DE2340690B2

DE2340690B2 - Kaltkathoden-anordnung fuer elektronenstrahlerzeugungssysteme

Info

Publication number: DE2340690B2
Application number: DE19732340690
Authority: DE
Inventors: Jonathan Ross; Pool Peter James; Maldon Essex Howorth (Großbritannien)
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1973-06-01
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1977-12-22
Also published as: NL7406738A; JPS5049975A; FR2232074B1; GB1457105A; FR2232074A1; DE2340690A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kaltkathoden-Anordnung :i5 für Elektronenstrahlerzeugungssysteue mit mehreren elektronenemittierenden Dioden, die jeweils von einem in einen Halbleiterkörper durch eine Öffnung in einer die eine Oberfläche des Halbleiterkörpers bedeckenden isolierenden Schicht eindiffundierten pn-Übergang ·ιο gebildet werden, wobei ein erster ohmscher Kontakt zur Diode von einer auf die gegenüberliegende Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgedampften Metallschicht gebildet ist.

Eine derartige Kaltkathoden-Anordnung ist der DT-OS 21 20 579 entnehmbar. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind beispielsweise vier elektronenemittierende Dioden in einem Halbleiterkörper vorgesehen, wobei jede dieser Dioden ein großflächiges, quadratisches Diffusionsfenster umfaßt, in dem ein metallischer Kontaktsockel in Form eines Doppelkammes angeordnet ist. Die Elektronenemission erfolgt bei diesen Dioden sehr großflächig aus allen zwischen dem Kontaktsockel und der Isolationsschicht liegenden Oberflächenbereichen des Halbleiters durch eine dünne Metall-Abdeckschicht hindurch, die die gesamte Fläche des Diffusionsfensters überzieht und an dessen Seitenwänden stumpf anliegt.

V/eitcrhin sind aus der GB-PS 1134 681 und der GB-PS 1198 567 elektronenemittierende Dioden für f>o Kaltkathoden-Anordnungen bekannt, bei denen ein pn-Übergang als Zwischenschicht in einem Halbleiterkörner dadurch erzeugt worden ist, daß auf ein Halbleitersubstrat mit vorgegebener Dotierung eine epitaktische Schicht mit entgegengesetzter Dotierung hs aufgebracht wurde. Aus diesem Halbleiterkörper wird nach der GB-PS 1134 681 ein kreisrundes Stück Beschnitten, in dessen Mitte eine kreisförmige Vertiefung erzeugt wird, «HE zumindest bis zum pn-übergang reicht, so daß dieser die Elektronen emittierende pn-Übergang sowohl längs des gesamten Außenumfanges des eine einzige Diode bildenden Halbleiterkörpers als auch längs des gesamten Innenumfangs der Vertiefung freiliegt. Die elektrische Kontaktierung der so gebildeten Diodenscheibe erfolgt über eine mit der ebenen Rückseite verbundenen Metallplatte und eine ringförmige, die zentrale Elektronen-Austrittsöffnung freilassende, an die Vorderseite angepreßte Blattfeder.

Gemäß der GB-PS 1198 567 ist das die Diode bildende Stück des Halbleiterkörpers quadratisch und weist eine kreisringförmige Nut auf, die ebenfalls bis zum pn-Übergang in die Tiefe reicht und einen inselartigen Bereich der Halbleiteroberfläche umgrenzt. Die elektrischen Anschlüsse der Diode werden von zwei auf der die Ringnut aufweisenden Vorderfläche des Halbleiterkörpers angebrachten Metallelektroden gebildet, von denen die eine auf dem inselartigen Bereich und die andere außerhalb der Ringnut angeordnet ist. Es kommen hier also praktisch zwei in Reihe geschaltete Dioden zur Verwendung, von denen die eine in Durchlaß- und die andere in Sperrichtung betrieben wird. Durch das Anlegen einer geeignet gepolten Spannung wird erreicht, daß die Elektronenemission längs des Innenumfangs der Ringnut stattfindet. Zur Erzielung einer Mehrstrahl-Kathodenanordnung können gemäß der GB-PS 11 98 567 mehrere solche Nuten in einem Halbleiterkörper vorgesehen sein und einzeln angesteuert werden.

