DE60215161T2 - Feldemissionsvorrichtung zur Erzeugung eines fokussierten Elektronenstrahls - Google Patents

Feldemissionsvorrichtung zur Erzeugung eines fokussierten Elektronenstrahls Download PDF

Info

Publication number
DE60215161T2
DE60215161T2 DE60215161T DE60215161T DE60215161T2 DE 60215161 T2 DE60215161 T2 DE 60215161T2 DE 60215161 T DE60215161 T DE 60215161T DE 60215161 T DE60215161 T DE 60215161T DE 60215161 T2 DE60215161 T2 DE 60215161T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
lens
anode
cathode
field emission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE60215161T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60215161D1 (de
Inventor
J. Paul Lexington BENNING
R. William Corvallis KNIGHT
J. Michael Corvallis REGAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hewlett Packard Development Co LP
Original Assignee
Hewlett Packard Development Co LP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hewlett Packard Development Co LP filed Critical Hewlett Packard Development Co LP
Application granted granted Critical
Publication of DE60215161D1 publication Critical patent/DE60215161D1/de
Publication of DE60215161T2 publication Critical patent/DE60215161T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC 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
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/10Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using electron beam; Record carriers therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/12Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
    • G11B9/14Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/12Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
    • G11B9/14Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
    • G11B9/1418Disposition or mounting of heads or record carriers
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/23Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using electrostatic storage on a common layer, e.g. Forrester-Haeff tubes or William tubes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J3/00Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J3/02Electron guns
    • H01J3/021Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
    • H01J3/022Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source with microengineered cathode, e.g. Spindt-type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
  • Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Feldemissionsvorrichtungen mit einem Linsenaufbau für einen Elektronenemitter, insbesondere die Vorrichtungen, die in Massenspeichern und Anzeigegeräten benutzt werden, die häufig in vielen elektronischen Geräten eingebaut sind.
  • Die Computertechnologie wird immer kostengünstiger bei gleichzeitiger Steigerung der Leistungsfähigkeit. Damit sich dieser positive Trend in der Computertechnologie fortsetzen kann, müssen Peripheriegeräte wie Massenspeicher und Anzeigegeräte ständig verbessert werden. In der Fachpresse wurde viel Kritik darüber laut, dass Massenspeichergeräte wie Plattenlaufwerke, CD-ROMs und DVD-Laufwerke, um nur einige zu nennen, kaum mit der steigenden Geschwindigkeit der Mikroprozessoren in den gängigen Personalcomputern Schritt halten können. Bei Festplattenspeichern hat sich beispielsweise die Speicherdichte während der letzten zehn Jahre enorm erhöht, aber ein weiterer Fortschritt ist aufgrund physikalischer Beschränkungen nicht möglich. Obwohl einige Festplattenlaufwerke miniaturisiert wurden, um in tragbaren Geräten eingesetzt zu werden, ist ein längerer Batteriebetrieb noch immer durch den hohen Leistungsbedarf beschränkt. Es besteht Bedarf an einer energieeffizienteren Speichervorrichtung hoher Dichte.
  • Bei Anzeigegeräten, wie z. B. LCD-Monitoren, ist es aufgrund der Komplexität, diese nahezu fehlerfrei herzustellen, schwierig, der Nachfrage nachzukommen. Des weiteren wird bei passiver LCD-Technologie zusätzlich Hintergrundbeleuchtung benötigt, um eine Betrachtung bei unterschiedlichen Umgebungslichtverhältnissen zu ermöglichen. Diese Hintergrundbeleuchtung erfordert zusätzliche Leistung, wodurch sich ein Langzeit-Batteriebetrieb weiter reduziert. Elektronenstrahltechnologie wird seit vielen Jahren in Verbraucherprodukten wie z. B. Fernseh-(TV)-Röhren und Computerbildschirmen eingesetzt. In diesen Geräten werden so genannte Heizkathodenelektroden zum Erzeugen einer Quelle von Elektronen eingesetzt, die auf den Bildschirm gerichtet und fokussiert sind. Obwohl sich die Forschung inzwischen auf eine Vielzahl neuer technologischer Gebiete erstreckt, hat das Gebiet der Kaltkathoden-Elektronenemitter, wie z. B. Spindt-Spitzen und Flachemitter, die Aufmerksamkeit vieler Hersteller erregt. Es gibt einige Probleme bei der Umsetzung dieser Kaltkathoden-Technologie auf Produkte. Eines dieser Probleme stellt die Erzeugung einer Elektronenfokussierungsstruktur dar, die in mehreren Anwendungen verwendet werden kann, die eine hohe Dichte an Emissionsvorrichtungen erfordern, wie z. B. bei Massenspeichern und Anzeigegeräten. Für gewöhnlich erfordern diese Anwendungen ein hohes Spannungspotential zwischen der Elektronenerzeugungsquelle (gewöhnlich als Kathode bezeichnet) und der Medien- oder Betrachtungsoberfläche (gewöhnlich als Anode bezeichnet). Bei der Herstellung von kompakten Geräten besteht allerdings nur eine sehr kurze Distanz zwischen der Anode und der Kathode. Durch diese kurze Distanz ist es schwierig, einen konsistenten engen Fokus der Elektronen von der Kathode auf die Anode zu erzielen. Kann ein konsistenter enger Fokus erzielt werden, sind aufgrund kleinerer Bitabstände höhere Speicherdichten möglich. Da die Anode und Kathode auf unterschiedlich hohem Spannungspotential gehalten werden, erzeugt eine durch das hohe Spannungspotential erzeugte elektrostatische Kraft eine Anziehungskraft zwischen denselben. Diese Anziehungskraft erzeugt zusätzliche Probleme, besonders bei beweglichen Komponenten, die diese Kraft überwinden müssen, wie z. B. die Medienoberflächen-Massenspeicher. Tatsächlich muss ein Motor, der die Medienoberfläche steuert, zusätzliche Leistung aufnehmen, was sich auf die Lebensdauer der Batterie in tragbaren Produkten auswirkt. In Anzeigegeräten kann diese nicht erwünschte Kraft zu einer unerwünschten Biegung oder Torsionsspannung führen. Solange diese unerwünschte Anziehungskraft nicht reduziert oder eliminiert werden kann, kann sich der Einsatz der Kaltkathoden-Elektronenemissionstechnologie verzögern. Daher besteht Bedarf an einer neuen Linsenstruktur, die die Anziehungskraft zwischen der Anoden- und der Kathodenstruktur minimiert, während gleichzeitig eine Toleranz gegenüber Herstellungsprozessschwankungen aufrechterhalten wird.
  • Das U.S.-Patent 5,850,120 an Okamato beschreibt einen Emitter mit einer Linsenschicht und einer ternären Gate-Elektrodenschicht, die zwischen der Linsenschicht und einer Anode angeordnet ist. Die ternäre Elektrodenschicht hat den Zweck, die Streuung des Elektronenstrahls, der von der Kathode emittiert wird, zu minimieren und den Gatestrom zu reduzieren.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist durch den Gegenstand von Anspruch 1 definiert.
