CS196836B1 - COLD SEMICONDUCTOR READY CATALOG - Google Patents
COLD SEMICONDUCTOR READY CATALOG Download PDFInfo
- Publication number
- CS196836B1 CS196836B1 CS743677A CS743677A CS196836B1 CS 196836 B1 CS196836 B1 CS 196836B1 CS 743677 A CS743677 A CS 743677A CS 743677 A CS743677 A CS 743677A CS 196836 B1 CS196836 B1 CS 196836B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- tip
- semiconductor
- oxide layer
- cold
- cathode
- Prior art date
Links
Landscapes
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
Abstract
Předložený vynález se týká studené polovodičové hrotové katody uspořádané na monokrystalickém polovodičovém materiálu, opatřeném kysličníkovou vrstvou s alespoň jedním otvoremThe present invention relates to a cold semiconductor tip cathode arranged on a single-crystalline semiconductor material provided with an oxide layer with at least one hole
Description
Předložený vynález se týká studené polovodičové hrotové katody uspořádané na monokrystalickém polovodičovém materiálu, opatřeném kysliČníkovou vrstvou s alespoň jedním otvorem.The present invention relates to a cold semiconductor tip cathode disposed on a monocrystalline semiconductor material provided with an oxide layer with at least one opening.
Studená hrotová katoda struktury kov (dielektrikum ) kov s kovovými hroty, u kteréžto struktury každý kovový hrot mnohahrotového systému je vytvořen na kovové souvislé spodní vrstvě uvnitř otvoru vytvořeného odleptáním dielektrika pod otvorem horní kovové vrstvy, je známa například z amerických patentních spisů 3 755 704, 3 789 471, 3 812 559 a z článku C. A. SPINDT:A cold metal cathode (dielectric) metal tip metal cathode, wherein each metal tip of the multi-point system is formed on a metal continuous bottom layer within an aperture formed by etching a dielectric underneath the top metal layer aperture is known, for example, from U.S. Pat. 3 789 471, 3 812 559 and from CA SPINDT:
A Thin-Film Field-Emission Cathode; Communications, 3504 - 3505. TlouŠtka dielektrika je cca 1 /im, výška hrotů menší než tlouŠtka dielektrika.Nevýhodou je značně složitý výrobní postup, u něhož každý otvor horní kovové vrstvy je nejdříve opatřen vysunutou vrstvou a potom při naparovánípyramidového kónického kovového hrotu je postupné uzavírán další přídavnou uzavírající vrstvou, kteréžto obe vrstvy, vysunutá a přídavné, musí býti odstraněny.A Thin-Film Field-Emission Cathode; Communications, 3504 - 3505. The thickness of the dielectric is about 1 µm, the height of the tips is less than the thickness of the dielectric. The disadvantage is a very complicated manufacturing process in which each opening of the upper metal layer is first coated with an extruded layer. a further additional sealing layer, both of which are extended and additional, must be removed.
Dále je z článku I. BRODIE: Bombardment of field-emission cathodes by positive ions formed in the interelectrode region; lnt. J. Electronic, 1975, Vol. 38, No. 4, 541 - 550 známa studenthrotová katoda Mruktury polovodič (dielektrikum) kov s kovovými hroty, u kteréžto struktury každý kovový hrot mnohahrotového systému je vytvořen například na křemíku uvnitř otvoru vytvořeného odleptáním vrstvy kysličníku křemičitého pod otvorem molybdenové vrstvy. Nevýhodou tohoto uspořádání, kde tlouŠtka dielektrika je cca 1 pm a výš196836Furthermore, it is from Article I. BRODIE: Bombardment of field-emission cathodes by positive ions formed in the interelectrode region; lnt. J. Electronic, 1975, Vol. 38, no. 4, 541-550, a known student-tip cathode of a metal-tipped semiconductor (dielectric) metal structure, wherein each metal tip of a multi-tip system is formed, for example, on silicon within an orifice formed by etching a layer of silica below the orifice of molybdenum. A disadvantage of this arrangement, where the thickness of the dielectric is about 1 µm and higher196836
- 2 ka hrotů je menší než tlouštka dielektrika, je značně složitý, předcházejícímu uspořádání shora uvedenému obdobný výrobní postup, u něhož každý otvor molybdenové vrstvy je rovněž při naparování pyramidového kónického molybdenového’hrotu postupně uzavírán přídavnou uzavírající vrstvou, která po vytvoření molybdenového hrotu je odstraněna.The 2 ka spikes are smaller than the dielectric thickness, are complex to the prior art, wherein each orifice of the molybdenum layer is also gradually closed when the pyramid conical molybdenum tip is vaporized by an additional sealing layer which is removed after formation of the molybdenum tip. .
