DE2306149A1

DE2306149A1 - Kaltkathoden-feldelektronenemitter

Info

Publication number: DE2306149A1
Application number: DE2306149A
Authority: DE
Inventors: Jens Guldberg; Harvey C Nathanson; Richard N Thomas
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1972-02-11
Filing date: 1973-02-08
Publication date: 1973-08-16
Also published as: NL7301833A; GB1417032A; US3814968A; FR2171366A1; FR2171366B1; JPS4897473A; JPS5441193B2; CA970821A

Description

DiPL.-iNG. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt 2306

4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Düsseldorf, 6. Febr. 1973

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa. , V. St. A.

Kaltkathoden-Feldelektronenemitter

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Kaltkathoden-Feldelektronenemitter, insbesondere auf Kaltkathoden-Feldelektronenemitter, bei denen der Emitter auf die einfallende Strahlung wie Elektronen, Röntgenstrahlen oder Licht und besonders Strahlungen im infraroten Bereich anspricht.

Photoemxttierende Anordnungen sind auf dem einschlägigen Gebiet allgemein bekannt, wobei die geläufigsten die Trialkali-Antimonlde sind. Diese Strukturen sind im sichtbaren Spektralbereich empfindlich, nicht jedoch im infraroten Bereich. In den letzten Jahren hat ein neuartiger Photoemitter, der als III-V-Verbindungs-Halbleiter bekannt ist, für eine verbesserte Empfindlichkeit im infraroten (IR) Bereich gesorgt. Diese Photoemitter beruhen auf dem Einsatz von einlagigen Beschichtungen aus Cs und Cs₃O. Sie weisen insofern Nachteile auf, als sie eine Verarbeitung bei hohen Temperaturen und ein sehr gutes Arbeitsvakuum erfordern. Siliziumpunkt-Anordnungen haben keinen dieser Nachteile.

Kathoden vom Feldemissions-Typ, bei denen die Emission in Abhängigkeit von einem intensiven elektrischen Feld auftritt, sind ebenfalls bekannt. In den letzten Jahren ist auch daran gearbeitet worden, Halbleiter wie Silizium einzusetzen, an denen mehrere

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"Stoppeln" vorgesehen sind, die ebenfalls Lichtempfindlichkeit besitzen. Eine solche Anordnung ist in der USA-Patentschrift 3 466 385 - John R. Arthur et al - beschrieben. Experimentelle Ergebnisse für Einzelemitterspitzen werden ebenfalls in einem Aufsatz mit dem Titel "Photo-Field-Emission from High Resistance Silicon and Germanium" von P. G. Borzyak et al, S. 403, Phys. Stat. Sol. 14,404 (1966) erläutert. Der Emitter vom Photo-Feldemissions-Typ stellt eine sehr empfindliche Anordnung dar. Die Anordnungen oder Matrizen nach Arthur et al verwenden einen Dampf-Flüssigkeits-Feststoff-Ziehmechanismus, wobei Gold verwende.t wird, um "Keime" für das Wachsen bzw. Ziehen der "Stoppeln" zu legen. Infolgedessen sind bei der Anordnung nach Arthur et al die Stoppelspitzen mit Gold gesättigt, was jedoch für eine wirksame Aufhebung der Lebensdauer sorgt. Für ein gutes Photoansprechen ist eine lange Lebensdauer wesentlich. Infolge einer unbefriedigenden Lebensdauer muß das Licht bei der Anordnung nach Arthur et al unmittelbar auf die Spitze der halbleitenden Punkte gerichtet werden. Gemäß dem Stand der Technik ist somit keine Anordnung entdeckt oder hergestellt worden, die ihr volles Potential verwerten kann. Die-Entwicklungen nach dem Stand der Technik scheinen sich in der Hauptsache im Experimentierstadium betfegt su haben, während die Zurverfügungstellung einer kommerziell verwertbaren Anordnung nicht möglich war.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist die Schaffung verbesserter Strukturen und Herstellungsverfahren« so daß sich weitere Fortschritte gegenüber dem Stand der Technik verwirklichen lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren sur Herstellung- einer gleichförmigen, großflächigen Peldelektronen=Emittermatrix . er fin·= dungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in mosaikartiger Verteilung von Inseln auf einer Fläche einer Scheibe aus elektronenemittie-"rendem Material -sowie aus einem Material _s das gegenüber einer Ätzung widerstandsfähiger als.das elektronenemittierende Material ist, eine Materialbeschiehtung vorgesehen wird„ daß sodann die Scheibe derart geätzt wird? daß ein Teil des elektronenemittierenden Materials unterhalb und zwischen der mosaikartigen -Verteilung

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- mit Ausnahme einer zentralen, abstützenden Erhebung jeder einzelnen der mosaikartig verteilten Inseln - entfernt und hierauf die mosaikartige Beschichtung unter Bildung eines großflächigen Feldemitters mit einer Mehrzahl vorspringender Elektronenemitter des elektronenemittierenden Materials entfernt wird.

Nach einem weiteren Merkmal ist eine strahlungsempfindliche Kaltkathoden-Feldemi tteryanordnung, die insbesondere nach dem vorgenannten Verfahren hergestellt ist, gekennzeichnet durch eine einzelne kristalline Scheibe aus Halbleitermaterial mit einer Lebensdauer von mehr als 1 ju see, die einen Substrat-Grundkörper mit einer Matrix eng nebeneinander angeordneter, nicht-gezogener Erhebungen hat, die sich von einer Fläche der Scheibe aus erstrecken, wobei der Substrat-Grundkörper und die Erhebungen kristallographisch fortlaufend sind und die Erhebungen einen Spitzendurchmesser von weniger als 1 ja haben.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist ein Bildabtaster mit einem evakuierten Kolben, der ein gegenüber einfallender Strahlung optisch durchlässiges Eintrittsfenster und ein Ausgangsfenster, ferner eine an der Innenfläche des Eintrittsfensters angeordnete, auf die einfallende Strahlung ansprechende Photokathode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Photokathode einen einzelnen kristallinen Körper aus halbleitendem Material mit einem weniger als 500 /a starken Substrat aufweist, wobei von dem Substrat aus eine Matrix von Elektronenemittern mit Spitzendurchmessern von weniger als 1 /u weniger als 50 ^u vorragt, und daß der Bildabtaster ferner eine an dem Ausgangsfenster angeordnete Anode sowie eine Einrichtung für den Aufbau eines Feldes hoher Intensität um die vorragenden Elektronenemitter herum aufweist, um so die Emission von Elektronen durch die vorragenden Elektronenemitter infolge Tunnelbildung aus dem Leitungsband des Photokathodenmaterials zu bewirken, wobei die Photokathode in Nachbarschaft des Eintrittsfensters mit einem Gebiet zur Minimierung der Rekombination photo-gebildeter Ladungsträger an der dem Eintrittsfenster benachbarten Fläche versehen und auf der Matrix-Oberfläche der vorragenden Elektronen-Emitter zwischen den Spitzen der Emitter ein

