DE69407927T2

DE69407927T2 - Feldemissionskathodenvorrichtung

Info

Publication number: DE69407927T2
Application number: DE69407927T
Authority: DE
Inventors: Toshihide Kuriyama; Hideo Makishima
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2014-10-29
Also published as: DE69407927D1; JPH07130281A; KR950012543A; EP0651417A1; EP0651417B1; US5550435A; JP2861755B2; KR0155179B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Feldemissionskathodenvorrichtung, insbesondere für eine Feldemissionskathodenvorrichtung, bei der jeder konusförmige elementare Elektronenemitter (im Nachfolgenden als Elektronenemitter bezeichnet) durch eine aktive Vorrichtung gesteuert wird.
Feldemissionsvorrichtungen werden in breitem Umfang bei verschiedenen Apparaturen wie beispielsweise Kathodenstrahlröhren von Anzeigevorrichtungen, Vakuumröhren für Mikrowellentechnologien oder Sensoren, als Elektronenquellen verwendet.
Eine herkömmliche Feldemissionskathodenvorrichtung hat zwei wichtige Teile; einer ist eine Kathodenelektrode und der andere ist eine Gitterelektrode.
Eine Kathodenelektrode hat eine metallische Ebene und konusförmige Elektronenemitter mit nach oben gerichteten Spitzen, die aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt hergestellt sind. Konusförmige Elektronenemitter sind an den auf einer metallischen Ebene angenommenen Gitterpunkten positioniert.
Eine Gitterelektrode ist eine ebene Platte aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt und ist mit runden Löchern versehen, deren Mittelpunkte an den auf einer ebenen Platte angenommenen Gitterpunkten positioniert sind. Die geometrischen Parameter von zwei Sätzen Gitterpunkten sind ziemlich die gleichen.
Kathoden- und Gitterelektroden sind so kombiniert, daß die ebenen Teile dieser Elektroden zueinander parallel sind und die Spitze jedes konusförmigen Elektronenemitters von einem Innenumfang eines runden Loches einer Gitterelektrode umgeben ist.
Wenn bei dieser Konstruktion eine Spannung zwischen Kathode und Gitterelektrode angelegt wird, wird um die Spitze des Elektronenemitters ein starkes elektrisches Feld erzeugt und daher werden von einer Spitze Elektronen emittiert, was als hohe Feldemission bekannt ist.
Bei einer Feldemissionskathodenvorrichtung haben sich jedoch mehrere Nachteile herausgestellt:
(1) Wenn bezüglich der Formen oder Abmessungen von Elektronenemittern oder einer Gitterelektrode regellose Störstellen auftreten, steigt die Ungleichförmigkeit der Elektronenemission über die gesamte ausstrahlende Fläche der Vorrichtung.
(2) Wenn zwischen einem Elektronenemitter und einer Gitterelektrode ein Durchschlag auftritt, gibt es keine Mittel, den Kurzschlußstrom zu unterdrücken und das Ausmaß der Zerstörung wird vergrößert.
(3) Es gibt kein Mittel zum Steuern der Größe der Elektronenemission und daher ist die vorliegende Kathodenvorrichtung für viele Anzeigevorrichtungen ungeeignet.
In der EP-A-0496572 ist eine integriert gesteuerte Feldemissionsanzeigevorrichtung offenbart, wobei wenigstens eine Steuerung, die als Transistorvorrichtung realisiert ist, in/auf wenigstens einer Schicht der Feldemissionsanzeigevorrichtung angeordnet ist und betätigbar an wenigstens ein Element der Feldemissionsvorrichtung der Feldemissionsanzeigevorrichtung angeschlossen ist. Eine Vielzahl von integriert ausgebildeten Steuerungen kann selektiv miteinander verbunden sein, um eine selektive Steuerung von Gruppen von Feldemissionsvorrichtungen der Feldemissionsvorrichtungsanzeige auf solche Art zu schaffen, daß eine integrierte aktive Adressierung der Feldemissionsanzeigevorrichtung geschaffen ist. Diese in dieser Veröffentlichung offenbarte Feldemissionsvorrichtung zeigt alle Merkmale des oberbegriffs des Patentanspruches 1.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Feldemissionskathodenvorrichtung zu schaffen, die über die gesamte emittierende Fläche der Vorrichtung eine gleichförmige Dichte der Elektronenemission hat, und die Mittel hat, um einen Emissionsstrom jedes Elektronenemitters nach Wunsch zu modulieren, und um einen Kurzschlußstrom zu begrenzen, der im Fall eines Durchschlags zwischen einem Elektronenemitter und einer Kathodenelektrode in jeden Elektronenemitter fließt.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Feldemissionskathodenvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Aspekte der vorliegenden Erfindung.