  • Bevorzugtes Ausführungsbeispiel:
  • Eine Elektronenlinse wird zum Fokussieren der Elektronen von einer Kathode auf eine Anode verwendet. Die Linse umfasst eine erste leitfähige Schicht mit einer ersten Öffnung an einem ersten Abstand von der Kathode. Die erste leitfähige Schicht wird auf einer ersten Spannung gehalten. Die Linse umfasst auch eine zweite leitfähige Schicht mit einer zweiten Öffnung an einem zweiten Abstand von der ersten leitfähigen Schicht und an einem dritten Abstand von der Anode. Die zweite leitfähige Schicht wird auf einer zweiten Spannung gehalten, die im wesentlichen gleich ist wie die Spannung der Anode. Die erste und die zweite Öffnung werden basierend auf der ersten Spannung, der zweiten Spannung, dem ersten Abstand, dem zweiten Abstand und dem dritten Abstand gewählt. Die zwischen der Kathode und der Anode erzeugte Kraft wird durch die Struktur der Linse minimiert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung ist mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen besser verständlich. Die einzelnen Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander. Vielmehr wurde der Schwerpunkt darauf gelegt, die Erfindung deutlich darzustellen. Des weiteren bezeichnen in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen ähnliche, sich entsprechende, jedoch nicht notwendigerweise exakt gleiche Teile.
  • 1A ist eine Draufsicht einer fokussierenden Elektronenlinse für einen Elektronenemitter.
  • 1B ist ein Querschnitt der in 1A abgebildeten fokussierenden Elektronenlinse entlang der I-I-Perspektive.
  • 2A ist eine Draufsicht einer Feldemissionsvorrichtung mit einer fokussierenden Elektronenlinse, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst.
  • 2B ist ein Querschnitt der Feldemissionsvorrichtung mit der in 2A abgebildeten fokussierenden Elektronenlinse entlang der II-II-Perspektive.
  • 3 ist eine Darstellung der Feldemissionsvorrichtung mit der in 2A abgebildeten fokussierenden Elektronenlinse im Betrieb sowie charakteristischen Äquipotentialflächen.
  • 4 ist eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer flachen Emitterkathode.
  • 5 ist eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer Mehrzahl von Spindt-Spitzen-Elektronenemittern.
  • 6 ist eine Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in einem Anzeigegerät verwendet wird.
  • 7 ist eine Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Verwendung in einem Anzeigegerät.
  • 8 ist eine Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Verwendung in einem Massenspeicher.
  • 9 ist eine Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Verwendung in einem Massenspeicher.
  • 10 ist ein Blockdiagramm einer elektronischen Vorrichtung, die Vorrichtungen enthält, die Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Ein Verfahren, um die Anziehungskräfte zwischen Kathoden und Anoden zu minimieren, ist die Verwendung einer koplanaren Linse und Abschirmung, wie die Darstellung der Feldemissionsvorrichtung in 1A und 1B erläutert. 1A ist eine Draufsicht der Feldemissionsvorrichtung. 1B ist ein Querschnitt der Feldemissionsvorrichtung aus 1A mit Blick in die I-I-Perspektive zusammen mit einer charakteristischen Anode 30. Auf oder in einer Kathode 10 ist ein Elektronenemitter 20 angeordnet, um einen Elektronenstrahl zu erzeugen. Auf der Kathode ist vorzugsweise eine dielektrische Schicht 12 angeordnet, um eine elektrische und vorzugsweise auch thermische Isolierung zu liefern. Auf der dielektrischen Schicht 12 ist eine koplanare Linse 16 und vorzugsweise eine koplanare Abschirmung 14 angeordnet. Die Abschirmung-Linsen-Beabstandung 22 trennt die koplanare Linse 16 von der koplanaren Abschirmung 14. In der koplanaren Linse 16 befindet sich eine koplanare Linsenöffnung 18 zur Erzeugung eines elektrostatischen Feldes, das sich auf den Elektronenstrahl auswirkt, und zwar vorzugsweise durch Fokussieren des Elektronenstrahls von dem Elektronenemitter 20 auf eine Anode 30, die durch die Abschirmung-Linsen-Beabstandung 24 von der koplanaren Linse 16 und der koplanaren Abschirmung 14 getrennt ist. Vorzugsweise befindet sich die koplanare Abschirmung 14 auf oder nahe dem Potential der Anode 30 und wird verwendet, um die Anziehungskraft zwischen den Strukturen der Anode 30 und der Kathode 10 zu minimieren. Obwohl diese Struktur die Anziehungskraft zwischen den Strukturen der Anode 30 und der Kathode 10 reduziert, bleibt eine Anziehungskraft 26 aufgrund des unterschiedlichen Spannungspotentials zwischen der koplanaren Linse 16 und der Anode 30. Diese Anziehungskraft 26 beschränkt den Abstand zwischen der Anode 30 und der Kathode 10. Ist die Anode 30 eine Medienoberfläche, z. B. bei einem Massenspeicher, muss der Motor zum Bewegen der Medienoberfläche mehr Leistung aufbringen, um die Anziehungskraft 26 zu überwinden, wodurch mehr Leistung verbraucht wird und/oder ein größerer Motor benötigt wird. Ist die Anode 30 eine Anzeigeoberfläche, erfordert die Anziehungskraft dickeres Anzeigesubstrat oder mehr Abstandsmaterial, wodurch sich sowohl die Herstellungskosten als auch das Gewicht erhöhen. Werden die Anode 30 und die elektronische Linse auf großer Distanz gehalten, wird die Anziehungskraft minimiert. Aufgrund dieses großen Abstandes jedoch wird die Größe des fokussierten Punktes auf der Anode 30 sehr empfindlich gegenüber geringfügigen Abweichungen in der Linsen- und Abschirmgeometrie, die durch Herstellungsprozesse bewirkt werden. Die durch den Herstellungsprozess verursachte Teil-zu-Teil-Abweichung begrenzt die Punktgröße auf mehr, als es für einige Anwendungen notwendig ist.