Allen diesen Anordnungen ist jedoch gemeinsam, daß die Elektronenemission einer jeden einzelnen Diode über einen relativ großen Flächenbereich hinweg in einen relativ weiten Raumwinkel hinein erfolgt. Hieraus ergeben sich Schwierigkeiten insbesondere dann, wenn mehrere, von verschiedenen Dioden einer solchen Kaltkathoden-Anordnung emittierte Elektronenströme durch ein und dieselbe elektronenoptische Anordnung zu möglichst feinen und/oder genau steuerbaren Elektronenbündeln fokussiert werden sollen. Eine solche Fokussierung ist aber beispielsweise in Speicherröhren oftmals erforderlich, bei denen ein fein fokussiertes erstes Elektronenbündel mit relativ niedrigem Strom zum »Lesen« oder »Schreiben« und ein zweites Elektionenbündel mit relativ hohem Strom zum Löschen Verwendung finden.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kaltkathoden-Anordnung der eingangs beschriebenen Art zur Erzeugung mehrerer Elektronenbündel so auszubilden, daß die einzelnen Bündel mit nur einem elektronenoptischen System fein fokussiert werden und eine unterschiedliche Stromdichte aufweisen können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß sich die den zweiten ohmschen Kontakt zur Diode bildende Metallschicht jeweils über die Kanten und die Seiten der zum Eindiffundieren der betreffenden Diode verwendeten Öffnung in der Isolationsschicht gerade soweit erstreckt, daß sie die Oberfläche des Halbleiterkörpers kontaktiert, daß um eine erste Diode die übrigen Dioden zentralsymmetrisch angeordnet sind und daß die erste Diode unabhängig von den übrigen Dioden ansteuerbar ist.

Durch die erfindungsgemäße, spezielle Ausbildung des auf der Vorderseite des Halbieiterkörpers befindlichen jeweiligen Diodenkontaktes, der als Metallbahn bzw. -fläche auf die Oberfläche der den Halbleiterkörper weitgehend abdeckenden Isolationsschicht aufgebracht ist und der über die Kanten und Seiten der

Diffusionsöffnung der jeweiligen Diode trichterförmig soweit nach unten gezogen ist, daß er die durch Diffusion umdotierte Oberfläche des Halbleiterkörpers gerade kontaktiert, wobei er im Zentrum der Diode einen unbedeckten Bereich freiläßt, wird erreicht, daß die Elektronenemission aus der Diode nur in einen sehr kleinen Raumwinkel hinein stattfindet. Auch ist der Ort der Elektronenemission räumlich-geometrisch sehr genau festgelegt und umgrenzt. In Verbindung mit der zentralsymmetrischen Anordnung einer Diodengruppe um eine einzelne, gesondert ansteuerbare Diode ergibt sich die Möglichkeit, zumindest zwei voneinander unabhängige Elektronenbündel stark unterschiedlicher Intensität zu erzeugen, die sehr genau konzentrisch zur gemeinsamen Achse emittiert werden und sich somit von einer gemeinsamen elektronenop^ischen Anordnung sehr fein fokussieren und steuern lassen.

Eine vorteilhafte Weilerbildung und eine besonders günstige Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Kaltkathoden-Anorclnung sind in den Unteransprüchen 1 und 2 niedergelegt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 eine Aufsicht der Kathode,

F i g. 2 und 3 Schnittansichten entlang Linie A-A bzw. ß-ßinFig.l,

Fig.4 eine Aufsicht einer alternativen Ausfü'-rungsform einer Kathode.

Nach den Fig. 1 bis 3 weist ein Halbleiterkörper 1 eine kontinuierliche Metallschichtelektrode 2 auf, die auf einer von dessen Flächen ausgebildet ist. Auf dessen entgegengesetzten Fläche ist eine Schicht 3 aus Isoliermaterial, beispielsweise Siliciumdioxid, Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid, vorgesehen, die bis auf Öffnungen, wie bei 4, wo Halbleiterdioden ausgebildet sind, kontinuierlich ist. Die Halbleiterdioden werden in an sich bekannter Weise durch Diffusion in Einsatzoder Epitaxie-p-Typ-Bereichen ausgebildet, die in den F i g. 2 und 3 durch die punktierte Linie bei 5 dargestellt sind. Während der Herstellung kann die Isolierschicht 3 als eine Maske während des Dotierungsprozesses benutzt werden.

Nach Fig. 1 sind fünf Dioden vorgesehen. Die erste Diode 6 ist so vorgesehen, daß sie einzeln durch eine metallische Ablagerung 7 auf der Oberfläche der Isolierschicht 3 erregt wird. Die weitere Dioden 8 sind symmetrisch um die erste Diode 6 angeordnet und so vorgesehen, daß sie gleichzeitig durch eine metallische Schicht 9 erregt werden, die ebenfalls auf der isolierschicht 3 vorgesehen ist.