Die Erfindung wird im einzelnen anhand der begleitenden Figuren erläutert, in welchen zeigt:
Fig. 1 die Konstruktion einer herkömmlichen Feldemissionskathodenvorrichtung im Schnitt;
Fig. 2 eine Feldemissionskathodenvorrichtung, die Übergangs-Gate-Feldeffekttransistoren verwendet, gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Schnitt;
Fig. 3 eine Feldemissionskathodenvorrichtung, die isolierte Gate-Feldeffekttransistoren verwendet, gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 4 eine Feldemissionskathodenvorrichtung, die Bipolar- Transistoren verwendet, gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt.
Bevor in den bevorzugten Ausführungsformen gemäß der Erfindung eine Feldemissionskathodenvorrichtung erläutert wird, wird die vorstehend genannte herkömmliche Feldemissionskathodenvorrichtung anhand der Fig. 1 erläutert.
Wenn ein spitzes Ende einer konusförmigen Elektrode mit kleiner Größe einem hohen elektrischen Feld ausgesetzt ist, steigt die Elektronenemission am spitzen Ende. Die in der Fig. 1 gezeigte Spindt-Elektrode für elektrische Feldemission ist als ein typisches Beispiel für derartige Elektroden bekannt.
In der Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 10 ein isolierendes Substrat, wie beispielsweise ein Glas. Die Bezugsziffer 9 bezeichnet eine elektrisch leitfähige Schicht, die aus einem Metall, wie beispielsweise Al hergestellt ist, und die auf dem isolierenden Substrat 10 ausgebildet ist. Auf der elektrisch leitfähigen Schicht 9 sind Elektronenemitter 1, die aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt wie beispielsweise W, Mo etc., hergestellt sind und konusförmig mit Spitzen geformt, die auf Gitterpunkten angeordnet sind, welche auf der Oberfläche einer elektrisch leitfähigen Schicht 9 angenommen sind. Jeder dieser Emitter 1 ist von einer Isolierschicht 3 aus SiO&sub2; etc. und einer Gitterelektrode 2, die aus einem Metall, wie beispielsweise Mo, W, Cr, etc. hergestellt ist, umgeben.
In einer derartigen Feldemissionskathodenvorrichtung werden Elektronen von den Elektronenemittern 1 emittiert, wenn eine Spannung zwischen einer Gitterelektrode 2 und einer elektrisch leitfähigen Schicht 9 so angelegt wird, daß die Feldintensitaten in der Nähe der Spitzen der Elektronenemitter 1 ungefähr 10&sup7;V/cm oder höher betragen.
Durch Kombinieren einer großen Anzahl von Elektronenemittern kann ein Elektronenstrom entsprechend einem elektrischen Strom mit gewünschter Größe erzielt werden. Wenn jedoch eine leichte Abweichung bei den Formen der Elektronenemitter 1 und einer Gitterelektrode 2 auftritt, entsteht eine Ungleichförmigkeit der Elektronenemissionsdichte und die Lebensdauer der Vorrichtung insgesamt wird aufgrund von Durchschlägen an einem Teil der Elektronenemitter reduziert.
Als ein Verfahren zum Verhindern eines derartigen unerwünschten Phänomens wurde in der EP-A-0316214 vom Commissariat lnanvrgie Atomique, France, vorgeschlagen, zwischen eine elektrisch leitfähige Schicht und die Elektronenemitter einen Widerstandsfilm aus Si oder dgl. einzusetzen, wobei die Dicke des Widerstandsfilmes mehrere Zehn nm bis mehrere um betrug und der spezifische Widerstand des Widerstandsmaterials mehrere Hundertstel bis mehrere Millionstel Ω cm betrug. Bei dieser Konstruktion wurde die Ungleichförmigkeit der Elektronenemissionsdichte bis zu einem gewissen Maß gesenkt. Darüberhinaus sind Ströme, welche in die Elektronenemitter fließen, durch eine Widerstandsschicht begrenzt, die zwischen Elektronenemittern und einer Wider standsschicht existiert, wenn die Isolierungen zwischen Elektronenemittern und einer Gitterelektrode zerstört werden, und damit ist die Gefahr der Zerstörung von Elektronenemittern und einer Gitterelektrode bei Auftreten von Kurzschlußströmen zwischen diesen Elektroden reduziert.