  • 2A und 2B erläutern die Architektur und den Entwurf einer elektronischen Linse, die zu einer geringeren Anziehungskraft, und zwar vorzugsweise weniger als 0,03 Newton/cm2, und zu mehr Toleranz gegenüber Abweichungen im Herstellungsprozess führt. 2A ist eine Draufsicht einer Feldemissionsvorrichtung der Erfindung, die die Linsenstruktur umfasst. 2B ist eine Querschnittsansicht der in 2A abgebildeten Feldemissionsvorrichtung entlang der II-II-Perspektive und umfasst die Struktur einer Anode 30. Auf oder in der Kathode 10 ist ein Elektronenemitter 20 angeordnet. Der Elektronenemitter erzeugt unter Verwendung einer zwischen der Abschirmschicht 32 und der Kathode 10 angeordneten Linsenschicht 36 einen Elektronenstrahl, der auf die Anode 30 fokussiert ist. Die Abschirmschicht 32 ist zwischen der Linsenschicht 36 und der Anode 30 angeordnet. Die Linsenschicht 36 weist eine Linsenöffnung 38 auf, die verwendet wird, um den Elektronenstrahl auf die Anode 30 zu fokussieren. Die Abschirmschicht 32 weist eine Abschirmöffnung 34 auf, die vorzugsweise denselben Durchmesser wie die Linsenöffnung 38 aufweist und es ermöglicht, dass der Elektronenstrahl durch die Abschirmschicht 32 und auf die Anode 30 verlaufen kann. Die Linsenschicht 36 ist vorzugsweise auf einer ersten dielektrischen Schicht 13 aufgebracht. Die Abschirmschicht 32 ist vorzugsweise auf einer zweiten dielektrischen Schicht 15 aufgebracht. Die Linsenschicht 36, die erste dielektrische Schicht 13, die zweite dielektrische Schicht 15 und die Abschirmschicht 32 sind vorzugsweise unter Verwendung von Halbleiter- oder Anzeigendünnfilmtechnologie auf der Kathode 10 integriert, wodurch eine Kathodenstruktur 11 erzeugt wird. Die Linsenschicht 36 ist durch eine erste Distanz 48 von der Kathode 10 getrennt. Die Abschirmschicht 32 ist durch eine zweite Distanz 46 von der Linsenschicht 36 getrennt. Die Linsenschicht 32 ist durch eine dritte Distanz 24 von der Anode 30 getrennt.
  • Vorzugsweise liegt die Summe aus der zweiten Distanz 46 und der dritten Distanz 24 ungefähr im Bereich von ein- bis zweimal der Distanz der ersten Distanz 48. So sind z. B. bei einem Ausführungsbeispiel die erste Distanz 48 und die zweite Distanz 46 im wesentlichen gleich zueinander und größer als die dritte Distanz 24, die die Anode 30 von der Kathodenstruktur 11 trennt. Die Abmessungen der Linsenöffnung 38 und der Abschirmöffnung 34 sind so gewählt, dass die Elektronen, die von dem Elektronenemitter 20 emittiert werden, eine Punktabbildung von weniger als 40 Nanometern auf der Anode 30 bilden. Auch die Spannungen, die an die Linsenschicht 36, die Abschirmschicht 34 und die Anode 30 angelegt werden, wirken sich in bezug auf die Spannung, die an die Kathode 10 angelegt wird, auf die Punktgröße aus. Die Spannungen, die an die verschiedenen Schichten angelegt werden, wirken sich auch auf die Anziehungskraft 26 aus.
  • So stellt 3 beispielhaft das elektrische Feld 42 dar, das für die elektronische Linse auf der Feldemissionsvorrichtung von 2A und 2B erstellt wurde. Die elektrostatischen Kräfte, die durch das Anlegen verschiedener Spannungen an die Kathode 10, die Linsenschicht 36, die Abschirmschicht 32 und die Anode 30 entstehen, erzeugen das elektrische Feld 42. Durch die Erzeugung des elektrischen Feldes 42 wird die Feldemissionsvorrichtung 20 zu einem fokussierten Elektronenemitter 130. Das elektrische Feld 42 modifiziert die Richtung des Elektronenstrahls, der von dem Elektronenemitter 20 emittiert wird, um so einen fokussierten Strahl 40 zu erzeugen, der eine Punktabbildung 44 auf der Anode 30 erzeugt. Vorzugsweise sind die Materialien der ersten dielektrischen Schicht 13 und der zweiten dielektrischen Schicht 15 so gewählt, dass sie das elektrische Feld 42 minimal beeinträchtigen.
  • Die erste dielektrische Schicht 13 und die zweite dielektrische Schicht 15 können aus demselben oder unterschiedlichem dielektrischen Material bestehen.
  • Die Elektronenlinse und die Emitter werden vorzugsweise aus Halbleiterbauelement-Technologie hergestellt. Die Bauelemente der vorliegenden Erfindung sind auf einen großen Bereich von Halbleiterbauelement-Technologien anwendbar und können aus einer Vielfalt von Halbleitermaterialien hergestellt werden. Die folgende Beschreibung erläutert verschiedene derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der Halbleiterbauelemente der vorliegenden Erfindung, wobei diese in Siliziumsubstrate implementiert sind, da die Mehrzahl der derzeit erhältlichen Halbleiterbauelemente in Siliziumsubstrate eingearbeitet sind und die am häufigsten vorzufindenden Anwendungsformen der vorliegenden Erfindung Siliziumsubstrate umfassen. Nichts desto trotz kann die vorliegende Erfindung auch vorteilhafterweise in Galliumarsenid, Germanium und anderen Halbleitermaterialien eingesetzt werden. Dementsprechend soll die vorliegende Erfindung nicht auf die Bauelemente, die aus Siliziumhalbleitermaterialien hergestellt sind, beschränkt sein, sondern erstreckt sich auch auf jene Bauelemente, die aus einem oder mehreren der erhältlichen Halbleitermaterialien hergestellt sind und auf für Fachleute auf diesem Gebiet verfügbare Technologien wie z. B. die Dünnfilm-Transistor (TFT)-Technologie, bei der Polysilizium-auf-Glas-Substrate zur verwendet werden.
  • Es ist zu beachten, dass die Figuren nicht maßstabsgetreu sind. Darüber hinaus sind verschiedene Teile der aktiven Elemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Bestimmte Abmessungen wurden im Vergleich zu anderen Abmessungen übertrieben dargestellt, um so eine deutlichere Darstellung und ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen.
  • Auch sollte klar sein, dass, obwohl die hier abgebildeten Ausführungsbeispiele in zweidimensionalen Ansichten dargestellt sind, wobei einige Bereiche Tiefe und Breite aufweisen, diese nur Darstellungen eines Teilbereichs einer Vorrichtung sind, die tatsächlich eine dreidimensionale Struktur ist. Dementsprechend haben diese Bereiche drei Dimensionen, nämlich Länge, Breite und Tiefe, wenn sie auf einer tatsächlichen Vorrichtung hergestellt sind. Darüber hinaus muss darauf hingewiesen werden, dass, auch wenn die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, die auf aktive Vorrichtungen gerichtet sind, dargestellt ist, diese Darstellungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele den Schutzbereich oder die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung nicht beschränken sollen. Es ist nicht beabsichtigt, dass die aktiven Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung sich auf die dargestellten physikalischen Strukturen beschränken. Diese Strukturen sind aufgenommen, um den Gebrauch und die Anwendung der vorliegenden Erfindung anhand der derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele zu demonstrieren.
