DE3538175A1

DE3538175A1 - Halbleiteranordnung mit erhoehter stabilitaet

Info

Publication number: DE3538175A1
Application number: DE19853538175
Authority: DE
Inventors: Jan Eindhoven Zwier
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1984-11-21
Filing date: 1985-10-26
Publication date: 1986-05-22
Anticipated expiration: 2005-10-27
Also published as: GB2167900B; JPS61131330A; GB2167900A; SG62691G; DE3538175C2; IT8522878A0; FR2573573B1; CA1249011A; US4890031A; JPH0777116B2; AU585911B2; IT1186201B; HK87191A; FR2573573A1; AU5004785A; GB8528327D0

Description

PHN 11 207 C V 14.10.1985

"Halbleiterkathode mit erhöhter Stabilität"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung zum Erzeugen eines Elektronenstromes mit einer Kathode mit einem Halbleiterkörper, bei dem an einer Hauptoberfläche mindestens eine Gruppe von Gebieten vorhanden ist, die im Betriebszustand zum Emittieren von Elektronen eine praktisch identische Betriebseinstellung bekommen können.

Die Erfindung bezieht sich ausserdem auf eine

Wiedergabe- und auf eine Aufnahmeanordnung· mit einer derartigen Halbleiteranordnung.

Derartige Anordnungen sind aus der niederländischen Offenlegungsschrift Nr. 7905^70 der Anmelderin vom 15. Januar 198Ί bekannt.

Darin ist u.a. eine flache Wiedergabeanordnung beschrieben mit einem Leuchtschirm, der durch Elektronen erregt wird, die von einer Halbleiteranordnung mit Emissionsgebieten herrühren, die in einer XY-Matrix gegliedert sind und bei der, abhängig von der Ansteuerung, von jeweils anderen Gruppen von Emissionsgebieten wechselnde Muster von Elektronenemission und dadurch unterschiedliche Leuchtmuster erzeugt werden.

In dem betreffenden Beispiel werden Halbleiterkathoden verwendet, deren Wirkung auf Lawinenmultiplikation von Elektronen bei dem in der Sperrichtung Vorspannen eines pn-Uberganges basiert ist. Der pn-Ubergang hat an der Stelle der emittierenden Oberfläche eine verringerte Durchbruchspannung und ist dort durch eine η-leitende Schicht einer derartigen Dicke und einer derartigen Dotierung von der Oberfläche getrennt, dass bei der Durchbruchspannung die Verarmungszone sich nicht bis an die Oberfläche erstreckt, sondern durch eine Oberflächenschicht, die dünn genug ist um die erzeugten Elektronen hindurchzulassen, davon getrennt bleibt.

PHN 11 2Ü7C /ί- 1^. 10. 1985

In der genannten Patentanmeldung wird ebenfalls eine Verwendungsmöglichkeit dargestellt, bei der eine derartige Halbleiterkathode in einer Elektronenröhre verwendet wird, wobei die emittierende Oberfläche nahezu ringförmig ist. Bei Verwendung einer derartigen Halbleiterkathode in üblichen Elektronenstrahlröhren wird meistens nicht, wie in dem dort dargestellten Beispiel, von einer virtuellen Quelle ausgegangen, sondern kommen die von der Halbleiterkathode emittierten Elektronen in einem sog. "cross-over¹'

™ zusammen. Die Elektronen bewegen sich dabei übrigens hauptsächlich längs der Oberfläche des erzeugten Strahles, was, wie in der genannten Patentanmeldung beschrieben, elektronenoptisch vorteilhaft sein kann.

Dabei liegt im allgemeinen der gewünschte Elektronenstrom fest, abhängig von dem Typ der Elektronenstrahlröhre, in der die Halbleiterkathode verwendet wird. Elektronenströme (Strahlströme) grosser als 100 /uA können beispielsweise mit Hilfe von Halbleiterkathoden mit einer ringförmigen emittierenden Oberfläche mit einem Durchmesser von über etwa 20yum erzeugt werden. Durch diesen Elektronenstrom im Zusammenhang mit der gesamten emittierenden Oberfläche und dem Wirkungsgrad der Halbleiterkathode liegt dann die Elektronenstromdichte fest.