Dále je z článku R.N. THOMAS, R.A. WICKSTROM, D.K. SCHRODER and H.G. NATHANSON: Fabrication and some applications of large-area Silicon field emission arrays; Solid-State Electronics, 1974, Vol. 17, pp. 155 - 163 známo uspořádání studené hrotové polovodičové katody, kde individuální emitory jsou vytvořeny křemíkovými hroty vysokými cca 10 ja s rozteči 25 um, jejichž poloměr křivosti je například cca 20 nm. Toto známé uspořádání se zhotoví tak, že například plocha (111) monokrystalu Si se opatří pomoci termická oxidace a fotolitografické techniky systémem oddělených čtverečků vrstvy SiOg o rozteči např. 25 pm a tlouštce např. 1 pm. Selektivním leptáním směsi kyseliny dusičná, octová a fluorovodíkové se vyleptá křemík a potom se pomocí kyseliny fluorovodíkové odstraní SiOg. Hroty se zašpičatí případným dalším odleptáním křemíku. Katody se vytvářejí z křemíku typu N, fotokatody na křemíku typu P. Vzdálenost anody od katody je 300 až 500 pm a je použito vakua např. o tlaku 130 pPa až 1,3 /uPa. Nevýhodou tohoto uspořádání a polovodičovými hroty vytvořenými elektivním leptáním monokrystalického křemíku pomocí masky vytvořená fotolitografií jsou technologické potíže, z nichž např. lze uvést to, že resistová maska vytvořená ze vzájemně oddělených ostrůvků je při lokálním odleptávání vrstvy kysličníku křemičitého pro vytvoření ostrůvků SiOg náchylná na odplavání jednotlivých ostrůvků resistu, a tím k vytváření méně účinných, respektive zmetkových katod. Rovněž případná konečná doleptávání špiček hrotů je pracovně náročná a zvyšuje výrobní náklady.Further, from R.N. THOMAS, R.A. WICKSTROM, D.K. SCHRODER and H.G. NATHANSON: Fabrication and some applications of large-area Silicon field emission arrays; Solid State Electronics, 1974, Vol. 17, s. 155-163, a cold tip semiconductor cathode arrangement is known in which the individual emitters are formed by silicon spikes of approximately 10 µm and spaced at 25 µm, the radius of curvature being, for example, about 20 nm. This known arrangement is made by, for example, providing a surface (111) of the single crystal Si by means of thermal oxidation and photolithography with a system of separated squares of a SiOg layer with a pitch of e.g. 25 µm and a thickness of eg 1 µm. By selective etching of the nitric, acetic and hydrofluoric acid mixtures, the silicon is etched and then SiO2 is removed with hydrofluoric acid. The spikes are pointed by any further etching of silicon. The cathodes are formed from silicon type N, photocathodes on silicon type P. The distance of the anode from the cathode is 300-500 µm and a vacuum is applied e.g. at a pressure of 130 pPa to 1.3 / µPa. The disadvantage of this arrangement and the semiconductor tips produced by the elective etching of monocrystalline silicon using a photolithography mask are technological difficulties, for example, a resist mask formed from mutually separated islets is susceptible to leaching off individual SiOg islands by local etching of the silica layer islets of resist, and thus to produce less efficient or defective cathodes. Also, the eventual final etching of the tip tips is labor intensive and increases production costs.
Uvedená nevýhody spočívající v složitosti výrobní technologie, která je nutné pro zhotovení dosavadních uspořádáni, jsou z vetší části odstraněny studenou polovodičovou hrotovou katodou uspořádanou podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že v otvoru kysličníkové vrstvy na polovodičovém materiálu je vytvořen z polovodičového materiálu hrot sestávající z podstavy, které alespoň zčásti vyplňuje otvor v kysličníkové vrstvě, a ze zúžující se části.Said disadvantages of the complexity of the manufacturing technology required to make the prior art arrangements are largely eliminated by the cold semiconductor tip cathode arranged in accordance with the invention. SUMMARY OF THE INVENTION In the oxide layer opening on the semiconductor material, the tip of the semiconductor material consists of a spike consisting of a base that at least partially fills the opening in the oxide layer and a tapered portion.