Nach den Fig. 2 und 3 haben die Metallschichten 7 und 9 einen elektrischen Kontakt mit ihren zugeordneten Dioden aufgrund der Tatsache, daß die Metallschicht über die Kanten und an den Seiten der öffnungen 4 herunter ausgebildet ist, um die durch Diffusion hergestellten Bereiche 5 zu berühren. Um die Diode 6 zu betreiben, wird Strom zwischen den Elektroden 2 und 7 hindurchgeführt und ein die Elektronen von der Kathode weg beschleunigendes Feld erzeugt, so daß ein fein fokussiertes Elektronenbündel erzeugt wird, das für Schreibzwecke oder

ίο Lesezwecke geeignet ist.

Um die Dioden 8 zu betreiben, wird ein geeigneter Strom zwischen den Elektroden 2 und 9 hindurchgeuJhrt, der ein Elektronenbündel mit relativ hohem Strom erzeugt, das weniger fokussiert ist als das durch die Diode 6 erzeugte Elektronenbündel, welches jedoch, da die Dioden 8 symmetrisch um die Diode 6 angeordnet sind, den Ablenkfeldern, die auf das durch die Diode 6 erzeugte Bündel einwirken, folgen kann. Ein Anwendungsfall für die mit Bezug auf die Fi g. 1

:?o bis 3 beschriebene Elektronenkanone ist eine Silicium Speicherröhre, in welcher das durch die Diode 6 erzeugte fein fokussierte Bündel zum Lesen und Schreiben benutzt wird, während das durch die Dioden 8 gelieferte Bündel mit relativ hohem Strom zum Löschen

:25 benutzt wird.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der mit Bezug auf die Fig. t bis 3 beschriebenen Elektronenkanone ist eine Direktsicht-Speicherröhrc, in welcher das durch die Dioden 8 gelieferte Bündel mit relativ hohem Strom als

:io ein Flutbündel benutzt wird.

Eine alternative Kathodenanordnung ist in Fig.4 dargestellt, bei der eine zentrale elektronenemittierende Diode 10 elektrisch von vier elektronenemittierenden Dioden 11 getrennt ist, die symmetrisch um die zentrale

3^r) Diode 10 angeordnet sind. Die Dioden 10 und 11 sind auf einem isolierenden Kathodenträger 12 angeordnet. Jede Diode ist mit einem Paar von nicht gezeigten Kontakten vorgesehen, wobei einer jedes Paares die obere Oberfläche eine Diode und der andere jedes Paares die

-ίο untere Oberfläche der Diode berührt. Dadurch kann jede Diode praktisch unabhängig von dcii anderen betrieben werden, obgleich in der Praxis alle vier Dioden 11 zusammen, jedoch unabhängig von der Diode 10, betrieben werden.

Die in F i g. 4 dargestellte Kathodenanordnung eignet sich für Anwendungsfälle, bei denen zwei Kathoden erforderlich sind, die bei verschiedenen Erdpotentialen bzw. Massepotcntialen arbeiten, beispielsweise in einem pyroclektrischen Vidikon und in einem Vidikon, in

W welchem Glanzpunkte bzw. hellste Stellen unterdrückt werden müssen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

i«Rzi Patentansprüche:

1. Kaltkathoden-Anordnung für Elektronenstrahlerzeugersysteme mit mehreren elektronenemittierenden Dioden, die jeweils von einem in einen Halbleiterkörper durch eine Öffnung in einer die eine Oberfläche des Halbleiterkörpers bedeckenden isolierenden Schicht eindiffundierten pn-übergang gebildet werden, wobei ein erster ohmscher Kontakt zur Diode von einer auf die gegenüberliegende Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgedampften Metallschicht gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die den zweiten ohmschen Kontakt zur Diode (6, 8; 10, 1!) bildende Metallschicht (7, 9) jeweils über die Kanten und die Seiten der zum Eindiffundieren der betreffenden Diode (6, 8; 10, 11) verwendeten Öffnung (4) in der Isolationsschicht (3) gerade soweit erstreckt, daß sie die Oberfläche des Halbleiterkörpers (1) kontaktiert, daß um eine erste Diode (6; 10) die übrigen Dioden (8; 11) zentralsymmetrisch angeordnet sind und daß die erste Diode (6; 10) unabhängig von den übrigen Dioden (8; 11) ansteuerbar ist.

2. Kaltkathoden-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung elektronenemittierender Dioden (6, 8; 10, U) eine Vielzahl von hinsichtlich beider ohmscher Kontakte elektrisch getrennter Dioden umfaßt.

3. Verwendung einer Kaltkathoden-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 in einer Elektronenröhre. :io