dicke von etwa 1000 Å gebildet wird. Danach werden die Elektroden 3 und 4 zum Anlegen einer Spannung an die Dünn- Schicht 2 gebildet. Speziell werden aus Ni hergestellte dünne Schichten mit einer Dicke von 1 um laminiert, um die Elektroden 3 und 4 zu bilden, wobei die Elektroden 3 und 4 jeweils so erzeugt werden, daß sie eine Form haben, daß ein Teil von ihnen die oben erwähnte dünne Schicht 2 bedecken kann, wodurch ein elektrischer Kontakt erhalten wird.
Als nächstes wird eine Spannung zwischen die Elektroden 2 und 4 angelegt, um die dünne Schicht 2 aufzuheizen, und es wird eine herkömmliche Formierungs-Behandlung ausgeführt, um zu erreichen, daß ein Teil der dünnen Schicht 2 einer Veränderung der Eigenschaften unterliegt, wodurch die Elektronen emittierende Fläche 5 gebildet wird. So wird die herkömmliche Elektronen emittierende Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp, wie in Fig. 2-1A dargestellt, fertiggestellt. Im Falle der Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp, wie sie im vorliegenden Beispiel verwendet wird und die als Elektronen emittierendes Material Au aufweist, hatte die Elektronen emittierende Fläche 5 einen Flächenwiderstand von 1 · 10&sup4; bis 1 · 10&sup5; Ohm/Quadrat.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Bedeckung des Glassubstrates, das mit der oben erwähnten Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp versehen ist, mit der die vorliegende Erfindung charakterisierenden leitfähigen Schicht und der hiermit erreichbare Effekt erklärt, aber zuerst wird ein Beispiel beschrieben, bei dem V&sub2;O&sub5;, das einen spezifischen Widerstand π von etwa 10&sup5; Ohm·cm hat, als das Material der leitenden Schicht verwendet wird.
Zuerst wurde die gesamte Oberfläche der oben erwähnten Elektronen emittierenden Vorrichtung mit einem Fotoresist beschichtet, worauf ein fotolithographisches Ätzen zur Entfernung des Resists auf Flächen außerhalb der Elektronen emittierenden Fläche 5 folgte.
Danach wurde V&sub2;O&sub5; im Vakuum durch einen Elektronenstrahlabscheidungsprozeß abgeschieden, um eine Dicke von 1 um zu erhalten. Dann wurde der auf der Elektronen emittierenden Fläche 5 verbliebene Resistfilm einem Abheben unterzogen, um die V&sub2;O&sub5;-Schicht im entsprechenden Teil zu entfernen. Im Ergebnis dessen wurde eine V&sub2;O&sub5;-Schicht mit einer Schichtdicke von 1 um in dem in Fig. 2-2 gezeigten schraffierten Abschnitt 9 gebildet.
Im vorliegenden Beispiel ist ρ etwa 10&sup5; (Ohm·cm), Rd = 1 · 10&sup4; bis 1 · 10&sup5; (Ohm/Quadrat), und folglich ist die notwendige Bedingung für die Schichtdicke t:
10&supmin;&sup5; < t < 1 bis 10,
aufgrund der obigen Beziehung (1). Da jedoch die aufgebrachte Schicht eine Dicke von 1 um = 10&supmin;&sup4; cm hat, ist diese Bedingung erfüllt. Jedoch kann der spezifische Widerstand mitunter größer als der Wert des Volumenmaterials sein, was von der Schichtqualität der dünnen Schicht abhängt. In diesem Falle ist es erforderlich, die Schichtdicke t so einzustellen, daß sie die Beziehung (1) mit dem einer solchen Schichtqualität zuordenbaren spezifischen Widerstand erfüllt.
Im Ergebnis der Bedeckung mit der V&sub2;O&sub5;-Schicht mit einer Schichtdicke von 1 um erhält das Substrat einen Flächenwiderstand von etwa 1 · 10&sup9; Ohm/Quadrat im Randgebiet der Elektronen emittierenden Fläche 5.
Eine solche Bedeckung führt zu einer immer konstanten Potentialverteilung im Randgebiet der Elektronen emittierenden Fläche 5. Genauer gesagt ist, angenommen, das an die positive Elektrode 3 angelegte Potential sei V&sub3; und das an die negative Elektrode 4 angelegte Potential sei V&sub4;, wenn von der Elektronen emittierenden Vorrichtung Elektronenstrahlbündel erzeugt werden, das Potential V&sub5; auf der Oberfläche des Substrates im Randgebiet der Elektronen emittierenden Fläche 5 innerhalb des Bereiches von V&sub3; ≥ V&sub5; ≥ V&sub4; (V&sub3; > V&sub4;). Damit wurde die Schwankung der Bahnkurven der Elektronenstrahlen im Vergleich zu