DE3606489A1

DE3606489A1 - Vorrichtung mit einer halbleiterkathode

Info

Publication number: DE3606489A1
Application number: DE19863606489
Authority: DE
Inventors: Johannes Hermannus Antonius Almelo Vasterink; Jan Eindhoven Zwier
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1985-03-04
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1986-09-04
Also published as: US4717855A; GB8605021D0; FR2578356B1; SG88390G; JPS61203547A; IT1190061B; GB2172741A; NL8500596A; IT8619575A1; FR2578356A1; GB2172741B; IT8619575A0

Description

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"Vorrichtung mit einer Halbleiterkathode".

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem evakuierten oder mit einem inerten Schutzgas gefüllten Raum und mit einer Halbleiteranordnung zum Erzeugen eines Elektronenstroms mit einer ersten Kathode, mit einem HaIbleiterkörper mit zumindest einem Gebiet an einer Hauptoberfläche, das im Betriebszustand Elektronen emittiert.

Daneben bezieht sich die Erfindung auf Halbleiteranordnungen für Verwendung in einer derartigen Vorrichtung. Iy Eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art ist

aus der am 15· Januar 1981 offengelegten niederländischen Patentanmeldung 7905^70 der Anmelderin bekannt. Darin wird eine Kaltkathode dargestellt, deren Wirkung auf Lawinenvervielfachung von Elektronen bei dem Vorspannen eines pn-Übergangs in der Sperrichtung basiert ist. Der pn-Übergang besitzt an der Stelle der emittierenden Oberfläche eine reduzierte Durchschlagspannung und ist dort von der Oberfläche durch eine Leitschicht vom η-Typ mit einer derartigen Dicke und Dotierungskonzentration getrennt, dass bei der Durchschlagspannung die Erschöpfungszone sich nicht bis zur Oberfläche erstreckt, sondern davon durch eine Oberflächenschicht getrennt bleibt, die dünn genug ist, um die erzeugten Elektronen durchzulassen.

Zum Reduzieren des Austrittspotentials für die im Halbleiterkörper erzeugten Elektronen ist die emittierende Oberfläche üblicherweise mit einem das Austrittspotential reduzierenden Material bedeckt, wie z.B. Zäsium oder Barium.

Derartigen Kathoden werden durchweg in Vakuumröhren für Aufnahme- oder ¥iedergabezwecke benutzt, können aber auch in Geräten für Augerspektroskopie, für Elektronenmikroskopie und für Elektronenlithographie verwendet werden. Neben den genannten gesperrten Flächenkathoden sind mehrere andere Halbleiterkathodenarten möglich, vie

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z.B. ΝΕΑ-Kathoden und Feldemitter.

Die Kathoden oder Halbleiteranordnungen, in die diese Kathoden aufgenommen sind, werden nach ihrer Herstellung beispielsweise in Elektronenstrahlröhren oder in andersartigen Vakuumräumen angebracht. Obgleich dieser Vorgang äusserst sorgfältig durchgeführt wird, kann dennoch beispielsweise während des Transports eine geringe Oxydierung der emittierenden Oberfläche auftreten. Auch kann nach der Montage einer derartigen Kathode die Konzentration von Sauerstoffatomen an der emittierenden Oberfläche dieser Kathode noch durch Wechselwirkungen der Oberflächenschicht mit Restgasen aus dem Vakuumsystem ansteigen. Sauerstoffatome in gebundener Form oder auch an der emittierenden Oberfläche absorbiert führen zu einem starken Abfall der Emissionsausbeute.

Ω Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Vorrichtung zu schaffen, in der ein derartiger Abfall in der Ausbeute ganz oder teilweise beseitigbar ist.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass sie eine zweite Elektronenquelle zum Erzeugen von Elektronen enthält, die die Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers zumindest an der Stelle des elektronenemittierenden Gebiets treffen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Oberflächenkonzentration von Sauerstoffatomen an der Elektronen emittierenden Oberfläche möglicherweise in gebundener Form wesentlich herabsetzbar ist, indem diese Oberfläche mit Elektronen beschossen wird. Abhängig von der Beschussdauer, von der Energie und von der Dichte der für den Beschuss benutzten Elektronen sind in mit Zäsium bedeckten Emittern mit gesperrtem pn-Ubergang Ausbeuteverbesserungen bis zu einem Faktor 50 verwirklicht.