Výhodou studené polovodičové hrotové katody uspořádané podle vynálezu je její jednodušší, a‘tím snadnější a lacinější výroba oproti výrobě dosavadních hrotových studených katod. Uspořádání studené polovodičové hrotové katody předkládané vynálezem lze snadno vyrobiti použitím jednoduché maskovací technologie, kterou nejdříve se vytvoří otvor,respektive otvory'v kysličníkové vrstvě, a dále použitím epitaxní technologie, kterou se vytvoří v místě každého uvedeného otvoru polovodičový hrot.The advantage of the cold semiconductor tip cathode according to the invention is that it is simpler, yet easier and cheaper to manufacture than the prior art cold tip cathodes. The cold semiconductor tip cathode arrangement of the present invention can be readily fabricated by using a simple masking technology that first creates the orifice (s) in the oxide layer, and then using epitaxy technology that creates a semiconductor tip at each of said apertures.
Na připojeném výkresu jsou znázorněny schematicky příklady provedení jednotlivého hrotu studené polovodičové katody uspořádané podle vynálezu.The attached drawing shows schematically embodiments of a single tip of a cold semiconductor cathode arranged according to the invention.
- 3 196836- 3 196836
Na výkresu značí obr. 1 jednotlivý hrot studené polovodičové katody, jehož podstava z části výškové vyplňuje otvor V kysličníkové vrstvě, obr. 2 jednotlivý hrot studené polovodičové katody, jehož podstava vyplňuje otvor v kysličníkové vrstvě a obr. 3 jednotlivý hrot studené polovodičové katody, u něhož podstava vyplňuje otvor v kysličníkové vrstvě, přičemž plocha základny zužující se části je větší než plocha ótvoru v kysličníkové vrstvě.In the drawing, FIG. 1 is an individual tip of a cold semiconductor cathode whose base partially fills an opening in the oxide layer, FIG. 2 is an individual tip of a cold semiconductor cathode whose base fills an opening in the oxide layer; wherein the base fills an opening in the oxide layer, wherein the base area of the tapered portion is larger than the aperture area in the oxide layer.
Na obr. 1 znázorněný jednotlivý hrot 14 studené polovodičové katody je na monokrystalickém polovodičovém materiálu 11 například typu N, s orientací (111) vytvořen v otvoru 13 kysličníkové vrstvy 12 (o průměru např. 5 pm). Hrot 14 vytvořený z polovodičového materiálu sestává z podstavy 141 a ze zúžující se části 142. Podstava 141 hrotu 14 vyplňuje část výšky otvoru 13.The single tip 14 of the cold semiconductor cathode shown in FIG. 1 is formed on a monocrystalline semiconductor material 11, for example of the N type, with orientation (111) in the opening 13 of the oxide layer 12 (e.g. 5 µm diameter). The tip 14 formed of semiconductor material consists of a base 141 and a tapered portion 142. The base 141 of the tip 14 fills a portion of the height of the opening 13.
Proti hrotu 14 ve vzdálenosti např. 500 pm je anoda, což není zakresleno.There is an anode opposite the tip 14 at a distance of e.g. 500 pm, which is not plotted.
Epitaxní technologií vytvářený hrot 14 z polovodičového materiálu např. typu N má stejnou krystalovou orientaci jako monokrystal základního materiálu 11. tj. orientaci (111), což má za následek, že při jeho epitaxním růstu nad jeho podstavou 141 vyplňující plošně otvoř 13 se vytváří zúžující se část 142 představující špičku hrotu 14.An epitaxial technology formed by a tip 14 of a semiconductor material such as N-type has the same crystal orientation as the single crystal of the base material 11, i.e. orientation (111), which results in a tapering epitaxial growth above its base 141. the tip portion 14 representing the tip 14.
Na obr. 2 je znázorněno uspořádání obdobné uspořádání na obr. 1, kde podstava 141 polovodičového hrotu 14 vyplňuje zcela otvor 13 v kysličníkové vrstvě 12, takže celá zúžující se část 142 je vytvořena nad kysličníkovou vrstvou 12.FIG. 2 shows an arrangement similar to that of FIG. 1, where the base 141 of the semiconductor tip 14 completely fills the opening 13 in the oxide layer 12 so that the entire tapered portion 142 is formed above the oxide layer 12.
Na obr. 3 je znázorněno uspořádání obdobné uspořádání na obr. 1, kde podstava 141 polovodičového hrotu 14 vyplňuje zcela otvor 13 v kysličníkové vrstvě 12, přičemž plocha základny zúžující se části 142 je větší než plocha otvoru 13 V kysličníkové vrstvě 12.FIG. 3 shows an arrangement similar to that of FIG. 1, where the base 141 of the semiconductor tip 14 completely fills the opening 13 in the oxide layer 12, wherein the base area of the tapered portion 142 is larger than the opening 13 in the oxide layer 12.
Rovněž uspořádání podle obr. 2 a podle obr. 3 lze zhotovit epitaxí obdobně jako uspořádání na obr. 1.Also, the arrangement of Fig. 2 and Fig. 3 can be made by epitaxy similar to that of Fig. 1.
Funkce katody uspořádané podle vynálezu je obdobná funkci dosavadních hrotových katod emitujících v silném elektrickém poli, přičemž se využívá fyzikální princip emise, kde elektrony z pevné látky jsou uvolněny tím, že povrchová bariéra se zúží působením vnějšího elektrického pole natolik, žé je možný průchod elektronů touto bariérou tunelovým jevem.The function of the cathode arranged according to the invention is similar to that of prior art cathodes emitting in a strong electric field, utilizing the physical principle of emission, where solid electrons are released by the surface barrier being narrowed by the external electric field to such an extent barrier through tunnel effect.
Pro vyšší proudovou hustotu se použije celý systém hrotů, přičemž všechny hroty systému se vyrobí najednou epitaxí pomocí systému otvorů v kysličníkové vrstvě.For a higher current density, the entire spike system is used, all spikes of the system being produced at one time by epitaxy using an oxide layer aperture system.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS743677A CS196836B1 (en) | 1977-11-12 | 1977-11-12 | COLD SEMICONDUCTOR READY CATALOG |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS743677A CS196836B1 (en) | 1977-11-12 | 1977-11-12 | COLD SEMICONDUCTOR READY CATALOG |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS196836B1 true CS196836B1 (en) | 1980-04-30 |
Family
ID=5423488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS743677A CS196836B1 (en) | 1977-11-12 | 1977-11-12 | COLD SEMICONDUCTOR READY CATALOG |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS196836B1 (en) |
-
1977
- 1977-11-12 CS CS743677A patent/CS196836B1/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4307507A (en) | Method of manufacturing a field-emission cathode structure | |
| EP0460173A1 (en) | Field emitter structure and fabrication process | |
| DE69027611T2 (en) | PRODUCTION METHOD AND STRUCTURE OF AN INTEGRATED VACUUM-MICROELECTRONIC DEVICE | |
| US3998678A (en) | Method of manufacturing thin-film field-emission electron source | |
| US5204581A (en) | Device including a tapered microminiature silicon structure | |
| JPH04229923A (en) | Electric field electron radiator structure and manufacture of path emitting getter material from activity | |
| JPH06267403A (en) | Field emission type cold cathode and manufacture thereof | |
| US6140760A (en) | Cathode device having smaller opening | |
| US5457355A (en) | Asymmetrical field emitter | |
| US5620832A (en) | Field emission display and method for fabricating the same | |
| KR19990038696A (en) | Method of manufacturing cathode tips of field emission devices | |
| CS196836B1 (en) | COLD SEMICONDUCTOR READY CATALOG | |
| US7259510B1 (en) | On-chip vacuum tube device and process for making device | |
| Uh et al. | A novel fabrication process of a silicon field emitter array with thermal oxide as a gate insulator | |
| JPH09259740A (en) | Vacuum micro-device and manufacture thereof | |
| JPH04167326A (en) | Field emission type emitter and manufacture thereof | |
| JP2735009B2 (en) | Method for manufacturing field emission electron gun | |
| US5905330A (en) | Field emission cathode with uniform emission | |
| US5516404A (en) | Method for manufacturing a micro-electronic component having an electrically conductive tip of doped silicon | |
| US6121066A (en) | Method for fabricating a field emission display | |
| US6572425B2 (en) | Methods for forming microtips in a field emission device | |
| EP0569671A1 (en) | Field emission cold cathode and method for manufacturing the same | |
| JPH09270228A (en) | Method of manufacturing field emission electron source | |
| JP2743794B2 (en) | Field emission cathode and method of manufacturing field emission cathode | |
| JPH05274998A (en) | Electron emission element |