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DE4414323C2 - Festkörperdielektrisches field emission device - Google Patents

Festkörperdielektrisches field emission device

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DE4414323C2
DE4414323C2 DE19944414323 DE4414323A DE4414323C2 DE 4414323 C2 DE4414323 C2 DE 4414323C2 DE 19944414323 DE19944414323 DE 19944414323 DE 4414323 A DE4414323 A DE 4414323A DE 4414323 C2 DE4414323 C2 DE 4414323C2
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Wolfgang Mehr
Andre Wolff
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Institut fur Halbleiterphysik Frankfurt (Oder) GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/30Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304Field-emissive cathodes
    • H01J1/3042Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type

Description

Die Erfindung betrifft ein Feldemissionsbauelement, das sich dadurch auszeichnet, daß die Ladungsträgergenerierung durch Feldemissionsspitzen und der Ladungsträgertransport durch ein festes Dielektrikum erfolgt und damit eine hohe Schaltgeschwindigkeit und Spannungsisolation bei gleichzeitiger Kompatibilität zur Si-Planar-Technologie erreicht wird. The invention relates to a field emission device, which is characterized in that the charge carrier generation is carried out by field emission tips and the charge carrier transport through a solid dielectric and thus a high switching speed and voltage isolation is achieved with simultaneous compatibility with the Si-planar technology.

Aus der Fachliteratur ist bekannt, daß zur spannungsabhängigen Stromsteuerung entweder Vakuumdioden, -trioden usw. oder Halbleiterdioden bzw. -transistoren verwendet werden. From the literature it is known that the voltage-dependent current control either vacuum diodes, etc., or -trioden semiconductor diodes or transistors may be used. Der Nachteil der Vakuumbauelemente besteht insbesondere darin, daß zur Funktionsfähigkeit die Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Vakuums und damit ein relativ großes Bauelemente- Volumen erforderlich ist. The disadvantage of the vacuum devices consists in particular in that for the functioning of the generation and maintenance of vacuum, and thus a relatively large volume is required components side. Der Nachteil von Halbleiterbauelementen besteht darin, daß bei Schaltvorgängen die dem pn-Übergang innewohnenden Diffusions- oder Sperrschichtkapazitäten bzw. Gatekapaziäten umgeladen werden müssen. The disadvantage of semiconductor devices is that during switching the inherent p-n junction diffusion or junction capacitances or Gatekapaziäten must be recharged.

Die US 5,089,292 beschreibt eine Feldemissionskathode, bei der die Oberflächen der Kathodenspitzen beschichtet sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung. The US 5,089,292 describes a field emission cathode in which the surfaces of the cathode tips are coated, and a process for producing the same.

Die US 5,228,877 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Feldemissionsbauelementes. The US 5,228,877 describes a method for manufacturing a field emission device. Dieses Feldemissionsbauelement besteht aus einer Vielzahl von elektrisch leitenden Kathodenspitzen. This field emission device comprises a plurality of electrically conductive cathode tips. Eine Schicht aus dielektrischem Material ist dabei auf einem Substrat angeordnet, wobei deren Dicke etwa der Höhe der Kathodenspitzen entspricht, mit einer Ausbeulung oberhalb jeder Kathodenspitze. A layer of dielectric material is arranged on a substrate, the thickness of which corresponds approximately to the height of the cathode tips, with a bulge above each cathode tip.

Über der dielektrischen Schicht ist eine elektrisch leitende Rasterschicht und über dieser eine Schutzschicht angeordnet. Over the dielectric layer is an electrically conductive grid layer and a protective layer disposed over the latter. Anschließend wird ein Ätzvorgang durchgeführt. Subsequently, an etching process is performed.

Die US 5,233,263 beschreibt laterale Feldemissionsbauelemente und Verfahren zu ihrer Herstellung. The US 5,233,263 describes lateral field emission devices and methods for their preparation. Ein derartiges Feldemissionsbauelement besteht aus einem Substrat, einer Elektronen emittierenden Kathode, einer zylindrischen Anode, einem Gate zur Steuerung der Emission und Mittel zum Anlegen einer elektrischen Spannung an Kathode, Anode und Gate. Such a field emission device comprises a substrate, an electron-emitting cathode, a cylindrical anode, a gate for controlling the emission and means for applying an electrical voltage to the cathode, anode and gate. Die Kathode hat eine kreisförmige Oberfläche und ist parallel zur Oberfläche des Substrats angeordnet. The cathode has a circular surface and is disposed parallel to the surface of the substrate. Die Anode ist auf dem Substrat um die Kathode und mit einem definierten Abstand zu dieser angeordnet. The anode is disposed on the substrate around the cathode and with a defined distance therefrom. Das Gate ist neben der Kathode angeordnet. The gate is positioned adjacent the cathode.

Die US 5,266,530 beschreibt die Herstellung eines Gates oder anderer Elektroden eines Feldemissionsbauelements mit einer selbstpositionierenden Elektronenemitterstruktur. The US 5,266,530 describes the preparation of a gate or other electrodes of a field emission device having a self-aligned electron emitter structure.

Die JP 2-239 537 A beschreibt ein Feldemissionsbauelement mit einer dünnen Isolationsschicht oberhalb des Elektronen emittierenden Teils und einer dicken Isolationsschicht seitlich des Elektronen emittierenden Teils. JP 2-239537 A describes a field emission device having a thin insulating layer above the electron-emitting portion and a thick insulating layer at the side of the electron-emitting portion. Dadurch wird eine seitliche Elektronenemission verhindert. Characterized a lateral electron emission is prevented.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine miniaturisierte, mit der Si-Planartechnologie kompatible Dioden- oder Trioden-Anordnung zu entwickeln, die unter Verzicht auf eine Vakuumstrecke und unter Vermeidung von Diffusions-, Gate- oder Sperrschichtkapazitäten eine schnelle spannungsabhängige Stromsteuerung erlaubt. The invention is based on the object to develop a miniaturized, compatible with the Si planar diode or triode arrangement which allows dispensing with a vacuum line and avoiding diffusion, gate or junction capacitances fast voltage-dependent current control.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß in einem Festkörperdielektrikum als Ka thode eine Feldemissionsspitze bzw. ein Feldemissionsspitzenarray zur Ladungsträgerer zeugung angeordnet wird und Elektronen beim Anlegen eines elektrischen Feldes in ein Die lektrikum emittiert (Feldemission), durch das Dielektrikum geleitet und auf der der Kathode gegenüberliegenden Anode gesammelt werden (Diodenanordnung). The object of the invention is achieved in that generation is disposed in a solid dielectric as Ka Thode a field emission tip or a field emission tip array to the charge Trägerer and directed electrons upon applying an electric field in a the lektrikum emitted (field emission) through the dielectric and on which the are collected cathode facing the anode (diode array).

Durch das zusätzliche Einbringen einer gitterförmigen Elektrode zwischen Feldemissions spitze und Anode ist die Emission bzw. der Stromfluß so beeinflußbar, daß die Diodenan ordnung aus dem Feldemissionsbauelement ohne weitere Veränderung des Grundbauelementes zur Triodenanordnung umwandelbar ist. By the additional introduction of a grid-shaped electrode between anode field emission tip and the emission and the flow of current is influenced so that the order is convertible Diodenan without further modification of the basic component to the triode order from the field emission device.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt. Advantageous embodiments of the invention are shown in the subclaims.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.

Die zugehörige Zeichnung zeigt in The associated drawing shows in

Fig. 1 ein Feldemissionsbauelement mit Feldemissionsspitze und in Fig. 1 is a field emission device having the field emission tip and in

Fig. 2 ein Feldemissionsbauelement mit Feldemissionsspitzenarray. Fig. 2 shows a field emission device having the field emission tip array. Dabei wird der prinzi pielle Aufbau des erfindungsgemäßen Bauelementes zur schnellen spannungsab hängigen Stromsteuerung mit Hilfe einer Feldemissionsanordnung in einem Die lektrikum sichtbar. Here, the Prinzi Pielle structure of the component of the invention for rapid spannungsab pending power control with the aid of a field emission device will be visible in one The lektrikum.

Das erfindungsgemäße Feldemissionsbauelement (Triodenanordnung) besteht aus einer Kathode K mit Feldemissionsspitze F in einem Dielektrikum D, einem Steuergitter S und einer Anode/Sammelelektrode A. Die Feldemissionsspitze bzw. das Feldemissions-Spitzenarray F wird durch Abscheiden/Aufwachsen oder durch Ätzen erzeugt. The field emission device according to the invention (Trio end assembly) is composed of a cathode K of field emission tip F in a dielectric D, a control grid S and an anode / collector electrode A. The field emission tip or field emission tip array F is produced by depositing / growing or etching. Zur genauen Positionierung der Feldemissionsspitze F in der Mitte des Loches des Steuergitters S wird eine selbstpositionierende Technologie angewandt, wobei für die Reduzierung der Kapazität zwischen Steuergitter S und Kathode K die Höhe der Spitze S möglichst groß ausgeführt wird. For accurately positioning the field emission tip F in the center of the hole of the control grid S a self-aligned technology is applied, wherein the height of the tip S is as large as possible to reduce the capacitance between the control grid and cathode K S.

Durch Weglassen des Steuergitters S ist ohne weitere Veränderung des Feldemissionsbauelementes eine Diodenanordnung realisierbar. By omitting the control grid S diode array can be implemented without further modification of the field emission device. Eine Reduzierung der Diodenkapazität ist durch eine möglichst hohe Dielektrika-Dicke zwischen Kathode K bzw. Feldemissionsspitze F und Anode A erreichbar, beispielsweise durch die Verwendung eines hochwertigen Siliziumdioxids. A reduction of the capacitance diodes can be achieved by a very high dielectric thickness between the cathode K and anode field emission tip F and A, for example, by the use of a high-quality silicon dioxide.

Eine vorteilhafte Variante zur Erreichung der vollständigen Kompatibilität des erfindungsgemäßen Feldemissionsbauelementes mit einer allgemein bekannten Si-IC- Technologie besteht in folgendem Aufbau: An advantageous variant of achieving full compatibility of the field emission device according to the invention with a well-known Si IC technology is the following structure:

  • - M bestehend aus Metall oder Metallsilicid (Rückseitenkontakt) - M consisting of metal or metal silicide (back contact)
  • - K bestehend aus n + -Si - K consisting of n + -Si
  • - F bestehend aus n + -Si - F consisting of n + -Si
  • - D bestehend aus SiO 2 - D consisting of SiO 2
  • - S bestehend aus polykristallinem Silizium - S consisting of polycrystalline silicon,
  • - A bestehend aus polykristallinem Silizium, Metall oder Metallsilicid. - A consisting of polycrystalline silicon, metal, or metal silicide.

Claims (8)