Der genannte Beschuss kann nach der Montage der Kathode im evakuiertem Raum erfolgen, um einen möglichen Abfall der Ausbeute während des Transports oder bei der Montage zu beseitigen. Auch kann eine Kathode, die im Gebrauch einen Abfall der Ausbeute aufweist, beispielsweise durch Adsorption von in den Restgasen des Vakuumsystems

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vorhandenen Sauerstoffatomen mittels eines derartigen Beschüsses gleichsam regeneriert werden.

Der für diesen Beschuss erzeugte Elektronenstrahl kann mit allgemein üblichen Fokussierungs- und Steuermitteln auf die zu regenerierende Kathode gerichtet werden. Vorzugsweise sind diese Steuermittel derart einstellbar, dass sie die von der zweiten Elektronenquelle erzeugten Elektronen in einem Strahl konzentrieren können, der hauptsächlich das elektronenemittierende Gebiet trifft.

Als zweite Quelle kann grundsätzlich eine herkömmliche Elektronenquelle gewählt werden, wie beispielsweise eine thermische Kathode mit Barium oder Strontium als Kathodenmaterial. Dabei können jedoch wahrend der Verwendung Kohlensauerstoffverbindungen (CO, CO₂) und Kohlen-

^₅ wasserstoffverbindungen entweichen, deren Restprodukte sich an der elektronenemittierenden Oberfläche haften oder Verbindungen mit der monomolekularen Zäsiumschicht bilden können, wodurch ein Abfall der Ausbeute der Halbleiterkathode veranlasst wird.

2Q Deswegen ist die erfindungsgemässe Vorrichtung

für die zweite Elektronenquelle vorzugsweise mit einer Halbleiteranordnung mit einer zweiten Kathode versehen, die einen Halbleiterkörper mit zumindest einem Gebiet an einer Hauptoberfläche enthält, das im Betriebszustand Elektronen emittiert.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kathode und die zweite Kathode mit ihren Hauptoberflächen einander zugewandt sind und der Halbleiterkörper, in dem

O₀ die zweite Kathode verwirklicht ist, mit einer Öffnung versehen ist, durch die die von der ersten Kathode erzeugten Elektroden treten.

Obgleich der Emissionsausbeute der zweiten Kathode weniger strenge Anforderungen hinsichtlich des absoluten Wertes und dem zeitlichen Gleichbleiben gestellt werden, kann diese zweite Kathode erforderlichenfalls wieder mit Elektronen aus der ersten Kathode zum Wiederherstellen der Emissionsausbeute beschossen werden. Dazu kann die

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erste Kathode nach Bedarf mit einem insbesondere dazu bestimmten emittierenden Gebiet erweitert werden, das getrennt einschaltbar ist oder unter anderen Betriebsbedingungen emittiert, beispielsweise in dem bei einer gesperrten pn-Kathode dem zugeordneten pn-Ubergang eine höhere Durchschlagspannung gegeben wird.

Auch ist es möglich, die beiden Kathoden in nur einem Halbleiterkörper zu verwirklichen, der wieder auf übliche Weise in einer Elektronenstrahlröhre angebracht werden kann. In diesem Fall kann eine Ionenfalle entsprechend der Beschreibung in der nicht vorveröffentlichten niederländischen Patentanmeldung 8403537 der Anmelderin verwendet werden.