dem Fall, bei dem das Substrat im Randgebiet des Elektronen emittierenden Gebietes 5 in einem elektrisch schwimmenden Zustand ist - wie bei der Vorrichtung der Fig. 2-1 - bemerkenswert verringert. In - beispielsweise - der oben erwähnten Anzeigeeinheit, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, waren vor Anwendung der vorliegenden Erfindung die Bahnkurven der Elektronenstrahlen nicht stabil, so daß der Leuchtpunkt auf dem Leuchtstofftarget 8 nicht feststehend war. Wenn Lageänderungen des Leuchtpunktes mit einer relativ hohen Rate verursacht wurden, wurde das Gebiet von etwa 3 mm Durchmesser visuell so wahrgenommen, als ob es Licht emittierte. Im Ergebnis einer Anwendung der vorliegenden Erfindung wurde jedoch die Fluktuation der Bahnkurven der Elektronenstrahlen bemerkenswert verringert, so daß ein Leuchtpunkt von etwa 700 um Durchmesser als auf dem Leuchtstofftarget 8 stillstehend beobachtet wurde.
Im Ergebnis dessen hatte, wenn ein Bild dargestellt wurde, das Bild scharfe Kanten mit einem höheren Qualitätsniveau, was er ermöglicht, eine Anzeigeeinheit mit höherer Auflösung zu realisieren.
Hierbei ist festzustellen, daß in der oben erwähnten bedeckten Fläche 9 ein elektrischer Strom zwischen der positiven Elektrode 3 und der negativen Elektrode 4 fließt, aber die in dieser Fläche verbrauchte elektrische Leistung trägt nicht zur Emission von Elektronenstrahlen bei und sollte daher vorzugsweise so klein wie möglich sein. Nach Experimenten, die von den Erfindern ausgeführt wurden, ergab sich die in der oben erwähnten V&sub2;O&sub5;-Schicht verbrauchte elektrische Leistung als ein guter Wert von 1/100 oder weniger der in der Elektronen emittierenden Vorrichtung verbrauchten elektrischen Leistung.
In dem Fall, daß die oben erwähnte Elektronen emittierende Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp, die Au als das Elektronen emittierende Material aufweist, in dem durch den schraffierten Abschnitt 9 in Fig. 2-3 dargestellten Gebiet mit der V&sub2;O&sub5;-Schicht mit 1 um Schichtdicke bedeckt wurde, war auch ein sehr großer Effekt dahingehend zu sehen, daß die Bahnkurven der Elektronenstrahlen stabil gemacht wurden, der ebensogroß wie derjenige der Vorrichtung nach Fig. 2-2 war. In dem Fall, daß die Vorrichtung die Form hat, wie sie in Fig. 2-3 gezeigt ist, hatte die leitfähige Schicht 9 eine so einfache Musterform, daß es möglich war, die Vorrichtung nicht nur durch das oben in Bezug auf den Präparationsprozeß der Vorrichtung nach Fig. 2-2 beschriebene Abheben zu präparieren, sondern auch durch maskierte Abscheidung.
In dem Fall, daß die obige Elektronen emittierende Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp, die Au als das Elektronen emittierende Material aufweist, in dem durch den schraffierten Abschnitt 9 in Fig. 2-4 dargestellten Abschnitt mit der V&sub2;O&sub5;- Schicht von 1 um Schichtdicke bedeckt wurde, war ebenfalls ein sehr großer Einfluß bei der Stabilisierung der Bahnkurven der Elektronenstrahlen zu sehen, der ebensogroß wie wie derjenige bei der Vorrichtung nach Fig. 2-2 war. In diesem Beispiel wurde die Vorrichtung durch Ausführung der Schichtbildung in der Reihenfolge Au-Dünnschicht, V&sub2;O&sub5;-Schicht und Ni-Dünnschicht ausgeführt, aber es ergab sich im wesentlichen dieselbe Leistungsfähigkeit wie beim obigen, Fig. 2-3 betreffenden Beispiel, was den Einfluß der Stabilisierung der Bahnkurven der Elektronenstrahlen angeht, und auch hinsichtlich des kleinen Betrages der verbrauchten elektrischen Leistung.
Beispiele, bei denen die zusammenhängende Schicht aus V&sub2;O&sub5; hergestellt wurde und eine Schichtdicke von 1 um hat, wurden oben beschrieben, aber ein sehr großer Effekt bei der Stabilisierung der Bahnkurven der Elektronenstrahlen war auch in Fällen zu verzeichnen, wo beispielsweise anstelle der V&sub2;O&sub5;- Dünnschicht eine NiO-Dünnschicht mit einer Schichtdicke von etwa 1000 Å oder SiC-Dünnschicht mit einer Schichtdicke von etwa 1 um verwendet wurde.