Diese Elektronenstromdichte kann dabei derart

niedrig werden, dass dadurch in der Praxis Stabilitätsprobleme auftreten. Etwaige Restgase aus dem Vakuumsystem (beispielsweise HpO, COp, Op) werden an der elektronenemittierenden Oberfläche adsorbiert und können dort mit einer mono-atomaren Schicht Cäsium, die meistens auf dieser

Oberfläche angebracht ist um das Austrittspotential der in dem Halbleiterkörper erzeugten Elektronen zu verringern, und mit der Oberfläche des Halbleiterkristalls Interaktionen eingehen. Unter dem Einfluss aus dem Halbleiterkörper heraustretender Elektronen können dabei entstandene

Verbindungen abgebrochen werden und tritt eine Abfuhr adsorbierter Atome auf, (Desorption). Ebenfalls erfolgt eine Abfuhr adsorbierter Atome durch Diffusion aus dem Emissionsgebiet unter dem Einfluss elektrischer Felder

PHN 11 207 C ^- 14.10.1985

. (ο ■

(beispielsweise unter dem Einfluss der Felder, die von dem Einstellstrom erzeugt werden). Damit diese Mechanismen einen ausreichenden Einfluss haben ist es jedoch oft notwendig, die Elektronenstromdichte durch Einstellung des Einstellstromes auf einen höheren Wert als in der Praxis möglich oder erwünscht ist, zu erhöhen.

Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art mit einer erhöhten Stabilität zu schaffen.

Eine erfindungsgemässe Anordnung weist dazu das Kennzeichen auf, dass die Gruppe von Gebieten zwecks der gemeinsamen Betriebseinstellung mindestens zwei für entsprechende Elemente der Gebiete gemeinsame elektrische Anschlüsse aufweist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Stabilität einer Halbleiterkathode mit Hilfe der erfindungsgemässen Masshahme dadurch erhöht wird, dass eine Gruppe geringfügiger Emissionsgebiete homogen über die Oberfläche, die das ursprüngliche Emissionsmuster definiert, verteilt werden kann, wobei die Gesamtoberfläche der Emissionsgebiete wesentlich kleiner ist als die des ursprünglichen Musters. Dies gilt im Prinzip bereits für äusserst kleine Emissionsmuster mit einer Oberfläche von etwa 1 /Um² und auch für ringförmige Muster mit einem Durchmesser von etwa 10 /um bei einer Ringbreite von etwa 0,5/um.

Mit gemeinsamen elektrischen Anschlüssen wird dabei gemeint, dass derartige Massnahmen getroffen worden sind, dass für alle einer Gruppe zugeordneten Gebiete die Einstellung nahezu gleich ist, beispielsweise durch Verwendung gemeinsamer Metallisierungen für entsprechende Halbleiterzonen hochdotierter vergrabener Halbleiterzonen, die alle einer Gruppe zugeordneten Halbleiterzonen desselben Leitungstyps miteinander verbinden. Wenn der Typ von Halbleiterkathode verwendet wird, wie diese in der niederländischen Patentanmeldung Nr. 7905^70 beschrieben worden ist, wobei beispielsweise die Gruppe elektronenemittierender Gebiete ringförmig oder über ein ringförmiges Gebiet homogen verteilt ist, sind dann alle p-leitenden

N it 207c ^r 14.10.1985

Gebiete der pn-Ubergänge über die Metallisierung auf der Unterseite des Halbleiterkörpers elektrisch, leitend verbunden, während die η-leitenden Gebiete über tiefe n-Diffusionen der eigentlichen emittierenden Oberflächen miteinander verbunden sind. Die dort gezeigte Beschleunigungselektrode kann jedoch wieder in mehrere Teile aufgeteilt sein, die auf einzelne Potentiale gebracht werden können. Diese Elektrode kann jedoch auch völlig oder teilweise fortgelassen werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemaSsen Anordnung weist das Kennzeichen auf, dass die Gruppe von Gebieten entsprechend einem ringförmigen Muster gegliedert ist. Eine derartige Ausführungsform ist, wie obenstehend genannt, aus elektronenoptischen Erwägungen ausserst geeignet.

Auch andere Gliederungen der emittierenden Gebiete sind möglich, beispielsweise linienförmige für Wiedergabeanordnungen oder zur Aktivierung von Lasermaterial, wie in den niederländischen Patentanmeldungen Nr. 83OO63I und 8400632 der Anmelderin beschrieben ist.