Schliesslich kann für eine bessere Stabilität die Emission mit einer Anzahl nach einem bestimmten Muster geordneter kleiner Emissionsgebiete erzeugt werden, wie sie in der nicht vorveröffentlichten niederländischen Patentanmeldung 8403538 der Anmelderin beschrieben ist. IJ Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach-

stehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Teil im Querschnitt und zum Teil in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 schematisch eine Draufsicht auf eine zweite Kathode für Verwendung in einer derartigen Vorrichtung,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 schematisch eine andere Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 5 schematisch eine Draufsicht auf eine Halbleiteranordnung mit der erste und der zweite Kathode, und Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5» und

Fig. 7 und 8 Potentiallinien und Elektronenströme bei der Anwendung einer derartigen Halbleiteranordnung in einer erfindungsgemässen Vorrichtung.

Die Figuren sind nicht massstabgerecht, wobei der

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Deutlichkeit halber in den Querschnitten insbesondere die Abmessungen in der Dickenrichtung stark übertrieben wurden. Halbleiterzonen vom gleichen Leitfähigkeitstyp sind im allgemeinen in der gleichen Richtung schraffiert; in den Figuren sind entsprechende Teile in der Regel mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

In Fig. 1 ist teilweise im Querschnitt und teilweise in perspektivischer Darstellung eine Vorrichtung 1 nach der Erfindung und in diesem Beispiel eine evakuierte Elektronenstrahlröhre 2 dargestellt. Sie enthält zum Erzeugen eines Elektronenstroms 3 eine erste Kathode 20, die in diesem Beispiel von einem Halbleiterkörper 21 mit einem Gebiet 23 an einer Hauptoberfläche 22 gebildet ist, das im Betriebszustand Elektronen emittiert. Die Kathode 20 ist dabei auf einer Endwand 4 der Elektronenstrahlröhre 2 angebracht, und diese Endwand ist mit Durchführungen 5 zum Anschliessen der Kathode 20 und sonstiger Elemente im evakuierten Raum, wie z.B. Beschieunigungsgitter, Ablenkplatten usw. mit Hilfe von Drahtverbindungen 6 versehen.

Erfindungsgemäss enthält die Vorrichtung auch eine zweite Elektronenquelle 7» in diesem Beispiel gleichfalls eine Halbleiterkathode, zum Erzeugen eines zweiten Elektronenstroms 8, der die Hauptoberfläche 22 der ersten Halbleiterkathode 20 an der Stelle des elektronenemittierenden Gebiets 23 trifft. Ein Gitter 9, das beispielsweise schon dazu vorhanden ist, den Elektronenstrom 3 zu beschleunigen oder zu fokussieren, kann derart elektrisch vorgespannt werden, dass der Strahl 8 derart gesteuert und fokussiert wird, dass er im wesentlichen das elektronenemittxerende Gebiet 23 trifft.

Die Halbleiterkathode 4θ enthält einen Halbleiterkörper 41 mit einer Öffnung 42 zum Durchlassen des Elektronenstroms 3 vmd ist mit einem elektronenemittierenden Gebiet 43 versehen, das in diesem Beispiel kreisförmig

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ist und die Öffnung 42 nahezu vollständig umschliesst. Im vorliegenden Beispiel sind die Kathoden, die weiter unten näher erläutert werden, vom gesperrten pn-Ubergangstyp gemäss der Beschreibung in der bereits früher genannten

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niederländischen Patentanmeldung 7905470. Das elektronenemittierende Gebiet 43 befindet sich an einer Hauptoberfläche 44 des Halbleiterkörpers 4i, die der Endwand 4 der Elektronenstrahlröhre 2 zugewandt ist. Diese Hauptfläche 44 ist im vorliegenden Beispiel mit einer elektrisch isolierenden Schicht 45 bedeckt, die die elektronenemittierenden Gebiete 43 freilässt und auf der eine Beschleunigungselektrode 46 angebracht ist, Die Öffnung 42 befindet sich gegenüber dem elektronenemittierenden Gebiet 23» wenn in der Projektion senkrecht zur Oberfläche 44 gesehen.