Als weitere Gegenmaßnahme hat die Firma Futaba Electronic Industrial Company in dem japanischen Patent Kokai Nr. 4- 249-026 vorgeschlagen, zwischen jedem Elektronenemitter und eine elektrisch leitfähige Schicht Konstantstromvorrichtungen einzusetzen.
Bei einem herkömmlichen Verfahren, bei dem zwischen den Elektronenemittern und einer elektrisch leitfähigen Schicht eine Widerstandsschicht eingesetzt wurde, sind die Spannungsabfälle an der Widerstandsschicht beträchtlich groß und daher wird es notwendig, eine zwischen Elektronenemittern und leitfähiger Schicht angelegte Spannung zu erhöhen, und die Gleichförmigkeit der emittierten Elektronendichte ist nicht zufriedendstellend. Darüberhinaus ist bei einem weiteren herkömmlichen Verfahren, bei dem Konstantstromvorrichtungen verwendet werden, die Gleichförmigkeit der Elektronenemissionsdichte stark verbessert, dieses Verfahren kann jedoch nicht bei Elektronenstrahlerzeugern einer Kathodenstrahlröhre (im Nachfolgenden als CRT bezeichnet) angewendet werden, weil es notwendig ist, die Helligkeit eines Bildes durch Variieren der Elektronenquantität eines Elektronenstrahls zu modulieren.
Bei dieser Konstruktion ist der Emissionsstrom jedes Elektronenemitters durch die aktive Vorrichtung mit einem Sättigungsstrom begrenzt, die in Reihe zu einem Elektronenemitter geschaltet ist, und daher kann die Ungleichförmigkeit einer Elektronenemissionsdichte über die Emissionsfläche infolge regelloser Störungen der Formen und Abmessungen der Elektronenemitter und einer Gitterelektrode verhindert werden. Darüberhinaus sind Kurzschlußströme durch aktive Vorrichtungen mit Sättigungsströmen begrenzt, selbst wenn ein Teil der Elektronenemitter durchgeschlagen sind, und es besteht keine Gefahr, daß das Ausmaß der Zerstörung vergrößert wird und die erwartete Lebensdauer der Vorrichtung ist verlängert.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen anhand der Figuren 2 bis 4 erläutert.
Fig. 2 zeigt im Schnitt eine Feldemissionskathodenvorrichtung als die erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. In der Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Elektronenemitter, der aus Mo hergestellt ist, und ein spitzes Ende hat, die Bezugsziffer 2 eine Gitterelektrode, die aus W hergestellt ist, die Bezugsziffer 3 eine Isolierschicht, die aus SiO&sub2; besteht, die Bezugsziffer 4 ein zylindrisches Silizium vom N-Typ, das unter einem Elektronenemitter 1 vorgesehen ist, die Bezugsziffer 5 ein Silizium vom p-Typ, das ein Silizium 4 vom n-Typ umgibt, und die Bezugsziffer 6 bezeichnet ein Silizium vom Typ n&spplus;. Der Elektronenemitter 1 ist mit einer Kegelform mit einem spitzen Ende und einer Höhe von 0,5 bis 1,0 um ausgebildet. Ein n- Typ-Silizium 4, ein p-Typ-Silizium 5 und ein n&spplus;-Typ-Silizium 6 bilden einen n-Kanal-Übergangsgate-Feldeffekttransistor, wobei ein Elektronenemitter 1, ein n-Typ-Silizium 4, ein p-Typ-Silizium 5 und ein n&spplus;-Typ-Silizium 6 einem Drain, einem n-Kanal, einem Gate bzw. einer Source entsprechen. Durch Variieren der an das p-Typ-Silizium 5 angelegten Spannung kann der elektrische Strom, welcher in einem n-Kanal, oder anders gesagt dem n-Typ-Silizium 4 fließt, gesteuert werden. Darüberhinaus sollte die Spannung, die zwischen Source- und Drainelektroden dieses Übergangsgate- Feldeffekttransistors ausgehalten wird, höher als die Spannung sein, die zwischen einem Elektronenemitter 1 und der Gitterelektrode 2 angelegt wird, um eine Feldemission am Elektronenemitter 1 zu erzeugen. Wenn die Fremdatomdichte und die Tiefe des n-Typ-Siliziums, das als ein Kanal des Übergangsgate-Feldeffekttransistors dient, mit n bzw. w angegeben wird, ist es ausreichend, daß die folgenden Beziehungen erfüllt werden.
n p,
w > 2V&sub0;/&epsi;,
mit 2 gleich einem Sicherheitsfaktor, p gleich der Fremdatomdichte des p-Typ-Silizums 5, das das n-Typ-Silizium 4 umgibt, &epsi; gleich der Durchschlagsfeldintensität des Siliziums und V&sub0; gleich der Spannung, die zwischen Elektronenemitter 1 und dem n&spplus;-Typ-Silizium 6 im Fall des Durchschlags angelegt wird. Anzumerken ist, daß V&sub0; nahezu gleich der Spannung ist, die zwischen einem Elektronenemitter 1 und einer Gitterelektrode 2 angelegt wird, um für den Fall des Normalbetriebs eine Feldemission zu erzeugen.
Wenn darüberhinaus ein Elektronenemitter 1 und eine Gitterelektrode 2 durch Durchschlag kurzgeschlossen sind, wird eine Spannung eines n-Typ-Siliziums 4 in der Nähe eines Elektronenemitters 1 erhöht und eine hohe inverse Vorspannung wird einem p-Typ-Silizium 5 aufgeprägt. Da die Fremdatomdichte n niedrig ist, werden nahezu alle Träger eines n-Typ-Siliziums 4 in der Nähe eines Elektronenemitters 1 verarmt, selbst wenn die inverse Vorspannung nicht zu hoch ist. Daher tritt im Fall eines Durchschlags in einem n-Typ- Silizium 4 in der Nähe eines Elektronenemitters 1 ein Abschnürwiderstand auf, und dadurch kann der Kurzschlußstrom begrenzt werden.
Wie vorstehend erläutert, werden Kurzschlußströme jeweils durch n-Typ-Silizium 45, das an gebrochene Elektronenemitter angeschlossen ist, begrenzt, wenn die vorstehenden Beziehungen erfüllt werden, selbst wenn ein Teil der Elektronenemitter und der Gateelektroden durch Durchschläge kurzgeschlossen sind, und daher kann die Zerstörung der ganzen Vorrichtung verhindert werden. Die vorstehend erwähnten "Strombegrenzungscharakteristikall einer aktiven Vorrichtung können als "Sättigungscharakteristik des elektrischen Stroms" ausgedrückt werden.
Fig. 3 zeigt in einem Querschnitt eine Feldemissionskathodenvorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Figur bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Elektronenemitter mit einem spitzen Ende und der aus Mo hergestellt ist, die Bezugsziffer 2 eine Gitterelektrode aus W, die Bezugsziffer 3 eine Isolierschicht aus SiO&sub2; oder dgl., die Bezugsziffer 4 ein n-Typ-Silizium, die Bezugsziffer 5 ein p-Typ-Silizium und die Bezugsziffer 6 ein n&spplus;-Typ-Silizium, die Bezugsziffer 7 eine Sourceelektrode, die aus einem Metall hergestellt ist, und die Bezugsziffer 8 eine Gateelektrode eines isolierten Gate-Feldeffekttransistors (im folgenden als IGFET) bezeichnet. Ein Elektronenemitter 1 hat die Form eines Konus mit einer Höhe von 0,5 bis 1,0 um und ist von einer Isolierschicht 3 und einer Gitterelektrode 2 mit einem radialen Abstand von 0,5 bis 1,0 um umgeben. Ein n-Typ-Silizium 4, ein p-Typ-Silizium 5, ein n&spplus;-Typ-Silizium 6, eine Sourceelektrode 7 und eine Gateleektrode 8 bilden einen IGFET. Ein Elektronenemitter 1 und ein n&spplus;-Typ-Silizium 6 dienen zusammen als Drainelektrode. Durch Variieren der Spannung einer Gateelektrode 8 kann der elektrische Strom, der von einem Elektronenemitter 1 ausgeht und entlang einem n&spplus;-Typ Silizium 6 einem n-Typ-Silizium 4, einer Oberfläche eines p-Typ-Siliziums 5 unter einer Gateelektrode 8, die als ein Kanal dient, fließen und kommt an einer Sourceelektrode 7 an.
Es ist notwendig, daß die Haltespannung zwischen Source und Drainelektroden des IGFET höher als die Spannung ist, welche zwischem einem Elektronenemitter 1 und einer Gitterelektrode 2 angelegt wird, um die Feldemission zu erzeugen.
Zu diesem Zweck kann unter Verwendung eines Bereiches eines n-Typ-Siliziums 4 als Abschnürwiderstand ein n-Typ-Silizium 4 erzeugt werden, das die Spannung, welche an das n&spplus;-Typ- Silizium 6 angelegt wird, hält, welches als Drainelektrode eines IGFET dient, und dadurch kann eine Vorrichtung mit hoher Haltespannung erhalten werden. Wenn beispielsweise die Fremdatomdichte eines p-Typ-Siliziums 5 1 x 10¹&sup5; cm&supmin;³ ist, die Fremdatomdichte pro Flächeneinheit eines n-Typ-Siliziums 2 x 10¹²cm&supmin;² ist und seine Seitenlänge 10 um ist, ist die Haltespannung größer als 100 V.
Wenn ein Elektronenemitter 1 und eine Gitterelektrode kurzgeschlossen werden, wird eine Spannung eines n-Typ-Siliziums 4 in der Nähe eines n&spplus;-Typ-Siliziums 6 erhöht und es tritt ein ähnliches Phänomen auf, wie jenes, das im Fall der Fig. 2 beschrieben worden ist, und ein Kurzschlußstrom kann begrenzt werden, weil ein n-Typ-Silizium 4 in ein p- Typ-Silizium 5 eingebettet ist. Demgemäß wird im Fall eines Durchschlags ein wesentlicher Teil einer Durchschlagsspannung von einem Abschnürwiderstand vom n-Typ-Silizium 4 geteilt und ein elektrisches Feld entlang einer Oberfläche eines p-Typ-Siliziums 5 unter der Gateelektrode 8 eines IGFET ist extrem klein. Daher besteht keine Gefahr, daß eine Gateelektrode 8 eines IGFET einer hohen Spannung ausgesetzt ist, und eine Isolierschicht zwischen einer Gateelektrode 8 eines IGFET und einer Oberfläche eines p-Typ- Siliziums 5 kann dünner ausgebildet werden. Daher kann die Steilheit eines IGFET erhöht werden und ein Strom durch denselben kann durch eine kleine Steuerspannung gesteuert werden. Wenn bei der in der Fig. 3 gezeigten Konstruktion kein n-Typ-Silizium 4 verwendet wird, muß eine Gateelektrode 8 eines IGFET einen beträchtlichen Teil einer Durchschlagspannung aushalten und muß durch eine dickere Isolierschicht geschützt werden. Dann wird der Abstand zwischen einer Gateelektrode 8 und der Oberfläche eines p-Typ- Siliziums vergrößert.
Daher ist in den Fällen eines Normalbetriebes die Steilheit eines IGFET stark gesenkt und es ist eine große Steuerspannung erforderlich. Darüberhinaus ist es schwierig, einen Kurzschlußstrom zu begrenzen, weil keine effektiven Abschnürwiderstände im n&spplus;-Typ-Silizium 6 auftreten.
Wenn demgemäß ein Teil der Elektronenemitter und einer Gitterelektrode durch Durchschläge und Kurzschlüsse zerstört werden, sind die Kurzschlußströme durch n-Typ-Silizium 4 begrenzt, das zerstörten Elektronenemittern zugeordnet ist, und lokale Zerstörungen werden nicht auf solche einer gesamten Vorrichtung vergrößert. Die vorstehend erwähnte "Strombegrenzungscharakteristik" einer aktiven Vorrichtung kann als "Sattigungscharakteristik des elektrischen Stroms" ausgedrückt sein.
Fig. 4 zeigt im Querschnitt eine Feldemissionskathodenvorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Figur bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Elektronenemitter mit einem spitzen Ende der aus Mo hergestellt ist, die Bezugsziffer 2 eine Gitterelektrode, die aus W hergestellt ist, die Bezugsziffer 3 eine Isolierschicht, die aus SiO&sub2; hergestellt ist, die Bezugsziffer 4 ein n-Typ-Silizium, die Bezugsziffer 5 ein p-Typ-Silizium und die Bezugsziffer 6 ein n&spplus;-Typ-Silizium. Ein Elektronenemitter 1 hat die Form eines Konus mit einer Höhe von 0,5 bis 1,0 um und ist von einer Isolierschicht 3 und einer Gitterelektrode 3 mit einem Radialabstand von 0,5 bis 1,0 um umgeben. Ein n-Typ-Silizium 4 ist unter einem Elektronenemitter 1 vorgesehen und hat eine zylindrische Form und ist in ein p-Typ-Silizium 5 eingebettet. Ein n-Typ-Silizium 4, ein p-Typ-Silizium 5 und ein n&spplus;-Typ-Silizium 6 bilden einen Bipolartransistor und durch Variieren der Spannung eines p-Typ-Silizium 5, das einer Basiselektrode dieses Bipolartransistors entspricht, kann ein elektrischer Strom gesteuert werden, der von einem Elektronenemitter 1 ausgeht und zu einem n&spplus;-Typ-Silizium 6 fließt, welches einer Emitterelektrode entspricht, durch ein n-Typ-Silizium 4 und ein p-Typ-Silizium 5 hindurchgeht, die dem Kollektor bzw. den Basiselektroden entsprechen. Wenn die Länge des n-Typ-Siliziums 4 und die Spannung, welche zwischen einem Elektronenemitter 1 und einem n&spplus;-Typ-Silizium 6 angelegte Spannung mit w bzw. V&sub0; bezeichnet werden, kann w aus der folgenden Ungleichung bestimmt werden:
n p,
w > 2 V&sub0;/&epsi;
mit 2 gleich einem Sicherheitsfaktor, p gleich einer Fremdatomdichte des p-Typ-Siliziums 5 und &epsi; gleich der Durchschlagsfeldintensität des Siliziums. Hierbei ist anzumerken, daß V&sub0; nahezu gleich der Spannung ist, welche zwischen einem Elektronenemitter 1 und einer Gitterelektrode 2 angelegt wird, um im Fall eines Normalbetriebs eine Feldemission zu erzeugen.
Wenn ein Elektronenemitter 1 und eine Gitterelektrode 2 durch Durchschlagen kurzgeschlossen sind, wird eine Spannung eines n-Typ-Siliziums 4 nahe einem Elektronenemitter 1 erhöht und es tritt ein ähnliches Phänomen wie in den anhand der Figuren 2 und 3 beschriebenen Fälle auf. Dadurch kann der Kurzschlußstrom begrenzt werden, weil ein n-Typ- Silizium 4 von einem p-Typ-Silizium 5 umgeben ist. Demgemäß ist ein Kurzschluß durch einen Abschnürwiderstand begrenzt, der in einem n-Typ-Silizium 4 in der Nähe eines Elektronenemitters 1 erzeugt wird.
Wie vorstehend erwähnt, werden Kurzschlußströme durch n- Typ-Silizium 4 begrenzt, das zerstörten Elektronenemittern zugeordnet ist, wenn die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt werden, selbst wenn ein Teil eines Elektronenemitters 1 und einer Gitterelektrode 2 durch Durchschlag zerstört sind und kurzgeschlossen sind, und Zerstörungen werden nicht auf die der gesamten Vorrichtung vergrößert. Die vorstehend genannte "Strombegrenzungscharakteristik" einer aktiven Vorrichtung kann als "Sättigungscharakteristik von elektrischem Strom" ausgedrückt werden.
In den Ausführungsformen gemäß der vorstehenden Beschreibungen ist eine aktive Vorrichtung mit Sättigungscharakteristik des elektrischen Stroms an einen Elektronenemitter angeschlossen, es ist jedoch auch möglich, eine aktive Vorrichtung an mehrere Elektronenemitter anzuschließen. Bei einer derartigen Konstruktion können, wenn ein Elektronenemitter zerstört ist, Elektronenemitter, die zu derselben Gruppe gehören, nicht arbeiten, alle anderen Elektronenemitter können jedoch normal arbeiten und daher kann die Zuverlässigkeit einer Vorrichtung aufrechterhalten werden und ihre Lebensdauer wird verlängert.
Wie vorstehend beschrieben kann die Ungleichförmigkeit von Emissionsstromdichte über die gesamte Emissionfläche, die durch regellose Störstellen bezüglich der Formen und Abmessungen der Elektronenemitter und einer Gitterelektrode verursacht wird, eliminiert werden, da ein Emissionsstrom von jedem Elektronenemitter durch eine aktive Vorrichtung bestimmt wird, die mit einem Elektronenemitter in Reihe geschaltet ist und eine Sättigungscharakteristik des elektrischen Stroms hat. Darüberhinaus kann, selbst wenn ein Teil der Elektronenemitter und eine Gitterelektrode durchgeschlagen sind, ein in diese fließender Kurzschlußstrom durch aktive Vorrichtungen mit Sättigungscharakteristika der elektrischen Ströme begrenzt werden und das Ausmaß der Zerstörungen wird nicht auf das der gesamten Vorrichtung vergrößert und deren Lebensdauer kann verlängert werden. Da weiterhin die Quantität der emittierten Elektronen durch aktive Vorrichtungen gesteuert wird, besteht ein Vorteil, daß eine Steuerspannung gesenkt werden kann und demgemäß kann eine Feldemissionskathodenvorrichtung geschaffen werden, die für CRTs geeignet ist, und die über ihre gesamte Emissionsfläche eine gleichförmige Elektronenemissionsdichte hat, und die eine lange Lebensdauer hat.

Claims

1. Feldemissionskathodenvorrichtung mit:

einem Elektronenemitter (1) mit einem Mikropunkt an seinem Spitzenteil;

einem Drain (4) oder Kollektor einer aktiven Vorrichtung, die direkt in Reihe mit dem Elektronenemitter (1) verbunden ist; und

einer Vorrichtung zum Zuführen einer vorbestimmten konstanten Spannung über eine Gitterelektrode (2) und ein Sourceoder Emitter (6) der aktiven Vorrichtung, um Elektronen von dem Mikropunkt des Elektronenemitters (1) zu entsenden;

wobei ein Strom, der durch den Elektronenemitter (1) fließt, moduliert wird durch die aktive Vorrichtung;

dadurch gekennzeichnet, daß der Drain oder Kollektor (4) der aktiven Vorrichtung vom N- oder N&spplus;-Typ ist;

die Source oder Emitter (6) der aktiven Vorrichtung vom N&spplus;- Typ und

daß die aktive Vorrichtung eine Durchbruchspannung größer als die vorbestimmte konstante Spannung und eine Stromsättigungscharakteristik aufweist.

2. Feldemissionskathodenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die aktive Vorrichtung aus einem Übergangsfeldeffekttransistor oder isoliertem- Gatefeldeffekttransistor besteht, wobei der Source-Drain-Weg dieses Transistors in Reihe mit dem Elektronenemitter (1) verbunden ist.

3. Feldemissionskathodenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die aktive Vorrichtung ein bipolarer Transistor ist, wobei der Emitter-Kollektorweg in Reihe mit dem Elektronenemitter (1) verbunden ist.