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Oberflächengebiet zur Unterdrückung der Rekombination der in die Photokathode eingeleiteten Ladungsträger und zur Erhöhung der Wahrscheinlichkeit der Emission von Elektronen durch die Spitzen angeordnet «-ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist eine Bild-Vorrichtung mit einem evakuierten Kolben, innerhalb dessen eine auf einfallende Strahlung unter Erzeugung eines Elektronenbildes ansprechende Photokathode und ein das Elektronenbild auffangender und verstärkender Elektronenvervielfacher angeordnet sind, dadurch gekennzeich-net, daß der Elektronenvervielfacher einen kristallinen Körper aus halbleitendem Material mit einem Substrat aufweist, wobei von dem Substrat aus eine Matrix von Elektronenemittern vorragt, die auf der von der Photokathode abgewandten Fläche angeordnet sind, und wobei der Elektronenvervielfacher auf Elektronenbombardement anspricht, um so innerhalb des Substrats Ladungsträger zu erzeugen, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, um so die Ladungsträger zu den "vorragenden Elektronenemittern zu verschieben und von dort aus eine Elektronenemission in Abhängigkeit von einem hohen elektrischen Feld auszulösen, das für die Emission von Elektronen aus dem Leitungsband des Halbleitermaterials infolge Tunnelwirkung sorgt, und daß ferner auf der der Photokathode gegenüberliegenden Seite des Elektronenvervielfacher eine Anode angeordnet ist, um ein hohes elektrisches Feld um die vorragenden Elektronenemitter aufzubauen und außerdem die von den vorragenden Elektronenemittern emittierten Elektronen zu einer Ausgangselektrode zu beschleunigen.

Es steht so eine strahlungsempfindliche, feldemittierende Kathode zur Verfügung, die auf einer Fläche einer Scheibe aus geeigneten halbleitendem Material wie p-leitendem Silizium von 10 Ohm cm und höherem Widerstand mit einer Matrix elektronenemittierender Erhebungen versehen ist. Die Strahlung wird von der der Elektronenemitter-Matrix gegenüberliegenden Seite aus auf die Scheibe gerichtet, so daß innerhalb etwa 1OO n. des Emitters in das Vakuum Träger erzeugt werden. Das Verfahren zur Herstellung der Elektronenemitter-Matrix auf einer Scheibe aus halbleitendem Material

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arbeitet mit Photoresist-Verfahren, um ein vorgegebenes Muster oder Mosaik von Inseln aus dem ätzbeständigen Material auf der Oberfläche der Scheibe auszubilden, worauf das Material der Scheibe zwischen und unterhalb der Inseln weggeätzt wird, bis nur noch nadelartige Erhebungen unterhalb jeder Insel verbleiben. Diese Inseln können dann entfernt werden, um eine halbleitende emittierende Anordnung mit einer Matrix nadelartiger/ aus der ursprünglichen Scheibe gebildeter Erhebungen freizulegen. Dieses Fertigungsverfahren bewahrt die hochkristalline perfekte Struktur des Ausgangs-Halbleitermaterials, so daß eine hohe Träger-Lebensdauer beibehalten und so lange Diffusionswege (etwa 25 bis 250 ja) für die Träger geschaffen werden. Auch kann bei diesem bei Raumtemperatur ablaufenden Vorgang keine Wieder-Verteilung von Verunreinigungen auftreten. Die verbesserte Struktur sorgt ferner für Oberflächenbereiche und eine Beschichtung aus Oberflächen der Halbleiterscheibe, um so die Empfindlichkeit durch verstärkte Absorption einfallender Strahlung zu erhöhen, während andererseits für eine Herabsetzung des Verlustes an einfallender Strahlung gesorgt, Träger erzeugt und die Erzeugung von Dunkelstrom auf ein Minimum herabgesetzt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Ansicht eines Bildverstärkers, der mit einer Photokathode nach der Erfindung ausgestattet ist;

Fig. 2 schematisch die Ansicht einer Kameraröhre, die mit einer Photokathode und einem Elektronenvervielfacher nach der Erfindung ausgestattet ist;

Fig. 3 perspektivisch eine Ansicht der Photokathode der Fig. 1 und 2, die die Elektronenemitter-Matrix veranschaulicht;

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Fig. 4 eine Seitenansicht einer der elektronenemittierenden Erhebungen der in Fig. 3 wiedergegebenen Matrix;

Fig. 5-9 einzelne Schritte bei der Herstellung der mit Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Photokathode;

Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel der. mit einer Matrix elektronenemittierender Erhebungen versehenen Kathode für den Einsatz in Fig. 1 bzw. 2;

Fig. 11- einzelne Schritte bei der Herstellung des Aufbaues " der Fig. 10;

Fig. 14 eine weitere Ausfuhrungsform der Erfindung, die eine eine Matrix elektronenemittierender Erhebungen aufweisende Kathode für den Einsatz in Fig. 1 und 2 aufweist;

Fig. 15 eine Elektronenemitter-Erhebung, der das Banddiagramm zugeordnet ist, das den Arbeitsmechanismus der Elektronenemitter der Fig. 1, 2, 10 bzw. 14 veranschaulicht;

Fig. 16 ein experimentelles Fowler-Nordheim-Diagramm für die Abhängigkeit des Wertes log I von dem Wert l/V, _d bei Raumtemperatur für eine Emitter-Matrix für die in Fig. 1 gezeigte Photokathode, wobei die Emitter-Matrix aus Silizium vom p-Typ mit einem Widerstandswert von 10 Ohm cm (111) besteht;

Fig. 17 das Ansprechen der Strukturen nach dem Stand der Technik im Vergleich zu der Silizium-Feldemitter-Matrix;

Fig. 18 die Emissions-Kennlinien einer 160 Ohm cm-p-Typ (111)-Silizium-Feldemitter-Matrix bei 90° K im Dunklen und bei unterschiedlichen Intensitäten von

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— γ —

l_f06 u-Strahlungseinfall;

Fig. 19 die Dunkelemissions-Kennlinien einer 10 Ohm cm-p-Typ (111)-Silizium-Feldemitter-Matrix bei unterschiedlichen Temperaturen.

Fig. 20 ein Arrhenius-Diagramm der in Fig. 19 gezeigten Werte ; und

Fig. 21 eine Aufzeichnung des Photokathodenansprechens auf einfallendes Licht.

Im einzelnen zeigen Fig. 1, 3 und 4 einen Bildverstärker mit einem evakuierten Kolben 10, der mit einem Eintrittsfenster 18 und einem Ausgangsfenster 24 versehen ist. An der Innenfläche des Eintrittsfensters 18 ist eine erfindungsgemäß aufgebaute Photokathode 12 angeordnet. Um die Photokathode 12 herum ist eine geeignete Kühleinrichtung 19 vorgesehen, um deren Temperatur unter Kontrolle zu halten. In einigen Anwendungsfällen kann es notwendig sein, den Dunkelstrom infolge thermischer Wirkung zu verringern. An der Innenfläche des Ausgangsfensters 24 ist ein Ausgangsschirm 14 vorgesehen. Der Ausgangsschirm 14 weist eine Schicht 20 aus einem geeigneten Leuchtstoff auf, der in Abhängigkeit von Elektronenbombardement eine Strahlung aussendet. An der Innenfläche der Schicht 20 kann eine elektrisch leitende Schicht 22 aus geeignetem Material wie Aluminium vorgesehen sein. Die Schicht 22 sorgt nicht nur für eine elektrische Verbindung, sondern ist auch gegenüber Strahlung von der Leuchtstoff-Schicht 20 opak, so daß Strahlung vom Schirm 20 daran gehindert wird, auf die Photokathode 12 zurückgeworfen zu werden.

Zwischen der Photokathode 12 und dem Ausgangsschirm 14 ist ein Ableitgitter 27 vorgesehen. Das Ableitgitter 27 ist ein Maschennetzwerk aus elektrisch leitendem Material, das zu etwa 50 bis 80 % durchlässig ist. Das Ableitgitter 27 ist gleichzeitig ausreichend steif, um eine Verzerrung infolge elektrischer Felder zu verhindern. Das Ableitgitter 27 soll in einem Abstand angeordnet sein,

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so daß ein adäquates elektrisches Feld hervorgerufen wird, das "eine Feldemission von der Photokathode 12 verursacht. Das Ableitgitter 27 kann in einem Abstand von etwa 250 p. von der Photokäthode 12 angeordnet sein. Eine Batterie 26 kann ein geeignetes Potential von etwa 5.CX)O V zwischen die Photokathode 12 und das Ableitgitter 27 legen. Der elektrische Kontakt zu der Photokathode 12 wird mittels eines P(+)-Bereiches 15 hergestellt. Der Ausgangsschirm 14 kann in einem Abstand von etwa 250 a. von dem Ableitgitter 27 angeordnet sein, um ein veränderliches Besenleunigungspotential für die Beschleunigung der Elektronen zu dem Ausgangsschirm 14 zu schaffen. Zwischen den Ausgangsschirm 14 und das Ableitgitter 27 ist eine veränderliche Spannungsquelle 29 geschaltet. Die veränderliche Spannungsquelle 29 schafft die Möglichkeit, die Ausgangs-Helligkeit der Anordnung zu verändern. Das Ableitgitter 27 kann in einigen Anwendungsfällen fehlen, so daß der Ausgangsschirm 14 gleichzeitig ein Ableit- und ein Beschleunigungspotential liefert.

Die Photokathode 12 besteht aus einem geeigneten Halbleitermaterial wie Silizium, Germanium, III-V-Verbindungen und t~ernären III-V-Verbindungs-Halbleitern. Elementare Halbleiter mit tiefliegenden Verunreinigungswerten wie mit Gold dotiertes Silizium könnten ebenfalls Verwendung finden. Bei der speziellen Ausführungsform wird von p-Typ-Siliziummaterial mit einem Widerstandswert von 0,1 bis 160 Ohm cm Gebrauch gemacht. Die Photokathode 12 wird aus einer Einkristallscheibe hergestellt. Sie hat einen Grundkörper 11 mit einer Stärke von etwa 25^/u. Eine Matrix 16 mit einer Mehrzahl Erhebungen 13 ragt von dem Grundkörper 11 aus in. einer Höhe von etwa 12 u vor. Der Abstand zwischen den Erhebungen 13 kann etwa 25 p. betragen, während der Durchmesser der Spitze der Erhebungen 13 weniger als 1 ai sein kann. In dem speziellen Ausführungsbeispiel betrug der Durchmesser der Spitzen etwa 0,5'/u. j)xe Basis der emittierenden Erhebung 13 kann etwa 25 /u betragen. Der P(+)-Bereich 15 ist auf der der Matrix 16 abgewandten Seite des Grundkörpers 11 vorgesehen. Eine Photokathode mit einem Durchmesser von 3,2 cm kann etwa 1,25 χ 10 Emitter-Erhebungen 13 haben.

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Das allgemeine Arbeitsprinzip dieses Aufbaues läßt sich am besten anhand der Fig. 15, 16, 18, 19, 20 und 21 verstehen. Infolge der Feldverstärkung an der Spitze werden von den scharfen Punkten oder Spitzen der Emitter-Erhebungen 13, wenn diese in enge Nachbarschaft zu einer positiv vorgespannten Ableitelektrode 27 gebracht werden, wie das mit Fig. 15a gezeigt ist, Elektronen emittiert. Bei niedrigeren Ableitspannungen werden Elektronen aus dem Leitungsband des Siliziums emittiert. Die Emission wird deutlich durch die Fowler-Nordheim-Tunneltheorie beschrieben, die zu einer linearen logarithmischen Stromabhängigkeit von der invertierten Spannung führt, wie das im Bereich 1 der Fig. 16 gezeigt ist. Bei höheren Anodenspannungen, die ausreichen, um den Abschirmeffekt der Oberflächenladungszustände zu überwinden, kann ein Eindringen des elektrischen Feldes in die Halbleiterspitze auftreten. Es wird daher an der Spitze der Erhebungen 13 ein im wesentlichen an beweglichen Trägern verarmter Raumladungsbereich geschaffen. Infolgedessen läßt sich beobachten, daß das Diagramm der Abhängigkeit des Stromlogarithmus von der invertierten Spannung eine geringere Steigung annimmt, wie das im Bereich 2 der Fig. 16 gezeigt ist, da die Zufuhr von Elektronen im Leitungsband an der zur Emission zur Verfügung stehenden Fläche begrenzt ist. Bei dieser quellenmäßig beschränkten Betriebsweise ist die Anordnung gegenüber einfallender Strahlung wie Photonen oder auftreffende Elektronen empfindlich, so daß die Elektronenbesetzung im Leitungsband geändert und damit der Emissions strom erhöht wird. Im ein:ö.nen hängt die Arbeitsweise somit von der Bildung von Elektronenlöcherpaaren durch die einfallende Strahlung innerhalb des Raumladungsbereiches an der Spitze der Emitter-Erhebung 13 und/oder innerhalb einer Diffusionslänge im Hauptteil des p-Bereiches der Erhebungen 13 und des Grundkörpers 11 ab. Innerhalb dieses Hauptteils des p-Bereichs erzeugte Elektronen diffundieren in den Raumladungsbereich. Infolge des in den Raumladungsbereich eingebauten elektrischen Feldes werden erzeugte Elektronen oder in diesen Bereich diffundierte Elektronen daher zu der Spitze der Emitter-Erhebung 13 gefördert, von wo sie emittiert werden. Wenn die einfallende Strahlung aus Photonen besteht, erzeugt jedes absorbierte Photon durchschnittlich ein Elektronenlöcherpaar. Fallen jedoch Elektronen auf die

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Anordnung, so erzeugt jedes einfallende Elektron durchschnittlich ein Elektronenlöcherpaar je 3,5 eV Energie. Es sind daher mit energetischen Elektronen beträchtliche Elektronenverstärkungen möglich, d. h. IO keV - Elektronen führen zu Verstärkungen von 2.000.