Wie bereits in der niederländischen Patentanmeldung 8403537 näher beschrieben wurde, kann das elektronenemittierende Gebiet 23 der ersten Kathode 20 derart gewählt werden, dass die Elektronenemission nach einem ringförmigen Muster erfolgt, wobei die Kathode, ein erstes Gitter und ein Schirmgitter eine positive Elektronenlinse bilden. Durch geeignete Wahl der Formgebung und Abmessung des Schirmgitters bzw. des elektronenemittierenden Gebiets 23 (z.B. kreisförmig) kann jetzt erreicht werden, dass das Emissionsgebiet 23 nur durch positive Ionen getroffen wird, die in einem kleinen Gebiet zwischen der Kathode 3 und einem ersten Gitter, beispielsweise dem Steuergitter 9, erzeugt werden. Diese Ionen besitzen eine verhältnismässig geringe Energie, so dass das Emissionsverhalten durch das mögliche Zerstäuben positiver Ionen aus Kathodenmaterial, wie z.B. einer aufgedampften Schicht 59 aus Zäsium, kaum beeinflusst wird. Hierbei kann unter bestimmten Bedingungen die zweite Kathode 40 als Schirmgitter dienen; es kann beispielsweise an der Unterseite (d.h. an der von der Hauptfläche 44 abgewandten Seite) metallisiert sein. Auch kann, wenn der von der Kathode 20 erzeugte Elektronenstrom zwischen der Kathode 40 und der (nicht dargestellten) zweite Endwand ein Bündelknoten bildet, an der Stelle dieses Bündelknotens ein zusätzliche Schirmgitter 10 angebracht werden.

Im normalen Verwendungszustand ist die Einstellung der Kathoden 20 derart, dass das elektronenemittierende Gebiet 23 Elektronen erzeugt, die einen Elektronen-

AO

strom 3 auslösen. Möglicherweise in der Elektronenstrahlröhre 2 zurückgebliebene oder während der Verwendung freigemachte Sauerstoffreste (Moleküle, Atome oder Ionen) können sich dort allmählich an der Oberfläche 22 haften oder damit eine Reaktion eingehen. Eine leichte Oxydierung kann möglicherweise vor oder während der Montage der Halbleiterkathode 20 erfolgen. Die möglicherweise chemisch gebundenen Sauerstoffmoleküle, Sauerstoffatome oder Sauerstoff ionen verursachen einen Abfall in der Ausbeute.

Um diesen Abfall der Ausbeute vollständig oder teilweise zu beseitigen, kann die Oberfläche 22 an der Stelle des elektronenemittierenden Gebiets 23 mit Elektronen von der Kathode 4o beschossen werden. Die Halbleiter kathode 4o wird dabei derart vorgespannt, dass ein Elektronenstrahl 8 erhalten wird. Die auf der Oberfläche 22 vorhandenen Sauerstoffatome oder Säuerstoffmoleküle werden mit Hilfe des Elektronenbeschusses entfernt und die Ausbeute der Halbleiterkathode 20 wird in Abhängigkeit von der Beschussintensität innerhalb einer annehmbaren Zeitdauer (y bis 2 Stunden) wieder auf den ursprünglichen Wert zurückgebracht (Regenerierung) oder sogar (in bezug auf den Anfangswert) um etwa den Faktor 50 verbessert.

Die Halbleiteranordnung 4θ nach Fig. 2 und 3 enthält einen Halbleiterkörper 41 aus Silizium mit einer Anzahl von Emissionsgebieten 43 an einer Hauptoberfläche Diese Gebiete sind in diesem Beispiel nach einem ringförmigen Muster geordnet und in Fig. 2 mit gestrichelten Linien 47 angegeben. Die eigentlichen Emissionsgebiete befinden sich an der Stelle von Öffnungen 48 in einer isolierenden Schicht 45 beispielsweise aus Siliziumoxid.

