[发明专利]电子发射元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子发射元件及其制造方法。

背景技术

Spindt类型的电极和碳纳米管(CNT)电极已经被称为传统的电子发射元件。已经预期这样的电子发射元件应用于例如FED(场发射显示器)的领域。这样的电子发射元件被使得通过隧道效应来发射电子，隧道效应由通过向尖锐部施加电压而形成的大约1GV/m的强电场所导致。

然而，这两种类型的电子发射元件在电子发射部分的表面附近具有强电场。因此，由于电场更可能将气体分子离子化，所以所发射的电子获得大量的能量。由于气体分子的离子化所产生的阳离子因为强电场而向着电子发射元件的表面加速并且与电子发射元件的表面碰撞。这引起由于溅射导致的电子发射元件的击穿的问题。

此外，在产生离子之前产生臭氧，因为在大气中的氧气具有比电离能量低的离解能。臭氧对于人体有害，并且因为其强氧化力而氧化各种物质。这引起在电子发射元件周围的构件被损坏的问题。为了处理这个问题，应当对于在元件周围的构件使用具有抗臭氧性的昂贵材料。

同时，针对所述问题，已知MIM(金属绝缘体金属)型和MIS(金属绝缘体半导体)型电子发射元件作为用于防止由于溅射导致的元件的击穿并且减少臭氧的产生的手段。这些电子发射元件是表面发射型的电子发射元件，其中每一个通过使用在电子发射元件中的量子尺寸效应和强电场来加速电子，使得从元件的平坦表面发射电子。因此，这些电子发射元件不要求在元件外部的强电场，因为在元件中的电子加速层中加速的电子被向外发射。MIM型和MIS型的电子发射元件因此可以克服可能在Spindt型、CNT型和BN型电子发射元件中出现的、由于气体分子的离子化通过溅射导致的元件的击穿的问题和臭氧产生的问题。

另外，针对所述问题，已经开发了一种电子发射元件，其能够在大气中进行稳定的电子发射，并且当发射电子时抑制产生诸如臭氧和NO_X的有害物质。例如，已经知道一种电子发射元件，其在电极之间包括电子加速层，所述电子加速层包含：导电精细颗粒，其由电导体构成，并且具有强的抗氧化效应；以及，绝缘材料，其具有比所述导电精细颗粒的尺寸更大的尺寸(参见例如，日本未审查专利公布No.2009-146891)。

在一些情况下，电子发射元件在能够减少在电子发射时产生的诸如臭氧和NO_x的有害物质的同时不能连续地操作。具体地说，可以在电极的一部分中形成不均匀的电场，并且可以在电子加速层的一部分中集中电场。在该情况下，如果电子发射元件在保持电场的集中的情况下连续的操作并且电流的施加继续，则电流集中在电流更容易通过的部分中。这有时导致电介质击穿，并且结果，中断向元件的电压施加。因此，期望开发一种可以长时间连续操作的电子发射元件。

发明内容

根据上述情况，已经实现了本发明来提供一种可以长时间连续操作的电子发射元件。

根据本发明的一个方面，提供了一种电子发射元件，包括：第一电极；绝缘层，其形成在所述第一电极上并且具有贯通孔的开口；第二电极，其形成在所述绝缘层上，所述第二电极被布置成使得至少覆盖所述开口，并且经由所述开口而面向所述第一电极；以及，精细颗粒层，其布置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述精细颗粒层由绝缘精细颗粒和导电精细颗粒构成，其中，所述绝缘层位于所述第一电极和所述精细颗粒层之间或所述第二电极和所述精细颗粒层之间，当在所述第一电极和所述第二电极之间施加电压时，电子从所述第一电极发射，并且在所述精细颗粒层中被加速，以通过所述第二电极。

本发明的发明人发现：当电子发射元件依序包括：第一电极；绝缘层，其形成在所述第一电极上并且具有贯通孔的开口；第二电极，其形成在所述绝缘层上，所述第二电极被布置成使得至少覆盖所述开口，并且经由所述开口而面向所述第一电极；以及，精细颗粒层，其布置在所述第一电极和所述第二电极之间，所述精细颗粒层由绝缘精细颗粒和导电精细颗粒构成，即使电流长时间流过在所述第一和第二电极之间的所述精细颗粒层，电流也不集中在特定部分上，因此达到本发明的完成。本发明可以提供能够长时间连续操作的电子发射元件。

附图说明

图1是图示根据本发明的实施例1的电子发射元件的配置的示意图；

图2是沿着在图1中的线A-A所截取的截面图；

图3是图示根据本发明的实施例1的电子发射元件的绝缘层的平面形状的示意图；

图4是图示用于电子发射试验的测量系统的图；

图5是在示例1的球形屏蔽物质被吹走后的金/钯金属膜(多孔电极层)的表面的SEM图像；