Die in Fig. 19 gezeigte Dunkelstrom-Emissionskennlinie ist auf eine nicht passivierte Photokathode zurückzuführen und zeigt, daß der Dunkelstrom bei Arbeitstemperaturen unterhalb Raumtemperatur' erheblich verringert wird. Ferner führt die Abhängigkeit des Dunkelstroms der Anordnung, wie das in Fig. 20 gezeigt ist, zu einer Aktivierungsenergie von 0,56 eV. Dieser Wert der Aktivierungsenergie, der gleich der Hälfte der Bandabstands-Energie von Silizium ist, zeigt unzweideutig an, daß die thermische Erzeugung über Ansammlungen im Mittel-Bandabstand und über Oberflächenzustände die Quelle für Dunkelstrom in der Anordnung sind. So sind beträchtliche Verringerungen des Dunkelstroms möglich, wenn der Aufbau der Behandlung mit bekannten Oxyd-Passivieruhgs- und Getterverfahren ausgesetzt wird.

Fig. 13 zeigt eine Schar von Kurven für unterschiedliche Richtwerte bei einer Wellenlänge von i,06, n, wobei die Temperatur auf 90° K gehalten ist.

Das weitere, quellenmäßig beschränkte Verhalten, das sich an den untersten Lichtwerten beobachten läßt, und die Tatsache, daß der Photostrom über einen Bereich angelegter Anodenspannungen ungefähr konstant bleibt, sind von erheblichem Interesse. Bei der Herstellung können kleine Schwankungen im Spitzendurchmesser und in der Höhe der Emitter-Erhebungen 13 innerhalb einer Matrix 16 auftreten. Ss würden daher in dem elektrischen Feld an den Spitzen der einzelnen Emitter-Erhebungen 13 kleine Änderungen auftreten, wenn eine solche Matrix bei konstanter Anodenspannung betrieben wird. Da jedoch der Photostrom gegenüber Änderungen des elektrischen Feldes bei der von der Quelle her beeinflußten Betriebsart verhältnismäßig unempfindlich ist, sollte der von jedem einzelnen Emitter ausgesandte Photostrom konstant sein. Mit anderen Worten,

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_ χ χ —

gewisse Ungleichförmigkeiten der Emitter-Spitzenabmessungen können in Kauf genommen werden, ohne daß die Photoemissions-Gleichförmigkeit beeinträchtigt wird.

In Fig. 21 ist die Linearität zwischen Photostrom und Beleuchtungsniveau über fünf Größenordnungen gezeigt, die dabei gleich 1 ist. Sättigung wird durch einen gelegentlichen Übergang zu Tunneleffekt-begrenzter Emission bei hohen Lichtflußwerten bestimmt. Der Lichtwert, bei dem es zur Sättigung kommt, kann durch entsprechende Wahl der zugeführten Anodenspannung voreingestellt werden und dazu dienen, das "Blühen" heller Gegenstände in einer im übrigen nur schwach beleuchteten Szene zu minimieren.

Mit Fig. 2 ist eine Aufnahmeröhre gezeigt, die wiederum die in Verbindung mit Fig. 1, 3 und 4 beschriebene Photokathode 12 verwendet. Die Aufnahmeröhre weist einen evakuierten Kolben 30 mit einem Eintrittsfenster 18 aus einem geeigneten Material auf, das gegenüber einfallender Strahlung durchlässig ist, wie Borsilikatglas oder Quarz. Darauf ist die Photokathode angeordnet. Es ist ebenfalls eine geeignete Kühleinrichtung 19 vorgesehen. Die Elektronen-Emitter-Matrix 16 der Photokathode 12 ist dem Eintrittsfenster 18 abgewandt, und die Elektronen-Emitter-Matrix 16 ist einer elektronen-vsrvieIfachenden Elektrode 33 zugewandt. Die Elektrode 33 kann in gleicher Weise wie die Photokathode 12 hergestellt sein und den gleichen Aufbau wie diese haben. Die Photokathode 12 kann bei einem Potential von -10.000 V gegenüber Masse betrieben werden und ist mit einer geeigneten Potentialquelle 32 ausgestattet. Der Abstand zwischen der elektronenvervielfachenden Elektrode 33 und der Photokathode 12 kann etwa 250 η betragen. Das Potential an der Elektrode 33 kann etwa -5.000 V gegenüber Masse betragen und von einer geeigneten Potentialquelle 34 zur Verfügung gestellt werden. Die Elektrode 33 ist mit der Photokathode 12 identisch und spricht auf Elektronenbombardement an. Mit den gezeigten Potentialen kann man eine Ausbeute von etwa 500 Elektronen von der Oberfläche der emittierenden Matrix der Elektrode 33 in Abhängigkeit von jedera von der Photokathode 12 ausgesandten, einfallenden Elektron erhalten. In Nachbarschaft der Oberfläche der

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emittierenden Matrix der Elektrode 33 ist eine Target-Elektrode 39 angeordnet, die aus jedem geeigneten Target-Material bestehen kann, das die Fähigkeit besitzt, Ladung in Abhängigkeit von Elektronenbombardement zu speichern. Die Target-Elektrode 39 kann einen geeigneten Aufbau haben, wie er in der USA-Patentschrift " 3 440 476 - M. H. Crowell - oder in der USA-Patentschrift 3 213 316 - G. Goetze et al - beschrieben ist.

An dem der Target-Elektrode 39 gegenüberliegenden Ende des Kolbens ist ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem 36 vorgesehen, das einen die Target-Elektrode 39 abtastenden Elektronenstrahl aussendet, um das Ladungsbild in bekannter Weise abzulesen. Dieses Ausgangssignal wird über einen Ausgangswiderstand 38 der Target-Elektrode 39 abgenommen. Die Elektrode 39 kann bei einem Potential von etwa +10 V gegenüber Masse betrieben werden, wobei das Potential von einer Batterie 41 aufgebracht wird. Die Kathode des Elektronenstrahl-Erzeugungssystems 36 kann etwa auf Massepotential liegen.

Auf die Photokathode 12 gerichtete einfallende Strahlung erzeugt ein der einfallenden Strahlung entsprechendes Elektronenbild. Dieses Elektronenbild wird in die Elektrode 33 beschleunigt, wo das Elektronenbombardement Ladungsträger erzeugt, die die Feldelektronenemission von der Emitter-Matrixfläche der Elektrode 33 auslösen. Diese Elektronen werden beschleunigt, so daß sie auf die Target-Elektrode 39 auftreffen. Durch Anordnung der Elektrode 33 zwischen der Photokathode 12 und der Target-Elektrode 39 wird eine Verstärkung des Eintrittssignals erzielt. Die Target-Elektrode 39 liefert das notwendige Ableitpotential für die Elektrode 33.

Mit Fig. 5 bis 9 ist ein Verfahren zur Fertigung der Photokathode 12 bzw. der Elektrode 33 veranschaulicht. Die mit A gekennzeichneten Figuren sind Draufsichten, während die mit B gekennzeichneten Figuren Seitenansichten sind. Eine Scheibe 43 aus einem geeigneten p-leitenden Halbleiter wie Silizium, Germanium, Galliumarsenid oder weiteren III-V-Halbleiterverbindungen einschließlich tertiärer Verbindungen wie Galliumindiumarsenid und Indiumarsenidphosphid mit Bandabständen zwischen 0,2 eV bis zu 3,0 eV kann Verwen-

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dung finden. Die Scheibe 43 sollte aus einem Einkristall sein und eine geeignete Kristallausrichtung haben, um nach der Ätzung die gewünschte Struktur aufzuweisen. Es wurden die (Hl)- und die (HO)-Kristallausrichtung verwendet. Ein spezielles Beispiel ist eine IO Ohm cm-p-Typ-(111)-Siliziumscheibe mit einer Stärke von etwa 25 bis 50 n. Die Scheibe 43 kann aus "Barren" geschnitten sein, die entsprechend dem Csochralski- oder Schwebeζonen-Verfahren gezogen wurden.

Der erste Schritt bei der Herstellung ist die Oxydierung der Scheibe 43 auf einer Seite, um so eine Oxydschicht 42 zu erhalten, wie sie mit Fig. 6 gezeigt ist. Die Oxydschicht 42 soll eine Stärke von etwa In haben. Die Oxydschicht 42 kann mittels bekannter Verfahren aufgebracht werden, etwa indem die Scheibe in einer feuchten Sauerstoffatmsophäre etwa 2 bis 3 Stunden lang bei einer Temperatur von etwa 1100° C behandelt wird. Als nächstes wird über die Oxydschicht 42 eine Schicht aus Photoresistmaterial gebracht und dann eine Belichtung mit einer durch eine Öffnungsmaske einfallenden Strahlung vorgenommen, worauf die unerwünschten Teile der Photoresist-Beschichtung entfernt werden. Das Photoresist-Verfahren ist allgemein bekannt. Man kann dabei etwa 0,7 /u eines geeigneten Photoresist-Materials, wie es etwa unter der Bezeichnung "Positop" vertrieben wird, aufschleudern, hierauf mit UV-Bestrahlung belichten und anschließend spülen, so daß ein Muster mit Inseln 41 aus Photoresist-Material ähnlich dem mit Fig. 7 gezeigten Muster erhalten wird. Die aus Siliciumdioxid gebildete Oxydschicht 42 wird dann von den unbedeckten Bereichen durch ein geeignetes Ätzmittel wie gepufferte Fluorwasserstoffsäure-Ätzmittel (Ammoniumfluorid und Fluorwasserstoffsäure im Verhältnis 6:1) entfernt, worauf das unlösliche Photoresist-Material von den Inseln 41 entfernt wird, um ein Muster aus Siliziumdioxid-Inseln 41 zu schaffen, wie das mit Fig. 7 veranschaulicht ist. Die Inseln 41 sind kreisförmig und können einen Durchmesser von etwa 20/u haben, wobei ihre Zentren Abstände von etwa 25/u aufweisen.

Als nächster Verfahrensschritt erfolgt eine P(+)-Diffusion in die Rückfläche der Scheibe 43. Dabei handelt es sich um ein allgemein

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bekanntes Verfahren, das sich in der Weise verwirklichen läßt, daß die Scheibe 43 bei 950° C einige Minuten lang der Einwirkung von Borbromid BBr., ausgesetzt wird. Der so gebildete P(+)-Bereich 15 verhindert oder verringert den Verlust an strahlungserzeugten Ladungsträgern auf der rückwärtigen Seite durch Rekombination und bildet gleichzeitig einen elektrischen Kontakt. Als nächstes erfolgt eine Rotationsätzung in einem geeigneten Ätzmittel wie 25 Teilen Salpetersäure, 10 Teilen Essigsäure und einem Teil Fluorwasserstoffsäure bei 6 Umdrehungen pro Minute und Verwendung von 50 cm Ätzmittel. Dieser Ätzvorgang soll etwa 20 Minuten lang oder so lange fortgesetzt werden, bis die Spitzenabmessungen von weniger als 0,5^u erreicht worden sind. Der Ätzvorgang wird durch Ablöschen mit Wasser beendet, worauf eine Spülung zunächst in Wasser und sodann in Methanol folgt. Der P (4·)-Bereich 15 auf der Rückseite wird bei diesem Vorgang maskiert. Andere geeignete Ätzmittel für Silizium finden sich in "Integrated Silicon Device Technology", Band X, Research Triangle Institute, Durham NC, November 1965. Der sich ergebende Aufbau ist mit Fig. 8 gezeigt und veranschaulicht die Bildung der Matrix 16 mit den Erhebungen 13 auf dem Grundkörper 11 der Photokathode. Die Siliziumdioxid-Inseln 41 können dann durch Ätzung in gepuffertem Fluorwasserstoffsäure-Ätzmittel entfernt, anschließend in Wasser und Methanol gespült und schließlich getrocknet werden.

Wahlweise kann dann eine Passivierungsschicht 9 aus Siliziumdioxid mit einer Dicke von etwa 50 bis 75 R auf die Oberfläche der Matrix 16 aufgebracht werden. Die Passivierungsschicht 9 kann durch thermisches Ziehen für mehrere Stunden in feuchtem oder trockenem Sauerstoff bei 600° C gebildet werden. Der Aufbau wird dann einer Glühbehandlung von 1 bis 2 Stunden in Wasserstoff bei 350 bis 45O°C unterzogen. Hierauf kann die Scheibe "gegettert" werden. Die fertiggestellte Photokathode 12 wird dann an dem Eintrittsfenster 18 befestigt. Der sich dabei ergebende Aufbau ist mit Fig. 9 wiedergegeben. Es versteht sich, daß die Inseln 41 auch auf andere Weise hergestellt werden und auch eine abweichende Gestalt haben können.

Der fertige Aufbau weist eine kristallographisch kontinuierliche

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Verbindung zwischen dem Grundkörper 11 und den Erhebungen 13 auf. D. h., die Vollkommenheit des Kristalls und der niedrige Wert an schädlichen Verunreinigungen ist über das Substrat bzw. den Grundkörper 11 und die Erhebungen 13 kontinuierlich. Das steht im Gegensatz zu entsprechenden Verfahren nach dem Stand der Technik, bei denen es zu starken Konzentrationen von schädlichen Verunreinigungen in den Spitzen der Erhebungen kommt. Die stark konzentrierten Verunreinigungen lassen sich durch Standard-Gettververfahren nur schwierig entfernen. Infolge der inneren kristallinen Perfektion und der sich aus dem Stzvorgang ergebenden glatten Außenfläche kommt es zu hohen effektiven Lebensdauern der Minoritätsträger in dem Grundkörper 11 und den Erhebungen 13.Dominieren3e bensdauern von mehr als 1 Aisec werden in dem Grundkörper 11 und den Erhebungen 13 erzielt. Die Wirksamkeit.der Ansammlung von Minoritätsträgern ist viel größer, als sie sich bei Ill-V-Photoemittern nach dem Stand der Technik ergeben würde. III-V-Photoemitter erfordern stark dotierte P(+)-Bereiche, um insgesamt eine negative Oberflächen-Elektronenaffinität aufrechtzuerhalten. Stark dotierte P(+)-Substrate haben gewöhnlich Lebensdauern im nsec-Bereich, d. h. sie liegen um den Faktor 1000 unterhalb der vorliegenden Erfindung. Somit wird eine dreißigfache Erhöhung hinsichtlich der Aufsammeltiefe für durch Photoeinwirkung hervorgerufene Minoritätsträger und in Verbindung damit eine Erhöhung der Wirksamkeit in dieser Größenordnung erzielt. Es erhellt, daß eine Spitze hoher Lebensdauer selbst keinen ausreichenden Querschnitt für eine wirksame Erzeugung von Trägern infolge einfallender Licht-Bilder zur Verfügung stellen würde. Es ist die gemeinsame Auswirkung von emittierenden Spitzen hoher Lebensdauer, die kristallographisch fortlaufend auf einem Substratbereich nennenswerter Dicke und mit ebenfalls hoher Lebensdauer hergestellt wurden, die für die extrem hohe Effizienz dieser Erfindung sorgt. Tief innerhalb des Grundkörpers 11 erzeugte Träger sind infolge der hohen inneren Lebensdauer des Grundkörpers in der Lage, nach außen und längs der Länge des Spitzenbereiches zu diffundieren, wo sie anschließend emittiert werden. So wird die Effizienz nur durch Auflösungs-Verschlechterung begrenzt, wie sie sich in Verbindung mit ungewöhnlich dicken Targets ergeben kann.

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Es ist auch möglich, einen selbsttragenden Aufbau zu schaffen, indem von einer Siliziumscheibe mit einer Dicke von etwa 250yu und einem Durchmesser von 3,2 cm ausgegangen wird, aus der dann ein zentrischer Bereich mit einem Durchmesser von 2,5 cm auf die gewünschte Stärke von etwa 25 p. herausgeätzt wird, worauf sich die mit Fig. 5 bis 9 veranschaulichten Schritte anschließen können. Man erhält eine dünne Membran aus Silizium mit einem darum herum angeordneten Stützring, der eine Dicke von etwa 250^/u hat. Auf diese Weise kann die dünne Siliziumscheibe beim Einsatz als Elektronenvervielfacher vom Übertragungstyp abgestützt ,werden, bei dem Elektronen auf eine Fläche gerichtet und von der gegenüberliegenden Fläche ausgesandt werden.

Mit Fig. 10 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit gezeigt. Die. Photokathode ist ähnlich der zuvor beschriebenen, weist jedoch auf der Emitter-Matrix 16 eine Oxydschicht 50 auf. Die Herstellung dieses Aufbaus ist mit Fig. 11 und 13 veranschaulicht. Es wird eine Scheibe 43 mit einer Dicke von- etwa 25 bis 50 ai vorgesehen. Über die eine Seite der Scheibe 43 wird eine Schicht 52 aus Siliziumnitrid SiN gebracht. Die Dicke der Schicht beträgt etwa 0,2/a, und das Aufbringen der Schicht kann durch Ammonolyse von Silan für etwa 20 Minuten bei einer Temperatur von 700 bis 900° C erfolgen.

Als nächstes wird eine Schicht 54 aus Siliziumdioxid mit einer Dicke von etwa 0,2^x aufgebracht. Die Schicht 54 kann thermisch gezogen werden, indem die Scheibe in trockenem oder feuchtem Sauerstoff bei 1100° C erhitzt wird. Sie kann jedoch auch durch thermische Zerlegung von Silan oder Sauerstoff bei 600 bis 700° C aufgebracht werden. Es wird dann eine Photoresist-Schicht auf die Schicht 54 gebracht und belichtet, so daß ein Mosaik von Inseln aus Photoresist-Material ähnlich dem mit Fig. 7 gezeigten Muster erhalten wird. ■ . .

Es wird dann der ungeschützte Teil der Schicht 54 durch ein geeignetes Ätzmittel wie gepufferte Flußsäure (Fluorwasserstoffsäure) entfernt und sodann die ungeschützte Schicht 52 durch Ätzen in heißer Phosphorsäure entfernt, um so den mit Fig. 11 wiedergegebe-

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nen Aufbau - in Übereinstimmung mit dem Muster der Fig. 7 - zu erhalten. In dieser Phase kann das verbleibende Oxydmuster erforderlichenfalls entfernt werden. Die Siliziumscheibe 43 wird dann unter Verwendung eines Gemisches aus Salpeter-, Essig- und Fluorwasserstoffsäure in der zuvor beschriebenen Weise geätzt. Anstatt die Spitzen auf einen Wert von 0,5 ü herunterzuätzen, wird die Ätzung abgebrochen, wenn der Spitzendurchmesser etwa 1,5/u beträgt. Dieser Aufbau ist mit Fig. 12 gezeigt.

Als nächstes wird eine Oxydschicht 55 auf die Matrixoberfläche aufgebracht. Die Oxydschicht 55 wird durch thermische Oxydation gebildet. Die Verwendung thermischer Oxydation zur Bildung der Oxydschicht 55 dient verschiedenen vorteilhaften Funktionen dieser Ausführungsform. Die thermische Oxydation, die langsam und in einwandfrei überwachter Weise abläuft, ermöglicht in gleicher Weise eine Reduzierung des Durchmessers der Siliziumspitzen. Sofern notwendig, könnte der Spitzendurchmesser durch wiederholte Oxydation und anschließende Oxyd-Entfernung auf die gewünschten Dimensionen getrimmt werden. Bei der veranschaulichten speziellen Anordnung würde die einen Durchmesser von 1,5/u aufweisende Spitze auf eine Spitze mit einem Durchmesser von 0,5/a reduziert, die von einer 1,OyU-Oxydschicht umgeben ist, wie das mit Fig. 13 gezeigt ist. Nach Entfernung der Inseln der Nitrid-Schicht 52 bestehen die Emitterspitzen aus einem reinen Siliziumkrern mit einem Durchmesser von 0,SyAi und einer diesen Kern umgebenden, 1,0^ starken Oxydschicht. Die oxydbeschichtete Matrix kann bei 450° C in Wasserstoff geglüht werden. Die Nitrid-Inseln werden dann entfernt, und die Oxydschicht-(+)H -Glühung sorgt für eine Passivierung der Oberfläche, so daß der Hintergrunds-Dunkelstrom in der Anordnung beträchtlich verringert wird. Der endgültige Aufbau ist mit Fig. 10 gezeigt.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit ist mit Fig. 14 gezeigt, wo vor der Entfernung der Inseln der Oxydschicht 50 eine Lage 58 aus einem geeigneten elektrisch leitenden Material wie Gold mit einer Stärke von etwa 0,1 ^u unter einem Winkel von etwa 60° verdampft werden kann, um die Passivierungs-Oxydschicht 55 abzudecken, ohne

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jedoch die Spitze zu berühren, wie das in Fig. 14 angedeutet ist. Die reflektierende Lage 58 sorgt durch interne Reflexion für eine Erhöhung der Empfindlichkeit der Scheibe gegenüber einfallender Strahlung. Darüber hinaus bietet die Lage 58 eine Möglichkeit, ein elektrisches Potential an den vorderen Emissionsbereich der Photokathode anzulegen, was dazu ausgewertet werden kann, das an der Oberseite der Emitter-Erhebungen auftretende Feld zu verstärken, ferner die Emission zu "gaten" oder zu modulieren. ■-

Mit Fig. 16 ist ein Fowler-Nordheim-Diagramm eines typischen Aufbaus gezeigt. Die Linearität dieses Diagramms bei niedrigen Anodenspannungen deutet an, daß die Emission einer Fowler-Nordheim-Begrenzung unterliegt. Die Tendenz der Kurve, bei einer hohen Anodenspannung in einen Sättigungszustand überzugehen, deutet den Beginn der quellenmäßig begrenzten Betriebsart an. In diesem Fall wird der hohe Dunkelstrom durch die.hohe Oberfläche und Massenerzeugung in den ungegetterten und unpassivierten Anordnungen vorgesehen. Jedoch ließ sich selbst bei diesen (nicht gegetterten) Mustern niedriger Lebensdauer eine Reflexions-Photoemissions-Empfindlichkeit von über 1500 /uA pro Lumen beobachten. Das ist praktisch dem Wert von 1650 >uA je Lumen äquivalent, der in der Literatur für bestimmte III-V-Verbindungsemitter erwähnt wird. Es sei betont, daß über 50.000 Spitzen gleichzeitig und gleichförmig emittierten.

Fig. 17 zeigt das hier beschriebene Ansprechen der Photokathode mittels einer Kurve 70 in Abhängigkeit von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung. Die Kurve 71 gilt für eine typische S-25-Photokathode, während die Kurve 72 für eine typische S-1-Photokathode gilt.

Es sei erwähnt, "daß das beschriebene spezielle Herstellungsverfahren sich nicht nur für die Fertigung von Aufbauten des Transmissionstyps eignet, wo also Licht oder Energie auf eine Seite gerichtet und von der gegenüberliegenden Seite emittiert wird, sondern es lassen sich diese Verfahren auch einsetzen, um Anordnungen zu fertigen, bei denen die Beleuchtung auf die gleiche Fläche wie

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etwa die Elektronen-Emissions-Matrix gerichtet wird. Ferner kann
das Verfahren dazu eingesetzt werden, herkömmliche kalte Feldemi tter aus halbleitendem Material oder Metall zu fertigen.

Bei der erläuterten speziellen Ausführungsform besteht das Mosaik aus Resistmaterial aus einer Mehrzahl kreisförmiger Inseln. Es
versteht sich, daß diese Inseln jede andere gewünschte Gestalt,
etwa die eines Quadrats oder eines Rechtecks, haben können. Dabei beeinflußtdie Art der Kristallausrichtung mit Sicherheit die Dichte der Emitter-Erhebungen, und es ließ sich feststellen, daß die · (Hl)- und (110)-Orientierung sich als besonders günstig erwiesen.

Patentansprüchej

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Claims

Patentansprüche s

Verfahren zur Hersteilung einer gleichförmigen, großflächigen Feldelektronen-Emittermatrix, dadurch gekennzeichnet, daß in mosaikartiger Verteilung von Inseln auf einer Fläche eines Scheibe aus elektronenemittierend^ Material sowie aus einem Material, das gegenüber einer Ätzung widerstandsfähiger als das elektronenemittierende Material.ist, eine Materialbeschichtung vorgesehen wird,, daß sodann die Scheibe derart geätzt wird, daß ein Teil des elektronenemittierenden Materials unterhalb und zwischen der mosaikartigen Verteilung - mit Ausnahme einer zentralen,-abstützenden Erhebung jeder einzelnen der mosaikartig verteilten Inseln - entfernt und hierauf die mosaikartige Beschichtung unter Bildung eines großflächigen Feldemitters mit einer Mehrzahl vorspringender Elektronenemitter aus dem elektronenemittierenden Material entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronenemittierende-Material, ein halb leitendes Material ist und eine Schicht des Oxids des halbleitenden Materials auf einer Fläche der Scheibe gesogen wird,- daß eins einer Ätzung gegenüber widerstandsfähige Matrix über die Oxydschicht gebracht, die Oxydschicht zwischen den Inseln der mosaikartigen Resist-Beschichtung, hierauf die Kesist-Beschiehtung entfernt wird, um ein Muster der Oxid-beschichteten Inseln freizulegen, und daß hierauf die Ätzung der Scheibe erfolgt»
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Seite der Scheibe, die den oxydbesciaichteten Inseln gegenüberliegt, eine P(+)-Lage gebildet und diese Lage während der folgenden Ätzung der Scheibe maskiert wird«,
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Siliziumriitrid-Schicht auf die Scheibe aus Halbleitermaterial aufgebracht und die Beschichtung aus dem Oxid des Halbleitermaterials darauf erzeugt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxid-Beschichtung vor dem Ätzen der Scheibe unter Zurücklassung eines Musters von Siliziumnitrid-Inseln entfernt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrisch angeordnete abstützende Erhebung für jede der Inseln einen Durchmesser von annähernd 1,5 fi an der oberen Spitze der der Insel benachbarten Abstützung hat.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronenemittierende Material ein halbleitendes Material ist und dem Ätzvorgang die Bildung einer Oxid-Schicht auf dem Material folgt, ehe die Inseln entfernt werden, um so einen großflächigen Feldemitter mit einer Mehrzahl vorragender Elektronenemitter aus halbleitendem Material mit einer Oxid-Schicht zu schaffen, die die Elektronenemitter aus dem halbleitendem Material mit Ausnahme der äußeren Spitze abdeckt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch leitende Schicht auf die nach der Ätzung der Scheibe hergestellte Oxid-Schicht aufgebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die nach der Ätzung der Scheibe aufgebrachte Oxid-Schicht eine Stärke von annähernd 0,5 ja hat und ein zentrischer Bereich aus halbleitendem Material an den die einzelnen Inseln abstützenden Spitzen verbleibt, so daß sich bei der Entfernung der In-

' sein vorragende Elektronenemitter in Gestalt von Emitterspitzen mit einem Durchmesser von annähernd 0,5 π ergeben.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe aus einem halbleitenden

ist

Einkristall-Material aufgebaut /und einen Bandabstand im Bereich von 0,2 bia 3,0 eV und einen Widerstand von mindestens 0,10 Ohm cm hat.

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11. Nach einem der Verfahren 1-10 hergestellte strahlungsempfindliche Kaltkathoden-Feldemitteranordnung, gekennzeichnet durch eine Einkristall-Scheibe aus halbleitendem Material mit einer Lebensdauer von mehr als einer/usec, die einen Substrat-Grundkörper mit einer Matrix eng nebeneinander angeordneter, nicht-gezogener Erhebungen hat, die sich von einer Fläche der Scheibe aus erstrecken, wobei der Substrat-Grundkörper und die Erhebungen kristallographisch kontinuierlich sind und die Erhebungen einen Spitzendurchmesser von weniger als 1/i haben.
12; FeIdemitteranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die kristalline Scheibe aus Siliziummaterial vom p-Typ besteht und eine kristallographisehe (111)-Ausrichtung hat.
13. Feldemitteranordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe auf der Seite_? die der Seite mit der Erhebungs-Matrix gegenüberliegt, mit einem P(+)-Bereich versehen ist.
14. -Feldemitteranordnung nach Anspruch' 11, 12 oder 13 _s dadurch

' . gekennzeichnet, daß auf der Seit© der Scheibe ,■ die der Seite mit der Erhebungs-Matrix gegenüberliegt, eine Passivierungsschicht vorgesehen ist, und daß auf der Seite mit der Erhebungs-Matrix zwischen den Spitzen d@r Erhebungen ein© Passivierungsschicht vorgesehen ist.
15» FeIdemitteranordnung nach- einem oder mehreren der Ansprüche 11 - 14, dadurch gekennzeichnet„ daß auf der Fläche mit der Erhebungs-Matrix der Scheibe zwischen den. emittierenden Spitzen der Erhebungen ©in© .elektrisch leitende Schicht vorgesehen ist. ■
16» FeldemitteraBordrang nach einem ©ä@is mehreren der Ansprüche 11— 15, dadurch gekennzeichnet _s daß der Grundkörper eine Stärke von etwa 25/a. hat und di® Höh® der vorragenden Emitter etwa 12 ja beträgt» " .

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17. Nach einem der Verfahren 1 - 10 hergestellter Bildabtaster mit einem evakuierten Kolben, der ein gegenüber einfallender Strahlung optisch durchlässiges Eintrittsfenster und ein Ausgangsfenster, ferner eine an der Innenfläche des Eintrittsfensters angeordnete, auf die einfallende Strahlung ansprechende Photokathode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Photokathode einen Einkristall-Körper aus halbleitendem Material mit einem weniger als 500 μ starken Substrat aufweist, wobei von dem Substrat aus eine Matrix von Elektronenemittern mit Spitzendurchmessernvon weniger als 1/u weniger als 50^u vorragt, und daß der Bildabtaster ferner eine an dem Ausgangsfenster angeordnete Anode sowie eine Einrichtung für den Aufbau eines Feldes hoher Intensität um die vorragenden Elektronenemitter herum aufweist, um so die Emission von Elektronen durch die vorragenden Elektronenemitter infolge Tunnelbildung aus dem Leitungsband des Photokathodenmaterials zu bewirken, wobei die Photokathode in Nachbarschaft des Eintrittsfensters mit einem Gebiet zur Minimierung der Rekombination Photo-gebildeter Ladungsträger an der dem Eintrittsfenster benachbarten Fläche versehen und auf der Matrix-Oberfläche der vorragenden Elektronen-Emitter zwischen den Spitzen der Emitter ein Oberflächengebiet zur Unterdrückung der Rekombination der in die Photokathode eingeleiteten Ladungsträger und zur Erhöhung der Wahrscheinlichkeit der Emission von Elektronen durch die Spitzen angeordnet ist.
18. Bildabtaster nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Photokathoden-Substrat mit den vorragenden Elektronenemittern aus Siliziuinmaterial besteht.
19. Bildabtaster nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziummaterial vom p-Typ ist und einen Widerstandswert von mehr als 0,1 0hm cm hat.
20. Bildabtaster nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode elektronenempfindlich ist und ein Licht-Bild in Abhängigkeit von einem Elektronenbombardement

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aussendet.
21. In Verbinching mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10 hergestellte BiId-Vorrichtung mit einem evakuierten Kolben, innerhalb dessen eine auf einfallende Strahlung unter Erzeugung eines Elektronenbildes ansprechende Photokathode und ein das Elektronenbild auffangender und verstärkender Elektronenvervielfacher angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronenvervielfacher einen kristallinen Körper aus halbleitendem Material mit einem Substrat aufweist, wobei von dem Substrat aus eine Matrix von Elektronenemittern vorragt, die auf der von der Photokathode abgewandten Fläche angeordnet sind, und wobei der Elektronenvervielfacher auf Elektronenbombardement anspricht, um so innerhalb des Substrats Ladungsträger zu erzeugen, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, um so die Ladungsträger zu den vorragenden Elektronenemittern zu verschieben und von dort aus eine Elektronenemission in Abhängigkeit von einem hohen elektrischen Feld auszulösen, das für die Emission von Elektronen aus dem Leitungsband des Halbleitermaterials infolge Tunnelwirkung sorgt, und daß ferner auf der der Photokathode gegenüberliegenden Seite des Elektronenvervielfachers eine Anode angeordnet ist, um ein hohes elektrisches Feld um die vorragenden Elektronenemitter aufzubauen und außerdem die von den vorragenden Elektronenemittern emittierten Elektronen zu einer Ausgangselektrode zu beschleunigen.

KN/hs 3

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