Durch die genannte Massnahme wird eine hohe örtliche Stromdichte erhalten, die im Grunde zu der gewünschten Stabilität der Kathode führt. Dennoch ist es namentlich bei den genannten Kathoden mit gesperrtem pn-Ubergang erwünscht, dass auch die wirksame Stromdichte möglichst hoch ist. Dies bedeutet u.a., dass der sogenannte Füllfaktor (der Quotient aus der Summe der Oberflächen der emittierenden Gebiete und der Gesamtoberfläche) möglichst hoch sein muss.
Bei diesem Kathodentyp treten bei Erhöhung des Füllfaktors jedoch Stromzuführungsprobleme auf, und zwar wegen des Reihenwiderstandes in dem an die Hauptoberfläche grenzenden η-leitenden Gebiet. Dies führt seinerseits bei hohen Strömen durch Potentialunterschiede zu einer ungleichen Einstellung der pn-Ubergämge in den jeweiligen elektronenemittierenden Gebieten. Ausserdem führt durch den Widerstand in dem η-leitenden Gebiet die Kathode in der Praxis einen relativ niedrigen Diodenstrom (etwa 10-20$,

PHN 11 207 C

des maximal zulässigen Stromes, wie dieser durch den Aufbau der Kathode, namentlich durch den Reihenwiderstand des p-leitenden Gebietes bestimmt).

Ausserdem können etwaige hohe Stromdichten in den η-leitenden Oberflächengebieten zu hohen elektrischen Feldern führen, die Cäsiummigration verursachen können wodurch wieder Unstabilität und Inhomogenität der Emission auftreten kann.

Eine besondere Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass der Halbleiterkörper einen pn-Ubergang zwischen einem an die Hauptoberfläche grenzenden η-leitenden Gebiet und einem p-leitenden Gebiet aufweist, wobei durch Anlegung einer Spannung in der Kehrrichtung an den pn-Ubergang in dem Halbleiterkörper durch Lawinenmultiplizierung Elektronen erzeugt werden, die aus dem Halbleiterkörper heraustreten und wobei der pn-Ubergang wenigstens an der Stelle der elektroneiiemittierenden Gebiete im wesentlichen parallel zu der Hauptoberfläche sich erstreckt und örtlich eine niedrigere Durchbruchspannung als der übrige Teil des pn-Uberganges aufweist, wobei der Teil mit geringerer Durchbruchspannung durch eine η-leitende Schicht mit einer derartigen Dicke und Dotierung, dass bei der Durchbruchspannung die Verarmungszone des pn-Uberganges sich nicht bis an die Oberfläche erstreckt, sondern durch eine Oberflächenschicht davon getrennt bleibt, die dünn genug ist um die erzeugten Elektronen hindurchzulassen, von der Oberfläche getrennt ist und dass das η-leitende Gebiet mit einer Schicht aus einem elektrisch leitenden Material bedeckt ist die das η-leitende Gebiet kontaktiert und an der Stelle der elektronenemittierenden Gebiete mit Offnungen versehen ist.

Damit ist ein Stromweg mit geringem Widerstand parallel zu dem η-leitenden Gebiet geschaffen, so dass •*⁵ eine derartige Kathode ohne die beschriebenen Probleme bei einer hohen wirksamen Stromdichte betrieben werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer derartigen Halbleiteranordnung, mit der ein hoher Füllfaktor erreicht

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• J ·

werden kann, weist das Kennzeichen auf, dass die elektronenemittierenden Gebiete nahezu streifenförmig sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht einer erfindungsgemässen Halbleiteranordnung,

Fig. 2 einen Schnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 das Segment 18 in Fig. 1 in vergrössertem Masstab,

Fig. h eine andere Ausführungsform eines derartigen Segmentes,

Fig. 5» t> und 7 eine Draufsicht anderer Halbleiteranordnungen nach der Erfindung,

Fig. 8 einen Schnitt gemäss der Linie VIII-VIII in Fig. 7,

Fig. 9 eine Draufsicht einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung mit einem hohen Füllfaktor, Fig. 10 einen Schnitt gemäss der Linie X-X in Fig. 9,

Fig. 11 eine Wiedergabeanordnung, hergestellt mit einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung, Fig. 12 eine Aufnahmeanordnung, die eine erfindungsgemässe Halbleiteranordnung aufweist,

Fig. 13 eine Draufsicht einer weiteren Halbleiteranordnung nach der Erfindung.