Beispiel 2

Als nächstes wird ein Beispiel beschrieben, bei dem ein mit derselben Elektronen emittierenden Vorrichtung vom Oberflächenleitungstyp versehenes Glassubstrat, das als Elektronen emittierendes Material verwendetes Au aufwies, wie beim Beispiel 1, mit einer unzusammenhängenden Schicht aus Pd anstelle der V&sub2;O&sub5;-Dünnschicht bedeckt wurde. Die unzusammenhängende Schicht wurde durch ein Verfahren gebildet, das ein Beschichten des Substrates mit einer durch Dispergieren von Pd-Partikeln erhaltenen Lösung umfaßte, auf das ein Trocknen folgte. Der elektrische Widerstand der Oberfläche des Glassubstrates, auf dem diese unzusammenhängende Schicht gebildet ist, kann durch die Konzentration der Dispersion der feinen Teilchen oder die Anzahl der Beschichtungsvorgänge gesteuert werden.
In einem Fall beispielsweise, in dem eine Dispersion aus feinen Palladiumteilchen (Handelsname CCP4230, lieferbar von Okuno Chemical Industries, Co., Ltd.) durch Schleuderbeschichtung auf ein Glassubstrat aufgebracht wird, kann der Flächenwiderstand auffolgende Weise entsprechend der Anzahl von Beschichtungsvorgängen variiert werden. Das CCP4230 wird in einer geeigneten Menge auf ein auf eine Drehvorrichtung gesetztes Glassubstrat aufgebracht, das unmittelbar danach für 60 Sekunden mit 300 U/min und darauffolgend 2 Sekunden bei 1000 U/min gedreht wird, worauf ein Trocknen folgt. Wenn dieser Vorgang 20mal wiederholt wurde, stellte sich ein Flächenwiderstand von etwa 1,5 · 10&sup7; Ohm/Quadrat ein, wenn er 30mal wiederholt wurde, von etwa 3 · 10&sup5; Ohm/Quadrat, wenn er 40mal wiederholt wurde, etwa 7,5 · 10&sup4; Ohm/Quadrat. Wenn die Dispersion aus feinen Partikeln mit einem Lösungsmittel verdünnt wird, um die Konzentration der feinen Partikel zu verringern, ist der Betrag der Änderung des Flächenwiderstandes pro Beschichtungsvorgang klein, und wenn andererseits eine Dispersion mit einer hohen Konzentration von feinen Partikeln verwendet wird, wird der Änderungsbetrag des Flächenwiderstandes pro Beschichtungsvorgang groß.
Die Erfinder brachten nun einen Fotoresist auf die gesamte Oberfläche der Elektronen emittierenden Vorrichtung, die die in der obigen Fig. 2-1A gezeigte Form hat, auf, entfernten dann den Resist in den Teilen außerhalb der Elektronen emittierenden Fläche 5 durch fotolithographisches Ätzen und wiederholten dann 20mal den Vorgang des Aufbringens der oben erwähnten Palladium- Dispersion. Danach wurde der auf der Elektronen emittierenden Fläche 5 verbliebene Resistfilm entfernt, und so wurde eine diskontinuierliche Schicht, die feine Palladiumteilchen enthält, auf dem durch den schraffierten Abschnitt in Fig. 2-2 gezeigten Teil gebildet. Hier hatte die mit der diskontinuierlichen Schicht bedeckte Oberfläche des Glassubstrates einen Flächenwiderstand im Bereich von 10&sup8; Ω/Quadrat bis 10&sup9; Ohm/Quadrat. Dies liegt wahrscheinlich daran, daß ein Teil der feinen Palladiumpartikel im letzten Schritt des Entfernens der Resistschicht verlorengegangen war.
Auch im vorliegenden Beispiel wurde ein großer Effekt hinsichtlich der Stabilisierung der Bahnkurven der Elektronenstrahlbündel erreicht, wie in dem oben erwähnten Fall, wo das Substrat mit einer kontinuierlichen V&sub2;O&sub5;-Schicht bedeckt wurde, und der Leuchtpunkt auf dem fluorszierenden Schirm wurde sehr stationär gehalten, wenn die Vorrichtung in einer Anzeigeinheit verwendet wurde, im Vergleich zu dem Falle, in dem das Substrat nicht mit der diskontinuierlichen Palladiumschicht bedeckt worden war. Die Erhöhung der elektrischen Leistung im Ergebnis der Bedeckung mit der diskontinuierlichen Palladiumschicht betrug nur 1/100 oder weniger.