Die Halbleiteranordnung enthält einen pn-übergang 49 zwischen einem Substrat 50 vom p-Typ und einer Zone 5I, 52 vom η-Typ, die aus einer tiefen n-Zone 51 und einer untiefen Zone 52 besteht. An der Stelle der Emissionsgebiete 43 befindet sich der pn-Ubergang zwischen einem implantierten Gebiet 53 vom p-Typ und der untiefen Zone, die dort eine derartige Dicke und Dotierung hat, dass bei der Durchschlagspannung des pn-Ubergangs 49 die Erschöp-

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fungszone des pn-Ubergangs sich, nicht bis zur Oberfläche erstreckt, sondern von dieser Oberfläche durch eine Oberflächenschicht getrennt bleibt, die dünn genug ist, um durch Durchschlag erzeugte Elektronen durchzulassen. Durch das hochdotierte Gebiet 53 vom p-Typ hat der pn-Ubergang in den Offnungen 48 eine niedrigere Durchschlagspannung, so dass die Elektronenemission nahezu nur in den Gebieten 43 an der Stelle der Öffnungen 48 erfolgt. Weiter kann die Anordnung noch mit einer Elektrode 46 versehen sein, mit

-j, der der erzeugte Strahl 8 erforderlichenfalls abgelenkt oder moduliert werden kann. Der Halbleiterkörper enthält eine Öffnung 42 im ringförmigen Muster 47 zum Durchlassen von der Kathode 20 erzeugter Elektronen.

Zum Kontaktieren der Zone 5I vom η-Typ ist ein Kontaktloch. 55 in der Oxidschicht 45 für eine Kontaktmetallisierung 56 angebracht, während die Unterseite des Substrats 50 über eine hochdotierte Zone 57 vom p-Typ und eine Kontaktmetallisierung 58 anschliessbar ist. In den Öffnungen 48 ist auf der Oberfläche 44 eine Monoschicht

_2Q beispielsweise aus Zäsium zum Senken des Austrittspotentials für die Elektronen angebracht.

Für eine nähere Beschreibung der Struktur, der Wirkungs- und der Herstellungsweise der Halbleiteranordnung nach Fig. 2 und 3 sei auf die genannte niederländische Patentanmeldung 7905^-70 verwiesen.

Die Vorteile der Aufteilung des Emissionsmusters 47 in mehrere Gebiete 43 sind in der nicht vorveröffentlichten niederländischen Patentanmeldung 8430538 näher beschrieben.

Die Elektronen für den Elektronenbeschuss der Kathode 20 können auch mit Hilfe einer Glühkathode gewonnen werden. In Fig. 4 ist eine Vorrichtung 1 mit einer Elektronenstrahlröhre 2 dargestellt, die eine Halbleiterkathode 20 enthält und weiter mit den üblichen elektro-

,₅ magnetischen Ablenkmitteln 11 versehen ist. Statt der Ablenkmittel 11 können auch (schematisch dargestellte) horizontale Ablenkplatten 12 und vertikale Ablenkplatte verwendet werden. Den Elektronenstrahl 8 für den Elektronen-

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beschuss liefert jetzt eine zweite Elektronenquelle 7» die aus einer auf einer Halterung 15 angebrachten Glühkathode 14 besteht. Mit geeigneten Spannungen an den Kathoden 14 und 20 und dem Steuergitter 9 kann der Elektronenstrahl 8 derart abgelenkt werden, dass er die elektronenemittierende Oberfläche der Kathode 20 trifft.

Die Verwendung einer Halbleiterkathode als zweiter Elektronenquelle hat jedoch mehrere Vorteile. Zunächst werden bei der Verwendung keine Kohlensauerstoff- oder Kohlenwasserstoffverbindungen frei, während dies tatsächlich der Fall ist bei der Verwendung von thermischen Kathoden. Ausserdem kann bei der Verwendung einer Halbleiterkathode als zweiter Elektronenquelle (siehe Fig. 3) ei*¹ möglicher Abfall in der Ausbeute der Kathode 4θ wieder durch einen Elektronenbeschuss mit dem von der Kathode 20 herrührenden Elektronenstrahl 3 beseitigt werden, der dabei die elektronenemittierenden Gebiete 43 trifft. Erforderlichenfalls können dafür zur Vergrösserung der Intensität des Elektronenstrahls 3 im Halbleiterkörper 21 eines oder mehrere zusätzliche Emissionsgebiete angebracht werden, die beispielsweise das elektronenemittierende Gebiet 23 umschliessen und eine höhere Durchschlagspannung besitzen, so dass in diesen Gebieten unter normalen Verwendungsbedingungen keine Elektronenemission auftritt.