  1. 1. Festkörperdielektrisches Feldemissionsbauelement zur spannungsabhängigen Stromsteuerung, dadurch gekennzeichnet , daß das Bauelement aus einer Kathode (K) mit Feldemissionsspitze (F) in einem Dielektrikum (D), einem Steuergitter (S) und einer Anode/Sammelelektrode (A) besteht, so daß, hervorgerufen durch ein anliegen des elektrisches Feld, eine Ladungsträgerfeldemission an der leitfähigen Spitze (F) er folgt, die von dem Dielektrikum (D) umgeben ist, daß die emittierten Ladungsträger, beeinflußt durch das zusätzliche Feld des Steuergitters (S) (Triode) oder unbeeinflußt durch das Dielektrikum (D) (Diode), zur Anode driften. 1. Festkörperdielektrisches field emission device for the voltage-dependent current control, characterized in that the structural element from a cathode (K) with field emission tip (F) in a dielectric (D), a control grid (S) and an anode / collector electrode (A), so that, caused by a concern of the electric field, a carrier field emission to the conductive tip (F) it follows, that is surrounded by the dielectric (D), that the emitted charge carriers affected by the additional field of the control grid (S) (triode) or unaffected through the dielectric (D) (diode), drift to the anode.
  2. 2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldemissionsspitze (F) aus n + -Si besteht. 2. The component according to claim 1, characterized in that the field emission tip (F) from n + -Si is.
  3. 3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (D) aus SiO 2 besteht. 3. The component according to claim 1 or 2, characterized in that the dielectric (D) consists of SiO 2.
  4. 4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergitter (S) aus polykristallinem Silizium besteht. 4. The component according to one of claims 1 to 3, characterized in that the control grid (S) consists of polycrystalline silicon.
  5. 5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode/Sammelelektrode (A) aus polykristallinem Silizium besteht. 5. The component according to one of claims 1 to 4, characterized in that the anode / collector electrode (A) consists of polycrystalline silicon.
  6. 6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Emission aufgrund eines feldunterstützten Tunnelmechanismus erfolgt und als Feld emissionselemente sowohl Einzelspitzen als auch Feldspitzenarrays ausgebildet sind. 6. The component according to one of claims 1 to 5, characterized in that the emission is due to a field-assisted tunneling mechanism and as field emission elements as both individual peaks field peak arrays also are formed.
  7. 7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompatibilität mit einer an sich bekannten Si-IC-Technologie dadurch gewährleistet wird, daß die Feldemissionsspitzen (F) aus n-Si, das Dielektrikum aus SiO 2 und das Steuergitter aus dotiertem polykristallinem Silizium hergestellt sind. 7. The component according to one of claims 1 to 6, characterized in that the compatibility is ensured by a known Si-IC-technology in that the field emission tips (F) of n-Si, the dielectric of SiO 2 and the control grid are made of doped polycrystalline silicon.
  8. 8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Triodenanordnung zur Gewährleistung einer definierten Emissionsspannung so wohl bei Einzelspitzen als auch bei Feldspitzenarrays eine genaue Positionierung der Feldemissionsspitzen (F) zum Steuergitter (S) in einem selbstpositionierenden Prozeß bei der Herstellung des Steuergitters erfolgt. 8. The component according to any one of claims 1 to 7, characterized in that, in the triode order to ensure a defined emission voltage as well for single peaks as well as peak field arrays accurate positioning of the field emission tips (F) to the control grid (S) in a self-aligned process in the preparation takes place of the control grid.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5089292A (en) * 1990-07-20 1992-02-18 Coloray Display Corporation Field emission cathode array coated with electron work function reducing material, and method
US5141459A (en) * 1990-07-18 1992-08-25 International Business Machines Corporation Structures and processes for fabricating field emission cathodes
US5228877A (en) * 1991-01-25 1993-07-20 Gec-Marconi Limited Field emission devices
US5233263A (en) * 1991-06-27 1993-08-03 International Business Machines Corporation Lateral field emission devices
US5266530A (en) * 1991-11-08 1993-11-30 Bell Communications Research, Inc. Self-aligned gated electron field emitter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5141459A (en) * 1990-07-18 1992-08-25 International Business Machines Corporation Structures and processes for fabricating field emission cathodes
US5089292A (en) * 1990-07-20 1992-02-18 Coloray Display Corporation Field emission cathode array coated with electron work function reducing material, and method
US5228877A (en) * 1991-01-25 1993-07-20 Gec-Marconi Limited Field emission devices
US5233263A (en) * 1991-06-27 1993-08-03 International Business Machines Corporation Lateral field emission devices
US5266530A (en) * 1991-11-08 1993-11-30 Bell Communications Research, Inc. Self-aligned gated electron field emitter

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 2-239537 A. In: Patents Abstr. of Japan, Sect. E, Vol. 14 (1990), No. 557 (E-1011) *
JP 3-297031 A. In: Patents Abstr. of Japan, Sect. E, Vol. 16 (1992), No. 138 (E-1186) *

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