Wie im Falle der zusammenhängenden V&sub2;O&sub5;-Schicht im Beispiel 1 war es möglich, die Bedeckung in der in Fig. 2-3 oder 2-4 gezeigten Form auch dann auszuführen, wenn die unzusammenhängende Schicht aus feinen Palladiumpartikeln gebildet wurde, und es war in jedem Falle möglich, die Schwankung der Bahnkurven der Elektronenstrahlen stark zu verringern. Im Falle der Bedeckung in der in Fig. 2-3 gezeigten Form wurde die diskontinuierliche Palladiumschicht gemäß dem in den Fig. 3-1 bis 3-4 gezeigten Prozeß gebildet. Genauer gesagt wurde, wie in Fig. 3-1 dargestellt, das Fotoresistmuster 10 auf einem 7059-Glas, geliefert von den Corning Glass Works, aufweisenden Glassubstrat 1 gebildet. Danach wurde, wie in Fig. 3-2 dargestellt, eine Palladium-Dispersion CCP4230, lieferbar von Okuno Chemical Industries, Co., Ltd., durch Schleuderbeschichtung auf die gesamte Oberfläche des oben erwähnten Substrates aufgebracht. (Die Schleuderbeschichtung wurde unter denselben Bedingungen ausgeführt wie bei dem Beispiel, bei dem die Vorrichtung in der in Fig. 2-2 gezeigten Form präpariert wurde.?
Als nächstes wurde, wie in Fig. 3-3 dargestellt, das Fotoresistmuster 10 entfernt, und dann wurden die Au- Dünnschicht und Ni-Elektroden 3 und 4 in dieser Reihenfolge durch maskierte Abscheidung gebildet. Dann wurde eine Spannung zwischen die Elektroden 3 und 4 angelegt' um eine Formierungsbehandlung durch Aufheizen unter Anregung auszuführen, womit die in Fig. 3-4 gezeigte Form fertiggestellt wurde. Im Verlaufe der erwähnten Formgebungsbehandlung wurde die dünne Au-Schicht 2 aufgeheizt, was zu einer relativ hohen Temperatur in deren Randgebiet führte, aber wegen des höheren Schmelzpunktes von Pd gegenüber Au wurde keine Verunreinigung bewirkt, die die Eigenschaften der Elektronen emittierenden Vorrichtung verschlechtern könnte.
Beim vorliegenden Beispiel wurde die unzusammenhängende Schicht 9 durch Aufbringen der Dispersion aus feinen Palladiumteilchen gebildet, aber es ist auch möglich, die unzusammenhängende Schicht mit einem vorbestimmten Flächenwiderstand unter Verwendung anderer Materialien zu bilden, wie nachfolgend beispielhaft verdeutlicht wird.
Eine Dispersion aus feinen Teilchen wurde durch Hinzufügen von 1 g von feinen SnO&sub2;-Teilchen (Handelsname: ELCOM-TL 30, lieferbar von Shokubai Kasei Kogyo K.K.) und 1 g von Butyral in 100 cm³ MEK, Umrühren der Mischung in einem Farbmischer und Verdünnen der sich ergebenden gemischten Colloide auf ein 1/100 unter Verwendung von MEK präpariert. Dann wurde eine Schleuderbeschichtung unter denselben Umdrehungsbedingungen wie bei der oben erwähnten Palladium-Dispersion ausgeführt. Wenn die Beschichtung 10mal ausgeführt wurde, war der Flächenwiderstand etwa 5 · 10&sup8; Ohm/Quadrat, und es war möglich, den gewünschten Flächenwiderstand durch Veränderung der Konzentration der Dispersion und der Anzahl von Beschichtungsvorgängen zu erhalten. Nun wurde die diskontinuierliche Schicht beispielsweise durch Bedecken der Vorrichtung der oben in Fig. 2-2 gezeigten Form hergestellt, und der Widerstand der Glassubstratoberfläche wurde so eingestellt, daß er etwa 1 · 10&sup9; Ohm/Quadrat war. Im Ergebnis dessen wurden die Bahnkurven der Elektronenstrahlen sehr stabil.
Das oben beschriebene Beispiel betrifft Ausführungen, in denen die vorliegende Erfindung bei der Elektronen emittierenden Vorrichtung angewandt wird, die die in Fig. 2-1A gezeigte Form hat und Au als das Elektronen emittierende Material aufweist. Der Effekt der Stabilisierung der Bahnkurven der Elektronenstrahlen wurde auch als erreichbar nachgewiesen, wenn eine ein anderes Material als Au - beispielsweise ITO oder Kohlenstoff - als Elektronen emittierendes Material enthaltende Vorrichtung mit der oben erwähnten zusammenhängenden Schicht oder der erwähnten unzusammenhängenden Schicht bedeckt wurde.