In Fig. 5 und 6 ist ein Halbleiterkörper 30 dargestellt, in dem die erste Kathode 20 und die zweite Kathode 40 zusammen verwirklicht sind. Die erste Kathode 20 besitzt dabei ein nahezu ringförmige elektronenemittierendes Gebiet 23 mit einem Querschnitt von etwa 1 Mikrometer.

Um dieses Gebiet herum befindet sich eine zusätzliche Kathode 20·, die nach einem nahezu ringförmigen Muster, das mit gestrichelten Linien 27 angegeben ist, emittiert und eine Anzahl emittierender Gebiete 23' enthält. Das ringförmige Muster hat dabei einen Durchmesser von etwa 30/^um» während die Durchmesser der Gebiete 23' etwa 1 /um betragen.

Der Halbleiterkörper 30 enthält für die Kathoden 20, 20' und 4θ ein Substrat 26 vom η-Typ, in dem Gebiete 19 und 50 vom p-Typ angebracht sind. Im Gebiet I9 vom

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p-Typ befinden sich die Kathoden 20 und 20', die hinsichtlich des Aufbaus gleich dem der Kathode 4θ nach Fig. 2 und 3 sind. So befinden sich die eigentlichen elektronenemittierenden Gebiete 23 und 23' an der Stelle von Öffnungen 28

_E und 28· in einer isolierenden Schicht 25, die eine Hauptoberfläche 22, 44 bedeckt.

Im Gebiet 19 vom p-Typ befinden sich pn-Ubergänge 29 und 29^f zwischen dem Gebiet I9 vom p-Typ und Zonen vom η-Typ, die aus tiefen Zonen 31 und 31' und untiefen Zonen

_in 32 und 32' bestehen. An der Stelle der emittierenden Gebiete 23 und 23' befinden sich diese pn-Ubergänge zwischen den untiefen Zonen 32 und 32' und implantierten Gebieten 33 und 33' vom p-Typ, die dort stellenweise eine niedrigere Durchschlagspannung verursachen. Die Dotierungen der Gebiete 33 und 33' sind derart, dass der pn-Ubergang 29' der Kathode 20· eine höhere Durchschlagspannung als der der Kathode 20 besitzt. Hierdurch kann bei normaler Verwendung das elektronenemittierenden Gebiet 23 Elektronen emittieren, ohne dass in den Gebieten 23¹ Elektronenemission auftritt.

„_ Beim Anlegen einer höheren Sperrspannung emittiert auch die Kathode 20' und entsteht ein stärkerer Elektronenstrahl, der für Beschuss verwendbar ist und damit eine Erhöhung der Ausbeute der Kathode 4θ bewirkt.

Die zweite Kathode 4θ, die in diesem Beispiel

__ die erste vollständig umschliesst, ist hinsichtlich des /0

Aufbaus nahezu gleich der Halbleiterkathode 4θ nach Fig. und 3· Für eine weitere Beschreibung sei auf die Beschreibung dieser Kathode hingewiesen, wobei für entsprechende Teile die gleichen Bezugsziffern verwendet sind.

Zum Kontaktieren der verschiedenen Halbleiterzonen sind in der isolierenden Schicht 2$ Kontaktlöcher 35 und 55 für Kontaktmetallis ierungen 36, 36· und 56, die die Zonen 3Iι 31' bzw. 5I vom η-Typ kontaktieren, und für Kontaktmetallisierungen 38 und 58 angebracht die die Gebiete I9 bzw. 50 vom p-Typ kontaktieren.

In Fig. 7 sind Potentiallinien 16 und die Elektronenbahnen des Elektronenstrahls 8 dargestellt, wobei an den Kathoden der Anordnung nach Fig. 5 und 6 und an einem

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ersten Gitter 9 und einem zweiten Gitter 10 derartige Spannungen aufgebaut sind, dass der Elektronenstrahl 8 aus der Kathode 4θ das elektronenemittierende Gebiet der Kathode 20 trifft, so dass hier eine Erhöhung der Ausbeute auftritt. Gleiches gilt für die Kathode 20', die gleichfalls getroffen wird. In Fig. 7 ist nur ein Teil der Elektronenstrahlröhre 2 dargestellt, und dieser Teil beschränkt sich weiter noch auf einen halben Querschnitt (und zwar von der Achse 17)· Die Gitter 9 und 10 befinden sich auf etwa

_Q 80/um bzw. etwa 200 /van, während sie Spannungen von 0 V bzw. -6OO V führen. Die Spannungen an den Kathoden 20 und 4o betragen 500 bzw. 0 V.

In Fig. 8 ist die gleiche Anordnung dargestellt, in der jetzt ein Elektronenstrahl 3' von der Kathode 20·

. erzeugt wird, den die Gitter 9 und 10 zur Kathode 4θ ab-

lenken. Die Spannungen an den Kathoden 20' und 4θ betragen jetzt 0 bzw. 5OO V, während die Gitter 9 und 10 Spannungen von 0 bzw. -1500 V führen.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung

_₀ nicht auf die hier angegebenen Ausführungsbeispielen, sondern es sind im Rahmen der Erfindung für den Fachmann mehrere Abwandlungen möglich. So braucht für den Halbleiterkörper nicht notwendigerweise Silizium gewählt zu werden, sondern ist auch anderes Halbleitermaterial ver-

2g wendbar, wie beispielsweise Siliziumkarbid oder eine A_-B--Verbindung wie Galliumarsenid, Die Gebiete I9 und 50 vom p-Typ und die Gebiete 3I» 31' und 5I vom η-Typ können an mehreren Stellen kontaktiert werden. Dies gibt die Möglichkeit, diese Gebiete erforderlichenfalls in Teilgebiete zu verteilen, was im Zusammenhang mit hohen Spannungen an den Anschlussleitern vorteilhaft sein kann. Auch können Halbleiterkathoden mit einem anderen Arbeitsprinzip verwendet werden, wie Kathoden nach dem Prinzip negativer Elektronenaffinität (NEA-Kathoden) oder Feldemitter. Auch brauchen die Kathoden nicht immer in einem Vakuumraum angebracht zu werden, sondern können sie z.B. in einem Raum mit einem inerten Schutzgas angebracht werden. Unter einem inerten Schutzgas sei in diesem Zusammenhang ein Gas ver-

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standen, das keinen oder nur geringen Einfluss auf die ausbeute-erhöhende Wirkung eines Elektronenbeschusses ausübt, wie weiter oben beschrieben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE;

ΛΪ Vorrichtung mit einem evakuierten oder mit einem inerten Schutzgas gefüllten Raum und einer Halbleiteranordnung zum Erzeugen eines Elektronenstroms mit einer ersten Kathode, mit einem Halbleiterkörper mit zumindest einem Gebiet an einer Hauptoberfläche enthält, das im Betriebszustand Elektronen emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine zweite Elektronenquelle zum Erzeugen von Elektronen enthält, die die Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers zumindest an der Stelle des elektronenemittierenden Gebiets treffen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung mit Steuermitteln versehen, ist, die die von der zweiten Elektronenquelle erzeugten Elektronen in einem Strahl konzentrieren können, die im wesentliehen das elektronenemittierende Gebiet trifft.
3« Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Vorrichtung für die zweite Eletronenquelle mit einer Halbleiteranordnung mit einer zweiten Kathode versehen ist, die einen Halbleiterkörper mit zumindest einem Gebiet an einer Hauptoberfläche enthält, das im Betriebszustand Elektronen aussendet,
4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kathode und die zweite Kathode mit ihren Hauptflächen einander zugewandt sind, und der HaIbleiterkörper, in dem die zweite Kathode verwirklicht ist, mit einer Öffnung zum Durchlassen der von der ersten Kathode erzeugten Elektronen versehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass in der Projektion senkrecht zu den Hauptflächen gesehen sich die Öffnung gegenüber dem elektronenemittierenden Gebiet der ersten Kathode befindet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3» 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet. dass an der Hauptfläche der zweiten

Kathode Elektronenemission nach einem ringförmigen Muster oder nach einem Segment eines ringförmigen Musters erfolgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung nahezu rund ist und konzentrisch in bezug auf das ringförmige Muster liegt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche k bis 7» dadurch gekennzeichnet. dass der Halbleiterkörper der zweiten Kathode an der von der Hauptfläche abgewandten Seite mit einer Metallschicht versehen ist.
9· Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet« dass die erste Kathode und die zweite Kathode im gleichen Halbleiterkörper verwirklicht sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , dass an der Hauptfläche des Halbleiterkörpers an der Stelle der zweiten Kathode Elektronenemission nach einem ringförmigen oder nach einem Segment eines ringförmigen Musters erfolgt.
11. Verrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , dass das elektronenemittierende Gebiet in der ersten Kathode nahezu konzentrisch in bezug auf das ringförmige Muster liegt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper eine zusätzliche Kathode enthält und die Vorrichtung mit Steuermitteln versehen ist, die die von der zusätzlichen Kathode erzeugten Elektronen in einem Strahl konzentrieren können, der im wesentlichen das elektronenemittierende Gebiet der zweiten Kathode trifft.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich^ne"fc« dass die Elektronenemission der zusätzlichen Kathode nach einem ringförmigen Muster oder einem Segment eines ringförmigen Musters erfolgt, das nahezu konzentrisch in bezug auf das ringförmige Muster der ersten Kathode liegt.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der voran-

gehenden Ansprüche, dadurch gekenaizeichnet. dass zumindest eines der Oberflächenbereiche, in denen Elektronenemission erfolgt, in getrennte elektronenemittierende Gebiete unterteilt ist mit für entsprechende Elemente der getrennten

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Gebiete gleichartigen elektrischen Anschlüssen für eine gemeinsame Betriebseinstellung.
15· Halbleiteranordnung für Verwendung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die Halbleiteranordnung eine Kathode mit einem Halbleiterkörper enthält, bei dem im Betriebszustand Elektronenemission nach einem ringförmigen Muster oder einem Segment eines ringförmigen Musters erfolgt, und dieses ringförmige Muster eine Öffnung im Halbleiterkörper

IQ umschliesst.
16. Halbleiteranordnung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung in Draufsicht nahezu rund ist und in bezug auf das ringförmige Muster konzentrisch liegt.
^g 17· Halbleiteranordnung zur Verwendung in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Halbleiterkörper zumindest zwei getrennt einstellbare Halbleiterkathoden verwirklicht sind.
18. Halbleiteranordnung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kathode an einer Hauptfläche * des Halbleiterkörpers ein elektronenemittierendes Gebiet enthält, das nahezu konzentrisch in bezug auf ein ringförmiges Muster liegt, und nach diesem Muster oder nach einem Teil dieses Musters die zweite Kathode Elektronen emittiert.
19· Halbleiteranordnung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper eine zusätzliche Kathode enthält, deren Elektronenemission nach einem ringförmigen Muster oder nach einem Segment eines ringförmigen

3Q Musters erfolgt, das in bezug auf das ringförmige Muster der zweiten Kathode nahezu konzentrisch liegt.
20. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 19» dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Gebiete, in denen Elektronenemission erfolgt, in getrennte elektronenemittierende Gebiete mit für entsprechende Elemente der getrennten Gebiete gleichartigen elektrischen Anschlüssen unterteilt ist für eine gemeinsame Betriebseinstellung. «