  • 4 ist eine beispielhafte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Verwendung eines Flachemitters 21 als eine Elektronenquelle. Der Flachemitter 21 weist eine Flachemitterkathode 58 auf, die durch eine Isolationsschicht 56, wie z. B. TiOx, SiC oder SiN, um einige zu nennen, von einem Substrat 54 getrennt ist, und zwar vorzugsweise einem Siliziumsubstrat, obwohl auch andere leitfähige Substrate eingesetzt werden können. Es gibt auch verschiedene andere, den Fachleuten bekannte Isolationsschichtmaterialien. Eine Emitterspannungsquelle 62 ist durch einen Kontakt 52 an das Substrat 54 und an die Flachemitterkathode 58 angeschlossen. Die angelegte Spannung beträgt typischerweise 5–20 Volt, und dieses Potential erzeugt ein Tunneln der Elektronen über der Isolierschicht 56. Eine ausreichende Anzahl getunnelter Elektronen hat genügend Energie, um der Flachemitterkathode 58 zu entströmen und eine Elektronenemission 50 zu erzeugen. Eine Linsenschicht 36 ist an einer ersten Distanz 48 von der Flachemitterkathode 58 angeordnet, z. B. etwa 5 Mikrometer. Die Linsenschicht 36 ist mit einer Linsenspannungsquelle 64 verbunden. Die an die Linsenschicht angelegte Spannung wird verwendet, um ein elektrisches Feld 42 in der Linsenöffnung 38 zu erzeugen, um die Elektronenemission 50 von der Flachemitterkathode 58 zu fokussieren. So wird z. B. vorzugsweise die Spannung der Linsenschicht 36 auf etwa 0 Volt eingestellt. An einer zweiten Distanz, z. B. ungefähr 5 Mikrometer, ist eine Abschirmschicht 32 zwischen der Linsenschicht 36 und der Anode 30, wie z. B. einer Anzeige oder Medienoberfläche, platziert. Die Anode 30 ist an einer dritten Distanz 24, z. B. etwa 2 Mikrometer oder weniger, über der Abschirmschicht 32 angeordnet. Vorzugsweise sind die Abschirmschicht 32 und die Anode 30 wie dargestellt mit der gleichen Anodenspannungsquelle 66 von vorzugsweise mehr als 500 Volt, z. B. etwa 700 Volt, verbunden. Optional können die Abschirmschicht 32 und die Anode 30 auch einen kleinen Spannungsunterschied aufweisen, um Spannungsabfälle oder andere in der Herstellung von elektrischen Schaltungen häufig vorzufindende Verluste zu berücksichtigen. Auch kann durch geringfügige Regulierung der Differentialspannung zwischen der Abschirmschicht 32 und der Anode 30 die Fokussierung feineingestellt werden. Werden die Abschirmschicht 32 und die Anodenschicht 30 auf einem im wesentlichen gleichen Spannungspotential gehalten, minimiert sich die Größe der elektrostatischen Anziehungskraft zwischen der Anode und der Kathode, um die nahe dritte Beabstandung zwischen der Anode 30 und der Abschirmschicht 32 zu ermöglichen.
  • 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Elektronenemitter aus einer Gruppe von einem oder mehreren Spindt-Spitzen-Emittern 60 besteht, mittels derer die Elektronenemission 50 erzeugt wird. Die Spindt-Spitzen-Emitter 68 werden mittels eines der verschiedenen, den Fachleuten bekannten, Prozesse auf dem Substrat 54 erzeugt, das vorzugsweise aus Silizium besteht. Das Sub strat 54 weist zum Liefern eines Bezugspunkts zum Einstellen der Spannungen an den Spindt-Spitzen-Emittern 68, der Linsenschicht 36, der Abschirmschicht 32 und der Anode 30 einen Kontakt 52 auf. Die Spindt-Spitzen-Emitter 68 werden auf eine Emitterspannung 62 von vorzugsweise etwa 5–20 Volt eingestellt. Aufgrund der spitzen Form der Spindt-Spitzen wird das elektrische Feld verstärkt, und Elektronen werden zur Spitze gezogen und emittiert, um die Elektronenemission 50 zu erzeugen. Die Linsenschicht 36 weist eine Öffnung 31 auf, durch die der Elektronenstrahl 50 läuft und fokussiert wird, um auf der Anode 30 einen fokussierten Strahl 40 zu bilden, der vorzugsweise eine Punktgröße von weniger als 40 Nanometern im Durchmesser, oder gar von weniger als 10 Nanometern im Durchmesser, aufweist. Bei diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel beträgt die Öffnung 38 vorzugsweise etwa 7,2 Mikrometer. Die Linsenschicht 36 wird auf einem Linsenspannungspotential 64 von vorzugsweise etwa 0 Volt gehalten, es können jedoch auch andere Werte, abhängig von den für die Konstruktion der Feldemissionsvorrichtung gewählten tatsächlichen Abmessungen, verwendet werden. Aufgrund der Spannungspotentialdifferenz zwischen der Linsenschicht 36, der Abschirmschicht 32, der Anode 30 und den Spindt-Spitzen-Emittern 60 wird im Bereich der Linsenöffnung 38 ein elektrisches Feld 42 erzeugt. Dieses elektrische Feld 42 leitet die Elektronenemissionen 50 um und fokussiert dieselben. Die Linsenschicht 36 wird an einer ersten Distanz 48 von den Spitzen des Spindt-Emitters 68 angeordnet. Die Abschirmschicht 30 wird auf einem Anodenspannungspotential 66 von vorzugsweise mehr als 500 Volt, oder noch besser von ungefähr 700 Volt, gehalten. Dieses Anodenspannungspotential 66 zieht die Elektronen auf die Oberfläche der Anode 30. Um eine elektrostatische Anziehung zwischen den Komponenten der Anode und der Kathode zu verhindern, ist eine Abschirmschicht 32 zwischen der Linsenschicht 36 und der Anode 30 angeordnet. Die Abschirmschicht 32 weist eine Abschirmöffnung 34 von vorzugsweise derselben Form und Größe wie Linsenöffnung 38 auf. Die Abschirmschicht 32 ist um eine zweite Distanz 46 von der Linsenschicht und eine dritten Distanz 24 von der Anodenschicht 30 beabstandet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die erste Distanz vorzugsweise etwa 5 Mikrometer. Die zweite Distanz ist vorzugsweise im wesentlichen gleich der ersten Distanz, also 5 Mikrometer, und die dritte Distanz beträgt vorzugsweise etwa 2 Mikrometer oder weniger.