Beispiel 3

Nachfolgend wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung auf die Elektronen emittierende Vorrichtung angewandt wird, wie sie in Fig. 2-1B dargestellt ist.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wurden auf dem Glassubstrat 1 aus 7059-Glas, lieferbar von Corning Glass Works, Ni-Elektroden 3 und 4 mit einer Dicke von jeweils etwa 1 um gebildet. Dem Teil, in dem die Elektroden 3 und 4 einander gegenüberliegen, wurde eine Gestalt mit den Abmessungen W = 300 um und G = 2 um gegeben.
Als nächstes wurde die gesamte Oberfläche des Substrates mit einem Fotoresist beschichtet, und ein fotolithographisches Ätzen wurde ausgeführt, um das durch den schraffierten Abschnitt 12 in Fig. 5 gezeigte Gebiet mit einem Resistfilm zu bedecken.
Danach wurde der Vorgang der Beschichtung des Substrates mit der oben erwähnten Palladium-Dispersion CCP4230 20mal wiederholt, und danach wurde der Resistfilm entfernt, um das Substrat in den in Fig. 6 dargestellten Zustand zu bringen. Hierbei hatte die Glassubstratoberfläche im Gebiet 13, die mit den feinen Palladiumteilchen versehen worden war, einen Widerstand von annähernd 1,5 · 10&supmin;&sup7; bis 5 · 10&supmin;&sup7; Ohm/Quadrat.
Danach wurde die Palladiumdispersion 15mal auf die gesamte Oberfläche des Substrates aufgebracht, um die in Fig. 7 dargestellte Form zu vervollständigen, wobei die Elektronen emittierende Fläche 11 einen elektrischen Widerstand von etwa 1 · 10&sup5; Ohm/Quadrat und die Oberfläche des Glassubstrates in deren Randgebiet einen elektrischen Widerstand von etwa 3 · 10&sup8; Ohm/Quadrat hatte.
Die Elektronen emittierende Vorrichtung des vorliegenden Beispiels wurde in der oben erwähnten Anzeigeeinheit der Fig. 1 angewandt. Im Ergebnis dessen wurden die Bahnkurven der Elektronenstrahlen im Vergleich zum Beispiel der Vorrichtung nach Fig. 2-1B, bei der die vorliegende Erfindung nicht ausgeführt wurde, stabilisiert, so daß der Leuchtpunkt auf dem Leuchtschirm nicht schwankte und eine hohe Leistungsfähigkeit der Anzeige erhalten wurde. Auch die verbrauchte elektrische Energie wuchs um 1/50 oder weniger gegenüber der Vorrichtung nach Fig. 2-1B an.
Die Vorrichtung kann auch in ihrem Randgebiet zwischen den durch die Fig. 6 und 7 gezeigten Schritten mit einem Fotoresistmuster bedeckt werden, und so kann der mit der diskontinuierlichen Palladiumschicht bedeckte Teil auch in eine Form gebracht werden, die der des schraffierten Abschnitts 9 in Fig. 8 oder 9 entspricht. Bei einem Experiment, das durch die Erfinder ausgeführt wurde, wurde ein Gebiet von 2 mm Radius um das Zentrum der Elektronen emittierenden Fläche 11 mit der erwähnten unzusammenhängenden Schicht mit der in Fig. 9 gezeigten Gestalt bedeckt. Im Ergebnis dessen wurde der Effekt festgestellt, daß die Bahnkurven der Elektronenstrahlen sehr stabil gemacht wurden, und darüberhinaus stieg die verbrauchte elektrische Leistung im Vergleich zur Vorrichtung nach Fig. 2-1B um 1/100 oder weniger an.