Die Figuren sind nicht massgerecht, wobei deutlichkeitshalber in den Schnitten, insbesondere die Abmessungen in der Dickenrichtung stark übertrieben sind. Halbleiterzonen desselben Leitungstyps sind im allgemeinen in derselben Richtung schraffiert; in den Figuren sind entsprechende Teile meistens mit denselben Bezugszeichen angegeben. Die Halbleiteranordnung 1 aus den Fig. 1 und 2 weist einen Halbleiterkörper 2 auf, beispielsweise aus Silizium mit einer Anzahl Emissionsgebiete k an einer Hauptoberfläche 3, wobei diese Gebiete in diesem Beispiel entsprechend einem ringförmigen Muster in Fig. 1 durch

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. /ΙΟ.

strichpunktierte Linien 5 gegliedert sind. Die eigentlichen Emissionsgebiete 4 bei'inden sich an der Stelle der Öffnungen 7 in einer Isolierschicht 22 aus beispielsweise Siliziumoxid.

S Die Halbleiteranordnung weist einen pn-Ubergang

zwischen einem p-leitenden Substrat 8 und einer n-leitenden Zone 9> 11 aus einer tiefen η-Zone Q und einer untiefen Zone 11 auf. An der Stelle der Emissionsgebiete k befindet sich der pn-Ubergang zwischen einem implantierten p-leitenden Gebiet 10 und der untiefen Zone, die dort eine derartige Dicke und Dotierung hat, dass bei der Durchbruchspannung des pn-Uberganges 6 die Verarmungszone des pn-Uberganges sich nicht bis an die Oberfläche erstreckt, jedoch durch eine Oberflächenschicht, die dünn genug ist um die infolge des Durchbruches erzeugten Elektronen hindurchzulassen, davon getrennt bleibt. Durch das hochdotierte p-leitend-e Gebiet 10 hat der pn-Ubergang innerhalb der Offnungen 7 eine niedrigere Durchbruchspannung, so dass die Elektronenemission nahezu nur in den Gebieten 4 an der Stelle der Offnungen 7 erfolgt. Weiterhin ist die Anordnung noch mit einer Elektrode 12 versehen. Dies ist in diesem Beispiel in zwei Teilelektroden 12a und 12b aufgeteilt, so dass die erzeugten Elektronen abgelenkt werden können. Die Elektrode 12 braucht jedoch nicht immer vorhanden zu sein. Zum Kontaktieren der η-leitenden Zone 9 ist ein Kontaktloch 1 4 in der Oxidschicht 22 vorgesehen und zwar zwecks einer Kontaktmetallisierung 13» während auf der Unterseite das Substrat 8 über eine hochdotierte p-leitende Zone 15 und eine Kontaktmetallisierung 16 angeschlossen werden kann. Innerhalb der Offnungen 7 ist auf der Oberfläche 3 eine Monoschicht aus Cäsium vorgesehen um das Austrittspotential der Elektronen zu verringern.

Für eine nähere Beschreibung der Struktur, der Wirkungsweise und der Art der Herstellung der Halbleiteranordnung nach den Fig. 1 und 2 sei auf die genannte niederländische Patentanmeldung Nr. 7905470 verwiesen. In einem darin dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein ringförmiges Emissionsmuster mit Hilfe einer ringförmigen

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- M-

Öffnung in dem auf der Oberflächen liegenden Oxid erhalten, in dem der Durchbruch des pn-Uberganges gegenüber anderen Stellen verringert ist. Ein derartiges ringförmiges Muster ist in Fig. 1 durch strichpunktierte Linien 5 angegeben. ° Der dadurch definierte ringförmige Streifen hat eine Streifenbreite von etwa 3/^um während der Ring einen Durchmesser von etwa 200 /um aufweist.

Nach der Erfindung weist die Anordnung kein ringförmiges emittierendes Gebiet auf sondern eine Anzahl (etwa 25) einzelner Emissionsgebiete 4, die in einem Ring mit einem Durchmesser von 200 /um gegliedert sind. Die einzelnen Emissionsgebiete 4 sind vorzugsweise kreisförmig mit einem Durchmesser von etwa 2 /um . Die gesamte emittierende Oberfläche ist damit von etwa 1800 ( /um² ) auf etwa 80 ( /um² ) verringert.

Bei einem gleichbleibenden Gesamtemissionsstrom

ist nun die Emissionsstromdichte viel grosser. Eine derartige erhöhte Emissionsstromdichte trägt zu einer schnelleren Desorption an der Cäsiumschicht 17 adsorbierter Ione, Atome und Moleküle (H₂O, CO₂, O₂) bei. Gleichzeitig ist durch die geringeren Abmessungen der Emissionsgebiete 4 die Stromdichte durch die η-leitenden Gebiete 6, 11 grosser. Die damit einhergehenden höheren elektrischen Felder beschleunigen eine etwaige Diffusion adsorbierter Ionen aus dem Emissionsgebiet 4. Die Stabilität der Elektronenemission wird damit daher wesentlich erhöht.