  • 6 ist eine drittes alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer konzeptionellen Anzeige 70. Die Anzeige besteht vorzugsweise aus einem Array von Pixeln 72, die des weiteren vorzugsweise in einer Rot-, Blau- und Grün-Reihenfolge angeordnet sind, jedoch auch einfarbig sein können. Die Pixel 72 sind auf einem Bildschirm 74 gebildet. Ein Emittersubstrat 78 weist einen oder mehrere Elektronenemitter 20 auf, die als rechteckig geformte Flachemitter dargestellt sind und einzeln gesteuert werden, um die Elektronenemissionen 50 zu erzeugen. Mittels einer Linsenschicht 36, die vorzugsweise aus einer leitfähigen Schicht besteht, die aus einem Material wie z. B. Aluminium, Gold, einem anderen Metall oder einem Halbleiter-Dünnfilm hergestellt ist, werden die Elektronenemissionen 50 fokussiert. Die Linsenschicht 36 ist zwischen dem Bildschirm 74 und dem Emissionssubstrat 78 angeordnet. Um die Elektronenemissionen 50 anzuziehen, wird der Bildschirm 74 typischerweise auf einem Spannungspotential von größer als 500 Volt, wie z. B. 700 Volt, gehalten. Die Linsenschicht 36 weist eine Linsenöffnung 38 auf, die die Elektronenemissionen 50 auf eine Punktgröße auf den Pixeln 72 auf dem Bildschirm 74 fokussiert. Die Linsenschicht 36 wird auf einem Spannungspotential relativ zu der Emitteroberfläche, wie z. B. negative 20 Volt, gehalten, um ein elektrisches Feld in und um die Linsenöffnung 38 zu erzeugen, um wiederum die elektronische Linse zu erzeugen. Die Differenz im Spannungspotential zwischen dem Bildschirm 74 und dem Emittersubstrat 78 und Linsenschicht 36 erzeugt eine elektrostatische Anziehungskraft, die bewirkt, dass der Bildschirm 74 zu der Linsenschicht 36 und dem Emittersubstrat 78 gezogen wird. Um diese Anziehungskraft zu minimieren, wird die Abschirmschicht 32 zwischen dem Bildschirm 74 und der Linsenschicht 36 angeordnet. Die Abschirmschicht 32 weist Abschirmöffnungen 34 von vorzugsweise derselben Form und Größe wie die Linsenöffnung 38 auf, so dass die Elektronenemissionen 50 durch die Abschirmschicht 32 hindurch auf den Bildschirm 74 treffen können.
  • 7 ist ein viertes alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Form eines integrierten Anzeigegeräts 80. Das integrierte Anzeigegerät 80 besteht aus einer Kathode 10, und zwar vorzugsweise aus einem Siliziumsubstrat, aber optional auch aus einer anderen Art von Halbleiter oder alternativ einem Glassubstrat. Den Fachleuten sind verschiedene mögliche Substrate aus solchen Materialien bekannt. Bei diesem beispielhaften Entwurf weist die Kathode 10 einen Stapel von Dünnfilmschichten 28 auf, der auf der Kathode 10 erzeugt ist. Der Stapel von Dünnfilmschichten 28 umfasst vorzugsweise ein Array von Spindt-Spitzen-Emittern 68 oder optional ein Array von Flachemittern. Die Spindt-Spitzen-Emitter 68 werden hier als eine einzelne Spindt-Spitze für jedes Pixelphosphor 84 dargestellt, es kann jedoch mehr als eine Spindt-Spitze pro Pixelphosphor 84 vorhanden sein. Jede Spindt-Spitze 68 kann eine Elektronenemission 50 erzeugen, die mittels einer Linsenschicht 36 fokussiert wird, welche in den Stapel von Dünnfilmschichten 28 eingebettet und zwischen der Bildschirmanode 86 und der Kathode 10 angeordnet ist. Ebenfalls befindet sich in dem Stapel von Dünnfilmschichten 28 eine Abschirmschicht 32, die im wesentlichen dieselben Abmessungen wie die Linsenschicht 36 aufweist, aber auf einem anderen Spannungspotential gehalten wird, und zwar vorzugsweise auf dem gleichen Spannungspotential wie das der Bildschirmanode 86, um so elektrostatische Anziehungskräfte zu reduzieren, die auf den Bildschirm 82 wirken, und die vorzugsweise aus dünnem Glas oder einem anderen transparenten Substrat besteht. Die Abschirmschicht 32 ist zwischen der Linsenschicht 36 und der Bildschirmanode 86 angeordnet. Der Bildschirm 82 ist durch einen Abstandhalter 88 von dem Stapel von Dünnfilmschichten 28 um eine Anode-Abschirmung-Beabstandungsdistanz 24 beabstandet. Der Abstandhalter 88 ist aus mehreren optionalen Materialien, die Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt sind, ausgewählt und hergestellt. Vorzugsweise stellt der Abstandhalter 88 auch eine luftundurchlässige Abdichtung bereit, aber optional kann auch eine alternative Abdichtung 89 oder ein Haftmittel um die Peripherie des integrierten Anzeigegeräts 80 herum aufgebracht werden.
  • 8 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verwendung bei einem konzeptionellen Massenspeicher 90. Der konzeptionelle Massenspeicher 90 ist beispielhaft mit vorzugsweise drei Substraten, die in einem vertikalen Stapel angeordnet sind, dargestellt. Eine Kathode 10 weist einen Stapel von Dünnfilmschichten 28 auf, der auf einer Oberfläche angeordnet ist, der die Elektronenemitter 20, eine Linsenschicht 36 und eine Abschirmschicht 32 umfasst. Die Elektronenemitter 20 und die Linsenschicht erzeugen auf einer Medienoberfläche 96 auf einem Rotorsubstrat 92, das zwischen der Kathode 10 und einem Statorsubstrat 94 angeordnet ist, einen fokussierten Strahl 40, der eine kleine Punktgröße, vorzugsweise weniger als 40 Nanometer wie z. B. 10 Nanometer, erzeugt. Die Medienoberfläche 96 auf dem Rotorsubstrat 92 besteht vorzugsweise aus einem Phasenumwandlungsmaterial, das durch die Energie des fokussierten Strahls 40 beeinflusst wird. Das Phasenumwandlungsmaterial kann von einem kristallinen in einen amorphen Zustand 93 wechseln durch Verwenden eines hohen Leistungspegels des fokussierten Strahls 40 und schnelles Verringern des Leistungspegels des fokussierten Strahls 40. Das Phasenumwandlungsmaterial kann von einem amorphen Zustand 93 in den kristallinen Zustand wechseln, indem es einen hohen Leistungspegel des fokussierten Stroms 40 verwendet und diesen langsam verringert, so dass die Medienoberfläche Zeit hat, in einen kristallinen Zustand auszuheilen. Ein typisches Material ist Germanium-Tellurid (GeTe) und auf GeTe basierende Ternärlegierungen. Ein anderes typisches Material ist Indiumselen (InSe). Auch verschiedene andere Phasenumwandlungsmaterialien sind den Fachleuten bekannt und können eingesetzt werden, ohne von dem Schutzbereich und der Wesensart der Erfindung abzuweichen. Das Rotorsubstrat 92 und das Statorsubstrat 94 enthalten eine elektronische Schaltungsanordnung, die es ermöglicht, dass sich das Rotorsubstrat 92 in eine erste und vorzugsweise zweite Richtung bewegen kann, um es einem einzelnen Elektronenemitter 20 zu ermöglichen, mehrere Stellen auf der Medienoberfläche zu lesen und auf dieselben zu schreiben. Um zu verhindern, dass das Rotorsubstrat 92 von der Kathode 10 angezogen wird, umfasst der Stapel von Dünnfilmschichten eine Abschirmschicht 32, die zwischen der Linsenschicht 36 und dem Rotorsubstrat 92 angeordnet ist.