Claims

1. Elektronen emittierende Vorrichtung mit Elektroden (3, 4), die einander gegenüberliegend auf der Oberfläche eines isolierenden Substrates (1) vorgesehen sind, und einer Elektronen emittierenden Fläche (5), die zwischen den Elektroden (3, 4) vorgesehen ist, wobei eine leitfähige Schicht, die einen elektrischen Widerstand hat, der größer als derjenige der Elektronen emittierenden Fläche und nicht größer als 10¹&sup0; Ω/ ist, auf der Oberfläche des Substrates (1) mindestens im Randgebiet der Elektronen emittierenden Fläche (5) in dem Zustand vorgesehen ist, daß sie mit den Elektroden elektrisch verbunden ist.

2. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die leitfähige Schicht einen ein Borid, ein Carbid, ein Nitrid, ein Metall, ein Metalloxid, einen Halbleiter oder Kohlenstoff aufweisenden abgeschiedenen Film aufweist und einen spezifischen Widerstand von ρ < 1 · 10&sup4; Ω·cm hat.

3. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die leitfähige Schicht eine Schichtdicke t (cm) hat, die durch die folgende Beziehung ausgedrückt wird:

ρ/Rd > t > p · 10&supmin;¹&sup0; (1),

wobei ρ den spezifischen Widerstand (Ω·cm) des in der leitfähigen Schicht verwendeten Materials darstellt und Rd einen Flächenwiderstand (Ω/ ) der Elektronen emittierenden Fläche (5) darstellt.

4. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die leitfähige Schicht eine aufgetragene Schicht aufweist, die ein Borid, ein Carbid, ein Nitrid, ein Metalloxid, einen Halbleiter oder Kohlenstoff aufweist und einen spezifischen Widerstand von p ≥ 1 · 10&sup4; Ω·cm hat.

5. Elektronen emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Elektronen emittierende Fläche einen elektrischen Widerstand von 1 · 10&sup4; bis 1 · 10&sup7; Ω/ und die leitfähige Schicht einen elektrischen Widerstand von 1 · 10&sup8; bis 1 · 10¹&sup0; Ω/ hat.

6. Elektronenstrahlerzeuger mit Elektroden (3, 4), die einander gegenüberliegend auf der Oberfläche eines isolierenden Substrates (1) vorgesehen sind, einer Elektronen emittierenden Fläche (5), die zwischen den Elektroden (3, 4) vorgesehen ist, einer leitfähigen Schicht, die einen elektrischen Widerstand hat, der größer als derjenige der Elektronen emittierenden Fläche und nicht größer als 10¹&sup0; Ω/ ist, die auf der Oberfläche des Substrates (1) mindestens im Randgebiet der Elektronen emittierenden Fläche (5) in dem Zustand vorgesehen ist, daß sie mit den Elektroden elektrisch verbunden ist, und einer elektrischen Quelle zum Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden (3, 4).

7. Elektronenstrahlerzeuger nach Anspruch 7, bei dem die leitfähige Schicht einen ein Borid, ein Carbid, ein Nitrid, ein Metall, ein Metalloxid, einen Halbleiter oder Kohlenstoff aufweisenden abgeschiedenen Film aufweist und einen spezifischen Widerstand von ρ < 1 · 10&sup4; Ω·cm hat.

8. Elektronenstrahlerzeuger nach Anspruch 8, bei dem die leitfähige Schicht eine Schichtdicke t (cm) hat, die durch die folgende Beziehung ausgedrückt wird:

ρ/Rd > t > ρ 10&supmin;¹&sup0; (1),

wobei p den spezifischen Widerstand (Ω·cm) des in der leitfähigen Schicht verwendeten Materials darstellt und Rd einen Flächenwiderstand (Ω/ ) der Elektronen emittierenden Fläche (5) darstellt.

9. Elektronenstrahlerzeuger nach Anspruch 7, bei dem die leitfähige Schicht eine aufgetragene Schicht aufweist, die ein Borid, ein Carbid, ein Nitrid, ein Metalloxid, einen Halbleiter oder Kohlenstoff aufweist und einen spezifischen Widerstand von ρ ≥ 1 · 10&sup4; Ω·cm hat.

10. Elektronenstrahlerzeuger nach Anspruch 7, bei dem die Elektronen emittierende Fläche einen elektrischen Widerstand von 1 · 10&sup4; bis 1 · 10&sup7; Ω/ und die leitfähige Schicht einen elektrischen Widerstand von 1 · 10&sup8; bis 1 · 10¹&sup0; Ω/ hat.