Fig. 3 zeigt in Draufsicht das Segment 18 aus Fig. 1, wobei nur die Emissionsgebiete 4 und das durch die strichpunktierten Linien 5 angegebene Gebiet dargestellt werden.

Fig. 4 zeigt ein ähnliches Segment 18, wobei für die Emissionsgebiete 4 ein Durchmesser von etwa 1 /um gewählt ist. Bei ein und demselben Emissionsstrom nimmt die Anzahl Emissionsgebiete umgekehrt proportional zu dem 'Durchmesser der Emissionsgebiete zu. Bei einem gleichbleibenden Muster 5 mit einem Durchmesser von etwa 200 /um enthält die Anordnung mit derartigen kleinen Emissionsgebieten etwa 50 Emissionsgebiete 4.

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Im allgemeinen ist der Gewinn an Örtlicher Stromdichte grosser, je nachdem der Durchmesser der Emissionsgebiete 4 kleiner ist; dieser Durchmesser liegt vorzugsweise zwischen 10 nm und 10 /um.

Die Emissionsmuster 4 können dabei auch einheitlich über ein ringförmiges Muster verteilt sein, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, worin ein Segment dargestellt ist von einem derartigen Muster mit einer Breite des Gebietes 5 von etwa 5/Um und mit einem Durchmesser der Emissionsgebiete 4 von etwa 1 /um.

Andererseits kann die Stabilität einer Halbleiterkathode dadurch erhöht werden, dass auf ähnliche Weise, wie obenstehend für ein ringförmiges Muster beschrieben, die gesamt emittierende Oberfläche dadurch verringert wird, dass eine Anzahl kleinerer Emissionsgebiete einheitlich über diese Oberfläche verteilt wird.

Fig.. 6 zeigt, wie beispielsweise ein Gebiet 5 mit einem ursprünglichen Durchmesser von etwa 1,5/^um in 3 Emissionsgebiete 4 mit einem Durchmesser von etwa 0,5 /um aufgeteilt werden kann. Eine derartige Aufteilung eignet sich insbesondere für Muster mit einem Durchmesser des Gebietes 5> der kleiner ist als etwa 10 /um. Für grössere Durchmesser (10-100 /Um) kann oft auf vorteilhafte Weise eine Anordnung ähnlich wie die aus Fig. 5 gewählt werden.

2$ Eine Anordnung nach der Erfindung, bei der diese Massnahme auf ein quadratisches Emissionsgebiet, bezeichnet durch die strichpunktierte Linie 5> angewandt wurde, wird in den Fig. 7> 8 dargestellt. Die Bezugszeichen haben dabei dieselbe Bedeutung wie in Fig. 1, 2, wobei bemerkt sei , dass die Elektrode 12 nur auf schematische Weise angegeben ist, womit abermals bemerkt sein will, dass' diese nicht unbedingterweise immer vorhanden zu sein braucht.

Die Emissionsgebiete 4 können statt kreisförmig auch längs linienförmiger Muster gegliedert sein, bei-

spielsweise für Wiedergabeanwendungen oder für Anwendungen, wie diese in der niederländischen Patentanmeldung Nr.8300631 und 8400632 beschrieben worden sind.

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■ Ki-

Die Halbleiteranordnung, 1 aus den Fig. 9 und •weist einen Halbleiterkörper 2 auf, beispielsweise aus Silizium, wobei auf einer Hauptoberfläche 3 eine Anzahl Emissionsgebiete vorgesehen sind, die in diesem Beispiel streifenförmig sind und innerhalb eines kreisförmigen Musters, das in Fig. 9 durch die strichpunktierte Linie angegeben ist, liegen. Die Emissionsgebiete befinden sich an der Stelle der Offnungen 7 in einer Schicht 13 aus leitendem Material, wie beispielsweise Tantal.