  • Um von der Medienoberfläche zu lesen, trifft ein fokussierter Strahl 40 mit niedrigerer Energie auf der Medienoberfläche auf ein Medium, der bewirkt, dass Elektronen durch das Mediensubstrat 90 fließen und von einer Leserschaltung 98 erfasst werden. Die Menge an erfasstem Strom ist abhängig von dem Zustand, amorph oder kristallin, der Medienoberfläche, auf die der fokussierte Strahl 40 trifft. Der Betrieb einer beispielhaften Leserschaltung 98 ist so gezeigt, dass ein erster Kontakt 91 mit der Medienoberfläche 96 verbunden ist und ein zweiter Kontakt 97 mit dem Mediensubstrat 92 verbunden ist. Strom, der innerhalb des Substrats fließt, wird von dem Verstärker 95 in Volt umgewandelt, um ein Leser-Ausgangssignal 99 zu erzeugen. Den Fachleuten sind weitere Leserschaltungen bekannt, die innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung eingesetzt werden können.
  • 9 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das am Beispiel eines integrierten Massenspeichers 100 dargestellt ist. Der integrierte Massenspeicher 100 umfasst drei Substrate: eine Kathode 10, ein Rotorsubstrat 92 und ein Statorsubstrat 94. Das Rotorsubstrat 92 weist mindestens eine Medienoberfläche auf einem Abschnitt des Sub strats auf, die sich mittels der elektrostatischen Schaltungen 104 vorzugsweise in eine erste und eine zweite Richtung zu bewegen kann, und zwar vorzugsweise in der Funktion eines Schrittmotortyps. Die bewegbare Medienoberfläche 96 wird von Federn 102 getragen, die vorzugsweise durch Ätzen des Rotorsubstrats gebildet sind. Zum Herstellen der bewegbaren Medienoberfläche 96 sind den Fachleuten mehrere verschiedene mikromechanische System (MEMs)-Architekturen bekannt.
  • Der elektrische Kontakt zwischen dem Statorsubstrat 94 und dem Rotorsubstrat 92 wird durch die Kontakte 106 hergestellt. Vorzugsweise befestigt eine Verbindungsabdichtung 108 das Rotorsubstrat 92 an dem Statorsubstrat 94, und dichtet vorzugsweise das Innere ab, um eine Vakuumumgebung innerhalb des integrierten Massenspeichers 100 zu halten. Des weiteren ist das Rotorsubstrat 92 durch einen Abstandhalter 88, der ebenfalls vorzugsweise eine luftdichte Abdichtung ist, an der Kathode 10 befestigt. Optional kann eine alternative Abdichtung 89 anstatt oder in Verbindung mit dem Abstandhalter 88 eingesetzt werden, um die Kathode 10 an dem Rotorsubstrat 92 anzuhaften und/oder sie luftdicht damit zu verbinden.
  • Kathode 10 umfasst einen Stapel von Dünnfilmschichten 28, die vorzugsweise durch konventionelle Halbleiterprozesse aufgebracht werden. Der Stapel von Dünnfilmschichten 28 umfasst einen Satz Elektronenemitter 20, hier abgebildet als Flachemitter, wobei auch Spindt-Spitzen-Emitter verwendet werden könnten, die unter Verwendung einer Linsenschicht 36 fokussiert werden, welche ein elektrisches Feld 42 erzeugt, welches den fokussierten Strahl 40 auf der Medienoberfläche 96 erzeugt, und zwar in einer Punktgröße von vorzugsweise weniger als 40 Nanometern oder noch bevorzugter weniger als 10 Nanometern. Die Linsenschicht hat vorzugsweise eine Linsenöffnung von ungefähr 7,2 Mikrometern. Vorzugsweise ist der Raum zwischen der Kathode 10 und dem Rotorsubstrat 92 luftleer bis auf vorzugsweise einen Wert von weniger als 10–3 Torr, um zu verhindern, dass Elektronen, die von den Elektronenemittern 20 emittiert werden, mit Gas oder anderen Partikeln kollidieren, die die Elektronenemitter 20 beschädigen könnten. Die Elektronenemitter 20 werden auf einem ersten Spannungspotential gehalten, um die Elektronen vorzugsweise mittels Tunnelungstechniken zu erzeugen. Das erste Spannungspotential beträgt vorzugsweise weniger als 25 Volt. Die Linsenschicht 36 wird auf einem zweiten Spannungspotential gehalten, das vorzugsweise 0 Volt in Bezug zur Masse beträgt, um so das elektrische Feld 42 zu erzeugen, mittels dem die Elektronen fokussiert werden. Die Medienoberfläche 96 wird vorzugsweise auf einem dritten Spannungspotential von vorzugsweise mehr als 500 Volt, wie z. B. 700 Volt, gehalten, um die Elektronen, die von den Elektronenemittern 20 emittiert werden, anzuziehen. Die Spannungspotentialdifferenz zwischen der Medienoberfläche 96 und der Linse 36 erzeugt eine elektrostatische Anziehungskraft, die dazu neigt, die bewegbare Medienoberfläche des Rotorsubstrats 92 zu der Kathode 10 hinzuziehen. Der elektrostatische Motor 104 muss diese Kraft überwinden, was unter Umständen den Einsatz größerer Komponenten nötig macht. Größere Komponenten würden den Leistungsverbrauch und die Herstellungskosten erhöhen. Um diesen Bedarf an zusätzlicher Leistung zu vermeiden, wird eine Abschirmschicht 32 in dem Stapel von Dünnfilmschichten zwischen der Linsenschicht 36 und der Anode der Medienoberfläche 96 angeordnet, wodurch diese elektrostatische Anziehungskraft minimiert wird. Vorzugsweise wird die Abschirmschicht 32 auf etwa derselben Spannung gehalten wie die Medienoberfläche. Die Abschirmschicht hat vorzugsweise die gleiche geometrische Form und Größe der Öffnungen wie die Linsenschicht, um den Effekt der Abschirmschicht auf den fokussierten Elektronenstrahl 40 zu minimieren, und zwar vorzugsweise auf eine Kraft von weniger als 0,03 Newton/cm2 pro Elektronenemitter 20. Vorzugsweise ist die Linsenschicht durch eine erste Distanz von vorzugsweise etwa 5 Mikrometern von den Elektronenemittern getrennt, und die Abschirmschicht ist mittels einer zweiten Distanz, die vorzugsweise der ersten Distanz gleich ist, von der Linsenschicht getrennt. Wenn die elektrostatische Kraft zwischen der Anode 10 und der Medienoberfläche 96 auf der Anode im wesentlichen ausgeschaltet ist, kann die Beabstandung zwischen der Medienoberfläche 96 und der Oberfläche der Kathode 10 bei einer minimalen Distanz, wie z. B. weniger als 2 Mikrometer, gehalten werden, so dass der Abstandhalter 88 unter Verwendung konventioneller Dünnfilm-Sputter-Technologien aufgebracht werden kann.
