[发明专利]电子发射装置及其驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子发射装置及其驱动方法。

背景技术

作为从固体内部向外部发射电子的机构，典型地已知热电子发射、光电子发射、场电子发射、次级电子发射等。

在这些机制中，具有场电子发射机构的电子发射装置，即，MIM(金属绝缘体金属)电子发射装置和MIS(金属绝缘体半导体)电子发射装置是已知的。这些电子发射装置是表面发射型电子发射装置，其每个使用在该电子发射装置内部的量子尺寸效应和强电场来加速电子，并且从其平板状的装置表面发射电子。由于在设备内部的电子加速层中被加速的电子被发射到外部，所以这些电子发射装置不需要装置外的强电场。

相反，在Spindt型电子发射装置和CNT型电子发射装置中，其使用设备外的强电场，由于气态分子的离子化的溅射，装置本身可能发生故障，使得在低真空中处理是麻烦的。因此，MIM电子发射装置和MIS电子发射装置已经得到关注，它们不仅能够在低压中发射电子，而且能够在大气压中发射电子，从而推进了它们的技术发展。

例如，已经报告的是，被称为弹道电子表面发射装置(BSD)的电子源在低真空中具有卓越特征(参见Vac.Sci.Technol.B 232336-2339(2005)，“Operation of nanocrystalline silicon ballistic emitter in low vacuum and atmospheric pressures.(在低真空和大气压中的纳米晶体硅弹道发射器的操作)”)。

此外，较之传统MIM电子发射装置和MIS电子发射装置，改善了在大气压中稳定性的电子发射装置已经被开发。例如，已知一种电子发射装置，其中，电子加速层包括由电导体构成的导电微粒，并且具有较强抗氧化作用，并且将大于导电微粒的绝缘物质提供在具有下电极的基板和由导体薄膜构成的上电极之间。已知的是，电子发射装置能够在大气压中稳定地发射电子(参见日本未审查专利公开No.2009-146891)。

在弹道电子表面发射装置中，纳米级硅微晶以及覆盖微晶的二氧化硅膜持续并交替地提供不受电子散射影响的电子渡越空间，以及局部强电场的电子加速场，从而发射电子。

然而，当电子源在大气压力中被驱动时，具体而言，在包括氧气和水蒸气的室内空气中，硅微晶与空气中的氧气结合，结果全部微晶被变成氧化的硅。因此，生成弹道电子的结构本身被消耗。

因此，在大气压中，具体而言，在包含氧气的室内空气中，难以几小时或几百小时的长时间来驱动电子源，从而需要能够在空气中被长时间驱动的装置。

另一方面，其中电子加速层包括导电微粒和绝缘物质的电子发射装置相对于弹道电子表面发射装置，通过难以被氧化的材料构成，从而具有在大气压(室内空气)中的卓越特征。

然而，在这种电子发射装置中，由于电子加速层包括作为主要成分的绝缘物质，电子可能被捕获到电子加速层中(电子充电可能会出现)。当电子被捕获时，被捕获的电子导致在电子加速层中的加速电场的局部释放，使得电子加速不足，从而劣化了电子发射装置的电子发射。当加速电压被施加时，电子捕获连续发生，结果，当直流电压被连续施加时，随着电压施加时间(驱动时间)的流逝，电子发射量被降低，虽然装置在物理上没有故障。这种电子发射量的降低可以通过提高加速电压来应对，但是，当电子捕获再次发生时，最终会导致电子发射量被降低(因此，即使当加速电压被提高直到电子加速层出现电故障时，也无法保持稳定地电子发射量)。

以这种方式，电子发射装置难以在大气压中，尤其是在含有氧气的室内空气中，稳定地长时间地发射电子，从而需要能够在空气中长时间稳定发射电子的装置。

在电子发射装置中，当在大气压中(尤其是，在含有水蒸气的室内空气中)连续施加直流电压时，基板金属的电迁移能够发生，从而在物理上损坏电子加速层。因此，需要能够在空气中被长时间驱动的装置。

发明内容

考虑到这些情况，做出本发明，并且本发明提供能够在空气中长时间稳定发射电子的装置及其控制方法。此外，本发明提供能够在空气中被长时间驱动的装置及其控制方法。

本发明提供一种电子发射装置的驱动方法，该电子发射装置包括：第一电极，形成在该第一电极上并且包括绝缘微粒的微粒层，以及形成在微粒层上的第二电极；并且在第一电极和第二电极之间施加电压，以在微粒层中加速从第一电极发射的电子，并且经由第二电极发射电子，其中，第一频率的脉冲以低于第一频率的第二频率被震荡，并且脉冲被施加在第一电极和第二电极之间。