Die Halbleiteranordnung weist einen pn-Ubergang zwischen einem p-leitenden Substrat 8 und einer n-leitenden Zone 9> 11 auf, die aus einer tiefen η-leitenden Zone 9 und einer untiefen Zone 11 besteht. An der Stelle der Emissionsgebiete befindet sich der pn-Ubergang zwischen einem implantierten p-leitenden Gebiet 10 und der untiefen Zone, die dort eine derartige Dicke und Dotierung hat, dass bei Durchbruchspannung des pn-Uberganges 6 die Verarmungszone des pn-Uberganges sich nicht bis an die Oberfläche erstreckt, sondern durch eine Oberflächenschicht, die dünn genug ist um die durch den Durchbruch erzeugten Elektronen hindurchzulassen, getrennt bleibt. Durch das hochdotierte p-leitende Gebiet 10 hat der pn-Ubergang innerhalb der Öffnung 7 eine geringere Durchbruchspannung, so dass die Elektronenemission nahezu nur in den Gebieten an der Stelle der Offnungen 7 erfolgt.

Innerhalb der Offnungen 7 ist auf der Oberfläche eine Monoschicht aus austrittspotentialverringerndem Material T7> wie beispielsweise Cäsium, vorgesehen.

In dieser Ausführungsform wird die n-leitende Zone 9> 11 mittels der leitenden Schicht 13 über ein Kontaktloch Ik in einer isolierenden Schicht 22, die die Oberfläche 3 ausserhalb der η-leitenden Zone 9» 11 bedeckt, kontaktiert. Dadurch, dass die Stromzufuhr nun hauptsächlich über die Schicht 13 erfolgt, kann die wirksame Stromdichte wesentlich erhöht werden. Auch bleiben die Potentialunterschiede in der Schicht 13 klein, so dass keine Nebenerscheinungen infolge von hohen Feldstärken, wie beispielsweise Cäsiumtransport, auftreten.

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C fa

Auf der Unterseite kann das Substrat 8 über eine hochdotierte p-leitende Zone 15 und eine Kontaktmetallisierung 16 angeschlossen werden.

Die streifenförmigen Offnungen 7 in Fig. 9 haben eine Breite von etwa 1 /um und liegen in einem gegenseitigen Abstand von etwa 1 /um. Bei der Konfiguration nach Fig. 9 kann dabei ein Füllfaktor von etwa 50$ erreicht werden. Für die leitende Schicht 13 wird vorzugsweise ein Material gewählt, das nicht oder kaum in dem Silizium diffundiert, wie beispielsweise Tantal.

Die Anordnung nach den Fig. 9 und 10 kann auf einfache Weise, beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass zunächst durch Ionenimplantation die n-leitenden Zonen 9> 30 vorgesehen werden.

Danach wird dann das Metallmuster 13 vorgesehen, beispielsweise mit einer "lift-off" Technik. Mit dem auf diese Weise erhaltenen Metallmuster als Maske werden dann an der Stelle der Offnungen 7 durch Ionenimplantation die p-leitenden Zonen 10 vorgesehen, wodurch an dieser Stelle

2Q die Durchbruchspannung des pn-Uberganges 6 verringert wird. Für eine nähere Beschreibung der Struktur und der Wirkungsweise der Halbleiteranordnung der Fig. 1 und 2 sei auf die genannte niederländische Patentanmeldung Nr. 7905^70 verwiesen .

Die Offnungen 7 können statt streifenförmig auch zylinderförmig gewählt werden, wobei dann die emittierenden Gebiete nahezu homogen über die Gesamtoberfläche verteilt werden. Eine weitere Verringerung der Breite der Offnungen und damit der elektronenemittierenden Gebiete erhöht die Kathodenstabilität.

Fig. 11 zeigt auf schematische Weise schaubildlich eine Ansicht einer flachen Wiedergabeanordnung, die ausser dem Halbleiterkörper 2 einen Leuchtschirm 23 aufweist, der durch den von dem Halbleiterkörper herrührenden Elektronenstrom 19 erregt wird. Der Abstand zwischen dem Halbleiterkörper und dem Leuchtschirm beträgt beispielsweise 5 mm, während der Raum, in dem sie sich befinden, evakuiert ist. Zwischen dem Halbleiterkörper 2 und dem

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Schirm 3 wird eine Spannung in der Grössenordnung von 5 bis TO kV über die Spannungsquelle lh angelegt, was eine derart hohe Feldstärke zwischen dem Schirm und der Anordnung verursacht, dass das Bild einer Kathode derselben Grössenordnung ist wie diese Kathode.

Die .Emissionsgebiete k sind auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers entsprechend linienförmiger Muster 5 gegliedert, die mit Hilfe nötigenfalls auch in dem Halbleiterkörper 2 integrierter nicht dargestellter Hilfselektronik erregt werden.