  • 10 ist ein beispielhaftes Blockdiagramm eine elektronischen Geräts 110, wie z. B. eines Computers, eines Videospiels, einer Internetanwendung, eines Endgeräts, eines MP3-Players oder eines Personaldatenassistenten, um nur einige zu nennen. Das elektronische Gerät 110 umfasst einen Mikroprozessor 112, wie z. B. einen Intel Pentium ProzessorTM, oder einen kompatiblen Prozessor, obwohl auch andere Prozessoren existieren und den Fachleuten bekannt sind. Der Mikroprozessor 112 ist an eine Speichervorrichtung 114 angeschlossen, die einen computerlesbaren Speicher umfasst, der computerausführbare Befehle speichern kann, die durch den Mikroprozessor 112 verwendet werden, um Daten und/oder Eingabe-/Ausgabe-Funktionen zu steuern. Der Speicher 114 kann auch Daten speichern, die durch den Mikroprozessor 112 manipuliert werden. Der Mikroprozessor 112 ist ebenfalls mit entweder einer Speichervorrichtung 116 oder einer Anzeigevorrichtung 118 oder beiden verbunden. Die Speichervorrichtung 116 und die Anzeigevorrichtung 118 enthalten ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es bereits in vorher beschriebenen Figuren und Texten über Feldemissionsvorrichtungen der Erfindung mit fokussierenden und abschirmenden Linsenstrukturen beispielhaft erläutert wurde.
  • Es sollte beachtet werden, dass innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist, viele Variationen und Änderungen an den offenbarten Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können.

Claims (10)

  1. Eine Feldemissionsvorrichtung zum Erzeugen eines fokussierten Elektronenstrahls auf einer Anode (30), die folgende Merkmale aufweist: eine Kathodenschicht (10) mit zumindest einem Elektronenemitter (20); eine Anode (30); eine Fokussierlinse, die folgendes umfasst: eine Linsenschicht (36), die auf der Kathodenschicht (10) angeordnet ist; und eine Abschirmschicht (32), die zwischen der Linsenschicht (36) und der Anode (30) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldemissionsvorrichtung ferner eine Einrichtung aufweist, die, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, im Wesentlichen dasselbe Spannungspotential zu der Abschirmschicht (32) und der Anode (30) liefert, wobei die elektrostatische Anziehung zwischen der Linsenschicht (36) und der Anode (30) reduziert ist.
  2. Die Feldemissionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Summe der Distanz zwischen der Linsenschicht (36) und der Abschirmschicht (32) und der Distanz zwischen der Abschirmschicht (32) und der Anode (30) zwischen ungefähr ein- bis zweimal die Distanz zwischen der Linsenschicht (36) und der Kathodenschicht (10) ist.
  3. Die Feldemissionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Distanz der Linsenschicht von der Kathodenschicht und die Distanz der Abschirmschicht von der Linsenschicht im Wesentlichen gleich sind.
  4. Die Feldemissionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Distanz der Linsenschicht (36) von der Kathodenschicht (10) ungefähr 5 μm beträgt.
  5. Die Feldemissionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Linsenschicht (36) und die Abschirmschicht (32) eine Öffnung (34, 38) zum Erzeugen des fokussierten Elektronenstrahls umfassen, wobei die Öffnungen (34, 38) im Wesentlichen denselben Durchmesser aufweisen.
  6. Die Feldemissionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Durchmesser einer Öffnung (38) in der Linsenschicht (36) zum Erzeugen des fokussierten Elektronenstrahls ungefähr 7,2 μm beträgt.
  7. Die Feldemissionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Kraft, die zwischen der Kathodenschicht (10) und der Anode (30) erzeugt wird, weniger ist als 0,03 Newton/cm2.
  8. Die Feldemissionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der fokussierte Elektronenstrahl (40) eine fokussierte Punktgröße (44) von weniger als 40 nm an der Anode (30) erzeugt.
  9. Die Feldemissionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Linsenschicht (36) und die Abschirmschicht (32) eine Spannungspotentialdifferenz größer als 500 Volt aufweisen.
  10. Die Feldemissionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Distanz zwischen der Abschirmschicht (32) und der Anode (30) gleich oder kleiner als ungefähr 2 μm ist.
DE60215161T 2001-06-14 2002-06-10 Feldemissionsvorrichtung zur Erzeugung eines fokussierten Elektronenstrahls Expired - Fee Related DE60215161T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/882,933 US6741016B2 (en) 2001-06-14 2001-06-14 Focusing lens for electron emitter with shield layer
US882933 2001-06-14
PCT/US2002/018474 WO2002103740A2 (en) 2001-06-14 2002-06-10 Focusing lens for electron emitter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60215161D1 DE60215161D1 (de) 2006-11-16
DE60215161T2 true DE60215161T2 (de) 2007-04-26

Family

ID=25381634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60215161T Expired - Fee Related DE60215161T2 (de) 2001-06-14 2002-06-10 Feldemissionsvorrichtung zur Erzeugung eines fokussierten Elektronenstrahls

Country Status (10)

Country Link
US (1) US6741016B2 (de)
EP (1) EP1396005B1 (de)
JP (1) JP2004535657A (de)
KR (1) KR20040012930A (de)
CN (1) CN1515016A (de)
AU (1) AU2002310391A1 (de)
DE (1) DE60215161T2 (de)
HK (1) HK1060212A1 (de)
TW (1) TW563154B (de)
WO (1) WO2002103740A2 (de)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7057353B2 (en) * 2003-01-13 2006-06-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Electronic device with wide lens for small emission spot size
US20040147056A1 (en) * 2003-01-29 2004-07-29 Mckinnell James C. Micro-fabricated device and method of making
US20040213128A1 (en) * 2003-04-25 2004-10-28 Marshall Daniel R. Beam deflector for a data storage device
US20040213098A1 (en) * 2003-04-25 2004-10-28 Marshall Daniel R. Focus-detecting emitter for a data storage device
US6891185B2 (en) * 2003-06-24 2005-05-10 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Electronic device with aperture and wide lens for small emission spot size
JP4322166B2 (ja) * 2003-09-19 2009-08-26 富士フイルム株式会社 固体撮像素子
