TW202232543A - 場發射陰極裝置及形成場發射陰極裝置之方法 - Google Patents
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Abstract
一種場發射陰極裝置及形成場發射陰極裝置的方法涉及：陰極元件，該陰極元件具有場發射面；及閘極電極元件，該閘極電極元件與陰極元件的場發射面成隔開關係而被安置，以於其間界定間隙，閘極電極元件具有在相對的錨定端之間橫向地延伸的複數個平行格柵構件或網格結構。膜元件與閘極電極元件橫向地共延伸及接合，膜元件被設置為允許從陰極元件的場發射面發射的電子穿過；以及與閘極電極元件及陰極元件配合，以在間隙內及場發射面附近形成實質上均勻電場。
Description
本申請案與場發射陰極裝置有關，且更具體地與一種場發射陰極裝置及形成場發射陰極裝置之方法有關。
一般而言，場發射陰極裝置/組件包含相對於提取閘極結構（例如，閘極電極）安置的場發射陰極，以在其間界定間隙（參見，例如，圖1中顯示的先前技術）。對閘極電極施加外部閘極電壓（V
g），陰極被接地，使得所產生的電場從陰極面提取場發射電子。一旦電子從陰極面被發射，一些電子將穿過閘極電極的（多個）開口，而其他電子由閘極電極吸收（例如，一些發射電子將轟擊閘極電極）。
先前技術中的閘極電極可具有不同的形式。於一些範例中，閘極電極經組態以包含格柵式（grill-like）結構的多個線狀導條（linear bar）（參見，例如圖2A）。於其他範例中，閘極電極被組態為網格式（mesh-like）結構（參見，例如圖2B）。另外，閘極電極通常由具有高熔融溫度的導電材料（舉例而言，例如鎢、鉬、不銹鋼、或摻雜矽）構成。閘極電極（無論是格柵式結構的、還是網格式結構的）通常界定範圍從約50%至超過80%開口面積的實體開口部（例如，為開口空間的閘極電極的面積部）。要求閘極電極的實體開口部，以便允許從陰極面發射的電子穿過閘極電極，以形成電子束。從陰極面發射且穿過閘極電極的電子的百分比被稱為電子傳輸速率，其中傳輸速率越高，則所產生及發射的電子的使用效率越高。
如果閘極電極的實體開口部相對低（參見，例如圖4，具有較小開口面積的密集網格），則越多的發射電子將由閘極電極吸收，且電子傳輸速率降低（有時顯著）。然而，如果閘極電極的實體開口部相對高（參見，例如圖3），則間隙內的及/或陰極面附近的電場變得非期望地不均勻。由於場發射電子從陰極面的發射與觸發電場、非均勻電場的特性有關，所以又導致從陰極面的非均勻的電子場發射，這不是期望的。
因此，存在對場發射陰極裝置及形成此種場發射陰極裝置的方法的需要，其中場發射陰極裝置被設置為在陰極面處及閘極電極與陰極之間的間隙內產生及呈現實質上均勻的電場。場發射陰極裝置的陰極面處的此種實質上均勻的電場亦應該期望增加場發射電子產生的效率。閘極元件亦應該期望為增加閘極傳輸速率且亦降低陰極面的離子轟擊的結構。
上述及其他需要由本揭露的態樣滿足，本揭露的態樣包含但不限於下面的範例性實施方式、且在一個特定態樣中提供一種場發射陰極裝置，其中此種裝置包括：陰極元件，該陰極元件具有場發射面；及閘極電極元件，該閘極電極元件以與陰極元件的場發射面成隔開關係而被安置，以於其間界定間隙，閘極電極元件具有在相對的錨定端之間橫向地延伸的複數個平行格柵構件或網格結構。膜元件與閘極電極元件橫向地共延伸及接合，膜元件被設置為允許從陰極元件的場發射面發射的電子穿過；以及與閘極電極元件及陰極元件配合，以在間隙內及場發射面附近形成實質上均勻電場。
另一個範例性態樣提供一種形成場發射陰極裝置的方法，其中此種方法包括：以與陰極元件的場發射面成隔開關係地安置閘極電極元件，以在其間界定間隙，閘極電極元件具有在相對的錨定端之間橫向地延伸的複數個平行格柵構件或網格結構；以及使膜元件與閘極電極元件接合，膜元件與閘極電極元件在橫向上共延伸、以及被設置為允許從陰極元件的場發射面發射的電子穿過；以及與閘極電極元件及陰極元件配合，以在間隙內及場發射面附近形成實質上均勻電場。
因此，本揭露包含而不限於下面的範例性實施方式：
範例性範施方式 1 ：一種場發射陰極裝置，包括：陰極元件，該陰極元件具有場發射面；閘極電極元件，該閘極電極元件以與陰極元件的場發射面成隔開關係而被安置，以於其間界定間隙，閘極電極元件具有在相對的錨定端之間橫向地延伸的複數個平行格柵構件或一網格結構；以及膜元件，該膜元件與閘極電極元件橫向地共延伸及接合，膜元件被設置為允許從陰極元件的場發射面發射的電子穿過、以及與閘極電極元件及陰極元件配合以在間隙內及場發射面附近形成實質上均勻電場。
範例性實施方式 2 ：任何前述範例性實施方式的裝置或其組合，包括閘極電壓源，該閘極電壓源電連接至閘極電極元件，陰極元件電連接至地，且閘極電壓源被設置為在其間相互作用，以在間隙內產生電場，用於誘發場發射面從其向閘極電極元件發射電子。
範例性實施方式 3 ：任何前述範例性實施方式的裝置或其組合，其中閘極電極元件的複數個平行格柵構件或網格結構具有至少約75%的開口面積。
範例性實施方式 4 ：任何前述範例性實施方式的裝置或其組合，其中該膜元件由金屬、傳導氮化矽、或碳構成。
範例性實施方式 5 ：任何前述範例性實施方式的裝置或其組合，其中該金屬包括鈹、鋁、金、或其組合。
範例性實施方式 6 ：任何前述範例性實施方式的裝置或其組合，其中該膜元件是具有小於約50 nm的厚度的薄膜。
範例性實施方式 7 ：任何前述範例性實施方式的裝置或其組合，其中該閘極電極元件由具有高熔融溫度的傳導材料構成。
範例性實施方式 8 ：任何前述範例性實施方式的裝置或其組合，其中該閘極電極元件由鎢、鉬、不銹鋼、摻雜矽或其組合構成。
範例性實施方式 9 ：任何前述範例性實施方式的裝置或其組合，其中該膜元件在該閘極電極元件的複數個平行格柵構件或網格結構的開口面積中界定一或多個開口。
範例性實施方式 10 ：任何前述範例性實施方式的裝置或其組合，其中該膜元件由具有高熔融溫度的傳導材料構成，且其中該膜元件被設置為直接接合閘極電極元件。
範例性實施方式 11 ：任何前述範例性實施方式的裝置或其組合，其中該膜元件由具有低熔融溫度的傳導材料構成，且其中該膜元件及該閘極電極元件被設置為包含被安置於其間以使膜元件與閘極電極元件熱絕緣的絕緣元件。
範例性實施方式 12 ：任何前述範例性實施方式的裝置或其組合，其中該絕緣元件被設置為使膜元件與閘極電極元件電絕緣。
範例性實施方式 13 ：任何前述範例性實施方式的裝置或其組合，包括膜電壓源，該膜電壓源電連接至膜元件，陰極元件電連接至地，且該膜電壓源被設置為與閘極電極元件及陰極元件相互作用，以在間隙內產生電場。
範例性實施方式 14 ：一種形成場發射陰極裝置的方法，包括：以與陰極元件的場發射面成隔開關係地安置閘極電極元件，以在其間界定間隙，閘極電極元件具有在相對的錨定端之間橫向地延伸的複數個平行格柵構件或網格結構；以及使膜元件與閘極電極元件接合，膜元件與閘極電極元件橫向地共延伸、以及被設置為允許從陰極元件的場發射面發射的電子穿過、以及與閘極電極元件及陰極元件配合以在間隙內及場發射面附近形成實質上均勻電場。
範例性實施方式 15 ：任何前述範例性實施方式的方法或其組合，包括使閘極電壓源電連接至閘極電極元件，陰極元件電連接至地，使得閘極電壓源被設置為在閘極電極元件與陰極元件之間相互作用，以在間隙內產生電場，用於誘發場發射面從其向閘極電極元件發射電子。
範例性實施方式 16 ：任何前述範例性實施方式的方法或其組合，其中以與場發射面成隔開關係地安置閘極電極元件包括以與場發射面成隔開關係地安置被設置為使得閘極電極元件的複數個平行格柵構件或網格結構具有至少約75%的開口面積的閘極電極元件。
範例性實施方式 17 ：任何前述範例性實施方式的方法或其組合，其中使膜元件與閘極電極元件接合包括使由金屬、傳導氮化矽、或碳構成的膜元件與閘極電極元件接合。
範例性實施方式 18 ：任何前述範例性實施方式的方法或其組合，其中使膜元件與閘極電極元件接合包括使由鈹、鋁、金、或其組合構成的膜元件與閘極電極元件接合。
範例性實施方式 19 ：任何前述範例性實施方式的方法或其組合，其中使膜元件與閘極電極元件接合包括使包括具有小於約50 nm的厚度的薄膜的膜元件與閘極電極元件接合。
範例性實施方式 20 ：任何前述範例性實施方式的方法或其組合，其中以與場發射面成隔開關係地安置閘極電極元件包括以與場發射面成隔開關係地安置由具有高熔融溫度的傳導材料構成的閘極電極元件。
範例性實施方式 21 ：任何前述範例性實施方式的方法或其組合，其中以與該場發射面成隔開關係地安置閘極電極元件包括以與場發射面成隔開關係地安置由鎢、鉬、不銹鋼、摻雜矽或其組合構成的閘極電極元件。
範例性實施方式 22 ：任何前述範例性實施方式的方法或其組合，其中使膜元件與閘極電極元件接合包括使在閘極電極元件的複數個平行格柵構件或網格結構的開口面積中界定一或多個開口的膜元件與閘極電極元件接合。
範例性實施方式 23 ：任何前述範例性實施方式的方法或其組合，其中使膜元件與閘極電極元件接合包括使由具有高熔融溫度的傳導材料構成的膜元件與閘極電極元件直接接合。
範例性實施方式 24 ：任何前述範例性實施方式的方法或其組合，其中使膜元件與閘極電極元件接合包括使由具有低熔融溫度的傳導材料構成的膜元件與閘極電極元件接合。
範例性實施方式 25 ：任何前述範例性實施方式的方法或其組合，包括將絕緣元件安置於膜元件與閘極電極元件之間，以使膜元件與閘極電極元件熱絕緣。
範例性實施方式 26 ：任何前述範例性實施方式的方法或其組合，其中將絕緣元件安置於膜元件與閘極電極元件之間包括將被設置為使膜元件與閘極電極元件電絕緣的絕緣元件安置於膜元件與閘極電極元件之間。
範例性實施方式 27 ：任何前述範例性實施方式的方法或其組合，包括將膜電壓源電連接至膜元件，陰極元件電連接至地，使得膜電壓源被設置為與閘極電極元件及陰極元件相互作用，以在間隙內產生電場。
從與附圖一起閱讀以下詳細描述，本揭露的這些及其他特徵、態樣及優點將變得清楚，下面將簡單描述附圖。本揭露包含此揭露中闡釋的二、三、四或更多個特徵或元件的任一組合，而與此等特徵或元件是否明確地被組合或是否詳述於本文中的特定實施方式的描述中無關。預期此揭露被全盤地閱讀，使得應根據預期（即，可組合）看待本揭露的任何態樣及實施方式中的任何可分離特徵或元件，除非本揭露的上下文另外清楚地指定。
應明白，提供本文中的發明內容僅為了概略說明一些範例性態樣以提供對本揭露的基本理解的目的。就其本身而言，應明白，上面描述的範例性態樣僅是實例、且不應認為以任何方式使本揭露的範圍或精神變窄。應明白，除了本文中概略說明的態樣，本揭露的範圍涵蓋許多可能的態樣，下面將進一步描述其中一些態樣。此外，根據以下結合附圖進行的詳細描述，本文中揭露的其他態樣或此等態樣的優點變得清楚，作為實例，附圖闡明所描述的態樣的原理。
現在將在下文中參考附圖更全面描述本揭露，其中顯示本揭露的一些態樣，而非全部態樣。的確，本揭露可以許多不同的形式被具體實施，而且不應被認為限於本文闡述的態樣；相反，提供此等態樣是為了此揭露滿足適用的法律要求。在各處，相似的元件符號指相似的元件。
圖5A、圖5B、圖6A、圖6B及圖7闡明場發射陰極裝置100的閘極電極200的各種態樣（參見，例如圖1）。此種場發射陰極裝置100通常包含：包括基板325的陰極300（通常由金屬材料或其他導電材料（例如不銹鋼、鎢、鉬、摻雜矽）構成）；沉積於基板325上的一層場發射材料350（舉例而言，例如奈米管、石墨烯、奈米線等等的奈米材料的混合物）；以及，如果必要，安置於基板325與場發射材料350之間的黏著材料（未顯示）的附加層。
場發射陰極裝置/組件100通常包含場發射陰極300，該場發射陰極300以與此種閘極電極200成隔開關係而被安置，以在其間界定間隙250。外部閘極電壓（V
g或+V）被施加至閘極電極200，陰極300被接地，使得所產生的電場從基板325表面上的場發射材料350提取場發射電子400。一旦電子400從基板325表面上的場發射材料350被發射，一些電子400將穿過閘極電極200的（多個）開口或開口面積，而其他電子400由閘極電極200被吸收（例如，一些發射電子將轟擊閘極電極）。
於一些範例中，閘極電極200經組態以包含格柵式結構的多個線狀導條（參見，例如圖2A中的平面圖）。於其他範例中，閘極電極經組態為網格式結構（參見，例如圖2B中的平面圖）。此外，閘極電極200通常由具有高熔融溫度的導電材料（舉例而言，例如，鎢、鉬、不銹鋼、或摻雜矽）構成。
在操作中，倘若場發射陰極裝置具有相對低的閘極電極的實體開口部（參見，例如圖4，具有較小開口面積的密集網格），則更多的發射電極將由閘極電極吸收，且電子傳輸速率亦相對低（有時顯著地）。相反，如果閘極電極的實體開口部相對高（參見，例如圖3），則間隙內的及/或陰極面附近的電場變得非期望地不均勻。由於場發射電子從陰極面的發射與觸發電場、非均勻電場的特性有關，所以又導致來自陰極面的非均勻電子場發射，這不是期望的。
因此，本揭露的態樣提供一種場發射陰極裝置100（參見，例如圖5A及圖5B），其中裝置100包含：陰極元件300，其在基板325的表面上具有場發射材料350；以及閘極電極元件200，其與陰極元件300的場發射材料350成隔開關係而被安置，以在其間界定間隙250。閘極電極元件200包含在相對的錨定端之間橫向地延伸的複數個平行格柵構件或網格結構（參見，例如圖2A及圖2B）。膜元件500橫向共延伸且與閘極電極元件200接合。於特定態樣中，膜元件500被設置為允許從陰極元件300的場發射材料350發射的電子400穿過（“閘極傳輸”）。此外，膜元件500亦被設置為與閘極電極元件200及陰極元件300配合，以在間隙250內及在陰極元件300的場發射材料350附近形成實質上均勻電場。於特定態樣中，閘極電壓源600電連接至閘極電極元件200，陰極元件300電連接至地。於此類範例中，閘極電壓源600被設置為在閘極電極元件200與陰極元件300之間相互作用，以在間隙250內產生電場，用於誘發場發射材料350從其向閘極電極元件200發射電子400。
於一些態樣中，閘極電極元件200（無論是具有複數個平行格柵構件的、還是具有網格式結構的）具有至少約75%的開口面積。也就是說，對於閘極電極元件200的給定面積，該面積的至少約75%是開口空間，平行格柵構件或網格結構佔據剩餘面積（例如，不大於約25%）。至少約75%的開口面積允許閘極電極元件200的相對高閘極傳輸速率（例如，相對高開口面積對於更多發射電子穿過其提供更多機會，而非轟擊平行格柵構件或網格結構）。於其他態樣中，閘極電極元件具有大於80%的開口面積。
於一些態樣中，膜元件500由金屬、傳導氮化矽、或碳構成。於其中膜元件500由金屬構成的範例中，該金屬包括鈹、鋁、金、或其組合。膜元件500是具有奈米等級（例如，小於約50 nm）厚度的薄膜。膜元件500的材料及該材料500的厚度提供形成具有高電子穿透度（electron transparency）（例如，接近開口面積的電子傳輸速率的電子傳輸速率）的膜。此外，導電膜元件500提供在間隙250中及陰極面附近形成實質上或相對更均勻電場（參見，例如圖5B）。因此，相對高電子傳輸速率與實質上或相對更均勻電場的組合解決了上面提及的對場發射陰極裝置的需要，該場發射陰極裝置被設置為在陰極面處產生且呈現實質上均勻電場（例如，自場發射材料350），這增加場發射電子產生的效率，而膜元件500的實施潛在地降低陰極面的離子轟擊。
於一些態樣中，傳導膜元件500可為但不要求為連續片構件（例如，連續無孔平面元件）。舉例而言，如圖6A及圖6B所示，膜元件500與閘極電極200接合的結構包含且界定特別是與閘極電極元件200的開口面積關聯的一些開口550，以便有助於在閘極電極元件200與陰極元件300之間維持充分真空。也就是說，特別是如圖6A的實例所示，開口550被界定且被安置於膜元件500中，以與平行格柵構件之間的開口空間、或網格結構內的開口空間對應。舉例而言，只要一或多個開口550中每一者是閘極電極200的對應開口面積的相對小面積（例如，＜30%），則界定與閘極電極元件200的開口面積對應的一或多個開口550的傳導膜元件500的此種設置仍有助於在陰極面附近的間隙250中形成實質上均勻電場。
場發射陰極裝置的其他設置及態樣在本揭露的範圍內。舉例而言，在膜元件500由具有高熔融溫度的傳導材料（例如，氮化矽）構成的範例中，膜元件500被設置為直接接合（例如，直接熱/電接觸）閘極電極元件200（參見，例如，圖5A、圖5B、圖6A、圖6B）。於另一個實例中，於其中膜元件500由具有低熔融溫度的傳導材料（例如，鈹）構成的範例中，膜元件500及閘極電極元件200被設置為包含被安置於其間以使膜元件500與閘極電極元件200熱絕緣的絕緣元件575（參見，例如，圖7-為保護膜元件在操作中不由於電子轟擊閘極電極元件的結構而受高溫的影響）。
於一些態樣中，絕緣元件575亦被設置為使膜元件500與閘極電極元件200電絕緣。於此等範例中，膜電壓源700（V
f）可選地電連接至膜元件500，陰極元件300電連接至地（參見，例如圖7）。因此，膜電壓源700（V
f）被設置為與閘極電極元件200（電連接至閘極電壓源600（V
g））及陰極元件300（電連接至地）相互作用，以在間隙250內產生具有期望特性的電場（例如，實質上均勻電場提供來自陰極面的實質上均勻電子發射），如本文所揭露的。
得益於前面的描述和有關附圖中闡述的教導的此等所揭露實施方式所屬領域中的通常知識者會想到本文闡釋的本發明的許多修改及其他實施方式。因此，應理解，本發明的實施方式並不限於所揭露的具體實施方式，而且修改及其他實施方式旨在包含於本發明的範圍內。另外，儘管前面的描述及有關圖式在元件及/或功能的某個範例性組合的情境下描述了範例性實施方式，但應明白，可藉由替代實施方式提供元件及/或功能的不同組合，而不脫離本揭露的範圍。於此方面，舉例而言，在本揭露的範圍內，與上面明確描述的那些元件及/或功能的組合不同的元件及/或功能的組合亦被構思。儘管本文中採用特定術語，但僅以一般描述性意義使用它們，而沒有限制性目的。
應理解，儘管本文中可使用術語第一、第二等描述各種步驟或計數，但此等步驟或計數不應受此等術語的限制。此等術語僅用於將一個操作或計數與另一個操作或計數區別開。舉例而言，第一計數可被稱為第二計數，且類似地，第二步驟可被稱為第一步驟，而不脫離本揭露的範圍。如本文中使用的，術語“及/或”及“/”符號包含一或多個有關列項的任一或全部組合。
如本文中使用的，單數形式“一（a）”及“一（an）”旨在亦包含複數形式，除非上下文另外清楚地指示。應進一步理解，術語“包括（comprises）”、“包括（comprising）”、“包含（includes）”及/或“包含（including）”當在本文中使用時說明存在所陳述的特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件，但不排除存在或附加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組。因此，本文中使用的術語僅出於描述特定實施方式的目的，而不旨在限制性。
100:場發射陰極裝置
200:閘極電極
250:間隙
300:陰極
325:基板
350:場發射材料
400:電子
500:膜元件
550:開口
575:絕緣元件
600:閘極電壓源
700:膜電壓源
因此，已以一般術語描述了本揭露，現在將闡釋附圖，附圖未必按比例繪製，且其中：
圖1示意性地闡明場發射陰極裝置的先前技術實例；
圖2A示意性地闡明：在閘極電極具有格柵式結構的多個線狀導條下，場發射陰極裝置的閘極電極的先前技術實例；
圖2B示意性地闡明：在閘極電極具有網格式結構下，場發射陰極裝置的閘極電極的先前技術實例；
圖3示意性地闡明：在閘極電極具有相對高開口面積下，在陰極面附近的間隙內導致非均勻電場的場發射陰極裝置的先前技術實例；
圖4示意性地闡明：在閘極電極具有相對低開口面積下，在陰極面附近的間隙內導致相對均勻電場但導致相對低電子傳輸速率的場發射陰極裝置的先前技術實例；
圖5A及圖5B示意性地闡明根據本揭露的場發射陰極裝置的一個態樣的與具有相對高開口面積的閘極電極接合的膜元件，導致在具有相對高電子傳輸速率的陰極面附近的間隙內的相對均勻電場；
圖6A及圖6B示意性地闡明：根據本揭露的場發射陰極裝置的另一個態樣的與具有相對高開口面積的閘極電極接合的膜元件，膜元件在閘極電極的開口面積中界定一或多個開口，在具有相對高電子傳輸速率的陰極面附近的間隙內導致相對均勻電場；以及
圖7示意性地闡明根據本揭露的另一個態樣的包含被安置於膜元件與閘極電極之間以使膜元件與閘極電極熱絕緣及/或電絕緣的絕緣元件的場發射陰極裝置。
100:場發射陰極裝置
200:閘極電極
250:間隙
300:陰極
325:基板
350:場發射材料
400:電子
500:膜元件
600:閘極電壓源
Claims (27)
- 一種場發射陰極裝置，包括： 一陰極元件，具有一場發射面；及 一閘極電極元件，該閘極電極元件以與該陰極元件的該場發射面成隔開關係而被安置，以於該閘極電極元件與該場發射面之間界定一間隙，該閘極電極元件具有在相對的錨定端之間橫向地延伸的複數個平行格柵構件或一網格結構；及 一膜元件，與該閘極電極元件橫向地共延伸及接合，該膜元件被設置為允許從該陰極元件的該場發射面發射的電子穿過、以及與該閘極電極元件及該陰極元件配合，以在該間隙內及該場發射面附近形成一實質上均勻電場。
- 如請求項1所述的裝置，包括一閘極電壓源，該閘極電壓源電連接至該閘極電極元件，而且該陰極元件電連接至地，且該閘極電壓源被設置為在該閘極電極元件與該陰極元件之間相互作用，以在該間隙內產生該電場，用於誘發該場發射面從其向該閘極電極元件發射電子。
- 如請求項1所述的裝置，其中該閘極電極元件的該複數個平行格柵構件或網格結構具有至少約75%的一開口面積。
- 如請求項1所述的裝置，其中該膜元件由一金屬、傳導氮化矽、或碳構成。
- 如請求項4所述的裝置，其中該金屬包括鈹、鋁、金、或其組合。
- 如請求項1所述的裝置，其中該膜元件是具有小於約50 nm的一厚度的一薄膜。
- 如請求項1所述的裝置，其中該閘極電極元件由具有一高熔融溫度的一傳導材料構成。
- 如請求項1所述的裝置，其中該閘極電極元件由鎢、鉬、不銹鋼、摻雜矽或其組合構成。
- 如請求項3所述的裝置，其中該膜元件在該閘極電極元件的該複數個平行格柵構件或該網格結構的該開口面積中界定一或多個開口。
- 如請求項1所述的裝置，其中該膜元件由具有一高熔融溫度的一傳導材料構成，且其中該膜元件被設置為直接接合該閘極電極元件。
- 如請求項1所述的裝置，其中該膜元件由具有一低熔融溫度的一傳導材料構成，且其中該膜元件及該閘極電極元件被設置為包含一絕緣元件，該絕緣元件被安置於該膜元件與該閘極電極元件之間以使該膜元件與該閘極電極元件熱絕緣。
- 如請求項11所述的裝置，其中該絕緣元件被設置為使該膜元件與該閘極電極元件電絕緣。
- 如請求項12所述的裝置，包括一膜電壓源，該膜電壓源電連接至該膜元件，該陰極元件電連接至地，且該膜電壓源被設置為與該閘極電極元件及該陰極元件相互作用，以在該間隙內產生該電場。
- 一種形成一場發射陰極裝置的方法，包括： 以與一陰極元件的一場發射面成隔開關係地安置一閘極電極元件，以在該閘極電極元件與該場發射面之間界定一間隙，該閘極電極元件具有在相對的錨定端之間橫向地延伸的複數個平行格柵構件或一網格結構；以及 使一膜元件與該閘極電極元件接合，該膜元件與該閘極電極元件橫向地共延伸、以及被設置為允許從該陰極元件的該場發射面發射的電子穿過、以及與該閘極電極元件及該陰極元件配合以在該間隙內及該場發射面附近形成一實質上均勻電場。
- 如請求項14所述的方法，包括將一閘極電壓源電連接至該閘極電極元件，該陰極元件電連接至地，使得該閘極電壓源被設置為在該閘極電極元件與該陰極元件之間相互作用，以在該間隙內產生該電場，用於誘發該場發射面從其向該閘極電極元件發射電子。
- 如請求項14所述的方法，其中以與該場發射面成隔開關係地安置該閘極電極元件包括以與該場發射面成隔開關係地安置該閘極電極元件，該閘極電極元件被設置為使得該閘極電極元件的該複數個平行格柵構件或該網格結構具有至少約75%的一開口面積。
- 如請求項14所述的方法，其中使該膜元件與該閘極電極元件接合包括使由一金屬、傳導氮化矽、或碳構成的該膜元件與該閘極電極元件接合。
- 如請求項17所述的方法，其中使該膜元件與該閘極電極元件接合包括使由鈹、鋁、金、或其組合構成的該膜元件與該閘極電極元件接合。
- 如請求項14所述的方法，其中使該膜元件與該閘極電極元件接合包括使包括具有小於約50 nm的一厚度的一薄膜的該膜元件與該閘極電極元件接合。
- 如請求項14所述的方法，其中以與該場發射面成隔開關係地安置該閘極電極元件包括以與該場發射面成隔開關係地安置由具有一高熔融溫度的一傳導材料構成的該閘極電極元件。
- 如請求項14所述的方法，其中以與該場發射面成隔開關係地安置該閘極電極元件包括以與該場發射面成隔開關係地安置由鎢、鉬、不銹鋼、摻雜矽或其組合構成的該閘極電極元件。
- 如請求項16所述的方法，其中使該膜元件與該閘極電極元件接合包括使在該閘極電極元件的該複數個平行格柵構件或該網格結構的該開口面積中界定一或多個開口的該膜元件與該閘極電極元件接合。
- 如請求項14所述的方法，其中使該膜元件與該閘極電極元件接合包括使由具有一高熔融溫度的一傳導材料構成的該膜元件與該閘極電極元件直接接合。
- 如請求項14所述的方法，其中使該膜元件與該閘極電極元件接合包括使由具有一低熔融溫度的一傳導材料構成的該膜元件與該閘極電極元件接合。
- 如請求項24所述的方法，包括將一絕緣元件安置於該膜元件與該閘極電極元件之間，以使該膜元件與該閘極電極元件熱絕緣。
- 如請求項25所述的方法，其中將該絕緣元件安置於該膜元件與該閘極電極元件之間包括將被設置為使該膜元件與該閘極電極元件電絕緣的該絕緣元件安置於該膜元件與該閘極電極元件之間。
- 如請求項26所述的方法，包括將一膜電壓源電連接至該膜元件，該陰極元件電連接至地，使得該膜電壓源被設置為與該閘極電極元件及該陰極元件相互作用，以在該間隙內產生該電場。
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