Dabei werden jeweils eine oder mehrere Gruppen, die entsprechend linienfÖrmigen Mustern emittieren, auf entsprechende Veise angesteuert, so dass in dem betreffenden Beispiel abhängig von der Ansteuerung am Schirm 22 Charaktere dargestellt werden.

In Fig. 12 ist auf schematische Weise eine Elektronenstrahlröhre dargestellt, beispielsweise eine Aufnahmeröhre mit einer hermetisch abgeschlossenen Vakuumröhre 20, die trichterförmig endet, wobei die Endwand auf der Innenseite mit einem Leuchtschirm 21 bedeckt ist. Die Röhre weist weiterhin Fokussierungselektroden 25, 26 und die Ablenkelektroden 27, 28 auf. Der Elektronenstrahl 19 wird in einer oder mehreren Kathoden, wie obenstehend beschrieben, erzeugt, wobei sich die Kathoden in einem Halbleiterkörper 2 befinden, der auf einer Halterung 29 angeordnet ist. Elektrische Anschlüsse der Halbleiteranordnung werden über Durchführungen 30 hinausgeführt.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die dargestellten Beispiele, sondern im Rahmen der Erfindung sind für den Fachmann mehrere Ausführungsformen möglich.

So können in den Emissionsgebieten entsprechend völlig anderer Prinzipien Elektronen erzeugt werden als durch Lawinenmultiplikation. Dabei lässt sich an das Prinzip einer NEA-Kathode oder an die Prinzipien denken, auf denen die Kathoden gründen, wie diese in der britischen Patentanmeldung Nr. 81335OI und 8133502 beschrieben sind.

Ausserdem brauchen die Emissionsgebiete nicht

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• /t(o-

immer kreisrund oder quadratisch gewählt zu werden, sondern können mehrere andere Formen aufweisen, beispielsweise rechtwinklig oder ellipsenförmig, was namentlich in der Anordnung nach Fig. 1, 2 aus elektronenoptischem Gesichtspunkt günstig ist.

Abhängig von den Möglichkeiten der Halbleitertechnologie wird man die Durchmesser der Emissionsgebiete kleiner wählen als die in dem Beispiel nach Fig. 6 genannte 0,5/um. Einerseits kann das Gebiet 5 dann in mehrere Emissionsgebiete 4 aufgeteilt werden, während andererseits bei gleichbleibender Anzahl ein kleinerer Durchmesser für das Gebiet 5 gewählt werden kann.

Auf dieselbe Art und Weise wie das kreisrunde Muster nach Fig. 6 in bestimmten Fällen mit Vorteil durch ein kreisförmiges Muster erzetzt werden kann, können die streifenförmigen Muster nach Fig. 7 durch rechtwinklige Muster ersetzt werden, wie dies in Fig. 13 dargestellt ist.

Auch können in der Anordnung nach Fig. 8 die emittierenden Gebiete 4 durch eine einheitliche n-Schicht erhalten werden, die sich an eine Kontaktdiffusion 9 anschliesst, wobei örtlich beispielsweise durch eine Borimplantation innerhalb der Offnungen 7 eine verringerte Durchbruchsspannung erhalten worden ist.

Claims

ρηλ ' 1 :.·)7 c 14.10. 1985

PRUtHl

'♦ Ha ' Ι-.11 i 11 i anu! dmm /um Erzeugen eines Elektronen- - ■ τ:. .- i. ' < rit'i Kathode mit einem Halbleiterkörper, bei 'ie¹! 't! iiti -iaup t obt-r flächt mindestens eine Gruppe von G<r-l jt-st-.· voriiandtj] ii-t, die m dem Betriebszustand zum - Lm: ¹Mf >n von Elektronen eine praktisch, identische Be-

Uitlffc ii^tellung bekommen können, dadurch gekennzeichnet, la— die Gruppe von Gebieten zwecks der gemeinsamen Beil t^! st iisUllung mindestens· zwei für entsprechende Elemente ■ι- btbi te gemeinsame elekti ische Anschlüsse aufweist. - . Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch fei· nnzeichnet, dass die Gruppe von Gebieten über einen Tt !ei Haup^.oberfläche nahezu homogen verteilt ist. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, i< h ekennzeiclinet, dass die Gruppe von Gebieten ent- -■ i- chend einem ringförmigen Muster gegliedert ist. 4. Halbleiteranordnung nach einem der vorstehenden Absprü h- , dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper mehrere Gruppen von Gebieten aufweist, die einzeln

• Ii tellbai sind.
-0 . Halbleiteranordnung nach einem der vorstehenden Air-".-ü : ■ , dadurch gekennzeichnet, dass die Gebiete eine Oberfl äi '-.e von höclastens 100 (/um²) aufweisen. (-. Halbleiteranordnung nach einem der vorstehenden An>piüc3.e, dadurch gekennzeichnet, dass der'Iialbleiter-"' "n-er einen pn-Ubtigang zwischen einen" an die Hauptoberiache grenzenden n-leitenden Gebiet und einem p-leitenden ' ebiet aufweist, wobei dadurch, dass eine Spannung in der Keiirrichtung an den pn-Ubergang in dem Halbleiterkörper angelegt wird, durch Lawinenmultiplikation Elektronen erzeugt werden, ά\·.-' aus dem Halbleiterkörper heraustreten und wobei die Oberliä'lie mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen ist, in der mehrere Offnungen vorgesehen sind und der pn-Ubergang wenigstens innerhalb der Öffnung

BAD ORIGINAL

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im wesentlichen sich parallel zu der HauptoberJ'läclie erstreckt und örtlich eine niedrigere Durclibruchspanimng als der übrige Teil des pn-Ubergangs aufweist, wobei der Teil mit der geringeren Durchbruchspannung durch eine

§ η-leitende Schicht mit einer derartige Dicke und einer derartigen Dotierung, dass bei der Durchbruchspannung die Erschöpfungszone des pn-Ubergangs sich nicht bis an die Oberfläche erstreckt, sondern durch eine Oberflächenschicht, die ausreichend dünn ist um die erzeugten Elektronen hindurchzulassen, von der Oberfläche getrennt bleibt.

7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einem Teil der isolierenden Schicht mindestens eine Elektrode vorgesehen ist.

8. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche

1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper einen pn-übergang zwischen einem an. die Hauptoberfläche grenzenden η-leitenden Gebiet und einem p-leitenden Gebiet aufweist, wobei durch Anlegen einer Spannung in der Kehrrichtung an den pn-Ubergang in dem Halbleiterkörper durch Lawinenmultiplizierung Elektronen erzeugt werden, die aus dem Halbleiterkörper heraustreten und wobei der pn-Ubergang wenigstens an der Stelle der elektronenemittierenden Gebiete im wesentlichen parallel zu der Hauptoberfläche sich erstreckt und örtlich eine niedrigere Durchbruchspannung, als der übrige Teil des pn-Ubergangs aufweist, wobei der Teil mit der geringeren Durchbruchspannung durch eine n-tleitende Schicht mit einer derartigen Dicke und Dotierung, dass bei der Durchbruchspannung die Verarmungszone des pn-Ubergangs sich nicht bis an die Oberfläche erstreckt, sondern durch eine Oberflächenschicht davon getrennt bleibt, die dünn genug ist um die erzeugten Elektronen hindurchzulassen, von der Oberfläche getrennt ist und wobei das η-leitende Gebiet mit einer Schicht aus elektrisch leitendem Material bedeckt ist, die das η-leitende Gebiet kontaktiert und an der Stelle der elektronenemittierenden Gebiete mit Offnungen versehen ist. 9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronenemittierenden Gebiete

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nahezu streifenföriüig sind.

10. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8 oder 9 > dadurch gekennzeichnet, dass die elektronenemittierenden Gebiete über ein nahezu kreisförmiges Oberflächengebiet verteilt sind.

11. Halbleiteranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptoberfläche an der Stelle der elektronenemittierenden Gebiete mit einer Schicht elektronenaustrittspotentialverringernden Materials bedeckt ist.

12. Aufnahmeröhre mit Mitteln um einen Elektronenstrahl zu steuern, wobei dieser Elektronenstrahl ein Ladungsbild abtastet, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenstrahl mit einer Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 erzeugt wird.

13· Wiedergabeanordnung mit Mitteln um einen Elektronenstrahl zu steuern, wobei dieser Elektronenstrahl eine Abbildung herbeiführt, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektronenstrahl mit Hilfe einer Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 erzeugt wird.

14. Wiedergabeanordnung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, dass diese Wiedergabeanordnung einen Leuchtschirm aufweist, der sich in Vakuum in einem Abstand von einigen Millimetern von der Halbleiteranordnung befindet und der Schirm durch den von der Halbleiteranordnung herrührenden Elektronenstrahl angeregt wird.

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