KR100580645B1 (ko) * 2004-02-20 2006-05-16 삼성전자주식회사 이중 캐소드 전극을 가진 전계방출소자 및 전계방출표시소자
KR100707160B1 (ko) 2005-05-24 2007-04-13 삼성에스디아이 주식회사 전계방출소자
US7454221B1 (en) * 2005-07-12 2008-11-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Electron tube amplification
DE102005040267B4 (de) * 2005-08-24 2007-12-27 Universität Karlsruhe Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen elektrostatischen Linsenanordnung, insbesondere einer Phasenplatte und derartige Phasenplatte
US7402942B2 (en) * 2005-10-31 2008-07-22 Samsung Sdi Co., Ltd. Electron emission device and electron emission display using the same
US20070096621A1 (en) * 2005-10-31 2007-05-03 Sang-Ho Jeon Electron emission display
KR101111669B1 (ko) * 2008-12-22 2012-02-14 한국전자통신연구원 검출 장치
JP2012195096A (ja) * 2011-03-15 2012-10-11 Canon Inc 荷電粒子線レンズおよびそれを用いた露光装置
US9402138B2 (en) 2012-10-12 2016-07-26 Infineon Technologies Ag MEMS device and method of manufacturing a MEMS device
EP3063780B1 (de) * 2013-10-29 2021-06-02 Varex Imaging Corporation Röntgenröhre mit planarem emitter mit abstimmbarer emission und magnetischer lenkung und fokussierung

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4760567A (en) 1986-08-11 1988-07-26 Electron Beam Memories Electron beam memory system with ultra-compact, high current density electron gun
EP0365630B1 (de) 1988-03-25 1994-03-02 Thomson-Csf Herstellungsverfahren von feldemissions-elektronenquellen und anwendung zur herstellung von emitter-matrizen
US4923421A (en) 1988-07-06 1990-05-08 Innovative Display Development Partners Method for providing polyimide spacers in a field emission panel display
US5191217A (en) * 1991-11-25 1993-03-02 Motorola, Inc. Method and apparatus for field emission device electrostatic electron beam focussing
US5223764A (en) * 1991-12-09 1993-06-29 Chunghwa Picture Tubes, Ltd. Electron gun with low voltage limiting aperture main lens
US5424605A (en) 1992-04-10 1995-06-13 Silicon Video Corporation Self supporting flat video display
FR2690005B1 (fr) 1992-04-10 1994-05-20 Commissariat A Energie Atomique Canon a electrons compact comportant une source d'electrons a micropointes et laser a semi-conducteur utilisant ce canon pour le pompage electronique.
JPH08507643A (ja) * 1993-03-11 1996-08-13 フェド.コーポレイション エミッタ先端構造体及び該エミッタ先端構造体を備える電界放出装置並びにその製造方法
US5528103A (en) 1994-01-31 1996-06-18 Silicon Video Corporation Field emitter with focusing ridges situated to sides of gate
US5557596A (en) * 1995-03-20 1996-09-17 Gibson; Gary Ultra-high density storage device
US5850120A (en) 1995-07-07 1998-12-15 Nec Corporation Electron gun with a gamma correct field emission cathode
JP2907113B2 (ja) 1996-05-08 1999-06-21 日本電気株式会社 電子ビーム装置
JP3171785B2 (ja) 1996-06-20 2001-06-04 富士通株式会社 薄型表示装置、及びそれに用いる電界放出陰極の製造方法
KR100279737B1 (ko) * 1997-12-19 2001-02-01 정선종 전계방출소자와 광소자로 구성된 단파장 광전소자 및 그의 제작방법
JP2000011859A (ja) 1998-06-22 2000-01-14 Yamaha Corp 電界放射型素子の製造方法
US6137213A (en) 1998-10-21 2000-10-24 Motorola, Inc. Field emission device having a vacuum bridge focusing structure and method
JP3293571B2 (ja) 1998-10-28 2002-06-17 日本電気株式会社 電界放出型冷陰極素子及びその駆動方法並びにそれらを用いた画像表示装置
US6137272A (en) 1999-11-03 2000-10-24 Motorola, Inc. Method of operating an AC-DC converter

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002103740A2 (en) 2002-12-27
CN1515016A (zh) 2004-07-21
EP1396005B1 (de) 2006-10-04
US20020193036A1 (en) 2002-12-19
KR20040012930A (ko) 2004-02-11
EP1396005A2 (de) 2004-03-10
AU2002310391A1 (en) 2003-01-02
US6741016B2 (en) 2004-05-25
DE60215161D1 (de) 2006-11-16
HK1060212A1 (en) 2004-07-30
JP2004535657A (ja) 2004-11-25
TW563154B (en) 2003-11-21
WO2002103740A3 (en) 2003-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60215161T2 (de) Feldemissionsvorrichtung zur Erzeugung eines fokussierten Elektronenstrahls
DE60021778T2 (de) Kohlenstofftinte, elektronenemittierendes Element, Verfahren zur Herstellung eines elektronenemittierenden Elements und Bildanzeigevorrichtung
DE102017106593B4 (de) MEMS-Heiz- oder Emitter-Struktur für schnelle Heiz- und Kühlzyklen
DE4315731B4 (de) Halbleiteranordnung mit Makrokorn-Substrat und Verfahren zu dessen Herstellung
DE3312743C2 (de) Dünnfilm-MOS-Transistor und Verwendung desselben als Schaltelement in einer Aktivmatrixanordnung
EP0259614B1 (de) Speicher für digitale elektronische Signale
DE4112078C2 (de) Anzeigevorrichtung
DE69836216T2 (de) Herstellungsverfahren einer elektrooptischen Vorrichtung
KR100706767B1 (ko) 전자방출소자의 제조방법, 전자원의 제조방법, 화상표시장치의 제조방법 및 전자방출소자의 구동방법
DE2539234A1 (de) Feldemissionsgeraet und verfahren zu seiner herstellung
DE3714164A1 (de) Fluessigkristallanzeige
DE60200369T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionsanzeige unter Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren
WO1998053504A1 (de) Ein-elektron-speicherbauelement
DE19846063A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Double-Gate MOSFETs
US5457355A (en) Asymmetrical field emitter
DE69530978T2 (de) Begrenzung und Selbstvergleichmässigung von durch Mikrospitzen einer flachen Feldemissionsbildwiedergabevorrichtung fliessenden Kathodenströmen
EP0756761B1 (de) Mikroelektronisches bauelement und verfahren zu dessen herstellung
EP2092542B1 (de) Feldemissionsvorrichtung
DE102006018077A1 (de) Display, Display-Panel und Herstellungsverfahren
US20040065843A1 (en) Emitter device with focusing columns
DE4318022C1 (de) Verfahren zum Herstellen integrierter Aktivmatrix-Flüssigkristalldisplays
DE19902030A1 (de) Nicht selbstleuchtendes Farbdisplay mit Adressiervorrichtung
US20030160228A1 (en) Emission layer formed by rapid thermal formation process
DE60225402T2 (de) Bauelement mit variabler Kapazität und Verfahren zur Herstellung
DE3812135A1 (de) Verfahren zum herstellen von elektrischen kontakten hoher ausbeute an amorphes n(pfeil hoch)+(pfeil hoch)-silizium

Legal Events

Date Code Title Description
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: HEWLETT-PACKARD DEVELOPMENT COMPANY, L.P., HOUSTON

8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee